一种循环底阀
技术领域
本实用新型涉及一种油气、注水井井下作业工具,尤其涉及一种循环底阀。
背景技术
在修井、完井及带压作业中,做好井控工作既可减少对油气层的破坏,又可防止井涌和井喷失控,以前作业时要用大量的压井液压井,井下的残余压力常在作业中带有安全隐患;如果采用在井口放压的话,常会有污水回收、周边油井地层能量下降而造成减产,作业完再次恢复地层能量不但费时又增加了费用。目前,带压油气井作业的普及和应用率已经得到了显著的增长,在地面进行带压油气井作业,其优点在于不使用压井液进行作业,从而消除了压力液对于产层的潜在破坏。对尾管进行可靠的控制,控制介质的流通,来保证了带压作业的安全、减轻作业工人施工难度、降低作业成本并可防止对井场的环境造成污染。
采油工艺完井管柱的多样性、复杂性给修井、完井及带压作业带来了很大的难度。
在抽油井(杆式泵)带压作业过程中以前通常用起下抽油杆设备,其问题有:起下抽油杆时,易产生柔性弯曲,正常起下难度大;部分油井抽油杆带有扶正块,刮蜡片;管柱环空有效密封难度大;瞬间溶解气上窜,气液比变化大,带压作业密封和操控难度大;高凝油、高含蜡井带压作业管柱内堵塞难度大;由于每根抽油杆起下都需地面抽油杆防喷装置,存在着作业时间长、效率慢、作业强度大、成本高的问题。
在抽油井(电泵井)带压作业过程中,其问题有:不规则管柱难以实现控制密封;管外铠装电缆难以实现动密封;潜油电泵机组难以通过防喷器组过程密封;
机采井的尾管都设有单流凡尔,无法通过控制油管内压力来控制井底流体流通。且杆式泵抽油井管内有抽油杆而无法采用管内堵塞的措施;电泵井的不规则管柱实现控制密封难,管外铠装电缆无法实现动密封,潜油电泵机组通过防喷器组过程密封难的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是:针对现有技术的不足,提供一种循环底阀、具有密封效果好的阀瓣,通过较大的密封接触面,较好的控制了井涌和井喷现象,提高了装置的安全可靠性能,延长装置的使用寿命;本实用新型采用上下两排带凹槽的直角齿交错排列组成轨道换向槽,且每一个凹槽中心线均对应于对面相对应的直角齿的斜边中心,环向定位稍钉通过齿与槽的平滑过渡,实现换向定位,整体装置安全可靠;同时,本实用新型装置可上下循环堵塞,解决现有技术中带压作业尾管堵塞工艺的堵塞器投送难度大、一次成功率低,作业周期长及作业费用高等技术问题。
本实用新型的技术方案是:一种循环底阀,所述阀体外壳包括上接头、主体管、换向接头和泄荷阀,上接头位于主体管顶部、与主体管通过密封圈密封连接;换向接头位于主体管底部、与主体管通过密封圈密封连接;泄荷阀位于换向接头底部、与换向接头通过密封圈密封连接;
所述上接头为中空管体,内部上端加工有与油管尾部相连接的连接螺孔,底部加工有凹陷的阶梯型台面;
所述主体管为中空管体,内部自上而下通过两次阶梯型内径收缩将主体管分为大内径上部、中内径中部和小内径下部;所述主体管的大内径上部中空管内安装有外阀瓣、复位弹簧、外阀瓣导向销和内阀瓣;
所述外阀瓣由上部实心圆柱体、中部台面和下部空心圆柱体一体式加工而成,所述外阀瓣的上部实心圆柱体为直径与上接头底部凹陷的阶梯型台面外直径相当的圆柱体、两者可嵌套放置,所述外阀瓣的中部台面为外径与主体管大内径上部内径相应的圆柱体、两者安装紧密且连接处设置有外阀瓣导向筋,且所述中部台面中心加工有与外阀瓣导向销连接的连接槽;所述下部空心圆柱体外径大于上部实心圆柱体外径、小于中部台面外径,表面上加工有若干个介质流向通道,所述内阀瓣安装于外阀瓣的下部空心圆柱体内部;
所述内阀瓣由上部空心圆柱体、中部台面和下部实心圆柱体一体式加工而成;所述外阀瓣通过外阀瓣导向销控制外阀瓣的走向,所述外阀瓣导向销一端与外阀瓣的中部台面中心的中心连接槽连接、一端安装于内阀瓣上部空心圆柱体的空心处;所述内阀瓣的中部台面上表面和外阀瓣的中部台面底面连接有复位弹簧;所述内阀瓣的中部台面外径与所述外阀瓣下部空心圆柱体的内径相应、两者安装紧密且连接处设置有内阀瓣导向筋;
所述主体管内安装有芯轴,所述芯轴从主体管的大内径上部一直延伸通过中内径中部和小内径下部到达换向接头内部、在主体管与换向接头内部上下移动;所述芯轴上端加工有与第一次内径收缩台面匹配的芯轴定位螺钉,所述芯轴定位螺钉上端的芯轴头部通过螺纹固定连接于外阀瓣的下部空心圆柱体内部、内阀瓣下部;所述芯轴顶部加工有凹陷的阶梯型台面,所述芯轴顶部阶梯型台面外径与内阀瓣的下部实心圆柱体外径相当、两者可嵌套放置;所述芯轴定位螺钉下端和第二次内径收缩台面上连接有支持弹簧;
所述芯轴下端外壁上设有轨道换向槽,所述轨道换向槽由上下两排直角齿齿尖相对排列而成,所述上排直角齿每个直角齿的斜边与相邻的直角齿的直角边之间都开有深度一致的上限位凹槽,所述下排直角齿的每个直角齿的斜边与相邻的直角齿的直角边之间也都开有下限位凹槽,所述下限位凹槽包括长下限位凹槽和短下限位凹槽、两者交错分布;
所述主体管与换向接头连接处设置有换向环,换向环能够水平转动,换向环上设置有突出主体管内表面的换向定位销钉,换向定位销钉嵌置于限位凹槽内部,芯轴上下移动带动换向定位销钉在上限位凹槽、长下限位凹槽和短下限位凹槽之间转换、控制芯轴于换向接头内的行程;
所述换向接头下部设有筛孔,所述泄荷阀为中空管体,内部自上而下通过一次内径收缩将泄荷阀分为大内径上部和小内径下部,所述泄荷阀的大内径上部内设置有下阀瓣,所述下阀瓣包括上部空心圆柱体、中部台面和下部实心圆柱体;所述下阀瓣通过导向销控制下阀瓣的走向,所述导向销一端与筛孔底部连接,一端安装于下阀瓣上部空心圆柱体的空心处,所述下阀瓣的中部台面上表面和换向接头的底面连接有下阀瓣复位弹簧;所述下阀瓣的中部台面外径与所述泄荷阀内径相应、两者安装紧密且连接处设置有下阀瓣导向筋;
所述泄荷阀的小内径下部侧壁上设置有泄荷阀阀尖接口和测试接口,所述泄荷阀阀尖接口和测试接口为从底部一直开通到泄荷阀的大内径上部腔体内的通孔,所述泄荷阀的小内径下部的上端内径收缩台面为凹陷的阶梯型台面,所述下阀瓣的下部实心圆柱体外径与泄荷阀的小内径下部的上端阶梯型台面外径相当、两者可嵌套放置,所述泄荷阀阀尖接口连接泄荷阀阀尖,泄荷阀阀尖上有泄荷阀调节杆,泄荷阀阀尖与泄荷阀调节杆之间设置有泄荷阀阀尖复位弹簧。
进一步的,所述短下限位凹槽深度与上限位凹槽深度相同,所述长下限位凹槽深度为短下限位凹槽深度的两倍。
进一步的,所述每一个凹槽中心线均对应于对面相对应的直角齿的斜边中心。
进一步的,所述芯轴下部柱体与主体管的小内径下部紧密安装。
进一步的,所述大内径上部高度为主体管高度的1/2,所述中内径中部高度为主体管高度的1/5,所述小内径下部高度为主体管高度的3/10。
进一步的,所述上接头与主体管连接处、换向接头与主体管连接处和换向接头与泄荷阀连接处均设有紧定螺钉。
进一步的,所述介质流向通道均匀分布在外阀瓣的下部空心圆柱体侧表面。
进一步的,所述介质流向通道为圆形通孔。
进一步的,所述介质流向通道个数为8。
本实用新型的有益效果是:
(1)本实用新型提供一种循环底阀、具有密封效果好的阀瓣,阀瓣通过较大的密封接触面,较好的控制了井涌和井喷现象,提高了装置的安全可靠性能,同时,当阀瓣密封接触面较小时,时间长容易磨损,损坏装置的同时也降低了密封效果,本实用新型通过阶梯型圆台面,大大增加了阀瓣的密封接触面,延长了装置的使用寿命;
(2)本实用新型采用上下两排带凹槽的直角齿交错排列组成轨道换向槽,且每一个凹槽中心线均对应于对面相对应的直角齿的斜边中心,环向定位稍钉通过齿与槽的平滑过渡,实现换向定位,整体装置安全可靠;
(3)本实用新型采用均匀分布的圆形介质流向通道,液体流通均匀,使腔体内部受压均匀,装置寿命长。
(4)本实用新型可通过管柱尾管鱼头下顶或向管柱内增加压力实现整体换位阀芯的芯轴换位,实现下井防喷、换向后生产作业和再作业防喷的功能,同时保证下次作业起管工况下的防喷;
(5)本阀结构简单,阀芯换位可靠,可重复使用,大大降低了成本,还能简化下次作业井底内孔封堵程序,降低作业成本;
(6)本阀适用于合注井、分注井、油气自喷井及机采井等,施工工艺简单、安全可靠,现场操作方便;
(7)采用带压作业循环底阀即可替换单流凡尔,实现油管内流体双向流通。抛弃原始的油管内投堵方式,实现带抽油杆油井的井底油管内密封。
(8)本阀能够实现带压作业油管立柱的起、下,保证了带压作业的安全,减轻了作业工人施工难度,有效地防止了对井场造成环境污染,避免了使用压井液进行作业,从而消除了压力液对于产层的潜在破坏和作业的安全隐患。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图;
图2为本实用新型轨道换向槽展开示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。
如图1所述,一种循环底阀,包括上接头1、主体管2、换向接头3和泄荷阀4,上接头1位于主体管2顶部、与主体管2通过密封圈密封连接;换向接头3位于主体管2底部、与主体管2通过密封圈密封连接;泄荷阀4位于换向接头3底部、与换向接头3通过密封圈密封连接;
所述上接头1为中空管体,内部上端加工有与油管尾部相连接的连接螺孔,底部加工有凹陷的阶梯型台面;
所述主体管2为中空管体,内部自上而下通过两次阶梯型内径收缩将主体管2分为大内径上部、中内径中部和小内径下部;所述大内径上部高度为主体管2高度的1/2,所述中内径中部高度为主体管2高度的1/5,所述小内径下部高度为主体管2高度的3/10。所述主体管2的大内径上部中空管内安装有外阀瓣8、复位弹簧9、外阀瓣导向销10和内阀瓣12;
所述外阀瓣8由上部实心圆柱体、中部台面和下部空心圆柱体一体式加工而成,所述外阀瓣8的上部实心圆柱体为直径与上接头1底部凹陷的阶梯型台面外直径相当的圆柱体、两者可嵌套放置,所述外阀瓣8的中部台面为外径与主体管2大内径上部内径相应的圆柱体、两者安装紧密且连接处设置有外阀瓣导向筋5,且所述中部台面中心加工有与外阀瓣导向销10连接的连接槽;所述下部空心圆柱体外径大于上部实心圆柱体外径、小于中部台面外径,表面上均匀分布有8个圆形介质流向通道7,所述内阀瓣12安装于外阀瓣8的下部空心圆柱体内部;
所述内阀瓣12由上部空心圆柱体、中部台面和下部实心圆柱体一体式加工而成;所述外阀瓣8通过外阀瓣导向销10控制外阀瓣8的走向,所述外阀瓣导向销10一端与外阀瓣8的中部台面中心的中心连接槽连接、一端安装于内阀瓣12上部空心圆柱体的空心处;所述内阀瓣12的中部台面上表面和外阀瓣8的中部台面底面连接有复位弹簧9;所述内阀瓣12的中部台面外径与所述外阀瓣8下部空心圆柱体的内径相应、两者安装紧密且连接处设置有内阀瓣导向筋11;
所述主体管2内安装有芯轴6,所述芯轴6从主体管2的大内径上部一直延伸通过中内径中部和小内径下部到达换向接头3内部、在主体管2与换向接头3内部上下移动;且所述芯轴6下部柱体与主体管2的小内径下部紧密安装。所述芯轴6上端加工有与第一次内径收缩台面匹配的芯轴定位螺钉18,所述芯轴定位螺钉18上端的芯轴头部通过螺纹固定连接于外阀瓣8的下部空心圆柱体内部、内阀瓣12下部;所述芯轴6顶部加工有凹陷的阶梯型台面,所述芯轴6顶部阶梯型台面外径与内阀瓣12的下部实心圆柱体外径相当、两者可嵌套放置;所述芯轴定位螺钉18下端和第二次内径收缩台面上连接有支持弹簧15;
所述芯轴6下端外壁上设有轨道换向槽14,所述轨道换向槽14由上下两排直角齿齿尖相对排列而成,所述上排直角齿每个直角齿的斜边与相邻的直角齿的直角边之间都开有深度一致的上限位凹槽,所述下排直角齿的每个直角齿的斜边与相邻的直角齿的直角边之间也都开有下限位凹槽,所述下限位凹槽包括长下限位凹槽和短下限位凹槽、两者交错分布;
所述主体管2与换向接头3连接处设置有换向环13,换向环13能够水平转动,换向环13上设置有突出主体管2内表面的换向定位销钉16,换向定位销钉16嵌置于限位凹槽内部,芯轴6上下移动带动换向定位销钉16在上限位凹槽、长下限位凹槽和短下限位凹槽之间转换、控制芯轴6于换向接头3内的行程;所述短下限位凹槽深度与上限位凹槽深度相同,所述长下限位凹槽深度为短下限位凹槽深度的两倍。所述每一个凹槽中心线均对应于对面相对应的直角齿的斜边中心。
所述换向接头3下部设有筛孔17,所述泄荷阀4为中空管体,内部自上而下通过一次内径收缩将泄荷阀4分为大内径上部和小内径下部,所述泄荷阀4的大内径上部内设置有下阀瓣26,所述下阀瓣26包括上部空心圆柱体、中部台面和下部实心圆柱体;所述下阀瓣26通过导向销20控制下阀瓣26的走向,所述导向销20一端与筛孔17底部连接,一端安装于下阀瓣26上部空心圆柱体的空心处,所述下阀瓣26的中部台面上表面和换向接头3的底面连接有下阀瓣复位弹簧19;所述下阀瓣26的中部台面外径与所述泄荷阀4内径相应、两者安装紧密且连接处设置有下阀瓣导向筋25;
所述泄荷阀4的小内径下部侧壁上设置有泄荷阀阀尖接口22和测试接口24,所述泄荷阀阀尖接口22和测试接口24为从底部一直开通到泄荷阀4的大内径上部腔体内的通孔,所述泄荷阀4的小内径下部的上端内径收缩台面为凹陷的阶梯型台面,所述下阀瓣26的下部实心圆柱体外径与泄荷阀4的小内径下部的上端阶梯型台面外径相当、两者可嵌套放置,所述泄荷阀阀尖接口22连接泄荷阀阀尖21,泄荷阀阀尖21上有泄荷阀调节杆,泄荷阀阀尖21与泄荷阀调节杆之间设置有泄荷阀阀尖复位弹簧23。
所述上接头1与主体管2连接处、换向接头3与主体管2连接处和换向接头3与泄荷阀4连接处均设有紧定螺钉。
本实用新型提供一种密封效果好的阀瓣,阀瓣通过较大的密封接触面,较好的控制了井涌和井喷现象,提高了装置的安全可靠性能,同时,当阀瓣密封接触面较小时,时间长容易磨损,损坏装置的同时也降低了密封效果,本实用新型通过阶梯型台面,大大增加了阀瓣的密封接触面,延长了装置的使用寿命;本实用新型采用上下两排带凹槽的直角齿排列组成轨道换向槽,且每一个凹槽中心线均对应于对面相对应的直角齿的斜边中心,环向定位稍钉通过齿与槽的平滑过渡,实现换向定位,整体装置安全可靠;
工作时,阀体下入到预定位置,通过油管正打压至设定压力或通过油管鱼头下压阀体,油压推动外阀瓣8下降,外阀瓣8推动芯轴6下沉并压缩支撑弹簧15,由芯轴定位螺钉18限制芯轴6的下降行程,换向环13转动,换向定位销钉16由轨道换向槽14长下限位槽移动至上限位槽,在油压、复位弹簧9和下阀瓣复位弹簧19的弹力作用下,内阀瓣12和下阀瓣26分别将芯轴6密封面的台阶孔和泄荷阀4的单向密封孔密封住,将阀体封死,形成封闭;待压力至泄荷阀4设定的泄荷阀4打开压力时,泄荷阀阀尖21被顶开,泄清内阀瓣12至下阀瓣26间的压差,待压差稳定到设定的换向压力后,泄清地面油管压力,此时,整体换位阀芯换向完成,当阀下套压(油层压力)达到设定压力,支撑弹簧15恢复到无压状态,内阀瓣12和下阀瓣26被顶开,复位弹簧9和下阀瓣复位弹簧19受到阀下套压(油层压力)被压缩,液体从外阀瓣8上部的介质流向通道7流向油管至地面。
下井防喷时,本阀在下管柱过程中,下阀瓣26上移,进而内阀瓣12上移,液体由下阀瓣26及内阀瓣12进入本阀,但由于外阀瓣8将上接头2的密封面台阶孔封死,形成封闭,起防喷作用;再作业防喷时,可通过管柱尾管鱼头下顶或向管柱内增加压力实现,整体换位提至上工位,此时提起管柱,可起封堵内孔防喷的作用;
泄荷阀调节杆用于设置泄荷阀阀尖21顶开压力,测试接口24用于测试阀体;本阀可接管柱尾部,亦可接大通径丢手封隔器下端封隔在油层上部。
本实用新型可通过管柱尾管鱼头下顶或向管柱内增加压力实现整体换位阀芯的芯轴换位,实现下井防喷、换向后生产作业和再作业防喷的功能,同时保证下次作业起管工况下的防喷;本阀结构简单,阀芯换位可靠,可重复使用,大大降低了成本,还能简化下次作业井底内孔封堵程序,降低作业成本;本阀适用于合注井、分注井、油气自喷井及机采井等,施工工艺简单、安全可靠,现场操作方便;采用带压作业循环底阀即可替换单流凡尔,实现油管内流体双向流通。抛弃原始的油管内投堵方式,实现带抽油杆油井的井底油管内密封。本阀能够实现带压作业油管立柱的起、下,保证了带压作业的安全,减轻了作业工人施工难度,有效地防止了对井场造成环境污染,避免了使用压井液进行作业,从而消除了压力液对于产层的潜在破坏和作业的安全隐患。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。