一种丢手式固定阀、注采工艺管柱及其方法与流程

本发明涉及采油工程的技术领域，特别涉及一种丢手式固定阀、具有该丢手式固定阀的注采工艺管柱、及注采工艺方法。

背景技术：

目前稠油在油田中的产量占总产油的比量较大，主要采取注蒸汽吞吐的开发方式。现有技术中，注汽与开采分两个作业阶段进行，作业顺序依次为：注入蒸汽-焖井-起出注汽管柱-下生产管柱-开井生产，需要先后起下两趟管柱，在此过程中，起出注汽管柱的工序耗费了较多的时间，给油井生产管理带来了诸多不利影响，耗费了大量的维护性作业成本，延误了油井生产时率。

同时在起出注汽管柱的工序中，容易发生井喷事故，容易发生危险，给生产带来不必要的麻烦，也加大了作业的劳动强度，给环境带来了污染，不利于当前绿色生产要求。

技术实现要素：

为解决的注采工艺复杂的技术问题，本发明提出一种丢手式固定阀、注采工艺管柱及其方法，通过阀球的坐封，即可从注汽作业切换到开采作业，实现了注采一体化，省略了起出注汽管柱的中间工序，节省了时间，促进了生产。

本发明提出一种丢手式固定阀，所述丢手式固定阀包括本体、呈筒状的滑套、至少三个滑块、阀座和阀球；

所述本体上设置从上至下贯通的轴向通道；所述滑套固定在所述轴向通道内，其内壁的横截面形状从上至下逐渐扩大，所述滑套的内壁上设置与所述滑块的数量相同的轨道，各所述轨道与各所述滑块一一对应；各所述滑块的一侧能上下滑动地置于对应的所述轨道内，各所述滑块的另一侧伸出所述轨道；

所述阀座固定在所述轴向通道内，且位于所述滑套的下方，所述阀座上沿所述轴向通道的轴向开设坐封孔；

所述阀球能进入所述轴向通道内，并抵靠在各所述滑块的另一侧的上端边缘，所述阀球挤压各所述滑块分别沿对应的所述轨道向下滑动，直至所述阀球能经各所述滑块的上端围成的空隙继续向下落入，并坐封在所述坐封孔上。

进一步地，所述本体包括从上至下依次设置的均具有贯通孔的泵接箍、固定阀罩和阀接头，所述泵接箍的贯通孔、所述固定阀罩的贯通孔和所述阀接头的贯通孔依次连通；

所述滑套置于所述泵接箍的贯通孔内，所述阀座置于所述固定阀罩的贯通孔内，所述阀座位于所述阀接头的上方。

更进一步地，所述泵接箍的贯通孔的内壁的下部设置第一轴肩，所述滑套紧密抵靠在所述第一轴肩上；所述泵接箍的贯通孔的下开口套装在所述固定阀罩的外侧；

所述丢手式固定阀还包括位于所述滑套与所述固定阀罩之间的支撑环，所述支撑环的外壁与所述泵接箍的贯通孔的内壁贴合，所述支撑环的上端面抵靠在所述滑套的下端面上，所述支撑环的下端面抵靠在所述固定阀罩的上端面上。

更进一步地，所述丢手式固定阀还包括竖直设置在所述支撑环内的弹簧，所述弹簧的上端顶靠在各所述滑块的下端面上，其下端顶靠在所述固定阀罩的上端面上。

更进一步地，所述弹簧为锥形弹簧，各所述滑块的下端面上开设环形的沟槽，所述锥形弹簧的上端置于所述沟槽内。

更进一步地，所述丢手式固定阀还包括设置在所述弹簧的下端与所述固定阀罩的上端面之间的环形底垫。

作为一种可实施的方式，各所述轨道均为开设在所述滑套的内壁上的凹槽，各所述滑块的一侧能上下滑动地置于对应的所述凹槽内，各所述滑块的另一侧伸出所述凹槽。

作为另一种可实施的方式，各所述轨道均包括相对设置的两根限位条，各所述轨道的两根所述限位条与所述滑套的内壁之间分别围成滑移槽；

各所述限位条分别具有相对设置的固定侧和限位侧，各所述固定侧均固定在所述滑套的内壁上；各所述轨道中，两个所述固定侧之间的间距大于两个所述限位侧之间的间距；

各所述滑块分别包括并排设置的滑移部和托置部，所述滑移部的宽度大于所述托置部的宽度；各所述滑移部分别能上下滑动地置于对应的所述轨道的所述滑移槽内，各所述托置部分别伸出对应的所述轨道的所述滑移槽，所述阀球能挤压各所述托置部的内侧面的上端边缘。

进一步地，所述固定阀罩的贯通孔的内壁的下部设置第二轴肩，所述阀座紧密抵靠在所述第二轴肩上；

所述固定阀罩的贯通孔的下开口套装在所述阀接头的外侧，所述阀座的下端面抵靠在所述阀接头的上端面上。

进一步地，所述滑套的内壁围成梯形柱或截锥体。

本发明还提出一种注采工艺管柱，所述注采工艺管柱包括从上至下依次设置的具有贯通孔的抽油杆、具有贯通孔的柱塞和上述的丢手式固定阀；

所述柱塞连接在所述抽油杆的下端，所述柱塞至少包括能上下伸缩的游动阀罩；所述丢手式固定阀固定于外界的井筒的底部，且设置在所述柱塞的下方；

阀球从上至下依次通过所述抽油杆的贯通孔和所述柱塞的贯通孔落入轴向通道内，所述游动阀罩向下伸出并推动所述阀球，所述阀球挤压各所述滑块。

进一步地，所述丢手式固定阀间隔设置在所述柱塞的下方。

本发明还提出一种注采工艺方法，采用上述的注采工艺管柱，所述注采工艺方法包括如下步骤：

步骤S10，将滑套、至少三个滑块和阀座分别安装在本体的轴向通道内，然后将所述滑套、所述滑块和所述阀座随所述本体下放到井筒内；将柱塞连接在抽油杆的下端，并下放所述抽油杆和所述柱塞；从上至下依次通过所述抽油杆的贯通孔、所述柱塞的贯通孔和所述轴向通道注入蒸汽，直至完成注汽作业；

步骤S20，下放阀球，所述阀球从上至下依次通过所述抽油杆的贯通孔和所述柱塞的贯通孔，进入所述轴向通道内，所述阀球抵靠在各所述滑块的另一侧的上端边缘；

步骤S30，所述游动阀罩向下伸出并推动所述阀球，所述阀球挤压各所述滑块，各所述滑块分别沿对应的所述轨道向下滑动，直至所述阀球能经各所述滑块的上端围成的空隙在所述轴向通道内继续向下落入，并坐封在所述坐封孔上；

步骤S40，井筒内的原油通过所述轴向通道的下开口进入所述轴向通道，所述原油向上顶起所述阀球；所述原油通过所述阀球与所述坐封孔之间的间隙继续向上注入，然后从下至上依次通过所述柱塞的贯通孔和所述抽油杆的贯通孔到达地面，直至完成开采作业。

本发明相比于现有技术的有益效果在于：本发明的丢手式固定阀，不仅能在投入阀球之前进行注汽作业；本发明还能在投入阀球，阀球在坐封孔处形成坐封之后，再进行开采作业，注汽作业和生产作业只需下入一趟管柱，避免了在注汽作业完成后，还需起出注汽管柱，然后下入生产管柱。本发明的丢手式固定阀实现了注汽和生产管柱的一体化，减少了作业工序，节约了作业成本，提高了油井的有效生产时率。

当阀球经各滑块的上端围成的空隙继续下落后，此时阀球不再作用于各滑块，抵靠在各滑块下方的弹簧不再受到挤压，就会在自身弹力作用下逐渐恢复。弹簧推动各滑块分别沿对应的轨道向上滑动，直至弹簧恢复到初始状态，各滑块上升到初始位置。当阀球向上被顶起时，由于各滑块的上端围成的空隙再次小于阀球的外径，阀球不会通过滑套上返，保证了作业的安全性。

本发明的注采工艺管柱及其方法，实现了注采一体化，避免了起出注汽管柱后下入生产管柱，减少了中间作业环节，需要开采时，只要投入阀球，按常规方式下入抽油杆和柱塞即可，为生产争取了更多的时间。而且本发明的注采工艺管柱及其方法，减少了作业次数，减轻了劳动强度，进而减少了对环境的不利影响，提高了油井的开井时率。另外，本发明的注采工艺管柱可以采用筒式泵，其排量比较高，提高了生产时率。

附图说明

图1为本发明的丢手式固定阀的主视剖面示意图；

图2为本发明的丢手式固定阀的阀球抵靠在各滑块的另一侧的上端边缘的主视示意图；

图3为本发明的注采工艺管柱的游动阀罩推动丢手式固定阀的阀球，阀球挤压各滑块分别沿轨道向下滑动的主视示意图；

图4为本发明的丢手式固定阀的阀球经各滑块的上端围成的空隙继续向下落入的主视示意图；

图5为本发明的丢手式固定阀的阀球坐封在坐封孔上的主视示意图；

图6为本发明的丢手式固定阀的滑套和轨道的横截面的示意图；

图7为本发明的丢手式固定阀的滑块与轨道配合的横截面的示意图；

图8为本发明的丢手式固定阀的滑套的主视剖面示意图；

图9为本发明的丢手式固定阀的滑套的右视剖面示意图。

附图标记：

12-轴向通道；

20-滑套；22-轨道；

30-滑块；32-滑移部；34-托置部；

40-阀座；42-坐封孔；44-阀球；

50-泵接箍；52-第一轴肩；

60-固定阀罩；62-第二轴肩；

70-阀接头；

82-支撑环；84-弹簧；86-环形底垫；

90-限位条；92-固定侧；94-限位侧；

100-游动阀罩。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。

请参阅图1所示，本发明提出一种丢手式固定阀，丢手式固定阀包括本体、呈筒状的滑套20、至少三个滑块30、阀座40和阀球44。

本体上设置从上至下贯通的轴向通道12；滑套20固定在轴向通道12内，滑套20的内壁的横截面形状从上至下逐渐扩大，滑套20的内壁上设置与滑块30的数量相同的轨道22，各轨道22与各滑块30一一对应；各滑块30的一侧能上下滑动地置于对应的轨道22内，各滑块30的另一侧伸出轨道22。

阀座40固定在轴向通道12内，且位于滑套20的下方，阀座40上沿轴向通道12的轴向开设坐封孔42。阀球44能进入轴向通道12内，请参阅图2所示，阀球44抵靠在各滑块30的另一侧的上端边缘，请参阅图3所示，阀球44挤压各滑块30分别沿对应的轨道22向下滑动，请参阅图4所示，直至阀球44能经各滑块30的上端围成的空隙继续向下落入，请参阅图5所示，阀球44坐封在坐封孔42上。

当各滑块30向下移动过程中，由于滑套20的内壁的横截面形状从上至下逐渐扩大，因此轨道22是从上至下逐渐向外扩张的，各滑块30的上端围成的空隙不断增大，当围成的空隙增大到一定程度时，即围成的空隙大于固定阀球44的直径时，阀球44就会穿过，从各滑块30的另一侧的上端边缘处向下滑落。

本发明的丢手式固定阀，不仅能在投入阀球44之前进行注汽作业，注汽的主要目的是降低原油粘度，增加地层能量，目前工况下，稠油及超稠油在使用抽油泵举升前，基本都注入一定量的蒸汽，根据油藏条件不同，注入量有一定的区别；本发明还能在投入阀球44，阀球44在坐封孔42处形成坐封之后，再进行开采作业，注汽作业和生产作业只需下入一趟管柱，避免了在注汽作业完成后，还需起出注汽管柱，然后下入生产管柱。本发明的丢手式固定阀实现了注汽和生产管柱的一体化，省略了起出注汽管柱的中间工序，即减少了作业工序，避免污染环境，节约了作业成本，提高了油井的有效生产时率。

进一步地，如图1至图5所示，本体包括从上至下依次设置的均具有贯通孔的泵接箍50、固定阀罩60和阀接头70，泵接箍50的贯通孔、固定阀罩60的贯通孔和阀接头70的贯通孔依次连通。滑套20置于泵接箍50的贯通孔内，阀座40置于固定阀罩60的贯通孔内，阀座40位于阀接头70的上方。

通过上述结构设计，将滑套20和阀座40分别安装在本体的不同部分，从而使阀座40间隔设置在滑套20的下方，使阀球44能在轴向通道12内有足够的运动路径，阀球44与各滑块30间隔较远的距离。在后续的开采过程中，当阀球44被顶起时，阀球44不会接触到各滑块30的下端面，避免了阀球44与滑块30之间的磕碰，也能避免开采中原油推动各滑块30沿轨道22继续向上滑移。

更进一步地，泵接箍50的贯通孔的内壁的下部设置第一轴肩52，滑套20紧密抵靠在第一轴肩52上；泵接箍50的贯通孔的下开口套装在固定阀罩60的外侧。丢手式固定阀还包括位于滑套20与固定阀罩60之间的支撑环82，支撑环82的外壁与泵接箍50的贯通孔的内壁贴合，支撑环82的上端面抵靠在滑套20的下端面上，支撑环82的下端面抵靠在固定阀罩60的上端面上。

较优地，泵接箍50的贯通孔的下开口处设置内螺纹，固定阀罩60的上端的外壁上设置外螺纹，泵接箍50的下端与固定阀罩60的上端之间通过螺纹连接。将滑套20抵靠在第一轴肩52上，使滑套20的向上运动受到限制；并在滑套20与固定阀罩60的上端之间设置支撑环82，使滑套20的向下运动受到限制，滑套20能可靠地固定在泵接箍50的贯通孔中。

更进一步地，丢手式固定阀还包括竖直设置在支撑环82内的弹簧84，弹簧84的上端顶靠在各滑块30的下端面上，其下端顶靠在固定阀罩60的上端面上。当阀球44经各滑块30的上端围成的空隙继续下落后，通过弹簧84的内圈落入固定阀罩60的贯通孔内，此时阀球44不再作用于各滑块30，抵靠在各滑块30下方的弹簧84不再受到挤压，就会在自身弹力作用下逐渐恢复。

弹簧84的弹性恢复力作用于各滑块30的下端面，推动各滑块30分别沿对应的轨道22向上滑动，直至弹簧84恢复到图1所示的初始状态，各滑块30上升到图1所示的初始位置。在后续的开采过程中，当阀球44被顶起时，由于各滑块30的上端围成的空隙再次小于阀球44的外径，阀球44不会通过滑套20上返，保证了作业的安全性。

图1中，各滑块30受到的向下重力与受到的弹簧84的向上弹性力相互平衡，各滑块30保持为稳定状态。较优地，弹簧84在初始状态时，各滑块30的上端面与滑套20的上端面平齐。较优地，本实施例中，滑块30的数量为三个，各滑块30的上端边缘围成的空隙呈圆形(即各滑块30的上端边缘与滑套20的中心轴的距离分别相等)。初始状态时，阀球44的直径小于各滑块30的上端边缘围成的空隙的内径；通过各滑块30沿轨道的向下滑动，围成的圆形空隙的内径逐渐增大。

更进一步地，弹簧84为锥形弹簧，各滑块30的下端面上开设环形的沟槽，锥形弹簧的上端置于沟槽内。由于锥形弹簧上端的内圈的内径较小，锥形弹簧上端的内圈能允许阀球44通过，保证阀球44能继续下落到固定阀罩60的贯通孔内。另外，由于锥形弹簧上端的内圈较小，使其与各滑块30的下端面上开设的沟槽相配合，保证在各滑块30沿轨道22中上下运动的过程中，弹簧84的上端受到约束，不会由于运动中的振颤或其他作用而发生偏移或歪斜。

更进一步地，丢手式固定阀还包括设置在弹簧84的下端与固定阀罩60的上端面之间的环形底垫86。

作为一种可实施的方式，各轨道22均为开设在滑套20的内壁上的凹槽，各滑块30的一侧能上下滑动地置于对应的凹槽内，各滑块30的另一侧伸出凹槽。

作为另一种可实施的方式，请参阅图6和图7所示，各轨道22均包括相对设置的两根限位条90，各轨道22的两根限位条90与滑套20的内壁之间分别围成滑移槽。各限位条90分别具有相对设置的固定侧92和限位侧94，各固定侧92均固定在滑套20的内壁上；各轨道22中，两个固定侧92之间的间距大于两个限位侧94之间的间距。

各滑块30分别包括并排设置的滑移部32和托置部34，滑移部32的宽度大于托置部34的宽度。各滑移部32分别能上下滑动地置于对应的轨道22的滑移槽内，各托置部34分别伸出对应的轨道22的滑移槽，阀球44能挤压各托置部34的内侧面的上端边缘。

也就是说，各轨道22中，两个相对设置的限位条90形成从内到外截面宽度逐渐减小的滑移槽，滑移槽类似于燕尾槽。各滑块30的滑移部32类似于凸缘，该凸缘能在燕尾槽内滑动。由于滑移部32(凸缘)的宽度比托置部34的宽度大，在上下滑动过程中，凸缘能牢固地卡紧在燕尾槽内，凸缘不会从燕尾槽内脱出。

进一步地，如图1至图5所示，固定阀罩60的贯通孔的内壁的下部设置第二轴肩62，阀座40紧密抵靠在第二轴肩62上。固定阀罩60的贯通孔的下开口套装在阀接头70的外侧，阀座40的下端面抵靠在阀接头70的上端面上。

较优地，固定阀罩60的下开口的内壁上设置内螺纹，阀接头70的上端设置外螺纹，固定阀罩60的下端与阀接头70的上端之间通过螺纹连接。将阀座40抵靠在第二轴肩62上，使阀座40的向上运动受到限制；阀座40的下端面抵靠在阀接头70的上端面上，使阀座40的向下运动受到限制，阀座40能可靠地固定在固定阀罩60的的贯通孔中。

进一步地，滑套20的内壁围成梯形柱或截锥体，也就是说，滑套20的内壁的纵截面(沿滑套20轴向的截面)呈梯形或截锥形。请参阅图8和图9所示，本实施例中，滑套20的内壁围成梯形柱，梯形柱的左右两侧侧壁均为斜面，其中至少两个轨道位于斜面上。

如图2、图3、图4和图5所示，本发明还提出一种注采工艺管柱，注采工艺管柱包括从上至下依次设置的具有贯通孔的抽油杆、具有贯通孔的柱塞和上述的丢手式固定阀。

柱塞连接在抽油杆的下端，柱塞至少包括能上下伸缩的游动阀罩100；丢手式固定阀固定于外界的井筒的底部，且设置在柱塞的下方。阀球44从上至下依次通过抽油杆的贯通孔和柱塞的贯通孔落入轴向通道12内，游动阀罩100向下伸出并推动阀球44，阀球44挤压各滑块30。

本发明的注采工艺管柱的工作过程如下：当丢手式固定阀随泵筒下入到井筒中的预定位置，完成预定动作后，向井筒中投入阀球44，阀球44在重力、惯性、以及游动阀罩100的推力作用下，阀球44推动各滑块30沿滑套20的轨道22向下运动；在阀球44和各滑块30同步向下运动的同时，各滑块30压缩弹簧84，在弹簧84的上端向下运动(被压缩)的过程中，各滑块30之间围成的间隙不断增大；当增加到大于阀球44的直径时，阀球44穿过各滑块30之间围成的间隙，进入到弹簧84的内圈中，并持续往下落。

进一步地，丢手式固定阀间隔设置在柱塞的下方。丢手式固定阀与柱塞间隔的距离为防冲距，设置防冲距可以防止柱塞与丢手式固定阀在工艺过程中频繁碰撞，避免损坏抽油泵。

本发明还提出一种注采工艺方法，采用上述的注采工艺管柱，注采工艺方法包括如下步骤：

步骤S10，将滑套20、至少三个滑块30和阀座40分别安装在本体的轴向通道12内，然后将滑套20、滑块30和阀座40随本体下放到井筒内；将柱塞连接在抽油杆的下端，并下放抽油杆和柱塞；从上至下依次通过抽油杆的贯通孔、柱塞的贯通孔和轴向通道12注入蒸汽，直至完成注汽作业；

步骤S20，下放阀球44，阀球44从上至下依次通过抽油杆的贯通孔和柱塞的贯通孔，进入轴向通道12内，阀球44抵靠在各滑块30的另一侧的上端边缘；

步骤S30，游动阀罩100向下伸出并推动阀球44，阀球44挤压各滑块30，各滑块30分别沿对应的轨道22向下滑动，直至阀球44能经各滑块30的上端围成的空隙在轴向通道12内继续向下落入，并坐封在坐封孔42上；

步骤S40，井筒内的原油通过轴向通道12的下开口进入轴向通道12，原油向上顶起阀球44；原油通过阀球44与坐封孔42之间的间隙继续向上注入，然后从下至上依次通过柱塞的贯通孔和抽油杆的贯通孔到达地面，直至完成开采作业。

本发明的注采工艺管柱及其方法，实现了注采一体化，避免了起出注汽管柱后下入生产管柱，省略了起出注汽管柱的中间工序，即减少了中间作业环节，避免发生井喷事故等危险，避免污染环境。需要开采时，只要投入阀球44，按常规方式下入抽油杆和柱塞即可，为生产争取了更多的时间。而且本发明的注采工艺管柱及其方法，减少了作业次数，减轻了劳动强度，进而减少了对环境的不利影响，提高了油井的开井时率。

另外，目前常用的注采一体化管柱通常采用杆式泵，不是常用的筒式泵，而杆式泵与筒式泵相比，其排量比较低。本发明的注采工艺管柱可以采用筒式泵，其排量比较高，提高了生产时率。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。