CN112576221A - 一种井下泄压阀及液压整形管柱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下泄压阀及液压整形管柱，井下泄压阀包括外套管、阀座、阀芯和活塞连接件，外套管上设有出液孔，阀座固定于外套管内且与外套管密封配合，其上设有加压通道和泄压通道；活塞连接件可在向外套管内加压时随液压增力器活塞一起下行，下行一定距离时与阀芯建立传动关系，使阀芯与阀座脱离配合继而导通泄压通道；本发明的井下泄压阀，活塞连接件下行至一定位置时可自动带动阀芯脱离阀座，使泄压通道导通，继而使液压整形管路自动泄压，整个泄压过程于井下进行，不需要人工再在地面进行频繁的升压和放压，泄压速度快、过程安全可靠，可节省人力物力，有利于提高管柱整形效率。

Description

一种井下泄压阀及液压整形管柱

技术领域

本发明涉及一种井下泄压阀及液压整形管柱。

背景技术

油田经过多年开发，井况日益变差，套损井的数量越来越多，油田各种工艺措施无法实施，开采计划受到影响，并导致注采系统失调、大量油水井躺井。液压整形技术作为一种先进的修井技术，其应用显得尤其重要。

液压整形管柱一般自上而下设置有水力锚、液压增力器和整形器，液压增力器包括缸体和活塞。液压整形管柱应用时需在地面向整形管柱中加压，水力锚锚定后将液压整形管柱固定在井下一定位置，通过液压增力器提供的强大推动力使整形器上的钢球滚压套管内壁，将套管修复为原有的通径，起到修复套管的目的。实际施工过程中，套管受损部位往往需要多次、多级整形，地面上加压泵加压后需要进行手动泄压以使水力锚解锚，频繁的升压、放压操作不仅操作麻烦，修复效率低，还给地面施工作业带来了较大的安全风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使液压整形管柱泄压过程安全可靠、整形修复效率高的井下泄压阀；

另外，本发明的目的还在于提供一种泄压过程安全可靠、整形修复效率高的液压整形管柱。

本发明的井下泄压阀采用如下技术方案：

井下泄压阀，包括：

外套管，其上端设有用于与水力锚连接的上连接段，下端设有用于与液压增力器缸体连接的下连接段，其内部与水力锚内部及液压增利器缸体内部相通，外套管的管壁上设有径向贯通的出液孔；

阀座和阀芯，阀座固定于外套管内，其上设有供液体通过、用以向液压增力器加压的加压通道，阀座还设有可连通外套管内部和所述出液孔的的泄压通道，泄压通道内和/或出液孔处设有仅供外套管内的液体排出的单向导通结构；

活塞连接件，用于与液压增力器活塞固定连接或一体成型；

使用时，活塞连接件同液压增力器活塞一起下行一定距离时与阀芯建立传动关系使阀芯与阀座脱离配合，以使泄压通道导通；

井下泄压阀还包括弹簧，弹簧处于活塞连接件和阀芯之间，用于在活塞连接件与阀芯建立传动关系之前向阀芯提供使阀芯压紧阀座的弹性力。

有益效果：将本发明的井下泄压阀使用于液压整形管柱上，通过加压通道向液压增力器加压过程中，活塞连接件会跟随液压增力器活塞一同下行，当下行至一定距离时与阀芯建立传动关系，使阀芯与阀座脱离并导通泄压通道，液压整形管柱内的压力得以泄出。上述过程中，活塞连接件在下行行程达到一定位置后会自动使阀芯与阀座脱离配合并导通泄压通道，因此完成了液压整形管柱的泄压，使水力锚顺利解锚，方便液压整形管柱对套管修复部位进行多级、多次整形；上述泄压过程于井下进行，不需人工进行地面操作，安全可靠，泄压速度快、泄压效率高，有利于提高液压整形管柱的整形效率。

进一步的，阀座为上端封堵且下端敞口的筒体，阀座下端敞口处构成用于与阀芯密封配合的阀口，阀座上沿径向和轴向分别设有贯通的径向孔和轴向孔，径向孔与外套管上的出液孔对应设置，阀座的内孔和径向孔构成所述泄压通道，轴向孔构成所述加压通道。

有益效果：阀座整体结构较为简单，加工步骤少，加工制造都较为方便。

进一步的，轴向孔设置至少两个且沿圆周方向均布。

有益效果：轴向孔设置至少两个时，一方面单个轴向孔堵塞时仍然能向管柱中加压，另一方面在加压过程中有利于快速、均匀的升高液压整形管柱内的压力。

进一步的，径向孔设置至少两个且沿圆周方向均布。

有益效果：一方面，单个径向孔堵塞后仍然能实现泄压功能，另一方面，能够快速、均匀的完成外套管泄压过程，有利于提高泄压效率。

进一步的，轴向孔为圆弧形孔。

有益效果：圆弧形孔的通流面积较大，可提高加压速度。

进一步的，阀座为分体结构，其上端通过可拆连接的封盖封堵，阀座内孔中设有自下而上内径逐渐增大的锥面，阀座内部于锥面处设有坐在锥面上的封堵球，封堵球和锥面构成所述单向导通结构。

有益效果：上述单向导通结构，巧妙利用封堵球的重力使封堵球坐在锥面上，形成单向导通作用，结构简单，安装方便。

进一步的，阀芯上设有阀球，阀座下端的敞口处设有用于与阀球配合、自上而下内径逐渐增大的锥面。

有益效果：阀球与锥面配合的形式更容易使阀座内部保持密封，在加压时不容易形成液体泄露，且阀球与锥面结构简单，加工和安装都较为方便。

进一步的，阀芯上设有触发结构，触发结构用于在活塞连接件下行一定距离时与活塞连接件挡止配合，以使阀芯与活塞连接件建立传动关系。

有益效果：通过触发结构与活塞连接件挡止配合实现阀芯和活塞连接件的传动，阀芯与活塞连接件的传动配合关系较为可靠。

进一步的，活塞连接件与触发结构插套配合且活塞连接件可相对触发结构滑动。

有益效果：活塞连接件和触发结构插套配合，运动时两者配合较为紧密，不易发生松脱。

本发明的液压整形管柱采用如下技术方案：

液压整形管柱，包括整形器、液压增力器和水力锚，液压整形管柱上于水力锚和液压增力器之间设置有井下泄压阀，用于在液压增力器活塞受到加压作用下行一定距离时将液压整形管柱内的液体排出以达到泄压作用；

井下泄压阀，包括：

外套管，其上端设有用于与水力锚连接的上连接段，下端设有用于与液压增力器缸体连接的下连接段，其内部与水力锚内部及液压增利器缸体内部相通，外套管的管壁上设有径向贯通的出液孔；

阀座和阀芯，阀座固定于外套管内，其上设有供液体通过、用以向液压增力器加压的加压通道，阀座还设有可连通外套管内部和所述出液孔的的泄压通道，泄压通道内和/或出液孔处设有仅供外套管内的液体排出的单向导通结构；

活塞连接件，用于与液压增力器活塞固定连接或一体成型；

使用时，活塞连接件同液压增力器活塞一起下行一定距离时与阀芯建立传动关系使阀芯与阀座脱离配合，以使泄压通道导通；

井下泄压阀还包括弹簧，弹簧处于活塞连接件和阀芯之间，用于在活塞连接件与阀芯建立传动关系之前向阀芯提供使阀芯压紧阀座的弹性力。

有益效果：本发明的井下泄压阀使用时，通过加压通道向液压增力器加压过程中，活塞连接件会跟随液压增力器活塞一同下行，当下行至一定距离时与阀芯建立传动关系，使阀芯与阀座脱离并导通泄压通道，液压整形管柱内的压力得以泄出。上述过程中，活塞连接件在下行行程达到一定位置后会自动使阀芯与阀座脱离配合并导通泄压通道，因此完成了液压整形管柱的泄压，使水力锚顺利解锚，方便液压整形管柱对套管修复部位进行多级、多次整形；上述泄压过程于井下进行，不需人工进行地面操作，安全可靠，泄压速度快、泄压效率高，有利于提高液压整形管柱的整形效率。

进一步的，阀座为上端封堵且下端敞口的筒体，阀座下端敞口处构成用于与阀芯密封配合的阀口，阀座上沿径向和轴向分别设有贯通的径向孔和轴向孔，径向孔与外套管上的出液孔对应设置，阀座的内孔和径向孔构成所述泄压通道，轴向孔构成所述加压通道。

有益效果：阀座整体结构较为简单，加工步骤少，加工制造都较为方便。

进一步的，轴向孔设置至少两个且沿圆周方向均布。

有益效果：轴向孔设置至少两个时，一方面单个轴向孔堵塞时仍然能向管柱中加压，另一方面在加压过程中有利于快速、均匀的升高液压整形管柱内的压力。

进一步的，径向孔设置至少两个且沿圆周方向均布。

有益效果：一方面，单个径向孔堵塞后仍然能实现泄压功能，另一方面，能够快速、均匀的完成外套管泄压过程，有利于提高泄压效率。

进一步的，轴向孔为圆弧形孔。

有益效果：圆弧形孔的通流面积较大，可提高加压速度。

进一步的，阀座为分体结构，其上端通过可拆连接的封盖封堵，阀座内孔中设有自下而上内径逐渐增大的锥面，阀座内部于锥面处设有坐在锥面上的封堵球，封堵球和锥面构成所述单向导通结构。

有益效果：上述单向导通结构，巧妙利用封堵球的重力使封堵球坐在锥面上，形成单向导通作用，结构简单，安装方便。

进一步的，阀芯上设有阀球，阀座下端的敞口处设有用于与阀球配合、自上而下内径逐渐增大的锥面。

有益效果：阀球与锥面配合的形式更容易使阀座内部保持密封，在加压时不容易形成液体泄露，且阀球与锥面结构简单，加工和安装都较为方便。

进一步的，阀芯上设有触发结构，触发结构用于在活塞连接件下行一定距离时与活塞连接件挡止配合，以使阀芯与活塞连接件建立传动关系。

有益效果：通过触发结构与活塞连接件挡止配合实现阀芯和活塞连接件的传动，阀芯与活塞连接件的传动配合关系较为可靠。

进一步的，活塞连接件与触发结构插套配合且活塞连接件可相对触发结构滑动。

有益效果：活塞连接件和触发结构插套配合，运动时两者配合较为紧密，不易发生松脱。

附图说明

图1是本发明的井下泄压阀的具体实施例1的结构示意图；

图2是图1中A-A处的剖视图；

图3是本发明的井下泄压阀的具体实施例1沿图2中B-B处剖开的剖视图；

图1中：1-外套管；2-座体；3-封盖；4-压套；5-密封圈；6-出液孔；7-径向孔；9-封堵球；10-阀球；11-触发杆；12-活塞连接筒；13-挡块；14-弹簧；

图2中：6-出液孔；7-径向孔；8-轴向孔；

图3中：1-外套管；2-座体；3-封盖；4-压套；5-密封圈；6-出液孔；7-径向孔；8-轴向孔；9-封堵球；10-阀球；11-触发杆；12-活塞连接筒；13-挡块；14-弹簧。

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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明的井下泄压阀的具体实施例1：

本发明的井下泄压阀使用时安装在液压整形管柱中，使用时能够在一定触发条件下自动卸去液压整形管柱中的压力，下面先结合本井下泄压阀的具体结构对其在液压整形管柱中的安装位置和与液压整形管柱中的其他部件的连接关系进行介绍：本发明的井下泄压阀使用时是安装在水力锚和液压增力器之间，如图1所示，井下泄压阀包括外套管1，外套管1上端的内部设有用于与水力锚连接的内螺纹段，内螺纹段构成上连接段，外套管1的内部与水力锚内部相通。外套管1下端设有用于与液压增力器缸体连接的外螺纹段，外螺纹段构成下连接段，外套管1内部与液压增力器缸体内相通。

外套管1内设有固定于外套管1内部且与外套管1保持密封配合的阀座，阀座整体为筒体，主要由座体2和可拆安装于座体2上端的封盖3构成，座体2上端被封盖3封堵而下端敞口。通过螺纹安装在外套管1内的压套4和外套管1内壁上朝上设置的环形台阶面将阀座固定在外套管1内部，且座体2的外周面和外套管1内壁之间设有多个密封圈5，构成多级密封结构，保证阀座与外套管1保持密封配合。

为使对受损套管进行整形时用于向液压增力器加压的液体能够通过阀座进入液压增力器缸体中，使液压整形管柱的压力升高。如图2-图3所示，座体2上沿轴向设有贯通的轴向孔8，轴向孔8设有两个且沿圆周方向均布,为圆弧形孔，通流面积较大。轴向孔8构成加压通道，可供液体通过阀座进入液压增力器缸体中推动液压增力器活塞下行。

阀座上和外套管1上设有可用于将外套管内的液体排出的泄压结构：外套管1的管壁上沿径向设有出液孔6，阀座上设有可用于连通出液孔6和外套管内部的泄压通道，阀座上沿径向开设有用于与出液孔6对应设置的径向孔7，外套管内的液体可通过阀座下方的敞口处进入阀座内孔中，再依次通过径向孔7和出液孔6排出外套管以完成泄压，阀座的内孔和径向孔7构成阀座上的泄压通道。为达到快速、均匀泄压的作用，径向孔7和出液孔6均设有两个，且沿圆周方向均布。于圆周方向上，径向孔7与轴向孔8错开设置。

井下泄压阀中还设有阀芯、弹簧14和活塞连接筒12，阀芯包括阀球10和触发杆11，阀球10位于阀座的下端敞口处，阀座下端敞口处设有用于与阀球配合的锥面，锥面自上而下内径增大。阀球10与阀座下端的锥面配合作用，可用于使泄压通道通断。阀座的下端敞口处构成阀口。阀球10与触发杆11的上端螺纹连接，触发杆11的下端设有外径大于触发杆11上侧杆体外径的挡块13。活塞连接筒12下端通过螺纹与液压增力器活塞固定连接，可在液压整形管柱内部压力增大时随液压增力器活塞一同下行。活塞连接筒12套设在触发杆11的外部，

活塞连接筒12上端设有供触发杆11穿出活塞连接筒的伸出口，且伸出口的内径小于挡块13的外径，以使活塞连接筒12下行至一定行程后与挡块13于上下方向上挡止配合、可拉动阀芯一同下行。活塞连接筒12下行时可相对触发杆11滑动。触发杆11构成触发结构，活塞连接筒12构成活塞连接件。

阀芯下行后阀球10与阀座脱离配合，继而使泄压通道导通，外套管内的液体可通过泄压通道和出液孔6排出，达到泄压作用。挡块13于触发杆上的位置刚好对应活塞连接筒12下行的行程末端，以使每次整形作业时，在活塞连接筒12和液压增力器活塞运动至下行行程末端推动整形器完成整形作业后，活塞连接筒12才会触发触发结构，与阀芯建立传动配合关系使井下泄压阀自动泄压。

弹簧14套设在触发杆11上伸出活塞连接筒13外的部分上，位于阀球10和活塞连接筒12上端端部之间。在活塞连接筒未与阀芯建立传动配合关系时（整形管道中未加压或者在加压过程中活塞连接筒未下行至行程末端时），弹簧14保持压缩状态，提供向上顶紧阀球10的弹性力，阻碍阀球10向下运动与阀座脱离配合。

除此之外，阀座内孔中设有防止外套管外的液体倒流进阀座中继而将阀芯向下顶开的单向导通结构：阀座内孔中于径向孔的下方设有锥面，阀座内部还设有用于与阀座内孔中的锥面配合使用的封堵球9。锥面自下而上内径逐渐增大。封堵球9在其自身的重力作用下坐在锥面上，可达到单向导通作用。当外套管内的液体自下而上通过单向导通结构时，可克服封堵球9的重力作用通过泄压通道，但是当外套管外的液体倒流至单向导通结构处时，封堵球抵紧锥面，使倒流液体无法通过泄压通道进入外套管内。

本发明的井下泄压阀用于液压整形管柱的作业时，过程如下：将液压整形管柱下入套管内部，液压整形管柱在套管变形段下行受阻，从地面向液压整形管柱中泵入液体，升高液压整形管柱中的压力，水力锚锚牙张开，使液压整形管柱与套管保持固定，液体通过阀座上的轴向孔进入液压增力器缸体内，使液压增力器活塞带动活塞连接筒一同下行，整形器上的钢珠在液压增力器的作用下向外凸出滚压套管内壁，待活塞连接筒运动至下行行程末端时，活塞连接筒与触发杆在上下方向上挡止配合，拉动阀芯下行，阀球脱离阀座，泄压通道导通，外套管内的液体通过泄压通道和出液孔排出，管柱泄压且水力锚解除锚定。管柱泄压后，管柱受到自重作用，液压增力器缸体和外套管一同下行，阀球再次抵顶在阀座下端使液压整形管柱保持密封，通过地面向液压整形管路中加压后可开始下一次整形。

本发明的井下泄压阀的具体实施例2：

与实施例1不同的是，单向导通结构为安装在出液孔处的单向阀，单向阀包括位于出液孔内部两个间隔设置、沿径向向内凸出的环凸，沿阀座内液体从出液孔中流出的方向上，位于上游的环凸为上游环凸，位于下游的环凸为下游环凸，两环凸之间安装有弹簧和小球，弹簧一端抵顶在下游环凸上，另一端将小球抵顶在上游环凸的中间孔上，对其进行封堵。当外套管中的液体从出液孔流出，可克服弹簧弹力作用从上游环凸和下游环凸上的中间孔流出。单向阀能够起到阻碍外套管外的液体从出液孔流入外套管内的作用。在本实施例中，阀座为上端封口且下端封堵的一体结构。

本发明的井下泄压阀的具体实施例3：

与实施例1不同的是，阀座下端的内孔处设有朝下的环槽，阀芯包括上部的阀柱和下部的触发杆，阀柱与触发杆螺纹连接。阀柱的外周面上设有用于与阀座的环槽侧壁密封配合的密封圈，环槽构成用于与阀芯配合的阀口，弹簧套装在触发杆上，处于阀柱和活塞连接筒之间。

本发明的井下泄压阀的具体实施例4：

与实施例1不同的是，活塞连接件为活塞连接杆，其上端设有挂钩，活塞连接杆与液压增力器活塞一体成型，触发杆下端设有挂环，活塞连接杆主体与触发杆沿外套管径向相对间隔设置，仅有在活塞连接杆下行至行程末端时，挂钩向下钩挂挂环，带动触发杆和阀芯一起向下运动。

本发明的井下泄压阀的具体实施例5：

与实施例1不同的是，阀芯为阀球，活塞连接筒上端通过弹簧与阀球连接，当活塞到达下行行程末端时，阀球在弹簧拉力和自身重力的作用下脱离阀座。

本发明的井下泄压阀的具体实施例6：

与实施例1不同的是，触发结构为固定在阀球下端的触发筒，活塞连接件为与液压增力器活塞固定连接的活塞连接杆，触发筒的下端设有供活塞连接杆伸入的穿孔，活塞连接杆位于触发筒内的上端设有挡止块，挡止块外径大于穿孔内径，以使活塞连接杆下行至行程末端时其上端挡止块与触发筒下端的端部挡止配合，触发筒与活塞连接杆一同下行。本实施例中，弹簧位于触发筒内部，处于挡止块和阀球之间。

本发明的井下泄压阀的具体实施例7：

与实施例1不同的是，阀座为轮齿结构，其内部设有中心孔，中心孔为盲孔，中心孔方向朝下，中心孔下端的口沿处设有由上而下内径逐渐增大的锥面，构成阀口。轮齿结构上相邻轮齿之间的间隙构成加压通道，每个轮齿的端部用于与外套管内壁相贴，且轮齿结构上沿径向设有对应出液孔设置的径向孔。

本发明的液压整形管柱的具体实施例，本发明液压整形管柱包括自上而下设置的水力锚、井下泄压阀、液压增力器和整形器，井下泄压阀用于在液压增力器活塞受到加压作用下行一定距离时将液压整形管柱内的液体排出以达到泄压作用；本实施例中的井下泄压阀与本发明的井下泄压阀的任意一个具体实施例中的井下泄压阀结构相同，此处不再赘述。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种井下泄压阀，其特征是，包括：

外套管，其上端设有用于与水力锚连接的上连接段，下端设有用于与液压增力器缸体连接的下连接段，其内部与水力锚内部及液压增利器缸体内部相通，外套管的管壁上设有径向贯通的出液孔；

阀座和阀芯，阀座固定于外套管内，其上设有供液体通过、用以向液压增力器加压的加压通道，阀座还设有可连通外套管内部和所述出液孔的的泄压通道，泄压通道内和/或出液孔处设有仅供外套管内的液体排出的单向导通结构；

活塞连接件，用于与液压增力器活塞固定连接或一体成型；

使用时，活塞连接件同液压增力器活塞一起下行一定距离时与阀芯建立传动关系使阀芯与阀座脱离配合，以使泄压通道导通；

井下泄压阀还包括弹簧，弹簧处于活塞连接件和阀芯之间，用于在活塞连接件与阀芯建立传动关系之前向阀芯提供使阀芯压紧阀座的弹性力。

2.如权利要求1所述的井下泄压阀，其特征是，阀座为上端封堵且下端敞口的筒体，阀座下端敞口处构成用于与阀芯密封配合的阀口，阀座上沿径向和轴向分别设有贯通的径向孔和轴向孔，径向孔与外套管上的出液孔对应设置，阀座的内孔和径向孔构成所述泄压通道，轴向孔构成所述加压通道。

3.如权利要求2所述的井下泄压阀，其特征是，轴向孔设置至少两个且沿圆周方向均布。

4.如权利要求2所述的井下泄压阀，其特征是，径向孔设置至少两个且沿圆周方向均布。

5.如权利要求2-4任意一项所述的井下泄压阀，其特征是，轴向孔为圆弧形孔。

6.如权利要求2-4任意一项所述的井下泄压阀，其特征是，阀座为分体结构，其上端通过可拆连接的封盖封堵，阀座内孔中设有自下而上内径逐渐增大的锥面，阀座内部于锥面处设有坐在锥面上的封堵球，封堵球和锥面构成所述单向导通结构。

7.如权利要求2-4任意一项所述的井下泄压阀，其特征是，阀芯上设有阀球，阀座下端的敞口处设有用于与阀球配合、自上而下内径逐渐增大的锥面。

8.如权利要求1-4任意一项所述的井下泄压阀，其特征是，阀芯上设有触发结构，触发结构用于在活塞连接件下行一定距离时与活塞连接件挡止配合，以使阀芯与活塞连接件建立传动关系。

9.如权利要求8所述的井下泄压阀，其特征是，活塞连接件与触发结构插套配合且活塞连接件可相对触发结构滑动。

10.一种液压整形管柱，包括整形器、液压增力器和水力锚，其特征是，

液压整形管柱上于水力锚和液压增力器之间设置有井下泄压阀，用于在液压增力器活塞受到加压作用下行一定距离时将液压整形管柱内的液体排出以达到泄压作用；

所述井下泄压阀如权利要求1-9任意一项所述的井下泄压阀。

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