一种分层采油单向管柱连续换向阀及方法与流程

本发明涉及一种石油井下控制装置，特别涉及一种分层采油单向管柱连续换向阀。

背景技术：

在油田生产中，多层位是一个常见的现象，在众多的层位中，液体的油水含量是不同的，为了提高效益，在油田的生产中，需要注灰、堵水剂、化学堵水等方式将水层堵住，开采油层，以提高采油率，降低费用，增加效益，对于多层系采油，预先用桥塞封堵非目标油层，再用这种新型工艺管柱开采任意目标层，可封闭不需要的开采储层，实现油井目标层的采油，目前，专利号为2013104715687，专利名称为《一种分层采油装置》，该装置在分层采油过程中，单向管柱会产生换向，该装置存在的问题是：单向管柱会产生换向，但不能复位，在实际生产中，需要用泵将管柱内的液体抽出，不能实现连续换向，增加了操作的难度和费用，降低了采油的效率。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种分层采油单向管柱连续换向阀，一趟管柱可完成分层采油多次连续换向的施工，大大节约了工序，降低了劳动强度及作业成本、缩短了施工周期。

本发明提到的一种分层采油单向管柱连续换向阀，其技术方案是：包括本体（1）、启动腔（2）、泄压阀（4）、打压腔（5）、启动阀（6）、关闭腔（7）、关闭阀（9）、平衡腔（10）、平衡阀（12）、泄压腔（13）和固定板（14），在本体（1）的一侧下部设有启动腔（2），在启动腔（2）内设有泄压阀（4），在泄压阀（4）的下部安设第一弹簧（3），在本体（1）的中部设有泄压腔（13），泄压腔（13）的上部开设有下连通孔（15），泄压腔（13）通过下连通孔（15）与启动腔（2）连通，并通过泄压阀（4）控制下连通孔（15）的开关；在启动腔（2）的上部为打压腔（5），打压腔（5）的上部通过启动阀（6）与打压腔（5）配合；在本体（1）的上部设有关闭腔（7），关闭腔（7）内设有关闭阀（9），关闭阀（9）的下部设有第二弹簧（8），在本体（1）的另一侧上部设有平衡腔（10），平衡腔（10）的底部通过上连通孔（17）与关闭腔（7）连通，所述平衡腔（10）内设有平衡阀（12），平衡阀（12）的上部设有第三弹簧（11）；所述启动阀（6）和关闭阀（9）的顶部连接在固定板（14）上，固定板（14）受到来自上方的管柱液体压力实现向下移动，通过启动阀（6）关闭打压腔（5），同时，平衡腔（10）内的平衡阀（12）向上移动并实现蓄能；在管柱液体压力释放时，平衡阀（12）反向移动带动关闭阀（9）向上移动，进而带动启动阀（6）向上移动，并打开打压腔（5），且泄压阀（4）此时下移，泄压腔（13）与启动腔（2）之间连通打开，管柱的液体通过下连通孔（15）进入本体下方的管柱，液体释放后，泄压阀（4）上移，下连通孔被泄压阀（4）封闭，固定板（14）上方的管柱可以再次通过液体打压，循环上述步骤，进而实现连续换向。

上述关闭阀（9）和第二弹簧（8）安装在固定板（14）下部的主体内腔，且固定板（14）的中心与关闭阀（9）之间设有通孔，关闭阀（9）的下端连接第二弹簧（8）。

上述启动腔（2）与打压腔（5）连通，启动腔（2）的直径大于打压腔（5）的直径，且泄压阀（4）在启动腔（2）内上下移动。

上述泄压阀（4）的压力大于平衡阀（12）和关闭阀（9）的压力及固定板下第四弹簧（16）的弹力之和。

上述关闭腔（7）与平衡腔（10）组成“u”型的连通器。

上述固定板（14）与本体之间设有第四弹簧（16）。

上述启动阀（6）的上部为上圆柱体（6.1），下部由下圆柱体（6.2）和圆锥体（6.3）组成，下圆柱体（6.2）的直径与圆锥体（6.3）的底面直径相同，上圆柱体（6.1）与下圆柱体（6.2）之间为圆台（6.4），圆台（6.4）的上底面的直径大于下底面的直径，上圆柱体（6.1）的直径与圆台（6.4）的上底面的直径相同，下圆柱体（6.2）的直径与圆台（6.4）的下底面直径相同。

上述启动阀（6）上的下圆柱体（6.2）和圆锥体（6.3）插入在打压腔（5）内，下圆柱体（6.2）与打压腔（5）之间形成过液通道，并通过圆台（6.4）封堵打压腔（5）。

本发明提到的一种分层采油单向管柱连续换向阀的使用方法，包括以下步骤：

一、首先，本体的上下两端分别连接好管柱，下入采油井中，通过泵向上部的管柱内正向打压，在正向液体压力的作用下，关闭阀（9）向下移动，由于启动阀（6）和关闭阀（9）的顶部连接在固定板（14）上，关闭阀（9）向下移动带动启动阀（6）向下移动，使启动阀（6）将泄压阀（4）关闭；

二、泵泄压时，关闭阀（9）上的弹力与关闭阀（9）腔内的压力作用及平衡阀（12）内蓄能的共同作用下，由于启动阀（6）和关闭阀（9）的顶部连接在固定板（14）上，关闭阀（9）带动启动阀（6）同时上移，使启动阀（6）打开，由于关闭阀（9）、平衡阀（12）、启动阀（6）处于液体内部，不受外力影响，保持开启后的状态；而且此时液体压力大于泄压阀（4）的压力，所以，泄压阀（4）下移，从而打开泄压腔（13）与启动腔（2）之间的下连通孔（15），实现液体泄压，直至平衡后，泄压阀（4）再上移使下连通孔（15）关闭；

三、再次进行液体打压，此时外来压力大于泄压阀（4）的压力，所以泄压阀（4）虽然呈泄漏状态，但是管柱内的进液速度大于出液速度，所以，启动阀（6）向下移动，由于启动阀（6）和关闭阀（9）的顶部连接在固定板（14）上，启动阀（6）使关闭阀（9）向下移动，当启动阀（6）完全关闭时，再次打压，使本发明实现连续换向。

本发明的有益效果是：本发明的固定板受到来自上方的管柱液体压力实现向下移动，通过启动阀关闭打压腔，同时，平衡腔内的平衡阀向上移动并实现蓄能；在管柱液体压力释放时，平衡阀反向移动带动关闭阀向上移动，进而带动启动阀向上移动，并打开打压腔，且泄压阀此时下移，泄压腔与启动腔之间连通打开，管柱的液体通过下连通孔进入本体下方的管柱，液体释放后，泄压阀上移，下连通孔被泄压阀封闭，固定板上方的管柱可以再次通过液体打压，循环上述步骤，进而实现连续换向；

本发明通过一趟管柱可完成分层采油多次连续换向的施工，大大节约了工序，降低了劳动强度及作业成本、缩短了施工周期。

附图说明

附图1是本发明的本体与固定板、关闭阀和启动阀的结构示意图；

附图2是本发明的整体结构示意图；

附图3是启动阀的结构示意图；

图中：本体1、启动腔2、第一弹簧3、泄压阀4、打压腔5、启动阀6、关关闭腔7、第二弹簧8、关闭阀9、平衡腔10、第三弹簧11、平衡阀12、泄压腔13、固定板14、下连通孔15、第四弹簧16、上连通孔17，上圆柱体6.1、下圆柱体6.2、圆锥体6.3、圆台6.4。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提到的一种分层采油单向管柱连续换向阀，其技术方案是：包括本体1、启动腔2、泄压阀4、打压腔5、启动阀6、关闭腔7、关闭阀9、平衡腔10、平衡阀12、泄压腔13和固定板14，在本体1的一侧下部设有启动腔2，在启动腔2内设有泄压阀4，在泄压阀4的下部安设第一弹簧3，在本体1的中部设有泄压腔13，泄压腔13的上部开设有下连通孔15，泄压腔13通过下连通孔15与启动腔2连通，并通过泄压阀4控制下连通孔15的开关；在启动腔2的上部为打压腔5，打压腔5的上部通过启动阀6与打压腔5配合；在本体1的上部设有关闭腔7，关闭腔7内设有关闭阀9，关闭阀9的下部设有第二弹簧8，在本体1的另一侧上部设有平衡腔10，平衡腔10的底部通过上连通孔17与关闭腔7连通，所述平衡腔10内设有平衡阀12，平衡阀12的上部设有第三弹簧11；所述启动阀6和关闭阀9的顶部连接在固定板14上，固定板14受到来自上方的管柱液体压力实现向下移动，通过启动阀6关闭打压腔5，同时，平衡腔10内的平衡阀12向上移动并实现蓄能；在管柱液体压力释放时，平衡阀12反向移动带动关闭阀9向上移动，进而带动启动阀6向上移动，并打开打压腔5，且泄压阀4此时下移，泄压腔13与启动腔2之间连通打开，管柱的液体通过下连通孔15进入本体下方的管柱，液体释放后，泄压阀4上移，下连通孔被泄压阀4封闭，固定板14上方的管柱可以再次通过液体打压，循环上述步骤，进而实现连续换向。

上述关闭阀9和第二弹簧8安装在固定板14下部的主体内腔，且固定板14的中心与关闭阀9之间设有通孔，关闭阀9的下端连接第二弹簧8。

上述启动腔2与打压腔5连通，启动腔2的直径大于打压腔5的直径，且泄压阀4在启动腔2内上下移动。

上述泄压阀4的压力大于平衡阀12和关闭阀9的压力及固定板下第四弹簧16的弹力之和。

上述关闭腔7与平衡腔10组成“u”型的连通器，且底部连通，可以实现平衡腔的蓄能。

上述固定板14与本体之间设有第四弹簧16，起辅助回弹的功能。

参照附图3，启动阀6的上部为上圆柱体6.1，下部由下圆柱体6.2和圆锥体6.3组成，下圆柱体6.2的直径与圆锥体6.3的底面直径相同，上圆柱体6.1与下圆柱体6.2之间为圆台6.4，圆台6.4的上底面的直径大于下底面的直径，上圆柱体6.1的直径与圆台6.4的上底面的直径相同，下圆柱体6.2的直径与圆台6.4的下底面直径相同。

另外，启动阀6上的下圆柱体6.2和圆锥体6.3插入在打压腔5内，下圆柱体6.2与打压腔5之间形成过液通道，这样给泄压和封闭提供一个过渡时间，并最终通过圆台6.4封堵打压腔5，实现完全密封。

本发明提到的一种分层采油单向管柱连续换向阀的使用方法，包括以下步骤：

一、首先，本体的上下两端分别连接好管柱，下入采油井中，通过泵向上部的管柱内正向打压，在正向液体压力的作用下，关闭阀9向下移动，由于启动阀6和关闭阀9的顶部连接在固定板14上，关闭阀9向下移动带动启动阀6向下移动，使启动阀6将泄压阀4关闭；

二、泵泄压时，关闭阀9上的弹力与关闭阀9腔内的压力作用及平衡阀12内蓄能的共同作用下，由于启动阀6和关闭阀9的顶部连接在固定板14上，关闭阀9带动启动阀6同时上移，使启动阀6打开，由于关闭阀9、平衡阀12、启动阀6处于液体内部，不受外力影响，保持开启后的状态；而且此时液体压力大于泄压阀4的压力，所以，泄压阀4下移，从而打开泄压腔13与启动腔2之间的下连通孔15，实现液体泄压，直至平衡后，泄压阀4再上移使下连通孔15关闭；

三、再次进行液体打压，此时外来压力大于泄压阀4的压力，所以泄压阀4虽然呈泄漏状态，但是管柱内的进液速度大于出液速度，所以，启动阀6向下移动，由于启动阀6和关闭阀9的顶部连接在固定板14上，启动阀6使关闭阀9向下移动，当启动阀6完全关闭时，再次打压，使本发明实现连续换向。

本发明一趟管柱可完成分层采油多次连续换向的施工，大大节约了工序，降低了劳动强度及作业成本、缩短了施工周期。

操作实验：关闭阀9与平衡阀12的面积之差产生的压力为pb和关闭阀9的浮阀压力为pb'决定泵的泄压波动压差，向泵打压8mpa，关闭阀9的阀腔的压强为8mpa-pb'，泄压阀4和启动阀6之间的压力为pa，由于pa＞pb，在正向压力的作用下，关闭阀9向下移动，由于启动阀6和关闭阀9的顶部连接在固定板14上，关闭阀9向下移动带动启动阀6向下移动，使启动阀6将泄压阀4关闭，然后泵泄压，8mpa压力变为零时，在关闭阀9上的弹力与关闭阀9腔内的压力作用及平衡阀12内的蓄能还有固定板下的弹簧的共同作用下，由于启动阀6和关闭阀9的顶部连接在固定板14上，关闭阀9带动启动阀6同时上移，使启动阀6打开，由于关闭阀9、平衡阀12、启动阀6处于液体内部，不受外力影响，保持开启后的状态；然后，再次打压，由于外来压力大于pa，所以泄压阀4呈泄漏状态，由于管柱内的进液速度大于出液速度，启动阀6向下移动，由于启动阀6和关闭阀9的顶部连接在固定板14上，启动阀6使关闭阀9向下移动，当启动阀6完全关闭时，再次打压8mpa，使工具换向。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。