CN111305781A - 一种油田井下水力切缝用位移装置 - Google Patents

一种油田井下水力切缝用位移装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种油田井下水力切缝用位移装置，其特征在于：包括上接头(1)、上外管(2)、活塞(3)、第一弹簧(4)、上过渡接头(6)、阻尼阀(7)、中外管(8)、内管(9)、堵头(10)、下过渡接头(11)、下外管(12)、导向块(13)、固定套(14)和下接头(15)。本发明可用于油田井下作业时能够在特定的压力及时间范围内提供恒定速度，恒定方位的位移，可作为处理井下复杂井况的配套工具，提供恒定的位移补偿，并可在井内实现多次重复动作。

Description

一种油田井下水力切缝用位移装置
技术领域
本发明涉及一种油田井下作用设备技术领域，尤其属于一种油田井下水力切缝用位移装置。
背景技术
而目前在油田井下作业，采用对油田井下水力切缝，而水力切缝时采用水力式内割刀，其由接头、活塞、第一弹簧、密封圈、刀片和外筒等组成(可见图1)，该水力式内割刀在液压(水压)作用下，活塞下移推动刀片，绕刀销轴向外转动，刀片进刀深度不断增加直至完成切缝。由于为深井作业，需要借助钻杆或油管类配套工具并安装在其下端。
但是现有配套工具在使用时存在以下不足：
第一，其不能满足能够在特定的压力及时间范围内提供恒定速度；
第二，其不能满足能够在恒定方位的位移，不能提供恒定的位移补偿；
第三，其不能实现可在井内实现多次重复动作，以满足处理井下复杂井况要求。
发明内容
鉴于现有技术中存在上述中一个或多个缺陷，本发明提供了一种油田井下水力切缝用位移装置，用于油田井下作业，能够在特定的压力及时间范围内提供恒定速度，恒定方位的位移，可作为处理井下复杂井况的配套工具，能提供恒定的位移补偿，并可在井内实现多次重复动作。
为实现上述目的，本发明提供了一种油田井下水力切缝用位移装置，其特征在于：包括上接头(1)、上外管(2)、活塞(3)、第一弹簧(4)、上过渡接头(6)、阻尼阀(7)、中外管(8)、内管(9)、堵头(10)、下过渡接头(11)、下外管(12)、导向块(13)、固定套(14)和下接头(15)；
该上外管(2)上端与上接头(1)下端连接；该上外管(2)下端与上过渡接头(6)上端连接；
该中外管(8)上端与上过渡接头(6)下端连接；该中外管(8)下端与下过渡接头(11)上端连接；
该下外管(12)上端与下过渡接头(11)下端连接；该固定套(14)上端与该下外管(12)下端连接；
该内管(9)穿设在上外管(2)、上过渡接头(6)、中外管(8)、下过渡接头(11)和下外管(12)内；
该上过渡接头(6)内壁与该内管(9)外壁可滑动密封配合；
该下过渡接头(11)内壁与该内管(9)外壁可滑动密封配合；
该活塞(3)与内管(9)上端连接，该活塞(3)与上外管(2)内壁可滑动密封配合；
该内管(9)外壁与上外管(2)内壁之间具有第一间隙腔(N-1)，
该第一弹簧(4)位于第一间隙腔(N-1)内，该第一弹簧(4)上端与活塞(3)抵接，该第一弹簧(4)下端与上过渡接头(6)抵接；
该上过渡接头(6)中部上设有通入该第一间隙腔(N-1)内的进出气孔 (6-1)；
该内管(9)外壁与中外管(8)内壁之间具有阻尼油腔(N-2)，该阻尼油腔(N-2)内充满阻尼油；
该内管(9)外壁上设有活塞环(9-1)，该活塞环(9-1)位于该阻尼油腔(N-2)内且与该中外管(8)内壁可滑动密封配合；
该活塞环(9-1)上设有沿轴向贯通的阻尼通道(9-2)，该阻尼通道内 (9-2)内装有阻尼阀(7)；
所述阻尼阀(7)包括阀芯套(7-1)、阀芯(7-2)、阀芯回位弹簧(7-3)，和下挡套(7-4)；
该阀芯套(7-1)和下挡套(7-4)均固定在阻尼通道(9-2)内，该阀芯套(7-1)内从上至下依次具有小孔段(7-11)、锥孔段(7-12)和大孔段(7-13)，该阀芯(7-2)从上至下依次具有半球头段(7-21)和大外径管段(7-22)及小外径管段(7-23)，该半球头段(7-21)外径大于小孔段(7-11)内径，该大外径管段(7-22)外壁与该大孔段(7-13)内壁可滑动配合，该大孔段(7-13) 内壁与该小外径管段(7-23)外壁之间具有第三间隙腔(N-3)，该下挡套(7-4) 上端与该阀芯套(7-1)下端抵接，该阀芯回位弹簧(7-3)位于第三间隙腔(N-3) 内，该阀芯回位弹簧(7-3)上端与该大外径管段(7-22)抵接，该阀芯回位弹簧(7-3)下端与该下挡套(7-4)抵接，该半球头段(7-21)上设有小通道孔 (7-211)和大通道孔(7-212)，该下挡套(7-4)内径大于该小外径管段(7-23) 外径；
当该半球头段(7-21)与锥孔段(7-12)接触配合时，该小通道孔(7-21) 与小孔段(7-11)连通且该大通道孔(7-22)与小孔段(7-11)不连通；
当该半球头段(7-21)与锥孔段(7-12)不接触配合时，该小通道孔(7-21) 与小孔段(7-11)连通且该大通道孔(7-22)与小孔段(7-11)连通；
该下接头(15)上端与内管(9)下端连接，该下接头(15)中部外壁上沿轴向设有条形槽(15-1)，该导向块(13)一端插入固定套(14)内固定，该导向块(13)另一端插入与该条形槽(15-1)内且可在该条形槽(15-1)内滑动。
进一步地，所述进出气孔(6-1)内安装有滤嘴(5)。
进一步地，所述下过渡接头(11)中部上设有通入该阻尼油腔(N-2)内的进出油孔(11-1)，该进出油孔(11-1)内安装有堵头(10)。
本发明至少具有以下有益效果：
本发明可用于油田井下作业时能够在特定的压力及时间范围内提供恒定速度，恒定方位的位移，可作为处理井下复杂井况的配套工具，提供恒定的位移补偿，并可在井内实现多次重复动作。
附图说明
图1是现有一种水力式内割刀的结构示意图。
图2是本发明在下接头上行复位时的工作状态图。
图3是图1中A处放大图。
图4是图1中B处放大图。
图5是图1中C处放大图。
图6是图1中D处放大图。
图7是阻尼阀的剖面图。
图8是本发明在下接头下行到底时的工作状态图。
图9是图8中E处放大图。
图10是图8中F处放大图。
图11是图8中G处放大图。
图12是图8中H处放大图。
图13是图2的半剖立体图。
图14是图13中I处放大图。
图15是图13中J处放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
参见图2-15，一种油田井下水力切缝用位移装置，其包括上接头1、上外管2、活塞3、第一弹簧4、上过渡接头6、阻尼阀7、中外管8、内管9、堵头 10、下过渡接头11、下外管12、导向块13、固定套14和下接头15；
该上外管2上端与上接头1下端连接。
在本实施例中，可参见图3，该上外管2上端内壁与上接头1下端外壁螺纹连接固定且经第一密封圈1-2衬入密封。
该上外管2下端与上过渡接头6上端连接。
在本实施例中，可参见图4，该上外管2下端内壁与上过渡接头6上端外壁螺纹连接固定且经第二密封圈2-6衬入密封。
该中外管8上端与上过渡接头6下端连接。
在本实施例中，可参见图4，该中外管8上端内壁与上过渡接头6下端外壁螺纹连接固定且经第三密封圈6-8衬入密封。
该中外管8下端与下过渡接头11上端连接。
在本实施例中，可参见图5，该中外管8下端内壁与下过渡接头11外壁上端螺纹连接固定且经第四密封圈8-11衬入密封。
该下外管12上端与下过渡接头11下端连接。
在本实施例中，可参见图5，该下外管12上端内壁与下过渡接头11下端外壁螺纹连接固定且经第五密封圈11-12衬入密封。
在本实施例中，可参见图5，该固定套14上端外壁与该下外管12下端内壁螺纹连接固定。
该内管9穿设在上外管2、上过渡接头6、中外管8、下过渡接头11和下外管12内。
该上过渡接头6内壁与该内管9外壁可滑动密封配合。
在本实施例中，可参见图4，该上过渡接头6内壁与该内管9外壁之间间隙配合且经第六密封圈6-9衬入密封
该下过渡接头11内壁与该内管9外壁可滑动密封配合。
在本实施例中，可参见图4，该下过渡接头11内壁与该内管9外壁之间间隙配合且经第七密封圈9-11衬入密封。
该活塞3与内管9上端连接，该活塞3与上外管2内壁可滑动密封配合。
在本实施例中，可参见图3，该活塞3下端内壁与内管9上端外壁螺纹配合连接而固定。该活塞3外壁与上外管2内壁之间间隙配合且经第八密封圈2-3 衬入密封。
该内管9外壁与上外管2内壁之间具有第一间隙腔N-1，该第一间隙腔 N-1上下两端分别被活塞3和上过渡接头6所阻隔密封。
该第一弹簧4位于第一间隙腔N-1内，该第一弹簧4上端与活塞3抵接，该第一弹簧4下端与上过渡接头6抵接。
在本实施例中，可参见图3，该第一弹簧4采用圆柱螺旋弹簧并外套在内管9上。
其中，该上过渡接头6中部上设有通入该第一间隙腔N-1内的进出气孔 6-1。
其中，该内管9外壁与中外管8内壁之间具有阻尼油腔N-2，该阻尼油腔 N-2内充满阻尼油。
具体地，该阻尼油可采用液压油。
可参见图2，该阻尼油腔N-2上下两端分别被上过渡接头6和下过渡接头11所阻隔密封。
该内管9外壁上设有活塞环9-1，该活塞环9-1位于该阻尼油腔N-2内且与该中外管8内壁可滑动密封配合。
可参见图4，该活塞环9-1外壁与中外管8内壁之间间隙配合且经第九密封圈8-9衬入密封。
该活塞环9-1上设有沿轴向贯通的阻尼通道9-2。
当该活塞环9-1在该阻尼油腔N-2上行与上过渡接头6下端面接触时，该阻尼油腔N-2为单腔(可参见图2和4)；
当该活塞环9-1在该阻尼油腔N-2下行与下过渡接头11上端面接触时，该阻尼油腔N-2为单腔；
当该当该活塞环9-1不与上过渡接头6下端面接触且不与下过渡接头11 上端面接触时，该阻尼油腔N-2被活塞环9-1隔开为上阻尼油腔N-21和下阻尼油腔N-22(可参见图8和10)
可参见图6-7，该阻尼通道内9-2内装有阻尼阀7。
可参见图6-7和和13-15，所述阻尼阀7包括阀芯套7-1、阀芯7-2、阀芯回位弹簧7-3，和下挡套7-4；该阀芯套7-1和下挡套7-4均固定在阻尼通道 9-2内，该阀芯套7-1内从上至下依次具有小孔段7-11、锥孔段7-12和大孔段 7-13，该阀芯7-2从上至下依次具有半球头段7-21和大外径管段7-22及小外径管段7-23，该半球头段7-21外径大于小孔段7-11内径，该大外径管段7-22 外壁与该大孔段7-13内壁可滑动配合，该大孔段7-13内壁与该小外径管段7-23 外壁之间具有第三间隙腔N-3，该下挡套7-4上端与该阀芯套7-1下端抵接，该阀芯回位弹簧7-3位于第三间隙腔N-3内，该阀芯回位弹簧7-3上端与该大外径管段7-22抵接，该阀芯回位弹簧7-3下端与该下挡套7-4抵接，该半球头段 7-21上设有小通道孔7-211和大通道孔7-212，该下挡套7-4内径大于该小外径管段7-23外径。
优选地，该大通道孔7-212孔径与该小通道孔7-211孔径之比大于5。
可参见图6-7，当该半球头段7-21与锥孔段7-12接触配合时，该小通道孔7-21与小孔段7-11连通且该大通道孔7-22与小孔段7-11不连通。
可参见图10和12，当该半球头段7-21与锥孔段7-12不接触配合时，该小通道孔7-21与小孔段7-11连通且该大通道孔7-22与小孔段7-11连通。
可参见图8和11，该下接头15上端内壁与内管9下端外壁螺纹配合连接而固定。
可参见图8、11、13-15，该下接头15中部外壁上沿轴向设有条形槽15-1，该导向块13一端插入固定套14内固定，该导向块13另一端插入与该条形槽15-1 内且可在该条形槽15-1内滑动。
具体地，该导向块13为矩形块。
具体地，该固定套14内插孔14-1，该导向块13一端插入插孔14-1内固定。
该条形槽15-1为直条形且沿下接头15轴向，该导向块13另一端插入条形槽15-1内滑动配合，使该下接头15线性位移，同时该导向块13被限定条形槽15-1长度范围行程内运动，以精确控制该下接头15位移上下极限位置和位移行程量。
进一步地，所述进出气孔6-1内安装有滤嘴5。
可参见图4，当该活塞3下行时，该第一间隙腔N-1内腔变小，其内空气会从进出气孔6-1向外排出，而该滤嘴5上具有过滤孔5-1，可保证空气正常排出。。
可参见图9，当该活塞3上行时，该第一间隙腔N-1内腔变大，外径空气会从该进出气孔6-1进入第一间隙腔N-1内，而该滤嘴5上具有过滤孔5-1，可保证空气内杂质被过滤后进入第一间隙腔N-1内，由于杂质进入第一间隙腔N-1 内而会影响活塞3正常滑动工作并影响使用寿命。
进一步地，所述下过渡接头11中部上设有通入该阻尼油腔N-2内的进出油孔11-1，该进出油孔11-1内安装有堵头10。当该阻尼油腔N-2内阻尼油不足或变质时，可通过打开堵头10，再补充或更换阻尼油。而在正常工作时该堵头 10堵塞住该进出油孔11-1，可避免该阻尼油腔N-2内挤压而外泄。
可对比图2-12，当向该上接头1内注入一定压力并持续泵送流体(如水) 时，该流体会填充下接头15内孔、内管9内孔和第一间隙腔N-1，而液体压力作用于该活塞3，并向下推动活塞3运动，并且压缩第一弹簧4，该第一弹簧4 推动内管9下行运动，同时该内管9上活塞环9-1会使阻尼油腔N-2分隔为上阻尼油腔N-21和下阻尼油腔N-22，且位于该活塞环9-1下侧的下阻尼油腔N-22 内空间不断变小，而位于该活塞环9-1上侧的上阻尼油腔N-21内空间不断变大，而产生压差，该活塞环9-1下侧的下阻尼油腔N-22内的阻尼油会向上依次经下挡套7-4内孔，阀芯7-2的小外径管段7-23内孔、大外径管段7-22内孔、半球头段7-21的小通道孔7-21、小孔段7-11及阻尼通道9-2后进入该活塞环9-1 上侧的上阻尼油腔N-21内，而该阀芯7-2在该阀芯回位弹簧7-3向上弹力压力作用下而使半球头段7-21与锥孔段7-12接触配合，该小通道孔7-21与小孔段 7-11连通且该大通道孔7-22与小孔段7-11不连通，由于该小通道孔7-21为细小孔，以实现小通径而恒小流速地进入上阻尼油腔N-21内，使该活塞环9-1(即内管9)均速地下行，从而保证内管9恒定速率下行，由于下接头15与内管9固定而一起下行，该导向块13与该条形槽15-1相对滑动，当该条形槽15-1上端与导向块13阻挡接触时(可参见图8和11)，该下接头15不能继续下行而被位移行程精确控制，同时该条形槽15-1与导向块13相互导向作用，以限制该下接头15与下外管12之间相互转动，以保证该下接头15在轴向下行时不产生转动偏移。
而当停止泵送入流体时，该活塞3在第一弹簧4回弹的回复力作用下向上复位，并带动内管9及下接头15向上回复初始位置；而该活塞环9-1在向上复位运动过程中，位于该活塞环9-1下侧的下阻尼油腔N-22内空间不断变大，而位于该活塞环9-1上侧的上阻尼油腔N-21内空间不断变小，而产生压差，位于活塞环9-1上侧的上阻尼油腔N-21内的阻尼油会向下依次经小通道孔7-21 上端、半球头段7-21的小通道孔7-21和大通道孔7-22、阀芯7-2的大外径管段7-22内孔、小外径管段7-23内孔及下挡套7-4内孔后回流入位于该活塞环 9-1下侧的下阻尼油腔N-22内。
在该活塞环9-1上行过程中，该上阻尼油腔N-21内阻尼油和该下阻尼油腔N-22内阻尼油产生压差，会使该阀芯7-2向下位移并压缩该阀芯回位弹簧 7-3，从而使半球头段7-21与该锥孔段7-12脱离而不接触配合，该小通道孔7-21 与小孔段7-11连通且该大通道孔7-22与小孔段7-11连通，由于上阻尼油腔N-21 内阻尼油大通径流量地回流入下阻尼油腔N-22内，可实现快速上行复位位移，而同时由于下接头15与内管9固定而一起上行，该导向块13与该条形槽15-1 相对滑动，当该条形槽15-1下端与导向块13阻挡接触时(可参见图2和5)，该下接头15不能继续上行而被位移行程精确控制，同时该条形槽15-1与导向块13相互导向作用，以限制该下接头15与下外管12之间相互转动，以保证该下接头15在轴向上行时不产生转动偏移。
在使用时，而该下接头15下端安装水力式内割刀16，以实现控制该水力式内割刀16的下行进给和上行复位位移。
本发明可用于油田井下作业时能够在特定的压力及时间范围内提供恒定速度(该下接头15恒速下行)，恒定方位的位移(下接头15导向线性上下且不会转动偏移)，可作为处理井下复杂井况的配套工具，提供恒定的位移补偿(下接头15上下位移恒定)，并可在井内实现多次重复动作(该下接头15 可上下往复运动)。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种油田井下水力切缝用位移装置，其特征在于：包括上接头(1)、上外管(2)、活塞(3)、第一弹簧(4)、上过渡接头(6)、阻尼阀(7)、中外管(8)、内管(9)、堵头(10)、下过渡接头(11)、下外管(12)、导向块(13)、固定套(14)和下接头(15)；
该上外管(2)上端与上接头(1)下端连接；该上外管(2)下端与上过渡接头(6)上端连接；
该中外管(8)上端与上过渡接头(6)下端连接；该中外管(8)下端与下过渡接头(11)上端连接；
该下外管(12)上端与下过渡接头(11)下端连接；该固定套(14)上端与该下外管(12)下端连接；
该内管(9)穿设在上外管(2)、上过渡接头(6)、中外管(8)、下过渡接头(11)和下外管(12)内；
该上过渡接头(6)内壁与该内管(9)外壁可滑动密封配合；
该下过渡接头(11)内壁与该内管(9)外壁可滑动密封配合；
该活塞(3)与内管(9)上端连接，该活塞(3)与上外管(2)内壁可滑动密封配合；
该内管(9)外壁与上外管(2)内壁之间具有第一间隙腔(N-1)，
该第一弹簧(4)位于第一间隙腔(N-1)内，该第一弹簧(4)上端与活塞(3)抵接，该第一弹簧(4)下端与上过渡接头(6)抵接；
该上过渡接头(6)中部上设有通入该第一间隙腔(N-1)内的进出气孔(6-1)；
该内管(9)外壁与中外管(8)内壁之间具有阻尼油腔(N-2)，该阻尼油腔(N-2)内充满阻尼油；
该内管(9)外壁上设有活塞环(9-1)，该活塞环(9-1)位于该阻尼油腔(N-2)内且与该中外管(8)内壁可滑动密封配合；
该活塞环(9-1)上设有沿轴向贯通的阻尼通道(9-2)，该阻尼通道内(9-2)内装有阻尼阀(7)；
所述阻尼阀(7)包括阀芯套(7-1)、阀芯(7-2)、阀芯回位弹簧(7-3)，和下挡套(7-4)；
该阀芯套(7-1)和下挡套(7-4)均固定在阻尼通道(9-2)内，该阀芯套(7-1)内从上至下依次具有小孔段(7-11)、锥孔段(7-12)和大孔段(7-13)，该阀芯(7-2)从上至下依次具有半球头段(7-21)和大外径管段(7-22)及小外径管段(7-23)，该半球头段(7-21)外径大于小孔段(7-11)内径，该大外径管段(7-22)外壁与该大孔段(7-13)内壁可滑动配合，该大孔段(7-13)内壁与该小外径管段(7-23)外壁之间具有第三间隙腔(N-3)，该下挡套(7-4)上端与该阀芯套(7-1)下端抵接，该阀芯回位弹簧(7-3)位于第三间隙腔(N-3)内，该阀芯回位弹簧(7-3)上端与该大外径管段(7-22)抵接，该阀芯回位弹簧(7-3)下端与该下挡套(7-4)抵接，该半球头段(7-21)上设有小通道孔(7-211)和大通道孔(7-212)，该下挡套(7-4)内径大于该小外径管段(7-23)外径；
当该半球头段(7-21)与锥孔段(7-12)接触配合时，该小通道孔(7-21)与小孔段(7-11)连通且该大通道孔(7-22)与小孔段(7-11)不连通；
当该半球头段(7-21)与锥孔段(7-12)不接触配合时，该小通道孔(7-21)与小孔段(7-11)连通且该大通道孔(7-22)与小孔段(7-11)连通；
该下接头(15)上端与内管(9)下端连接，该下接头(15)中部外壁上沿轴向设有条形槽(15-1)，该导向块(13)一端插入固定套(14)内固定，该导向块(13)另一端插入与该条形槽(15-1)内且可在该条形槽(15-1)内滑动。
2.如权利要求1所述的一种油田井下水力切缝用位移装置，其特征在于：所述进出气孔(6-1)内安装有滤嘴(5)。
3.如权利要求1或2所述的一种油田井下水力切缝用位移装置，其特征在于：所述下过渡接头(11)中部上设有通入该阻尼油腔(N-2)内的进出油孔(11-1)，该进出油孔(11-1)内安装有堵头(10)。
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