CN113818851B - 一种智能分层注水用防堵装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田分层注水技术领域，具体为一种智能分层注水用防堵装置及其使用方法，套装在注水井内对应于注水地层位置的外花管的顶端和底端分别与套管端部套接；旋转花管转动套接于外花管内，旋转花管内壁端头设置的卡块里端沿竖直方向开设有卡槽，动力源柱体顶端与上封隔器连接且底端与配水器连接，动力源柱体内设有水力发电机构、电能存储机构以及动力输出结构，转动套接于动力源柱体靠近底部处的驱动圆盘四周外壁均匀设有上支杆，上支杆外端沿竖直方向连接有与卡槽对应卡接匹配的上柱体，压力传感器监测到注水压力过低时向动力机构输出启动运行信号；解决了油田分层注水井暂停注水时易因注水地层反吐污物而造成注水井堵塞失效的问题。

Description

一种智能分层注水用防堵装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及油田分层注水装置技术领域，具体为一种智能分层注水用防堵装置及其使用方法。

背景技术

随着石油资源枯竭，地层能量被不断消耗，水驱采油技术作为能够稳定油层压力、实现高产稳产的方法，在世界范围内的油田开发过程中被广泛使用；中国油田储层非常集中，绝大部分为陆相碎屑岩沉积、纵向非均质性强，注水过程容易发生高渗透层水窜；为了加强中低渗透层的注水，以保证水驱采油技术效果，分层注水工艺被广泛采用。

油田分层注水系统，除了地面供水设备外，主要包括注水井、注水管柱、封隔器和配水器；注水井内装有套管，套管对应于注水地层段为缺失段；注水管柱设置在注水井的轴心位置；配水器安装在注水管柱对应于注水地层的位置；封隔器安装在注水管柱位于注水地层上下分界层面的位置。但是注水井一旦停注，注水地层会返吐砂、油等污物而堵塞注水井，使注水井失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能分层注水用防堵装置及其使用方法，用于解决现有技术中油田分层注水井暂停注水时易因注水地层反吐污物而造成注水井堵塞失效的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种智能分层注水用防堵装置，包括管柱、配水器、上封隔器、下封隔器和套管，还包括外花管、旋转花管、动力源柱体、驱动圆盘以及压力传感器，所述外花管套装在注水井内腔对应于注水地层的位置，所述外花管的顶端和底端分别与套管的端部套接；

其中，所述旋转花管转动套接于所述外花管内，所述外花管内壁的靠近顶端和靠近底端位置分别开设有环形凹槽，所述旋转花管顶端和底端的外缘分别设置有与所述环形凹槽转动卡接匹配的环形凸缘，所述旋转花管侧壁上的通孔与所述外花管侧壁上的通孔呈一一对应关系，且所述旋转花管相对于所述外花管转动一定角度时使所述旋转花管侧壁上的通孔与所述外花管侧壁上的通孔完全错开，所述旋转花管内壁的端头沿环形均匀设置有卡块，所述卡块的里端沿竖直方向开设有卡槽；

其中，所述动力源柱体的顶端与所述上封隔器底部的所述管柱对接，所述动力源柱体的底端与所述配水器顶部的所述管柱对接，所述动力源柱体内设置有水力发电机构、电能存储机构以及动力输出结构；

其中，所述驱动圆盘转动套接于所述动力源柱体外壁的靠近底部位置，且所述动力源柱体内的动力输出结构用于驱动所述驱动圆盘转动，所述驱动圆盘四周外壁沿环形均匀设置有上支杆，所述上支杆的外端沿竖直方向固定连接有上柱体，所述上柱体分别与所述卡槽沿竖直方向对应卡接匹配；

其中，所述压力传感器安装于所述动力源柱体中心腔体内，所述压力传感器用于在监测到注水压力低于标准值时向所述动力源柱体内的动力机构输出启动运行信号。

优选的，所述动力源柱体的中心腔内转动安装有叶轮，所述动力源柱体的一侧壁体内安装有发电机，所述叶轮的中心轴与所述发电机的动力输入轴对接，所述动力源柱体中心腔侧壁顶部设置的内腔中设置有蓄电池，所述蓄电池的输入端与所述发电机的输出端电性连接。

优选的，所述动力源柱体底部的侧壁内沿竖直方向套装有马达，所述马达的输入端与所述蓄电池的输出端电性连接，所述马达底端的动力输出轴固定套接有齿轮，所述驱动圆盘内壁的中部设置有与所述齿轮啮合匹配的内齿圈。

优选的，所述动力源柱体侧壁的靠近底部位置开设有环形开槽，所述驱动圆盘转动卡接于所述环形开槽内，所述动力源柱体中心腔外围对应于所述环形开槽内缘的位置设置有环形腔，所述齿轮位于所述环形腔内。

优选的，所述环形开槽内腔的顶面和底面分别设置有环形滑槽，所述驱动圆盘的顶面和底面分别设置有与所述环形滑槽转动卡接匹配的环形凸起。

优选的，还包括连接管以及底部支撑圆盘，所述连接管的顶端与所述配水器的底部连接，所述连接管的底端与所述下封隔器顶部的所述管柱对接，所述连接管外壁的靠近底部位置设置有环形连接槽；

其中，所述底部支撑圆盘转动卡接于所述环形连接槽内，所述支撑圆盘四周侧壁对应所述卡块的位置分别沿径向设置有底支杆，所述底支杆的外端沿竖直方向固定连接有底柱体，所述底柱体分别与所述卡槽沿竖直方向对应卡接匹配，所述底柱体的顶端与所述上柱体的底端对应插接。

优选的，所述底柱体的顶面居中位置分别沿竖直方向开设有插槽，所述上柱体底面的中心分别沿竖直方向设置有与所述插槽插接匹配的插杆。

优选的，所述动力源柱体顶部和底部的中心位置分别设有倒圆台和圆台形状的过渡腔体，所述过渡腔体用于将所述管柱的内腔与所述动力源柱体的中心腔过渡连接。

优选的，所述底柱体与所述上柱体均为圆柱形结构，所述卡槽的横截面为优弧形状，且所述卡槽的内径等于所述底柱体和上柱体的外径。

一种智能分层注水用防堵装置的使用方法，包括以下步骤：

S1、先施工注水井，并向注水井中安装套管；

其中，注水地层对应的位置使用外花管和旋转花管的组合体代替套管，安装外花管与旋转花管的组合体时，保证上下位置旋转花管的对应卡块处于同一条竖直线上；

S2、装配管柱组合体；

根据注水井深度及注水地层位置关系组装管柱组合体，在注水地层下缘位置对应的管柱处设置下封隔器，然后依次连接连接管、配水器、动力源柱体和上封隔器，上封隔器设置于注水地层上缘对应位置处；

其中，底部支撑圆盘转动卡接在所述连接管上的环形连接槽内，驱动圆盘转动卡接在所述动力源柱体的环形开槽内，所述插杆与所述插槽对应插接，使得上柱体与底柱体对接；

S3、下放管柱组合体；

其中，在管柱组合体下放时，使用高清探头辅助对位，以保证上柱体和底柱体组成的柱体从上至下依次与旋转花管的卡槽对应卡接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明涉及的防堵装置在暂停注水时，管柱及动力源柱体内的水压会急剧下降，压力传感器对动力机构发送开启信号，使得动力机构通过驱动圆盘带动旋转花管转动一定角度，使得外花管的通孔与旋转花管的通孔完全错开，从而封闭了注水层返吐污物的通道，以达到避免注水井被污物堵塞失效的效果。

2.本发明涉及的动力源柱体内集成有发电机构、电能储备机构以及机械能输出机构，因此本装置防堵功能的实现不需要另外接入能源，避免在原注水系统的基础上额外增加过多的设备，以达到简化设备和节约成本的效果。

附图说明

图1为本发明整体的剖视结构示意图；

图2为本发明图1中A处的放大结构示意图；

图3为本发明外花管的立体结构示意图；

图4为本发明旋转花管的主视结构示意图；

图5为本发明旋转花管的俯视结构示意图；

图6为本发明动力源柱体的立体结构示意图；

图7为本发明连接管的立体结构示意图；

图8为本发明底部支撑圆盘的主视结构示意图；

图9为本发明底部支撑圆盘的俯视结构示意图；

图10为本发明驱动圆盘的主视结构示意图；

图11为本发明驱动圆盘的俯视结构示意图。

图中：100-管柱；101-配水器；102-上封隔器；103-下封隔器；200-套管；300-外花管；301-环形凹槽；400-旋转花管；401-环形凸缘；402-卡块；403-卡槽；500-动力源柱体；501-环形开槽；502-环形滑槽；503-环形腔；504-过渡腔体；505-叶轮；506-发电机；507-蓄电池；508-马达；509-齿轮；600-连接管；601-环形连接槽；700-底部支撑圆盘；701-底支杆；702-底柱体；703-插槽；800-驱动圆盘；801-上支杆；802-上柱体；803-环形凸起；804-内齿圈；805-插杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-11，本发明提供一种技术方案，一种智能分层注水用防堵装置，包括管柱100、配水器101、上封隔器102、下封隔器103和套管200，还包括外花管300、旋转花管400、动力源柱体500、驱动圆盘800以及压力传感器900，外花管300套装在注水井内腔对应于注水地层的位置，外花管300的顶端和底端分别与套管200的端部套接；

其中，旋转花管400转动套接于外花管300内，旋转花管400侧壁上的通孔与外花管300侧壁上的通孔呈一一对应关系，且旋转花管400相对于外花管300转动一定角度时使旋转花管400侧壁上的通孔与外花管300侧壁上的通孔完全错开，旋转花管400内壁的端头沿环形均匀设置有卡块402，卡块402的里端沿竖直方向开设有卡槽403；

其中，动力源柱体500的顶端与上封隔器102底部的管柱100对接，动力源柱体500的底端与配水器101顶部的管柱100对接，动力源柱体500内设置有水力发电机构、电能存储机构以及动力输出结构；

其中，驱动圆盘800转动套接于动力源柱体500外壁的靠近底部位置，具体为外花管300内壁的靠近顶端和靠近底端位置分别开设有环形凹槽301，旋转花管400顶端和底端的外缘分别设置有与环形凹槽301转动卡接匹配的环形凸缘401，且动力源柱体500内的动力输出结构用于驱动驱动圆盘800转动，驱动圆盘800四周外壁沿环形均匀设置有上支杆801，上支杆801的外端沿竖直方向固定连接有上柱体802，上柱体802分别与卡槽403沿竖直方向对应卡接匹配；

其中，压力传感器900安装于动力源柱体500中心腔体内，压力传感器900用于在监测到注水压力低于标准值时向动力源柱体500内的动力机构输出启动运行信号。

本实施例中，动力源柱体500中心腔内转动安装有叶轮505，动力源柱体500的一侧壁体内安装有发电机506，叶轮505的中心轴与发电机506的动力输入轴对接，动力源柱体500侧壁顶部设置的内腔中设置有蓄电池507，蓄电池507的输入端与发电机506的输出端电性连接。

本实施例中，动力源柱体500底部的侧壁内沿竖直方向套装有马达508，马达508的输入端与蓄电池507的输出端电性连接，马达508底端的动力输出轴固定套接有齿轮509，驱动圆盘800内壁的中部设置有与齿轮509啮合匹配的内齿圈804。

本实施例中，动力源柱体500侧壁的靠近底部位置开设有环形开槽501，驱动圆盘800转动卡接于环形开槽501内，动力源柱体500中心腔外围对应于环形开槽501内缘的位置设置有环形腔503，齿轮509位于环形腔503内。

本实施例中，环形开槽501内腔的顶面和底面分别设置有环形滑槽502，驱动圆盘800的顶面和底面分别设置有与环形滑槽502转动卡接匹配的环形凸起803。

本实施例中，还包括连接管600以及底部支撑圆盘700，连接管600的顶端与配水器101的底部连接，连接管600的底端与下封隔器103顶部的管柱100对接，连接管600外壁的靠近底部位置设置有环形连接槽601；

其中，底部支撑圆盘700转动卡接于环形连接槽601内，支撑圆盘700四周侧壁对应卡块402的位置分别沿径向设置有底支杆701，底支杆701的外端沿竖直方向固定连接有底柱体702，底柱体702分别与卡槽403沿竖直方向对应卡接匹配，底柱体702的顶端与上柱体802的底端对应插接。

本实施例中，底柱体702的顶面居中位置分别沿竖直方向开设有插槽703，上柱体802底面的中心分别沿竖直方向设置有与插槽703插接匹配的插杆805。

本实施例中，动力源柱体500顶部和底部的中心位置分别设有倒圆台和圆台形状的过渡腔体504，过渡腔体504用于将管柱100的内腔与动力源柱体500的中心腔过渡连接。

本实施例中，底柱体702与上柱体802均为圆柱形结构，卡槽403的横截面为优弧形状，且卡槽403的内径等于底柱体702和上柱体802的外径。

一种智能分层注水用防堵装置的使用方法，包括以下步骤：

S1、先施工注水井，并向注水井中安装套管200；

其中，注水地层对应的位置使用外花管300和旋转花管400的组合体代替套管200，安装外花管300与旋转花管400的组合体时，保证上下位置旋转花管400的对应卡块402处于同一条竖直线上；

S2、装配管柱100组合体；

根据注水井深度及注水地层位置关系组装管柱100组合体，在注水地层下缘位置对应的管柱100处设置下封隔器103，然后依次连接连接管600、配水器101、动力源柱体500和上封隔器102，上封隔器102设置于注水地层上缘对应位置处；

其中，底部支撑圆盘700转动卡接在连接管600上的环形连接槽601内，驱动圆盘800转动卡接在动力源柱体500的环形开槽501内，插杆805与插槽703对应插接，使得上柱体802与底柱体702对接；

S3、下放管柱100组合体；

其中，在管柱100组合体下放时，使用高清探头辅助对位，以保证上柱体802和底柱体702组成的柱体从上至下依次与旋转花管400的卡槽403对应卡接。

工作原理：正常注水时，上封隔器102与下封隔器103分别在注水层上下界面附近对套管200进行封堵，外花管300的通孔与旋转花管400的通孔呈一一对应关系；注水水源从管柱100内腔排入并从配水器101喷出，水流依次经过旋转花管400和外花管300的通孔向注水层注水；水流经过动力源柱体500内腔时驱动叶轮505转动，叶轮505带动发电机506运转发电，产生的电能被储存在蓄电池507内；压力传感器900用于实时对注水压力进行监测；当停止注水时，注水压力会急剧下降，此时压力传感器900对马达508输送启动信号，使得马达508通过齿轮509与内齿圈804的啮合关系带动驱动圆盘800转动；驱动圆盘800通过上支杆801和上柱体802带动底部支撑圆盘700同步转动；上柱体802和底柱体702组成的柱体通过卡槽403带动旋转花管400转动一定角度，以使得旋转花管400的通孔与外花管300的通孔完全错开，以达到注水地层内注水通道与套管200内腔之间的封闭，从而避免返吐污物堵塞注水井。

需要说明的是，在本文中，诸如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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种智能分层注水用防堵装置，包括管柱（100）、配水器（101）、上封隔器（102）、下封隔器（103）和套管（200），其特征在于，还包括：

外花管（300）；

旋转花管（400）；

动力源柱体（500）；

连接管（600）；

底部支撑圆盘（700）；

驱动圆盘（800）以及

压力传感器（900），所述外花管（300）套装在注水井内腔对应于注水地层的位置，所述外花管（300）的顶端和底端分别与套管（200）的端部套接；

其中，所述旋转花管（400）转动套接于所述外花管（300）内，所述旋转花管（400）侧壁上的通孔与所述外花管（300）侧壁上的通孔呈一一对应关系，且所述旋转花管（400）相对于所述外花管（300）转动一定角度时使所述旋转花管（400）侧壁上的通孔与所述外花管（300）侧壁上的通孔完全错开，所述旋转花管（400）内壁的端头沿环形均匀设置有卡块（402），所述卡块（402）的里端沿竖直方向开设有卡槽（403）；

其中，所述动力源柱体（500）的顶端与所述上封隔器（102）底部的所述管柱（100）对接，所述动力源柱体（500）的底端与所述配水器（101）顶部的所述管柱（100）对接，所述动力源柱体（500）中心腔内转动安装有叶轮（505），所述动力源柱体（500）的一侧壁体内安装有发电机（506），所述叶轮（505）的中心轴与所述发电机（506）的动力输入轴对接，所述动力源柱体（500）侧壁顶部设置的内腔中设置有蓄电池（507），所述蓄电池（507）的输入端与所述发电机（506）的输出端电性连接，所述动力源柱体（500）底部的侧壁内沿竖直方向套装有马达（508），所述马达（508）的输入端与所述蓄电池（507）的输出端电性连接，所述马达（508）底端的动力输出轴固定套接有齿轮（509），所述动力源柱体（500）侧壁的靠近底部位置开设有环形开槽（501），所述驱动圆盘（800）转动卡接于所述环形开槽（501）内，所述动力源柱体（500）中心腔外围对应于所述环形开槽（501）内缘的位置设置有环形腔（503），所述齿轮（509）位于所述环形腔（503）内，所述环形开槽（501）内腔的顶面和底面分别设置有环形滑槽（502）；

其中，所述驱动圆盘（800）的顶面和底面分别设置有与所述环形滑槽（502）转动卡接匹配的环形凸起（803），所述驱动圆盘（800）内壁的中部设置有与所述齿轮（509）啮合匹配的内齿圈（804），所述驱动圆盘（800）四周外壁沿环形均匀设置有上支杆（801），所述上支杆（801）的外端沿竖直方向固定连接有上柱体（802），所述上柱体（802）分别与所述卡槽（403）沿竖直方向对应卡接匹配；

其中，所述压力传感器（900）安装于所述动力源柱体（500）中心腔体内，所述压力传感器（900）用于在监测到注水压力低于标准值时向所述动力源柱体（500）内的动力机构输出启动运行信号；

其中，所述连接管（600）的顶端与所述配水器（101）的底部连接，所述连接管（600）的底端与所述下封隔器（103）顶部的所述管柱（100）对接，所述连接管（600）外壁的靠近底部位置设置有环形连接槽（601）；

其中，所述底部支撑圆盘（700）转动卡接于所述环形连接槽（601）内，所述支撑圆盘（700）四周侧壁对应所述卡块（402）的位置分别沿径向设置有底支杆（701），所述底支杆（701）的外端沿竖直方向固定连接有底柱体（702），所述底柱体（702）分别与所述卡槽（403）对应卡接匹配，所述底柱体（702）的顶端与所述上柱体（802）的底端对应插接。

2.根据权利要求1所述的一种智能分层注水用防堵装置，其特征在于：所述底柱体（702）的顶面居中位置分别沿竖直方向开设有插槽（703），所述上柱体（802）底面的中心分别沿竖直方向设置有与所述插槽（703）插接匹配的插杆（805）。

3.根据权利要求2所述的一种智能分层注水用防堵装置，其特征在于：所述动力源柱体（500）顶部和底部的中心位置分别设有倒圆台和圆台形状的过渡腔体（504），所述过渡腔体（504）用于将所述管柱（100）的内腔与所述动力源柱体（500）的中心腔过渡连接。

4.根据权利要求3所述的一种智能分层注水用防堵装置，其特征在于：所述底柱体（702）与所述上柱体（802）均为圆柱形结构，所述卡槽（403）的横截面为优弧形状，且所述卡槽（403）的内径等于所述底柱体（702）和上柱体（802）的外径。

5.根据权利要求4所述的一种智能分层注水用防堵装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、先施工注水井，并向注水井中安装套管（200）；

其中，注水地层对应的位置使用外花管（300）和旋转花管（400）的组合体代替套管（200），安装外花管（300）与旋转花管（400）的组合体时，保证上下位置旋转花管（400）的对应卡块（402）处于同一条竖直线上；

S2、装配管柱（100）组合体；

根据注水井深度及注水地层位置关系组装管柱（100）组合体，在注水地层下缘位置对应的管柱（100）处设置下封隔器（103），然后依次连接连接管（600）、配水器（101）、动力源柱体（500）和上封隔器（102），上封隔器（102）设置于注水地层上缘对应位置处；

其中，底部支撑圆盘（700）转动卡接在所述连接管（600）上的环形连接槽（601）内，驱动圆盘（800）转动卡接在所述动力源柱体（500）的环形开槽（501）内，所述插杆（805）与所述插槽（703）对应插接，使得上柱体（802）与底柱体（702）对接；

S3、下放管柱（100）组合体；

其中，在管柱（100）组合体下放时，使用高清探头辅助对位，以保证上柱体（802）和底柱体（702）组成的柱体从上至下依次与旋转花管（400）的卡槽（403）对应卡接。

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