CN116624122A - 齿形交错开关式油井完井塞 - Google Patents

Abstract

本发明属于油气井井下作业技术领域，具体涉及一种齿形交错开关式油井完井塞，旨在解决现有技术中没有能够重复、可靠的控制整井筒连通和封堵的完井工具的问题，本申请提供一种齿形交错开关式油井完井塞，包括依次连接的挡砂管、锚定塞、应急阀、齿形交错阀和沉砂管，本申请通过井口的打压‑泄压完成齿形交错结构的打开或关闭动作，实现重复、可靠的井底开关动作，完成整井筒的连通和封堵，通过挡砂管和沉砂管的联合作用，加强了部件活动的可靠性，通过设置应急结构设计和可捞、可触发式降解的锚定塞设计，实现井筒的100％打开，并在必要的情况下保证后续作业中井筒100％的全通径，从而保证完井作业的顺利进行。

Description

齿形交错开关式油井完井塞

技术领域

本发明属于油气井井下作业技术领域，具体涉及一种齿形交错开关式油井完井塞。

背景技术

油井在打开油气层后下泵投产或者生产过程中的检修泵等作业前，一般做法是采用压井液平衡地层压力，保证井控安全的条件下，进行完井作业。压井液的使用一是污染储层，影响产量，二是增加了成本投入。目前采用不压井的方法进行油井完井作业，一般分为三种：一是不压井作业的内控阀，需要通过油管传输，并在油管上使用，油管内打压实现开关动作，但无法丢手，不能实现套管内整井筒的连通和封堵，不适用于完井后下泵、检修泵等采油作业。并且这种开关动作阀是依靠工具内的长短轨道实现动作，可靠性较低，往往打开关不上，或关上打不开，不能直接应用到整井筒的不压井作业。二是不压井作业的带压作业装置，包括连续油管作业装置，其通过防喷管或防喷器组的配合完成下管柱的作业，但若管柱上连接大直径工具或者带电缆的电潜泵，则无法通过防喷器的胶皮实现密封，导致带压作业失败。三是不压井作业的暂闭塞，分为打压打开式和可溶式。打压打开式暂闭塞通过油管下入井内后丢手，暂闭塞坐封井内，当完成下泵或其他井筒作业后，通过井口打压，使暂闭塞打开，形成油流通道。可溶式暂闭塞可在完成井筒作业的一定时间内溶解，形成油流通道。这两种暂闭塞存在的问题是，该工具是一次性工作，无法重复打开关闭，即生产一段时间后，若进行检修泵等井筒作业，则依然需要进行压井，给产层带来伤害。所以，该工具仅适用于新井的不压井作业。目前，还没有能够重复、可靠的控制整井筒连通和封堵的完井工具。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中没有能够重复、可靠的控制整井筒连通和封堵的完井工具的问题，本申请提供一种齿形交错开关式油井完井塞，该完井塞包括依次连接的挡砂管、锚定塞、应急阀、齿形交错阀和沉砂管，流体能够通过所述沉砂管进入并依次经过所述齿形交错阀、所述应急阀和所述锚定塞的流体通道输送至所述挡砂管，并从所述挡砂管侧壁的采油孔输出；所述流体通道由所述锚定塞、所述应急阀和所述齿形交错阀分别设置的第一预制孔、第二预制孔和第三预制孔连通构成；

所述挡砂管用于防止固体杂质沉降进入完井塞内；

所述锚定塞包括卡瓦，所述卡瓦用于与油井内壁匹配，以悬持完井塞；

所述应急阀内部存储有腐蚀液，所述腐蚀液能够在外力作用下喷出以腐蚀所述卡瓦解封所述锚定塞；

所述齿形交错阀用于打开或关闭所述流体通道；

所述沉砂管用于流体进入并沉降固体杂质。

在一些优选技术方案中，所述挡砂管外径小于所述锚定塞外径，所述挡砂管背离所述锚定塞的一端封堵，所述挡砂管侧壁沿周向均布有若干个采油孔，所述采油孔开孔方向倾斜向上。

在一些优选技术方案中，所述卡瓦外表面涂覆有不可降解涂层，所述卡瓦内部为可降解材料制成，所述不可降解涂层能够被所述腐蚀液腐蚀。

在一些优选技术方案中，所述应急阀包括阀体和内塞，所述阀体为圆筒结构，其内部设置有阶梯通孔，所述阀体上部的孔径大于所述阀体下部的孔径，所述阀体的上部沿周向均布有若干偶数个单流孔，所述单流孔内设置有单流球；

所述内塞包括上下设置的第一结构部和第二结构部，所述第一结构部与所述阀体的上部孔径匹配，所述第二结构部与所述阀体的下部孔径匹配，所述内塞中部设置有所述第二预制孔，所述内塞通过销钉固定于所述阀体的上部孔径内；

所述第一结构部的高度小于所述单流孔下边缘到所述阀体阶梯通孔台阶面的距离，所述第二结构部的高度小于所述阀体阶梯通孔台阶面到下端面的距离，在初始状态下，所述内塞封堵所述单流孔。

在一些优选技术方案中，所述阀体内底部设置有酸液腔，所述酸液腔内设置有酸液囊，任意相邻的两个所述单流孔之间设置有酸液孔，若干个酸液孔沿所述阀体周向均匀分布且酸液孔出口处倾斜向上设置，所述酸液孔竖直设置且中部横向安装有爆破片，所述酸液孔底部与所述酸液腔顶部连通；

所述阀体还设置有X阀孔，若干偶数个所述X阀孔与所述单流孔在同一方位并在所述阀体的下端面周向均匀分布；所述酸液腔底部与所述X阀孔连通，所述X阀孔内部设置有X形弹簧片和钢球，所述X阀和所述内塞均是依靠井口打压进行打开动作，所述X阀的打开压力大于所述内塞的打开压力，所述爆破片的爆破压力介于所述X阀和所述内塞的打开压力之间。

在一些优选技术方案中，所述酸液孔的出口处安装有喷嘴。所述喷嘴的内流道为锥形，所述喷嘴由耐酸液腐蚀的材料加工制成。

在一些优选技术方案中，所述齿形交错阀包括外筒、上游齿阀、下游齿阀、中心管和弹性元件；所述上游齿阀、所述下游齿阀、所述中心管和所述弹性元件均装设于所述外筒内部；

所述外筒为阶梯状的管状结构，所述外筒包括上下设置的第一管状结构和第二管状结构，所述第一管状结构壁厚大于所述第二管状结构，所述第一管状结构内壁沿周向设置有偶数个固定齿，所述固定齿包括齿形部和齿槽部，所述齿形部用于限制所述下游齿阀的运动范围，所述齿槽部用于限制所述上游齿阀的运动范围；

所述中心管底部封堵且可拆卸地装设于所述外筒底部，所述中心管的周向开设有进油孔，所述中心管中部侧壁沿周向均布有若干个排油孔；

所述上游齿阀包括外部筒体和中心筒体，所述外部筒体套设于所述中心筒体外部，所述外部筒体内沿径向收缩形成环形凸出部，所述中心筒体顶部通过所述环形凸出部与所述外部筒体连接，所述中心筒体与所述外部筒体同轴设置，所述环形凸出部内径小于所述中心筒体内径，所述外部筒体外径与所述第一管状结构内径匹配，所述中心筒体外径与所述下游齿阀内径匹配，所述中心筒体内径与所述中心管外径匹配，所述外部筒体下端面切割有上游齿，所述上游齿数量与所述固定齿数量相同，所述上游齿倾斜角度和厚度与所述固定齿的倾斜角度和厚度一致，所述齿顶的竖直方向上固定有固定楔，所述固定楔宽度与所述齿槽部匹配；

所述下游齿阀上端部切割有下游齿，所述下游齿数量为所述上游齿数量的一半，所述下游齿的倾斜角度和厚度分别与所述上游齿的倾斜角度和厚度一致，所述下游齿能够与所述固定齿和所述上游齿啮合，所述下游齿阀底部外缘与所述第二管状结构内径匹配，所述下游齿阀用于将线性运动转化为旋转运动；

所述弹性元件套设于所述中心管外部，所述弹性元件底部与所述外筒底部的上表面抵接，所述弹性元件用于为所述下游齿阀提供反弹力；

所述外筒与所述中心管之间的环空构成封堵结构，所述封堵结构的上下运动能够实现所述中心管上的排油孔打开或关闭。

在一些优选技术方案中，所述齿形交错阀还包括变向阀，所述变向阀装设于所述上游齿阀内顶部，所述变向阀包括阀块和变向阀本体，所述变向阀本体侧壁开设有通液孔，所述阀块为圆锥台形，所述阀块可开启地装设于所述变向阀本体底部，所述阀块上顶面通过拉力弹簧牵引固定，所述阀块下底面与所述变向阀本体底部匹配，所述阀块下底面的直径大于所述上游齿阀中心孔缩颈处的直径，所述阀块能够对缩颈处进行封堵。

在一些优选技术方案中，所述齿形部高度大于所述上游齿和所述下游齿的高度。

在一些优选技术方案中，所述沉砂管的管体底部为圆球形头，所述沉砂管的侧壁上部沿周向均布若干个流道孔，所述沉砂管上端内部设置有圆锥形挡板，所述圆锥形挡板的上表面位于流道孔的上部，下端面为圆孔。

本发明的有益效果：

本发明的齿形交错开关式油井完井塞，可实现井筒的不压井作业，包括不压井下各种作业工具，如采油泵、检修泵等采油作业，不受工具本身和产层等的限制，可根据产层的压力情况，通过调节弹性元件的弹力，确定井口打压的压力，从而实现与产层压力相匹配。该工具为打压-泄压完成一个动作，而非单纯的打压即完成动作，从而保证了齿形交错结构重复、可靠的井底开关动作，完成整井筒的连通和封堵，通过挡砂管和沉砂管的联合作用，防止固体杂质在活动部件处的堆积，加强了开关动作的可靠性，通过设置应急结构和可捞、可触发式降解结构，实现井筒的100％打开，并在必要的情况下保证后续作业中井筒100％的全通径，从而保证完井作业的顺利进行。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一种实施例的齿形交错开关式油井完井塞在井筒内坐封状态的结构示意图；

图2为本发明一种实施例中挡砂管的结构示意图；

图3为本发明一种实施例中应急阀的结构示意图；

图4为本发明一种实施例中应急阀的俯视图；

图5为图4中A-A的剖视图；

图6为图4中B-B的剖视图；

图7为本发明一种实施例中齿形交错阀的结构示意图；

图8为本发明一种实施例中外筒的结构示意图；

图9为本发明一种实施例中上游齿阀的结构示意图；

图10为本发明一种实施例中上游齿阀的剖视图；

图11为本发明一种实施例中下游齿阀的结构示意图；

图12为本发明一种实施例中下游齿阀的剖视图；

图13为本发明一种实施例中变向阀的剖视图；

图14为本发明一种实施例中齿形交错阀打开状态示意图；

图15为本发明一种实施例中上游齿阀推动下游齿阀向下运动至下游齿阀的齿尖和外筒上固定齿的齿尖相碰状态的示意图；

图16为本发明一种实施例中下游齿阀的齿沿上游齿阀的齿端面向下滑到上游齿阀的齿底部时的示意图；

图17为本发明一种实施例中下游齿阀的齿顶部进入固定齿的齿形部分的底部时的示意图；

图18为本发明一种实施例中应急阀喷射腐蚀液状态的示意图；

图19为本发明一种实施例中沉砂阀的工作原理示意图；

附图标记列表：

1、挡砂管；1-1、采油孔；2、锚定塞；2-1、胶圈；2-2、卡瓦；3、应急阀；3-1、阀体；3-1-1、单流孔；3-1-2、X阀孔；3-1-3、酸液孔；3-2、内塞；3-3、单流球；3-4、X阀；3-4-1、X形弹簧片；3-4-2、钢球；3-5、酸液腔；3-6、酸液囊；3-7、爆破片；3-8、喷嘴；3-9、销钉；4、齿形交错阀；4-1、外筒；4-1-1、固定齿；4-1-1-1、齿形部分；4-1-1-2、齿槽部分；4-1-2、盲堵；4-1-3、进油孔；4-2、上游齿阀；4-2-1、外部筒体；4-2-2、中心筒体；4-2-3、上游齿；4-2-4、固定楔；4-3、下游齿阀；4-3-1、下游齿；4-4、中心管；4-4-1、排油孔；4-5、变向阀；4-5-1、本体；4-5-2、阀块；4-5-3、拉力弹簧；4-5-4、通液孔；4-6、弹簧；4-7、封堵结构；5、沉砂管；5-1、管体；5-2、流道孔；5-3、圆锥形挡板；6、井筒。

具体实施方式

为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明的一种齿形交错开关式油井完井塞，该完井塞包括依次连接的挡砂管、锚定塞、应急阀、齿形交错阀和沉砂管，流体能够通过所述沉砂管进入并依次经过所述齿形交错阀、所述应急阀和所述锚定塞的流体通道输送至所述挡砂管，并从所述挡砂管侧壁的采油孔输出；所述流体通道由所述锚定塞、所述应急阀和所述齿形交错阀分别设置的第一预制孔、第二预制孔和第三预制孔连通构成；

所述挡砂管用于防止固体杂质沉降进入完井塞内；

所述锚定塞包括卡瓦，所述卡瓦用于与油井内壁匹配，以悬持完井塞；

所述应急阀内部存储有腐蚀液，所述腐蚀液能够在外力作用下喷出以腐蚀所述卡瓦解封所述锚定塞；

所述齿形交错阀用于打开或关闭所述流体通道；

所述沉砂管用于流体进入并沉降固体杂质。

本发明的齿形交错开关式油井完井塞，通过齿形交错的结构实现重复、可靠的井底开关动作，完成整井筒的连通和封堵，通过挡砂管和沉砂管的联合作用，加强了部件活动的可靠性，通过可捞、可触发式降解结构，在后续作业中保证井筒的全通径，通过设置应急结构，保证完井作业的顺利进行。

为了更清晰地对本发明齿形交错开关式油井完井塞进行说明，下面结合附图对本发明一种优选实施例进行展开详述。

作为本发明的一个优选实施例，本发明的齿形交错开关式油井完井塞如图1所示，包括自上而下依次连接的挡砂管1、锚定塞2、应急阀3、齿形交错阀4和沉砂管5，流体能够通过沉砂管5进入并依次经过齿形交错阀4、应急阀3和锚定塞2的流体通道输送至挡砂管1，并从挡砂管1侧壁的采油孔输出；流体通道由锚定塞2、应急阀3和齿形交错阀4分别设置的第一预制孔、第二预制孔和第三预制孔连通构成。

参阅图2，挡砂管1用于防止固体杂质沉降进入完井塞内。具体而言，挡砂管1为中空圆管，一端为盲堵，另一端通过公扣连接到锚定塞2上，挡砂管1外径小于锚定塞2外径，侧面周向均布4列、每列6个采油孔。采油孔1-1的开孔方向倾斜向上，等效水力直径的大小大于整个完井塞的最大通孔直径。

锚定塞2包括卡瓦2-2，卡瓦2-2用于与油井内壁匹配，以悬持完井塞。具体地，锚定塞2还包括胶圈2-1和锚定塞管状结构，胶圈2-1和卡瓦2-2均套设于锚定塞管状结构外部，锚定塞管状结构内部通孔为上述第一预制孔，其作为流体通道的一部分。锚定塞2可通过油管或连续油管打压坐封、丢手，同时可通过油管或连续油管打捞。锚定塞2金属部分和胶圈部分的外部均为不可降解的涂层，内部为可降解材料制成，腐蚀液可破坏外部不可降解涂层，内部可降解材料遇腐蚀液后加速溶解。锚定塞2坐封在产油层所在的深度以上、采油泵的深度以下，卡瓦2-2可将整个完井塞支撑在井壁上，胶圈2-1在坐封后将整个井筒分为上下两部分。

应急阀3内部存储有腐蚀液，腐蚀液能够在外力作用下喷出以腐蚀卡瓦2-2解封锚定塞2；此外，应急阀3还能够在齿形交错阀4故障时作为临时采油途径。优选地，本申请的腐蚀液为酸液。

具体而言，参阅图3-6，应急阀3包括阀体3-1、内塞3-2、单流球3-3、X阀3-4、酸液腔3-5、酸液囊3-6、爆破片3-7、喷嘴3-8、销钉3-9。阀体3-1为圆筒形，中空为阶梯通孔，上部的孔径大于下部的孔径。阀体本体的上部周向均布4个单流孔3-1-1，内装单流球3-3。与单流孔3-1-1在同一方位，在阀体本体的下端面上周向均布4个X阀孔3-1-2。在每两个单流孔3-1-1之间，在阀体本体内周向均布4个竖着的酸液孔3-1-3。酸液孔3-1-3出口处倾斜向上布置在阀体本体上，倾斜方向指向锚定塞2的卡瓦2-1连接处，中间部位由爆破片3-7分为不连通的上下两部分。在阀体3-1本体内，对应小孔径的厚壁部分，为酸液腔3-5，下部与X阀孔3-1-2连通。在酸液腔3-5内放置酸液囊3-6。酸液囊3-6为耐酸腐蚀的橡胶囊，内装酸液，其出口与酸液孔3-1-3连通。酸液孔3-1-3的出口处安装喷嘴3-8。喷嘴3-8的内流道为锥形，由耐酸液腐蚀的材料加工而成。内塞3-2为外部阶梯状圆筒，内部为通孔。内塞3-2包括上下设置的第一结构部和第二结构部，内塞3-2的第一结构部直径大于第二结构部直径，第一结构部与阀体3-1内孔的上部相配合，在单流孔3-1-1处通过上下两道O型圈实现密封，第一结构部高度小于单流孔3-1-1下边缘到阀体3-1内孔台阶面的距离。内塞3-2的第二结构部与阀体3-1内孔的下部相配合，通过一道O型圈实现密封，第二结构部高度小于阀体3-1内孔台阶面到下端面的距离。内塞3-2通过销钉3-9固定在阀体3-1的内孔内，在初始状态下，内塞3-2封堵单流孔3-1-1。X阀3-4包括X形弹簧片3-4-1和钢球3-4-2，安装在X阀孔3-1-2内。X阀3-4和内塞3-2均是依靠井口打压进行打开动作，X阀3-4的打开压力大于内塞3-2的打开压力，爆破片3-7的爆破压力介于X阀3-4和内塞3-2的打开压力之间。

进一步地，参阅图7，齿形交错阀4用于打开或关闭流体通道。在本申请的优选实施例中，齿形交错阀4包括外筒4-1、上游齿阀4-2、下游齿阀4-3、中心管4-4、变向阀4-5和弹性元件，优选地，本申请的弹性元件为弹簧4-6。外筒4-1为齿形交错阀的主体，是中空为阶梯状的圆筒，外筒包括上下设置的第一管状结构和第二管状结构，第一管状结构壁厚大于第二管状结构壁厚，在第一管状结构上部，内部线切割有周向分布的8个固定齿4-1-1。参阅图8，固定齿4-1-1分为齿形部分4-1-1-1和齿槽部分4-1-1-2，齿的厚度为阶梯面处的宽度。齿槽部分4-1-1-2为长方形的槽，是齿形部分4-1-1-1切割掉齿底部分的一半，并向外筒4-1的上顶面方向延伸，延伸距离大于上游齿阀4-2向上移动的极限距离。齿形部分4-1-1-1的倾斜角为60°，高度大于上游齿阀4-2和下游齿阀4-3的齿的高度。外筒4-1的下底端面为盲堵4-1-2，其上周向分布8个进油孔4-1-3，中心处为中心管4-4，盲堵4-1-2和中心管4-4通过焊接的方式与外筒4-1固定。中心管4-4为通孔圆筒，靠近上端部分为密封槽，中间部分周向均布6个排油孔4-4-1。在外筒4-1与中心管4-4之间的环空下部，盲堵4-1-2之上，中心管4-4上套装压力弹簧4-6。进油孔4-1-3和排油孔4-4-1的等效水力直径的大小大于整个完井塞的最大通孔直径。

如图9和图10所示，上游齿阀4-2为圆柱筒形，中心孔的上、下部分的直径一致，中间通过缩颈连通，外表面的上部分有密封槽，直径与外筒4-1的第一管状结构内径一致，通过O型圈实现密封。具体而言，上游齿阀4-2包括外部筒体和中心筒体，外部筒体套设于中心筒体外部，外部筒体内沿径向收缩形成环形凸出部，中心筒体顶部通过环形凸出部与外部筒体连接，中心筒体与外部筒体同轴设置，环形凸出部内径小于中心筒体内径。上游齿阀4-2的外部筒体4-2-1与中心筒体4-2-2之间形成夹层，外部筒体4-2-1的下端面线切割有上游齿4-2-3，周向均布，个数为8个，齿的倾斜角度和厚度与齿形部分4-1-1-1的倾斜角度和厚度一致。在齿顶的竖直方向上为固定楔4-2-4，长方体形，宽度略小于齿槽部分4-1-1-2的宽度，厚度与齿形部分4-1-1-1齿的厚度一致，长度是齿槽部分4-1-1-2的延伸距离的三分之一。中心筒体4-2-2的内径与中心管4-4的外径一致，与之相配合，通过O型圈形成密封，外径与下游齿阀4-3的内径一致，与之相配合。上游齿阀4-2的上部中心孔内安装变向阀4-5。可以理解的是，本申请的齿数仅为一种优选实施例，本领域技术人员也可灵活改变齿数，例如6、10、12等，可以理解的是，当上游齿数量改变时，下游齿数量相应随之改变。

参阅图13，变向阀4-5的底部为可开启的圆锥台形的阀块4-5-2，通过拉力弹簧4-5-3固定在本体4-5-1上，阀块4-5-2的下底面的直径大于上游齿阀4-2中心孔缩颈处的直径，可对缩颈处进行封堵。在本体4-5-1的周向均布4个通液孔4-5-4，可改变流体的流动方向。

如图11和图12所示，下游齿阀4-3为中空圆筒，上端部线切割下游齿4-3-1，周向均布，个数为4，齿的倾斜角度与上游齿阀4-2齿的倾斜角度一致，齿的厚度略小于上游齿阀4-2齿厚度的2倍，从而保证与上游齿阀4-2和固定齿4-1-1都能啮合。下端部的外径与外筒4-1下部分的内径一致，与之配合，通过O型圈实现密封，内径与中心管4-4的外径一致，与之配合，通过O型圈实现密封，在中心管4-4与外筒4-1之间的环空形成一个封堵结构4-7。该封堵结构4-7的上下活动范围内，能够实现中心管4-4上的排油孔4-4-1打开和关闭。

在安装齿形交错阀4时，首先将上游齿阀4-2和下游齿阀4-3在外筒4-1下端面插入外筒4-1内，插入时，上游齿阀4-2的齿向下而下游齿阀4-3的齿向上，上游齿阀4-2的固定楔4-2-4对准固定齿4-1-1的齿槽部分4-1-1-2。为了保证在安装时为齿形交错阀4的打开状态，下游齿阀4-3的齿顶端对准齿槽部分4-1-1-2插入。然后在中心管4-4上套装弹簧4-6，与盲堵4-1-2固定后，组成一体后插入上游齿阀4-2的中心筒体4-2-2内，固定在外筒4-1的底部。最后在上游齿阀4-2的中心孔上部分装入变向阀4-5。即中心管4-4的通孔、下游齿阀4-3的通孔、上游齿阀4-2的通孔、变向阀4-5的通液孔共同构成第三预制孔。

沉砂管5用于流体进入并沉降固体杂质。具体参阅图19，沉砂管5的外筒5-1底部为圆球形头，便于整个完井塞下入井内，侧壁靠近上部分周向均布8个流道孔5-2，等效水力直径的大小大于整个完井塞的最大通孔直径。沉砂管5内为圆锥形挡板5-3，挡板的上表面位于流道孔的上部，下端面为圆孔。

本申请齿形交错开关式油井完井塞的其工作原理为：

参阅图14-17，在齿形交错阀4关闭的状态下，整个完井塞在井筒6内坐封后，将井筒6分为上下不连通的两部分。受齿形交错阀4内弹簧4-6的作用，决定了该阀打开和关闭所需要的井口压力，并可通过更换弹簧4-6，调整井口压力，从而实现与产油层压力的匹配。通过泵车向井口打压，可实现齿形交错阀4的打开和关闭，从而实现对整个井筒连通性的改变。

采油过程中，挡砂阀1可防止井筒6内的固体杂质沉降进入锚定塞2和齿形交错阀4，卡在活动部件，从而影响其正常工作。在完井塞的底部，当地层流体携带固体杂质通过流道孔5-2进入沉砂管5后，流体向下流动，流动空间逐渐增大，导致流速逐渐降低。在低流速下，其携带的固体杂质在重力作用下逐渐的脱离流体而沉降到沉降管5的底部，而流体则通过圆锥形挡板5-3的圆口进入圆锥体内，同样流速由高变低，再次对固体杂质形成沉降效果，之后流体进入齿形交错阀4的进油孔4-1-3内，保证携带尽量少的固体杂质，避免对齿形交错阀4的活动部件产生影响。

在采油期间，对于齿形交错阀4而言，所形成的封堵结构4-7处于排油孔4-4-1的上部，油流通过沉砂管5沉降杂质后由进油孔4-1-3进入封堵结构4-7的空腔内，并由排油孔4-4-1进入中心管4-4内，从而向上流至变向阀4-5。此时变向阀4-5的阀块4-5-2被拉力弹簧4-5-3牵引与本体4-5-1相配合，油流通过缩颈处并由变向阀4-5侧壁的通液孔4-5-4继续向上流动，流过锚定塞2和挡砂管1后，排至井筒6以上部分的空间，并由采油泵排至地面。当齿形交错阀4由开到关时，通过井口打压，压力作用到变向阀4-5的阀块4-5-2上，从而使阀块4-5-2下移，封堵中心孔缩颈处的油流通道。同时在该压力的作用下，上游齿阀4-2向下运动，其齿与下游齿阀4-3的齿啮合，并推动下游齿阀4-3一起向下运动，直至下游齿阀4-3的齿尖和外筒4-1上固定齿4-1-1齿形部分4-1-1-1的齿尖相碰。在此过程中，受固定齿4-1-1的齿槽部分4-1-1-2的约束，上游齿阀4-2和下游齿阀4-3均未发生旋转运动。此时弹簧4-6处于压缩状态，封堵结构4-7已向下运动并封堵了中心管4-4上的排油孔4-4-1。井口依然没有泄压，上游齿阀4-2和下游齿阀4-3继续向下运动，没有齿形部分4-1-1-1的齿尖阻挡后，下游齿4-3-1沿上游齿4-2-3端面向下滑到上游齿4-2-3的底部，发生了小角度的旋转，从而在空间上交错进入固定齿4-1-1的齿形部分4-1-1-1的相对应的范围内。此时，井口泄压，弹簧4-6的弹力作用在封堵结构4-7上，下游齿阀4-3向上推动上游齿阀4-2，下游齿4-3-1的齿顶部进入固定齿4-1-1的齿形部分4-1-1-1的齿端面，并逐渐滑至齿形部分4-1-1-1的底部，此时活塞结构4-7虽上移，但仍然封堵排油孔4-4-1，从而使油流通道关闭。若使齿形交错阀4由关到开，则井口打压，推动上游齿阀4-2和下游齿阀4-3的上下移动，从而使下游齿阀4-3的齿进入固定齿4-1-1的齿槽部分4-1-1-2，使活塞结构4-7上移，打开排油孔4-4-1，恢复采油作业。在整个上下移动过程中，受固定楔4-2-4的约束作用，上游齿阀4-2不会做旋转运动，从而保证了啮合的稳定性。重复此过程，就可实现齿形交错阀4的重复打开和关闭，从而可实现不压井的下泵、检泵或者其他作业。可以理解的是，弹簧4-6与排油孔4-4-1的位置没有明确限定，优选地，弹簧4-6的顶部位于排油孔4-4-1的下方，实际操作时由于弹簧为螺旋结构，及时排油孔4-4-1位于弹簧4-6顶部的下方也不会影响排油孔4-4-1的流通，因此本领域技术人员可根据实际灵活设置两者之间的位置关系。

当齿形交错阀4由于意外情况无法打开时，通过井口打压，高于齿形交错阀4开关的压力。由于应急阀3的内塞3-2上下表面的面积差，该压力在内塞3-2上下表面形成压差。在该压差的作用下，使内塞3-2剪断销钉3-9向下移动，直至阀体3-1的变径处，从而使单流孔3-1-1打开。油流通过单流孔3-1-1推开单流球3-3，形成油流通道，进入阀体3-1内，并向上进入井筒6的上部分，进行采油作业。

当后续作业需要形成完整的井筒全通径时，即井筒内无任何工具阻流时，可利用连续油管或者油管将该完井塞打捞出井。但是，当长时间工作无法解封起出或者无需解封起出时，则可喷射酸液，参阅图18，使锚定塞2解封，带动整个完井塞滑落井底。工作过程为，通过井口打压，高于应急塞3的内塞3-2打开的压力。此时，上游齿阀4-2向下移动，高压流体作用在应急阀3底部的X阀3-4上。压力推动钢球3-4-2向内，使高压流体进入酸液腔3-5内。井口泄压后，X形弹簧片3-4-1将钢球3-4-2弹回封堵通道，使酸液腔3-5形成高压流体腔。高压流体压缩酸液囊3-6，受挤压的酸液升压至爆破片3-7的破裂压裂，使爆破片3-7破裂，酸液孔3-1-3形成了连通的通道。酸液囊3-6内的酸液经过酸液孔3-1-3由喷嘴3-8喷出，冲击锚定塞2的卡瓦2-2和胶圈2-1，使卡瓦2-2和胶圈2-1遭到破坏，卡瓦2-2快速松动，同时，酸液使卡瓦2-2和胶圈2-1的涂层破坏，使锚定塞2产生可触发式降解的效果，从而触发内部材料的溶解，锚定塞2整体处于酸液环境，加速其解封失效，从而使整体完井塞落入井底口袋内，形成井筒6的全通径。

上述本申请实施例中的技术方案中，至少具有如下的技术效果及优点：

本发明的齿形交错开关式油井完井塞，可实现井筒的不压井作业，包括不压井下各种作业工具，如采油泵、检修泵等采油作业，不受工具本身和产层等的限制，可根据产层的压力情况，通过调节弹簧的弹力，确定井口打压的压力，从而实现与产层压力相匹配。该工具为打压-泄压完成一个动作，而非单纯的打压即完成动作，从而保证了齿形交错结构重复、可靠的井底开关动作，完成整井筒的连通和封堵，通过挡砂管和沉砂管的联合作用，防止的固体杂质在活动部件处的堆积，加强了开关动作的可靠性，通过设置应急结构和可捞、可触发式降解结构，实现井筒的100％打开，并在必要的情况下保证后续作业中井筒100％的全通径，从而保证完井作业的顺利进行。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种齿形交错开关式油井完井塞，其特征在于，该完井塞包括依次连接的挡砂管、锚定塞、应急阀、齿形交错阀和沉砂管，流体能够通过所述沉砂管进入并依次经过所述齿形交错阀、所述应急阀和所述锚定塞的流体通道输送至所述挡砂管，并从所述挡砂管侧壁的采油孔输出；所述流体通道由所述锚定塞、所述应急阀和所述齿形交错阀分别设置的第一预制孔、第二预制孔和第三预制孔连通构成；

所述挡砂管用于防止固体杂质沉降进入完井塞内；

所述锚定塞包括卡瓦，所述卡瓦用于与油井内壁匹配，以悬持完井塞；

所述应急阀内部存储有腐蚀液，所述腐蚀液能够在外力作用下喷出以腐蚀所述卡瓦解封所述锚定塞；

所述齿形交错阀用于打开或关闭所述流体通道；

所述沉砂管用于流体进入并沉降固体杂质。

2.根据权利要求1所述的齿形交错开关式油井完井塞，其特征在于，所述挡砂管外径小于所述锚定塞外径，所述挡砂管背离所述锚定塞的一端封堵，所述挡砂管侧壁沿周向均布有若干个采油孔，所述采油孔开孔方向倾斜向上。

3.根据权利要求1所述的齿形交错开关式油井完井塞，其特征在于，所述锚定塞还包括胶圈，所述胶圈套设于所述卡瓦上方，所述卡瓦外表面涂覆有不可降解涂层，所述卡瓦内部为可降解材料制成，所述不可降解涂层能够被所述腐蚀液腐蚀。

4.根据权利要求1所述的齿形交错开关式油井完井塞，其特征在于，所述应急阀包括阀体和内塞，所述阀体为圆筒结构，其内部设置有阶梯通孔，所述阀体上部的孔径大于所述阀体下部的孔径，所述阀体的上部沿周向均布有若干偶数个单流孔，所述单流孔内设置有单流球；

所述内塞包括上下设置的第一结构部和第二结构部，所述第一结构部与所述阀体的上部孔径匹配，所述第二结构部与所述阀体的下部孔径匹配，所述内塞中部设置有所述第二预制孔，所述内塞通过销钉固定于所述阀体的上部孔径内；

所述第一结构部的高度小于所述单流孔下边缘到所述阀体阶梯通孔台阶面的距离，所述第二结构部的高度小于所述阀体阶梯通孔台阶面到下端面的距离，在初始状态下，所述内塞封堵所述单流孔。

5.根据权利要求4所述的齿形交错开关式油井完井塞，其特征在于，

所述阀体内底部设置有酸液腔，所述酸液腔内设置有酸液囊，任意相邻的两个所述单流孔之间设置有酸液孔，若干个酸液孔沿所述阀体周向均匀分布且酸液孔出口处倾斜向上设置，所述酸液孔竖直设置且中部横向安装有爆破片，所述酸液孔底部与所述酸液腔顶部连通；

所述阀体还设置有X阀孔，若干偶数个所述X阀孔与所述单流孔在同一方位并沿所述阀体的下端面周向均匀分布；所述酸液腔底部与所述X阀孔连通，所述X阀孔内部设置有X形弹簧片和钢球，所述X阀和所述内塞均是依靠井口打压进行打开动作，所述X阀的打开压力大于所述内塞的打开压力，所述爆破片的爆破压力介于所述X阀和所述内塞的打开压力之间。

6.根据权利要求5所述的齿形交错开关式油井完井塞，其特征在于，所述酸液孔的出口处安装有喷嘴。所述喷嘴的内流道为锥形，所述喷嘴由耐酸液腐蚀的材料加工制成。

7.根据权利要求1所述的齿形交错开关式油井完井塞，其特征在于，所述齿形交错阀包括外筒、上游齿阀、下游齿阀、中心管和弹性元件；所述上游齿阀、所述下游齿阀、所述中心管和所述弹性元件均装设于所述外筒内部；

所述外筒为阶梯状的管状结构，所述外筒包括上下设置的第一管状结构和第二管状结构，所述第一管状结构壁厚大于所述第二管状结构，所述第一管状结构内壁沿周向设置有偶数个固定齿，所述固定齿包括齿形部和齿槽部，所述齿形部用于限制所述下游齿阀的运动范围，所述齿槽部用于限制所述上游齿阀的运动范围；

所述中心管底部密封且可拆卸地装设于所述外筒底部，所述中心管且沿周向开设有进油孔，所述中心管中部侧壁沿周向均布有若干个排油孔；

所述上游齿阀包括外部筒体和中心筒体，所述外部筒体套设于所述中心筒体外部并通过缩颈连接，所述外部筒体外径与所述第一管状结构内径匹配，所述中心筒体外径与所述下游齿阀内径匹配，所述中心筒体内径与所述中心管外径匹配，所述外部筒体下端面切割有上游齿，所述上游齿数量与所述固定齿数量相同，所述上游齿倾斜角度和宽度与所述固定齿的倾斜角度和宽度一致，所述齿顶的竖直方向上固定有固定楔，所述固定楔宽度与所述齿槽部匹配；

所述下游齿阀上端部切割有下游齿，所述下游齿数量为所述上游齿数量的一半，所述下游齿的倾斜角度与所述上游齿的倾斜角度一致，所述下游齿能够与所述固定齿和所述上游齿啮合，所述下游齿阀底部外缘与所述第二管状结构内径匹配，所述下游齿阀用于将线性运动转化为旋转运动；

所述弹性元件套设于所述中心管外部，所述弹性元件底部与所述外筒底部抵接，所述弹性元件用于为所述下游齿阀提供支撑力；

所述下游齿阀与所述中心管之间的环空构成活塞结构，所述活塞结构的上下运动能够实现所述中心管上的排油孔打开或关闭。

8.根据权利要求7所述的齿形交错开关式油井完井塞，其特征在于，所述齿形交错阀还包括变向阀，所述变向阀装设于所述上游齿阀顶部，所述变向阀包括阀块和变向阀本体，所述变向阀本体侧壁开设有通液孔，所述阀块为圆锥台形，所述阀块可开启地装设于所述变向阀本体底部，所述阀块上顶面通过拉力弹簧牵引固定，所述阀块下底面与所述变向阀本体底部匹配，所述阀块下底面的直径大于所述上游齿阀中心孔缩颈处的直径，所述阀块能够对缩颈处进行封堵。

9.根据权利要求7所述的齿形交错开关式油井完井塞，其特征在于，所述齿形部高度大于所述上游齿和所述下游齿的高度。

10.根据权利要求1所述的齿形交错开关式油井完井塞，其特征在于，所述沉砂管的管体底部为圆球形头，所述沉砂管的侧壁上部沿周向均布若干个流道孔，所述沉砂管上端内部设置有圆锥形挡板，所述圆锥形挡板的上表面位于流道孔的上部，下端面为圆孔。