CN112302590A - 一种井下增压注水装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种井下增压注水装置，包括注水管、注水杆柱、驱动设备、活塞式增压装置、井口接头以及供水设备，注水管设置于与井内且下端连通油层，活塞式增压装置与注水管内壁固定连接且连接处密封，注水杆柱的底端与活塞式增压装置的活塞固定连接，井口接头设置于井口处，注水管的顶端与井口接头密封连接，注水杆柱的顶端向上穿出井口接头后与驱动设备连接，驱动设备和供水设备均设置于井口的地面上，供水设备与注水管连通，本发明还提供了采用上述井下增压注水装置的井下增压注水方法，本发明提供的井下增压注水装置及方法，无须地面增压设备，更加安全，为机采井转注水井、注水井井口压力高导致水注不进、边远井单井罐注水提供了技术支持。

Description

一种井下增压注水装置及方法

技术领域

本发明涉及石油开采领域，尤其涉及井下增压注水装置及方法。

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，地层压力继续下降，当地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地层补充能量、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，由配水间通过注水管线将注入水注入到各注水井，通过注水井注入油层，以此来保持或恢复地层压力，驱动原油进入井眼，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，以满足注入水注入地层压力的要求。因此，为向注水井注水，必须在地面配套增压装置并布置相应的水管线和电网。

油田勘探开发工作中，边远井区远离电网、生产管线及注水站，使用原有注水站对注水井增压注水，注入水长距离输送压力损失大，到达注水井地层的注入水的压力达不到要求，且在地面维持高压输送注入水，安全隐患多；边远井区环境恶劣、人烟稀少、交通不便，在边远井区单独建站及敷设管线，建设和维护地面增压装置以及相应的水电网成本高，经济效益低下。

发明内容

本发明旨在提供一种井下增压注水装置，可实现井下增压注水，无须在地面配置增压装置，井下注水，更加安全，为机采井转注水井、注水井井口压力高导致水注不进、边远井单井罐注水提供了一种技术支持。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明公开的井下增压注水装置，包括注水管、注水杆柱、驱动设备、活塞式增压装置、井口接头以及供水设备，

所述注水管设置于与油层连通的井内且下端连通所述油层，所述活塞式增压装置设置于所述注水管内，所述活塞式增压装置与所述注水管内壁固定连接且连接处密封，所述注水杆柱的底端与所述活塞式增压装置的活塞固定连接，所述井口接头设置于所述井的井口处，所述注水管的顶端与所述井口接头密封连接，所述注水杆柱的顶端向上穿出所述井口接头后与所述驱动设备连接，所述驱动设备和所述供水设备均设置于所述井口的地面上，所述供水设备通过所述井口接头与所述注水管连通。

所述供水设备用于向所述注水管位于所述活塞式增压装置之上的注水管上方空间内注入水；

所述驱动设备用于驱动所述活塞式增压装置的活塞，将所述注水管上方空间内的水压入所述注水管位于所述活塞式增压装置之下的注水管下方空间内，并从所述注水管下方空间流入所述油层。

本发明的有益效果是：增压装置设置在井下，无须在地面配置增压装置，井下注水，更加安全，为机采井转注水井、注水井井口压力高导致水注不进、边远井单井罐注水提供了技术支持，驱动设备驱动活塞式增压装置的活塞上下往复运动，活塞对注入水加压后注入地层，井下装置为纯机械机构，可设置于井下更深处，无须担忧地下高温对电气设备的影响，可靠性高，且越靠近地层加压，增压后的注入水到达地层时压力损失更小，增压效果更好。

进一步的，所述驱动设备为抽油机，所述注水杆柱的顶端与所述抽油机的驴头活动连接，所述注水杆柱上移带动活塞上移时，由所述抽油机提供动力，所述注水杆柱下移推动活塞下移时，由所述注水杆柱自身重力提供动力。

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，可实现采油井转注水井，减少了采油井设备拆除的工作及费用，活塞下移时依靠注水杆柱自身重力，无须其他能源驱动。

进一步的，还包括光杆防喷器，所述光杆防喷器与所述井口接头固定连接，所述注水杆柱的顶端向上穿出所述光杆防喷器，所述注水杆与所述光杆防喷器动态密封。

采用上述进一步方案的有益效果是：防止井下压力过大，发生井喷，并可实现注水杆柱与井口接头的动态密封。

进一步的，还包括光杆密封盒，所述光杆密封盒与所述井口接头固定连接，所述注水杆柱的顶端向上穿出所述光杆密封盒，所述注水杆柱与所述光杆密封盒动态密封。

采用上述进一步方案的有益效果是：保证注水杆柱上下移动时与井口接头的动态密封。

进一步的，还包括套管，所述套管在所述井内，所述套管外壁与所述井的内壁固定连接，所述注水管在所述套管内，所述套管顶端与所述井口接头密封连接，所述井口接头开有连通所述套管和所述注水管之间的腔室的端口。

采用上述进一步方案的有益效果是：设置端口与套管和所述注水管之间的腔室连通，平时常闭，可用于修井作业前地层压力排出，也可用于水井洗井作业。

进一步的，活塞式增压装置包括活塞套，所述活塞套底端封口，所述活塞式增压装置的活塞在所述活塞套内，所述活塞与所述活塞套滑动配合，所述活塞的外壁与所述活塞套的内壁动态密封，所述活塞底端与所述活塞套围成加压腔，所述活塞上开有第一水流道，所述活塞套的底部开有注水口，所述第一水流道连通所述注水管上方空间与所述加压腔，所述注水口连通所述加压腔与所述注水管下方空间。

采用上述进一步方案的有益效果是：增压结构简洁，可靠性高。

本发明还公开一种井下增压注水方法，采用上述的井下增压注水装置，包括以下步骤：

通过所述井下增压注水装置的所述供水设备向所述井下增压注水装置的所述注水管内注入水，所述水被注入到所述注水管上方空间内；

通过所述井下增压注水装置的所述驱动设备驱动设置的所述活塞式增压装置的活塞上下往复运动，以将所述注水管上方空间内的水压入所述注水管下方空间内，并从所述注水管下方空间压入油层。

采用上述进一步方案的有益效果是：增压装置设置在井下，无须在地面配置增压装置，井下注水，更加安全，为机采井转注水井、注水井井口压力高导致水注不进、边远井单井罐注水提供了技术支持，驱动设备驱动活塞上下往复运动，活塞上下运动吸入注水管上方部分的水并加压后注入地层，井下装置为纯机械机构，可设置于井下更深处，无须担忧地下高温对电气设备的影响，可靠性高，且越靠近地层加压，增压后的注入水到达地层时压力损失更小，增压效果更好。

进一步的，所述供水设备为设置于井口地面上的水罐，所述水罐内的注入水通过重力自流进入所述注水管上方空间内。

采用上述进一步方案的有益效果是：地面供水采用重力自流，无须地面增压装置，无须为增压装置布置电网等配套设施。

进一步的，所述通过所述井下增压注水装置的所述驱动设备驱动设置的所述活塞式增压装置的活塞上下往复运动，包括：

通过所述驱动设备驱动所述活塞在所述活塞式增压装置的活塞套内向上移动，使所述注水管上方空间内的水通过所述活塞的第一水流道进入所述活塞底端与所述活塞套围成加压腔内；

通过所述注水杆柱的重力驱动所述活塞向下移动，对所述加压腔内的水进行加压，将加压后的所述加压腔内的水通过所述活塞套底部的注水口压入所述注水管下方空间内。

采用上述进一步方案的有益效果是：地面操作，井下加压方式简单。

进一步的，在所述活塞向上移动的过程中，所述注水管上方空间与所述加压腔连通，所述加压腔与所述注水管下方空间隔断；

在所述活塞向下移动对所述加压腔内的水进行加压的过程中，所述注水管上方空间与所述加压腔隔断，所述加压腔与所述注水管下方空间隔断；当所述加压腔内的水压撑开所述加压腔与所述注水管下方空间隔断时，所述加压腔与所述注水管下方空间连通。

采用上述进一步方案的有益效果是：活塞向上移动的过程中，注水管上方空间与加压腔连通，加压腔与注水管下方空间隔断，利于加压腔形成负压，使注水管上方空间内的水进入加压腔且保持在加压腔内；活塞向下移动对加压腔内的水进行加压的过程中，注水管上方空间与加压腔隔断，加压腔与所述注水管下方空间隔断，使待加压水保持在加压腔内，加压腔密封利于加压；当加压腔内的水压撑开加压腔与注水管下方空间隔断时，加压腔与注水管下方空间连通，保证加压腔内加压后的水向地层注入而不流回注水管上方空间。

附图说明

图1为本发明实施例的示意图；

图2为本发明实施例的注水管与活塞式增压装置连接处示意图；

图中：1-注水管、11-上外管、12-下外管、2-注水杆柱、31-注水管上方空间、32-加压腔、33-注水管下方空间、34-第二环空、4-活塞式增压装置、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、6-供水设备、7-井口接头、71-光杆密封盒、72-光杆防喷器、73-第一端口、74-第二端口、8-套管。

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，本发明公开的井下增压注水装置，包括注水管1、注水杆柱2、驱动设备5、活塞式增压装置4、井口接头7以及供水设备6，注水管1设置于与油层连通的井内且下端连通油层，活塞式增压装置4设置于注水管1内，活塞式增压装置4与注水管1内壁固定连接且连接处密封，注水杆柱2的底端与活塞式增压装置4的活塞422固定连接，井口接头7设置于井的井口处，注水管1的顶端与井口接头7密封连接，注水杆柱2的顶端向上穿出井口接头7后与驱动设备5连接，驱动设备5和供水设备6均设置于井口的地面上，供水设备6通过井口接头7与注水管1连通。

活塞式增压装置4将注水管1分隔为位于活塞式增压装置4之上的注水管上方空间31和位于活塞式增压装置4之下的注水管下方空间33。

供水设备6用于向注水管上方空间31内注入水，注水杆柱2的外径小于注水管1内径，注水管1与注水杆柱2之间形成第一环空，注水管上方空间31为第一环空。

驱动设备5用于驱动活塞式增压装置4的活塞422，将注水管上方空间31内的水压入注水管下方空间33内，并从注水管下方空间33流入油层。

井下增压注水装置还包括套管8，套管8在井内，套管8外壁与井的内壁固定连接，注水管1在套管8内，套管8内径大于注水管1外径，注水管1与套管8之间形成第二环空34,套管8的顶端与井口接头7密封连接。

井口接头7为四通接头，设置有第一端口73、第二端口74、第三端口和第四端口，第一端口73和第三端口与注水管上方空间31连通，第二端口74和第四端口与第二环空34连通，第一端口73、第二端口74、第三端口和第四端口均设置有阀门，第一端口73上的阀门用于控制水量，处于常开状态，第三端口用于注水管上方空间31内水井洗井作业，其上的阀门处于常闭状态；第二端口74用于第二环空34内水井洗井作业，其上的阀门处于常闭状态；第四端口用于修井作业前地层压力排出，其上的阀门处于常闭状态。

供水设备6可采用设置于井口地面上的水罐，水罐底部开有出水口，水罐底部的出水口与井口接头7的第一端口73通过供水管线连通，水罐里的水通过重力自流的方式进入注水管上方空间31内，水罐至井口接头7的供水管线上可设置阀门，地面的供水管线上无须设置增压装置。

驱动设备5可选抽油机，抽油机设置于井口的地面上，在将采油井转为注水井时，抽油机可选用原采油井废弃待拆除的抽油机，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，可实现采油井转注水井，减少了采油井设备拆除的工作及费用，也减少了重新打注水井的工作及费用，注水杆柱2的顶端通过钢丝绳和悬绳器与抽油机的驴头活动连接，或者注水杆柱2的顶端与抽油机的驴头铰接，抽油机带动注水杆柱2上移，驱动活塞422上移时，由抽油机提供动力，注水杆柱2下移驱动活塞422下移时，由注水杆柱2自身重力提供动力，抽油机可选用悬梁抽油机，优选的注水杆柱2在原有采油井的采油杆的基础上加粗制成，抗压性和抗扭转性强于采油井的采油杆。

井下增压注水装置还包括光杆防喷器72和光杆密封盒71，光杆防喷器72与井口接头7顶面固定连接且连接处密封，光杆密封盒71与光杆防喷器72的顶面固定连接且连接处密封，注水杆柱2的顶端依次穿过井口接头7、光杆防喷器72和光杆密封盒71后与抽油机的驴头连接，井口接头7可有效封隔油、套压力，光杆防喷器72和光杆密封盒71实现注水管1与注水杆柱2环形空间动态密封，确保了井下增压注水工艺系统的顺利运行。

注水管上方空间31与活塞式增压装置4的进水口连通，注水管下方空间33与活塞式增压装置4的出水口连通，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，活塞式增压装置4设置于上外管11与下外管12连接处。

在上述井下增压注水装置中，活塞式增压装置4包括转接头45、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，活塞套41顶端敞口且底端封口，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，可采用螺纹密封连接的方式，活塞套41上端开有与注水管上方空间31连通的供水口，活塞套41下端开有与注水管下方空间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，活塞套41内位于活塞422之下的空间为加压腔32，活塞422内开有连通注水管上方空间31和加压腔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下端的开口与注水管下方空间33连通，活塞422的顶端与注水杆柱2的底端固定连接。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连通注水管上方空间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，过液孔424为活塞式增压装置4的进水口，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。

第一单向阀门组件43用于将注水管上方空间31内的水注入加压腔32内且阻止加压腔32的水进入注水管上方空间31内；

第二单向阀门组件44用于将加压腔32内的水注入注水管下方空间33且阻止注水管下方空间33内的液体进入加压腔32内。

注水管1包括上外管11和下外管12，上外管11的顶端与井口接头7连接，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。

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和加压腔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在加压腔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对加压腔32内的水进行增压，当加压腔32内的水压大于注水管下方空间33的液压后，活塞422继续下移，将加压腔32内增压后的水通过注水口注入注水管下方空间33，通过注水管下方空间33注入油层；活塞422到达下止位后，停止向注水管下方空间33注水，然后活塞422上移，此时加压腔32形成负压，加压腔32内压力小于注水管上方空间31内的水压，第一密封球432在第一移动通道434内下移，注水管上方空间31和加压腔32通过第一水流道423、第一移动通道434、第二水流道435连通，注水管上方空间31内的水被加压腔32内的负压吸入加压腔32，加压腔32内充满水后，由于加压腔32在注水管上方空间31的下方，此时，加压腔32内的水压大于注水管上方空间31的水压，第一密封球432在加压腔32的压力推动下上移，堵塞第一密封球座431的开口。可通过注水管上方空间31和加压腔32的压差变化，自动将注水管上方空间31内的水吸入加压腔32，无须其他控制机构，并可防止加压腔32内的水进入注水管上方空间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，调整注水管上方空间31内的水进入加压腔32内时的压力，此时需注水管上方空间31内的水压大于加压腔32内的压力加上第一弹簧437的弹性回复力，注水管上方空间31内的水才会流入加压腔32内，加压腔32内的压力加上第一弹簧437的弹性回复力大于注水管上方空间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。

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的开口连通注水管下方空间33，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和注水管下方空间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，第三水流道446的出液端为活塞式增压装置4的出水口。

设置此种第二单向阀门组件44，当活塞422上移时，注水管下方空间33内的液压大于加压腔32内的压力，第二密封球444在注水管下方空间33内的液压的推动下，与第二密封球座442配合，使加压腔32与注水管下方空间33在此处封闭隔断，加压腔32密闭，形成负压，此时，加压腔32内压力小于注水管上方空间31内的水压，注水管上方空间31内的水通过第一单向阀门组件43进入加压腔32内，直到活塞422上移至上止位；当活塞422下移时，活塞422对加压腔32内的水增压，当加压腔32内的水压大于注水管下方空间33内的液压后，第二密封球444在第二移动通道445内向下移动，使加压腔32与注水管下方空间33连通，活塞422继续下移，将加压腔32内增压后的水通过压入注水管下方空间33，可通过注水管下方空间33和加压腔32的压差变化，控制注水管下方空间33和加压腔32之间流道的通断，活塞422上移时自动关闭注水管下方空间33和加压腔32之间流道，而加压后向注水管下方空间33注水时自动打开注水管下方空间33和加压腔32之间流道，无须其他控制机构，并可防止注水管下方空间33内的液体进入加压腔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，调整加压腔32内的水向注水管下方空间33注入时的压力，此时需加压腔32内的水压大于注水管下方空间33的液压加上第二弹簧448的弹性回复力，加压腔32内的水才会流入注水管下方空间33内，注水管下方空间33的液压加上第二弹簧448的弹性回复力大于加压腔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。

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。

活塞式增压装置4也可选用其他现有机械增压的活塞422泵。

本发明还公开一种井下增压注水方法，采用上述的井下增压注水装置，包括以下步骤：

通过井下增压注水装置的供水设备6向井下增压注水装置的注水管1内注入水，水被注入到位于注水管上方空间31内；

通过井下增压注水装置的驱动设备5驱动设置的活塞式增压装置4的活塞422上下往复运动，以将注水管上方空间31内的水压入注水管下方空间33内，并从注水管下方空间33压入油层。此步骤包括：通过驱动设备5驱动活塞422在活塞式增压装置4的活塞套41内向上移动，使注水管上方空间31内的水通过活塞422的第一水流道423进入活塞422底端与活塞套41围成加压腔32内；活塞422在到达上止位后，通过注水杆柱2的重力驱动活塞422向下移动，对加压腔32内的水进行加压，将加压后的加压腔32内的水通过活塞套41底部的注水口压入注水管下方空间33内，活塞422到达下止位后，井下增压注水装置的驱动设备5再次驱动活塞422向上移动。

供水设备6向注水管上方空间31内注入水之前，打开光杆防喷器72。

供水设备6为设置于井口地面上的水罐，水罐内的水通过重力自流经第一端口73进入注水管上方空间31内。

活塞422上下往复运动时，利用注水管下方空间33、注水管上方空间31与加压腔32的压差变化，实现增压注水。加压腔32内压力随活塞422上下移动而产生变化。

在活塞422向上移动的过程中，注水管上方空间31与加压腔32连通，加压腔32与注水管下方空间33隔断；在活塞422向下移动对加压腔32内的水进行加压的过程中，注水管上方空间31与加压腔32隔断，加压腔32与注水管下方空间33隔断；当加压腔32内的水压撑开加压腔32与注水管下方空间33隔断时，加压腔32与注水管下方空间33连通。

具体的说，在通过活塞式增压装置4的向注水管下方空间33注水时，注水管下方空间33与加压腔32连通，活塞422到达下止位后，加压腔32内加压后的水停止注入注水管下方空间33，驱动设备5驱动活塞422向上移动，加压腔32容积变大，加压腔32内压力减小，加压腔32的压力小于注水管下方空间33压力加上第二弹簧448的回复力时，第二密封球444在第二移动通道445内上移，封闭第二密封球座442的开口，隔断加压腔32与注水管下方空间33，活塞422上移的过程中，加压腔32容积变大，压力变小，当加压腔32内的压力加上第一弹簧437的回复力小于注水管上方空间31的压力时，注水管上方空间31内的水压撑开第一密封球432，使第一密封球432在第一移动通道434内下移，第一密封球432和第一密封球座431分离，加压腔32和注水管上方空间31连通，注水管上方空间31内的水经第一水流道423、第一密封球座431的开口、第一移动通道434、第二水流道435后进入加压腔32，当活塞422到达上止位时，加压腔32内的压力加上第一弹簧437的回复力大于注水管上方空间31的压力，加压腔32内的水向上挤压第一密封球432，第一密封球432在第一移动通道434内上移，与第一密封球座431紧贴，封闭第一密封球座431的开口，注水管上方空间31与加压腔32隔断，注水管上方空间31内的水停止进入加压腔32。

在活塞422向下移动对加压腔32内的水进行加压的过程中，注水杆柱2利用自身重力驱动活塞422向下移动，第一密封球432与第一密封球座431继续保持紧贴状态，封闭第一密封球座431的开口，第二密封球444与第二密封球座442也继续保持紧贴状态，封闭第二密封球座442的开口，注水管上方空间31与加压腔32保持隔断，加压腔32与注水管下方空间33保持隔断；活塞422持续向下移动，当加压腔32内水压大于注水管下方空间33压力加上第二弹簧448的回复力时，加压腔32内的水压撑开第二密封球444，第二密封球444在第二移动通道445内下移，第二密封球444与第二密封球座442分离，使加压腔32与注水管下方空间33连通，活塞422继续向下移动，加压腔32内加压后的水经过注入口、转接头45内腔、第二密封球座442的开口、第二移动通道445和第三水流道446后进入注水管下方空间33，并从注水管下方空间33压入油层，实现增压注水。

活塞422向下移动到下止位后，驱动设备5驱动活塞422再次上移，注水管上方空间31内的水再次进入加压腔32，重复上述增压注水步骤。

注水管上方空间31内的注入水通过过液孔424进入第一水流道423，可通过选择不同弹性系数的第一弹簧437和第二弹簧448以及调整第一弹簧437和第二弹簧448的初始形变来调整进入和排出加压腔32时，加压腔32内的压力

开启注入时，首先确保地面供水设备6中有水和供水管线通畅，确保井口接头7的第一端口73上的阀门和光杆防喷器72打开。然后打开供水管线上的阀门，水由供水设备6通过供水管线供给到井口，进入井口接头7，流入注水管上方空间31，此时来水渐渐灌满注水管上方空间31，开启运行抽油机，驱动注水杆柱2带动活塞式增压装置4的活塞422上下往复运动，将来水注入油层，实现井下增压注水。

停止注入时，首先停止抽油机运行，然后关闭井口接头7的第一端口73上的阀门和光杆防喷器72，接着关闭供水管线上的阀门，停止注水。

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 (10)

1.一种井下增压注水装置，其特征在于：包括注水管(1)、注水杆柱(2)、驱动设备(5)、活塞式增压装置(4)、井口接头(7)以及供水设备(6)，

所述注水管(1)设置于与油层连通的井内且下端连通所述油层，所述活塞式增压装置(4)设置于所述注水管(1)内，所述活塞式增压装置(4)与所述注水管(1)内壁固定连接且连接处密封，所述注水杆柱(2)的底端与所述活塞式增压装置(4)的活塞(42)固定连接，所述井口接头(7)设置于所述井的井口处，所述注水管(1)的顶端与所述井口接头(7)密封连接，所述注水杆柱(2)的顶端向上穿出所述井口接头(7)后与所述驱动设备(5)连接，所述驱动设备(5)和所述供水设备(6)均设置于所述井口的地面上，所述供水设备(6)通过所述井口接头(7)与所述注水管(1)连通；

所述供水设备(6)用于向所述注水管(1)位于所述活塞式增压装置(4)之上的注水管上方空间(31)内注入水；

所述驱动设备(5)用于驱动所述活塞式增压装置(4)的活塞(42)，将所述注水管上方空间(31)内的水压入所述注水管(1)位于所述活塞式增压装置(4)之下的注水管下方空间(33)内，并从所述注水管下方空间(33)流入所述油层。

2.根据权利要求1所述的井下增压注水装置，其特征在于：所述驱动设备(5)为抽油机，所述注水杆柱(2)的顶端与所述抽油机的驴头活动连接。

3.根据权利要求1所述的井下增压注水装置，其特征在于：还包括光杆防喷器(72)，所述光杆防喷器(72)与所述井口接头(7)固定连接，所述注水杆柱(2)的顶端向上穿出所述光杆防喷器(72)，所述注水杆柱(2)与所述光杆防喷器(72)动态密封。

4.根据权利要求1所述的井下增压注水装置，其特征在于：还包括光杆密封盒(71)，所述光杆密封盒(71)与所述井口接头(7)固定连接，所述注水杆柱(2)的顶端向上穿出所述光杆密封盒(71)，所述注水杆柱(2)与所述光杆密封盒(71)动态密封。

5.根据权利要求1所述的井下增压注水装置，其特征在于：还包括套管(8)，所述套管(8)在所述井内，所述套管(8)外壁与所述井的内壁固定连接，所述注水管(1)在所述套管(8)内，所述套管(8)顶端与所述井口接头(7)密封连接，所述井口接头(7)开有连通所述套管(8)和所述注水管(1)之间的腔室的端口。

6.根据权利要求1所述的井下增压注水装置，其特征在于：活塞式增压装置(4)包括活塞套(41)，所述活塞套(41)底端封口，所述活塞式增压装置(4)的活塞(42)在所述活塞套(41)内，所述活塞(42)与所述活塞套(41)滑动配合，所述活塞(42)的外壁与所述活塞套(41)的内壁动态密封，所述活塞(42)底端与所述活塞套(41)围成加压腔(32)，所述活塞(42)上开有第一水流道(423)，所述活塞套(41)的底部开有注水口，所述第一水流道(423)连通所述注水管上方空间(31)与所述加压腔(32)，所述注水口连通所述加压腔(32)与所述注水管下方空间(33)。

7.一种井下增压注水方法，其特征在于：采用如权利要求1-6任一项所述的井下增压注水装置，包括以下步骤：

通过所述井下增压注水装置的所述供水设备(6)向所述井下增压注水装置的所述注水管(1)内注入水，所述水被注入到所述注水管上方空间(31)内；

通过所述井下增压注水装置的所述驱动设备(5)驱动设置的所述活塞式增压装置(4)的活塞(42)上下往复运动，以将所述注水管上方空间(31)内的水压入所述注水管下方空间(33)内，并从所述注水管下方空间(33)压入油层。

8.根据权利要求7所述井下增压注水方法，其特征在于：所述供水设备(6)为设置于井口地面上的水罐，所述水罐内的注入水通过重力自流进入所述注水管上方空间(31)内。

9.根据权利要求7所述井下增压注水方法，其特征在于：所述通过所述井下增压注水装置的所述驱动设备(5)驱动设置的所述活塞式增压装置(4)的活塞(42)上下往复运动，包括：

通过所述驱动设备(5)驱动所述活塞(42)在所述活塞式增压装置(4)的活塞套(41)内向上移动，使所述注水管上方空间(31)内的水通过所述活塞(42)的第一水流道(423)进入所述活塞(42)底端与所述活塞套(41)围成加压腔(32)内；

通过所述注水杆柱(2)的重力驱动所述活塞(42)向下移动，对所述加压腔(32)内的水进行加压，将加压后的所述加压腔(32)内的水通过所述活塞套(41)底部的注水口压入所述注水管下方空间(33)内。

10.根据权利要求9所述井下增压注水方法，其特征在于：在所述活塞(42)向上移动的过程中，所述注水管上方空间(31)与所述加压腔(32)连通，所述加压腔(32)与所述注水管下方空间(33)隔断；

在所述活塞(42)向下移动对所述加压腔(32)内的水进行加压的过程中，所述注水管上方空间(31)与所述加压腔(32)隔断，所述加压腔(32)与所述注水管下方空间(33)隔断；当所述加压腔(32)内的水压撑开所述加压腔(32)与所述注水管下方空间(33)隔断时，所述加压腔(32)与所述注水管下方空间(33)连通。

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