CN111441744A - 一种高压蓄能泄压启动式压力控制阀及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压蓄能泄压启动式压力控制阀及使用方法，包括阀体总成，阀体总成内部为圆柱形腔室，阀体总成内从前至后依次连接有充填接头总成、蓄能活塞、控制活塞和堵头，充填接头总成、蓄能活塞、控制活塞和堵头之间分别形成了第一腔室、第二腔室和第三腔室，阀体总成上还开有与阀体总成内部为圆柱形腔室相连通的第一接口、第二接口和第三接口，其中第一接口与阀体总成内部的圆柱形腔室相连通处被控制活塞堵住，第二接口与第二腔室相连通，第三接口与第三腔室相连通，第二接口内连接有单流阀总成。通过井口施加高压为控制阀蓄能，井口泄压后开启控制阀，为井下滑套类工具提供压力输入通道。

Description

一种高压蓄能泄压启动式压力控制阀及使用方法

技术领域

本发明属于油气田开发领域，具体涉及一种高压蓄能泄压启动式压力控制阀及使用方法。

背景技术

固井滑套类工具在油气田水平井的开发工艺应用中越来越多，特别是趾端滑套类工具可以免射孔开启首层，实现快速、高效首层作业在“桥射联作”压裂工艺具有很大优势。然而，在新井作业前需要进行套管强度试压作业，与该类工具的性能产生矛盾。

根据油气开发对套管强度试压工艺的需求，常规压差式滑套等工具直接通过井筒施加高压开启，与新井套管强度试压作业产生矛盾，不能直观判断是套管漏失还是滑套开启。因此需要开发可以满足套管强度试压需求滑套类工具。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压蓄能泄压启动式压力控制阀及使用方法，以通过井口施加高压为控制阀蓄能，井口泄压后开启控制阀，为井下滑套类工具提供压力输入通道。避免在井筒施加高压直接开启井下滑套类工具，进而满足足井筒试压等特殊工艺需求。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的，一种高压蓄能泄压启动式压力控制阀，包括阀体总成，阀体总成内部为圆柱形腔室，阀体总成内从前至后依次连接有充填接头总成、蓄能活塞、控制活塞和堵头，充填接头总成、蓄能活塞、控制活塞和堵头之间分别形成了第一腔室、第二腔室和第三腔室，阀体总成上还开有与阀体总成内部为圆柱形腔室相连通的第一接口、第二接口和第三接口，其中第一接口与阀体总成内部的圆柱形腔室相连通处被控制活塞堵住，第二接口与第二腔室相连通，第三接口与第三腔室相连通，第二接口内连接有单流阀总成。

进一步的，所述第一腔室内填充有可压缩流体，第二腔室和第三腔室内为空气或防护油。

进一步的，所述第二接口和第三接口的输入口联通，与系统压力连接。

进一步的，所述阀体总成上连接有剪钉，控制活塞上开有剪钉槽，剪钉穿过阀体总成外表面，伸入控制活塞的剪钉槽内。

进一步的，所述充填接头总成和堵头均通过螺纹与阀体总成连接。

进一步的，所述充填接头总成、蓄能活塞、控制活塞和堵头外侧均连接有密封圈，以保证和阀体总成内壁之间的密封。

进一步的，所述控制活塞共有两个密封圈，分别位于第一接口的两侧。

一种高压蓄能泄压启动式压力控制阀使用方法，包括以下步骤，

第一步、准备，将高压蓄能泄压启动式压力控制阀安装进井下滑套类工具系统，井下滑套类工具系统内的流体由第二接口进入第二腔室中，系统流体由第三接口进入第三腔室中，并且第二接口和第三接口都与系统压力相连，所以第二腔室和第三腔室中的压力相等，控制活塞两端收到相同的液压作用力，在剪钉的作用下，控制活塞的位置固定并堵住第一接口；

第二步、系统加压，井下滑套类工具系统压力提高，使得第二腔室和第三腔室中的压力同时升高，第二腔室内的压力高于第一腔室内的压力，蓄能活塞在压力作用下向充填接头总成方向移动而蓄能，随着蓄能活塞移动，第一腔室内的可压缩流体被压缩，第一腔室内的压力也随之升高；

第三步、系统泄压，井下滑套类工具系统压力降低，第三腔室内的流体从第三接口中流出，第三腔室压力随之降低；而单流阀总成阻止第二腔室中的流体从第二接口流出，因此泄压后第二腔室内的压力大于第三腔室中压力；

第四步、开启控制阀，因为第二腔室内的压力大于第三腔室中压力，控制活塞两端压力不平等，因此产生向第三腔室的方向运动的趋势，随着泄压进行，当压力差产生的推动力大于剪钉的剪切破坏力时，剪钉被剪断，控制活塞向第三腔室的方向运动，同时第一腔室中的可压缩流体膨胀推动蓄能活塞向第二腔室方向移动，为第二腔室补充压力，进一步推动控制活塞向第三腔室的方向运动，直到控制活塞不再堵住第一接口，即第二腔室与第一接口连通，第二腔室内的流体从第一接口流出，从而开启控制阀。

本发明的有益效果在于：通过第一腔室、第二腔室和第三腔室之间的压力差，实现井口施加压力，提高系统压力后为蓄能活塞蓄能，井口泄压后通过蓄能活塞剪断剪钉，打开控制阀，为井下滑套类工具提供压力输入通道。可以避免在井筒施加高压直接开启井下滑套类工具，进而满足井筒试压等特殊工艺需求。

附图说明

图1为本发明结构初始状态示意图；

图2为本发明系统加压状态示意图；

图3为本发明系统泄压状态示意图；

图中1、充填接头总成；2、蓄能活塞；3、单流阀总成；4、阀体总成；5、控制活塞；6、剪钉；7、堵头；8、第一腔室；9、第二腔室；10、第三腔室；11、第一接口；12、第二接口；13、第三接口；

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

具体实施方式

【实施例1】

如图1所示，一种高压蓄能泄压启动式压力控制阀，包括阀体总成4，阀体总成4内部为圆柱形腔室，阀体总成4内从前至后依次连接有充填接头总成1、蓄能活塞2、控制活塞5和堵头7，充填接头总成1、蓄能活塞2、控制活塞5和堵头7之间分别形成了第一腔室8、第二腔室9和第三腔室10，阀体总成4上还开有与阀体总成4内部为圆柱形腔室相连通的第一接口11、第二接口12和第三接口13，其中第一接口11与阀体总成4内部的圆柱形腔室相连通处被控制活塞5堵住，第二接口12与第二腔室9相连通，第三接口13与第三腔室10相连通，第二接口12内连接有单流阀总成3。

高压蓄能泄压启动式压力控制阀作为井下滑套类工具的一部分，可根据实际需要改变阀体总成4的外部形状，保持内部的圆柱形腔室即可。充填接头总成1和堵头7封堵住阀体总成4的前后两端。

充填接头总成1、蓄能活塞2、控制活塞5和堵头7将阀体总成4的内部分成了若干个腔室，其中充填接头总成1和蓄能活塞2之间形成了第一腔室8；蓄能活塞2和控制活塞5之间形成了第二腔室9；控制活塞5和堵头7之间形成了第三腔室10；

阀体总成4上还开有第一接口11、第二接口12和第三接口13。

第一接口11与阀体总成4内部连通处的开口被控制活塞5堵住，防止第一接口11连通阀体总成4的内外。

第二接口12与第二腔室9相连通，第三接口13与第三腔室10相连通，第二接口12内连接有单流阀总成3，单流阀总成阻止第二腔室9内的流体向外流。

【实施例2】

如图1所示，在实施例1的基础上，所述第一腔室8内填充有可压缩流体，第二腔室9和第三腔室10内为空气或防护油。可压缩流体可以采用高压氮气或者低密度硅油。

所述第二接口12和第三接口13的输入口联通，与系统压力连接。

高压蓄能泄压启动式压力控制阀作为井下滑套类工具的一部分，跟外界的系统相连通，而第二接口12和第三接口13与同一个压力源，即系统压力相连通，使得加压时第二腔室9和第三腔室10内的压力同步上升，保证第二腔室9和第三腔室10内的压力相同。

所述阀体总成4上连接有剪钉6，控制活塞5上开有剪钉槽，剪钉6穿过阀体总成4外表面，伸入控制活塞5的剪钉槽内。

通过伸入控制活塞5剪钉槽的剪钉6，来固定控制活塞5的位置，以使得控制活塞5可以堵住第一接口11。

所述充填接头总成1和堵头7均通过螺纹与阀体总成4连接。充填接头总成1和堵头7与阀体总成4内壁螺纹连接。

所述充填接头总成1、蓄能活塞2、控制活塞5和堵头7外侧均连接有密封圈，以保证和阀体总成4内壁之间的密封。

所述控制活塞5共有两个密封圈，分别位于第一接口11的两侧。

通过密封圈，来确保充填接头总成1、蓄能活塞2、控制活塞5和堵头7与阀体总成4内壁之间的密封性，防止第一腔室8、第二腔室9和第三腔室10之间相互连通，失去气密性。同时因控制活塞5需要堵住第一接口11，所以控制活塞5共有2个密封圈，且位于第一接口11的两侧，防止外界通过第一接口11与阀体总成4内部连通。

【实施例3】

如图1至图3所示，在实施例2的基础上，一种高压蓄能泄压启动式压力控制阀使用方法，包括以下步骤，

第一步、准备，将高压蓄能泄压启动式压力控制阀安装进井下滑套类工具系统，井下滑套类工具系统内的流体由第二接口12进入第二腔室9中，系统流体由第三接口13进入第三腔室10中，并且第二接口12和第三接口13都与系统压力相连，所以第二腔室9和第三腔室10中的压力相等，控制活塞5两端收到相同的液压作用力，在剪钉6的作用下，控制活塞5的位置固定并堵住第一接口11；

在第一腔室8内注入可压缩流体，然后将整个高压蓄能泄压启动式压力控制阀安装进井下滑套类工具内，高压蓄能泄压启动式压力控制阀安装完毕后，高压蓄能泄压启动式压力控制阀与井下滑套类工具的压力相关联，井下滑套类工具系统里的流体从第二接口12进入第二腔室9，由第三接口13进入第三腔室10中，因第二接口12和第三接口13都与相同的系统压力相连，第二腔室9和第三腔室10中间的控制活塞受到相同的液压作用力，相当与不受力，因此在剪钉6的作用下，控制活塞5的位置是固定并堵住第一接口11的。即图1所示。流入第二腔室9和第三腔室10内的流体为空气或防护油。

第二步、系统加压，井下滑套类工具系统压力提高，使得第二腔室9和第三腔室10中的压力同时升高，第二腔室9内的压力高于第一腔室8内的压力，蓄能活塞2在压力作用下向充填接头总成1方向移动而蓄能，随着蓄能活塞2移动，第一腔室8内的可压缩流体被压缩，第一腔室8内的压力也随之升高；

井口施加高压后，整个井下滑套类工具系统压力提高，系统内的流体受到压缩，第二腔室9和第三腔室10中的压力也随之升高，而第一腔室8因为不与外界连通，压力不变。

第二腔室9内的压力高于第一腔室8内的压力后，蓄能活塞2在压力作用下向充填接头总成1方向移动而蓄能，如图2所示，向左运动。随着蓄能活塞2向左运动，第一腔室8内的可压缩流体被压缩，第一腔室8内的压力升高，第一腔室8内也就蓄积了能量。

第三步、系统泄压，系统压力降低，第三腔室10内的流体从第三接口13中流出，第三腔室10压力随之降低；而单流阀总成3阻止第二腔室9中的流体从第二接口12流出，因此泄压后第二腔室9内的压力大于第三腔室10中压力；

井口泄压，井下滑套类工具系统压力随之下降，第三腔室10的压力下降，第三腔室10内的流体从第三接口13流出；第二接口12中的单流阀总成3阻止了第二腔室9内的流体流出，因此第二腔室9内的压力仍保持在泄压前，这一过程中，第二腔室9中的压力逐渐大于第三腔室10。

第四步、开启控制阀，因为第二腔室9内的压力大于第三腔室10中压力，控制活塞5两端压力不平等，因此产生向第三腔室10的方向运动的趋势，随着泄压进行，当压力差产生的推动力大于剪钉6的剪切破坏力时，剪钉6被剪断，控制活塞5向第三腔室10的方向运动，同时第一腔室8中的可压缩流体膨胀推动蓄能活塞2向第二腔室9方向移动，为第二腔室9补充压力，进一步推动控制活塞5向第三腔室10的方向运动，直到控制活塞5不再堵住第一接口11，即第二腔室9与第一接口11连通，第二腔室9内的流体从第一接口11流出，从而开启控制阀。

如图3所示，随着泄压的进行，第二腔室9与第三腔室10的压力差越来越大，控制活塞5产生向右运动的趋势，但被剪钉6阻挡无法运动。当压力差大于剪钉6的剪切破坏力时，剪钉6被剪断，控制活塞5开始向右运动。随着控制活塞5向右运动，第二腔室9内的压力降低，第一腔室8内的压力大于第二腔室9，蓄能活塞2向右移动压缩第二腔室9内的流体，为第二腔室9补充压力，进一步的推动控制活塞5移动。最终控制活塞5不再堵住第一接口11，第二腔室9以及控制活塞5右移而留出的空间与外界的控制阀部分连通，第二腔室9内的流体从第一接口11流出开启控制阀。

压力控制阀开启后，系统压力与第一接口11外的特定工具的液压机构连通，特定工具产生特定动作，特殊工具例如井下滑套类工具中的液压缸，液压缸与第一接口11连通，当第一接口11打开，第二腔室9内的流体进入液压缸中，使得液压缸中产生压力，与液压缸相连的机构就会产生变化。至此高压蓄能泄压启动式压力控制阀工作完毕。其中第一接口11的位置根据实际中，控制阀的位置而定，若控制阀的位置处于第二接口12的相对侧，即图3所示，则第一接口11的位置也开在第二接口相对侧。

Claims (8)

1.一种高压蓄能泄压启动式压力控制阀，其特征在于：包括阀体总成（4），阀体总成（4）内部为圆柱形腔室，阀体总成（4）内从前至后依次连接有充填接头总成（1）、蓄能活塞（2）、控制活塞（5）和堵头（7），充填接头总成（1）、蓄能活塞（2）、控制活塞（5）和堵头（7）之间分别形成了第一腔室（8）、第二腔室（9）和第三腔室（10），阀体总成（4）上还开有与阀体总成（4）内部为圆柱形腔室相连通的第一接口（11）、第二接口（12）和第三接口（13），其中第一接口（11）与阀体总成（4）内部的圆柱形腔室相连通处被控制活塞（5）堵住，第二接口（12）与第二腔室（9）相连通，第三接口（13）与第三腔室（10）相连通，第二接口（12）内连接有单流阀总成（3）。

2.根据权利要求1所述的一种高压蓄能泄压启动式压力控制阀，其特征在于：所述第一腔室（8）内填充有可压缩流体，第二腔室（9）和第三腔室（10）内为空气或防护油。

3.根据权利要求1所述的一种高压蓄能泄压启动式压力控制阀，其特征在于：所述第二接口（12）和第三接口（13）的输入口联通，与系统压力连接。

4.根据权利要求1所述的一种高压蓄能泄压启动式压力控制阀，其特征在于：所述阀体总成（4）上连接有剪钉（6），控制活塞（5）上开有剪钉槽，剪钉（6）穿过阀体总成（4）外表面，伸入控制活塞（5）的剪钉槽内。

5.根据权利要求1所述的一种高压蓄能泄压启动式压力控制阀，其特征在于：所述充填接头总成（1）和堵头（7）均通过螺纹与阀体总成（4）连接。

6.根据权利要求1所述的一种高压蓄能泄压启动式压力控制阀，其特征在于：所述充填接头总成（1）、蓄能活塞（2）、控制活塞（5）和堵头（7）外侧均连接有密封圈，以保证和阀体总成（4）内壁之间的密封。

7.根据权利要求6所述的一种高压蓄能泄压启动式压力控制阀，其特征在于：所述控制活塞（5）共有两个密封圈，分别位于第一接口（11）的两侧。

8.一种高压蓄能泄压启动式压力控制阀使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、准备，将高压蓄能泄压启动式压力控制阀安装进井下滑套类工具系统，井下滑套类工具系统内的流体由第二接口（12）进入第二腔室（9）中，系统流体由第三接口（13）进入第三腔室（10）中，并且第二接口（12）和第三接口（13）都与系统压力相连，所以第二腔室（9）和第三腔室（10）中的压力相等，控制活塞（5）两端收到相同的液压作用力，在剪钉（6）的作用下，控制活塞（5）的位置固定并堵住第一接口（11）；

第二步、系统加压，井下滑套类工具系统压力提高，使得第二腔室（9）和第三腔室（10）中的压力同时升高，第二腔室（9）内的压力高于第一腔室（8）内的压力，蓄能活塞（2）在压力作用下向充填接头总成（1）方向移动而蓄能，随着蓄能活塞（2）移动，第一腔室（8）内的可压缩流体被压缩，第一腔室（8）内的压力也随之升高；

第三步、系统泄压，井下滑套类工具系统压力降低，第三腔室（10）内的流体从第三接口（13）中流出，第三腔室（10）压力随之降低；而单流阀总成（3）阻止第二腔室（9）中的流体从第二接口（12）流出，因此泄压后第二腔室（9）内的压力大于第三腔室（10）中压力；

第四步、开启控制阀，因为第二腔室（9）内的压力大于第三腔室（10）中压力，控制活塞（5）两端压力不平等，因此产生向第三腔室（10）的方向运动的趋势，随着泄压进行，当压力差产生的推动力大于剪钉（6）的剪切破坏力时，剪钉（6）被剪断，控制活塞（5）向第三腔室（10）的方向运动，同时第一腔室（8）中的可压缩流体膨胀推动蓄能活塞（2）向第二腔室（9）方向移动，为第二腔室（9）补充压力，进一步推动控制活塞（5）向第三腔室（10）的方向运动，直到控制活塞（5）不再堵住第一接口（11），即第二腔室（9）与第一接口（11）连通，第二腔室（9）内的流体从第一接口（11）流出，从而开启控制阀。

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