CN213392096U - 一种油气井充填防砂用底部充填阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的是一种油气井充填防砂用底部充填阀，本工具设有上接头、循环管和丝堵，循环管的管体上设有出砂口；其中，上接头与上短节、上接箍、下连接管、下接箍、循环管和丝堵顺序螺纹连接后形成底部充填阀的阀体，底部充填阀的阀体中至少装有一套防回流翻板机构；防回流翻板机构一安装在上短节的底部，防回流翻板机构一中的翻板与上短节的底部铰接并通过扭簧固定在上短节的底部；在所述上短节的内腔中还设有密封件；所述循环管管体中出砂口的旋转方向与油气井充填防砂管柱中充填插管的充填口的旋转方向相符。在本工具中，能够根据地层情况，选择连接安装一套防回流翻板机构或者安装多套防回流翻板机构，有效提高了施工效率和充填效果。

Description

一种油气井充填防砂用底部充填阀

技术领域

本实用新型涉及石油工业油气井的充填防砂工具，特别是一种油气井充填防砂用底部充填阀。

背景技术

目前，油气田勘探开发过程中，砾石充填防砂工艺是普遍采取的防砂技术。由于完井管柱底部充填施工的特殊性以及在充填防砂施工中经常出现携砂液在高流速作用下对井壁冲击所造成的井壁坍塌，目前连接在完井管柱中的底部充填阀存在着结构缺陷和使用缺陷。因为目前使用的底部充填阀在施工中没有对充填防砂管柱形成有效密封，携砂液能够沿着底部充填阀与充填防砂管柱之间的环空返出，携砂液没有完全流至底部充填阀的外部、也就没有完全进入地层。致使目前防砂井普遍存在充填砂充填不均匀、不致密、层间防砂效果不明显以及底部充填阀关闭困难、密封效果差等问题，造成油气井防砂效果欠佳，防砂有效周期较短，油气层的供液能力差等不良后果。

因此，研制和开发砾石充填的底部充填工具，防止砾石充填过程中井壁遭到破坏、携砂液倒返等现象，保证施工结束后底部充填工具能够可靠关闭，实现砾石充填防砂工艺的顺利开展具有重要现实意义。

通过专利检索，检出的相关专利文献情况如下：

一种水平井双向洗井阀，专利号“200920046260.7”：该实用新型涉及一种水平井双向洗井阀，涉及一种油田作业辅助装置，包括套管短节，套管短节中部的管赔上设有若干通孔，套管短节的一端连接套管接推，另一端连接引鞋，在设置通孔的套管短节外套置防砂过滤套，防砂过滤套的两端分别设有防砂保护套支撑环，每个支撑环分别焊接在套管短节上；套管接推内设有径向凸台，套管短节内设有密封芯子，密封芯子内设有台阶，密封芯子的一端抵触在凸台上， 另一端内螺纹连接油管短节，油管短节的管壁上设有若干通孔，汕管短节内设有阀球、弹簧和顶杆， 弹簧的两端分别抵触在阀球和顶杆上，阀球位千密封芯子的台阶处，油管短节和顶杆的另一端抵触在引鞋内。在油田水平井裸眼筛管防砂完井时，能防砂、替浆、解堵、正反洗井用。

该工具应用与油田水平井裸眼筛管防砂完井时，能防砂、替浆、解堵、正反洗井用。但该工具在防砂过程中，阀球密封部位易积砂，致使工具密封不严，这种设计目前已经被板阀替代。

水平井完井用洗井阀，专利号“201020537232.8”：该实用新型涉及一种水平井完井用洗井阀，包括上接头、基管、工作筒、上堵头、芯管、内弹簧、死堵、外插座和插管装置等。所述上接头顺次与基管和引鞋相连接，外插座安装于基管内，外插座顺次与内插座、内接头、工作筒和死堵相连接，死堵上安装有扶正块，内插座下安装有顶座，插管装置安装于上堵头、内插座和外插座上，上堵头顺次与皮碗上接头、调节环、芯管、皮碗下接头和下堵头相连接，下堵头下安装有内弹簧，皮碗下接头下安装有外弹簧，调节环下、皮碗下接头上、工作筒与芯管之间的环空中顺次安装有压帽、皮碗、支撑环。本实用新型具有密封面积大、密封效果好、不受脏物影响、结构简单可靠、防砂效果好等特点，广泛在石油开采的水平井完井及防砂工艺中应用。

该工具应用于防砂洗井领域，将钢球与锥形密封面密封，改为皮碗与工作筒密封。但是当防砂插管拔出后，上堵头处易积砂，存在密封不严的风险；其次出砂循环孔设计不合理，施工时液流90度冲击地层，易造成地层砂坍塌，引起泵压升高甚至充填失败。

水平井用可充填双向洗井阀，专利号“201420184825.9”：该实用新型涉及一种水平井用可充填双向洗井阀。其技术方案是 ：上接箍与上接管的外壁相连，上导向接头与上接管的内壁相连，上接管与中接管相连，单向阀座通过第一定位环与中接管相连，中接管内设有下导向接头，下导向接头与单向阀相连，单向阀通过空心销、扭簧与单向阀座相连，单向阀的下部设有定位阀座，定位阀座通过第二定位环与中接管内壁相连，定位阀通过定位阀销与定位阀座相连，中接管的下端与下接管的上端相连，下接管的下端与出液管相连，出液管与尾罩相连。有益效果是：其密封性能可靠，洗井液流向转换平滑，不损坏井壁，单向阀开启、打开方便可靠，可双向洗井，可充填防砂等，广泛应用在石油开采的水平井完井洗井以及充填防砂工艺中。

该工具涉及一种水平井用洗井阀，特别涉及一种水平井用可充填双向洗井阀。该工具存在以下不足，一是单阀密封，目前关闭阀一般为2套，双保险；二是出砂循环孔设计不合理，施工时液流90度冲击地层，易造成地层砂坍塌，引起泵压升高甚至充填失败。

阀板式边冲边下充填工具，专利号“201821337377.6”：本实用新型涉及完井技术领域，涉及阀板式边冲边下充填工具。阀板式边冲边下充填工具包括密封筒、阀体、充填筒、冲洗头和密封插头。当管柱下入遇阻时，通过密封插头推开阀板后形成的循环通道实现管柱的边冲边下，将管柱底部的砂子洗出地面，使管柱顺利下至指定位置；然后投入钢球并进行打压测试密封度，然后继续打压，剪断球座，露出充填口，进行充填工作，充填完成后，提出密封插头，阀板在复位弹力件的作用下复位，保证密封。通过这样的设置提高工作效率。

该工具涉及完井技术领域，具体而言，涉及阀板式边冲边下充填工具。该工具最低端设计有冲洗头，目的是防止下管柱遇阻便于冲洗，而与实际施工严重不符，如果下套管遇阻，因其前端有筛管无法实现冲洗。在下防砂管柱时遇阻，遇阻部位只能在该工具阀体下部，因为内部的阀体是单向阀。冲洗头的副作用是下筛管及套管过程中，井筒中的沉积物会进入该工具中，目前充填阀最低端都是导向盲头；该工具设计了验管球座，从表面看好像多出一个功能，其实有点华而不实；三是出液孔施工时液流90度冲击地层，易造成地层砂坍塌，存在施工安全隐患。

油气井砾石充填防砂施工中使用的底部充填工具，仍需改进。

发明内容

本实用新型的目的就是提供一种油气井充填防砂用底部充填阀，防止充填施工中携砂液沿着底部充填阀与充填防砂管柱之间的环空返出，减少携砂液对井壁的冲刺、防止井壁坍塌堵塞出砂口。提高施工质量，提高油气井的防砂效果，延长防砂有效周期，降低生产成本。

本实用新型的技术解决方案是：

一种油气井充填防砂用底部充填阀设有上接头、循环管和丝堵，循环管的管体上设有出砂口：

其中，上接头与上短节、上接箍、下连接管、下接箍、循环管和丝堵顺序螺纹连接后形成底部充填阀的阀体，底部充填阀的阀体中至少装有一套防回流翻板机构；

防回流翻板机构一安装在上短节的底部，防回流翻板机构一中的翻板与上短节的底部铰接并通过扭簧固定在上短节的底部；

在所述上短节的内腔中还设有密封件；

所述循环管管体中出砂口的旋转方向与油气井充填防砂管柱中充填插管的充填口的旋转方向相符。

所述在所述上接箍与下连接管之间还连接着中短节和中接箍，中短节的内腔设有密封件、底部还装有防回流翻板机构二；增加所述上短节或中短节在底部充填阀阀体中的连接个数、能够连接更多的防回流翻板机构。

所述防回流翻板机构一或防回流翻板机构二设有翻板、扭簧固定座和扭簧，翻板板体一侧设有铰接孔，翻板板体的上部是圆锥形密封台、底部设有扭簧固定座，扭簧的一端固定在上短节或中短节筒体的底部一侧，扭簧的另一端固定在扭簧固定座上面；扭簧固定座与翻板的板体能够整体制做或者将扭簧固定座焊接在翻板板体的底部。

所述上短节和中短节筒体的底部一侧设有两个翻板连接耳和一个翻板连接轴，所述翻板连接耳中设有轴孔，翻板连接轴从翻板连接耳的轴孔和翻板的铰接孔中穿入；扭簧的一端固定在翻板连接轴的外面，在扭簧的作用下，翻板能够实现90度向下翻转。

所述翻板板体中圆锥形密封台的最大外径大于上短节或中短节中心孔的孔径，能够密封上短节或中短节的中心孔。

所述上短节和中短节中心孔的孔径与油气井充填防砂管柱中充填插管的外径间隙配合。

所述上短节的中心孔小于上接头的中心孔、能够在上短节的上端面与上接头的中心孔之间形成限位台阶；底部充填阀的总长度大于油气井充填防砂管柱中充填插管的长度。

所述密封件安装在上短节和中短节中心孔的两端，上短节和中短节两端的密封件之间的距离大于1.5米。

所述所述循环管管体中的出砂口是与充填插管的充填口旋转方向一致并且下斜的螺旋孔，循环管中出砂口的中心线与循环管的中心线之间的夹角设定在25度－35度之间；循环管的管体中至少设有一圈出砂口，循环管管体一圈中的出砂口至少设有三个；循环管的管体中设有一圈以上的出砂口时，每一圈中的出砂口交错设置；循环管中的出砂口在施工过程中位于充填插管的充填口上方。

所述防回流翻板机构中的翻板下翻后处于上短节与中短节之间的上接箍中以及中短节与下连接管之间的中接箍中。

本实用新型的显著使用效果如下述：

使用本实用新型后，充填防砂管柱中的充填插管从本实用新型中的上短节和中短节中插入，而上短节和中短节中均设有密封件，能够保证与充填插管之间的有效密封，同时上短节和中短节的底部装有防回流翻板机构、分别是防回流翻板机构一和防回流翻板机构二。当防砂充填施工结束，充填防砂管柱从本工具中提出时，防回流翻板机构在扭簧的作用下，能够自动上翻，将底部充填阀及时关闭，有效防止了携砂液的上返。在本工具中，能够根据地层情况，选择连接安装一套防回流翻板机构或者安装多套防回流翻板机构。

本工具中防回流翻板机构的翻板上部为圆锥形密封台，在翻板关闭的状态下，圆锥形密封台与上短节和中短节的中心孔内壁贴合，形成良好的密封，有效防止携砂液上返。防回流翻板机构中的扭簧一端固定在上短节和中短节的底部，另一端固定在扭簧固定座上面，翻板与上短节以及中短节之间采用铰接连接，可以向下翻转90°，扭簧能够推动翻板使其与上短节和中短节处于密封状态。综上所述，本实用新型的具体优点还在于：

（1）本工具中的防回流翻板机构采用扭簧和翻板结构替代了传统的弹簧钢球结构，扭簧和翻板结构位于循环管的出砂口上方，在砾石充填施工时受携砂液的影响较小，不会被携砂液冲刷损伤，也不会被充填砂填埋，保证了充填完成后本工具能够有效关闭；若要在本工具中增加防回流翻板机构的数量，只要增加本工具中连接的上短节或中短节的数量即可；

（2）循环管的出砂口是下斜的螺旋孔，在循环管中的管体中设置多圈出砂口时，出砂口交错排列且在施工中将油气井充填防砂管柱中充填插管的充填口下至循环管的出砂口下方，代替了传统的径向垂直充填口；防砂施工时，充填插管外面的流体旋转推进，保证携砂液始终处于悬浮状态，起到了防止沉砂和提高充填效果的作用；

（3）在油气井充填防砂管柱中的充填插管插入本工具时，翻板和扭簧固定座能够实现90°向下翻转，翻转后的翻板和扭簧固定座处于上接箍和中接箍中的空腔内，不会影响本工具底部的内部通径，实现了最大过流面积，有效提高了施工效率和充填效果。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的工作状态示意图。

图3是图1中防回流翻板机构的结构示意图。

具体实施方式

附图仅为参考与说明之用，并非用以限制本实用新型的保护范围。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，所描述的实施例仅仅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。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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。此外，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参见图1和图2，一种油气井充填防砂用底部充填阀，设有上接头1、循环管10和丝堵11，循环管10的管体上设有出砂口：

其中：上接头1与上短节2、上接箍4、下连接管8、下接箍9、循环管10和丝堵11顺序螺纹连接后形成底部充填阀的阀体，底部充填阀的阀体中至少装有一套防回流翻板机构；

防回流翻板机构一3安装在上短节2的底部，防回流翻板机构一3中的翻板31与上短节2的底部铰接并通过扭簧33固定在上短节2的底部；

在所述上短节2的内腔中还设有密封件；

所述循环管10管体中出砂口的旋转方向与油气井充填防砂管柱中充填插管12的充填口的旋转方向相符。

本实用新型相对用直孔做出砂口，可以降低充填压力，防止携砂液对井壁的冲刺所造成的坍塌、对出砂口的堵塞，保证充填施工的正常进行。当油气井充填防砂管柱中的充填插管12插入到底部充填阀中时，顶开防回流翻板机构后插至循环管10的下部，充填防砂作业时，上短节2内腔中的密封件能够防止携砂液通过油气井充填防砂管柱中的充填插管12与上短节2之间的环空回流至地面；当充填防砂施工完毕，油气井充填防砂管柱中的充填插管12从底部充填阀中提出时，防回流翻板机构翻转堵住上短节2的内通径，有效防止了携砂液回流，大大幅提高了防砂效果。

在上述实施例一的基础上，本实用新型还有以下实施例：

在所述上接箍4与下连接管8之间还连接着中短节5和中接箍7，中短节5的内腔设有密封件、底部装有防回流翻板机构二6；增加所述上短节2或中短节5在底部充填阀阀体中的连接个数、能够连接更多的防回流翻板机构，可进一步增加密封和防止携砂液回流的效果。

所述防回流翻板机构一3或防回流翻板机构二6设有翻板31、扭簧固定座32和扭簧33，翻板31板体一侧设有铰接孔，翻板31板体的上部是圆锥形密封台、底部设有扭簧固定座32，扭簧33的一端固定在上短节2或中短节5筒体的底部一侧，扭簧33的另一端固定在扭簧固定座32上面；扭簧固定座32与翻板31的板体能够整体制做或者将扭簧固定座32焊接在翻板31板体的底部。

所述上短节2和中短节5筒体的底部一侧设有两个翻板连接耳和一个翻板连接轴，所述翻板连接耳中设有轴孔，翻板连接轴从翻板连接耳的轴孔和翻板31的铰接孔中穿入；扭簧33的一端固定在翻板连接轴的外面，在扭簧33的作用下，翻板31能够实现90度向下翻转。

所述翻板31板体中圆锥形密封台的最大外径大于上短节2或中短节5中心孔的孔径，能够密封上短节2或中短节5的中心孔。

所述上短节2和中短节5中心孔的孔径与油气井充填防砂管柱中充填插管12的外径间隙配合。在上短节2和中短节5中密封件的配合下，与充填插管12形成良好的密封，有效防止携砂液通过油气井充填防砂管柱中充填插管12与上短节2和中短节5之间的间隙返流。

所述上短节2的中心孔小于上接头1的中心孔、能够在上短节2的上端面与上接头1的中心孔之间形成限位台阶；底部充填阀的总长度大于油气井充填防砂管柱中充填插管12的长度，根据油气井充填防砂管柱中充填插管12的长度设置本工具的长度。如：通过加长或缩短下连接管8的长度，能够限制油气井充填防砂管柱中充填插管12的插入深度、防止过度插入。

所述密封件安装在上短节2和中短节5中心孔的两端，上短节2和中短节5两端的密封件之间的距离大于1.5米，能够与油气井充填防砂管柱中的充填插管12形成有效的密封段。

所述所述循环管10管体中的出砂口是与充填插管12的充填口旋转方向一致并且下斜的螺旋孔，循环管10中出砂口的中心线与循环管10的中心线之间的夹角设定在25度－35度之间；循环管10的管体中至少设有一圈出砂口，循环管10管体一圈中的出砂口至少设有三个；循环管10的管体中设有一圈以上的出砂口时，每一圈中的出砂口交错设置；循环管10中的出砂口在施工过程中位于充填插管12的充填口上方。

所述防回流翻板机构中的翻板31下翻后处于上短节2与中短节5之间的上接箍4中以及中短节5与下连接管8之间的中接箍7中。也就是说，上接箍4中连接的上短节2和中短节5之间的距离以及中接箍7中连接的中短节5和下连接管8之间的距离大于翻板31的最大外径。油气井充填防砂管柱中的充填插管12从本工具中插入时，翻板31随之下翻，不影响本工具的内通径。

本工具的工作原理和使用方法如下述：

当本底部充填阀随完井管柱下入到井底后，防砂施工所用的油气井充填防砂管柱中的充填插管12从本实用新型内部插入。本实用新型中设置了两个防回流翻板机构，分别是防回流翻板机构一3和防回流翻板机构二6。

充填插管12的下端设有左旋向上的充填口，其充填口处于所述循环管10中出砂口的下方。

防砂施工时，充填插管12从本工具的上接头1处插入，上短节2、中短节5中设置的密封件的有效密封长度大于1.5m，能够对充填插管12实现有效密封，阻断了携砂液从本工具与充填插管12之间上返的可能。

上短节2与上接头1的内腔之间形成的限位台阶，限制了充填插管12的最大插入深度，保证了充填插管12的充填口中的携砂液到循环管10的出砂口之间的衔接。

本实用新型中的防回流翻板机构在充填插管12插入时，能够实现90°向下翻转，翻转后的翻板31和扭簧固定座32分别处于上接箍4和中接箍7的空腔内，不会影响本工具底部的内通径，有助于防砂施工中实现最大过流面积。

施工结束后，防回流翻板机构中的翻板31和扭簧固定座32在扭簧33的作用下翻转回到原位置，翻板31上部的圆锥形密封台与上短节2、中短节5的底部再次形成密封，防止充填的携砂液回流，降低了施工风险。

上述具体实施方式仅是本实用新型的具体个案，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施方式。但是凡是未脱离本实用新型技术原理的前提下，依据本实用新型的技术实质对以上实施方式所作的任何简单修改、等同变化与改型，皆应落入本实用新型的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种油气井充填防砂用底部充填阀，设有上接头、循环管和丝堵，循环管的管体上设有出砂口，其特征是：

所述上接头与上短节、上接箍、下连接管、下接箍、循环管和丝堵顺序螺纹连接后形成底部充填阀的阀体，底部充填阀的阀体中至少装有一套防回流翻板机构；

防回流翻板机构一安装在上短节的底部，防回流翻板机构一中的翻板与上短节的底部铰接并通过扭簧固定在上短节的底部；

在所述上短节的内腔中还设有密封件；

所述循环管管体中出砂口的旋转方向与油气井充填防砂管柱中充填插管的充填口的旋转方向相符。

2.如权利要求1所述的一种油气井充填防砂用底部充填阀，其特征是，所述在所述上接箍与下连接管之间还连接着中短节和中接箍，中短节的内腔设有密封件、底部还装有防回流翻板机构二；增加所述上短节或中短节在底部充填阀阀体中的连接个数、能够连接更多的防回流翻板机构。

3.如权利要求2所述的一种油气井充填防砂用底部充填阀，其特征是，所述防回流翻板机构一或防回流翻板机构二设有翻板、扭簧固定座和扭簧，翻板板体一侧设有铰接孔，翻板板体的上部是圆锥形密封台、底部设有扭簧固定座，扭簧的一端固定在上短节或中短节筒体的底部一侧，扭簧的另一端固定在扭簧固定座上面；扭簧固定座与翻板的板体能够整体制做或者将扭簧固定座焊接在翻板板体的底部。

4.如权利要求3所述的一种油气井充填防砂用底部充填阀，其特征是，所述上短节和中短节筒体的底部一侧设有两个翻板连接耳和一个翻板连接轴，所述翻板连接耳中设有轴孔，翻板连接轴从翻板连接耳的轴孔和翻板的铰接孔中穿入；扭簧的一端固定在翻板连接轴的外面，在扭簧的作用下，翻板能够实现90度向下翻转。

5.如权利要求3所述的一种油气井充填防砂用底部充填阀，其特征是，所述翻板板体中圆锥形密封台的最大外径大于上短节或中短节中心孔的孔径，能够密封上短节或中短节的中心孔。

6.如权利要求3所述的一种油气井充填防砂用底部充填阀，其特征是，所述上短节和中短节中心孔的孔径与油气井充填防砂管柱中充填插管的外径间隙配合。

7.如权利要求1所述的一种油气井充填防砂用底部充填阀，其特征是，所述上短节的中心孔小于上接头的中心孔、能够在上短节的上端面与上接头的中心孔之间形成限位台阶；底部充填阀的总长度大于油气井充填防砂管柱中充填插管的长度。

8.如权利要求2所述的一种油气井充填防砂用底部充填阀，其特征是，所述密封件安装在上短节和中短节中心孔的两端，上短节和中短节两端的密封件之间的距离大于1.5米。

9.如权利要求1所述的一种油气井充填防砂用底部充填阀，其特征是，所述循环管管体中的出砂口是与充填插管的充填口旋转方向一致并且下斜的螺旋孔，循环管中出砂口的中心线与循环管的中心线之间的夹角设定在25度－35度之间；循环管的管体中至少设有一圈出砂口，循环管管体一圈中的出砂口至少设有三个；循环管的管体中设有一圈以上的出砂口时，每一圈中的出砂口交错设置；循环管中的出砂口在施工过程中位于充填插管的充填口上方。

10.如权利要求4所述的一种油气井充填防砂用底部充填阀，其特征是，所述防回流翻板机构中的翻板下翻后处于上短节与中短节之间的上接箍中以及中短节与下连接管之间的中接箍中。

Images