CN210068108U - 一种自流注水开关管柱及井筒套管 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种自流注水开关管柱及井筒套管，自流注水开关管柱用于将井筒外部的水层和套管之间连通，包括管柱和浮子开关，所述管柱的一端与所述井筒连接，所述管柱的另一端与所述套管连接，所述管柱内部设有缩径口，所述浮子开关滑动卡设在所述缩径口处，当所述井筒外部的液体流入所述管柱时，所述浮子开关被液体顶起，以使液体通过所述管柱流入所述套管，当液体停止进入所述管柱时，所述浮子开关回到初始位置，以使所述管柱封闭。本实用新型提供的自流注水开关管柱通过缩径口与浮子开关的配合，避免了水内杂质阻塞自流注水开关管柱，提升了原油开采的工作效率。

Description

一种自流注水开关管柱及井筒套管

技术领域

本实用新型涉及石油装备领域，尤其涉及一种自流注水开关管柱及井筒套管。

背景技术

自流注水技术是一种利用油田地层水补充地层能量的一种开采方式，随着油田的不断开采，地层中的能量不断被消耗，最终导致地层中的能量不足而难以使油层中的原油被挤出，因此，需要对地层能量进行补充，通过将地层中存水层内部的水注入到油层中，使得油层内的压力增大，进而能够使原油继续喷出地层。

目前，自流注水技术是将水体较大且能量充足的地层水直接注入到需要补充能量的油藏中，其原理是利用水源层和压力不断降低的油层之间的压差，让水源层的水流入到油层中，达到注水开发的目的，自流注水的水源可以来自油层的上部，也可以是下部，只要水源层的天然能量充足即可，一般的实施方法是在井筒和套管柱之间设置注水管柱，注水管柱内设有水嘴，当需要注水是将水嘴打开，注水结束后再将水嘴关闭，然后闷井进行水油置换后开井生产。

然而，注水管柱和水嘴之间可靠性差，两者之间的结合性不佳，不能反复开关使用，尤其是水嘴容易受到地层水里杂质的影响，造成堵塞，从而导致水嘴开关失灵，且更换水嘴开关极为不便，一旦出现水嘴开关失灵会严重影响开采和生产。

实用新型内容

本实用新型提供一种自流注水开关管柱，通过在管柱内设置缩径口并与浮子开关配合，解决了现有技术中因水嘴与注水管柱之间可靠性差，使得水嘴易于受到水内的杂质的影响，导致水嘴失灵的技术问题。

本实用新型提供一种自流注水开关管柱，用于将井筒外部的水层和套管之间连通，包括管柱和浮子开关；

所述管柱的一端与所述井筒连接，所述管柱的另一端与所述套管连接，所述管柱内部设有缩径口，所述浮子开关滑动卡设在所述缩径口处，当所述井筒外部的液体流入所述管柱时，所述浮子开关被液体顶起，以使液体通过所述管柱流入所述套管，当液体停止进入所述管柱时，所述浮子开关回到初始位置，以使所述管柱封闭。

进一步地，所述浮子开关包括：浮子头、第一平直段、扶正器、第二平直段和卡扣，其中，所述第一平直段的一端与所述浮子头连接，所述第一平直段的另一端与所述扶正器的一端连接，所述第二平直段的一端与所述扶正器的另一端连接，所述第二平直段的另一端与所述卡扣连接。

进一步地，所述第一平直段和所述第二平直段的直径小于所述浮子头和所述扶正器的直径。

进一步地，所述第二平直段滑动连接在所述缩径口处，且所述第二平直段可在所述缩径口上下滑动，所述缩径口的直径小于所述扶正器的直径。

进一步地，所述卡扣环绕设置在所述第二平直段下部的侧壁上，且所述卡扣可伸缩的连接在所述第二平直段上。

进一步地，所述扶正器上包括间隔设置的叶轮部，所述叶轮部环绕设置在扶正器的一周。

进一步地，所述浮子头为锥形头，且所述锥形头的大端与所述第一平直段连接。

进一步地，所述管柱的外壁上间隔设置有水流通孔，所述水流通孔环绕设置在所述管柱的一周，且所述水流通孔贯穿至所述管柱的所述缩径口处，并与所述管柱的内部相连通。

进一步地，所述管柱通过螺纹、紧固件或焊接与所述套管和所述井筒连接。

本实用新型还提供一种井筒套管，包含上述的自流注水开关管柱。

本实用新型提供一种自流注水开关管柱，通过包括：管柱和浮子开关，管柱的一端与井筒连接，管柱的另一端与套管连接，管柱内设有缩径口，浮子开关滑动卡设在缩径口处，初始状态时，浮子开关在自身重力的作用下盖在缩径口上，使管柱处于封闭状态，当井筒内的液体流入到管柱内，液体到达缩径口后会推动浮子开关并将浮子开关顶起，使浮子开关与缩径口之间出现缝隙，液体可通过缝隙通过缩径口并流入到套管内，直至液体不再进入管柱，浮子开关不在受到液体的推动而在自身重力的作用下回到初始位置，重新盖在缩径口上，使得管柱再次处于封闭状态，浮子开关的可滑动设置避免了水层中的杂质造成的影响，使得管柱不会因浮子开关因杂质堵塞而造成开关失灵的情况，现有技术中，使用水嘴和注水管柱结合的方式，但是水嘴和注水管柱的可靠性差，常受到水层中杂质的影响造成水嘴失灵的情况，本实施例中提供的自流注水开关管柱，使用可滑动设置的浮子开关，避免了水层杂质对管柱开关的影响，同时，利用浮子开关和缩径口之间的配合以及油层和水层之间压力差，使得自流注水开关管柱可实现自动注水和自动开关，极大地提升了采油工作的开采效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例所提供的自流注水开关管柱的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的管柱的整体结构示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的浮子开关的整体结构示意图；

图4为本实用新型实施例所提供的浮子开关的又一结构示意图；

图5为本实用新型实施例所提供的自流注水开关管柱的又一结构示意图；

图6为本实用新型实施例所提供的管柱的又一结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例提供一种自流注水开关管柱1，用于将位于井筒外部的水层与套管之间相连通，如图1所示，包括：管柱10和浮子开关20，其中，管柱 10的一端与井筒连接，管柱10的另一端与套管连接，管柱10将井筒与套管之间连通，管柱10的内部还有缩径口11，浮子开关20滑动卡设在缩径口11 处，缩径口11为管柱10中内径较小的一个部分，缩径口11处的内径小于管柱10内其他部分的内径，浮子开关20开设在缩径口11处，且浮子开关20 可以在缩径口11处上下滑动，当井筒外部液体进入管柱10并向管套内流动时，液体经过缩径口11会将浮子开关20推动，浮子开关20在没有液体进入管柱10时，浮子开关20会在自身重力的影响下盖住缩径口11使自流水开关管柱10关闭，而液体进入到管柱10后，浮子开关20在液体的推动下，在缩径口11处滑动并最终脱离缩径口11，此时，缩径口11与浮子开关20之间出现缝隙，液体从缝隙中流入并继续通过管柱10进入到套管内，浮子开关 20会依据液体流量大小而在缩径口11处滑动，液体流量大时，液体的动能大，浮子开关20与缩径口11之间的缝隙就大，液体流量小时，液体的动能小，浮子开关20与缩径口11之间的缝隙就小，直至液体停止进入管柱10，浮子开关20不会再被液体推动，此时，浮子开关20就会在自身重力的作用下，再次回到初始位置，将缩径口11盖住使得管柱10再次封闭。

需要说明的是，现有技术中，通过注水管柱连通井筒与套管，注水管柱内设有水嘴，当需要将井筒外水层中的水放入到套管内时，将水嘴开启注入预设的水量后，再将水嘴关闭，但是水嘴与注水管柱之间的结合并不好，同时，井筒外部的水层是地下水，其中含有大量的杂质，易于造成水嘴开关失灵，导致水嘴难以反复开关使用，而且，一旦水嘴出现问题，更换水嘴极为麻烦，水嘴位于注水管柱内，而注水管柱又位于井筒和套管之间，水嘴一般通过螺纹或紧固件连接在注水管柱内，更换时极为麻烦，费时费力，同时，水嘴出现问题还会严重影响油井的正常开采作业，导致开采效率下降。

为了解决上述问题，本实施例提供了自流注水开关管柱1，如图2所示，通过在管柱10内设置缩径口11，并将浮子开关20滑动卡设在缩径口11处，当有液体进入管柱10内，浮子开关20会被液体推动并在缩径口11上滑动，并脱离缩径口11，使得液体能够通过缩径口11，而当液体停止进入后，浮子开关20会受自身重力的影响将缩径口11盖住，使得管柱10封闭，由于浮子开关20可在缩径口11上下滑动且滑动的幅度可自由调整，避免了因液体中的杂质而出现堵塞的问题，同时，浮子开关20的设置使得自流水开关管柱 10能够做到自动开关，具体的，之所以要向套管内注水，是由于位于地层内的油层压力不足，导致油层无法将原油从油层中挤压到套管内，因此，将压力充足的水层中的水注入油层中，为油层补充能量，使得油层能够将原油再次挤压进入套管内，但是当补充的能量耗尽后就又需要再次补充能量，本实施例中的自流水开关管柱10中管柱10连通井筒外的水层和套管，浮子开关 20作为开关将管柱10封闭，但是浮子开关20实际上并不用人为的控制其开关，当油层的压力充足时，套观中充满了自油层中被挤压出来的原油，此时，套管内部的压力大于井筒外水层的压力，浮子开关20在压力和自身重力的作用下，始终处于将缩径口11紧密封堵的状态，管柱10处于封闭状态，而当油层内的压力不足时，原油难以顺利进入到套管中，此时，套管中没有原油填充，井筒外水层的压力大于套管内的压力，在压力差的作用下，水层内的水就会进入到管柱10内并推动浮子开关20，之后通过缩径口11和管柱10 进入到套管内并流入油层，为油层补充能量，直至油层内的能量补充完毕，原油再次进入到套管中，套管内充满了原油，浮子开关20会回到初始的位置将缩径口11封堵住，从而使得管柱10封住，完成自动注水的功能。

本实施例提供一种自流注水开关管柱1，通过包括：管柱10和浮子开关 20，管柱10的一端与井筒连接，管柱10的另一端与套管连接，管柱10内设有缩径口11，浮子开关20滑动卡设在缩径口11处，初始状态时，浮子开关 20在自身重力的作用下盖在缩径口11上，使管柱10处于封闭状态，当井筒内的液体流入到管柱10内，液体到达缩径口11后会推动浮子开关20并将浮子开关20顶起，使浮子开关20与缩径口11之间出现缝隙，液体可通过缝隙通过缩径口11并流入到套管内，直至液体不再进入管柱10，浮子开关20不在受到液体的推动而在自身重力的作用下回到初始位置，重新盖在缩径口11 上，使得管柱10再次处于封闭状态，浮子开关20的可滑动设置避免了水层中的杂质造成的影响，使得管柱10不会因浮子开关20因杂质堵塞而造成开关失灵的情况，现有技术中，使用水嘴和注水管柱结合的方式，但是水嘴和注水管柱的可靠性差，常受到水层中杂质的影响造成水嘴失灵的情况，本实施例中提供的自流注水开关管柱1，使用可滑动设置的浮子开关20，避免了水层杂质对管柱10开关的影响，同时，利用浮子开关20和缩径口11之间的配合以及油层和水层之间压力差，使得自流注水开关管柱1可实现自动注水和自动开关，极大地提升了采油工作的开采效率。

进一步地，在本实施例中，如图3所示，浮子开关20包括：浮子头21、第一平直段22、扶正器23、第二平直段24和卡扣25，其中，浮子头21位于整个浮子开关20的最上放，浮子头21的下方与第一平直段22连接，扶正器23位于浮子开关20的中间位置，扶正器23的一端与第一平直段22连接，另一端与第二平直段24连接，第二平直段24卡设在缩径口11处，即浮子开关20中的第二平直段24卡设在缩径口11且可在缩径口11上滑动，卡扣25 位于浮子的开关的最下部，卡扣25环绕设置在第二平直段24下方的侧壁上，浮子开关20在缩径口11上可滑动的范围和第二平直段24的长度相同，因此，第二平直段24的长度可根据实际需求进行设置，但是需要注意的是，浮子开关20为一个整体部件，如果只增加第二平直段24的长度，可能会导致浮子开关20整体的重心不稳，使得浮子开关20在封闭缩径口11时出现倾斜，造成封堵不严的情况。

进一步地，在本实施例中，第一平直段22和第二平直段24的直径小于浮子头21和扶正器23的直径，具体的，浮子开关20并非上下直径相同的圆柱状结构，而是位于浮子开关20顶部的浮子头21和中间的扶正器23均为直径较大的部件，连接这两个部件的第一平直段22以及第二平直段24为直径较小的部件，浮子开关20整体呈现顶端直径大然后直径缩小直至浮子开关 20的中部，之后直径又开始增大然后直径又缩小的形状，即浮子开关20的两端及中部的直径大，其余的部分直径小。

进一步地，在本实施例中，第二平直段24可滑动连接在缩径口11处，其中，第二平直段24的顶部与扶正器23连接，卡扣25环绕设置在第二平直段24的下部的侧壁上，而扶正器23的直径大于第二平直段24的直径，因此，当液体进入到管柱10内部后，浮子开关20会被液体顶起并与缩径口11分离，液体会从缩径口11与浮子开关20之间的缝隙进入，并通过管柱10进入到套管内，液体停止进入后，浮子开关20会回到缩径口11中，此时，扶正器 23起到复位和限制浮子开关20位移的作用，一方面，扶正器23会提供一部分重力，使得浮子开关20能够更快的向下移动并复位，另一方面，扶正器 23的直径大于缩径口11和第二平直段24的直径，使得扶正器23不会通过缩径口11，而是盖在缩径口11的上方，限制了浮子开关20在水平方向上的位移，使浮子开关20的初始位置得到固定。

进一步地，在本实施例中，如图4所示，卡扣25环绕设置在第二平直段 24下部的侧壁上，卡扣25并非位于第二平直段24的底部，而是在第二平直段24的侧壁上，但是卡扣25的位置靠近第二平直段24的底部，卡扣25为卡伸缩的部件，具体的可以是弹簧件或者其他可伸缩的伸缩件，这里不做进一步的限定，普通状态时，卡扣25突出到第二平直段24的外部，当液体进入管柱10并推动浮子开关20时，浮子开关20在液体的推动下在缩径口11 向上滑动，浮子开关20持续向上滑动直至卡扣25所在的位置，此时，如果液体的压力不足时，卡扣25不会缩回到第二平直段24内部，使得液体无法将浮子开关20从缩径口11处顶开，浮子开关20依旧卡在缩径口11处，液体无法通过缩径口11，管柱10仍然处于封闭状态，只有当液体的压力充足时或者套管内的压力不足时，液体才能够将浮子开关20顶起，此时，液体压力充足，卡扣25再液体持续推动的作用下收缩，缩回到第二平直段24内部，第二平直段24与缩径口11分离，液体可通过缩径口11进入套管内，由于地层内的压力变化浮动较快，卡扣25相当于保险一般，只有当套管内的压力确实不足时，水层内的水才能迫使卡扣25收缩并将浮子开关20顶起，防止出现压力波动时，浮子开关20被液体频繁顶起并将液体注入套管内。

进一步地，在本实施例中，如图5所示，扶正器23位于第一平直段22 和第二平直段24的连接处，扶正器23上间隔设有叶轮部231，且叶轮部231 环绕设置在扶正器23的一周，叶轮部231如同扇叶一般环绕在扶正器23的周边，叶轮部231为四边形或其他形状的凸起部件，相邻的叶轮之间留有较大的间隙，同时，扶正器23的直径略小于管柱10的内径，使得正常状态时，扶正器23周围叶轮均可与管柱10的内壁接触，以使得浮子开关20始终处于竖直直立在管柱10内的状态，避免浮子开关20发生倾斜，因此，扶正器23 的直径略小于管柱10的内径，当浮子开关20重心不稳时，扶正器23周围的叶轮会顶在管柱10的内壁上，一旦浮子开关20发生倾斜，会影响浮子开关 20在缩径口11的滑动，使得浮子开关20会因倾斜卡在管柱10内，浮子开关20难以与缩径口11分离，扶正器23可使浮子开关20始终处于竖直状态，同时，当浮子开关20被液体顶起时，液体可通过叶轮之间的间隙，从而减小液体对扶正部的冲击，叶轮之间间隙会减小扶正部与液体之间的接触，液体从扶正部的下方涌入时，部分液体从叶轮之间间隙流走，因此，扶正部受到液体的冲击就减小了，避免了扶正部持续受到液体的冲击而导致浮子开关20 发生倾斜。

进一步地，在本实施例中，浮子头21为锥形头，其中，锥形的大端与第一平直段22连接，且浮子头21的直径大于第一平直段22的直径，浮子头 21位于浮子开关20的顶部，浮子头21的扶正器23之间由第一平直段22连接，且第一平直段22的直径小于浮子头21和扶正器23的直径，因此，浮子头21与第一平直段22交接处就会出现明显的缩径，这是为了方便对浮子开关20进行打捞，一旦浮子开关20出现问题或者需要更换时，使用打捞工具套在第一平直段22上，这样将浮子开关20向上提时，打捞工具就会固定在浮子头21的底端，同时，扶正器23盖在缩径口11上，即位于扶正器23上方的第一平直段22和浮子头21都位于缩径口11上，方便打捞和更换，浮子头21采用锥形头，且锥形的小端朝上，这样也同可以减小下方水流对浮子头 21的冲击，有利于保持浮子开关20的位置，避免出现浮子开关20出现倾斜。

进一步地，在本实施例中，如图6所示，管柱10的外壁上间隔设有水流通孔12，水流通孔12环绕设置在管柱10上，且水流通孔12设置的位置位于缩径口11的外侧，水流通孔12从管柱10的外壁上一直贯穿到管柱10的内壁，使得管柱10的外壁和内壁之间通过水流通孔12连通，部分液体也可通过水流通孔12进入管柱10内部。

进一步地，在本实施例中，管柱10的上下两端需要分别与井筒和套管连接，连接的方式并不限定，优选的，在管柱10两端的外壁上分别开设螺纹，并通过螺纹将管柱10分别与井筒和套管连接在一起，还可以使用其他的连接方式，焊接、紧固件连接或者其他的连接方式，只要保证管柱10能够与套管和井筒紧密连接即可。

实施例二

本实施例提供一种井筒套管，其中，井筒与套管柱之间设有自流注水开关管柱1，自流注水开关管柱1的一端与井筒连接，自流注水开关管柱1的另一端与套管连接，自流注水开关管柱1可用于将井筒外部水层中的水放入到套管内，为油层补充能量，自流注水开关管柱1包括：管柱10和浮子开关 20，管柱10内设有缩径口11，浮子开关20滑动卡设在缩径口11内，浮子开关20包括：浮子头21、第一平直段22、扶正器23、第二平直段24和卡扣25，第一平直段22的一端与浮子头21连接，第一平直段22的另一端与扶正器23连接，第二平直段24的一端与扶正器23连接，第二平直段24另一端的外侧壁上环绕设有卡扣25，浮子开关20中浮子头21和扶正器23的直径大于第一平直段22和第二平直段24的直径，浮子开关20中的第二平直段24滑动卡设在缩径口11上，扶正器23的直径大于缩径口11的内径，因此，扶正器23一直位于缩径口11的上方，扶正器23用于使浮子开关20能够始终保持竖直直立在管柱10内部，浮子开关20的具体构造和管柱10的结构都和实施例一中的相同，这就不在做过多的描述，本实施例提供的带有自流注水开关管柱1的井筒和套管柱可应用于油层储能不足的油井，通过将能量充足的水层中的水注入油层内对油层进行充能，以保证原油开采的顺利进行，同时，自流注水开关管柱1还可利用水层与油层之间的压力差实现自动注水作业，减少人为的操作，提高了采油的工作效率，且自流注水开关管柱1内缩径口11与浮子开关20之间的可靠度高，不易受到水层中水内杂质的影响，且浮子开关20打捞和更换方便，具有大规模推广应用的价值。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的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实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，本文中使用的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种自流注水开关管柱，用于将井筒外部的水层和套管之间连通，其特征在于，包括管柱和浮子开关，

所述管柱的一端与所述井筒连接，所述管柱的另一端与所述套管连接，所述管柱内部设有缩径口，所述浮子开关滑动卡设在所述缩径口处，当所述井筒外部的液体流入所述管柱时，所述浮子开关被液体顶起，以使液体通过所述管柱流入所述套管，当液体停止进入所述管柱时，所述浮子开关回到初始位置，以使所述管柱封闭。

2.根据权利要求1所述的自流注水开关管柱，其特征在于，所述浮子开关包括：浮子头、第一平直段、扶正器、第二平直段和卡扣，其中，所述第一平直段的一端与所述浮子头连接，所述第一平直段的另一端与所述扶正器的一端连接，所述第二平直段的一端与所述扶正器的另一端连接，所述第二平直段的另一端与所述卡扣连接。

3.根据权利要求2所述的自流注水开关管柱，其特征在于，所述第一平直段和所述第二平直段的直径小于所述浮子头和所述扶正器的直径。

4.根据权利要求3所述的自流注水开关管柱，其特征在于，所述第二平直段滑动连接在所述缩径口处，且所述第二平直段可在所述缩径口上下滑动，所述缩径口的直径小于所述扶正器的直径。

5.根据权利要求4所述的自流注水开关管柱，其特征在于，所述卡扣环绕设置在所述第二平直段下部的侧壁上，且所述卡扣可伸缩的连接在所述第二平直段上。

6.根据权利要求5所述的自流注水开关管柱，其特征在于，所述扶正器上包括间隔设置的叶轮部，所述叶轮部环绕设置在扶正器的一周。

7.根据权利要求6所述的自流注水开关管柱，其特征在于，所述浮子头为锥形头，且所述锥形头的大端与所述第一平直段连接。

8.根据权利要求7所述的自流注水开关管柱，其特征在于，所述管柱的外壁上间隔设置有水流通孔，所述水流通孔环绕设置在所述管柱的一周，且所述水流通孔贯穿至所述管柱的所述缩径口处，并与所述管柱的内部相连通。

9.根据权利要求8所述的自流注水开关管柱，其特征在于，所述管柱通过螺纹、紧固件或焊接与所述套管和所述井筒连接。

10.一种井筒套管，其特征在于，包含权利要求1-9中任一所述的自流注水开关管柱。

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