CN204082090U - 一种套管外封隔器控制阀系 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于石油天然气固完井工具技术领域，具体提供了一种套管外封隔器控制阀系，包括分别设于阀本体上的锁紧阀、单流阀以及限压阀，锁紧阀阀孔底部与进液通道Ⅰ相通，锁紧阀阀孔通过进液通道Ⅱ与单流阀阀孔底部相通，单流阀阀孔通过进液通道Ⅲ与限压阀阀孔相通，限压阀阀孔与连通封隔器胶筒膨胀腔的进液通道Ⅳ相通，限压阀阀孔的底部与连通胶筒的返液通道相通。本实用新型的每组阀结构简单，密封可靠，各阀开启灵活；锁紧阀和单流阀的双重断流、单流作用，防止胶筒中液体返流，实现永久密封。该控制阀系结构简单，可靠性强，能有效防止施工中阀组动作失效的风险，确保施工正常进行。

Description

一种套管外封隔器控制阀系

技术领域

本实用新型涉及石油天然气固完井工具技术领域，特别是一种套管外封隔器控制阀系。

背景技术

固井用套管外封隔器实现坐封是由控制阀系通过压力变化，使封隔器胶筒膨胀，实现井眼环密封，达到封隔地层的目的。控制阀系是套管外封隔器的核心控制系统，是套管外封隔器进液通道、压力控制系统和密封系统的集成结构，影响着工具的膨胀效果以及对地层有效封隔的程度，是管外封隔完井工艺技术成功应用的保证。

由控制阀系和封隔器胶筒组成的套管外封隔器，广泛应用在水平井的固完井中，主要是对产层进行有效封隔，避免层段之间互窜，同时为后期的生产控制和增产改造提供基础。常规的一种套管外封隔器控制阀系繁杂，易造成各阀之间动作不连续，液流通道无法传递或封闭液体；而由二组阀组成的阀系，若一组阀失效，则造成控制阀系整体失效。因此，可将控制阀系分别由锁紧阀、单流阀和限压阀三组阀组成，以便于每组阀能够实现结构简单，可靠性强，能有效防止施工中存在阀组失效的风险，确保套管外封隔器正常坐封。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种套管外封隔器的控制阀系，使其能有效防止施工中阀组动作失效的风险，确保施工正常进行。为此，本实用新型提供了一种套管外封隔器控制阀系，包括阀本体，所述阀本体上分别设有锁紧阀、单流阀以及限压阀，锁紧阀阀孔底部与进液通道Ⅰ相通，锁紧阀阀孔通过进液通道Ⅱ与单流阀阀孔底部相通，单流阀阀孔通过进液通道Ⅲ与限压阀阀孔相通，限压阀阀孔与连通封隔器胶筒膨胀腔的进液通道Ⅳ相通，限压阀阀孔的底部与连通封隔器胶筒的返液通道相通。

    上述锁紧阀包括锁紧阀阀孔、锁紧阀阀杆、锁紧阀销座、锁紧阀剪销以及锁紧阀压帽，所述锁紧阀阀杆置于锁紧阀阀孔中，所述锁紧阀阀杆下端设有可封闭锁紧阀阀孔的双道滑动密封，锁紧阀阀杆的上端置于锁紧阀销座中，锁紧阀销座通过锁紧阀剪销与锁紧阀压帽连接在一起，锁紧阀压帽通过螺纹固定在锁紧阀阀孔上端的螺纹孔中；所述进液通道Ⅱ与锁紧阀阀孔的中部相通。

上述单流阀包括单流阀阀孔、单流阀压帽、单流阀凡尔以及弹簧，所述单流阀压帽通过螺纹固定在单流阀阀孔上端的螺纹孔中；单流阀凡尔采用硫化橡胶密封，且装配于单流阀阀孔底部，所述弹簧一端坐于单流阀凡尔芯部，另一端坐于单流阀压帽下端；所述进液通道Ⅲ从单流阀阀孔的中部相通。

上述限压阀包括限压阀阀孔、限压阀阀杆、限压阀剪销、限压阀销套以及限压阀压帽，所述限压阀阀杆置于限压阀阀孔中，通过限压阀剪销将限压阀阀杆与限压阀销套固定在一起，并置于限压阀压帽内芯中，限压阀压帽通过螺纹固定在限压阀阀孔上端的螺纹孔中；限压阀阀杆的中部和下端分别设有可封隔限压阀阀孔的滑动密封，限压阀阀孔中两道滑动密封之间所围成的空间构成限压阀阀体腔室；进液通道Ⅲ与进液通道Ⅳ分别与限压阀阀体腔室相通，并且进液通道Ⅲ与限压阀阀体腔室的接口位于进液通道Ⅳ与限压阀阀体腔室的接口的上方；进液通道Ⅲ的出口位于限压阀阀体腔室的上部，进液通道Ⅳ的入口位于限压阀阀体腔室的中部，进液通道Ⅳ与返液通道由限压阀阀杆的下端密封封隔。

所述阀本体为中空的圆柱形结构，螺纹安装于安装于套管外封隔器的端部，所述锁紧阀、单流阀以及限压阀按套管外封隔器的轴向方向依次排布在阀本体上。

本实用新型的有益效果：本实用新型主要由锁紧阀、单流阀及限压阀三组阀组成，每组阀结构简单，密封可靠，各阀开启灵活；锁紧阀和单流阀的双重作用，防止胶筒中液体返流，实现永久密封。该控制阀系结构简单，可靠性强，能有效防止施工中阀组动作失效的风险，确保施工正常进行。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是一种套管外封隔器控制阀系结构示意图

附图标记说明：1、阀本体；  2、锁紧阀阀杆；3、锁紧阀压帽；4、锁紧阀销座；5、锁紧阀剪销； 6、单流阀凡尔； 7、弹簧；8、单流阀压帽； 9、限压阀阀杆；10、限压阀压帽；11、限压阀剪销；12、限压阀销套；13、锁紧阀阀孔；14、单流阀阀孔；15、限压阀阀孔；16、限压阀阀体腔室；17、进液通道Ⅰ；18、进液通道Ⅱ；19、进液通道Ⅲ；20、进液通道Ⅳ；21、返液通道。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示的一种套管外封隔器控制阀系，包括阀本体1，阀本体1上分别设有锁紧阀、单流阀以及限压阀，锁紧阀阀孔13底部与进液通道Ⅰ17相通，锁紧阀阀孔13通过进液通道Ⅱ18与单流阀阀孔14底部相通，单流阀阀孔14通过进液通道Ⅲ19与限压阀阀孔15相通，限压阀阀孔15与连通封隔器胶筒膨胀腔的进液通道Ⅳ20相通，限压阀阀孔15的底部与连通封隔器胶筒的返液通道21相通。

实施例2：

    在实施例1的基础上，所述锁紧阀包括锁紧阀阀孔13、锁紧阀阀杆2、锁紧阀销座4、锁紧阀剪销5以及锁紧阀压帽3，所述锁紧阀阀杆2置于锁紧阀阀孔13中，所述锁紧阀阀杆2下端设有可封闭锁紧阀阀孔13的双道滑动密封，采用双道滑动密封可使密封性能更好。锁紧阀阀杆2的上端置于锁紧阀销座4中，锁紧阀销座4通过锁紧阀剪销5与锁紧阀压帽3连接在一起，锁紧阀压帽3通过螺纹固定在锁紧阀阀孔13上端的螺纹孔中；所述进液通道Ⅱ18与锁紧阀阀孔13的中部相通。

所述锁紧阀压帽3为双台阶圆柱结构，内腔台阶式中空。初始状态时，阀紧阀销座4由于锁紧阀剪销5的作用，阀紧阀销座4位于锁紧阀压帽3的第一台阶，相对位置固定。锁紧阀阀杆2可在阀紧阀销座4内作相对有限运动。当来自进液通道Ⅰ17的液压值达一定值时，锁紧阀阀杆2上移，锁紧阀剪销5被剪断，随着压力的增大，

锁紧阀阀杆2推动锁紧阀销座4上移，使锁紧阀销座4下端喇叭处座于锁紧阀压帽3的内台阶处，进液通道Ⅱ18与锁紧阀阀孔13的进口露出，高压液体通过进液通道Ⅰ17进入进液通道Ⅱ18。当完成液体传递后，锁紧阀阀杆2在液柱压力作用下，恢复至初始位置，同时阀紧阀销座4随着锁紧阀阀杆2的下移，下端喇叭处脱离锁紧阀压帽3的内台阶处，进液通道Ⅱ18关闭。

所述单流阀包括单流阀阀孔14、单流阀压帽8、单流阀凡尔6以及弹簧7，所述单流阀压帽8通过螺纹固定在单流阀阀孔14上端的螺纹孔中；单流阀凡尔6的座上带有硫化橡胶，采用硫化橡胶密封，且装配于单流阀阀孔14底部，所述弹簧7一端坐于单流阀凡尔6芯部，另一端坐于单流阀压帽8下端；所述进液通道Ⅲ19从单流阀阀孔14的中部相通。

所述限压阀包括限压阀阀孔15、限压阀阀杆9、限压阀剪销11、限压阀销套12以及限压阀压帽10，所述限压阀阀杆9置于限压阀阀孔15中，通过限压阀剪销11将限压阀阀杆9与限压阀销套12固定在一起，并置于限压阀压帽10内芯中，限压阀压帽10通过螺纹固定在限压阀阀孔15上端的螺纹孔中；限压阀阀杆9的中部和下端分别设有可封隔限压阀阀孔15的滑动密封，限压阀阀孔15中两道滑动密封之间所围成的空间构成限压阀阀体腔室16；进液通道Ⅲ19与进液通道Ⅳ20分别与限压阀阀体腔室16相通，并且进液通道Ⅲ19与限压阀阀体腔室16的接口位于进液通道Ⅳ20与限压阀阀体腔室16的接口的上方；进液通道Ⅲ19的出口位于限压阀阀体腔室16的上部，进液通道Ⅳ20的入口位于限压阀阀体腔室16的中部，返液通道21位于限压阀阀体下部。进液通道Ⅳ20与返液通道21由限压阀阀杆9的下端密封封隔。高压液体通过进液通道Ⅳ20进入封隔器胶筒，当胶筒内的压力达到限定值时，限压阀剪销12剪断，限压阀自动关闭进液通道，液体停止进入胶筒。

所述阀本体1螺纹安装于安装于套管外封隔器的端部，为圆柱形结构，中空，两端加工有螺纹，便于与套管外封隔器胶筒相连。所述锁紧阀、单流阀以及限压阀按套管外封隔器的轴向方向依次排布在阀本体1上。

    本实用新型的原理工作过程如下：

参照图1，本控制阀系由锁紧阀、单流阀及限压阀三组阀组成，各阀组有单独的作用，联合工作能实现安全坐封。在阀本体1上，按轴向排布间隔有锁紧阀、单流阀及限压阀。锁紧阀底部与进液通道相连，中部有进液通道与单流阀底部相通，单流阀中部有进液通道连通至限压阀阀体腔室16，限压阀中部有通向封隔器胶筒膨胀腔的进液通道，限压阀底部有与封隔器胶筒膨胀腔连通的返液通道21。锁紧阀与进液通道Ⅰ17相通，进液通道Ⅱ18连通锁紧阀与单流阀，进液通道Ⅲ19连通单流阀与限压阀，进液通道Ⅳ20是流体从限压阀流向封隔器胶筒膨胀腔的通道，返液通道21则是液体从封隔器胶筒膨胀腔返出流向限压阀的通道。

现场工程实施时，阀本体1与封隔胶筒组成一体，形成一套完整的套管外封隔器，与套管串连接下入井中，各阀均处于关闭状态。当套管外封隔器下入设计位置后，通过井口打压液体流经进液通道Ⅰ17，在压力达到一定值时，锁紧阀剪销5将被剪断，锁紧阀阀杆2将上移，露出进液通道Ⅱ18，液体经锁紧阀、进液通道Ⅱ18流向单流阀。在压力作用下，弹簧7压缩，单流阀凡尔6上移，液体通过单流阀后流经进液通道Ⅲ19、限压阀阀体腔室16、进液通道Ⅳ20后进入封隔器胶筒膨胀腔，使胶筒膨胀与井壁紧密接触形成密封。当液体压力达到一定值时，限压阀剪销（11）被剪断，返液通道21中的液体推动限压阀阀杆9上移，进液通道Ⅳ20被关闭，液体停止传递。此时锁紧阀阀杆2在液柱压力作用下，恢复至初始位置，同时阀紧阀销座4随着锁紧阀阀杆2的下移，下端喇叭处脱离锁紧阀压帽3的内台阶处，进液通道Ⅱ18关闭，锁紧阀永久关闭。同时，单流阀凡尔6在弹簧7的作用下，下移回到原位，单流阀关闭。由于锁紧阀和单流阀的双重断流、单流作用，控制阀系膨胀胶筒是一个连续且不可逆的过程，控制阀系打开后泵注液体必须连续作业，一旦停止则阀系锁死，液流孔封闭，所有液体无法再次流经控制阀系出入。

    本实用新型的使用效果、适用范围和应用前景：

控制阀系是管外封隔器的核心控制系统，是管外封隔器进液通道、压力控制系统和密封系统的集成结构，影响着工具的膨胀效果以及对地层有效封隔的程度，是管外封隔完井工艺技术成功应用的保证。由控制阀系和封隔器胶筒组成的套管外封隔器，广泛应用在水平井的固完井中，主要是对产层进行有效封隔，避免层段之间互窜，同时为后期的生产控制和增产改造提供基础。

本实用新型主要由锁紧阀、单流阀及限压阀三组阀组成，每组阀结构简单，密封可靠，各阀开启灵活；锁紧阀和单流阀的断流、单流双重作用，防止胶筒中液体返流，实现永久密封。该控制阀系结构简单，可靠性强，能有效防止施工中阀组动作失效的风险，确保施工正常进行。所设计的这种套管外封隔器控制阀系主要是通过压力控制先进行注水泥作业，再坐封管外封隔器，以达到后续的压裂作业要求。

本实施例没有详细叙述的部分属本行业的公知的常用手段，这里不一一叙述。以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种套管外封隔器控制阀系，包括阀本体（1），其特征在于：所述阀本体（1）上分别设有锁紧阀、单流阀以及限压阀，锁紧阀阀孔（13）底部与进液通道Ⅰ（17）相通，锁紧阀阀孔（13）通过进液通道Ⅱ（18）与单流阀阀孔（14）底部相通，单流阀阀孔（14）通过进液通道Ⅲ（19）与限压阀阀孔（15）相通，限压阀阀孔（15）与连通封隔器胶筒膨胀腔的进液通道Ⅳ（20）相通，限压阀阀孔（15）的底部与连通封隔器胶筒的返液通道（21）相通。

2.如权利要求1所述的一种套管外封隔器控制阀系，其特征在于：所述锁紧阀包括锁紧阀阀孔（13）、锁紧阀阀杆（2）、锁紧阀销座（4）、锁紧阀剪销（5）以及锁紧阀压帽（3），所述锁紧阀阀杆（2）置于锁紧阀阀孔（13）中，所述锁紧阀阀杆（2）下端设有可封闭锁紧阀阀孔（13）的双道滑动密封，锁紧阀阀杆（2）的上端置于锁紧阀销座（4）中，锁紧阀销座（4）通过锁紧阀剪销（5）与锁紧阀压帽（3）连接在一起，锁紧阀压帽（3）通过螺纹固定在锁紧阀阀孔（13）上端的螺纹孔中；所述进液通道Ⅱ（18）与锁紧阀阀孔（13）的中部相通。

3.如权利要求1所述的一种套管外封隔器控制阀系，其特征在于：所述单流阀包括单流阀阀孔（14）、单流阀压帽（8）、单流阀凡尔（6）以及弹簧（7），所述单流阀压帽（8）通过螺纹固定在单流阀阀孔（14）上端的螺纹孔中；单流阀凡尔（6）采用硫化橡胶密封，且装配于单流阀阀孔（14）底部，所述弹簧（7）一端坐于单流阀凡尔（6）芯部，另一端坐于单流阀压帽（8）下端；所述进液通道Ⅲ（19）从单流阀阀孔（14）的中部相通。

4.如权利要求1所述的一种套管外封隔器控制阀系，其特征在于：所述限压阀包括限压阀阀孔（15）、限压阀阀杆（9）、限压阀剪销（11）、限压阀销套（12）以及限压阀压帽（10），所述限压阀阀杆（9）置于限压阀阀孔（15）中，通过限压阀剪销（11）将限压阀阀杆（9）与限压阀销套（12）固定在一起，并置于限压阀压帽（10）内芯中，限压阀压帽（10）通过螺纹固定在限压阀阀孔（15）上端的螺纹孔中；限压阀阀杆（9）的中部和下端分别设有可封隔限压阀阀孔（15）的滑动密封，限压阀阀孔（15）中两道滑动密封之间所围成的空间构成限压阀阀体腔室（16）；进液通道Ⅲ（19）与进液通道Ⅳ（20）分别与限压阀阀体腔室（16）相通，并且进液通道Ⅲ（19）与限压阀阀体腔室（16）的接口位于进液通道Ⅳ（20）与限压阀阀体腔室（16）的接口的上方；进液通道Ⅲ（19）的出口位于限压阀阀体腔室（16）的上部，进液通道Ⅳ（20）的入口位于限压阀阀体腔室（16）的中部，进液通道Ⅳ（20）与返液通道（21）由限压阀阀杆（9）的下端密封封隔。

5.如权利要求1所述的一种套管外封隔器控制阀系，其特征在于：所述阀本体（1）为中空的圆柱形结构，螺纹安装于安装于套管外封隔器的端部，所述锁紧阀、单流阀以及限压阀按套管外封隔器的轴向方向依次排布在阀本体（1）上。