CN113958298A - 滑动式双层注水配水器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滑动式双层注水配水器，包括上接头、外部套管、下接头、电机固定套、滑动套管、主流道管、配水器偏心管、主流道接管、各流道接管、变频电机、联轴器、滚柱丝杠、螺母、轴承、滑动组件。由地面设备控制电机的转向和转速，带动滑动组件在滑动套管内沿滚柱丝杠方向滑动，从而控制配水器偏心管内进水嘴的开合，并根据流量计以及压力传感器，返回注入液的流量与流压，根据不同油层的具体情况，控制电机，从而控制配水器偏心管的开口大小。整体力矩传动机构，结构简单紧凑，有效避免了电机卡死现象。本发明所涉及的配水器装置能够实现单一电机控制油层双层注水功能，控制方便，反应迅速，能适应不同油层的注水需求。

Description

滑动式双层注水配水器

技术领域

本发明专利涉及石油开采中地层分层注水技术领域，具体为一种由单一电机控制完成双层注水工作的滑动式双层注水配水器。

背景技术

随着油田的开采，地层中石油含量不断减少，这导致地层压力大幅度降低，因此需要不断向井下注水，以此来补充地层中缺失的压力。如何实现由单一电机控制油田双层注水，是本发明拟解决的一个技术问题。一种智能化分层注水装置(CN113374458A)能实现不同油层注水量的精确控制，但无法实现原始对单一油井下的不同油层进行分层注水。一种多层定量注水配水器(CN113175312A)采用4组进出水口，依靠开有通孔的控制板控制进行分层注水，结构较为复杂且无法控制出水嘴大小以及出水口的流速与流压。一种井下注水配水器(CN212249981U)采用锥形阀精确控制出水口的水流量，但无法实现对不同油层的分别注水。传统的笼统注水不但不能够提高产量，还会使各个地层之间产生相互作用，降低采油量，而分层注水是减缓各层间矛盾很好地手段。目前油田中存在的双层注水井，按照现有的单一电机控制配水器只能实现一层注水，具有投捞作业繁琐，且耗时耗力等问题。

为了使注水配水器在双层注水井内能实现简单分层注水以及精确注水，结合现有分层注水配水器的特点和不足，一种双层注水配水器需满足以下两点要求：在无需反复投捞配水设备的情况下，由地面设备控制单一电机实现双层注水井的各油层分别注水；控制出水嘴的大小从而精确控制出水流量以及流速。

发明专利内容

本发明专利的目的在于提供一种新型油田用双层注水配水器，由地面装置控制一套电机，实现双层注水的效果，并控制注水流速与流压。

为实现上述目的，本发明专利提供如下技术方案：滑动式双层注水配水器，包括外部套管2，所述外部套管2的两端内表面均设有阶梯并开有通孔，且内壁带有密封槽，两端与上接头1、下接头2均通过螺栓连接，所述密封槽安装密封圈，并与上接头1与下街头2紧密配合，所述上接头1具有缆线孔1-1、外压传感器安装孔1-2、主流道口1-3以及螺栓孔1-4，所述外部传感器安装孔1-2用于安装外部压力计，所述缆线孔1-1用于安装变频电机11的电源线以及信号传输线，所述电源线与信号传输线直接与地面装置连接，所述主流道口1-3后接主流道管6，所述主流道管6两端为阶梯型，且开有密封槽，所述密封槽安装密封圈并与接口紧密配合，所述外部套管2的通孔与上接头1与下接头3螺栓孔(1-4、3-4)经螺栓连接在一起，所述电机11安装在电机固定套4内，所述电机固定套4开有通孔，所述通孔安装螺栓将内部电机11压紧，所述电机上端安装有联轴器12，所述联轴器12另一端连接滚柱丝杠13，所述电机固定套4下端为阶梯型且有外螺纹，与滑动套管5进行螺纹连接，所述滑动套管5上半部分开有行程开关安装孔5-1，所述滚柱丝杠13安装在滑动套管5内，所述滚柱丝杠上半部分13-1安装有螺母14，所述滚珠丝杠13中间具有压紧套13-2，所述压紧套13-2两端安装有轴承15，所述下侧轴承15紧靠着滑动螺纹管16，所述滑动螺纹管16具有外螺纹，安装在滚柱丝杠13上并与滑动套管5内壁进行螺纹连接，所述滑动螺纹管16下端紧靠着大密封套17，所述大密封套17安装在滚柱丝杠13上，其密封槽内安装密封圈，并与滑动套管5内壁紧配合，所述主流道管6下端与配水器偏心管7的主流道7-4对接，所述配水器偏心管7具有二流道7-1、一流道7-2、内压传感器安装孔7-3、主流道7-4、主流道与一流道进水嘴7-5、一流道与二流道进水嘴7-6、加工孔7-7，所述滑动套管5下半部分进入一流道7-2内，所述滑动套管5下半部分内的滚柱丝杠13末端连接滑杆组件，所述滑杆组件分为丝杠连接杆18、小密封环20、大密封环21、大过孔杆柱22、二流道引流杆杆23、小过孔杆柱24、固定螺栓25，丝杠连接杆18与滚柱丝杠13进行螺纹配合，所述丝杠连接杆18一侧具有长键槽，所述丝杠连接杆18与滑动套管5之间利用键19连接，所述丝杠连接杆18另一端为突出螺纹柱结构，所述大过孔杆柱22通过螺纹与丝杠连接杆18连接在一起，所述丝杠连接杆18与大过孔杆柱22中间安装有小密封环20与大密封环21，所述大过孔杆柱22另一端为突出螺纹柱结构，所述二流道引流管23经螺纹连接在大过孔杆柱22另一端，同时大过孔杆柱22与二流道引流管23间安装有小密封环21与大密封环22，所述二流道引流管23另一端为突出螺纹柱结构，所述小过孔杆柱24经螺纹连接在二流道引流管23另一端，所述小过孔杆柱24与二流道引流管23间均安装有小密封环21与大密封环22，所述小过孔杆柱24另一端为螺纹孔结构，所述固定螺栓25与小过孔杆柱24另一端经螺纹连接，所述小过孔杆柱24与固定螺栓25间安装有小密封环21与大密封环22，所述小密封环21与大密封环22均与滑动套管5内壁紧密配合，所述滑动套管5中间部位具有外螺纹与外密封槽结构，所述滑动套管5与配水器偏心管7的一流道7-2进行螺纹连接，所述滑动套管5的密封槽内安装密封圈且与配水器偏心管7的一流道7-2紧密配合，所述滑动套管5下半部分具有键放置处5-2、二流道引流口5-3、两流道进口5-4以及密封槽，所述配水器偏心管7的一流道7-2、二流道7-1与主流道7-4出水端分别连接一流道接管9、二流道接管10、主流道接管8，所述各个出水接管两端均具有外密封槽，所述外密封槽均安装有密封圈，所述前端密封圈与配水器偏心管7出水口紧密配合，后端与下接头3紧密配合，所述下接头3具有主流道孔3-1、一流道孔3-2、二流道孔3-3和下街头螺栓孔3-4，所述下接头螺栓孔3-4与外部套管2末端通孔经螺栓固定连接。

一种滑动式双层注水器在工作时，通过内部压力传感器，返回压力值到地面，由地面控制台直接控制电机11，当注入液由地面输送至配水器偏心管7主流道7-4中，地面给电机11信号使其工作，电机11正转带动滚柱丝杠13旋转，滑动组件与滚柱丝杠13经螺纹连接，滑动组件开始沿着滚柱丝杠13方向向左运动，主流道与一流道进水嘴7-5被缓慢打开，注入液经水嘴进入一流道7-2中，经一流道接管9通往地层，完成一层注水。电机11反转带动滚柱丝杠13旋转，滑动组件沿滚柱丝杠13方向向右运动，小过孔杆柱24与固定螺栓25将一流道7-2堵住，一流道与二流道进水嘴7-6开始缓慢打开，此时注入液从主流道7-4，经主流道与一流道水嘴7-5进入二流道引流杆23，再经一流道与二流道进水嘴7-6进入二流道7-1中，由二流道接管10通往下一地层，完成注水。

优选的，所述上接头主流道口与外部管道进行对接，且主流道口内设置为具有一定角度的斜面。

由于上接头为偏心设计，与外部管道对接时容易出现卡住的情况导致对接失败，上接头主流道口内表面与轴向成30°的斜面，有利于对接。

优选的，所述滑动套管与滑动组件间采用键连接，且滑动组件上采用四组密封件进行密封。

由于滑动组件与滚柱丝杠经螺纹连接，为保证滑动组件只发生滑动不发生转动，因此利用键连接，由于滑动组件在滑动套管内进行往复滑动，为保证密封，进行了双孔密封以及过孔密封，因此设计中采用四组密封件进行密封。

优选的，所述一流道、二流道以及主流道内均安装有流量计，所述流量计均采用孔板流量计作为检测流量的仪表。

孔板流量计，相比于其它流量计具有全开口的流道、可靠性高、使用寿命长、成本低且操作更方便。

本发明与现有技术相比，其有益效果具体如下；

(1).本发明中上接头在与外部管道对接时，由于上接头的主流道口为30°的斜面，保证对接顺利。

(2).本发明实现了由单一电机控制主流道与一、二流道的连通，实现油层中的双层注水，并根据水嘴开口与流速、流压的数学模型，控制电机的正反转控制水嘴开口大小、从而达到控制注入液的流速与流压，适应不同油层。

(3).本发明中的配水器为偏心结构，整体结构紧凑，且水嘴在流道内部，无需在应对不同油层时更换水嘴，操作简单，减少了配套设备。

附图说明

图1为本发明专利的整体装配图；

图2为本发明专利的整体装配(隐藏外部套管)；

图3为本发明专利的滑动套管与滑动组件装配爆炸图；

图4为本发明专利的整体装配爆炸图；

图5为本发明专利的上接头的结合视图

图6为本发明专利的下接头的结合视图；

图7为本发明专利的滑动套管的结合视图；

图8为本发明专利的配水器偏心管的结构视图；

图9为本发明专利的滚柱丝杠的结构视图。

图中：1、上接头；2、外部套管；3、下接头；4、电机固定套；5、滑动套管；6、主流道管；7、配水器偏心管；8、主流道接管；9、一流道接管；10、二流道接管；11、变频电机；12、联轴器；13、滚柱丝杠；14、螺母；15、轴承；16、滑动螺纹管；17、大密封套；18、丝杠连接管；19、键；20、小密封环；21、大密封环；22、大过孔杆柱；23、二流道引流杆；24、小过孔杆柱；25、固定螺栓。1-1、缆线孔；1-2、外压传感器安装孔；1-3、主流道口；1-4、上接头螺栓孔；3-1、主流道口；3-2、一流道口；3-3、二流道口；3-4、下接头螺栓孔；5-1、行程开关安装孔；5-2、键放置孔；5-3、二流道引流口；5-4、两流道进口；7-1、二流道；7-2、一流道；7-3、外压传感器安装孔；7-4、主流道；7-5、主流道与一流道进水嘴；7-6、一流道与二流道进水嘴；7-7、加工孔；13-1、滚柱丝杠上半部分；13-2、压紧套；13-3、滚柱丝杠下半部分。

具体实施方式

下面将结合本发明专利实施例中的附图，对本发明专利实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

结合附图1至附图3，对本发明作进一步的描述：

本发明提到的一种滑动式双层注水器，包括上接头1、外部套管2、下接头3、电机固定套4、滑动套管5、主流道管6、配水器偏心管7、主流道接管8、一流道接管9、二流道接管10、变频电机11、联轴器12、滚柱丝杠13、螺母14、轴承15、滑动螺纹管16、大密封套17、丝杠连接管18、键19、小密封环20、大密封环21、大过孔杆柱22、二流道引流杆23、小过孔杆柱24、固定螺栓25；

所述的变频电机11安装在电机固定套4内部，电机固定套4上的螺栓孔安装螺栓压紧电机11，电机11通过联轴器12连接滚柱丝杠13，滚柱丝杠13的压紧套13-2两侧安装有轴承15，右侧安装有滑动螺纹管16，滑动螺纹管16具有外螺纹，经螺纹与滑动套管5内壁连接，滑动螺纹管16后安装有大密封套17，密封槽内安装密封圈并与滑动套管5内壁紧密配合，滚柱丝杠13末端与丝杠连接管18经螺纹配合在一起，滑动套管5小端安装在配水器偏心管7一流道7-4内部，电机11带动滚柱丝杠13旋转，并带动丝杠连接管18、大过孔杆柱22、二流道引流杆23、小过孔杆柱24以及固定螺栓25往复滑动，电机正转带动丝杠连接管18、大过孔杆柱22、二流道引流杆23、小过孔杆柱24以及固定螺栓25向左运动，主流道与一流道进水嘴7-5打开使主流道7-4与一流道7-2连通，实现一层注水，电机反转带动丝杠连接管18、大过孔杆柱22、二流道引流杆23、小过孔杆柱24以及固定螺栓25向右运动，使小过孔杆柱24与固定螺栓25将一流道孔7-2堵住，一流道与二流道进水嘴7-6打开使主流道7-4与二流道7-1经过二流道引流杆23连通，实现二层注水，通过控制一流道与二流道的开闭，实现单一电机控制双层注水；

所述的丝杠连接杆18、小密封环20、大密封环21、大过孔杆柱22、二流道引流杆23、小过孔杆柱24以及固定螺栓25组成滑动组件，丝杠连接杆18与滚柱丝杠13经螺纹配合，丝杠连接杆18上开有键槽，与滑动套管5下半部分经键19装配在一起，滚柱丝杠13旋转时，滑动组件只进行直线往复滑动，丝杠连接管18后端具有突出螺纹杆，经螺纹连接大过孔杆柱22，大过孔杆柱22前端为阶梯型，阶梯上安装有小密封环20与大密封环21，大过孔杆柱22后端具有螺纹杆，经螺纹连接二流道引流杆23，二流道引流杆23前端为阶梯型，阶梯上安装有小密封环20与大密封环21，后端具有螺纹杆，经螺纹与小过孔杆柱24连接，小过孔杆柱24前端为阶梯型，安装小密封环20与大密封环21，小过孔杆柱24后端为螺纹孔结构，经螺纹与固定螺栓25连接，固定螺栓25前端为阶梯型，安装有密封环，滑动组件经四组密封件保证密封。

结合附图4对本发明做进一步描述：

所述滑动套管4经螺纹安装在配水器偏心管7的一流道7-2内部，且滑动套管4外表面具有密封槽，安装密封圈，所述配水器偏心管7两端具有密封槽，安装密封圈并于外部套管2紧密配合，对于双层注水油层，将主流道接管8堵住，第一层注水时主流道管6与一流道接管9连通，第二层注水时，主流道管6与二流道接管10连通。

结合附图5、附图6对本发明做进一步描述：

所述的上接头1与下接头3，其中上接头1设计有缆线孔1-1、外压传感器安装孔1-2、主流道口1-3以及上接头螺栓孔1-4，主流道口1-3设计为与轴成30°的斜面，便于与外部管道对接，上接头1末端为阶梯型，上接头螺栓孔1-4位于侧面经螺栓与外部套管2连接固定，下接头3开有主流道孔3-1、一流道口3-2、二流道口3-3，分别连接各个流道接管(8、9、10)，同时下接头3前端为阶梯型，侧面设计有下接头螺纹孔3-4，通过螺栓与外部套管2连接。

结合附图7对本发明做进一步描述：

所述的滑动套管5上半部分开有行程开关安装孔5-1，滑动套管下半部安装在配水器偏心管7一流道7-2内部，并经螺纹固定，密封槽内安装有密封圈并与配水器偏心管7一流道7-2紧密配合，其下半部分具有键放置处5-2、二流道引流口5-3以及两流道进口5-4，由滑动组件在滑动套管5内的往复滑动，实现不同流道的开合，完成不同油层的注水。

结合附图8对本发明做进一步描述：

所述的配水器偏心管7外表面两端均有密封槽，槽内安装密封圈与外部套管紧密配合，配水器偏心管7开有主流道7-4、一流道7-2以及压力传感器安装孔7-3的通孔，两端均为阶梯型，并具有内螺纹，一流道7-2前端经螺纹与滑动套管5连接，末端与一流道接管9连接，主流道7-4前端经螺纹与主流道管6连接，末端与主流道接管8连接，末端开有二流道7-1的非通孔，连接端为阶梯型，具有内螺纹，经螺纹与二流道接管10连接，配水器偏心管7内部具有进水嘴，主流道7-4经主流道与一流道进水嘴7-5与一流道7-2连通，一流道7-2经一流道与二流道进水嘴7-6与二流道7-1连通，压力传感器安装孔7-3安装压力传感器，配水器偏心管7具有加工孔7-7，主流道接管8、一流道接管9以及二流道接管10内部均安装有流量计。

结合附图9对本发明做进一步描述：

述的滚柱丝杠上半部分13-1安装有螺母14，螺母14在滚柱丝杠13旋转时会随之在滑动套管5内部往复运动，被滑动套管5上半部分安装的行程开关限制运动范围，压紧套13-2两端安装有轴承15、滑动螺纹管16以及大密封套17，将大密封套17压紧在滑动套管5内部，压紧套13-2两端均安装有轴承15保证滚柱丝杠13的运动，轴承15、大密封套17均安装在滚柱丝杠上，滑动螺纹管16具有外螺纹，经螺纹与滑动套管5内壁连接，前端开孔，大密封套17外表面开有密封槽，安装密封圈。

本发明是一种滑动式双层注水配水器，其功能的实现方式如下：

由于水嘴与流道的交界处是一个比较薄弱的部位，且水嘴与流道的交界处流体的流场会发生变化，导致流体的流速和压力分布发生相应的变化，因此容易产生严重的冲刷现象。对滑动式注水配水器的三维模型进行了流体动力学分析，对配水器的一流道与二流道进行流体分析，在外部压力为10MPa，注水量为500m³/d的情况下，对配水器水嘴在不同开度下的流体进行模拟分析，根据各流到流速与流压曲线图，拟合得到流道开口对流动速度与流动压强间的数学模型。

流速：

一流道拟合公式：

其中，v代表流速，m/s；x代表开度，mm。

二流道拟合公式：

流压：

一流道拟合公式：

P代表流压，MPa；x代表开度，mm

二流道拟合公式：

由地面装置发送信息使电机11以一定转速正转或反转，电机11正转带动滚柱丝杠13旋转，从而带动丝杠连接管18向左运动，主流道与一流道进水嘴7-5被缓慢打开，注入液由主流道7-4经过两流道进口5-4以及主流道与一流道进水嘴7-5进入一流道7-2中，经一流道接管9通往地层，完成一层注水，电机11反转带动丝杠连接管18向右滑动一流道7-2被小过孔杆柱24与固定螺栓25堵住，一流道与二流道进水嘴7-6开始缓慢打开，此时注入液从主流道7-4经过两流道进口5-4以及进水嘴7-5进入二流道引流杆23中，再经二流道引流道5-3以及一流道与二流道进水嘴7-6进入二流道7-1中，由二流道接管10通往下一地层，完成注水。在整个过程中地面装置通过外压传感器安装孔1-2以及压力传感器安装孔7-3安装的压力传感器，以及主流道管和各个流道接管内安装的流量计，分别返回的配水器输入输出的液体压力、流量，由水嘴开口与流速和流压的数学模型，根据井下油层的注水情况调节水嘴的开度，两个压力传感器之间的压差用于计算配水量的大小，对井下流量进行实时检测和控制，适应不同油层的注水情况，并及时排除异常情况保证工作的安全性。

以上所述仅是本发明的部分较佳实例，任何熟悉本领域的技术人员均可利用以上阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案，因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种滑动式双层注水配水器，包括上接头、外部套管、下接头、电机固定套、滑动套管、主流道管、配水器偏心管、主流道接管、一流道接管、二流道接管、变频电机、联轴器、滚柱丝杠、螺母、轴承、滑动螺纹管、大密封套、丝杠连接管、键、小密封环、大密封环、大过孔杆柱、二流道引流杆、小过孔杆柱、固定螺栓，其特征在于，所述的变频电机输出端通过联轴器安装滚柱丝杠，滚柱丝杠与丝杠连接管经螺纹配合在一起，所述滑动套管小端安装在配水器偏心管一流道内部，由变频电机带动滚柱丝杠旋转，并带动丝杠连接管、大过孔杆柱、小过孔杆柱、二流道引流杆以及固定螺栓往复滑动，电机正转带动丝杠连接管、大过孔杆柱、小过孔杆柱、二流道引流杆以及固定螺栓向左运动，使主流道与一流道连通，实现一层注水，电机反转带动丝杠连接管、大过孔杆柱、小过孔杆柱、二流道引流杆以及固定螺栓向右运动，使小过孔杆柱与固定螺栓将一流道孔堵住，使主流道与二流道经过二流道引流杆连通，实现二层注水，通过控制一流道与二流道的开闭，实现单一电机控制双层注水。

2.根据权利要求1所述的一种滑动式双层注水配水器，其特征在于，所述的丝杠连接杆、大密封环、大过孔杆柱、小密封环、二流道引流杆、小过孔杆柱以及固定螺栓组成滑动组件，丝杠连接杆与滚柱丝杠经螺纹连接，丝杠连接杆上开有键槽，与滑动套管下半部分经键装配在一起，滚柱丝杠旋转时，滑动组件只进行直线往复滑动，丝杠连接管后端具有突出螺纹杆，经螺纹连接大过孔杆柱，大过孔杆柱前端为阶梯型，阶梯上安装有小密封环与大密封环，大过孔杆柱后端具有螺纹杆，经螺纹连接二流道引流杆，二流道引流杆前端为双阶梯型，阶梯上安装有小密封环与大密封环，后端具有螺纹杆，经螺纹与小过孔杆柱连接，小过孔杆柱与大过孔杆柱具有相同结构，阶梯上同样安装大、小密封环，同时经螺纹与固定螺栓连接，固定螺栓前端为阶梯型，安装有大、小密封环，滑动组件经四组密封件保证密封。

3.根据权利要求1所述的一种滑动式双层注水配水器，其特征在于，所述的上接头与下接头，其中上接头设计有外压传感器安装孔、缆线孔、主流道孔以及螺栓孔，主流道口设计为与轴成30°的斜面，便于与外部管道对接，上接头末端为阶梯型，螺栓孔位于侧面经螺栓与外部套管连接固定，下接头开有主流道孔、一流道孔、二流道孔，分别连接各个流道接管，同时下接头前端为阶梯型，侧面设计有螺纹孔，通过螺栓与外部套管连接。

4.根据权利要求1所述的一种滑动式双层注水配水器，其特征在于，所述的滑动套管上半部分开有行程开关安装孔、外螺纹、密封槽以及内螺纹，滑动套管下半部安装在配水器偏心管一流道内部，并经螺纹固定，密封槽内安装有密封圈并与配水器偏心管一流道紧密配合，其下半部分具有键放置处、二流道引流口、两流道进口以及密封槽，由滑动组件在滑动套管内的往复滑动，实现不同流道的开合，完成不同油层的注水。

5.根据权利要求1所述的一种滑动式双层注水配水器，其特征在于，所述的配水器偏心管外表面两端均有密封槽，槽内安装密封圈与外部套管紧密配合，配水器偏心管前端开有主流道、一流道以及压力传感器安装孔的通孔，两端均为阶梯型，并具有内螺纹，一流道前端经螺纹与滑动套管连接，末端与一流道接管连接，主流道前端经螺纹与主流道管连接，末端与主流道接管连接，末端开有二流道的非通孔，连接端为阶梯型，具有内螺纹，经螺纹与二流道接管连接，配水器偏心管内部具有进水嘴，主流道经内部进水嘴与一流道连通，一流道经进水嘴与二流道连通，压力传感器安装孔安装压力传感器，配水器偏心管具有加工孔，主流道接管、一流道接管以及二流道接管内部均安装有流量计。

6.根据权利要求1所述的一种滑动式双层注水配水器，其特征在于，所述的滚柱丝杠上半部分安装有螺母，螺母在滚柱丝杠旋转时会随之在滑动套管内部往复运动，被滑动套管上半部分安装的行程开关限制运动范围，压紧套两端安装有轴承、滑动螺纹管以及大密封套，将大密封套压紧在滑动套管内部，压紧套两端均安装有轴承保证滚柱丝杠的运动，轴承、大密封套均安装在滚柱丝杠上，滑动螺纹管具有外螺纹，经螺纹与滑动套管连接，且前端开孔，大密封套外表面开有密封槽，安装密封圈。

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