CN105317400B - 流体控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流体控制阀，包括：管体，包括彼此连接而形成阶梯形的大径部和小径部，以及形成在小径部的外壁上的多档位轨道槽和导流孔，其中在大径部上设有环形腔；套接在管体的小径部外的且部分地插入在环形腔内的滑套，滑套包括沿径向延伸至多档位轨道槽内的传动件，以及开设在滑套的周壁上的通孔组；设在管体的小径部的自由端的促动组件。其中，所述滑套构造成能够由所述促动组件和进入到所述环形腔内的流体所促动而在轴向来回滑动，使得所述滑套能够带动所述传动件在所述多档位轨道槽内更换档位，从而促使所述导流孔导通或关闭所述滑套的通孔组内的部分或全部通孔。根据本发明的流体控制阀能够精准地调节其节流程度。

Description

流体控制阀

技术领域

本发明涉及是油井的完井技术领域，尤其涉及一种流体控制阀。

背景技术

在采油过程中，流体控制阀通常应用在水平井、多生产层系井或多分支井内，通过处于地面处的不动管柱对不同位置的流体控制阀进行实时控制，以便完成对各层段或各分支井的产量进行合理的分配，实现全层段均衡生产排液，从而提高最终采收率。除此之外，流体控制阀能够与封隔器的配合使用，实现分段水平井或多分支井的分段或分支合采，克服油藏模拟的不确定性和堵水难度大等不利问题。

目前，现有的流体控制阀主要由中心管、套接在中心管外的滑套以及液压机构组成。通过地面上的供液机构来控制液压机构推动滑套，促使滑套的通孔逐渐敞开中心管的通孔，使得该阀的径向内外导通。在工作过程中，供液机构能够把流体输送给液压机构并控制其运行，从而改变滑套的通孔与主体的通孔的重合度，进而调整该阀的节流程度。但是，由于流体控制阀通常应用在井下较深的位置，例如2000m以下。因此，供液机构很难精确地调整进入到液压机构内的流体量，使得液压机构无法精准地控制滑套的运行，从而无法精准地改变滑套的通孔与主体的通孔的重合度，也就无法精准调节该阀的节流程度。

发明内容

以此为基础，本发明的目的是提供一种流体控制阀，其能够精准地调节其节流程度。

本发明提供了一种流体控制阀，其包括：管体，包括彼此连接而形成阶梯形的大径部和小径部，以及形成在小径部的外壁上的多档位轨道槽和导流孔，其中在大径部内设有环形腔；套接在管体的小径部外并插入在环形腔内的滑套，滑套包括沿径向延伸至多档位轨道槽内的传动件，以及设在滑套的周壁上的通孔组；设在管体的小径部的自由端的促动组件。其中，滑套构造成能够由促动组件和进入到环形腔内的流体促动而在轴向来回滑动，使得滑套带动传动件在多档位轨道槽内更换档位，从而促使导流孔导通或关闭通孔组内的部分或全部通孔。

在一个实施例中，多档位轨道槽包括多个沿周向彼此间隔开地从同一径向截面起始朝管体的大颈部延伸的档位槽，以及从该径向截面处反向地连接任意两个相邻档位槽的多个引导槽。其中，各个引导槽用于引导传动件沿相同走向从相应的档位槽内移动至下级档位槽内。

在一个实施例中，引导槽由彼此连接的第一轴向壁和第一倾斜壁以及依次连接的第二倾斜壁、中转壁和第二轴向壁所限定。其中，第一轴向壁与相应的档位槽的一个侧壁相接，第一倾斜壁与下级档位槽的邻近第一轴向壁的侧壁相接，第二倾斜壁与第一轴向壁相分离并用引导传动件朝向中转壁运动，第二轴向壁与下级引导槽的第二倾斜壁相连。

在一个实施例中，第二倾斜壁在该径向截面上的正投影覆盖了相应的档位槽在该径向截面上的正投影，而第一倾斜壁在该径向截面上的正投影覆盖了中转壁在该径向截面上的正投影。

在一个实施例中，第二倾斜壁构造成沿逆时针方向旋转15-75°后与第一轴向壁平行。

在一个实施例中，中转壁为U形壁，U形壁的开口朝向第一倾斜壁，第一倾斜壁构造成沿顺时针方向旋转15-75°后与第一轴向壁平行。

在一个实施例中，多档位轨道槽包括至少一组的档位槽组。该档位槽组包括多个轴向尺寸不相同的档位槽。优选地，同组内的各档位槽的轴向尺寸绕周向依次等尺寸递减。

在一个实施例中，通孔组包括多个沿轴向间隔开分布的通孔，两个相邻的通孔之间的间距等于相应的档位槽与下级档位槽的轴向尺寸之差。

在一个实施例中，滑套包括形成在外周壁上的容纳槽，以用于连通处于容纳槽的槽顶处的滑套的通孔。

在一个实施例中，通孔组沿轴向分布的范围不大于容纳槽沿轴向分布的范围。

在一个实施例中，促动组件包括套接在管体的小径部外的弹性件、设置在弹性件与滑套之间的用于阻止所述弹性件旋转的阻悬件，以及连接于小径部的用于固定弹性件的固定件。

根据本发明的流体控制阀，能够有效地控制流体的流速和径向内外之间的导通状态。另外，根据本发明的流体控制阀通过多档位轨道槽与传动件的相互作用，可以有效地实现滑套的精准定位，从而可以精准地控制通孔组内通孔的导通数量，进而精准地调节流体控制阀的节流程度。此外，无论是滑套朝向大径部的运动还是导流孔导通部分或全部通孔的动作，都依赖于促动组件的作用而不需环形腔内的流体的作用，因此可以允许环形腔不用持续带压，避免相应部件出现疲劳受损，有利于增加该流体控制阀的使用寿命。

根据本发明的流体控制阀的结构简单，加工方便，装配简单，使用安全高效，从而便于实施推广应用。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本发明的流体控制阀；

图2显示了根据本发明的流体控制阀的管体，其中未示出大径部；以及

图3显示了根据本发明的流体控制阀的管体的多档位轨道槽的展开图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1显示了根据本发明的流体控制阀10，其可应用在石油开采领域中的油井内，用于控制流体的流速和径向内外之间的导通状态。容易理解，如果其他领域所需要功能与流体控制阀10的功能相符，那么完全可以应用在这些领域中。

根据本发明的流体控制阀10包括管体2。管体2包括彼此连接而形成阶梯形的大径部2a和小径部2b。大径部2a与小径部2b既可以分体式制造，又可以一体式制造。大径部2a包括从大径部2a与小径部2b的相交处起沿轴向向内延伸的环形腔2c，以及构造在大径部2a内并与与环形腔2c相连通的轴向通孔2d，以用于向环形腔2c引入流体。

如图2所示，管体2还包括形成在小径部2b的外壁上的多档位轨道槽3和导流孔502。导流孔502优选为腰型孔。为了扩大通流面积，可设有多个沿轴向间隔开分布的腰型孔。多档位轨道槽3和导流孔502沿轴向彼此间隔开。其中，多档位轨道槽3到大径部2a的距离可小于导流孔502到大径部2a的距离。管体2还包括形成在外壁上的容纳槽504。容纳槽504为环形槽，其与导流孔502相连通。导流孔502例如可构造在容纳槽504的槽底内。

如图1所示，流体控制阀10还包括套接在管体2的小径部2b外的滑套5。滑套5的端部插入到环形腔2c内，使得环形腔2c内的流体可以促动滑套5沿轴向滑动。另外，滑套5还包括沿径向向外延伸至多档位轨道槽3内的传动件501。传动件501优选为设置在滑套5的周壁上的销钉，其例如通过螺纹结构固定在滑套5的周壁内。

此外，滑套5还包括开设在其周壁上的通孔组4。通孔组4包括多个沿轴向间隔开分布的通孔401，但多个通孔401也可布置成彼此散开的。当滑套5把通孔组4内的全部或部分通孔401移动到管体2的容纳槽504的槽顶处时，导流孔502会通过容纳槽504来连通处于槽顶的所有通孔401。通过这种方式，可以选择通孔401的导通数量，调节流体控制阀10的节流程度。其中，通孔组4沿轴向分布的范围不大于容纳槽504沿轴向分布的范围，由此确保了通孔组4内的全部通孔401都能被导通。

根据本发明的流体控制阀10还包括促动组件6。促动组件6用于推动滑套5朝向管体2的大径部2a运动。因此，滑套5可以在促动组件6和进入环形腔2c内的流体的促动下在轴向来回滑动，使得滑套5能够带动传动件501在多档位轨道槽3内更换档位，从而促使导流孔502导通或关闭滑套5的通孔组4内的部分或全部通孔401。通过多档位轨道槽3与传动件501的相互作用，可以有效地实现滑套5的定位，从而可以精准地控制通孔组4内的通孔401的导通数量，进而精准地调节流体控制阀10的节流程度。

如图2和3所示，多档位轨道槽3包括多个从同一径向截面A起始朝向大颈部延伸的多个档位槽301，以及从径向截面A处从反方向连接任意两个相邻档位槽301的多个引导槽302。其中，多个档位槽301沿周向彼此间隔开，每个档位槽301都是多档位轨道槽3的每个档位，能够控制通孔组4内的通孔401的导通数量。各引导槽302用于引导传动件501沿相同走向从相应的档位槽301内移动至下级档位槽301内，实现档位的更换。

在档位槽301和引导槽302对传动件501作用下，传动件501能够促使滑套5沿轴向来回运动，同时还能促使其绕自身轴向旋转。在轴向运动的过程中，传动件501分别通过档位槽301的封闭端和引导槽302的封闭端来精准地定位其轴向运动行程，从而便于精准定位滑套5的轴向运动行程。

档位轨道槽3至少包括一组档位槽组。档位槽组包括多个沿周向间隔开的且轴向尺寸不相同的档位槽301。通过轴向尺寸不同的档位槽301可以有效地控制滑套5在轴向上所处的位置，由此可以调整通孔组4内的通孔401的导通数量。

在一个优选的实施例中，在通孔组4内相邻的通孔401之间的间距等于相应的档位槽301与下级档位槽301的轴向尺寸之差。通过这种方式，可以保证滑套5在每更换次档位后都会敞开相应数量的通孔401。优选地，同组内的多个档位槽301的轴向尺寸绕周向依次等尺寸递减，并且减少尺寸也正好等于相应档位槽301与下级档位槽301之差。由此，便于更加精准控制流体控制阀10的节流程度。

为了实现引导槽302的功能，引导槽302可由彼此连接的第一轴向壁302a和第一倾斜壁302b，以及依次连接的第二倾斜壁302c、中转壁302d和第二轴向壁302e限定。引导槽302的结构可以选择多种形式，下面优选一种进行详细介绍，第一轴向壁302a与相应的档位槽301的一个侧壁相接，第一倾斜壁302b与下级档位槽301的邻近第一轴向壁302a的侧壁相接，第二倾斜壁302c与第一轴向壁302a相分离并用引导传动件501朝向中转壁302d运动，第二轴向壁302e与下级引导槽302的第二倾斜壁302c相连。其中，中转壁302d可为U形壁，U形壁的开口朝向第一倾斜壁302b。

为了防止传动件501滑入到上级引导槽302内，第二倾斜壁302c可构造成其在径向截面A上的正投影覆盖了相应的档位槽301在径向截面A上的正投影。为了确保第一倾斜壁302b能够有效地引导传动件501，第一倾斜壁302b在径向截面A上的正投影应覆盖了中转壁302d在径向截面A上的正投影。

为了保证传动件501能够在多档位轨道槽3内顺利移动，第二倾斜壁302c构造成沿逆时针方向旋转15-75°后与第一轴向壁302a平行，而第一倾斜壁302b构造成沿顺时针旋转15-75°后与第一轴向壁302a平行。除上述介绍的引导槽302外，本领域技术人员可以根据引导槽302功能和熟知的技术来适当更改其具体结构。

在一个实施例中，促动组件6包括套接在管体2的小径部2b外的弹性件601、设置在弹性件601与滑套5之间的小径部2b外的阻悬件602，以及连接于小径部2b的固定件603。弹性件601优选为压缩弹簧，其能够推回由进入到环形腔2c内的流体推出的滑套5。在此过程中，滑套5将带动传动件501在多档位轨道槽3内移动，传动件501在多档位轨道槽3作用下会促使滑套5发生周向旋转。此时，阻悬件602正好可以有防止滑套5带动弹性件601旋转。阻悬件602可选为推力轴承。固定件603可通过螺纹结构固定于小径部2b的自由端，并与滑套5配合共同限定弹性件601和阻悬件602的轴向位置。除此之外，本领域技术人员可以选择成其他类型的促动组件6，例如促动组件6也可以选择液压滑套机构来实现。

以下介绍根据本发明的流体控制阀10的操作过程。首先，流体经过轴向通孔2d进入到环形腔2c内，推动滑套5朝向促动组件6滑动。此时，滑套5将带动传动件501从相应的档位槽301移动到引导槽302内，直到传动件501与中转壁302d接触后停止。然后需要对环形腔2c进行泄压，在此过程中促动组件6将促动滑套5朝向大径部2a滑动，使得滑套5带动传动件501从中转壁302d移动到下级档位槽301内，完成档位的更换。此过程结束后，滑套5在轴向上实际移动的距离就是两个档位槽301的轴向尺寸之差，通过轴向距离改变来控制导流孔502导通通孔组4内通孔401的数量，从而便于流体控制阀10精准地调整节流程度。

根据本发明的流体控制阀10，通过多档位轨道槽3与传动件501的相互作用，可以有效地实现滑套5的精准定位，从而可以精准地控制通孔组4内通孔401的导通数量，进而精准地调节流体控制阀10的节流程度。此外，无论是滑套5朝向大径部2a的运动还是导流孔502导通部分或全部通孔401的动作，都主要依赖于促动组件6的作用而不需环形腔2c内的流体的作用，因此可以允许环形腔2c不用持续带压，避免相应部件出现疲劳受损，有利于增加该流体控制阀10的使用寿命。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (12)

1.一种流体控制阀，包括：

管体，包括彼此连接而形成阶梯形的大径部和小径部，以及形成在所述小径部的外壁上的多档位轨道槽和导流孔，其中在所述大径部内设有环形腔；

套接在所述管体的小径部外并插入在所述环形腔内的滑套，所述滑套包括沿径向延伸至所述多档位轨道槽内的传动件，以及设在所述滑套的周壁上的通孔组；

设在所述管体的小径部的自由端的促动组件；

其中，所述滑套构造成能够由所述促动组件和进入到所述环形腔内的流体促动在轴向来回滑动，使得所述滑套能够带动所述传动件在所述多档位轨道槽内更换档位，从而促使所述导流孔导通或关闭所述滑套的通孔组内的部分或全部通孔。

2.根据权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于，所述多档位轨道槽包括多个从同一径向截面起始朝所述大径部延伸的且沿周向彼此间隔开的档位槽，以及从所述径向截面处反向地连接任意两个相邻所述档位槽的多个引导槽，其中，各个所述引导槽用于引导所述传动件沿相同走向从相应的所述档位槽内移动至下级所述档位槽内。

3.根据权利要求2所述的流体控制阀，其特征在于，所述引导槽由彼此连接的第一轴向壁和第一倾斜壁以及依次连接的第二倾斜壁、中转壁和第二轴向壁所限定，其中，所述第一轴向壁与相应的所述档位槽的一个侧壁相接，所述第一倾斜壁与下级所述档位槽的邻近所述第一轴向壁的侧壁相接，所述第二倾斜壁与所述第一轴向壁相分离并用引导所述传动件朝向所述中转壁运动，所述第二轴向壁与下级所述引导槽的第二倾斜壁相连。

4.根据权利要求3所述的流体控制阀，其特征在于，所述第二倾斜壁在所述径向截面上的正投影覆盖了相应的所述档位槽在所述径向截面上的正投影，而所述第一倾斜壁在所述径向截面上的正投影覆盖了所述中转壁在所述径向截面上的正投影。

5.根据权利要求4所述的流体控制阀，其特征在于，所述第二倾斜壁构造成沿逆时针方向旋转15-75°后与所述第一轴向壁平行。

6.根据权利要求5所述的流体控制阀，其特征在于，所述中转壁为U形壁，U形壁的开口朝向所述第一倾斜壁，所述第一倾斜壁构造成沿顺时针方向旋转15-75°后与所述第一轴向壁平行。

7.根据权利要求6所述的流体控制阀，其特征在于，多档位轨道槽包括至少一组的档位槽组，所述档位槽组包括多个轴向尺寸不相同的所述档位槽。

8.根据权利要求7所述的流体控制阀，其特征在于，同组内的多个所述档位槽的轴向尺寸绕周向依次等尺寸递减。

9.根据权利要求7所述的流体控制阀，其特征在于，所述通孔组包括多个沿轴向间隔开分布的通孔，相邻的所述通孔之间的间距等于相应的所述档位槽与下级所述档位槽的轴向尺寸之差。

10.根据权利要求1到9中任一项所述的流体控制阀，其特征在于，所述滑套包括形成在外周壁上的容纳槽，以用于连通处于所述容纳槽的槽顶处的所述通孔。

11.根据权利要求10所述的流体控制阀，其特征在于，所述通孔组沿轴向分布的范围不大于所述容纳槽沿轴向分布的范围。

12.根据权利要求1到9中任一项所述的流体控制阀，其特征在于，所述促动组件包括套接在所述管体的小径部外的弹性件、设置在所述弹性件与滑套之间的所述小径部外的用于阻止所述弹性件旋转的阻悬件，以及连接于所述小径部的用于固定所述弹性件的固定件。