CN110847869A - 带压验封的新型偏心配水器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于注水采油工具领域，具体涉及一种带压验封的新型偏心配水器。具体技术方案为：一种偏心配水器，包括主体，主体内沿中心轴设置工作孔，主体内部、工作孔周围环绕设置注水偏心孔、第一、第二测压偏心孔；第一测压偏心孔可在测压工具作用下将工作孔与外界连通；工作孔底部分别与注水偏心孔和第二测压偏心孔底部连通，主体侧壁上设置将注水偏心孔与外界连通的注水孔，注水孔处设置阻止水从外界进入的单向阀。本发明提供的偏心配水器同时设置了三个偏心孔，通过第一测压偏心孔内绕线器和连通管的设置，实现自动验封测压、预估注水量的功能；通过第二测压偏心孔和偏心注水孔的设置，可获取动态数据，最终实现精确注水、实时监测的功能。
Description
技术领域
本发明属于注水采油工具领域，具体涉及一种带压验封的新型偏心配水器。
背景技术
偏心配水器是根据油层不同吸水能力进行分层定量注水的井下工具之一。偏心配水器由于内通径一致，不受分层级数限制，是目前各油田的主要分层注水工具。
但目前的偏心配水器仍然存在较多问题。随着油田开发的不断推进，对注水的要求趋于精细化。不仅需要在注水前对注水量有一个较为准确的预估，还需要在注水中了解注水的实时动态情况，以提高注水精度。另外，注水结束后，高压层的液体会通过偏心配水器反向流入低压层导管，将地层中的砂质、杂质等带入配水器中。
因此，提供一种自动带压验封且可防止反流的偏心配水器，对提高注水采油的精度和效果具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种带压验封的新型偏心配水器。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种偏心配水器，包括主体，所述主体内沿中心轴设置工作孔，所述主体内部、工作孔周围环绕设置与工作孔平行的注水偏心孔、第一测压偏心孔和第二测压偏心孔；所述第一测压偏心孔可在测压工具作用下将工作孔与外界连通；所述工作孔底部分别与注水偏心孔和第二测压偏心孔底部连通，所述主体侧壁上、注水偏心孔中下部对应位置，设置将注水偏心孔与外界连通的注水孔，所述注水孔处设置阻止水从外界进入的单向阀。
优选的，所述工作孔与第一测压偏心孔间水平设置第一连通孔，所述第一连通孔对应位置、所述主体内部、所述第一测压偏心孔与外界间水平设置第二连通孔；所述第一测压偏心孔内部水平设置连通管，所述连通管可在上下往复装置作用下可在第一测压偏心孔内部上下运动，连通第一、第二连通孔。
优选的，所述第一测压偏心孔内侧壁上、所述第一、第二连通孔对应位置，分别设置气密封的限位窗，所述限位窗上方对应设置可供限位窗滑动的轨道，所述限位窗呈“L”形。
优选的，所述上下往复装置包括通过固定轴固定在第一测压偏心孔内部的定滑轮，所述定滑轮上绕设钢绳，钢绳一端固接所述连通管中部，另一端穿过第一测压偏心孔，盘绕在绕线器内部；
所述绕线器包括密封的壳体，所述壳体内部中间设置中空的支撑架，所述支撑架腰部设置一圈凸起，所述支撑架的凸起上活动套接“H”形绕线盘，所述绕线盘上部、绕线盘与支撑架之间设置卷簧，所述卷簧的两端分别与支撑架和绕线盘固接；所述钢绳一端固接、绕设在绕线盘外部、卷簧对应位置，所述钢绳绕设方向与卷簧方向相反；
所述绕线盘下部、靠近支撑架一侧，设置棘轮，所述支撑架内部活动套接横截面呈倒“T”形的活动件，所述活动件呈柱体一端穿过绕线器表面，所述活动件另一端位于棘轮下侧穿过支撑架，向外延伸形成两片叶片，叶片端部为与棘轮配合的棘齿；所述支撑架上、活动件叶片穿过处对应位置，设置供活动件上下运动的限位槽，活动件正常状态时，棘轮与棘齿配合，活动件下移时，棘轮与棘齿分离；所述活动件底部、活动件与支撑架之间设置第三弹性件，所述活动件向下运动时，第三弹性件处于压缩状态。
优选的，支撑架横截面呈“山”字形，由中间柱体、底盘和环绕的壁构成，所述中间柱体突出壳体，高度低于活动件在绕线器表面形成的外端，所述底盘与壳体间通过橡胶缓冲垫连接，所述环绕的壁与壳体内壁相分离，所述绕线器位于环绕的壁内部。
优选的，所述主体内部、与中心轴垂直方向设置轨道，轨道内部活动设置启动杆，所述启动杆一端伸入工作孔内部，另一端通过第一弹性件固接于主体内部；
所述活动件表面为平滑过渡的圆弧形；所述启动杆与圆弧形对应位置与活动件对应处向活动件方向垂直连接挤压杆，所述第一弹性件处于自然状态时，所述挤压杆与所述活动件相分离，所述第一弹性件压缩时，所述挤压杆与活动件接触，将活动件压入壳体内部。
优选的，所述启动杆靠近工作孔一端厚度逐渐减小。
优选的，所述单向阀包括设置在注水孔外部的挡水块，所述挡水块中间形成漏斗状的出水通道，所述出水通道内、远离注水孔一侧设置阻水球，所述阻水球通过第二弹性件连接在靠近注水孔一侧的挡水块上，所述阻水球的直径大于出水通道腰部宽度。
优选的，所述注水偏心孔和第二测压偏心孔内分别对应设置封隔器，所述工作孔底部分别与注水偏心孔和第二测压偏心孔内的封隔器底部连通。
本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种全新的带压验封偏心配水器，不涉及电子设备，避免了电子设备在井下复杂环境中可能失效的问题。同时设置了三个偏心孔，通过第一测压偏心孔内绕线器和连通管的设置，实现自动验封测压、预估注水量的功能；通过第二测压偏心孔和偏心注水孔的设置，可获取动态数据，最终实现精确注水、实时监测的功能。
附图说明
图1为本发明的横截面示意图；
图2为图1的A-A视图；
图3为图1的B-B视图；
图4为图1在一种实施方式下的C-C视图；
图5为图1在另一种实施方式下的C-C视图；
图6为绕线器剖视图；
图7为图6的D-D视图；
图8为图6的E-E视图；
图9为启动杆和绕线器配合示意图；
图10为启动杆的优选实施方式示意图；
图11为图1的F处放大示意图；
图12为第一测压偏心孔内优选实施方式结构示意图；
图13为图12的仰视图；
图14为图13的G处放大示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，一种偏心配水器，包括主体10，所述主体10内沿中心轴设置工作孔20，所述主体10内部、工作孔20周围环绕设置与工作孔20平行的注水偏心孔40、第一测压偏心孔50和第二测压偏心孔30。所述第一测压偏心孔50可在测压工具作用下将工作孔20与外界连通；所述工作孔20底部分别与注水偏心孔40和第二测压偏心孔30底部连通。优选的方案为，所述注水偏心孔40和第二测压偏心孔30内分别对应设置封隔器，所述工作孔20底部分别与注水偏心孔40和第二测压偏心孔30内的封隔器底部连通。所述主体10侧壁上、注水偏心孔40中下部对应位置，设置将注水偏心孔40与外界连通的注水孔41，所述注水孔41处设置阻止水从外界进入的单向阀。
应当理解的是，将偏心配水器放入工作环境后，在测压工具(例如测压密封段)作用下，工作孔20通过第一测压偏心孔50与外界连通，实现测压和验封功能。
进一步的，如图1、3、4所示，所述工作孔20与第一测压偏心孔50间水平设置第一连通孔561，所述第一连通孔561对应位置、所述主体10内部、所述第一测压偏心孔50与外界间水平设置第二连通孔562。所述第一测压偏心孔50内部水平设置连通管55，所述连通管55位于定位滑槽内(图中未示出定位滑槽)，避免连通管55上下移动时发生偏斜。所述连通管55可在上下往复装置作用下可在第一测压偏心孔50内部上下运动，连通第一、第二连通孔561、562。所述第一测压偏心孔50内侧壁上、所述第一、第二连通孔561、562对应位置，分别设置对第一、第二连通孔561、562具有气密封作用的限位窗57，限位窗57处于关闭状态时(图4所处状态)，外界和工作孔20中的液体均不会通过限位窗57进入第一测压偏心孔50内。具体可以通过在限位窗57对应位置设置橡胶等材质的封条等结构实现密封。所述限位窗57上方对应设置可供限位窗57滑动的轨道，所述限位窗57呈“L”形。轨道还可以刚好设置在第一、第二连通孔561、562上方。未放入测压工具时，连通管55位于第一、第二连通孔561、562下侧。放入测压工具后，连通管55在上下往复装置作用下向上运动，将限位窗57向上推，连通管55运动至将第一、第二连通孔561、562连通时，“L”形限位窗57的横板运动至轨道末端，被轨道挡住，阻止连通管55继续向上运动，从而实现工作孔20与外界连通。
如图5所示，作为另一种实施方式，所述连通管55设置在两个限位窗57之间，将两个限位窗57抵住，帮助限位窗57保持两个限位窗57形状稳定不变形，实现对第一、第二连通孔561、562的密封作用。在这种设置方式下，连通管55底部与限位窗57接触部分固接；相应的，限位窗57轨道上移，不与连通管55相互干涉。工作孔30内放入测压工具后，连通管55在上下往复装置作用下向上运动，带动限位窗57一同向上运动，第一、第二连通孔561、562间连通，从而实现工作孔30与外界连通。
所述上下往复装置可以通过遥感控制器和往复电机等配合实现，例如在连通管55上方固接往复电机，放下测压仪器后，通过遥感控制器控制连通管55上升即可。考虑到井下环境复杂多变，电子设备容易失灵，因此，优选设置为机械机构。如图3、4、5所示，所述上下往复装置包括通过固定轴51固定在第一测压偏心孔50内部的定滑轮52，所述定滑轮52上绕设钢绳53，钢绳53一端固接所述连通管55中部，另一端穿过第一测压偏心孔50，盘绕在绕线器54内部。
如图6-8所示，所述绕线器54包括密封的壳体540，所述壳体540内部中间设置中空的支撑架542，所述支撑架542腰部设置一圈凸起，所述支撑架542的凸起上活动套接“H”形绕线盘544。所述绕线盘544被中间的横档547分为上下两个相互独立的部分。所述绕线盘544上部、绕线盘544与支撑架542之间设置处于紧张状态的卷簧543，所述卷簧543的两端分别与支撑架542和绕线盘544固接。所述钢绳53一端固接在绕线盘544外部，并绕设在绕线盘544外部、卷簧543对应位置，所述钢绳53绕设方向与卷簧543方向相反。为了便于钢绳53缠绕，避免钢绳53在运动过程中滑出，所述绕线盘544外侧上下端部分别设置有限位耳548，所述限位耳均朝向钢绳53方向，以保证钢绳53不会滑出绕线盘544。
所述绕线盘544下部、靠近支撑架542一侧，设置棘轮545。所述支撑架542内部活动套接横截面呈倒“T”形的活动件541，所述活动件541呈柱体一端穿过绕线器54表面，所述活动件541另一端位于棘轮545下侧穿过支撑架542，向外延伸形成两片叶片549，叶片549端部为与棘轮545配合的棘齿。所述支撑架542上、叶片549穿过处对应位置，设置供活动件541上下运动的限位槽546，活动件541只能上下运动、不能转动。活动件541正常状态时，棘轮545与棘齿配合；活动件541下移时，棘轮545与棘齿分离。
支撑架542横截面呈“山”字形，下端由中间管柱、底盘和环绕的壁构成，所述中间柱体突出壳体540，高度低于活动件541在绕线器54表面的外端；绕线盘544可转动地套接在中间管柱外，活动件541位于中间管柱内。所述底盘与壳体540间通过橡胶缓冲垫连接，所述环绕的壁与壳体540内壁相分离。
应当理解的是，活动件541突出壳体540处的部分受力，会向下压，使棘轮545和棘齿分离，失去对绕线盘544的限位作用，卷簧543积蓄的弹力带动绕线盘544旋转，从而拉动钢绳53，使之绕在绕线盘544上，钢绳53缩短，拉动连通管55上移，直至将工作孔20与外界连通。所述活动件541底部、活动件541与支撑架542之间，设置第三弹性件5411(可以为螺旋弹簧)。当活动件541受力下压时，第三弹性件5411处于压缩状态，便于活动件541不受力时可在第三弹性件5411作用下自动复位，保持棘轮545与叶片549端部配合。
为了便于在放入测压工具时，活动件541随之向下运动。进一步的，如图1、8所示，在所述主体10内部、与中心轴垂直方向设置轨道(图中未示出该轨道)，轨道内部活动设置启动杆58。所述启动杆58一端伸入工作孔20内部，另一端通过第一弹性件59固接于主体10内部。所述启动杆58靠近工作孔20一端为圆滑端头。另一种实施方式下，所述启动杆58也可以如图10所示，在未受到挤压时，处于主体10内部的部分朝向主体10管壁方向弯折。所述主体10管壁上对应位置设置容纳槽，便于启动杆58受力后退至容纳槽内。第一弹性件59例如螺旋弹簧，第一弹性件59的弹力大于绕线器54内卷簧543的弹力。
所述活动件541表面为平滑过渡的圆弧形；所述启动杆58与活动件541对应处横截面呈T形，即启动杆58下方向活动件541处垂直连接挤压杆587。所述第一弹性件59处于自然状态时，活动件541与启动杆58上的挤压杆587分离。当测压工具进入工作孔30时，活动件541与挤压杆587接触。在测压工具作用下，启动杆58逐渐退出工作孔30，带动所述第一弹性件59压缩，启动杆58沿轨道运动，带动挤压杆587与活动件541接触，将活动件541压入壳体540内部。结合图1、3、9、12，活动件541的外端在图1、12中朝右侧，这样绕线器54的出现方向与滑轮正好顺畅衔接，避免第二钢绳53卡滞。
在上述实施方式下，可实现放入测压工具时工作孔20与外界自动连通，但取出测压工具时，第一连通孔561无法自动关闭，需要单独使用工具将其堵住。为了实现取出测压工具时，第一连通孔561自动关闭，更优选的方式为，如图12-14所示，在第一测压偏心孔50内对应的限位窗57上设置与启动杆58联动的结构，启动杆58在测压工具作用下压缩第一弹性件59时，限位窗57上的凸轮586让位，限位窗57上移；取出测压工具，启动杆58在第一弹性件59作用下回弹时，凸轮586复位，将限位窗57下压，关闭第一、第二连通孔561、562。其中，图12的视角与图1相同，图12中只示意出第一测压偏心孔50及周边结构，未示意出工作孔20、注水偏心孔40等结构。具体结构为：如图12所示，以绕线器54为中心，所述启动杆58一侧设置联动机构，也可以对称设置两个联动机构，如果设置两个，则两个联动机构内的结构(齿轮等)相反。
以图12中右侧联动机构为例。所述联动机构包括与启动杆58垂直、刚性连接的转向杆581，所述转向杆581的另一端通过刚性结构(例如图13、14中呈三角形结构的钢片)与齿条582固接。所述齿条582下方与第一锥齿轮583啮合，所述第一锥齿轮583与第二锥齿轮584同轴连接。所述第二锥齿轮584与第一测压偏心孔50间设置第三锥齿轮585。所述第三锥齿轮585与第二锥齿轮584垂直且啮合。所述第三锥齿轮585轴心通过传动轴穿入对应侧限位窗57上的轨道内部，并在轨道内与凸轮586固接。
应当理解的是：当启动杆58压缩第一弹性件59时，转向杆581向左运动，带动齿条582随之向左运动；第一锥齿轮583轴心固定，齿轮向左转动，带动第二锥齿轮584转动，从而带动第三锥齿轮585转动，凸轮586旋转90°，实现让位(或转动更多的角度，只要能够实现让位即可)。同时连通管55在绕线器54作用下上移，连通工作孔20与外界。当取出测压工具时，启动杆58复位，转向杆581向右运动，齿条582等其余齿轮运动方向与启动杆58压缩第一弹性件59时相反，凸轮586复位(恢复至图13、14中的状态)，将限位窗57下推。限位窗57下推时，钢绳53向外拉伸，带动棘轮545、棘齿运动；限位窗57下推到原位后，失去下推的力，棘轮545、棘齿重新配合咬死，绕线盘544停止转动，钢绳53不再拉伸，从而断开工作孔20与外界的连接。
根据上述过程，完成初始测压后，根据测压情况，预估注水量。使用工具将第二测压偏心孔30顶部堵住，通过工作孔20进行注水，水流通过注水孔41进入外界。如图11所示，注水孔41处设置单向阀，所述单向阀包括设置在注水孔41外部的挡水块42，所述挡水块42中间形成漏斗状的出水通道，所述出水通道内、远离注水孔41一侧设置阻水球44，所述阻水球44通过第二弹性件43连接在靠近注水孔41一侧的挡水块42上，且位于挡水块42腰部外侧、靠近外界的一侧，将挡水块42腰部堵住。所述阻水球44的直径大于出水通道腰部宽度，从而阻止注水结束后，外界泥沙等倒流进入管道的情况。
注水量接近预估注水量时，保持注水状态，取出堵住第二测压偏心孔30顶部的工具，放入测量仪，第二测压偏心孔30与注水偏心孔40底部连通，测得动态的实时数据，从而完成准确注水和测压工作。注水完成后，使用堵塞器将注水偏心孔40堵住即可。
Claims (10)
1.一种偏心配水器，其特征在于：包括主体(10)，所述主体(10)内沿中心轴方向设置工作孔(20)，所述主体(10)内部、工作孔(20)周围环绕设置与工作孔(20)平行的注水偏心孔(40)、第一测压偏心孔(50)和第二测压偏心孔(30)；所述第一测压偏心孔(50)可在测压工具作用下将工作孔(20)与外界连通；所述工作孔(20)底部分别与注水偏心孔(40)和第二测压偏心孔(30)底部连通，所述主体(10)侧壁上设置将注水偏心孔(40)与外界连通的注水孔(41)，所述注水孔(41)处设置阻止液体从外界进入的单向阀。
2.根据权利要求1所述的偏心配水器，其特征在于：所述工作孔(20)与第一测压偏心孔(50)间水平设置第一连通孔(561)，所述第一连通孔(561)对应位置、所述主体(10)内部、所述第一测压偏心孔(50)与外界间水平设置第二连通孔(562)；所述第一测压偏心孔(50)内部水平设置连通管(55)，所述连通管(55)两端位于定位滑槽内，所述连通管(55)可在上下往复装置作用下在第一测压偏心孔(50)的定位滑槽内上下运动，连通第一、第二连通孔(561、562)。
3.根据权利要求2所述的偏心配水器，其特征在于：所述第一测压偏心孔(50)内侧壁上、所述第一、第二连通孔(561、562)对应位置，分别设置对第一、第二连通孔(561、562)具有气密封作用的限位窗(57)，所述限位窗(57)上方对应设置可供限位窗(57)滑动的轨道，所述限位窗(57)呈“L”形。
4.根据权利要求2所述的偏心配水器，其特征在于：所述上下往复装置包括通过固定轴(51)固定在第一测压偏心孔(50)内部的定滑轮(52)，所述定滑轮(52)上绕设钢绳(53)，钢绳(53)一端固接所述连通管(55)中部，另一端穿过第一测压偏心孔(50)，盘绕在可使钢绳(53)上下运动的绕线器(54)内部。
5.根据权利要求3所述的偏心配水器，其特征在于：所述绕线器(54)包括密封的壳体(540)，所述壳体(540)内部中间设置中空的支撑架(542)，所述支撑架(542)腰部设置一圈凸起，所述支撑架(542)的凸起上活动套接“H”形绕线盘(544)，所述绕线盘(544)上部、绕线盘(544)与支撑架(542)之间设置卷簧(543)，所述卷簧(543)的两端分别与支撑架(542)和绕线盘(544)固接；所述钢绳(53)一端固接在绕线盘(544)外部、卷簧(543)对应位置，所述钢绳(53)绕设方向与卷簧(543)方向相反；
所述绕线盘(544)下部、靠近支撑架(542)一侧，设置棘轮(545)，所述支撑架(542)内部活动套接横截面呈倒“T”形的活动件(541)，所述活动件(541)呈柱体一端穿过绕线器(54)表面，所述活动件(541)另一端位于棘轮(545)下侧穿过支撑架(542)，向外延伸形成两片叶片(549)，叶片(549)端部为与棘轮(545)配合的棘齿；所述支撑架(542)上、叶片(549)穿过处对应位置，设置供活动件(541)上下运动的限位槽(546)；活动件(541)正常状态时，棘轮(545)与棘齿配合，活动件(541)下移时，棘轮(545)与棘齿分离；所述活动件(541)底部、活动件(541)与支撑架(542)之间设置第三弹性件(5411)，所述活动件(541)向下运动时，第三弹性件(5411)处于压缩状态。
6.根据权利要求5所述的偏心配水器，其特征在于：支撑架(542)横截面呈“山”字形，由中间柱体、底盘和环绕的壁构成，所述中间柱体突出壳体(540)，高度低于活动件(541)在绕线器(54)表面形成的外端，所述底盘与壳体(540)间通过橡胶缓冲垫连接，所述环绕的壁与壳体(540)内壁相分离。
7.根据权利要求6所述的偏心配水器，其特征在于：所述主体(10)内部、与中心轴垂直方向设置轨道，轨道内部活动设置启动杆(58)，所述启动杆(58)一端伸入工作孔(20)内部，另一端通过第一弹性件(59)固接于主体(10)内部；
所述活动件(541)表面为平滑过渡的圆弧形；所述启动杆(58)与圆弧形对应位置与活动件(541)对应处向活动件(541)方向垂直连接挤压杆(587)，所述第一弹性件(59)处于自然状态时，所述挤压杆(587)与所述活动件(541)相分离，所述第一弹性件(59)压缩时，所述挤压杆(587)与活动件(541)接触，将活动件(541)压入壳体(540)内部。
8.根据权利要求7所述的偏心配水器，其特征在于：所述启动杆(58)靠近工作孔(20)一端为圆滑端头。
9.根据权利要求1所述的偏心配水器，其特征在于：所述单向阀包括设置在注水孔(41)外部的挡水块(42)，所述挡水块(42)中间形成漏斗状的出水通道，所述出水通道内、远离注水孔(41)一侧设置阻水球(44)，所述阻水球(44)通过第二弹性件(43)连接在靠近注水孔(41)一侧的挡水块(42)上，所述阻水球(44)位于出水通道漏斗状靠近外界一侧，且其直径大于出水通道腰部宽度。
10.根据权利要求1所述的偏心配水器，其特征在于：所述注水偏心孔(40)和第二测压偏心孔(30)内分别对应设置封隔器，所述工作孔(20)底部分别与注水偏心孔(40)和第二测压偏心孔(30)内的封隔器底部连通。
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