专利名称：机械控制油田井下多次开关阀及开关工具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种油田采油井生产作业用的机械控制油田井下多次开关 阀及开关工具。
背景技术：
目前，在油田生产的井下作业中， 一般是通过投钢球蹩压打开或关闭流体 控制阀以及通过钢丝作业打开或关闭流体控制阀。这些阀只能打开 一次或关闭 一次，不能实现多次开关，因此无法满足油水井多层段分层处理或油井分层找 隔水的技术要求，也不能应用于水平井。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种机械控制油田井下多次开关阀，其结构简 单，与开关工具配合使用可以实现井下多次打开和关闭搡作，开关灵活，能够 满足油水井多层段分层处理或油井分层找隔水的技术要求，可应用于水平井， 使用方便。
本实用新型的另一个目的是提供一种与所述机械控制油田井下多次开关阀 配套使用的专用开关工具，其结构简单，易于制造，与开关阀配合使用可以多 次打开和关闭阀门，操作十分方便。
本实用新型的目的是这样实现的 一种机械控制油田井下多次开关阀，包 括管状壳体，壳体的两端具有上、下接头，壳体上部管壁上设置着外出液孔， 靠近上接头的壳体内呈滑动密封配合设置着滑套，滑套的上部管壁上由上到下 间隔设置着上、中、下三道密封挡圈，上、中密封挡圈之间的滑套壁上设置着 内出液孔，下密封挡圈下方的滑套外圆周面上设置着二者开口相对间隔交错布 置的上、下轨道槽，上轨道槽为棘齿形槽，下轨道槽由交错布置的长槽和短槽 构成；壳体中部外壁上设置着轨道销，当开关阀处于关闭状态时，外出液孔位 于中、下密封挡圈之间，轨道销内侧端位于长槽下端内；滑套内设置着环形嵌 槽，嵌槽上端面为圆锥面，嵌槽下端为套装在滑套内的嵌槽推力轴承，嵌槽推 力轴承的外径大于嵌槽的内径，滑套下部内套装着芯套，二者通过螺紋相连， 芯套上端与嵌槽推力轴承下端面相抵，滑套下端处的芯套外周壁上套装着上推 力轴承，在上推力轴承与下接头内端面之间的芯套上套装着弹簧。
一种与所述开关阀配套使用、对其进行开启和关闭的专用开关工具，该开 关工具包括一中心管，中心管的上、下端为螺紋接头，中心管中部的轴向外周 壁上对称设置着凹槽，凹槽内分别竖直设置着压缩弹簧，压缩弹簧上分别扣装 着嵌瓦，嵌瓦的两端分别具有向外延伸的定位凸台，嵌瓦两端的中心管上分别
通过螺紋连接套装着上、下压套，嵌瓦两端的定位凸台分别卡入上、下压套端 部内，嵌瓦顶面之间的距离大于上、下压套的外径，嵌瓦的长短及直径均与所 述嵌槽的长短及内径相配合。
本实用新型开关闽的使用方法如下(以水平井为列)将若干个处于初始
关闭状态的开关闽与油管及液压座封封隔器等配套工具按要求连接下入井中。 座好井口后，从油管蹩压座封封隔器。下入开关工具，开关工具下入油管后，
嵌瓦下的弹簧被压缩，嵌瓦收缩。当开关工具进入目标阀滑套内的嵌槽时，嵌 瓦在弹簧的作用下张开，嵌入开关阀滑套的嵌槽里。继续下放管柱给工具一个 向下(前)的推力，这个推力由嵌瓦传给嵌槽推力轴承和芯套，芯套通过螺紋 与滑套相连，带动滑套向前移动。滑套下段外表面上有轨道槽，轨道销上段插 入轨道槽，下段固定在壳体里。滑套向前滑动时与轨道销发生相对运动，当上 轨道槽的上端接触轨道销时，由于上轨道槽轨道形状的限制，滑套要发生一定 角度的转动，嵌槽推力轴承和上推力轴承使得滑套的转动容易实现。在此过程 中，轨道销在滑套的轨道槽里由原来的长槽下端相对运动至上轨道槽的顶端， 滑套停止移动。此过程也是开关阀弹簧不断被压缩的过程。然后上提油管使嵌 瓦离开嵌槽，在开关阀弹簧弹力的作用下，滑套向后移动。在此过程中同样由 于轨道形状的限制，滑套要发生一定角度的转动，最后轨道销在滑套的轨道槽 里由上轨道槽的顶端相对运动至短槽的下端，此时滑套上的内出液孔与壳体上 的外出液孔连通，阀处于打开状态。最后提出开关工具。如果需要关闭此阀， 方法同上。即下入此阀的开关工具，待开关工具进入该闽时管柱停止下行，继 续下放管柱重量，给滑套施加一定的推力，然后提出开关工具。在此过程中由 于滑套的运动，轨道销由短槽下端相对运动至另外一个长槽的下端，滑套又回 到开关阀处于关闭状态时的初始位置，壳体上的外出液孔被封闭，阀又被关上。 如此往复，任何一个阀都可以被多次打开、关闭，因此用这种阀组成的管柱可 以满足多层段分层处理或找隔水作业要求。本实用新型适用于油田水平井、直 井及大斜度井的一趟管柱多层段分层处理及找水、隔水作业。本实用新型开关 阀结构简单，与开关工具配合使用可以实现井下多次打开和关闭操作，开关灵 活，能够满足油水井多层段分层处理或油井分层找隔水的技术要求，可应用于 水平井，使用方便。本实用新型所述的专用开关工具，其结构简单，易于制造, 与开关阀配合使用可以多次打开和关闭阀门，操作十分方便。
下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型的主视半剖面结构示意图； 图2为图1中上、下轨道槽的部分展开图3为本实用新型开关工具的主视半剖面结构示意图4为本实用新型开关阀用开关工具打开时的结构示意图5为本实用新型使用状态图。
具体实施方式
一种机械控制油田井下多次开关阀，如图l所示，包括管状壳体l，壳体l 的两端具有上、下接头。壳体1上部管壁上设置着外出液孔5，靠近上接头的壳 体1内呈滑动密封配合设置着滑套9,滑套9的上部管壁上由上到下间隔设置着 上、中、下三道密封挡圈2、 4、 6，上、中密封挡圈2、 4之间的滑套壁上设置 着内出液孔3。如图l、图2所示，下密封挡圈6下方的滑套9外圆周面上设置 着二者开口相对间隔交错布置的上、下轨道槽，上轨道槽为棘齿形槽18，下轨 道槽由交错布置的长槽IO和短槽构成。如图2所示，长、短槽之间的滑套外壁 上端面均为相互平行的斜面，相邻的长、短槽分别位于棘齿形槽棘齿尖部的两 侧。壳体l中部外壁上设置着轨道销12。如图1所示，当开关阀处于关闭状态 时，外出液孔5位于中、下密封挡圈4、 6之间，轨道销12内侧端位于长槽10 下端内。当滑套9运动时，轨道销12相对于滑套做反向运动，由于棘齿形槽18 的齿间连接面为斜面，这样轨道销12就会沿着该斜面滑动，实际效果是滑套9 与壳体1之间产生相对转动，长、短槽之间的滑套外壁上端面为相互平行的斜 面便于轨道销12从长槽内滑动到短槽内。滑套9中部内设置着环形嵌槽7,嵌 槽7上端面为圆锥面，嵌槽7下端为套装在滑套9内的嵌槽推力轴承8,嵌槽推 力轴承8的外径大于嵌槽7的内径，即嵌槽推力轴承8所处的滑套内径大于嵌 槽7的内径。滑套9下部内套装着芯套11，滑套9与芯套11之间通过螺紋相连， 这样当芯套11运动时就会带动滑套9运动。芯套11上端与嵌槽推力轴承8下 端面相抵。滑套下端处的芯套ll外周壁上套装着上推力轴承13,在上推力轴承 13与下接头16内端面之间的芯套11上套装着弹簧14。在弹簧14与下接头16 内端面之间的芯套11上还套装着下推力轴承15。这样更便于滑套9的转动。
一种与所述开关闽配套使用、对其进行开启和关闭的专用开关工具，如图3 所示，该开关工具包括一中心管19，中心管19的上、下端为螺紋接头，中心管 l9中部的轴向外周壁上对称设置着凹槽，凹槽内分别竖直设置着压缩弹簧22， 压缩弹簧22上分别扣装着嵌瓦21，嵌瓦21的两端分别具有向外延伸的定位凸 台，嵌瓦n两端的中心管19上分别通过螺紋连接套装着上、下压套20、 23， 嵌瓦21两端的定位凸台分别卡入上、下压套20、 23端部内，嵌瓦21顶面之间 的距离大于上、下压套20、 23的外径，嵌瓦21的长短及直径均与所述嵌槽7 的长短及内径相配合。靠近中心管19上端的嵌瓦21端面为锥形表面，靠近中 心管19下端的嵌瓦21另 一端面为平直表面。
本实用新型开关阀的开关原理及使用方法如下(以水平井为列)将若干
个处于初始关闭状态的(见图1)本实用新型井下多次开关阀与油管及液压座封 封隔器等配套工具按要求连接下入井中(每个阀滑套内的嵌槽长度都不相同，
越接近油井底部的嵌槽越长，每个闽28都配有一个开关工具，其嵌瓦长度与对 应阀嵌槽的长度相匹配)，管柱结构如图5所示。
座好井口后，从油管26蹩压座封封隔器27。下入希望打开阀的开关工具， 开关工具下入油管26后，嵌瓦21下的弹簧22被压缩，嵌瓦21收缩。当开关 工具进入目标阀28滑套内的嵌槽7中时，嵌瓦21在弹簧22的作用下张开，嵌 入开关阀滑套的嵌槽7里。继续下放管柱给工具一个向下(前)的推力，这个 推力由嵌瓦21传给嵌槽推力轴承8和芯套11，芯套11通过螺紋与滑套9相连， 带动滑套9向前移动。滑套9下段外表面上有轨道槽(如图2所示)，轨道销12 上段插入轨道槽，下段固定在壳体里。滑套9向前滑动时与轨道销12发生相对 运动，当上轨道槽18的顶端接触轨道销12时，由于上轨道槽18轨道形状的限 制，滑套9要发生一定角度的转动，嵌槽推力轴承8和上推力轴承使得滑套9 的转动容易实现。在此过程中，轨道销12在滑套9的轨道槽里由原来的长槽10 下端相对运动至上轨道槽18的上端，滑套9停止移动。此过程也是开关阀弹簧 14不断被压縮的过程。然后上提油管26使嵌瓦21离开嵌槽7,在开关阀弹簧 14弹力的作用下，滑套9向后移动。在此过程中同样由于轨道形状的限制，滑 套9要发生一定角度的转动，最后轨道销12在滑套的上轨道槽里相对运动至短 槽的下端，此时滑套9上的内出液孔3与壳体上的外出液孔5连通，如图4所 示，阀处于打开状态。最后提出开关工具。
如果需要关闭此阀，方法同上。即下入此阀的开关工具，待开关工具进入 该阀时管柱停止下行，继续下放管柱重量，给滑套施加一定的推力，然后提出 开关工具。在此过程中由于滑套9的运动，轨道销12由短槽下端相对运动至另 外一个长槽的下端，滑套9又回到图1所示的位置，壳体上的外出液孔5被封 闭，阀又被关上。如此往复，任何一个阀都可以被多次打开、关闭，因此用这 种阀组成的管柱可以满足多层段分层处理或找隔水作业要求，特别适用于水平 井。
权利要求1、一种机械控制油田井下多次开关阀，包括管状壳体(1)，其特征是壳体(1)的两端具有上、下接头，壳体(1)上部管壁上设置着外出液孔(5)，靠近上接头的壳体(1)内呈滑动密封配合设置着滑套(9)，滑套(9)的上部管壁上由上到下间隔设置着上、中、下三道密封挡圈(2)、(4)、(6)，上、中密封挡圈(2)、(4)之间的滑套壁上设置着内出液孔(3)，下密封挡圈(6)下方的滑套(9)外圆周面上设置着二者开口相对间隔交错布置的上、下轨道槽，上轨道槽为棘齿形槽(18)，下轨道槽由交错布置的长槽(10)和短槽构成；壳体(1)中部外壁上设置着轨道销(12)，当开关阀处于关闭状态时，外出液孔(5)位于中、下密封挡圈(4)、(6)之间，轨道销(12)内侧端位于长槽(10)下端内；滑套(9)内设置着环形嵌槽(7)，嵌槽(7)上端面为圆锥面，嵌槽(7)下端为套装在滑套(9)内的嵌槽推力轴承(8)，嵌槽推力轴承(8)的外径大于嵌槽(7)的内径，滑套下部内套装着芯套(11)，二者通过螺纹相连，芯套(11)上端与嵌槽推力轴承(8)下端面相抵，滑套下端处的芯套(11)外周壁上套装着上推力轴承(13)，在上推力轴承(13)与下接头(16)内端面之间的芯套(11)上套装着弹簧(14)。
2、 根据权利要求l所述的开关阀，其特征是在弹簧(14)与下接头(16) 内端面之间的芯套(11)上还套装着下推力轴承(15)。
3、 一种与权利要求l所述开关阀配套使用、对其进行开启和关闭的专用开关 工具，其特征是该开关工具包括一中心管(19),中心管(19)的上、 下端为螺紋接头，中心管(19)中部的轴向外周壁上对称设置着凹槽，凹 槽内分别竖直设置着压缩弹簧(22),压缩弹簧(22)上分别扣装着嵌瓦(n)，嵌瓦(21)的两端分别具有向外延伸的定位凸台，嵌瓦(21)两 端的中心管(19)上分别通过螺紋连接套装着上、下压套(20)、 (23), 嵌瓦(n)两端的定位凸台分别卡入上、下压套(20)、 (23)端部内，嵌 瓦(n)顶面之间的距离大于上、下压套(20)、 (23)的外径，嵌瓦(21) 的长短及直径均与所述嵌槽(7)的长短及内径相配合。
4、 根据权利要求3所述的开关工具，其特征是靠近中心管(19)上端的嵌 瓦(n)端面为锥形表面，靠近中心管(19)下端的嵌瓦(21)另一端面 为平直表面。
专利摘要一种机械控制油田井下多次开关阀，其壳体上开有外出液孔，壳体内套装着滑套，其管壁上设有三道密封挡圈，上、中密封挡圈之间开有内出液孔，滑套外圆周面上设置着上、下轨道槽，壳体外壁上装有沿轨道槽滑动的轨道销；滑套内设置有嵌槽，其下端为嵌槽推力轴承，滑套内套装连接着芯套，滑套下端处的芯套上套装着上推力轴承，其与下接头之间的芯套上套装着弹簧。一种专用开关工具，其中心管外周壁上设置着内装压缩弹簧的凹槽，压缩弹簧上扣装着嵌瓦，中心管通过螺纹连接套装着上、下压套，嵌瓦两端的定位凸台卡入上、下压套端部内，嵌瓦与开关阀内的嵌槽相配合。本实用新型能解决水平井的一趟管柱多层段分层处理等技术问题，保障油井正常生产。
文档编号E21B34/00GK201190554SQ200820103458
公开日2009年2月4日 申请日期2008年2月3日 优先权日2008年2月3日
发明者毛万里 申请人:毛万里