一种油田采油井井下用配注器

技术领域

本发明属于油田井下工具技术领域，尤其涉及一种油田采油井井下用配注器。

背景技术

油田发展到中后期，向储层注水、注入聚合物成为主要的增产手段，配注器是油田三次采油工艺中常用的一种井下工具。传统的配注器安装完毕之后，需要通过井下作业方式将配注器内的堵塞器取出，通过更换堵塞器内水嘴的方式来达到调整注入量的目的，这种调整方式在实施时常常发生投捞器卡死，投捞成功率较低，严重影响作业效率。为此电动配注器应运而生，电动配注器工作原理为，通过电机驱动堵塞器转动，从而打开或者关闭配注通路，但是电动元件在井下的密封性很难保证，而且需要电缆下入井下，给作业带来风险，并且电缆使用量大，成本高。因此，有必要设计一种新型的、机械化的、在不打捞堵塞器的情况下就可以开关配注通路并且能够调量的配注器。

发明内容

为解决背景技术中的问题，本发明提供一种油田采油井井下用配注器，本发明在配注聚合物的过程中不在需要打捞堵塞器更换水嘴便可实现配注通道的开启和调量。

本发明提供的技术方案是：一种油田采油井井下用配注器，包括上接头、上外套、上中心管、阀芯座、下外套、下中心管、下接头和阀芯，上接头、上外套、阀芯座和上中心管围成上腔体，下接头、下外套、阀芯座和下中心管围成下腔体，所述的阀芯安装在所述的阀芯座上的一个轴向孔内，阀芯座的侧面与所述阀芯对应设置有用于过液的进液孔和出液孔，所述的出液孔有两个，按照尺寸大小分别称为大出液孔和小出液孔，两个出液孔处于同一相位；所述的阀芯由上至下依次包括密封凸环A段、扇形槽A段、过液A段、密封凸环B段、环形凹槽段、密封凸环C段、过液B段、扇形槽B段、密封凸环D段，其中大出液孔与扇形槽A段对应，小出液孔与扇形槽B段对应，扇形槽A段带有两个相对阀芯轴线呈中心对称的扇形，扇形槽B段也带有两个相对阀芯轴线呈中心对称的扇形，扇形槽A段的两个扇形与扇形槽B段的两个扇形的相位角相差180度，从而通过阀芯转动180度切换两个出液孔，所述的环形凹槽段为空心管，所述的过液A段和过液B段均为侧壁带有通孔的空心管；阀芯上方设置有阀芯开关组件，所述的阀芯开关组件包括推杆，推杆上方设置有上堵头，上堵头连接在阀芯座上，推杆上端与上堵头相抵靠，推杆下部与阀芯座之间设置有弹簧A，在弹簧A的弹力作用下，推杆具有远离阀芯的趋势，推杆的中部加工有长方形孔，长方型孔内设置有弹簧片，弹簧片的下部卡在推杆的长方形孔内，弹簧片的上端面具有沿阀芯座径向向外弹的趋势，相应的阀芯座上加工对弹簧片上端进行限位的凹槽，凹槽只对弹簧片下行限位，所述的推杆内插装有解锁杆，所述的解锁杆下部穿过弹簧片的上端面，解锁杆的下部加工有斜面，解锁杆下行时将弹簧片沿着阀芯座径向向内推，从而将弹簧片从凹槽内拔出，解锁杆下端与弹簧片下部之间设置有弹簧B，在弹簧B的弹力作用下，解锁杆具有上行的趋势，解锁杆上方的推杆侧壁加工有连通内外的孔A；所述的推杆上端伸入到上腔体内，所述的上中心管外壁固接有螺旋叶片，上中心管与螺旋叶片的转动推动推杆轴向移动，螺旋叶片上方的上腔体内设置有气体发生器，所述的气体发生器包括缸体，缸体包括上下两个盛料腔，两个盛料腔内分别装有混合后发生化学反应并产生气体的两种物质，上下盛料腔之间设置有磁性阀杆，磁性阀杆沿上中心管径向向内移动将两个盛料腔之间连通；对应的上中心管侧壁加工有使磁性阀杆通过的孔B，孔B与螺旋叶片处于不同的相位角上；所述的缸体内腔通过管路与孔A连通，从而化学反应产生的气体推动解锁杆下行；阀芯下方的阀芯座上固接有下堵头，下堵头与阀芯之间设置有弹簧C，在弹簧C的弹力作用下阀芯具有上行的趋势，阀芯的下方固接有转杆，转杆穿过下堵头后下端固接有齿轮，相应的下中心管外侧加工有齿牙，从而齿轮与下中心管外侧的齿牙啮合，与下中心管接触处的阀芯座上固接有导向销D，下中心管外侧加工有与导向销D配合的连续的锯齿形的导向滑道D，下中心管下部固接有转动轴承A，转动轴承A与下接头之间连接有弹簧D，在弹簧D的弹力作用下，下中心管具有相对阀芯座下行的趋势；上中心管、阀芯座和下中心管三者的内侧设置有用于驱动两个中心管转动以及驱动磁性阀杆轴向移动的中央驱动器。

进一步的技术方案是：所述的中央驱动器包括空心套，空心套的内侧滑动密封插装有两个滑动套，每个滑动套的一端从空心套伸出，空心套的外侧间隙套装有两个叶轮扇，两个叶轮扇分别与两个滑动套通过转动轴承B固定连接，从而使滑动套与叶轮扇轴向同步移动，周向可相对转动，从两个滑动套中央穿过同一根芯杆，所述的芯杆两端连接有限位块，限位块与滑动套之间设置有弹簧E,在两侧弹簧E的弹力作用下，两个滑动套具有相互靠近的趋势，所述的芯杆加工有轴向的盲孔和径向的通孔，轴向盲孔与径向通孔连通成为气路通道，所述的气路通道位于两个滑动套之间，两个叶轮扇的接触面分别加工有允许一方单向转动的棘轮齿，两个叶轮扇之间的空心套外侧设置有沿空心套径向弹性伸缩的铁块，铁块上下两侧分别与叶轮扇通过斜面配合，两个叶轮扇相互靠近推动铁块向内收，靠近铁块一端的两个叶轮扇分别加工有锥面；位于上方的叶轮扇外侧加工有导向滑道A，相应的上中心管及阀芯座内壁分别固定连接有导向销A和导向销C；位于下方的叶轮扇外侧固定连接有导向销B，相应的阀芯座及下中心管内壁加工有导向滑道B和导向滑道C。

所述的叶轮扇整体由无磁性材料制成。

进一步的技术方案是：两个出液孔的长度不同，但宽度相同。

本发明的有益效果为：

(1)与现有的机械式配注器相比较，本发明使用过程中不需要打捞堵塞器，不需要更换水嘴，作业工序更简化。

(2)与现有的电动式配注器相比较，本发明不需要下入电缆，作业风险降低的同时，作业成本也大幅降低。

(3)本发明借助于液流动力驱动上中心管的旋转，从而开启阀芯；并再次的借助于液流动力驱动下中心管旋转，从而调节配注量；最终通过借助于液流动力与化学反应的形式进行解锁。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中阀芯的剖面图。

图3是图2中A-A的向视图。

图4是图2中B-B的截面视图。

图5是图2中C-C的截面视图。

图6是图2中D-D的截面视图。

图7是图2中E-E的向视图。

图8是本发明中扇形槽A段在阀芯座内与出液孔的位置关系示意图。

图9是本发明中扇形槽B段在阀芯座内与出液孔的位置关系示意图。

图10是本发明中阀芯开关组件的结构示意图。

图11是本发明中推杆的主视图。

图12是本发明中推杆的俯视图。

图13是本发明中上中心管的俯视图。

图14是本发明中上侧的叶轮扇外侧展开图。

图15是本发明中阀芯座内侧的展开图。

图16是本发明中下中心管内侧展开图。

图17是本发明中下中心管外侧的展开图。

图18是中央驱动器的两个叶轮扇分离状态的结构示意图。

图19是中央驱动器的两个叶轮扇抵靠状态的结构示意图。

图20是两个叶轮扇之间的通过棘轮齿限制对方转动的结构示意图。

图中：1、上接头；2、缸体；3、磁性阀杆；4、导向销A；5、上中心管；6、凹槽；7、阀芯座；8、推杆；9、大出液孔；10、进液孔；11、小出液孔；12、弹簧C；13、下堵头；14、齿轮；15、下外套；17、下接头；18、弹簧D；19、轴承轴承A；20、导向销D；21、导向销C；22、导向销B；23、上外套；24、螺旋叶片；25、孔B；26、盛料腔；26、密封凸环A段；27、扇形槽A段；28、过液A段；29、密封凸环B段；30、环形凹槽段；31、密封凸环C段；32、过液B段；33、扇形槽B段；34、密封凸环D段；35、导向滑道A；36导向滑道B；37、导向滑道C；38、导向滑道D；39、叶轮扇；40、叶轮扇出液口；41、铁块；42、空心套；43、滑动套；44、旋转轴承B；45、芯杆；46、气路通道；47、弹簧E；48、限位块；49、弹簧片；50、上堵头；51、孔A；52、解锁杆；53、弹簧B；54、弹簧A；55、上死点；56、下死点；57、盛料腔。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

本发明包括上接头1、上外套23、上中心管5、阀芯座7、下外套16、下中心管15、下接头17和阀芯，上接头1、上外套23、阀芯座7和上中心管23围成上腔体，下接头17、下外套16、阀芯座7和下中心管15围成下腔体，所述的阀芯安装在所述的阀芯座7上的一个轴向孔内，阀芯座7的侧面与所述阀芯对应设置有用于过液的进液孔10和出液孔。以上为现有技术中已经存在的技术方案，在此不再赘述。

本发明的最主要创新点在于：如图2-图9所示，所述的出液孔有两个，按照尺寸大小分别称为大出液孔9和小出液孔11，两个出液孔的长度不同，但是宽度相同，两个出液孔处于同一相位,所述的阀芯由上至下依次包括密封凸环A段26、扇形槽A段27、过液A段28、密封凸环B段29、环形凹槽段30、密封凸环C段31、过液B段32、扇形槽B段33、密封凸环D段34，四个密封凸环均与阀芯座密封配合，其中大出液孔9与扇形槽A段27对应，小出液孔11与扇形槽B段33对应，扇形槽A段27带有两个相对阀芯轴线呈中心对称的扇形，扇形槽B段33也带有两个相对阀芯轴线呈中心对称的扇形，扇形槽A段27的两个扇形与扇形槽B段33的两个扇形的相位角相差180度，两个出液孔宽度一致的目的在于：其中一个出液孔开始关闭时，另一个出液孔开始打开，从而通过阀芯转动180度来切换两个出液孔。本发明保证在调节配注量的过程中不会发生意外将阀芯关闭的情况，这与现有技术完全的不同，现有技术单个扇形槽段在阀芯座7内旋转调量时，分寸极难控制，存在发生意外关闭配注通道的情况。

所述的环形凹槽段30为空心管，所述的过液A段28和过液B段32均为侧壁带有通孔的空心管；在阀芯下移后，进液孔10与过液A段28相对应，一部分配注液通过过液段A28进入到扇形槽A段27，如果扇形槽A段27阀门开启，则从扇形槽A段27对应的出液孔9出液；另一部分配注液通过过液段A28进入到环形凹槽段30的中心，接着进入到过液B段32，如果扇形槽B段33阀门开启，则从扇形槽B段33对应的出液孔11出液。

阀芯上方设置有阀芯开关组件，如图10所示，所述的阀芯开关组件包括推杆8，推杆8上方设置有上堵头50，上堵头50连接在阀芯座7上，推杆8上端与上堵头50相抵靠，推杆8下部与阀芯座7之间设置有弹簧A54，在弹簧A54的弹力作用下，推杆8具有远离阀芯的趋势，推杆8的中部加工有长方形孔，长方型孔内设置有弹簧片49，弹簧片49的下部卡在推杆8的长方形孔内，弹簧片49的上端面具有沿阀芯座7径向向外弹的趋势，相应的阀芯座7上加工对弹簧片49上端进行限位的凹槽6，凹槽6只对弹簧片49下行限位，所述的推杆8内插装有解锁杆52，所述的解锁杆52下部穿过弹簧片49的上端面，解锁杆52的下部加工有斜面，解锁杆52下行时将弹簧片49沿着阀芯座8径向向内推，从而将弹簧片49从凹槽6内拔出，解锁杆52下端与弹簧片49下部之间设置有弹簧B53，在弹簧B53的弹力作用下，解锁杆52具有上行的趋势，解锁杆52上方的推杆8侧壁加工有连通内外的孔A51。

所述的推杆8上端伸入到上腔体内，所述的上中心管5外壁固接有螺旋叶片24，上中心管5与螺旋叶片24的转动推动推杆8轴向移动，螺旋叶片24上方的上腔体内设置有气体发生器，所述的气体发生器包括缸体2，缸体2包括上下两个盛料腔57，两个盛料腔57内分别装有混合后发生化学反应并产生气体的两种物质，上下盛料腔57之间设置有磁性阀杆3，磁性阀杆3沿上中心管5径向向内移动将两个盛料腔57之间连通；对应的上中心管5侧壁加工有使磁性阀杆3通过的孔B25，磁性阀杆3退到孔B25内以后，两个盛料腔57才得以连通。孔B25与螺旋叶片24处于不同的相位角上；在所述的缸体2内腔通过管路与孔A51连通，从而化学反应产生的气体推动解锁杆52下行。

本实施例中螺旋叶片24只占用上中心管5周向的一半，另一半没有螺旋叶片24，没有螺旋叶片24的部分是留给推杆8复位用的，推杆8想要复位，其下方不能有螺旋叶片24，如果有螺旋叶片24阻挡，那么推杆8复位不能成功，所以本发明创新性的设计出一个与螺旋叶片24不位于同一相位角的用于开启磁性阀杆3的孔B25，在不计划开启磁性阀时，中央控制器每次经过气体发生器段时一定要保证两个叶轮扇39抵靠(即气路通道无气压)，因为即使磁性阀杆3刚好位于孔B25的位置，那么抵靠在一起的两个叶轮扇39也会阻挡磁性阀杆3轴向移动，所以，只有计划开启磁性阀杆3时，将两个叶轮扇39分离暴露出小直径的铁块41才能真正的将磁性阀杆3开启。

阀芯下方的阀芯座7上固接有下堵头13，下堵头13与阀芯之间设置有弹簧C12，在弹簧C12的弹力作用下阀芯具有上行的趋势，阀芯的下方固接有转杆，转杆穿过下堵头13后下端固接有齿轮14，相应的下中心管15外侧加工有齿牙，从而齿轮14与下中心管15外侧的齿牙啮合，与下中心管15接触处的阀芯座7上固接有导向销D20，下中心管15外侧加工有与导向销D20配合的连续的锯齿形的导向滑道D38，下中心管15下部固接有转动轴承A19，转动轴承A19与下接头17之间连接有弹簧D18，在弹簧D18的弹力作用下，下中心管15具有相对阀芯座7下行的趋势。下中心管15每转动相邻两个上死点的圈数，齿轮转动半圈

上中心管5、阀芯座7和下中心管15三者的内侧设置有用于驱动两个中心管转动以及驱动磁性阀杆3轴向移动的中央驱动器。

所述的中央驱动器包括空心套42，空心套42的内侧滑动密封插装有两个滑动套43，每个滑动套43的一端从空心套42伸出，空心套42的外侧间隙套装有两个叶轮扇39(液体从叶轮扇的进口进入，从叶轮扇出液口40流出，从而驱动叶轮扇转动，叶轮扇出液口是沿着叶轮环向间隔设置的长孔。)，两个叶轮扇39分别与两个滑动套42通过转动轴承B44固定连接，从而使滑动套43与叶轮扇39轴向同步移动，周向可相对转动，从两个滑动套43中央穿过同一根芯杆45，所述的芯杆45两端连接有限位块48，限位块48与滑动套43之间设置有弹簧E47,在两侧弹簧E47的弹力作用下，两个滑动套43具有相互靠近的趋势，所述的芯杆45加工有轴向的盲孔和径向的通孔，轴向盲孔与径向通孔连通成为气路通道46，所述的气路通道46位于两个滑动套43之间，两个叶轮扇39的接触面分别加工有允许一方单向转动的棘轮齿，当两个叶轮扇39分离时，二者均可在液流的作用下俯视方向的顺时针转动；当下侧的叶轮扇39被束缚后，上侧的叶轮扇39在水流的作用仍然可以俯视方向的顺时针转动，但是当上侧的叶轮扇39被束缚后，下侧的叶轮扇39不能在水流的作用下转动。两个叶轮扇39之间的空心套42外侧设置有沿空心套42径向弹性伸缩的铁块42，铁块42上下两侧分别与叶轮扇39通过斜面配合，两个叶轮扇39相互靠近推动铁块41向内收，靠近铁块41一端的两个叶轮扇39分别加工有锥面，锥面用来推开圆头磁性阀杆3。

如附图所示，位于上方的叶轮扇外侧加工有导向滑道A35，相应的上中心管5及阀芯座7内壁分别固定连接有导向销A4和导向销C21；位于下方的叶轮扇外侧固定连接有导向销B22，相应的阀芯座7及下中心管15内壁加工有导向滑道B36和导向滑道C37。本申请中导向滑道都为直线型滑道，滑道的上下两端为扩口。

所述的叶轮扇39整体由无磁性材料制成，所以不与磁性阀杆发生磁性吸引。

本发明的具体使用过程是：

一、阀芯开启：

本发明在如图1所示的状态下下井，然后下入中央控制器，当中央控制器的下叶轮扇39位于阀芯座7内，导向滑道B36与导向销B22进入配合状态后，并且中央控制器的上叶轮扇39位于上中心管5内，此时的导向滑道A35与导向销A4进入配合状态后，由于配注液向下过流使两个叶轮扇39发生俯视方向的顺时针转动，阀芯座7是固定不动，因此下叶轮扇39不转动，只有上叶轮扇39在液流作用下转动，上叶轮扇39转动带动上中心管5转动，从而螺旋叶片24转动将推杆8向下推，推杆8将阀芯下推，此时进液孔10与过液A段28连通，配注液既可以到达扇形槽A段28，也可以到达扇形槽B段32，此时如果扇形槽A段27的扇形没有将大出液孔9封堵，则配注液通过大出液孔9出液；如果扇形槽B段33的扇形没有将小出液孔11封堵，则配注液通过小出液孔11出液。

二、阀芯旋转调节配注量：

当需要调大或者调小配注量时，提放中央控制器，使中央控制器的上叶轮扇39位于阀芯座7内，此时导向滑道A35与导向销C进入配合状态，中央控制器的下叶轮扇39位于下中心管15内，此时的导向滑道C37与导向销B22进入配合状态，由于配注液向下过流使两个叶轮扇39发生俯视方向的顺时针转动，阀芯座7是固定不动，因此上叶轮扇39不转动，下叶轮扇39在上叶轮扇39棘轮齿的限制下无法顺时针转动，此时启动井上气源，气体进入到气路通道46，将两个滑动套43推开，使二者相互远离，由于两个滑动套43与两个叶轮扇39轴向联动，因此两个叶轮扇39也相互远离，二者的棘轮齿限位解除，从而下叶轮扇39可在配注液的液流下转动，带动下中心管15转动，下中心管15俯视方向顺时针转动过程中，导向销D20在导向滑道D38内滑动，使下中心管15发生轴向向上的移动，当导向销D20到达下死点56位置后，下中心管15便不能转动，提放中央控制器离开该位置后，在弹簧D18的弹力作用下，下中心管15向下移动复位，此时导向销D20再次来到上死点55；过程中下中心管15驱动齿轮14转动固定周数，进行了一次出液孔的切换，完成了调量操作。

三、阀芯关闭：

当配注完成，需要关闭阀芯时，提放中央控制器，当中央控制器的下叶轮扇39位于阀芯座7内，导向滑道B36与导向销B22进入配合状态后，并且中央控制器的上叶轮扇39位于上中心管5内，此时的导向滑道A35与导向销A4进入配合状态后，由于配注液向下过流使两个叶轮扇39发生俯视方向的顺时针转动，阀芯座7是固定不动，因此下叶轮扇39不转动，只有上叶轮扇39在液流作用下转动，上叶轮扇39转动带动上中心管5转动；此时启动井上气源，气体进入到气路通道46，将两个滑动套43推开，使二者相互远离，由于两个滑动套43与两个叶轮扇39轴向联动，因此两个叶轮扇39相互远离，将外径小于叶轮扇39的铁块41暴露出来，直径较小的铁块41与磁性阀杆3发生磁性吸引，引力径向向内拉动磁性阀杆3，随着上中心管5的转动，磁性阀杆3只能通过孔B25伸入到上中心管5中与铁块41吸合，吸合后磁性阀杆3轴向移动的距离刚开将两个盛料腔57连通，使缸体2内两种化学物质发生化学反应并生成气体，气体在通过管路推动解锁杆52下行，将弹簧片49从凹槽6中拔出，从而使推杆8复位，阀芯复位，阀芯得以关闭。阀芯关闭后停止井上气源，气路通道46气压降低，无法维持两个滑动套43保持相互远离的状态，在弹簧E48的弹力作用下，两个叶轮扇39产生较大的相互靠近的趋势，叶轮扇39的锥面推挤圆头形的磁性阀杆3径向向外移动，将磁性阀杆3与铁块41强行分离，从而可顺利的提放中央控制器。