CN114526033A - 一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能完井技术领域，特别是一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀，包括上下接头、上下缸体、弹簧座滑套、定位弹簧、活塞、连接滑套、销钉、节流旋转套筒、推力球轴承、密封件等。上缸体设有液压控制管线，活塞在液压控制下轴向往复运动，下缸体设有两个进液口，油套环空的液体经进液口进入节流旋转套筒，节流旋转套筒设有定位沟槽与周向排列的大小不同的节流孔，连接滑套上的销钉沿节流旋转套筒的定位沟槽运动；本发明针对传统控制阀单层进液量多级控制技术不完善，结构尺寸大的问题，设计了一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀，本发明所涉及的控制阀通过液压间接控制节流套筒旋转改变阀体的开度，从而控制储层进液量，细分生产。

Description

一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀

技术领域

本发明涉及一种液控多级开度的井下流入控制阀，特别涉及一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀，适用于智能完井储层进液量控制。

背景技术

智能完井系统是一种能在多层段、多分支油井中从地面控制、分析、管理油井的完井系统，能够采集、传输和分析井下产状、油藏产状和整体完井管柱生产数据资料,且随之能够根据油井生产情况对油层进行遥控和提高油井产状。智能完井的主要特征就是利用井下控制阀，控制多个分支井眼或储层流体的能力，井下流量控制阀是智能完井系统的核心部件、关键装置和最终执行装备。

国外有代表性的层段控制阀有Well Dynamics公司的HS系列ICV(IntervalControl Valve)，贝克石油工具公司的水力滑套阀HCM-ATM系列节流器，斯伦贝谢公司的Odin-FCV(Odin Hydraulic Flow Control Valve)流体控制器，Weathford公司的ROSS(Remotely Operated Sliding Sleeve)等。Well Dynamics公司HS-ICV系列有开/关型与节流型两种，通过液压控制线提供的压力差，使得阀的执行器的活塞动作。Schlumberger公司Odin-FCV系列由液力驱动，结构简单，可靠性强，采用特殊的J型位移分度器与锁爪机构定位阀的位置并锁紧。Baker Hughes公司HCM-A^TM系列是一种多位节流器，采用液压方式实现阀开/关或多级调节。Weathford公司的ROSS系列可以增强油藏管理与优化产量，采用液压方接头方式连接液压管线与缸体，通过液压驱动滑套移动，不需常规的连续油管或钢丝绳等工具进行干预，但国外控制阀多采用液压活塞的线性移动控制阀的开关和多级调节，节流孔轴向排布，导致液压活塞行程较长，阀体结构尺寸较大，同时需要设计特殊的锁紧机构，成本较高，操作相对复杂。如何优化调节方式和阀体结构，减小结构尺寸，是本发明拟解决的一个问题。目前，为实现对单层产液量的多级控制，国内对流量控制阀进行研究以代替普通机械开关滑套，同时部分流量控制阀存在结构尺寸大的情况，如何实现井下流入控制阀的多级调节，实现对流量的控制，是本发明拟解决的另一个技术问题。

结合现有井下流入控制阀的特点和不足，一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀通过液压控制节流旋转套筒的旋转实现阀体开闭和多级调节，能满足以下需求：结构尺寸小，操作简单，方便可靠，可以较好的实现对各油层流量的控制。

发明内容

本发明的目的在于设计一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀，通过液压间接控制节流旋转套筒旋转实现阀体开闭和多级调节，主要作用在于改变油管与环空之间的流体通过面积，从而控制储层进液量。

本发明提到的一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀，包括上接头1、格莱圈(2、6、11、12、14)、弹簧座滑套3、定位弹簧4、上密封挡环7、活塞8、上缸体9、导向套(10、13)、连接滑套15、销钉16、O型圈(17、24)、下密封挡环18、推力球轴承(19、22)、下缸体20、节流旋转套筒21、轴承挡环23、下接头25。

上述的上接头1、上缸体9、下缸体20和下接头25两端均设有锥螺纹，四者依次连接，同时上下接头1与上下油管通过锥螺纹连接；上缸体9设有与液压管线相连的接口5，内部有液压通路；下缸体20设有两个进液口，进液口数量可根据油藏情况与用户实际需求改变。

上述的弹簧座滑套3右侧设有限制定位弹簧的轴肩，定位弹簧由滑套左端套入，滑套左段套有格莱圈2，并插入上接头1的内孔，右端通过螺纹与活塞8连接。

上述的活塞8左右两端设有连接螺纹，活塞8左端与弹簧座滑套3连接，活塞8左段套有上密封挡环7，上密封挡环7左侧有格莱圈6，活塞8右端外壁设有四个环形安装凹槽，第一第四凹槽装有导向套10、13，中间两个凹槽装有格莱圈11、12，活塞8与其上安装的零件与上缸体9内腔配合，上缸体9内壁，活塞8外壁，上密封挡环7侧壁和安装凹槽侧壁构成两个封闭的环形液压腔，液压腔内注入液压油推动活塞8轴向往复运动。

上述的连接滑套15与活塞8右端通过螺纹连接，连接滑套15右端内壁有销钉安装孔，安装孔内装有销钉16，连接滑套15右段套有下密封挡环18，下密封挡环左侧套有O型圈17，销钉16和连接滑套15在活塞8的带动下在轴向往复运动。

上述的节流旋转套筒21通过推力球轴承19、22和安装在下接头25内的轴承挡环23固定，可进行周向旋转，节流旋转套筒21右段设有两排周向分布的节流孔，共七个节流等级/档位，并与下缸体20内壁配合，节流旋转套筒21左段外壁有定位沟槽，节流旋转套筒21左段插入连接滑套15右端，连接滑套15上的销钉16处在节流旋转套筒21的定位沟槽中，销钉16做轴向往复运动，同时销钉16在定位沟槽的限位导向作用下带动节流套筒21旋转。

上述的轴承挡环套有O型圈24，安装于下接头25内腔，与下接头25左端面平齐。

本发明与现有技术相比，其有益效果具体如下：

(1)本发明可实现流量的多级调节，改变油管与环空之间的流体通过面积，从而控制储层进液量，可以较好的实现对各油层流量的控制；

(2)本发明通过销钉在定位沟槽的轴向往复运动带动节流滑套的旋转，实现阀体开闭和多级调节，将活塞的直线往复运动转化为节流套筒的旋转运动，减少了活塞的运动行程，相比于其他控制阀具有较小的结构尺寸；

(3)本发明中节流孔在节流套筒上周向分布，进一步减小了结构尺寸，同时使其相比于其他控制阀具有更大的开度范围和开度等级，可通过改变节流孔的大小和数量以适应不同的需求；

(4)本发明中阀的开闭和多级调节由两条液压管线控制，操作简便；

(5)本发明结构简单，工作稳定，装置锁紧由弹簧实现，简单可靠；

(6)本发明为分体式控制阀，各零件通过螺纹连接组装装，安装快捷，检修替换方便。

附图说明

图1为一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀的装配示意图；

图2为一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀的装配半剖视图；

图3为一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀的爆炸图；

图4为一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀的外部阀体的装配剖视图；

图5为一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀的内部阀体装配示意图；

图6为一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀的活塞结构示意图；

图7为一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀的节流旋转套筒结构示意图；

图8为一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀的连接滑套的剖视图。

图中：1-上接头；2、6、11、12、14-格莱圈；3-弹簧座滑套；4-定位弹簧；5-液压管线接口；7-上密封挡环；8-活塞；9-上缸体；10、13-导向套；15-连接滑套；16-销钉；17、24-O型圈；18-下密封挡环；19、22-推力球轴承；20-下缸体；21-节流旋转套筒；23-轴承挡环；25-下接头

具体实施方式

结合附图1、附图2、附图3、附图4，对本发明作进一步的描述：

本发明提到的一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀，包括上接头1、格莱圈(2、6、11、12、14)、弹簧座滑套3、定位弹簧4、上密封挡环7、活塞8、上缸体9、导向套(10、13)、连接滑套15、销钉16、O型圈(17、24)、下密封挡环18、推力球轴承(19、22)、下缸体20、节流旋转套筒21、轴承挡环23、下接头25；

所述的上接头1、上缸体9、下缸体20和下接头25两端均设有锥螺纹，四者依次连接，同时上下接头1、25与上下油管通过锥螺纹连接；上缸体9设有与液压管线相连的接口5，内部有液压通路；下缸体20设有两个进液口，进液口数量可根据油藏情况与用户实际需求改变；

结合附图5、附图6、附图7、附图8，对本发明作进一步的描述：

所述的活塞8左右两端设有连接螺纹，活塞8左端与弹簧座滑套3连接，活塞8左段套有上密封挡环7，上密封挡环7左侧有格莱圈6，活塞8右端外壁设有四个环形安装凹槽，第一第四凹槽装有导向套10、13，中间两个凹槽装有格莱圈11、12，活塞8与其上安装的零件与上缸体9内腔配合，上缸体9内壁，活塞8外壁，上密封挡环7侧壁和安装凹槽侧壁构成两个封闭的环形液压腔，液压腔内注入液压油推动活塞8轴向往复运动。

所述的连接滑套15与活塞8右端通过螺纹连接，连接滑套15右端内壁有销钉安装孔，安装孔内装有销钉16，销钉16和连接滑套15在活塞8的带动下进行轴向往复运动；

所述的节流旋转套筒21通过推力球轴承19、22和安装在下接头25内的轴承挡环23固定，可进行周向旋转，节流旋转套筒21右段设有两排周向分布的节流孔，共七个节流等级/档位，并与下缸体20内壁配合，节流旋转套筒21左段外壁有定位沟槽，节流旋转套筒21左段插入连接滑套15右端，连接滑套15上的销钉16处在节流旋转套筒21的定位沟槽中，销钉16做轴向往复运动，同时销钉16在定位沟槽的限位导向作用下带动节流套筒21旋转。

所述的连接滑套15上的销钉16处在节流旋转套筒21的定位沟槽中，销钉16在活塞8与连接滑套15的带动下沿沟槽做轴向往复运动，销钉16在到达换向点时，在定位沟槽的限位导向作用下沿定位沟槽运动，带动节流旋转套筒21旋转。

所述的下密封挡环18套在连接滑套15右段，下密封挡环18上套有O型圈17，下密封挡环18与下缸体20配合。

所述的轴承挡环套23有O型圈24，安装于下接头25内腔，与下接头25左端面平齐。

所述的弹簧座滑套3右侧设有限制定位弹簧4的轴肩，定位弹簧4由弹簧座滑套3左端套入，弹簧座滑套3左段套有格莱圈2，并插入上接头1内孔，右端通过螺纹与活塞8连接；

本发明是一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀，其多级调节实现方式如下：

本文所设计的井下流入控制阀可实现多级节流，其状态为全开、全关以及五个节流位置(油管截面积的5％、10％、15％、20％及25％，其节流开度可根据实际油藏情况进行改变)。下缸体设有两个进液口，节流旋转套筒上设有两周向七个开度状态。当流入控制阀处于关闭状态时，下缸体20与节流旋转套筒21通过足够小的配合间隙实现关闭密封，此时销钉16处于节流旋转套筒21定位沟槽的最右侧，在定位弹簧4的作用下实现锁紧；当液压油通过上缸体9下侧液压管线进入右侧液压腔后，在液压油的作用下，活塞8向左压缩定位弹簧4，并带动连接滑套15及销钉16向左作轴向运动，销钉16在节流旋转套筒21的定位沟槽限制下向左运动的同时，带动节流旋转套筒21实现周向旋转运动，当销钉16到达定位沟槽的最左侧，下侧液压管线泄压，上侧液压管线加压，在定位弹簧4及液压作用下，销钉16向右做轴向运动，当销钉16到达定位沟槽的最右侧时，节流旋转套筒21旋转至第一个开度，流入控制阀完成开启动作。以此类推，流入控制阀依次开启各个节流位置。

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)

1.一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀，包括上接头、上缸体、下缸体、下接头、弹簧座滑套、定位弹簧、活塞、连接滑套、销钉、节流旋转套筒、上密封挡环、下密封挡环、O型圈、导向套、格莱圈、推力球轴承、轴承挡环。其特征在于，上接头、上缸体、下缸体和下接头通过锥形管螺纹依次连接，上下接头通过锥螺纹与上下油管连接，弹簧座滑套无螺纹端套有格莱圈且与上接头内壁配合，有螺纹端与活塞通过螺纹连接，定位弹簧装在弹簧座滑套上，活塞左段外壁装有上密封挡环和格莱圈，活塞右段外壁装有两个导向套，导向套之间装有两个格莱圈耐磨环，活塞与上缸体内壁配合形成封闭的环形液压腔，活塞可在液压管线的控制下做轴向往复运动，活塞另一端通过螺纹与连接滑套左端相连，节流旋转套筒通过推力球轴承固定并与下缸体内壁配合，可进行周向旋转，连接滑套右段套有下密封挡环，销钉通过螺纹安装于连接滑套右端，销钉可以在节流旋转套筒的定位沟槽中实现轴向往复运动，从而带动节流套筒旋转。

2.根据权利要求1所述的一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀，其特征在于，将液压活塞的直线往复运动转化为节流套筒的旋转运动，实现多级调节，实现对流量的控制。

3.根据权利要求1所述的一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀，其特征在于，所述的节流旋转套筒右段设有两排周向分布的节流孔，共七个节流等级/档位，节流旋转套筒左段外壁有特殊的定位导向沟槽，销钉在定位导向沟槽内运动，可将往复直线运动转化为节流套筒的旋转运动。

4.根据权利要求1所述的一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀，其特征在于，利用弹簧进行节流位置的锁紧，并辅助活塞的回程运动，所述的弹簧座滑套右侧设有限制定位弹簧的轴肩，右端有便于连接的锥螺纹。

5.根据权利要求1所述的一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀，其特征在于，所述的活塞左右两端设有连接螺纹，活塞左端与弹簧座滑套连接，活塞左段套有上密封挡环，活塞右端外壁设有四个环形安装凹槽，第一第四凹槽装有导向套，中间两个凹槽装有格莱圈，提高了活塞的耐磨性，降低了活塞运动时的阻力。上缸体内壁，活塞外壁，密封挡环侧壁和安装凹槽侧壁构成两个封闭的环形液压腔，液压腔内注入液压油推动活塞做轴向往复运动。

6.根据权利要求1所述的一种柱销导轨旋转式多级井下流入控制阀，其特征在于，所述的连接滑套与活塞右端通过螺纹连接，连接滑套右端内壁有销钉安装孔，安装孔内装有销钉，连接滑套右端套有下密封挡环，下密封挡环与下缸体配合，连接滑套和节流旋转套筒相配合，销钉在活塞和连接滑套的带动下沿着节流旋转套筒的定位导向沟槽运动，从而带动节流旋转套筒旋转。

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