防砂型液压换层开采管柱及使用方法

技术领域

本发明涉及油田开采技术领域，具体地说是防砂型液压换层开采管柱及使用方法。

背景技术

目前，现有的液压换层开关实现了对2～4层选择性开采反复循环开关，但是对井筒杂质适应性差，只适合于不出砂、井筒比较干净的井筒，而目前井筒中地层出杂质、井筒垢、水泥等大量存在，如果大颗粒卡在换向活塞处开关因砂卡、垢卡等原因无法动作，整个管柱就会失效。所以，需要研制防砂型液压换层开采管柱，阻挡外面大颗粒进入，同时内部流道、刮砂设计降低卡住失效风险。

CN02135269.0不动管柱换层采油井下管柱及其实施工艺，利用防砂后管柱插入密封实现了2层出砂油井利用液压或毛细管换层采油，但是适应层数只能是2层，未涉及开关内部防砂结构设计。CN201520182094.9一种在线调节分层开采生产管柱，利用防砂后插入密封实现分层，利用电缆控制两层开关的打开、关闭或者部分开关，同样只适合2层，需要油管外绑电缆，同样未涉及开关内部防砂结构设计。

以上公开技术的技术方案以及所要解决的技术问题和产生的有益效果均与本发明不相同，针对本发明更多的技术特征和所要解决的技术问题以及有益效果，以上公开技术文件均不存在技术启示。

发明内容

本发明的目的在于提供防砂型液压换层开采管柱及使用方法，防砂型液压开关进液口外配套桥式筛管，阻挡地层砂、杂质、垢等大颗粒，开关优化大流道、刮砂结构，配合轨道销钉等换向结构，实现了2～4层选择性开采，满足了油气田开发中分层不动管柱换层开采对井筒杂质的适应。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，防砂型液压换层开采管柱，包括换层开采开关机构、分流密封机构、桥式防砂机构，所述分流密封机构开设两个单独的开采分流通道，分别为第一开采分流通道、第二开采分流通道，所述桥式防砂机构具有两个单独开采防砂通道，分别为第一开采防砂通道、第二开采防砂通道，所述换层开采开关机构包括轨道换向机构、活塞机构，所述轨道换向机构下端连接活塞机构，活塞机构下端连接分流密封机构的第一开采分流通道，所述分流密封机构外壁丝扣式连接外管，其中轨道换向机构、活塞机构整体位于外管内部，活塞机构与外管之间形成环形空间，该环形空间下端与第二开采分流通道连通，所述分流密封机构下端连接桥式防砂机构，所述第一开采分流通道与第一开采防砂通道连通，所述第二开采分流通道与第二开采防砂通道连通。

所述活塞机构包括活塞、活塞缸、单向阀，所述活塞具有活塞上腔和活塞下腔，两腔之间为封堵段，封堵段外壁安装异型盘根，活塞上腔上端连接轨道换向机构，活塞下腔下端密封式滑行于活塞缸内，活塞缸下端丝扣式连接第一开采分流通道，所述活塞上腔开设径向孔，使所述环形空间与活塞上腔内部连通，所述活塞下腔开设径向通道，使所述环形空间与活塞下腔内部连通，活塞下腔下端口内壁安装单向阀。

所述单向阀包括球、阀座、阀座接头，所述阀座接头丝扣式连接活塞下腔下端口内壁，阀座被挤压在阀座接头上端面和活塞下腔内壁限位台之间，球坐落在阀座上端口。

所述轨道换向机构包括换向管、转环、转环外套、销钉、弹簧，所述转环外套外壁卡在外管内壁的限位台上，外管上端丝扣式连接上接头，上接头下端面压紧转环外套上端，转环外套内壁安装转环，所述销钉固定在转环上，所述转环外套及转环空套在换向管下半段外壁，换向管上半段伸入上接头内，所述换向管外壁开设换向轨道，销钉运行于换向轨道内，所述外管内壁设置弹簧肩台，所述弹簧上端顶住换向管，下端顶住弹簧肩台。

所述换向轨道包括长轨道和短轨道，长轨道与短轨道通过过渡轨道相连通，销钉在长轨道、短轨道、过渡轨道的轨道槽内运动实现长轨道和短轨道的转换。

所述桥式防砂机构包括连接套、上筛管、筛管连接件、下进油内管、下筛管、丝堵，所述连接套上端丝扣式连接第一开采分流通道，连接套下端连接上筛管，上筛管下端连接筛管连接件，筛管连接件丝扣式连接下进油内管外壁，这样下进油内管与上筛管之间的空间构成第一开采防砂通道，所述下进油内管上端连接第二开采分流通道，下进油内管下端连接下筛管，下筛管下端口连接丝堵，所述下进油内管、下筛管、丝堵共同构成第二开采防砂通道。

为了达成上述另一目的，本发明采用了如下技术方案，防砂型液压换层开采方法，包括以下步骤：

第一步骤：内部加液压，压力液经过上接头、换向管、进入活塞上腔，由活塞上腔径向孔流入环形空间，此时压力液一方面给活塞上腔底部压力，一方面给单向阀顶部压力，使活塞下移，活塞带动换向管下移，换向管压缩弹簧，销钉相对移动到换向轨道的换向位；卸掉液压力，在弹簧的回弹力作用下活塞上移，销钉相对移动到换向轨道的长(短)死点从而控制异型盘根8进入/不进入活塞缸13，从而达到控制开关关闭/打开的目的。

第二步骤：生产时，对应层产液经筛管进入连接套、下进油内管环空，经过侧向进液孔进入分流体中心孔，顶开球，穿过活塞侧孔进入活塞、外管之间的环空，再经活塞的筛管孔进入活塞上部，从而生产至地面；

第三步骤：地层砂由筛管阻挡在开关外部。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

该开关设计有轨道换向、分流密封及桥式防砂三部分结构。转环、销钉、转环外套、弹簧、活塞等形成轨道换向机构，控制密封的上下位置；异型盘根、球、密封圈、阀座、阀座接头、活塞缸、分流体等形成分流密封部分，通过位置变化打开、关闭外部流道。连接套、筛管、筛管连接件、下进油内管组成桥式筛管部分，阻挡地层杂质进入开关内部。内部加液压后，球、阀座及密封圈配合活塞缸形成受力面积，推动换向部分下移、压缩弹簧，到达换向轨道点，泄去液压力，弹簧回弹，实现长短轨道点变化，控制外向进液口打开、关闭，每加一次液压变一次轨道，实现上下两层流道的切换，达到循环换层生产的目的；同时多个开关利用不同轨道组合实现2层轮采、合采等方式变化。

本发明实现了进液口防砂、开关内大流道及刮砂结构设计，多种轨道组合实现多开关协同变化，达到不同选择性开采需求。桥式筛管部分，阻挡地层杂质进入开关内部，刮砂结构降低换向时砂卡风险，开关内大颗粒杂质少降低砂埋开关的风险，提高整体管柱效果。相比较现有的换层开关，进一步提高了对大颗粒杂质的适应性，提高工艺成功率。

附图说明

图1为本发明防砂型液压换层开采管柱的结构示意图；

图2为换向管上换向轨道展开构造图。

图中标记：1、上接头；2、外管；3、转环；4、销钉；5、转环外套；6、弹簧；7、活塞；8、异型盘根；9、球；10、密封圈；11、阀座；12、阀座接头；13、活塞缸；14、分流体；15、连接套；16、上筛管；17、筛管连接件；18、下进油内管；19、丝堵；20、换向管；21、下筛管。

22、长轨道；23、短轨道；24、过渡轨道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图2，本发明提供一种技术方案：

防砂型液压换层开采管柱，包括换层开采开关机构、分流密封机构、桥式防砂机构，所述分流密封机构开设两个单独的开采分流通道，分别为第一开采分流通道、第二开采分流通道，所述桥式防砂机构具有两个单独开采防砂通道，分别为第一开采防砂通道、第二开采防砂通道，所述换层开采开关机构包括轨道换向机构、活塞机构，所述轨道换向机构下端连接活塞机构，活塞机构下端连接分流密封机构的第一开采分流通道，所述分流密封机构外壁丝扣式连接外管2，其中轨道换向机构、活塞机构整体位于外管内部，活塞机构与外管之间形成环形空间，该环形空间下端与第二开采分流通道连通，所述分流密封机构下端连接桥式防砂机构，所述第一开采分流通道与第一开采防砂通道连通，所述第二开采分流通道与第二开采防砂通道连通。

所述活塞机构包括活塞7、活塞缸13、单向阀，所述活塞具有活塞上腔和活塞下腔，两腔之间为封堵段，封堵段外壁安装异型盘根，活塞上腔上端连接轨道换向机构，活塞下腔下端密封式滑行于活塞缸内，活塞缸下端丝扣式连接第一开采分流通道，所述活塞上腔开设径向孔，使所述环形空间与活塞上腔内部连通，所述活塞下腔开设径向通道，使所述环形空间与活塞下腔内部连通，活塞下腔下端口内壁安装单向阀。

所述单向阀包括球9、阀座11、阀座接头12，所述阀座接头丝扣式连接活塞下腔下端口内壁，阀座被挤压在阀座接头上端面和活塞下腔内壁限位台之间，球坐落在阀座上端口。

所述轨道换向机构包括换向管20、转环3、转环外套5、销钉4、弹簧6，所述转环外套外壁卡在外管内壁的限位台上，外管上端丝扣式连接上接头1，上接头下端面压紧转环外套上端，转环外套内壁安装转环，所述销钉固定在转环上，所述转环外套及转环空套在换向管下半段外壁，换向管20上半段伸入上接头1内，所述换向管外壁开设换向轨道，销钉运行于换向轨道内，所述外管内壁设置弹簧肩台，所述弹簧6上端顶住换向管，下端顶住弹簧肩台。

所述换向轨道包括长轨道22和短轨道23，长轨道与短轨道通过过渡轨道24相连通，销钉在长轨道、短轨道、过渡轨道的轨道槽内运动实现长轨道和短轨道的转换。换向管以及在换向管上开设的长短轨道属于本技术领域的常规技术。

所述桥式防砂机构包括连接套15、上筛管16、筛管连接件17、下进油内管18、下筛管21、丝堵19，所述连接套上端丝扣式连接第一开采分流通道，连接套下端连接上筛管，上筛管下端连接筛管连接件，筛管连接件丝扣式连接下进油内管外壁，这样下进油内管与上筛管之间的空间构成第一开采防砂通道，所述下进油内管18上端连接第二开采分流通道，下进油内管下端连接下筛管21，下筛管下端口连接丝堵，所述下进油内管18、下筛管21、丝堵19共同构成第二开采防砂通道。

为了达成上述另一目的，本发明采用了如下技术方案，防砂型液压换层开采方法，包括以下步骤：

第一步骤：内部加液压，压力液经过上接头、换向管、进入活塞上腔，由活塞上腔径向孔流入环形空间，此时压力液一方面给活塞上腔底部压力，一方面给单向阀顶部压力，使活塞下移，活塞带动换向管下移，换向管压缩弹簧，销钉相对移动到换向轨道的换向位；卸掉液压力，在弹簧的回弹力作用下活塞上移，销钉相对移动到换向轨道的长(短)死点从而控制异型盘根8进入/不进入活塞缸13，从而达到控制开关关闭/打开的目的。

第二步骤：生产时，对应层产液经筛管16进入连接套15、下进油内管18环空，经过侧向进液孔进入分流体14中心孔，顶开球9，穿过活塞7侧孔进入活塞7、外管2环空，再经活塞7打的筛管孔进入活塞7上部，从而生产至地面。

第三步骤：地层砂由筛管16阻挡在开关外部。

转环3、销钉4、转环外套5、弹簧6、活塞7形成轨道换向机构；异型盘根8、球9、密封圈10、阀座11、阀座接头12、活塞缸13、分流体14形成分流密封机构，连接套15、筛管16、筛管连接件17、下进油内管18、丝堵19形成桥式防砂机构。

使用时内部加液压后，球9、阀座11及密封圈10配合活塞缸13形成受力面积，推动活塞7下移、压缩弹簧6，到达换向轨道点，泄去液压力，弹簧6带动活塞7回弹，转环3、销钉4控制活塞7实现长短轨道点变化；在加液压力下行、卸掉液压力回弹中转环3由上接头1、转环外套5限制轴向活动，只能圆周转动，转环外套5与外管2间有一定间隙，外管2受管柱作用力不会作用在转环外套5、转环3上，从而提高转环3转动的可靠性；活塞7上下移动时，轨道槽限制销钉4沿轨道槽转动，带动转环3转动，同时销钉4配合销钉槽控制活塞7上下位置活动范围，实现控制异型盘根8出、入活塞缸13，从而控制外向进液口打开、关闭，每加一次液压变一次轨道，实现上下两层流道的切换，达到循环换层生产的目的。

该开关设计有轨道换向、分流密封及桥式防砂三部分结构。转环、销钉、转环外套、弹簧、活塞等形成轨道换向机构，控制密封的上下位置；异型盘根、球、密封圈、阀座、阀座接头、活塞缸、分流体等形成分流密封部分，通过位置变化打开、关闭外部流道。连接套、筛管、筛管连接件、下进油内管组成桥式防砂筛管部分，阻挡开关对应层的地层杂质进入开关内部。内部加液压后，球、阀座及密封圈配合活塞缸形成受力面积，推动换向部分下移、压缩弹簧，到达换向轨道点，泄去液压力，弹簧回弹，实现长短轨道点变化，控制外向进液口打开、关闭，每加一次液压变一次轨道，实现上下两层流道的切换，达到循环换层生产的目的；同时多个开关利用不同轨道组合实现2层轮采、合采等方式变化。

本发明实现了进液口防砂、开关内大流道及刮砂结构设计，多种轨道组合实现多开关协同变化，达到不同选择性开采需求。桥式筛管部分，阻挡地层杂质进入开关内部，刮砂结构降低换向时砂卡风险，开关内大颗粒杂质少降低砂埋开关的风险，提高整体管柱效果。相比较现有的换层开关，进一步提高了对大颗粒杂质的适应性，提高工艺成功率。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位指示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发明，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发明的限制。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。