CN111927392A - 液压控制式开关滑套 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液压控制式开关滑套，包括上接头、滑动芯轴、偏心筒、中接头和下接头，上接头、偏心筒、中接头和下接头依次密封固定连接形成活塞筒，滑动芯轴设置在活塞筒内形成活塞，活塞筒上设置有向活塞筒内加压的压力传递通道，活塞筒和活塞上均设置有竖形槽，当活塞运动至活塞筒竖形槽和活塞竖形槽连通时，开关滑套为开启状态，当活塞运动至活塞筒竖形槽和活塞竖形槽未连通时，开关滑套为关闭状态。本发明开关滑套采用液压推动芯轴移动实现滑套的打开、关闭，避免了电泵生产井中不能进行钢丝作业的限制。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压控制式开关滑套，属于油气田开发技术智能完井领域，适合在电泵生产井多层智能完井中应用。
背景技术
在油气井完井作业中，滑套为流体循环、分层开采或注入提供油管和环空之间的连通通道，是一种流量控制工具。
目前使用的开关滑套有机械式开关滑套或者液压滑套。机械式开关滑套需要通过钢丝作业或者连续油管作业实现滑套的开关。作业时需要在管柱内下入专用工具串进行机械或者液压震击操作。液压滑套有一次性打开或者关闭滑套，该滑套通过管柱加压实现一次性动作。另一类重复开关滑套，可通过油管或者套管加压实现滑套的打开或者关闭，泄压后自动回位。或者通过下入专用工具重新加压实现滑套的开关。
而在电泵生产井多层智能完井中，由于电泵的存在，不能通过钢丝作业或者连续油管作业实现滑套的开关；也不能通过下专用工具，管柱加压的方式实现滑套的开关。
同时，智能完井多为多层完井，需要多个滑套串联使用。目前，还没有不通过钢丝作业（或连续油管作业）、不依靠管柱内加压实现不同层位打开或者关闭的滑套结构。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，实现远程、智能化操作，同时控制多个层位的打开关闭。提供一种液压控制式开关滑套，采用N+1根液控管线，实现对N个层位的开发、注入的分别控制。避免通过钢丝作业（或连续油管作业）、依靠管柱内加压实现不同层位打开或者关闭的限制。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种液压控制式开关滑套，其特征在于：包括上接头、滑动芯轴、偏心筒、中接头和下接头，上接头、偏心筒、中接头和下接头依次密封固定连接形成活塞筒，滑动芯轴设置在活塞筒内形成活塞，活塞筒上设置有向活塞筒内加压的压力传递通道，活塞筒和活塞上均设置有竖形槽，当活塞运动至活塞筒竖形槽和活塞竖形槽连通时，开关滑套为开启状态，当活塞运动至活塞筒竖形槽和活塞竖形槽未连通时，开关滑套为关闭状态。
所述上接头内设置有对滑动芯轴向上运动时进行限位的上定位台阶，下接头内设置有对滑动芯轴向下运动时进行限位的下定位台阶，当滑动芯轴运动至上定位台阶处时，活塞筒竖形槽和活塞竖形槽连通。
所述偏心筒上端与上接头固定连接且通过O形圈密封，下端通过中接头与下接头固定连接，偏心筒与滑动芯轴之间设置有轴套，轴套下端限位在中接头端部，轴套上端通过防转螺钉固定在偏心筒上。
所述活塞筒上的竖形槽设置在偏心筒和轴套上，偏心筒竖形槽和轴套竖形槽连通。
所述偏心筒内壁上设置有密封面，滑动芯轴外壁上设置有泛塞密封组，滑动芯轴通过泛塞密封组与偏心筒密封面滑动密封配合。
所述滑动芯轴外壁上设置有卡圈槽和定位台阶，通过设置在卡圈槽内的轴用挡圈将泛塞密封组固定在定位台阶处。
所述滑动芯轴内壁上固定设置有密封件Ⅰ和密封件Ⅱ，密封件Ⅰ和泛塞密封组、密封件Ⅱ和泛塞密封组之间的空间形成与液控管线连通的压力容腔。
所述压力传递通道为两个，设置在偏心筒上，且位于泛塞密封组两端，压力传递通道一端与压力容腔连通，另一端为液控管线接口。
所述液控管线接口处设置有直螺纹、密封锥面、压紧螺母、前卡套和后卡套，通过压紧螺母与直螺纹配合将前卡套、后卡套压紧在液控管线和密封锥面上形成密封。
所述密封件Ⅰ通过上接头与偏心筒连接，密封件Ⅰ通过偏心筒上的限位台阶形成限位空间固定。
所述密封件Ⅱ通过中接头与偏心筒连接，密封件Ⅱ通过轴套、挡圈和卡圈限位形成限位空间固定。
所述泛塞密封组包括2组背向安装的泛塞圈。
所述中接头内壁上开有刮环槽，刮环槽内设置有与滑动芯轴配合的刮环。
所述中接头与下接头连接处设置有密封件
，密封件
通过下接头上的限位台阶形成限位空间固定。
所述滑动芯轴上设置有平衡压力槽，平衡压力槽位于滑动芯轴竖形槽上端。
采用本发明的优点在于：
一、采用本发明的结构，开关滑套采用液压推动芯轴移动实现滑套的打开、关闭。避免了电泵生产井中不能进行钢丝作业（或连续油管作业）的限制。
二、采用本发明的结构，开关滑套采用液控管线控制，可实现远程操作。液控管线通过生产管柱连接到井口控制柜。液压通过相应的液控管线传递到每一个滑套位置。控制滑套的打开或者关闭。解决了电泵生产井多层完井中，不能通过油管或者套管加压实现滑套开关的目的。同时，通过井口控制柜可以实现远程操作，实现智能化控制。
三、采用本发明的结构，在智能多层完井中，可采用N+1根液控管线。实现对N个层位的开采、注入的分别控制。以3个层位为例： 每一个层位安装一个滑套，同时层与层之间通过封隔器彼此隔开。每一个滑套通过一根液控管线（打开管线）连接至井口控制柜，用于滑套的打开。所有滑套共用一根液控管线（关闭管线）连接到井口控制柜。打开第一个滑套：将共用的关闭管线保持打开，对第一个滑套的打开管线加压，即可打开第一个滑套。其余滑套没有液压操作将不会动作。关闭第二个滑套：将第二个滑套的液控管线（打开管线）保持打开。其他滑套的液控管线（打开管线）保持关闭。对共用的液控管线（关闭管线）加压，即可关闭第二个滑套。其余滑套将不会动作。在不需要油、套加压，或者管柱作业的情况下，实现了对多个层位的打开或者关闭。
四、液控管线连接形式为金属密封形式，与锥螺纹与密封胶带配合密封方式比较具有更好的密封效果和耐久性。通常情况下，液控管线与工具连接是通过NPT螺纹进行连接的。NPT螺纹属于锥螺纹，难以直接实现密封，需要缠密封胶带等辅助密封。密封胶带缠绕不均匀会存在泄漏的风险，同时使用时间长之后存在老化泄漏的风险。该液控管线连接形式为金属与金属接触密封，避免了上面所述风险。
五、采用本发明的结构后，与普通机械开关滑套能实现相同的功能。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为图1中的I部放大结构示意图；
图3为堵塞结构示意图。
图中标记为：1、上接头，2、O形圈，3、密封件Ⅰ，4、偏心筒， 5、滑动芯轴，6、轴用挡圈， 7、泛塞密封组，8、卡圈，9、挡圈， 10、密封件Ⅱ， 11、防转螺钉，12、轴套，13、中接头，14、刮环，15、下接头，16、后卡套，17、前卡套，18、堵塞，19、压紧螺母。
具体实施方式
实施例1
一种液压控制式开关滑套，包括上接头1、滑动芯轴5、偏心筒4、中接头13和下接头15，上接头1、偏心筒4、中接头13和下接头15依次密封固定连接形成活塞筒，滑动芯轴5设置在活塞筒内形成活塞，活塞筒上设置有向活塞筒内加压的压力传递通道，活塞筒和活塞上均设置有竖形槽，当活塞运动至活塞筒竖形槽和活塞竖形槽连通时，开关滑套为开启状态，当活塞运动至活塞筒竖形槽和活塞竖形槽未连通时，开关滑套为关闭状态。
所述上接头1内设置有对滑动芯轴5向上运动时进行限位的上定位台阶，下接头15内设置有对滑动芯轴5向下运动时进行限位的下定位台阶，当滑动芯轴5运动至上定位台阶处时，活塞筒竖形槽和活塞竖形槽连通。
所述偏心筒4上端与上接头1固定连接且通过O形圈2密封，下端通过中接头13与下接头15固定连接，偏心筒4与滑动芯轴5之间设置有轴套12，轴套12下端限位在中接头13端部，轴套12上端通过防转螺钉11固定在偏心筒4上。
所述活塞筒上的竖形槽设置在偏心筒4和轴套12上，偏心筒4竖形槽和轴套12竖形槽连通。
所述偏心筒4内壁上设置有密封面，滑动芯轴5外壁上设置有泛塞密封组7，滑动芯轴5通过泛塞密封组7与偏心筒4密封面滑动密封配合。
所述滑动芯轴5外壁上设置有卡圈槽和定位台阶，通过设置在卡圈槽内的轴用挡圈6将泛塞密封组7固定在定位台阶处。
所述滑动芯轴5内壁上固定设置有密封件Ⅰ3和密封件Ⅱ10，密封件Ⅰ3和泛塞密封组7、密封件Ⅱ10和泛塞密封组7之间的空间形成与液控管线连通的压力容腔。
所述压力传递通道为两个，设置在偏心筒4上，且位于泛塞密封组7两端，压力传递通道一端与压力容腔连通，另一端为液控管线接口。液控管线接口处可设置堵塞18，堵塞18属于保护塞，使用前保护管线接口处螺纹，使用时将其取掉。
所述液控管线接口处设置有直螺纹、密封锥面、压紧螺母19、前卡套17和后卡套16，通过压紧螺母19与直螺纹配合将前卡套17、后卡套16压紧在液控管线和密封锥面上形成密封。
所述密封件Ⅰ3通过上接头1与偏心筒4连接，密封件Ⅰ3通过偏心筒4上的限位台阶形成限位空间固定。
所述密封件Ⅱ10通过中接头13与偏心筒4连接，密封件Ⅱ10通过轴套12、挡圈9和卡圈8限位形成限位空间固定。
所述泛塞密封组7包括2组背向安装的泛塞圈。
所述中接头13内壁上开有刮环槽，刮环槽内设置有与滑动芯轴5配合的刮环14。所述刮环14在滑动芯轴5移动过程中，可将附着的泥沙等杂质刮掉，始终保持滑动芯轴5表面光滑，确保滑套随时关闭时的密封性能。
所述中接头13与下接头15连接处设置有密封件
，密封件
通过下接头15上的限位台阶形成限位空间固定。
所述滑动芯轴5上设置有平衡压力槽，平衡压力槽位于滑动芯轴5竖形槽上端。
实施例2
下面将结合附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种液压控制式开关滑套，，包括上接头1，O形圈2，密封件Ⅰ3，偏心筒4，滑动芯轴5，轴用挡圈6，泛塞密封组7，卡圈8，挡圈9， 10、密封件Ⅱ10，防转螺钉11，轴套12，中接头13，刮环14，下接头15，后卡套16，前卡套17，堵塞18，压紧螺母19。
本实施例中，所述偏心筒4设计有密封面，泛塞密封组7始终在该密封面上滑动，形成滑动密封。
本实施例中，所述偏心筒4设计有2个液控管线接口，分别位于泛塞密封组7两端，液控管线接口与液控管线连接形成压力传递通道。
本实施例中，所述滑动芯轴5设计有卡圈槽和定位台阶，通过轴用挡圈6将泛塞密封组7固定。
本实施例中，所述滑动芯轴5设计有密封面，密封件Ⅰ3和密封件Ⅱ10始终在密封面上滑动，形成滑动密封。
本实施例中，所述密封件Ⅰ3、密封件Ⅱ10分别与泛塞密封组7形成压力容腔，通过液控管线加压为滑动芯轴5移动提供推力。
本实施例中，所述密封件Ⅰ3通过上接头1与偏心筒4连接，依靠限位台阶形成限位空间固定。
本实施例中，所述密封件Ⅱ10通过中接头13与偏心筒4连接，依靠轴套12、挡圈9和卡圈8限位形成限位空间固定。
本实施例中，所述泛塞密封组7通过2组泛塞圈背向安装，形成双向承压。
本实施例中，所述偏心筒4，轴套12均设计有竖形槽，通过防转螺钉11固定相位，使得偏心筒4与轴套12竖形槽对齐形成流通通道。
本实施例中，所述滑动芯轴5设计有竖形槽，通过液控压力使滑动芯轴5移动最上方位置使得竖形槽与偏心筒4、轴套12竖形槽对齐形成流通通道。通过液控压力使滑动芯轴5移动到最下方位置关闭流通通道。
本实施例中，所述滑动芯轴5设计有平衡压力槽，在滑动芯轴5竖形槽上端设计有4条细长缝隙，滑动芯轴5在液控压力作用下，首先缝隙连通以平衡内外压力。
本实施例中，所述下接头15，下接头15均设计有定位台阶，限制滑动芯轴5的移动行程。
本实施例中，所述偏心筒4设计一个有直螺纹与密封锥面，通过压紧螺母19与直螺纹配合将前卡套17，后卡套16压紧在液控管线和密封锥面上形成密封。形成压力传递通道。
本发明的工作原理如下：
通过地面加压，液压油通过两根液压液控管线控制滑套的开启和关闭。打开管线加压，带动滑动芯轴5上移，连通油管与油套环空。关闭管线加压，活塞下移，带动滑动芯轴5下移，切断油管与油套环空的连通。
采用多个液压控制式开关滑套控制多个层位时。采用N+1的控制方式，即多个滑套共用一根液控管线控制滑套关闭，每个滑套单独一根液控管线控制滑套打开。
需要打开其中一个滑套时，关闭管线打开，对应滑套的打开管线加压即可。
需要关闭其中一个滑套时，对应滑套的打开管线打开，其他滑套的打开管线关闭，对应滑套的关闭管线加压即可。
实施例3
本实施例是对本发明和现有技术的区别进行说明，除结构上描述的上述实施例中的不同外，下述主要说明适用领域和操作工艺的不同。
本申请滑套与现有其他专利滑套的区别：
1.专利号：CN 101265792A
a、适用领域不同：
该滑套适合在石油天然气钻井工程中固井作业中运用，而本申请适用于油气田开发技术智能完井领域，适合在电泵生产井多层智能完井中应用。两者的适用领域不同。
b、操作工艺不适合
该滑套需要通过试井车将控制结构送入滑套位置，通过油管内打压实现滑套的开关。本申请中，在电泵生产井多层智能完井中，由于井下电泵的原因，无法通过钢丝或者电缆等作业操作管柱。同时，油管内也无法打压实现相应动作。
2.专利号：CN 203050662 U
a、适用领域不同：
该滑套是油田压裂地层用的井下工具，而本申请适用于油气田开发技术智能完井领域，适合在电泵生产井多层智能完井中应用。两者的适用领域不同。
b、操作工艺不适合
该滑套需要通过下入工具封堵住传压孔，通过油管内打压实现滑套的开关。本申请中，在电泵生产井多层智能完井中，由于井下电泵的原因，无法在电泵以下管柱内进行下入工具作业。同时，油管内也无法打压实现相应动作。
3.专利号：CN 203463069 U
a、适用领域不同：
该滑套涉及采油工程技术领域，特别属于一种用于水平井分段多级压裂施工中的机械液压式可开关压裂滑套，是一种套管滑套。而本申请滑套是一种油管滑套，适用于油气田开发技术智能完井领域，适合在电泵生产井多层智能完井中应用。两者的适用领域不同。
b、操作工艺不适合：
该滑套需要用油管下入双封单卡管柱，油管加压打开滑套，继续加压实现压裂。关闭滑套，同样需要通过油管下入专用工具，通过油管加压再上提油管实现滑套关闭。而本申请，在电泵生产井多层智能完井中，由于井下电泵的原因，无法在电泵以下管柱内进行下管柱作业。同时，油管内也无法打压实现相应动作。
4.专利号：CN 204299542 U
a、功能不同：
该滑套仅通过静液压力实现关闭，不能再次打开。无法智能控制滑套的开关。联通和关闭油套环空。
5.专利号：CN 107558951 A
a、适用领域不同：
该滑套是一种应用于压裂及CO2驱注入管柱的井下工具循环滑套，具体涉及一种液压开关循环滑套。而本申请滑套是一种生产滑套，适用于油气田开发技术智能完井领域，适合在电泵生产井多层智能完井中应用。
b、功能不同：
该滑套需要通过套管加压实现滑套的打开，当套压泄掉时，滑套在弹簧作用下关闭。要想始终保持打开，需要一直保持套管压力。无法用于正常的采油作业。
6.专利号：CN 207048755 U
a、适用领域不同：
该滑套涉及石油开采井下工具技术领域，具体地说就是一种液压可开关式固井滑套，适用于固井作业。而本申请滑套是一种生产滑套，适用于油气田开发技术智能完井领域，适合在电泵生产井多层智能完井中应用。
b、功能不同：
该滑套通过油管配合将封隔器坐封在滑套位置，通过套管环空加压，打开滑套进行压裂作业。压裂作业完成后，通过油管加压可关闭滑套。而本申请涉及的电泵生产井多层完井作业中，不适合通过油套环空加压作业操作滑套。
Claims (10)
1.一种液压控制式开关滑套，其特征在于：包括上接头（1）、滑动芯轴（5）、偏心筒（4）、中接头（13）和下接头（15），上接头（1）、偏心筒（4）、中接头（13）和下接头（15）依次密封固定连接形成活塞筒，滑动芯轴（5）设置在活塞筒内形成活塞，活塞筒上设置有向活塞筒内加压的压力传递通道，活塞筒和活塞上均设置有竖形槽，当活塞运动至活塞筒竖形槽和活塞竖形槽连通时，开关滑套为开启状态，当活塞运动至活塞筒竖形槽和活塞竖形槽未连通时，开关滑套为关闭状态。
2.根据权利要求1所述的液压控制式开关滑套，其特征在于：所述上接头（1）内设置有对滑动芯轴（5）向上运动时进行限位的上定位台阶，下接头（15）内设置有对滑动芯轴（5）向下运动时进行限位的下定位台阶，当滑动芯轴（5）运动至上定位台阶处时，活塞筒竖形槽和活塞竖形槽连通。
3.根据权利要求2所述的液压控制式开关滑套，其特征在于：所述偏心筒（4）上端与上接头（1）固定连接且通过O形圈（2）密封，下端通过中接头（13）与下接头（15）固定连接，偏心筒（4）与滑动芯轴（5）之间设置有轴套（12），轴套（12）下端限位在中接头（13）端部，轴套（12）上端通过防转螺钉（11）固定在偏心筒（4）上。
4.根据权利要求3所述的液压控制式开关滑套，其特征在于：所述活塞筒上的竖形槽设置在偏心筒（4）和轴套（12）上，偏心筒（4）竖形槽和轴套（12）竖形槽连通。
5.根据权利要求4所述的液压控制式开关滑套，其特征在于：所述偏心筒（4）内壁上设置有密封面，滑动芯轴（5）外壁上设置有泛塞密封组（7），滑动芯轴（5）通过泛塞密封组（7）与偏心筒（4）密封面滑动密封配合。
6.根据权利要求5所述的液压控制式开关滑套，其特征在于：所述滑动芯轴（5）外壁上设置有卡圈槽和定位台阶，通过设置在卡圈槽内的轴用挡圈（6）将泛塞密封组（7）固定在定位台阶处。
7.根据权利要求6所述的液压控制式开关滑套，其特征在于：所述滑动芯轴（5）内壁上固定设置有密封件Ⅰ（3）和密封件Ⅱ（10），密封件Ⅰ（3）和泛塞密封组（7）、密封件Ⅱ（10）和泛塞密封组（7）之间的空间形成与液控管线连通的压力容腔。
8.根据权利要求7所述的液压控制式开关滑套，其特征在于：所述压力传递通道为两个，设置在偏心筒（4）上，且位于泛塞密封组（7）两端，压力传递通道一端与压力容腔连通，另一端为液控管线接口；所述液控管线接口处设置有直螺纹、密封锥面、压紧螺母（19）、前卡套（17）和后卡套（16），通过压紧螺母（19）与直螺纹配合将前卡套（17）、后卡套（16）压紧在液控管线和密封锥面上形成密封。
9.根据权利要求8所述的液压控制式开关滑套，其特征在于：所述密封件Ⅰ（3）通过上接头（1）与偏心筒（4）连接，密封件Ⅰ（3）通过偏心筒（4）上的限位台阶形成限位空间固定；所述密封件Ⅱ（10）通过中接头（13）与偏心筒（4）连接，密封件Ⅱ（10）通过轴套（12）、挡圈（9）和卡圈（8）限位形成限位空间固定。
10.根据权利要求9所述的液压控制式开关滑套，其特征在于：所述滑动芯轴（5）上设置有平衡压力槽，平衡压力槽位于滑动芯轴（5）竖形槽上端。
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