CN112282712B - 一种井下往复式注水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种井下往复式注水装置，包括活塞套、活塞、第一单向阀门组件以及第二单向阀门组件，活塞套固定在与油层连通的井内，活塞套上端开有与供水设备连通的供水口，活塞套下端开有与油层连通的注水口，活塞在活塞套内与活塞套滑动配合，活塞外壁与活塞套内壁动态密封，活塞内开有连通活塞套内位于活塞之上的活塞套上方空间和活塞套内位于活塞之下的活塞套下方空间的第一水流道，第一单向阀门组件设置于第一水流道处，第二单向阀门组件设置于注水口处。本发明提供的井下往复式注水装置，实现井下增压注水，增压后的水到达油层时能量损失小，增压效果更好，地面常压输水，更加安全，成本更低。

Description

一种井下往复式注水装置

技术领域

本发明涉及石油开采领域，尤其涉及井下往复式注水装置。

背景技术

在石油开采过程中，油井的自喷时间只占整个开采过程的一小部分，随着油井进入生产后期，油层压力继续下降，当油层压力不足以驱使原油进入井眼时，就需要用注水的方法驱油。

油田注水是油田开发过程中向油层补充能量、提高油田采收率的重要手段之一，目前油田注水主要采用地面注水方式，油田的地面注水方式，是将注入水通过高压注水泵提高压力，使注入水达到所需的压力后，再通过分水器和输水管线送到各配水间，由配水间将注入水注入到各注水井，通过注水井注入油层，以此来保持或恢复油层压力，驱动原油进入采油井井眼，提高原油的开采速度和采收率。油田的地面注水方式的工艺流程为：注入水从水源井经供水站、注水站(水处理站)、配水间到注水井，其中注水站主要作用是对来水通过增压泵进行加压，以满足注入水注入油层压力的要求。

注入水在注水站加压后经配水间、注水井达到油层的过程中，注入水长距离输送，能量损耗大，到达油层的驱动原油的水压远小于增压泵加压后的水压，增压效果不好；且经注水站加压后的高压注入水在地面输水管线内输送时，须采用耐压输水管线，对选用的输水管线耐压要求高，成本高，地面维持高压输送注入水，安全隐患大。

发明内容

本发明旨在提供一种井下往复式注水装置，可实现井下增压注水，增压后的注入水到达油层时能量损失小，增压效果更好，地面输水管线常压输水，更加安全，地面输水管线可采用普通水管，成本更低。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明公开的井下往复式注水装置，包括活塞套、活塞、第一单向阀门组件以及第二单向阀门组件，所述活塞套固定在与油层连通的井内，所述活塞套上端开有与供水设备连通的供水口，所述活塞套下端开有与油层连通的注水口，所述活塞在所述活塞套内与所述活塞套滑动配合，所述活塞外壁与所述活塞套内壁动态密封，所述活塞内开有连通所述活塞套内位于所述活塞之上的活塞套上方空间和所述活塞套内位于所述活塞之下的活塞套下方空间的第一水流道，所述第一单向阀门组件设置于所述第一水流道处，所述第二单向阀门组件设置于所述注水口处；

所述第一单向阀门组件用于将所述活塞套上方空间的水注入所述活塞套下方空间内且阻止所述活塞套下方空间的水进入所述活塞套上方空间内；

所述第二单向阀门组件用于将所述活塞套下方空间内的水注入所述油层且阻止所述油层内的液体进入所述活塞套下方空间内。

本发明的有益效果是：本方案通过驱动活塞在活塞套内往复运动，将活塞套上方空间内的水吸入活塞套下方空间后，再在活塞套下方空间内对水加压后注入油层，此井下往复式注水装置可设置在井下靠近油层处，无须在地面配置增压装置，地面输水管线输送常压水，更加安全。此种井下往复式注水装置为纯机械式结构，可设置于井下更深处，无须担忧地层深处高温对电气设备的影响，可靠性高，且越靠近油层加压，增压后的水到达油层时能量损失小，增压效果更好。

进一步的，所述第一单向阀门组件包括第一限位座以及与所述第一限位座配对的第一密封球和第一密封球座，所述第一密封球座与所述第一水流道密封连接，所述第一密封球座的开口连通所述第一水流道，所述第一限位座与所述活塞固定连接且所述第一限位座在所述第一密封球座的下方，所述第一限位座开有第二水流道和供所述第一密封球竖向移动的第一移动通道，所述第一移动通道向上贯穿所述第一限位座，所述第一移动通道在所述第一限位座上端的开口正对所述第一密封球座的开口，所述第一密封球在所述第一移动通道内，所述第二水流道连通所述第一移动通道和所述活塞套下方空间。

采用上述进一步方案的有益效果是：活塞下移时，第一密封球在活塞套下方空间内的水压作用下，与第一密封球座配合，使第一水流道此处封闭隔断，活塞对活塞套下方空间内的水进行增压，当活塞套下方空间内的水压大于注水口下方与油层连通的空间内的液压后，活塞继续下移，将活塞套下方空间内增压后的水通过注水口注入油层；活塞到达下止位后，停止向油层注水，然后活塞上移，此时活塞套下方空间形成负压，活塞套下方空间内压力小于活塞套上方空间内的水压，第一密封球在第一移动通道内下移，活塞套上方空间和活塞套下方空间通过第一水流道、第一移动通道、第二水流道连通，活塞套上方空间内的水被活塞套下方空间内的负压吸入活塞套下方空间，活塞套下方空间内充满水后，由于活塞套下方空间在活塞套上方空间下方，此时，活塞套下方空间内的水压大于活塞套上方空间的水压，第一密封球在活塞套下方空间的压力推动下上移，堵塞第一密封球座的开口。可通过活塞套上方空间和活塞套下方空间的压差变化，自动将活塞套上方空间内的水吸入活塞套下方空间，无须其他控制机构，并可防止活塞套下方空间内的水进入活塞套上方空间内。

进一步的，所述第一单向阀门组件还包括第一弹簧、第一限位杆和第一支撑板，所述第一限位座上设置有供所述第一限位杆竖向移动的第三移动通道，所述第三移动通道向下贯穿所述第一限位座，所述第三移动通道的内壁有向内凸起的第一台阶，所述第一限位杆与所述第三移动通道滑动配合，所述第一限位杆的顶端与所述第一支撑板的底面固定连接，所述第一弹簧同轴套在所述第一限位杆的外侧，所述第一支撑板的底面和所述第一台阶的顶面挤压所述第一弹簧的上下两端，所述第一支撑板在所述第一移动通道内，所述第一支撑板在所述第一密封球的下方。

采用上述进一步方案的有益效果是：第一支撑板在第一弹簧的回复力下，可推动第一密封球向上移动，此时，可选用钢制或者其他高强度、高密度支撑的第一密封球，增加设备的使用寿命及可靠性，且可通过选用第一弹簧和调整第一弹簧的初始形变，调整活塞套上方空间内的水进入活塞套下方空间内时的压力，此时需活塞套上方空间内的水压大于活塞套下方空间内的压力加上第一弹簧的弹性回复力，活塞套上方空间内的水才会流入活塞套下方空间内，活塞套下方空间内的压力加上第一弹簧的弹性回复力大于活塞套上方空间内的水压时，第一密封球和第一密封球座密封配合，第一限位杆用于扶正第一支撑板，防止其左右移动使第一弹簧和第一密封球挤压变形。

进一步的，所述第二单向阀门组件包括第二限位座以及与所述第二限位座配对的第二密封球和第二密封球座，所述第二密封球座与所述注水口密封连接，所述第二密封球座的开口连通所述活塞套下方空间，所述第二限位座与所述活塞套下端固定连接且所述第二限位座在所述第二密封球座的下方，所述第二限位座开有第三水流道和供所述第二密封球竖向移动的第二移动通道，所述第二移动通道向上贯穿所述第二限位座，所述第二移动通道在所述第二限位座上端的开口正对所述第二密封球座的开口，所述第二密封球在所述第二移动通道内，所述第三水流道连通所述第二移动通道和所述油层。

采用上述进一步方案的有益效果是：当活塞上移时，注水口下方与油层连通的空间内的液压大于活塞套下方空间内的压力，第二密封球在注水口下方与油层连通的空间内的液压的推动下，与第二密封球座配合，使活塞套下方空间与油层在此处封闭隔断，活塞套下方空间密闭，形成负压，此时，活塞套下方空间内压力小于活塞套上方空间内的水压，活塞套上方空间内的水通过第一单向阀门组件进入活塞套下方空间内，直到活塞上移至上止位；当活塞下移时，活塞对活塞套下方空间内的水增压，当活塞套下方空间内的水压大于注水口下方与油层连通的空间内的液压后，第二密封球在第二移动通道内向下移动，使活塞套下方空间与油层连通，活塞继续下移，将活塞套下方空间内增压后的水通过压入油层，可通过注水口下方与油层连通的空间和活塞套下方空间的压差变化，控制通断，活塞上移时自动关闭通道，而加压后向油层注水时自动打开通道，无须其他控制机构，并可防止注水口下方与油层连通的空间内的液体进入活塞套下方空间内。

进一步的，所述第二单向阀门组件还包括第二弹簧、第二限位杆和第二支撑板，所述第二限位座上设置有供所述第二限位杆竖向移动的第四移动通道，所述第四移动通道向下贯穿所述第二限位座，所述第四移动通道的内壁有向内凸起的第二台阶，所述第二限位杆与所述第四移动通道滑动配合，所述第二限位杆的顶端与所述第二支撑板的底面固定连接，所述第二弹簧同轴套在所述第二限位杆的外侧，所述第二支撑板的底面和所述第二台阶的顶面挤压所述第二弹簧的上下两端，所述第二支撑板在所述第二移动通道内，所述第二支撑板在所述第二密封球的下方。

采用上述进一步方案的有益效果是：第二支撑板在第二弹簧的回复力下，可推动第二密封球向上移动，此时，可选用钢制或者其他高强度、高密度支撑的第二密封球，增加设备的使用寿命及可靠性，且可通过选用第二弹簧和调整第二弹簧的初始形变，调整活塞套下方空间内的水向注水口下方与油层连通的空间内注入时的压力，此时需活塞套下方空间内的水压大于注水口下方与油层连通的空间的液压加上第二弹簧的弹性回复力，活塞套下方空间内的水才会流入注水口下方与油层连通的空间内，注水口下方与油层连通的空间内的液压加上第二弹簧的弹性回复力大于活塞套下方空间内的压力时，第二密封球和第二密封球座密封配合，第二限位杆用于扶正第二支撑板，防止其左右移动使第二弹簧和第二密封球挤压变形。

进一步的，还包括注水管和转接头，所述注水管固定在所述井内，所述活塞套和所述转接头设置于所述注水管内，所述转接头中空且上下贯穿，所述活塞套下端与所述转接头固定连接，所述转接头上端开口与所述注水口连通，所述转接头下端的开口与所述油层连通，所述转接头与所述注水管固定连接且连接处密封。

采用上述进一步方案的有益效果是：活塞套在注水管内，通过注水管向活塞套上方空间注水，供水便利，活塞套通过转接头与注水管连接，连接固定方便。

进一步的，所述注水管包括上外管和下外管，所述上外管的底端与所述下外管的顶端可拆卸连接且连接处密封，所述转接头设置于所述上外管与所述下外管连接处。

采用上述进一步方案的有益效果是：注水管分段可拆卸连接，转接头、活塞套、活塞、注水管等部件的运输、维修和安装。

进一步的，还包括注水杆柱和驱动设备，所述活塞的顶端与所述注水杆柱的底端固定连接，所述驱动设备与所述注水杆柱连接，所述驱动设备用于驱动所述活塞，将所述活塞套上方空间内的水吸入所述活塞套下方空间内，并从所述活塞套下方空间压入所述油层。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过注水杆柱与驱动设备连接，注水杆柱将驱动设备提供的动力传递到活塞上，使活塞上下运动加压注水，便于将活塞和活塞套设置于更加靠近油层的地层深处。

进一步的，所述驱动设备为抽油机，所述抽油机设置于所述井的井口的地面上，所述注水杆柱的顶端穿出所述井的井口后与所述抽油机的驴头活动连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：采油井枯竭后，需对采油设备进行拆除，抽油机选用原采油井设置的抽油机，可实现将废弃的采油井直接转为注水井，减少了采油井设备拆除的工作及费用。

进一步的，还包括连接头，所述活塞的顶端与所述连接头的底端可拆卸连接，所述连接头的顶端与所述注水杆柱的底端可拆卸连接，所述连接头的宽度小于所述活塞的宽度，所述连接头的侧壁开有过液孔，所述过液孔由外至内向下倾斜，所述过液孔连通所述活塞套上方空间和所述第一水流道。

采用上述进一步方案的有意效果是：设置连接头与活塞和注水杆柱可拆卸连接，便于各部分的安装、维修、运输，注液孔的设置利于活塞套上方空间内的水流入第一水流道。

附图说明

图1为本发明实施例的示意图；

图2为本发明地面设置有抽油机的实施例示意图；

图中：1-注水管、11-上外管、12-下外管、2-注水杆柱、31-活塞套上方空间、32-活塞套下方空间、33-油层、41-活塞套、421-连接头、422-活塞、423-第一水流道、424-过液孔、43-第一单向阀门组件、431-第一密封球座、432-第一密封球、433-第一限位座、434-第一移动通道、435-第二水流道、436-第一支撑板、437-第一弹簧、438-第一限位杆、439-第一台阶、44-第二单向阀门组件、441-第二台阶、442-第二密封球座、443-第二限位座、444-第二密封球、445-第二移动通道、446-第三水流道、447-第二支撑板、448-第二弹簧、449-第二限位杆、45-转接头、5-驱动设备。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

如图1、图2所示，本发明公开的井下往复式注水装置的实施例为，包括注水管1、注水杆柱2、转接头45、驱动设备5、活塞套41、活塞422、第一单向阀门组件43以及第二单向阀门组件44。

在上述井下往复式注水装置中，注水管1固定在与油层33连通的井内，注水管1在井的井口处与井固定连接，注水管1的下端与油层33连通，活塞套41和转接头45均设置于注水管1内，活塞套41下端与转接头45固定连接，可采用螺纹连接的方式，活塞套41下端为母头，转接头45上端为公头，通过相互配合的内外螺纹连接，转接头45与活塞套41连接处采用端面密封，转接头45与注水管1固定连接且连接处密封，活塞套41上端开有与注水管1在转接头45上部的内腔连通的供水口，注水管1在转接头45上部的内腔与供水设备连通，活塞套41下端开有与油层33连通的注水口，活塞422在活塞套41内与活塞套41滑动配合，活塞422外壁与活塞套41内壁动态密封，活塞422内开有连通活塞套41内位于活塞422之上的活塞套上方空间31和活塞套41内位于活塞422之下的活塞套下方空间32的第一水流道423，第一单向阀门组件43设置于第一水流道423处，第二单向阀门组件44设置于注水口处，转接头45中空且上下贯穿，转接头45上端开口与注水口连通，转接头45下端的开口与油层33连通，活塞422的顶端与注水杆柱2的底端固定连接，驱动设备5与注水杆柱2连接。注水杆柱2和活塞422可通过连接头421连接，活塞422的顶端与连接头421的底端可拆卸连接，可采用螺纹连接或者卡接等方式，连接头421的顶端与注水杆柱2的底端可拆卸连接，也可采用螺纹连接或者卡接等方式，连接头421的宽度小于活塞422的宽度，连接头421的侧壁开有过液孔424，过液孔424由外至内向下倾斜，过液孔424连通活塞套上方空间31和第一水流道423，过液孔424有多个，沿连接头421侧壁周向均匀分布，连接头421可为一个一体成型的连接头421，也可为几个子头依次连接而成的连接头421。

驱动设备5用于驱动注水杆柱2带动活塞422上下往复运动，将活塞套上方空间31内的水吸入活塞套下方空间32内，并从活塞套下方空间32压入油层33。

第一单向阀门组件43用于将活塞套上方空间31的水注入活塞套下方空间32内且阻止活塞套下方空间32的水进入活塞套上方空间31内；

第二单向阀门组件44用于将活塞套下方空间32内的水注入油层33且阻止油层33内的液体进入活塞套下方空间32内。

注水管1包括上外管11和下外管12，上外管11的底端与下外管12的顶端可拆卸连接且连接处密封，转接头45设置于上外管11与下外管12连接处，具体的，转接头45外壁设置有外螺纹，上外管11底端的内壁和下外管12顶端的内壁均设置有与转接头45的外螺纹适配的内螺纹，上外管11和下外管12分别与转接头45螺纹连接，转接头45与上外管11和下外管12采用金属密封。

本方案通过驱动设备5驱动注水杆柱2上下往复运动，注水杆柱2在上下往复运动的过程中带动活塞422在活塞套41内往复运动，将活塞套上方空间31内的水吸入活塞套下方空间32后，再在活塞套下方空间32内对水加压后注入油层33，此井下往复式注水装置可设置在井下靠近油层33处，无须在地面配置增压装置，地面输水管线输送常压水，更加安全。此种井下往复式注水装置为纯机械式结构，可设置于井下更深处，无须担忧地层深处高温对电气设备的影响，可靠性高，且越靠近油层33加压，增压后的水到达油层33时能量损失小，增压效果更好。

在上述井下往复式注水装置中，第一单向阀门组件43可包括第一限位座433以及与第一限位座433配对的第一密封球432和第一密封球座431，第一密封球座431与第一水流道423密封连接，第一密封球座431的开口连通第一水流道423，第一限位座433与活塞422固定连接且第一限位座433在第一密封球座431的下方，第一限位座433开有第二水流道435和供第一密封球432竖向移动的第一移动通道434，第一移动通道434的宽度大于第一密封球432的直径，第二水流道435的宽度小于第一密封球432的直径，第一移动通道434向上贯穿第一限位座433，第一移动通道434在第一限位座433上端的开口正对第一密封球座431的开口，第一密封球座431与第一限位座433上端固定连接，第一限位座433与活塞422连接处密封，第一限位座433上端外壁与活塞422下端的内壁可通过螺纹连接，第一密封球座431可通过间隙配合的方式设置于活塞422与第一限位座433连接的端面，第一密封球432在第一移动通道434内，第二水流道435连通第一移动通道434和活塞套下方空间32，第二水流道435由内至外向下倾斜，第二水流道435有多条，多条第二水流道435的出液端在第一限位座433外侧沿周向均匀分布。

设置此种第一单向阀门组件43，当活塞422下移时，第一密封球432在活塞套下方空间32内的水压作用下，与第一密封球座431配合，使第一水流道423此处封闭隔断，活塞422对活塞套下方空间32内的水进行增压，当活塞套下方空间32内的水压大于注水口下方与油层33连通的空间内的液压后，活塞422继续下移，将活塞套下方空间32内增压后的水通过注水口注入油层33；活塞422到达下止位后，停止向油层33注水，然后活塞422上移，此时活塞套下方空间32形成负压，活塞套下方空间32内压力小于活塞套上方空间31内的水压，第一密封球432在第一移动通道434内下移，活塞套上方空间31和活塞套下方空间32通过第一水流道423、第一移动通道434、第二水流道435连通，活塞套上方空间31内的水被活塞套下方空间32内的负压吸入活塞套下方空间32，活塞套下方空间32内充满水后，由于活塞套下方空间32在活塞套上方空间31下方，此时，活塞套下方空间32内的水压大于活塞套上方空间31的水压，第一密封球432在活塞套下方空间32的压力推动下上移，堵塞第一密封球座431的开口。可通过活塞套上方空间31和活塞套下方空间32的压差变化，自动将活塞套上方空间31内的水吸入活塞套下方空间32，无须其他控制机构，并可防止活塞套下方空间32内的水进入活塞套上方空间31内。

对于上述第一单向阀门组件43，还可包括第一弹簧437、第一限位杆438和第一支撑板436，第一限位座433上设置有供第一限位杆438竖向移动的第三移动通道，第三移动通道向下贯穿第一限位座433，第三移动通道的内壁有向内凸起的第一台阶439，第一限位杆438与第三移动通道滑动配合，第一限位杆438的顶端与第一支撑板436的底面固定连接，第一弹簧437同轴套在第一限位杆438的外侧，第一弹簧437的外径小于第三移动通道在第一台阶439上方部分的宽度，第一弹簧437的外径大于第一台阶439处的宽度，第一支撑板436的底面和第一台阶439的顶面挤压第一弹簧437的上下两端，第一支撑板436在第一移动通道434内，第一支撑板436在第一密封球432的下方，第一弹簧437和第一限位杆438的轴线穿过第一支撑板436的中心和第一密封球座431开口的中心，

此时，第一支撑板436在第一弹簧437的回复力下，可推动第一密封球432向上移动，此时，可选用钢制或者其他高强度、高密度支撑的第一密封球432，增加设备的使用寿命及可靠性，且可通过选用第一弹簧437和调整第一弹簧437的初始形变，调整活塞套上方空间31内的水进入活塞套下方空间32内时的压力，此时需活塞套上方空间31内的水压大于活塞套下方空间32内的压力加上第一弹簧437的弹性回复力，活塞套上方空间31内的水才会流入活塞套下方空间32内，活塞套下方空间32内的压力加上第一弹簧437的弹性回复力大于活塞套上方空间31内的水压时，第一密封球432和第一密封球座431密封配合，第一限位杆438用于扶正第一支撑板436，防止其左右移动使第一弹簧437和第一密封球432挤压变形。

在上述井下往复式注水装置中，第二单向阀门组件44可包括第二限位座443以及与第二限位座443配对的第二密封球444和第二密封球座442，第二密封球座442与注水口密封连接，第二密封球座442的开口连通活塞套下方空间32，第二限位座443与活塞套41下端固定连接且第二限位座443在第二密封球座442的下方，第二限位座443开有第三水流道446和供第二密封球444竖向移动的第二移动通道445，第二移动通道445的宽度大于第二密封球444的直径，第三水流道446的宽度小于第二密封球444的直径，第二移动通道445向上贯穿第二限位座443，第二移动通道445在第二限位座443上端的开口正对第二密封球座442的开口，第二密封球座442与第二限位座443上端固定连接，第二限位座443与转接头45的下端内壁固定连接且连接处密闭，第二限位座443与转接头45可采用螺纹连接，第二密封球座442可通过间隙配合的方式设置于转接头45与第二限位座443连接的端面，第二密封球444在第二移动通道445内，第三水流道446连通第二移动通道445和所述油层33，第三水流道446由内至外向下倾斜，第三水流道446有多条，多条第三水流道446的出液端在第二限位座443外侧沿周向均匀分布。

设置此种第二单向阀门组件44，当活塞422上移时，注水口下方与油层33连通的空间内的液压大于活塞套下方空间32内的压力，第二密封球444在注水口下方与油层33连通的空间内的液压的推动下，与第二密封球座442配合，使活塞套下方空间32与油层33在此处封闭隔断，活塞套下方空间32密闭，形成负压，此时，活塞套下方空间32内压力小于活塞套上方空间31内的水压，活塞套上方空间31内的水通过第一单向阀门组件43进入活塞套下方空间32内，直到活塞422上移至上止位；当活塞422下移时，活塞422对活塞套下方空间32内的水增压，当活塞套下方空间32内的水压大于注水口下方与油层33连通的空间内的液压后，第二密封球444在第二移动通道445内向下移动，使活塞套下方空间32与油层33连通，活塞422继续下移，将活塞套下方空间32内增压后的水通过压入油层33，可通过注水口下方与油层33连通的空间和活塞套下方空间32的压差变化，控制通断，活塞422上移时自动关闭通道，而加压后向油层33注水时自动打开通道，无须其他控制机构，并可防止注水口下方与油层33连通的空间内的液体进入活塞套下方空间32内。

对于上述第二单向阀门组件44，还可包括第二弹簧448、第二限位杆449和第二支撑板447，第二限位座443上设置有供第二限位杆449竖向移动的第四移动通道，第四移动通道向下贯穿第二限位座443，第四移动通道的内壁有向内凸起的第二台阶441，第二限位杆449与第四移动通道滑动配合，第二限位杆449的顶端与第二支撑板447的底面固定连接，第二弹簧448同轴套在第二限位杆449的外侧，第二弹簧448的外径小于第四移动通道在第二台阶441上方部分的宽度，第二弹簧448的外径大于所述第二台阶441处的宽度，第二支撑板447的底面和第二台阶441的顶面挤压第二弹簧448的上下两端，第二支撑板447在第二移动通道445内，第二支撑板447在第二密封球444的下方，第二弹簧448和第二限位杆449的轴线穿过第二支撑板447的中心和第二密封球座442开口的中心。

此时，第二支撑板447在第二弹簧448的回复力下，可推动第二密封球444向上移动，此时，可选用钢制或者其他高强度、高密度支撑的第二密封球444，增加设备的使用寿命及可靠性，且可通过选用第二弹簧448和调整第二弹簧448的初始形变，调整活塞套下方空间32内的水向注水口下方与油层33连通的空间内注入时的压力，此时需活塞套下方空间32内的水压大于注水口下方与油层33连通的空间的液压加上第二弹簧448的弹性回复力，活塞套下方空间32内的水才会流入注水口下方与油层33连通的空间内，注水口下方与油层33连通的空间内的液压加上第二弹簧448的弹性回复力大于活塞套下方空间32内的压力时，第二密封球444和第二密封球座442密封配合，第二限位杆449用于扶正第二支撑板447，防止其左右移动使第二弹簧448和第二密封球444挤压变形。

在上述井下往复式注水装置中，驱动设备5可选用抽油机，抽油机设置于井的井口的地面上，注水杆柱2的顶端穿出井的井口后与抽油机的驴头活动连接，抽油机的驴头和注水杆柱2的顶端的连接可采用铰接或者悬绳器和钢丝绳连接，注水杆柱2带动活塞422上移时，由抽油机提供拉力，注水杆柱2带动活塞422下移时，由注水杆柱2的自重提供动力。如此设置可以直接将枯竭的采油井直接转为注水井，采油井枯竭后，需对采油设备进行拆除，抽油机可选用原采油井设置的抽油机，减少了采油井设备拆除的工作及费用。

在上述井下往复式注水装置中，注水杆柱2可选用原采油井的采油杆柱，也可对原采油杆柱加粗处理，增加原采油杆柱的耐压及抗扭转性。

在上述井下往复式注水装置中，第一单向阀门组件43和第二单向阀门组件44也可选用现有的单向瓣膜或者单向阀等。

上述井下往复式注水装置的方案还为机采井转注液井、系统注液井口压力低注不进、边远井单井罐注液提供了技术支持。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种井下往复式注水装置，其特征在于：包括活塞套(41)、活塞(42)、第一单向阀门组件(43)、第二单向阀门组件(44)、注水杆柱(2)和驱动设备(5)，

所述活塞套(41)固定在与油层(33)连通的井内，所述活塞套(41)上端开有与供水设备连通的供水口，所述活塞套(41)下端开有与油层(33)连通的注水口，所述活塞(42)在所述活塞套(41)内与所述活塞套(41)滑动配合，所述活塞(42)外壁与所述活塞套(41)内壁动态密封，所述活塞(42)内开有连通所述活塞套(41)内位于所述活塞(42)之上的活塞套上方空间(31)和所述活塞套(41)内位于所述活塞(42)之下的活塞套下方空间(32)的第一水流道(423)，所述第一单向阀门组件(43)设置于所述第一水流道(423)处，所述第二单向阀门组件(44)设置于所述注水口处；所述活塞(42)的顶端与所述注水杆柱(2)的底端固定连接，所述驱动设备(5)与所述注水杆柱(2)连接，所述驱动设备(5)用于驱动所述活塞(42)，将所述活塞套上方空间(31)内的水吸入所述活塞套下方空间(32)内，并从所述活塞套下方空间(32)压入所述油层(33)；

所述第一单向阀门组件(43)用于将所述活塞套上方空间(31)的水注入所述活塞套下方空间(32)内且阻止所述活塞套下方空间(32)的水进入所述活塞套上方空间(31)内；

所述第二单向阀门组件(44)用于将所述活塞套下方空间(32)内的水注入所述油层(33)且阻止所述油层(33)内的液体进入所述活塞套下方空间(32)内；

其中，所述第一单向阀门组件(43)包括第一限位座(433)以及与所述第一限位座(433)配对的第一密封球(432)和第一密封球座(431)，所述第一密封球座(431)与所述第一水流道(423)密封连接，所述第一密封球座(431)的开口连通所述第一水流道(423)，所述第一限位座(433)与所述活塞(42)固定连接且所述第一限位座(433)在所述第一密封球座(431)的下方，所述第一限位座(433)的侧部开有第二水流道(435)和供所述第一密封球(432)竖向移动的第一移动通道(434)，所述第一移动通道(434)向上贯穿所述第一限位座(433)，所述第一移动通道(434)在所述第一限位座(433)上端的开口正对所述第一密封球座(431)的开口，所述第一密封球(432)在所述第一移动通道(434)内，所述第二水流道(435)连通所述第一移动通道(434)和所述活塞套下方空间(32)；其中，所述第二水流道(435)由内至外向下倾斜，且多条所述第二水流道(435)的出液端在第一限位座433外侧沿周向均匀分布；

所述第二单向阀门组件(44)包括第二限位座(443)以及与所述第二限位座(443)配对的第二密封球(444)和第二密封球座(442)，所述第二密封球座(442)与所述注水口密封连接，所述第二密封球座(442)的开口连通所述活塞套下方空间(32)，所述第二限位座(443)与所述活塞套(41)下端固定连接且所述第二限位座(443)在所述第二密封球座(442)的下方，所述第二限位座(443)的侧部开有第三水流道(446)和供所述第二密封球(444)竖向移动的第二移动通道(445)，所述第二移动通道(445)向上贯穿所述第二限位座(443)，所述第二移动通道(445)在所述第二限位座(443)上端的开口正对所述第二密封球座(442)的开口，所述第二密封球(444)在所述第二移动通道(445)内，所述第三水流道(446)连通所述第二移动通道(445)和所述油层(33)；其中，所述第三水流道(446)由内至外向下倾斜，且多条所述第三水流道(446)的出液端在第二限位座(443)外侧沿周向均匀分布。

2.根据权利要求1所述的井下往复式注水装置，其特征在于：所述第一单向阀门组件(43)还包括第一弹簧(437)、第一限位杆(438)和第一支撑板(436)，所述第一限位座(433)上设置有供所述第一限位杆(438)竖向移动的第三移动通道，所述第三移动通道向下贯穿所述第一限位座(433)，所述第三移动通道的内壁有向内凸起的第一台阶(439)，所述第一限位杆(438)与所述第三移动通道滑动配合，所述第一限位杆(438)的顶端与所述第一支撑板(436)的底面固定连接，所述第一弹簧(437)同轴套在所述第一限位杆(438)的外侧，所述第一支撑板(436)的底面和所述第一台阶(439)的顶面挤压所述第一弹簧(437)的上下两端，所述第一支撑板(436)在所述第一移动通道(434)内，所述第一支撑板(436)在所述第一密封球(432)的下方。

3.根据权利要求1所述的井下往复式注水装置，其特征在于：所述第二单向阀门组件(44)还包括第二弹簧(448)、第二限位杆(449)和第二支撑板(447)，所述第二限位座(443)上设置有供所述第二限位杆(449)竖向移动的第四移动通道，所述第四移动通道向下贯穿所述第二限位座(443)，所述第四移动通道的内壁有向内凸起的第二台阶(441)，所述第二限位杆(449)与所述第四移动通道滑动配合，所述第二限位杆(449)的顶端与所述第二支撑板(447)的底面固定连接，所述第二弹簧(448)同轴套在所述第二限位杆(449)的外侧，所述第二支撑板(447)的底面和所述第二台阶(441)的顶面挤压所述第二弹簧(448)的上下两端，所述第二支撑板(447)在所述第二移动通道(445)内，所述第二支撑板(447)在所述第二密封球(444)的下方。

4.根据权利要求1所述的井下往复式注水装置，其特征在于：还包括注水管(1)和转接头(45)，所述注水管(1)固定在所述井内，所述活塞套(41)和所述转接头(45)设置于所述注水管(1)内，所述转接头(45)中空且上下贯穿，所述活塞套(41)下端与所述转接头(45)固定连接，所述转接头(45)上端开口与所述注水口连通，所述转接头(45)下端的开口与所述油层(33)连通，所述转接头(45)与所述注水管(1)固定连接且连接处密封。

5.根据权利要求4所述的井下往复式注水装置，其特征在于：所述注水管(1)包括上外管(11)和下外管(12)，所述上外管(11)的底端与所述下外管(12)的顶端可拆卸连接且连接处密封，所述转接头(45)设置于所述上外管(11)与所述下外管(12)连接处。

6.根据权利要求1所述的井下往复式注水装置，其特征在于：所述驱动设备(5)为抽油机，所述抽油机设置于所述井的井口的地面上，所述注水杆柱(2)的顶端穿出所述井的井口后与所述抽油机的驴头活动连接。

7.根据权利要求1所述的井下往复式注水装置，其特征在于：还包括连接头(421)，所述活塞(42)的顶端与所述连接头(421)的底端可拆卸连接，所述连接头(421)的顶端与所述注水杆柱(2)的底端可拆卸连接，所述连接头(421)的宽度小于所述活塞(42)的宽度，所述连接头(421)的侧壁开有过液孔(424)，所述过液孔(424)由外至内向下倾斜，所述过液孔(424)连通所述活塞套上方空间(31)和所述第一水流道(423)。

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