CN115788360B - 一种液驱泵使用的井下液控换向阀及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液驱泵使用的井下液控换向阀及方法，包括阀体总成：包括外壳，外壳内设有外管，外管套接在中间接头顶端，中间接头套接在上筒底端，上筒顶端连接外筒，外筒和内筒顶端连接双通接头，双通接头设有进油孔；阀芯总成：包括上阀芯和位于上阀芯底端下阀芯，下阀芯位于设在中间接头底端的下筒内；柱塞总成：穿过阀芯总成，包括位于接头内筒内的第一柱塞部和其底端的第二柱塞部，第二柱塞部内部空间顶端与第三通道连通，第二柱塞部还设有进液孔，采用本发明的液控换向阀效率高，保证了设备的可靠性。

Description

一种液驱泵使用的井下液控换向阀及方法

技术领域

本发明涉及油田油气举升设备技术领域，具体涉及一种液驱泵使用的井下液控换向阀。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

目前，油田油气举升使用的液驱泵换向方式采用的是通过地面换向阀进行换向，如专利授权公告号为CN211692416U的一项专利，公开了一种液驱无杆排水采气装置及二位四通换向阀，即动力液通过压力控制，通过2个不同的流道反复切换进入，驱动井下柱塞泵做上下往复运动，以达到油气举升的目的。该种换向方式需要换向阀2个阀腔反复的进行泄压、升压，以保证动力液在两个不同的流道中反复切换，造成的弊端是换向时间长，压力损失大，效率低，长时间运行可靠性降低。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种液驱泵使用的井下液控换向阀，无需底面设备反复泄压、升压，换向时间短，压力损失小，可靠性高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案

第一方面，本发明的实施例提供了一种液驱泵使用的井下液控换向阀，包括：

阀体总成：包括外壳，外壳内设有外管，外壳与外管形成第一通道，外管套接在中间接头顶端，中间接头套接在上筒底端，上筒顶端连接外筒，外筒、上筒与外管形成第二通道，外筒内设有内筒并形成第三通道，外筒和内筒顶端连接双通接头，双通接头中心孔与第二通道连通而且还设有与第三通道连通的进油孔，上泵筒内部空间与第二通道连通，中间接头内部空间与第一通道连通；

阀芯总成：包括上阀芯和位于上阀芯底端下阀芯，上阀芯位于上筒内与上筒形成第四通道，下阀芯位于设在中间接头底端的下筒内；

柱塞总成：穿过阀芯总成，包括位于接头内筒内的第一柱塞部和其底端的第二柱塞部，第二柱塞部内部空间顶端与第三通道连通，第二柱塞部还设有与下筒内阀腔配合的进液孔。

可选的，外管顶端连接有中心管接头。

可选的，所述双通接头设有第一进液孔，第一进液孔将其中心孔与第二通道连通。

可选的，所述中间接头设有第二进液孔，第二进液孔将其内部空间与第一通道连通。

可选的，所述外壳顶端连接有油管上接头，外壳的底端连接有泵筒下接头。

可选的，所述下筒的底端通过下接头连接有与底筒，底筒位于第二柱塞部外周，底筒外周设有下接头外管，下接头外管通过油管接箍与下部接头连接。

可选的，所述上阀芯顶端设有上环状凸台，上环状凸台与上筒内表面间隙配合，上阀芯底端摄于下环状凸台，下阀芯顶端套接固定在下环状凸台外周并且与下筒配合，上环状凸台和下环状凸台之间形成第四通道。

可选的，所述第一柱塞部与第二柱塞部的截面面积差值小于第一柱塞部的截面面积。

可选的，所述第二柱塞部包括依次设置的第一段、第二段和第三段，第一段通过第一接头与第一柱塞部连接，第一接头设有与第一段连通的第三进液孔，第一段通过第二接头与第二段连通，第二段设有与第一段连通的第四进液孔，第二段通过第三接头与第三段连接，第三接头设有与第三段连通的第五进液孔。

第二方面，本发明的实施例提供了第一方面所述的液驱泵使用的井下液控换向阀的工作方法：

上行程：当柱塞总成运动至下死点时，通过进油孔、第三通道，第二柱塞部内部空间以及其进液孔将动力液导入下筒内阀腔，阀芯总成在动力液作用下向上运动，直至第四通道与第二通道连通，柱塞总成在动力液压力继续升高的工况下能够带动抽油泵柱塞向上运动，抽吸的油通过第一通道排至地面，双头接头中心孔、第二通道、第四通道、中间接头引导柱塞总成上方空间的乏动力液进入第一通道，然后排出至地面；

下行程：当柱塞总成运动至上死点时，双头接头将动力液导入第一通道，阀芯总成在动力液的作用下下行至第三通道通过上筒与第二通道连通，第三通道、第二通道将动力液通过双通接头的中心孔导入柱塞总成上方的阀腔，带动柱塞总成下行，能够带动抽油油泵的柱塞向下运动，第一通道将抽取的油排至地面。

本发明的有益效果：

本发明的井下液控换向阀，通过阀芯总成、柱塞总成及多个通道的设置，使得柱塞总成在下死点时，能够通过阀芯总成的上行和动力液的作用带动柱塞总成上行，实现换向，当柱塞总成位于上死点时，动力液能够带动阀芯总成下行，进而使得动力液进入柱塞总成上方的阀腔，带动柱塞总成下行，实现换向，整个过程只需要一直向双头接头内通入动力液，地面压力设备不需要通过反复泄压、升压来进行换向，换向过程通过井下液控换向阀自动完成，产出液和乏动力液始终通过第一通道排出，换向时间大幅缩短，压力损失大大降低，效率显著提高，保证设备的可靠性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1整体结构示意图一；

图2为本发明图1中的A处局部放大图；

图3为本发明图1中的B处局部放大图；

图4为本发明实施例1整体结构示意图二；

图5为本发明图4中的C处局部放大图；

图6为本发明实施例1阀体总成结构示意图；

图7为本发明实施例1双通接头截面俯视图；

图8为本发明图4中的A向截面示意图；

图9为本发明实施例1阀芯总成结构示意图；

图10为本发明实施例1柱塞总成结构示意图；

其中，1.中心管接头，2.上油管接头，3.双通接头，31.进油孔，32.第一进液孔，4.内筒接头，5.外壳，6.外管，7.外筒，8.内筒，9.外筒接头，10.上筒，101.第六进液孔，11.中间接头，111.第二进液孔，12.下筒，13.下接头，14.油管接箍，15.底筒，16.下接头外管，17.下泵筒接头，18.上堵头，19.第一柱塞部，20.第一接头，201.第三进液孔，21.第一段，22.第二接头，221.第四进液孔，23.第二段，24.第三接头，241.第五进液孔，25.第三段，26.第四接头，261.第七进液孔，27.上阀芯，28.下阀芯。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种液驱泵使用的井下液控换向阀，如图1-图5所示，包括阀体总成、阀芯总成和柱塞总成，阀芯总成位于阀体总成内部，且与阀体总成间隙配合，柱塞总成穿过阀芯总成，且与阀芯总成间隙配合。

如图6-图8所示，所述阀体总成包括圆柱状的外壳5，外壳5的顶端螺纹连接有上油管接头2，上油管接头2用于连接油管，所述外壳5的底端螺纹连接有泵筒下接头17，用于连接抽油泵的泵筒。

外壳5内空间的顶部位置设置有中心管接头1，中心管接头1用于连接中心管，中心管接头1内部具有通道。

中心管接头1的底端通过内螺纹结构与双通接头3的顶端螺纹连接，中心管接头1的底端通过外螺纹结构与外管6的顶端螺纹连接，外管6设置在外壳5内部，且与外壳5同轴设置。

所述双通接头3的底面中心位置开设有一个中心孔，中心孔为沉孔，双通接头3沿径向设置有两个第一进液孔32，第一进液孔32与中心孔连通且相对于中心孔对称设置。

双通接头3还设置有两个进油孔31，进油孔31贯穿双通接头垂直于其自身轴线的两个端面，进油孔的顶端与中心管接头1的通道相连通。

所述双通接头3的中心孔底端与内筒接头4的顶端连接，内筒接头4的底端与内筒8的顶端螺纹连接。

所述双通接头3的底端通过外螺纹接头与外筒7的顶端连接，外筒7的底端通过内螺纹结构与外筒接头9的顶端连接，其中内筒8同轴设置的外筒7内部，内筒8的底端悬空设置在外筒接头9的上方。

所述外管6的底端套在中间接头11的顶部外周并与中间接头11的顶部焊接固定。

所述中间接头11中心部位具有通道，通道顶部通过内螺纹接头与上筒10的底端螺纹连接，上筒10的顶端与外筒接头中9部通道的底端螺纹连接。

所述中间接头11设有沿其径向设置的第二进液孔111，第二进液孔111与其中心部位的通道连通。

所述上筒10的筒壁设有沿其径向设置的第六进液孔101，第六进液孔101与上筒10内部空间连通。

所述中间接头11的底部通过内螺纹接头与下筒12的顶端螺纹连接，下筒12的底端通过内螺纹结构与下接头13的顶端螺纹连接，下接头13底端通过内螺纹结构与底筒15的顶端螺纹连接，底筒15的底端悬空设置。

下筒12的内径大于上筒10的内径。

下接头13底端外周通过油管接箍14与下接头外管16的顶端连接，下接头外管16的底端通过外螺纹结构与下泵筒接头17螺纹连接。

本实施例中，所述外壳5与外管6之间形成第一通道，第一通道与下泵筒接头17开设的连接通道连通，进而与下泵筒接头17内部空间连通。

第二进液孔111将中间接头11内部空间与第一通道相连通。

所述外管6与外筒7、上筒10之间形成第二通道，第六进液孔101将上筒10内部空间与第二通道相连通。

内筒8与外筒7之间形成第三通道，由于内筒8底端悬空设置在外筒接头9上方，因此第三通道与内筒8内部空间相连通，而且双通接头3进油孔31的底端与第三通道连通，地面压力设备输送的动力液通过能够通过中心管、中心管接头1、进油孔31进入第三通道。

如图9所示，所述阀芯总成设置在上筒10、中间接头11和下筒12形成的空间内，包括上阀芯27和连接在上阀芯底部的下阀芯28，所述上阀芯27的顶部设有第一环状凸台，第一环状凸台位于上筒10内部且与上筒10间隙配合。

所述上阀芯27的底端设有第二环状凸台，第二环状凸台通过外螺纹结构与下阀芯28的顶端螺纹连接，下阀芯28位于下筒12内部，且与下筒12间隙配合。

所述中间接头11中心部位通道的直径大于上阀芯27的外径，上阀芯27通过中间接头11中心部位的通道伸入下筒12内部。

上阀芯11的第一环状凸台、第二环状凸台之间的外侧面与上筒10、中间接头11、下筒12内侧面之间形成第四通道。

阀芯总成沿整个液控换向阀轴线方向的运动能够带动第四通道位置发生变化。

本实施例中，第二环状凸台与下阀芯28底端的截面面积之和大于第一环状凸台的截面面积。

如图10所示，所述柱塞总成包括第一柱塞部和第二柱塞部，第一柱塞部位于内筒内部且与内筒间隙配合，第二柱塞部依次穿过外筒接头、阀芯总成，下筒、底筒及下泵筒接头。第一柱塞部的横截面面积大于第二柱塞部的横截面面积，且第一柱塞部和第二柱塞部的横截面面积差值小于第一柱塞部的横截面面积。

第一柱塞19部采用空心结构，其顶端固定有上堵头18。

所述第二柱塞部与上阀芯间隙配合，包括依次设置的第一段21、第二段23和第三段25，第一段21通过第一接头20与第一柱塞部19的底端连接，第一接头20内设有第三进液孔201，第三进液孔201为L型孔，第三进液孔201与第一段21内部空间连通，将第一段21内部空间顶端与第二柱塞部外部空间连通。

第一段21通过第二接头22与第二段23连接，第二接头22内设有L型的第四进液孔221，第四进液孔221延伸至第一段21内部空间，将第一段21内部空间顶端与第二柱塞部外部空间相连通。

第二段23底端通过第三接头24与第三段25顶端连接，第三接头24内部设有L型的第五进液孔241，第五进液孔241与第三段25内部空间连通，进而将第三段25内部空间顶部与第二柱塞部外部空间连通。

第三段25的底端设有第四接头26，第四接头26内设有第七进液孔261，第七进液孔261与其中心的通孔连通，通孔贯穿第四接头的上下端面，第四接头用于与抽油泵的柱塞连接。

本实施例中，第一柱塞部设置在内筒8内部，使得第三进液孔201与第三通道相连通。

本实施例中，第一柱塞部上方的空间为上阀腔，上阀芯27下方、下阀芯28内侧面与第二柱塞部之间的空间为下阀腔，下阀腔位于下筒12内。

第四进液孔221和第五进液孔241与下阀腔配合，能够随柱塞总成的运动实现导通和关闭状态的切换。

所述第二柱塞总成与下接头13内部通道相匹配，与其间隙配合。且第二柱塞部的外径小于外筒接头9内径，形成用于动力液流过的空间。

实施例2

本实施例提供了一种实施例1所述的液驱泵使用的井下液控换向阀的工作方法：油管上接头连接油管，外管顶端连接中心管，泵筒下接头连接抽油泵的泵筒，柱塞总成底端连接抽油泵的柱塞。

上行程时：本实施例的液控换向阀下井作业完成后，柱塞总成处于下死点位置，如图1所示，动力液经过地面加压设备从中心管进入，经过双通接头3的进油孔31进入第三通道，此时，第四进液孔221与下阀腔连通，动力液依次流过第三通道、第三进液孔201进入第二柱塞部的第一段21内部，然后通过第四进液孔221流出至下阀腔，由于第二环状凸台与下阀芯底端的截面面积之和大于第一环状凸台的截面面积，阀芯总成在动力液的作用下会产生一个向上的作用力，阀芯总成向上运动至第六进液孔101与第四通道连通，阀芯总成到达如图2所示位置，动力液压力继续升高，当作用在第一柱塞部下截面的压力大于油管内液压柱压力时，柱塞总成会带动抽油油泵的柱塞向上运动，抽油泵抽吸的产出液经过通过下泵筒接头进入第一通道，然后进入油管与中心管之间的环形空间，排出至地面。

同时上阀腔内的乏动力液依次经过双通接头的中心孔、第一进液孔32、第二通道、第六进液孔101、第四通道、第二进液孔111流入第一通道，再通过第一通道进入油管和中心管之间的环形空腔排出至地面。

下行程时：当柱塞总成上行程至上死点时，如图2所示状态，第五进液孔241与下阀腔连通，下阀腔内的乏动力液依次经过第五进液孔241、第三段25内部空间和第四接头26的第七进液孔261进入第一通道，完成下阀腔的卸压。

动力液在上阀芯27上端面产生一个向下的作用力，当向下的作用力大于油管液柱压力时，阀芯总成向下运动至第六进液孔101与第三通道连通，阀芯总成到达如图1所示位置，一部分动力液通过第三通道经过第六进液孔101、第二通道和第一进液孔32、中心孔进入上阀腔，由于由于第一柱塞部横截面积大于第一柱塞部与第二柱塞部横截面积之差，在动力液的作用下就会产生一个向下的作用力，柱塞总成就会带动抽油泵柱塞向下运动，抽油泵抽吸的产出液进入第一通道；当柱塞总成下行程到下死点时，就会重复上行程所述的动作，完成自动换向的往复直线运动。

整个过程只需要一直向双头接头内通入动力液，地面压力设备不需要通过反复泄压、升压来进行换向，换向过程通过井下液控换向阀自动完成，产出液和乏动力液始终通过第一通道排出，换向时间大幅缩短，压力损失大大降低，效率显著提高，保证设备的可靠性。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种液驱泵使用的井下液控换向阀，其特征在于，包括：

阀体总成：包括外壳，外壳内设有外管，外壳与外管形成第一通道，外管套接在中间接头顶端，中间接头套接在上筒底端，上筒顶端连接外筒，外筒、上筒与外管形成第二通道，外筒内设有内筒并形成第三通道，外筒和内筒顶端连接双通接头，双通接头中心孔与第二通道连通而且还设有与第三通道连通的进油孔，上泵筒内部空间与第二通道连通，中间接头内部空间与第一通道连通；

阀芯总成：包括上阀芯和位于上阀芯底端下阀芯，上阀芯位于上筒内与上筒形成第四通道，下阀芯位于设在中间接头底端的下筒内；

所述上阀芯顶端设有第一环状凸台，第一环状凸台与上筒内表面间隙配合，上阀芯底端设有第二环状凸台，下阀芯顶端套接固定在第二环状凸台外周并且与下筒配合，第一环状凸台和第二环状凸台之间形成第四通道，第二环状凸台与下阀芯底端的截面面积之和大于第一环状凸台的截面面积；

柱塞总成：穿过阀芯总成，包括位于接头内筒内的第一柱塞部和其底端的第二柱塞部，第二柱塞部内部空间顶端与第三通道连通，第二柱塞部还设有与下筒内阀腔配合的进液孔；

所述第二柱塞部包括依次设置的第一段、第二段和第三段，第一段通过第一接头与第一柱塞部连接，第一接头设有与第一段连通的第三进液孔，第一段通过第二接头与第二段连通，第二段设有与第一段连通的第四进液孔，第二段通过第三接头与第三段连接，第三接头设有与第三段连通的第五进液孔；

第一柱塞部设置在内筒内部，使得第三进液孔与第三通道相连通；

第一柱塞部上方的空间为上阀腔，上阀芯下方、下阀芯内侧面与第二柱塞部之间的空间为下阀腔，下阀腔位于下筒内，第四进液孔和第五进液孔与下阀腔配合，能够随柱塞总成的运动实现导通和关闭状态的切换。

2.如权利要求1所述的一种液驱泵使用的井下液控换向阀，其特征在于，外管顶端连接有中心管接头。

3.如权利要求1所述的一种液驱泵使用的井下液控换向阀，其特征在于，所述双通接头设有第一进液孔，第一进液孔将其中心孔与第二通道连通。

4.如权利要求1所述的一种液驱泵使用的井下液控换向阀，其特征在于，所述中间接头设有第二进液孔，第二进液孔将其内部空间与第一通道连通。

5.如权利要求1所述的一种液驱泵使用的井下液控换向阀，其特征在于，所述外壳顶端连接有油管上接头，外壳的底端连接有泵筒下接头。

6.如权利要求1所述的一种液驱泵使用的井下液控换向阀，其特征在于，所述下筒的底端通过下部接头连接有与底筒，底筒位于第二柱塞部外周，底筒外周设有下接头外管，下接头外管通过油管接箍与下部接头连接。

7.如权利要求1所述的一种液驱泵使用的井下液控换向阀，其特征在于，所述第一柱塞部与第二柱塞部的截面面积差值小于第一柱塞部的截面面积。

8.一种权利要求1-7任一项所述的液驱泵使用的井下液控换向阀的工作方法，其特征在于：

上行程：当柱塞总成运动至下死点时，通过进油孔、第三通道，第二柱塞部内部空间以及其进液孔将动力液导入下筒内阀腔，阀芯总成在动力液作用下向上运动，直至第四通道与第二通道连通，柱塞总成在动力液压力继续升高的工况下能够带动抽油泵柱塞向上运动，抽吸的油通过第一通道排至地面，双头接头中心孔、第二通道、第四通道、中间接头引导柱塞总成上方空间的乏动力液进入第一通道，然后排出至地面；

下行程：当柱塞总成运动至上死点时，双头接头将动力液导入第一通道，阀芯总成在动力液的作用下下行至第三通道通过上筒与第二通道连通，第三通道、第二通道将动力液通过双通接头的中心孔导入柱塞总成上方的阀腔，带动柱塞总成下行，能够带动抽油泵的柱塞向下运动，第一通道将抽取的油排至地面。