CN114109328B - 启停式双极可调恒流堵塞器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种启停式双极可调恒流堵塞器，包括打捞杆、上盖、堵塞器主体、凸轮、销钉、上调节杆、阀芯、下调节杆、调节阀、滤网。本发明主要是通过调节调节阀与阀芯底部水嘴间过流间隙的大小和阀芯的高度即主弹簧的初始压缩量，从而改变进入堵塞器的流量与主弹簧的弹力以实现流量可调恒定和不关井某单层注水的启停过程，适用于分层注水采油。是一种能够调节注水水嘴开度与主弹簧初始压缩量从而实现注水流量恒定可调的装置，能够解决先前可调恒流堵塞器存在的流量调节范围小、流量控制精度低、无法实现注水启停等问题。

Description

启停式双极可调恒流堵塞器

技术领域

本专利是油气田开发注水领域中的一种井下工具，即是一种启停式双极可调恒流堵塞器。

技术背景

二次采油中的注水开发技术已成为油田开发中后期的一种重要手段。目前，国内部分油田因同井不同地层间各地层参数差异大、层间干扰严重而研发出细分层注水技术、精细分层注水技术，以减小层间干扰，提高采收率。可调恒流堵塞器是细分层注水技术的重要部件，目前虽已研制出可调恒流堵塞器，但仍存在一些问题，如流量可调节范围小、对于部分注水后不在需要注水或本无需注水因一些原因后需要进行注水的细分层无法实现井下的启停等。因此提出一种启停式双极可调恒流堵塞器结构是非常有必要的。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明所采用的技术方案是：

启停式双极可调恒流堵塞器，包括打捞杆、上盖、堵塞器主体、凸轮、销钉、上调节杆、阀芯、下调节杆、调节阀、滤网；

打捞杆为圆柱形，外设有一凸起的环形台，打捞杆的底部开有内圆柱空孔，内圆柱空孔内开有矩形棱；

凸轮为中空结构，空心结构顶部为开口的平面。

上调节杆外侧面为阶梯状，上部是大直径的上圆柱面，上圆柱面上有矩形棱槽、圆柱面下端有一台阶，上调节杆下部两侧铣扁成对称的上矩形平面。

阀芯包括上部、中部、下部；

上部外设有阶梯，开有阀芯通孔，阀芯通孔的内侧面设有对称的一对上部矩形平面；上部的下端通过外螺纹与中部的顶部内螺纹连接；

中部上部开有矩形槽通孔，矩形槽通孔下方外壁的两侧对称的设有中部铣扁平面，中部设外螺纹面与下部内螺纹连接；

下部内设有内环形台，用于安装水嘴，水嘴设有中心通孔和周向的扇形孔；下部的外侧面两侧对称的有下部铣扁平面，下部的外侧面底部设有底部凸沿；

中部铣扁平面和下部铣扁平面安装时共平面；

下调节杆为圆柱形阶梯轴，大直径的上端开有圆柱内孔，圆柱内孔内壁对称设有下矩形平面；小直径的下端设有外螺纹；

调节阀为圆形薄片，沿周向开有扇形孔。扇形孔与水嘴的扇形孔大小、位置均相同，调节阀转过一定角度时可完全挡住水嘴的扇形孔。

调节阀位于水嘴的下方；扇形孔与水嘴配合使用可使进入堵塞器的流量在零与最大值间循环，两者配合可调节堵塞器进水量的大小，从而实现堵塞器的启停。

堵塞器主体顶部通过内螺纹与上盖螺纹连接，连接处设有上盖密封圈；堵塞器主体下端通过外螺纹与滤网螺纹连接；

堵塞器主体内部自上到下依次设有上腔体、凸轮腔、垂直的圆柱形通孔、下腔体；

下腔体侧壁设有出水孔，下腔体侧壁下半部还设有矩形内平面，

打捞杆安装在堵塞器主体上腔体和上盖内；打捞杆顶部从上盖底部孔穿出；打捞杆的环形台与上盖下端之间设有副弹簧；

凸轮通过销钉铰接在凸轮腔内；

阀芯安装在下腔体内，上部外的阶梯与下腔体顶部之间设有主弹簧；阀芯的底部凸沿位于堵塞器主体下端和滤网形成的限位台阶内，随阀芯在堵塞器主体自由上下滑动；下腔体内矩形内平面与阀芯的中部铣扁平面和下部铣扁平面间隙配合，使阀芯的中部、下部不能周向旋转；

当阀芯上部沿上调节杆周向转动时可调节阀芯的总高度，从而改变主弹簧的压缩量；调节阀完全关闭水嘴，阀芯受注水压力向上运动，底部凸沿则可被堵塞器主体底部挡住进行限位，使阀芯向上运动的位移略大于出水孔的直径，保护主弹簧，水嘴安装于台阶上方，水嘴上方被阀芯中部底端压住使水嘴的位置固定；

下调节杆安装在阀芯的中部和下部内；调节阀安装在下部内，并位于水嘴下方；下调节杆的下端穿过下部的水嘴的中心通孔，与调节阀中心内螺纹孔连接，使调节阀可与下调节杆一起转动即随打捞杆转动；下调节杆的下端的螺纹长度应与调节阀厚度相近，避免过长使调节阀与水嘴产生过大的间隙而造成泄露，影响堵塞器的精度。

打捞杆的内圆柱空孔与上调节杆上端的上圆柱面间隙配合，矩形棱与矩形棱槽间隙配合以传递扭矩；矩形棱与矩形棱槽两者配合后需能使上调节杆在打捞杆内圆柱空孔内上下滑动而周向固定即不能旋转，上下滑动距离须略出水孔的直径；

上调节杆依次穿在凸轮、圆柱形通孔、下腔体、阀芯、下调节杆内；

上调节杆穿过凸轮的空心结构，并且不影响凸轮旋转；

圆柱面的台阶安装在内圆柱通孔上，使上调节杆承受自身重力而无法向下运动，上调节杆与圆柱形通孔间隙配合，上调节杆在圆柱形通孔内上下滑动和周向旋转；

上调节杆上矩形平面与阀芯上部的阀芯通孔的上部矩形平面间隙配合，使阀芯能沿上调节杆上下滑动且使阀芯上部随上调节杆周向转动即随打捞杆转动；

上矩形平面末端与下调节杆的圆柱内孔的下矩形平面间隙配合，使下调节杆上下滑动并随上调节杆周向转动传递扭矩；

滤网内设有限位台阶面，用于支撑阀芯与调节阀，滤网下端设有槽面，起过滤作用。

本发明具有如下有益效果：

传统的恒流堵塞器其恒流原理是弹簧的弹力与阀芯所受的流体压力平衡，实现恒流。但如果改变其水嘴大小，进而流量改变，阀芯受力改变再难以与同一工况的弹簧达到平衡，便不再能实现恒流。由于阀芯可在堵塞器主体内因注入压力或地层压力的改变和弹簧弹力的作用下往复运动最终可达到平衡，可实现恒流注水。若注水流量改变或是某地层参数发生变化时注入水的流量便不再恒定，此时便可通过测调仪旋转打捞杆从而调节调节阀的开度和阀芯高度控制进入堵塞器的流量与弹簧的初始压缩量，实现可调恒流注水，同时在特殊情况或某地层可实现注水的启停。

本发明的核心内容，采用可调阀与阀芯高度可调的组合方式可实现注水的启停和较大范围流量的恒定可调且设计了限位结构防止堵塞器在停止注水时承受注水管网压力造成堵塞器与配水器间的卡定失效(阀芯受力向上带动打捞杆向上运动，使凸轮旋转)。同时通过上、下调节杆配合调节阀芯的高度与调节阀的旋转角度可在井下改变调节阀的开度且改变弹簧的初始压缩量以改变阀芯所受弹簧的弹力与注水压力而使阀芯在不同的注水量下能实现与同一弹簧达到平衡(改变调节阀和阀芯上部与上、下调节杆之间的螺距比可实现)，同时可实现较大流量的可调恒流。并且调节阀与弹簧的压缩量的改变比较线性，易于研究计算，操作简单，节约成本，实现井下可启停、流量可调节恒流注水，可有效的提高石油采收率。

附图说明

图1是本发明的二维半剖视图；

图2是本发明的三维结构爆炸图；

图3是本发明的打捞杆三维结构示意图；

图4是本发明的堵塞器主体三维半剖视图；

图5是本发明的凸轮三维结构示意图；

图6是本发明的阀芯结构示意图；

图7是本发明阀芯下部三维结构爆炸图；

图8是本发明的下调节杆的三维结构示意图

图9是本发明的调节阀三维结构示意图；

图10是本发明的滤网的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1和图2所示，启停式双极可调恒流堵塞器，包括打捞杆1、上盖2、堵塞器主体5、凸轮6、销钉7、上调节杆8、阀芯10、下调节杆11、调节阀12、滤网13；

如图3所述，打捞杆1为圆柱形，外设有一凸起的环形台102，打捞杆1的底部开有内圆柱空孔101，内圆柱空孔101内开有矩形棱103；

如图4所述，堵塞器主体5内部自上到下依次设有上腔体501、凸轮腔503、垂直的圆柱形通孔504、下腔体508；

下腔体508侧壁设有出水孔505，下腔体508侧壁下半部还设有矩形内平面506；

如图5所述，凸轮6为中空结构，空心结构顶部为开口的平面。

上调节杆8外侧面为阶梯状，上部是大直径的上圆柱面801，上圆柱面801上有矩形棱槽802、圆柱面801下端有一台阶803，上调节杆8下部两侧铣扁成对称的上矩形平面804。

如图6所示，阀芯10包括上部10001、中部10002、下部10003；

上部10001外设有阶梯，开有阀芯通孔1001，阀芯通孔1001的内侧面设有对称的一对上部矩形平面；上部10001的下端通过外螺纹与中部10002的顶部内螺纹连接；

中部10002上部开有矩形槽通孔1002，矩形槽通孔1002下方外壁的两侧对称的设有中部铣扁平面1003，中部10002设外螺纹面与下部10003内螺纹连接；

如图7所示，下部10003内设有内环形台1007，用于安装水嘴1004，水嘴1004设有中心通孔和周向的扇形孔；下部10003的外侧面两侧对称的有下部铣扁平面1005，下部10003的外侧面底部设有底部凸沿1006；

中部铣扁平面1003和下部铣扁平面1005安装时共平面；

如图8所示，下调节杆11为圆柱形阶梯轴，大直径的上端开有圆柱内孔1101，圆柱内孔1101内壁对称设有下矩形平面1102；小直径的下端设有外螺纹；

如图9所示，调节阀12为圆形薄片，沿周向开有扇形孔1201。扇形孔1201与水嘴1004的扇形孔大小、位置均相同，调节阀12转过一定角度时可完全挡住水嘴1004的扇形孔。

调节阀12位于水嘴1004的下方；扇形孔1201与水嘴1004配合使用可使进入堵塞器的流量在零与最大值间循环，两者配合可调节堵塞器进水量的大小，从而实现堵塞器的启停。

如图1所示，堵塞器主体5顶部通过内螺纹与上盖2螺纹连接，连接处设有上盖密封圈3；堵塞器主体5下端通过外螺纹与滤网13螺纹连接；

打捞杆1安装在堵塞器主体5上腔体501和上盖2内；打捞杆1顶部从上盖2底部孔穿出；打捞杆1的环形台102与上盖2下端之间设有副弹簧4；

凸轮6通过销钉7铰接在凸轮腔503内；

阀芯10安装在下腔体508内，上部10001外的阶梯与下腔体508顶部之间设有主弹簧9；阀芯10的底部凸沿1006位于堵塞器主体5下端和滤网13形成的限位台阶内，随阀芯10在堵塞器主体5自由上下滑动；下腔体508内矩形内平面506与阀芯10的中部铣扁平面1003和下部铣扁平面1005间隙配合，使阀芯10的中部10002、下部10003不能周向旋转；

当阀芯10上部沿上调节杆8周向转动时可调节阀芯10的总高度，从而改变主弹簧9的压缩量；调节阀12完全关闭水嘴1004，阀芯10受注水压力向上运动，底部凸沿1011则可被堵塞器主体5底部挡住进行限位，使阀芯10向上运动的位移略大于出水孔505的直径，保护主弹簧9，水嘴1004安装于内环形台1007上方，水嘴1004上方被阀芯10中部10002底端压住使水嘴1004的位置固定；

下调节杆11安装在阀芯10的中部10002和下部10003内；调节阀12安装在下部10003内，并位于水嘴1004下方；下调节杆11的下端穿过下部10003的水嘴1004的中心通孔，与调节阀12中心内螺纹孔连接，使调节阀12可与下调节杆11一起转动即随打捞杆1转动；下调节杆11的下端的螺纹长度应与调节阀12厚度相近，避免过长使调节阀12与水嘴1004产生过大的间隙而造成泄露，影响堵塞器的精度。

打捞杆1的内圆柱空孔101与上调节杆8上端的上圆柱面801间隙配合，矩形棱103与矩形棱槽802间隙配合以传递扭矩；矩形棱103与矩形棱槽802两者配合后需能使上调节杆8在打捞杆1内圆柱空孔101内上下滑动而周向固定即不能旋转，上下滑动距离须略大于出水孔505的直径；

上调节杆8依次穿在凸轮6、圆柱形通孔504、下腔体508、阀芯10、下调节杆11内；

上调节杆8穿过凸轮6的空心结构，并且不影响凸轮6旋转；凸轮6为中空结构即凸轮的中部是空心结构，可以使上调节杆8能穿过凸轮6而不影响凸轮6本身在注水器投捞卡定时产生的旋转，即凸轮6与上调节杆8各自的运动互不影响。

圆柱面801的台阶803安装在内圆柱通孔504上，使上调节杆8承受自身重力而无法向下运动，上调节杆8与圆柱形通孔504间隙配合，上调节杆8在圆柱形通孔504内上下滑动和周向旋转；

上调节杆8上矩形平面804与阀芯10上部10001的阀芯通孔1001的上部矩形平面间隙配合，使阀芯10能沿上调节杆8上下滑动且使阀芯10上部10001随上调节杆8周向转动即随打捞杆1转动；

上矩形平面804末端与下调节杆11的圆柱内孔1101的下矩形平面1102间隙配合，使下调节杆11上下滑动并随上调节杆8周向转动传递扭矩；

如图10所示，滤网13内设有限位台阶面1301，用于支撑阀芯10与调节阀12，滤网13下端设有槽面1302，起过滤作用，用来过滤注入水中的杂质。

恒流时，通过测调仪调节打捞杆1旋转，通过结构将扭矩传递从而带动调节阀12与阀芯10上部10001旋转，两者旋转可不一致，调节阀芯10的高度即调节主弹簧9的弹力和进入堵塞器的流量大小，流量大小通过调节阀12与水嘴1004间的过流间隙调控，在打捞杆1转过某一角度后，调节阀12和阀芯10所受的水压力与主弹簧9弹力处于新的平衡时，其角度旋转规律可由具体结构的尺寸设计与理论分析得到，即可实现可调恒流与注水启停。

Claims (3)

1.启停式双极可调恒流堵塞器，其特征在于，包括打捞杆（1）、上盖（2）、堵塞器主体（5）、凸轮（6）、销钉（7）、上调节杆（8）、阀芯（10）、下调节杆（11）、调节阀（12）、滤网（13）；

打捞杆（1）为圆柱形，外设有一凸起的环形台（102），打捞杆（1）的底部开有内圆柱空孔（101），内圆柱空孔（101）内开有矩形棱（103）；

凸轮（6）为中空结构，空心结构顶部为开口的平面；

上调节杆（8）外侧面为阶梯状，上部是大直径的上圆柱面（801），上圆柱面（801）上有矩形棱槽（802）、圆柱面（801）下端有一台阶（803），上调节杆（8）下部两侧对称的设有上矩形平面（804）；

阀芯（10）包括上部（10001）、中部（10002）、下部（10003）；

上部（10001）外设有阶梯，开有阀芯通孔（1001），阀芯通孔（1001）的内侧面设有对称的一对上部矩形平面；上部（10001）的下端与中部（10002）的顶部螺纹连接；

中部（10002）上部横向开有矩形槽通孔（1002），矩形槽通孔（1002）下方外壁的两侧对称的设有中部铣扁平面（1003），中部（10002）与下部（10003）螺纹连接；

下部（10003）内设有内环形台（1007），用于安装水嘴（1004），水嘴（1004）设有中心通孔和周向的扇形孔；下部（10003）的外侧面两侧对称的有下部铣扁平面（1005），下部（10003）的外侧面底部设有底部凸沿（1006）；

下调节杆（11）为圆柱形阶梯轴，大直径的上端开有圆柱内孔（1101），圆柱内孔（1101）内壁对称设有下矩形平面（1102）；小直径的下端设有外螺纹；

调节阀（12）为圆形薄片，沿周向开有扇形孔（1201）；扇形孔（1201）与水嘴（1004）的扇形孔大小、位置均相同，调节阀（12）转过一定角度时可完全挡住水嘴（1004）的扇形孔；

堵塞器主体（5）顶部与上盖（2）螺纹连接，连接处设有上盖密封圈（3）；堵塞器主体（5）下端与滤网（13）螺纹连接；

堵塞器主体（5）内部自上到下依次设有上腔体（501）、凸轮腔（503）、垂直的圆柱形通孔（504）、下腔体（508）；

下腔体（508）侧壁设有出水孔（505），下腔体（508）侧壁下半部还设有矩形内平面（506），

打捞杆（1）安装在堵塞器主体（5）的上腔体（501）和上盖（2）内；打捞杆（1）顶部从上盖（2）底部孔穿出； 打捞杆（1）的环形台（102）与上盖（2）下端之间设有副弹簧（4）；

凸轮（6）通过销钉（7）铰接在凸轮腔（503）内；

阀芯（10）安装在下腔体（508）内，上部（10001）外的阶梯与下腔体（508）顶部之间设有主弹簧（9）；阀芯（10）的底部凸沿（1006）位于堵塞器主体（5）下端和滤网（13）形成的限位台阶内，随阀芯（10）在堵塞器主体（5）自由上下滑动；下腔体（508）内矩形内平面（506）与阀芯（10）的中部铣扁平面（1003）和下部铣扁平面（1005）间隙配合，使阀芯（10）的中部（10002）、下部（10003）不能周向旋转；

下调节杆（11）安装在阀芯（10）的中部（10002）和下部（10003）内；调节阀（12）安装在下部（10003）内，并位于水嘴（1004）下方；下调节杆（11）的下端穿过下部（10003）的水嘴（1004）的中心通孔，与调节阀（12）中心内螺纹孔连接；

打捞杆（1）的内圆柱空孔（101）与上调节杆（8）上端的上圆柱面（801）间隙配合，矩形棱（103）与矩形棱槽（802）间隙配合以传递扭矩；

上调节杆（8）依次穿在凸轮（6）、圆柱形通孔（504）、下腔体（508）、阀芯（10）、下调节杆（11）内；

上调节杆（8）穿过凸轮（6） 的空心结构，并且不影响凸轮（6）旋转；

圆柱面（801）的台阶（803）安装在内圆柱形通孔（504）上，使上调节杆（8）承受自身重力而无法向下运动，上调节杆（8）与圆柱形通孔（504）间隙配合，上调节杆（8）在圆柱形通孔（504）内上下滑动和周向旋转；

上调节杆（8）上矩形平面（804）与阀芯（10）上部（10001）的阀芯通孔（1001）的上部矩形平面间隙配合，使阀芯（10）能沿上调节杆（8）上下滑动且使阀芯（10）上部（10001）随上调节杆（8）周向转动即随打捞杆（1）转动；

上矩形平面（804）末端与下调节杆（11）的圆柱内孔（1101）的下矩形平面（1102）间隙配合，使下调节杆（11）上下滑动并随上调节杆（8）周向转动传递扭矩。

2.根据权利要求1所述的启停式双极可调恒流堵塞器，其特征在于，所述的滤网（13）内设有限位台阶面（1301），用于支撑阀芯（10）与调节阀（12），滤网（13）下端设有槽面（1302），起过滤作用。

3.根据权利要求1所述的启停式双极可调恒流堵塞器，其特征在于，所述的中部铣扁平面（1003）和下部铣扁平面（1005）安装时共平面。

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