CN113503143B - 一种电路与压差控制开启的井下滑阀开关 - Google Patents

Abstract

一种电路与压差控制开启的井下滑阀开关，涉及油田井下工具技术领域，包括上接头、滑阀、筛管、滑管、阀体、固定螺杆、阀芯、杠杆、中心管、电池、承压套、电极片、开关架、电极棒、开关活塞、开关销钉、下接头、延时模块、液压油、气室等构成。本发明通过向中心管内打压，剪断开关销钉，推动开关活塞，再推动电极棒使电极片连通来启动延时模块的电路，延时模块电路通电并达到预设延时时间后使电阻丝通电熔断，从而解除杠杆对阀芯的限制，使液压油可以在压差作用下流向气室，达到解除滑阀限制的目的，滑阀下滑后，滑阀的上端与上接头脱离，从而使被滑阀封闭的筛管实现内外连通。该设计方法实际施工中可实现井下工具择时启动，大幅增加了施工的便利性，简化了施工工艺。

Description

一种电路与压差控制开启的井下滑阀开关

技术领域

本发明属于油田井下工具技术领域，尤其涉及一种电路与压差控制开启的井下滑阀开关。

背景技术

油气田开发中，井下工具进行延时自动控制或通过压差启动相关机构动作，从而实现各种功能(如应用在抽油泵的下端，控制固定凡尔的位置，从而实现抽油泵管柱上部与下部空间以及与油套环空的连通)，成为目前研究与发展的方向。传统的单纯使用机械结构进行井下工具控制，不能完全满足生产需求。而成熟的电子控制技术已经广泛地应用到井下工具设计中。但是应用最广泛的是采用电机作为驱动动力，结构复杂，成本高，可靠性低，尤其是对于只进行一次性动作的井下工具，需要一种结构简单，安全可靠的设计结构。

现有技术中，抽油泵下端均连接有单向球阀(固定凡尔)，这种单向球阀决定了油管管柱是一种只能从下向上传输液体的单向流系统，实际生产中，这种单向流动特性给其他工艺的实施增加了难度。例如，在需要对抽油泵井进行酸化、解堵、射孔施工时，一般需要先起出抽油泵管柱，再单独下入施工管柱，施工完成后，起出施工管柱，再下入抽油泵管柱完井，施工过程过于复杂。

发明内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种电路与压差控制开启的井下滑阀开关。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：本发明提供了一种电路与压差控制开启的井下滑阀开关，包括上接头、滑阀、筛管、滑管、阀体、固定螺杆、阀芯、杠杆、中心管、电池、承压套、电极片、开关架、电极棒、开关活塞、开关销钉和下接头；

上接头通过螺纹连接在筛管的上端，滑阀安装在筛管的内侧，滑阀上端的外侧与上接头下端的内侧密封配合，滑阀下端的外侧与筛管的内壁密封配合，滑管的上端通过螺纹和密封圈密封连接在滑阀上，滑管的下端插在阀体上端的内侧并与阀体滑动密封配合，阀体上端的外侧通过螺纹连接在筛管的下端，阀体下端的外侧通过螺纹连接在承压套上；

开关活塞和下接头均插装在承压套内并分别与承压套的内壁滑动密封配合，开关活塞和下接头之间通过开关销钉连接，所述中心管的上端通过螺纹和密封圈密封连接在阀体下端的内侧，中心管的下端穿过开关活塞中央的通孔后与下接头通过螺纹连接，中心管的管壁上加工有导压孔，导压孔在中心管上的轴向位置与开关活塞和下接头的接缝对应；

所述筛管的管壁上加工有筛管孔，筛管孔在筛管上的轴向位置处于滑阀中部；

所述筛管和滑管之间的环形空间为密闭空间，称为油室，油室内填充有液压油；

所述承压套和中心管之间的环形空间为密闭空间，称为气室，气室内填充有空气，填充空气的气压等于标准大气压；

所述阀体上加工有用于连通所述油室和气室的通孔，称为轴向连通孔，轴向连通孔的下端插有用于将轴向连通孔封堵的阀芯；阀体的下端面上分别通过螺纹连接有固定螺杆、电阻丝和电阻丝螺钉，所述阀芯的下方设置有用于阻挡阀芯向下运动的杠杆，杠杆的一端铰接在所述固定螺杆的下端，杠杆的另一端与所述电阻丝螺钉之间通过电阻丝连接；

所述气室内设置有可使所述电阻丝熔断的延时熔断电路，延时熔断电路的结构进一步包括电池、电极片、电极棒、延时模块、导线和电阻丝，电极片共有两个，电池、电极片和延时模块通过导线串联成一条导电通路，并且两个电极片分别位于该导电通路的两端，所述电阻丝通过导线连接在延时模块上；

所述电极棒和两个电极片共同组成接通延时熔断电路的开关，当电极棒被开关活塞推动，同时与两个电极片接触时，延时熔断电路接通，延时模块通电并开始计时，计时过程中，电阻丝不通电，计时结束后，延时模块启动，继而使所述电阻丝通电并熔断；

所述气室内设置有用于固定所述电极片和电极棒的开关架，开关架固定安装在所述中心管上。

作为优选方案，所述延时模块为人工设定延时时间的电子电路。

作为优选方案，所述滑阀上安装有顶管，顶管的下端插在滑阀的中央。

作为优选方案，所述气室中空气占用的空间大于所述油室的空间。

本发明的有益效果为：

1、本发明通过向中心管内打压、剪断开关销钉，推动开关活塞，再推动电极棒使电极片连通来启动延时熔断电路，延时熔断电路通电并达到预设延时时间后使电阻丝通电熔断，从而解除电阻丝对杠杆的限制，即解除对阀芯的限制，使液压油可以在压差作用下流向气室，达到解除滑阀限制的目的，滑阀下滑后，滑阀的上端与上接头脱离，从而使被滑阀封闭的筛管实现内外连通。该设计方法实际施工中可实现择时、择机启动，大幅增加了施工的便利性，也简化了施工工艺。

2、本发明设置了滑阀、油室和气室，下井后，油套环空内的液柱压力通过筛管孔进入筛管与滑阀之间的环形空间，油管压力作用在滑阀端面上，液柱的压力通过滑阀传递至油室，从而油室与气室之间形成压力势能，同时，采用直径很小的阀芯被杠杆压紧方式封闭油室中的液压油，采用电阻丝拉紧并固定杠杆的方式，锁住阀芯，达到利用小力矩控制高压差的目的。

3、现有技术中，抽油泵下端均连接有单向球阀(固定凡尔)，这种单向球阀决定了油管管柱是一种只能从下向上传输液体的单向流系统，实际生产中，这种单向流动特性给其他工艺的实施增加了难度。例如，在需要对抽油泵井进行酸化、解堵、射孔施工时，一般需要先起出抽油泵管柱，再单独下入施工管柱，施工完成后，起出施工管柱，再下入抽油泵管柱完井，施工过程过于复杂。

为了解决上述问题，本发明中，在滑阀上部安装一顶管，使上接头与单向球阀(固定凡尔)通过螺纹连接，并且连接后顶管可以将凡尔球顶开，使抽油泵管柱产生一个由上向下的导压导液通道，该通道在各种施工中(如酸化、解堵、射孔等)可以通过抽油泵管柱进行从上向下注入液体，待完成施工后，通过向中心管内打压来启动延时熔断电路，滑阀下落，带动顶管一起下落，凡尔球同时下落并复位于球座上，抽油泵管柱恢复至正常生产状态，同时筛管打开，实现正常抽油生产。这种方式省去了单独的酸化、解堵、射孔等施工管柱，采用一趟管柱即可完成相应的施工，提高了生产效率。

4、所述气室的设置还有另一个作用：本发明中，所述气室中空气占用的空间大于所述油室的空间，基于这一限定，当所述阀芯释放后，进入气室内的液压油不足以将气室内的空间填满。在延时模块通电前，气室内的低压作用在所述开关活塞端面上，而井下液柱压力通过中心管的导压孔作用在开关活塞下端面，二者形成压力差，并使开关活塞始终保持向上滑动的运动趋势，从而使开关销钉在中心管内打压前便承受剪切应力，在开关销钉的直径一定的情况下，剪切应力是一定的，剪切压力差也是一定的，从而确定了地面打压设备的打压参数，通过打压压力参数的调整，可以精确控制延时模块的开启时机，即精确控制滑阀的动作时间。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是延时熔断电路的电路图；

图3是本发明另一种实施例的结构示意图。

图中：1、上接头；2、滑阀；3、筛管；4、滑管；5、阀体；6、固定螺杆；7、阀芯；8、杠杆；9、中心管；10、电池；11、承压套；12、电极片；13、开关架；14、电极棒；15、开关活塞；16、开关销钉；17、下接头；18、延时模块；19、导线；20、电阻丝；21、电阻丝螺钉；22、气室；23、油室；24、筛管孔；25、导压孔；26、顶管；27、下连接套；28、半环；29、球座；30、上连接套；31、凡尔球；32、安装套；33、挡板；34、导液通道。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示，本实施例包括上接头1、滑阀2、筛管3、滑管4、阀体5、固定螺杆6、阀芯7、杠杆8、中心管9、电池10、承压套11、电极片12、开关架13、电极棒14、开关活塞15、开关销钉16和下接头17。上接头1通过螺纹连接在筛管3的上端，滑阀2安装在筛管3的内侧，滑阀2上端的外侧与上接头1下端的内侧密封配合，滑阀2下端的外侧与筛管3的内壁密封配合，滑管4的上端通过螺纹和密封圈密封连接在滑阀2上，滑管4的下端插在阀体5上端的内侧并与阀体5滑动密封配合，阀体5上端的外侧通过螺纹连接在筛管3的下端，阀体5下端的外侧通过螺纹连接在承压套11上；

如图1所示，开关活塞15和下接头17均插装在承压套11内并分别与承压套11的内壁滑动密封配合，开关活塞15和下接头17之间通过开关销钉16连接，所述中心管9的上端通过螺纹和密封圈密封连接在阀体5下端的内侧，中心管9的下端穿过开关活塞15中央的通孔后与下接头17通过螺纹连接，中心管9的管壁上加工有导压孔25，导压孔25在中心管9上的轴向位置与开关活塞15和下接头17的接缝对应；所述筛管3的管壁上加工有筛管孔24，筛管孔24在筛管3上的轴向位置处于滑阀2中部。

所述筛管3和滑管4之间的环形空间为密闭空间，称为油室23，油室23内填充有液压油；所述承压套11和中心管9之间的环形空间为密闭空间，称为气室22，气室22内填充有空气，填充空气的气压等于标准大气压。

所述阀体5上加工有用于连通所述油室23和气室22的通孔，称为轴向连通孔，轴向连通孔的下端插有用于将轴向连通孔封堵的阀芯7；阀体5的下端面上分别通过螺纹连接有固定螺杆6和电阻丝20、电阻丝螺钉21，所述阀芯7的下方设置有用于阻挡阀芯7向下运动的杠杆8，杠杆8的一端铰接在所述固定螺杆6的下端，杠杆8的另一端与所述电阻丝螺钉21之间通过电阻丝20连接。

本发明设置了滑阀2、油室23和气室22，下井后，油套环空内的液柱压力通过筛管孔24进入筛管3与滑阀2之间的环形空间，继而作用在滑阀2外侧，油管内的压力作用在滑阀2的端面上，压力通过滑阀2传递至油室23，从而在油室与气室之间形成压力势能，同时，采用直径很小的阀芯7被杠杆8压紧方式封闭油室23中的液压油向气室22流动，采用电阻丝20拉紧并固定杠杆8的方式，锁住阀芯7，达到利用小力矩控制高压差的目的。

如图2所示，所述气室22内设置有可使所述电阻丝20熔断的延时熔断电路，延时熔断电路的结构进一步包括电池10、电极片12、电极棒14、延时模块18和所述电阻丝20，电极片12共有两个，电池10、电极片12和延时模块18通过导线19串联成一条导电通路，并且两个电极片12分别位于该导电通路的两端，所述电阻丝20通过导线19连接在延时模块18上；所述电极棒14和两个电极片12共同组成接通延时熔断电路的开关，当电极棒14被开关活塞15推动，同时与两个电极片12接触时，延时熔断电路接通，延时模块18通电并开始计时，计时过程中，电阻丝20不通电，计时结束后，延时模块18启动，继而使所述电阻丝20通电并熔断；所述气室22内设置有用于固定所述电极片12和电极棒14的开关架13，开关架13固定安装在所述中心管9上。本发明通过向中心管9内打压、剪断开关销钉16，推动开关活塞15，再推动电极棒14使电极片12连通来启动延时熔断电路，延时熔断电路通电后达到预设延时时间后使电阻丝20通电熔断，从而解除电阻丝20对杠杆8的限制，即解除对阀芯7的限制，使液压油可以在压差作用下流向气室22，达到解除滑阀2限制的目的，滑阀2下滑后，滑阀2的上端与上接头1脱离，从而使被滑阀2封闭的筛管3实现内外连通。该设计方法实际施工中可实现择时、择机启动，大幅增加了施工的便利性，也简化了施工工艺。

作为优选方案，所述延时模块18为人工设定延时时间的电子电路。。

如图1所示，所述气室22中空气占用的空间大于所述油室23的空间，基于这一限定，当所述阀芯7释放后，进入气室22内的液压油不足以将气室22内的空间填满。气室22内的低压作用在所述开关活塞15端面上，而井下液柱压力通过中心管9的导压孔25作用在开关活塞15下端面，二者形成压力差，并使开关活塞15始终保持向上滑动的运动趋势，从而使开关销钉16在中心管9内打压前便承受剪切应力，在开关销钉16的直径一定的情况下，剪切应力是一定的，剪切压力差也是一定的，从而确定了地面打压设备的打压参数，通过打压压力参数的调整，可以精确控制延时模块18的开启时机，即精确控制滑阀2的动作时间。

实施例二：

如图1和图3所示，本实施例与实施例一的区别仅在于：所述滑阀2上安装有顶管26，顶管26的下端插在滑阀2的中央。

现有技术中，抽油泵下端均连接有单向球阀(固定凡尔)，这种单向球阀决定了油管管柱是一种只能从下向上传输液体的单向流系统，实际生产中，这种单向流动特性给其他工艺的实施增加了难度。例如，在需要对抽油泵井进行酸化、解堵、射孔施工时，一般需要先起出抽油档次管柱，再单独下入施工管柱，施工完成后，起出施工管柱，再下入抽油泵管柱完井，施工过程过于复杂。

为了解决上述问题，本发明中，在滑阀2上部安装一顶管26，使上接头1与单向球阀通过螺纹连接，并且连接后顶管26可以将凡尔球31顶开，使抽油泵管柱产生一个由上向下的导压导液通道34，该导液通道34在各种施工中(如酸化、解堵、射孔等)可以通过抽油泵管柱进行从上向下注入液体，待完成施工后，通过向中心管9内打压来启动延时熔断电路，滑阀2下落，带动顶管26一起下落，凡尔球31同时下落并复位于球座29上，抽油泵管柱恢复至正常生产状态，同时筛管3打开，实现正常抽油生产。这种方式省去了单独的酸化、解堵、射孔等施工管柱，采用一趟管柱即可完成相应的施工，提高了生产效率。

如图3所示，具体实施时，单向球阀组件包括安装套32、上连接套30、下连接套27、球座29、半环28、凡尔球31和挡板33，安装套32的下端通过螺纹连接在上接头1的上端，上连接套30和下连接套27之间通过螺纹连接，所述球座29被上连接套30和下连接套27夹在上连接套30的内侧；所述半环28被上连接套30和下连接套27夹在下连接套27的外侧，同时，所述安装套32内壁的下部加工有与所述半环28匹配的环形槽，半环28的外边缘镶嵌在该环形槽内，从而将上连接套30和下连接套27固定在安装套32的内侧；所述孔板33固定安装在所述上连接套30内侧的顶部，所述凡尔球31设置在孔板33和所述球座29之间，凡尔球31落在球座29上时可将球座29的内孔封堵；所述顶管26的下端插在滑阀2的中央，顶管26的上端从所述球座29的内孔伸出并凸出于球座29的上端面；所述球座29与顶管26之间留有导液通道34。

Claims (4)

1.一种电路与压差控制开启的井下滑阀开关，其特征在于：包括上接头（1）、滑阀（2）、筛管（3）、滑管（4）、阀体（5）、固定螺杆（6）、阀芯（7）、杠杆（8）、中心管（9）、电池（10）、承压套（11）、电极片（12）、开关架（13）、电极棒（14）、开关活塞（15）、开关销钉（16）和下接头（17）；

上接头（1）通过螺纹连接在筛管（3）的上端，滑阀（2）安装在筛管（3）的内侧，滑阀（2）上端的外侧与上接头（1）下端的内侧密封配合，滑阀（2）下端的外侧与筛管（3）的内壁密封配合，滑管（4）的上端通过螺纹和密封圈密封连接在滑阀（2）上，滑管（4）的下端插在阀体（5）上端的内侧并与阀体（5）滑动密封配合，阀体（5）上端的外侧通过螺纹连接在筛管（3）的下端，阀体（5）下端的外侧通过螺纹连接在承压套（11）上；

开关活塞（15）和下接头（17）均插装在承压套（11）内并分别与承压套（11）的内壁滑动密封配合，开关活塞（15）和下接头（17）之间通过开关销钉（16）连接，所述中心管（9）的上端通过螺纹和密封圈密封连接在阀体（5）下端的内侧，中心管（9）的下端穿过开关活塞（15）中央的通孔后与下接头（17）通过螺纹连接，中心管（9）的管壁上加工有导压孔（25），导压孔（25）在中心管（9）上的轴向位置与开关活塞（15）和下接头（17）的接缝对应；

所述筛管（3）的管壁上加工有筛管孔（24），筛管孔（24）在筛管（3）上的轴向位置处于滑阀（2）中部；

所述筛管（3）和滑管（4）之间的环形空间为密闭空间，称为油室（23），油室（23）内填充有液压油；

所述承压套（11）和中心管（9）之间的环形空间为密闭空间，称为气室（22），气室（22）内填充有空气，填充空气的气压等于标准大气压；

所述阀体（5）上加工有用于连通所述油室（23）和气室（22）的通孔，称为轴向连通孔，轴向连通孔的下端插有用于将轴向连通孔封堵的阀芯（7）；阀体（5）的下端面上分别通过螺纹连接有固定螺杆（6）和用于固定电阻丝（20）的电阻丝螺钉（21），电阻丝（20）的上端固定在电阻丝螺钉（21）的下端，所述阀芯（7）的下方设置有用于阻挡阀芯（7）向下运动的杠杆（8），杠杆（8）的一端铰接在所述固定螺杆（6）的下端，杠杆（8）的另一端与所述电阻丝螺钉（21）之间通过电阻丝（20）连接；

所述气室（22）内设置有可使所述电阻丝（20）熔断的延时熔断电路，延时熔断电路的结构进一步包括电池（10）、电极片（12）、电极棒（14）、延时模块（18）、导线（19）和所述电阻丝（20），电极片（12）共有两个，电池（10）、电极片（12）和延时模块（18）通过导线（19）串联成一条导电通路，并且两个电极片（12）分别位于该导电通路的两端，所述电阻丝（20）通过导线（19）连接在延时模块（18）上；

所述电极棒（14）和两个电极片（12）共同组成接通延时熔断电路的开关，当电极棒（14）同时与两个电极片（12）接触时，延时熔断电路接通，延时模块（18）通电并开始计时，计时过程中，电阻丝（20）不通电，计时结束后，延时模块（18）启动，继而使所述电阻丝（20）通电并熔断；

所述气室（22）内设置有用于固定所述电极片（12）和电极棒（14）的开关架（13），开关架（13）固定安装在所述中心管（9）上。

2.根据权利要求1所述的一种电路与压差控制开启的井下滑阀开关，其特征在于：所述延时模块（18）为人工设定延时时间的电子电路。

3.根据权利要求1所述的一种电路与压差控制开启的井下滑阀开关，其特征在于：所述滑阀（2）上安装有顶管（26），顶管（26）的下端插在滑阀（2）的中央。

4.根据权利要求1所述的一种电路与压差控制开启的井下滑阀开关，其特征在于：所述气室（22）中空气占用的空间大于所述油室（23）的空间。

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