侧钻井用分层采油用液压开关装置的制作方法

本发明涉及一种侧钻井用分层采油用液压开关装置及方法，特别涉及一种侧钻井用分层采油用液压开关装置。

背景技术：

在石油的开采过程中，由于石油科技的发展，在一些老油井的周围又发现了新的油层，为了保护地质结构，同时也为了节约资源与经费。目前，人们常常采用在老油井的基础上进行开窗（即侧钻），达到开采新的油层的目的，但是，这种侧钻井，由于受到各种条件的限制，如：原井的直径、地质岩层硬度、定向器的精度等的影响，如钻出来的井孔的尺寸，一般都不大。目前，油井套管的直径一般在7吋与5½吋之间即：178（25.4*7=177.8）~138（25.4*5.5=138.7）毫米之间，而且5½吋井占比要多一些，就以5½吋井来说，其内径一般在118~125之间，所用通井规，一般为φ116*1.5m的，因此，侧钻井时，所开的侧钻孔的尺寸，一般为φ102即4吋，因此，所下的固井套管是3½tbg（即φ89的油管），其内径为φ76，而且，有一些地质条件较为复杂的则只能下2¾tbg油管，有的还会更小，并且，5½以下的井，还存在一些，因此，设计一个内外径，比值较大的分层采油工具是很有必要的。

中国专利文献公开号103510928a，专利名称为《一种分层采油装置》，该发明包括第一封隔器、第一液压开关、第一防砂管、中心管、油管、第一机械滑套、第二封隔器、第二液压开关、第二防砂管、第二机械滑套、盲堵和外管，通过第一封隔器将油井分为两段，上段为采液部分，下段为供液部分，根据油层数量设置多个层位供液系统，实现多个油层层位的分别开采。其存在的问题是：采用的三层结构，其内径相对较小，难以满足上述老油井的小井孔的需要，该分层采油装置的液压开关的最小外径是φ79，已不能用在5½吋井的侧钻井上，只能在7吋以上的侧钻井上，且φ79的液压开关的内通径只有φ32，这种内通径的液压开关后续的配产工艺已经无法实施。

因此，本发明通过将结构改进，来进一步提高分层采油工具的内径，以满足老油井的小井孔的需要。

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，提供一种侧钻井用分层采油用液压开关装置，将原有的三层结构通过结构转换党变成两层，来进一步提高分层采油工具的内径，实现了对多个油层的分层采油，适用的范围更宽。

本发明提到的一种侧钻井用分层采油用液压开关装置，其技术方案是包括上接头（1）、压力调节挡环（2）、回力弹簧（4）、密封短节（5）、压力挡环（6）、换向轨道（7）、密封换向套（8）、转环（9）、开关执行阀套（10）、进液环（11）、单向阀静态定位簧（12）、单向阀（13）、单向阀体（14）、下接头（15）、轨道销钉（16）、平衡压开启销钉（17），

在下接头（15）的上侧连接进液环（11），进液环（11）的下侧容腔内设有单向阀静态定位簧（12），并通过单向阀（13）与单向阀体（14）配合，使单向阀体（14）限制在进液环（11）与下接头（15）之间；所述进液环（11）的内壁螺纹连接换向轨道（7），进液环（11）的外壁活动连接开关执行阀套（10），且在换向轨道（7）的外侧套有转环（9），通过转环（9）的轨道钉孔将轨道销钉（16）放置在换向轨道（7）的轨道槽内，并将转环（9）和轨道销钉（16）一起推入开关执行阀套（10）内；所述密封换向套（8）的下端通过丝扣连接到开关执行阀套（10）的上端，所述密封换向套（8）的上端通过丝扣连接到压力挡环（6）；将密封短节（5）上配上密封胶圈，并且通过丝扣连接到换向轨道（7）的上端；上接头（1）通过丝扣连接上压力调节挡环（2），然后将回力弹簧（4）套到密封短节（5）上，一端与压力挡环（6）接触，另一端与压力调节挡环（2）接触，且压力挡环（6）带动密封换向套（8）沿着密封短节（5）的外壁滑动配合；在所述密封短节（5）的下端设有出液孔（18）。

优选的，在密封短节（5）的中部设有第一平衡孔（21），且密封短节（5）外套有层间压力平衡套（3），且层间压力平衡套（3）上安设有平衡压开启销钉（17），当地层压力增大时，层间压力平衡套（3）将上行，同时，带动平衡压开启销钉（17）压缩回力弹簧(4),露出第一平衡孔（21），使地层压力达到平衡后，回力弹簧(4)复位，使层间压力平衡套（3）再次套在第一平衡孔（21）外侧。

优选的，上述出液孔（18）的外侧为密封换向套（8），打压的液体通过密封短节（5）的出液孔（18）喷出，并推动密封换向套（8）沿着密封短节（5）的外壁向上移动，并进一步带动开关执行阀套（10）向上移动。

优选的，上述进液环（11）外壁的下端设有进油外孔（19），进油外孔（19）位于单向阀体（14）处；进液环（11）内壁设有进油内孔（20），进油内孔（20）位于单向阀静态定位簧（12）的根部，这样，在开关执行阀套（10）上移时，进油外孔（19）露出，从而在抽油泵的抽吸作用下，使单向阀（13）上移，从而油液进入换向轨道（7）内腔。

优选的，上述开关执行阀套（10）的下端通过密封胶圈与下接头（15）配合，中上部通过密封胶圈与进液环（11）的外壁配合，开关执行阀套（10）的上端通过螺纹连接密封换向套（8）。

优选的，上述开关执行阀套（10）的中上部的内壁设有内凸起台阶（10.1），通过内凸起台阶（10.1）与进液环（11）的上端部配合，且在内凸起台阶（10.1）的上侧设有第二平衡孔（10.2）；所述开关执行阀套（10）上移时，通过内凸起台阶（10.1）带动转环（9）和轨道销钉（16）上行。

优选的，上述的转环（9）为圆筒形结构，且固定有轨道销钉（16）。

优选的，上述的换向轨道（7）外壁上设有长轨道槽（7.1）、短轨道槽（7.2）和换向槽（7.3），其中，长轨道槽（7.1）、短轨道槽（7.2）位于下方，且间隔排列，而换向槽位于上方，每个长轨道槽（7.1）和短轨道槽（7.2）的上方分别设有换向槽（7.3），且换向槽的顶部为半圆形结构，一侧为纵向垂直边，另一侧为斜边；所述的长轨道槽（7.1）的右侧纵向垂直边大于左侧的纵向垂直边，且左侧的纵向垂直边的上部连接斜向引导边，该斜向引导边指向换向槽的斜边。

本发明应用于侧钻井用分层采油装置的使用方法，包括以下过程：

1).选好井后，根据设计，将采油管柱（e）连接好，在侧钻固井套管（c）内由下到上依次连接盲堵（e8）、第二液压开关（e7）、y341第二封隔器（e6）、第二安全接头（e5）、第一液压开关（e4）、y341第一封隔器（e3）、第一安全接头（e2）和y445封隔器（e1），并通井刮管，做好下井准备；

2).将配合的采油管柱通过原油井套管（a）下入，并沿着侧钻固井套管（c）一直下入到侧钻人工井底（d），其中，第一液压开关（e4）位于第一个油层区域，第二液压开关（e7）位于第二个油层区域，并分别通过封隔器隔离；

3).当采油管柱下入完成后，通过在井口操作进行液压打压从而操作第一液压开关（e4）和第二液压开关（e7）分别处于一个开启，一个关闭的状态，从而实现了第一油层区域的采油或者第二油层区域的采油，实现侧钻井的分层采油。

4).当油井需要修井时，下捞矛将分采管柱（e）打捞出原油井套管（a）和侧钻固井套管（c），即完成了整个工具的取出。

本发明提到的一种侧钻井用分层采油用液压开关装置的组装方法，包括以下过程：

a).在下接头（15）的内壁和外壁分别放入密封胶圈；

b).在进液环（11）的下端设有环形容腔，并将单向阀静态定位簧（12）分别放入进液环（11）的环形容腔内，然后套上单向阀（13）与单向阀体（14），并通过丝扣连接在下接头（15）的内壁，使单向阀体（14）限制在进液环（11）与下接头（15）之间的容腔内，在所述进液环（11）的下端外壁设有进油外孔（19），在进液环（11）的内壁设有进油内孔（20），位于环形容腔的根部；

c).将换向轨道（7）的下端通过螺纹连接在进液环（11）的上端内壁；

d).将开关执行阀套（10）套装在换向轨道（7）、进液环（11）与下接头（15）的组合体上，开关执行阀套（10）的下端与下接头（15）的外壁滑动配合，上端与密封换向套（8）的下端螺纹连接；

e).在换向轨道（7）上套上转环（9），转环（9）上固定轨道销钉（16），然后通过转环（9）将轨道销钉（16）放置在换向轨道（7）的轨道槽内，并将其一起推入开关执行阀套（10）内；

f).将密封换向套（8）的上端通过螺纹连接到密封短节（5）外的压力挡环（6），密封换向套（8）的上端与密封短节（5）的滑动配合；

g).将层间压力平衡套（3）与密封短节（5）上分别配上密封胶圈，将层间压力平衡套（3）套在密封短节（5）的外侧，密封短节（5）的下端通过螺纹连接到换向轨道（7）的上端；

h).上接头（1）通过丝扣连接压力调节挡环（2），然后将回力弹簧（4）套到密封短节（5）上，并且上接头（1）通过丝扣连接到密封短节（5）的上端；

i).在层间压力平衡套（3）外壁安装平衡压开启销钉（17），平衡压开启销钉（17）与回力弹簧（4）接触，在层间压力平衡套（3）上移时，带动回力弹簧（4）压缩；

j).调压，使整个装置达到设计要求，即完成组装。

本发明的有益效果是：本发明改进后，将原有的三层结构通过结构转换党变成两层，来进一步提高分层采油工具的内径，其外径可以设在φ58~60之间，其最小内径可以设在φ30上，满足内径为φ28的油管；

另外，当从地面操作向采油管柱内打压时密封换向套将上行，密封换向套的上行带动开关执行阀套的上行，同时在开关执行阀套的推动下，转环带轨道销钉一起上行，当它们运行到最顶部时，地面所施加的液压的压力降低，这时，轨道销钉进入不同的工作状态轨道，当轨道销钉处于长轨道时即为关阀状态，当轨道销钉处于短轨道状态时为开启轨道，这时回力弹簧已被压缩，即存备了巨大的势能，随着采油泵的抽吸液将逐渐下降，当达到供液平衡时，液压开关就彻底到稳定的工作状态；当开关执行阀套处于开启状态时，有两种情况，一种是在泵的抽吸状态下，单向阀会随泵的抽吸而浮动，实现整个液压开关的开启功能，当泵停止抽吸时，由于没有石油液体进入，即内外压力差平衡，而单向阀静态定位簧处于液体内部，在弹力的作用下单向阀将落在单向阀体上，阻止石油液体进入；

另外，分层采油的实践中发现，随着时间的推移，层间矛盾越来越大，为了解决层间矛盾问题，原有的工艺是增加了层间压力平衡套，当地层压力增大时，层间压力平衡套将上行，同时，带动平衡压开启销钉压缩回力弹簧，露出第一平衡孔，使内外压力达到平衡；当外界打压换向时，由于内外压力平衡被破坏而自动关闭，且不影响液压开关的换向，从而保证了开关执行阀套换向压力的稳定。

还有，根据地层的油层分布数量，可以在采油管柱中连接多组液压开关，每个液压开关分别通过封隔器安设在各个油层中，而且，各个液压开关的换向轨道设置成不同的长轨道和短轨道，这样，通过在地面井口处打入液体压力，在某一个设定的压力下，第一液压开关处于开启状态，第二液压开关处于关闭状态，第三个液压开关也处于关闭状态，即可以实现对第一个油层的开采；同理，在某一个设定的压力下，第一液压开关处于关闭状态，第二液压开关处于开启状态，第三个液压开关也处于关闭状态，即可以实现对第二个油层的开采，同理，实现分层采油控制。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是本发明应用于侧钻井分层采油装置的结构示意图；

附图3是本发明的换向轨道的示意图；

附图4是本发明的换向轨道的外壁展开示意图；

上图中：上接头1、压力调节挡环2、层间压力平衡套3、回力弹簧4、密封短节5、压力挡环6、换向轨道7、密封换向套8、转环9、开关执行阀套10、进液环11、单向阀静态定位簧12、单向阀13、单向阀体14、下接头15、轨道销钉16、平衡压开启销钉17、长轨道槽7.1、短轨道槽7.2、换向槽7.3；

原油井套管a、原油井人工井底b、侧钻固井套管c、侧钻人工井底d、分采管柱e、y445封隔器e1、第一安全接头e2、y341第一封隔器e3、第一液压开关e4、第二安全接头e5、y341第二封隔器e6、第二液压开关e7、盲堵e8。

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。

参照附图1-2，本发明提到的一种侧钻井用分层采油装置，其技术方案是：包括原油井套管a、原油井人工井底b、侧钻固井套管c、侧钻人工井底d、分采管柱e，在原油井套管a的一侧设有侧钻固井套管c，在原油井套管a和侧钻固井套管c中安装分采管柱e，所述的分采管柱e由上到下依次设有y445封隔器e1、第一安全接头e2、y341第一封隔器e3、第一液压开关e4、第二安全接头e5、y341第二封隔器e6、第二液压开关e7和盲堵e8；

所述的第一液压开关e4或者第二液压开关e7的结构相同，分别包括上接头1、压力调节挡环2、回力弹簧4、密封短节5、压力挡环6、换向轨道7、密封换向套8、转环9、开关执行阀套10、进液环11、单向阀静态定位簧12、单向阀13、单向阀体14、下接头15、轨道销钉16、平衡压开启销钉17，

在下接头15的上侧连接进液环11，进液环11的下侧容腔内设有单向阀静态定位簧12，并通过单向阀13与单向阀体14配合，使单向阀体14限制在进液环11与下接头15之间；所述进液环11的内壁螺纹连接换向轨道7，进液环11的外壁活动连接开关执行阀套10，且在换向轨道7的外侧套有转环9，通过转环9的轨道钉孔将轨道销钉16放置在换向轨道7的轨道槽内，并将转环9和轨道销钉16一起推入开关执行阀套10内；所述密封换向套8的下端通过丝扣连接到开关执行阀套10的上端，所述密封换向套8的上端通过丝扣连接到压力挡环6；将密封短节5上配上密封胶圈，并且通过丝扣连接到换向轨道7的上端；上接头1通过丝扣连接上压力调节挡环2，然后将回力弹簧4套到密封短节5上，一端与压力挡环6接触，另一端与压力调节挡环2接触，且压力挡环6带动密封换向套8沿着密封短节5的外壁滑动配合；在所述密封短节5的下端设有出液孔18。

优选的，在密封短节5的中部设有第一平衡孔21，且密封短节5外套有层间压力平衡套3，且层间压力平衡套3上安设有平衡压开启销钉17，当地层压力增大时，层间压力平衡套3将上行，同时，带动平衡压开启销钉17压缩回力弹簧4,露出第一平衡孔21，使地层压力达到平衡后，回力弹簧4复位，使层间压力平衡套3再次套在第一平衡孔21外侧。

优选的，上述出液孔18的外侧为密封换向套8，打压的液体通过密封短节5的出液孔18喷出，并推动密封换向套8沿着密封短节5的外壁向上移动，并进一步带动开关执行阀套10向上移动。

优选的，上述进液环11外壁的下端设有进油外孔19，进油外孔19位于单向阀体14处；进液环11内壁设有进油内孔20，进油内孔20位于单向阀静态定位簧12的根部，这样，在开关执行阀套10上移时，进油外孔19露出，从而在抽油泵的抽吸作用下，使单向阀13上移，从而油液进入换向轨道7内腔。

优选的，上述开关执行阀套10的下端通过密封胶圈与下接头15配合，中上部通过密封胶圈与进液环11的外壁配合，开关执行阀套10的上端通过螺纹连接密封换向套8。

优选的，上述开关执行阀套10的中上部的内壁设有内凸起台阶10.1，通过内凸起台阶10.1与进液环11的上端部配合，且在内凸起台阶10.1的上侧设有第二平衡孔10.2；所述开关执行阀套10上移时，通过内凸起台阶10.1带动转环9和轨道销钉16上行。

优选的，上述的转环9为圆筒形结构，且固定有轨道销钉16。

参照附图3和4，本发明的换向轨道7外壁上设有长轨道槽7.1、短轨道槽7.2和换向槽7.3，，其中，长轨道槽7.1、短轨道槽7.2位于下方，且间隔排列，而换向槽位于上方，每个长轨道槽7.1和短轨道槽7.2的上方分别设有换向槽7.3，且换向槽的顶部为半圆形结构，一侧为纵向垂直边，另一侧为斜边；所述的长轨道槽7.1的右侧纵向垂直边大于左侧的纵向垂直边，且左侧的纵向垂直边的上部连接斜向引导边，该斜向引导边指向换向槽的斜边。

使用时，轨道销钉16在转环的带动下，向上移动，在从地面井口的操作人员向采油管柱内打压后，转环带动轨道销钉16向上移动，当移动到顶部的换向槽7.3后，又反向移动，并落入长轨道槽7.1中，以第一液压开关为例，在长轨道槽7.1内为关闭状态，再打压一次，轨道销钉16再次向上移动，在换向槽7.3内实现换向，再下落到短轨道槽7.2中，形成开启状态。多个液压开关时，可以根据井下油层的情况，设定相应的长轨道槽和短轨道槽间隔排列，这样，便可以有序的控制多个液压开关的多个换向轨道，从而实现分层采油。

需要注意的是：进行换层生产时，按照液压开关的换向轨道设计顺序进行相应次数的打压操作。打压时通过采油管柱憋压，一般憋压到12mpa可完成换向，要注意的是打压过程中必须一次性打压至12mpa，中间过程不可泄压。

本发明应用在侧钻井用分层采油装置的使用方法，以两个油层为例，包括以下过程：

1).选好井后，根据设计，将采油管柱e连接好，在侧钻固井套管c内由下到上依次连接盲堵e8、第二液压开关e7、y341第二封隔器e6、第二安全接头e5、第一液压开关e4、y341第一封隔器e3、第一安全接头e2和y445封隔器e1，并通井刮管，做好下井准备；

2).将配合的采油管柱通过原油井套管a下入，并沿着侧钻固井套管c一直下入到侧钻人工井底d，其中，第一液压开关e4位于第一个油层区域，第二液压开关e7位于第二个油层区域，并分别通过封隔器隔离；

3).当采油管柱下入完成后，通过在井口操作进行液压打压从而操作第一液压开关e4和第二液压开关e7分别处于一个开启，一个关闭的状态，从而实现了第一油层区域的采油或者第二油层区域的采油，实现侧钻井的分层采油。

4).当油井需要修井时，下捞矛将分采管柱e打捞出原油井套管a和侧钻固井套管c，即完成了整个工具的取出。

本发明提到的一种侧钻井用分层采油用液压开关装置的组装方法，包括以下过程：

a).在下接头15的内壁和外壁分别放入密封胶圈；

b).在进液环11的下端设有环形容腔，并将单向阀静态定位簧12分别放入进液环11的环形容腔内，然后套上单向阀13与单向阀体14，并通过丝扣连接在下接头15的内壁，使单向阀体14限制在进液环11与下接头15之间的容腔内，在所述进液环11的下端外壁设有进油外孔19，在进液环11的内壁设有进油内孔20，位于环形容腔的根部；

c).将换向轨道7的下端通过螺纹连接在进液环11的上端内壁；

d).将开关执行阀套10套装在换向轨道7、进液环11与下接头15的组合体上，开关执行阀套10的下端与下接头15的外壁滑动配合，上端与密封换向套8的下端螺纹连接；

e).在换向轨道7上套上转环9，转环9上固定轨道销钉16，然后通过转环9将轨道销钉16放置在换向轨道7的轨道槽内，并将其一起推入开关执行阀套10内；

f).将密封换向套8的上端通过螺纹连接到密封短节5外的压力挡环6，密封换向套8的上端与密封短节5的滑动配合；

g).将层间压力平衡套3与密封短节5上分别配上密封胶圈，将层间压力平衡套3套在密封短节5的外侧，密封短节5的下端通过螺纹连接到换向轨道7的上端；

h).上接头1通过丝扣连接压力调节挡环2，然后将回力弹簧4套到密封短节5上，并且上接头1通过丝扣连接到密封短节5的上端；

i).在层间压力平衡套3外壁安装平衡压开启销钉17，平衡压开启销钉17与回力弹簧4接触，在层间压力平衡套3上移时，带动回力弹簧4压缩；

j).调压，使整个装置达到设计要求，即完成组装。

上述的轨道槽包括：长轨道槽7.1、短轨道槽7.2和换向槽7.3，，其中，长轨道槽7.1、短轨道槽7.2位于下方，且间隔排列，而换向槽位于上方，每个长轨道槽7.1和短轨道槽7.2的上方分别设有换向槽7.3，且换向槽的顶部为半圆形结构，一侧为纵向垂直边，另一侧为斜边；所述的长轨道槽7.1的右侧纵向垂直边大于左侧的纵向垂直边，且左侧的纵向垂直边的上部连接斜向引导边，该斜向引导边指向换向槽的斜边。

本发明的工作原理是：

根据需要在侧钻固井套管c内下入两组或两组以上的液压开关，并通过封隔器及安全接头将其分别固定在各个不同的油层；然后，根据需要对各个油层进行分层采油操作。当地面上的采油工人通过采油管柱向井下的密封短节5内打压时，密封换向套8将上行，由于密封换向套8的上行从而带动开关执行阀套10的上行，同时在开关执行阀套10的推动下，转环9带轨道销钉16一起上行，当转环和轨道销钉运行到顶部时，地面打入的液体所施加压力降低，这时，轨道销钉16进入换向轨道7外壁上设有的不同的工作状态轨道，在本实施例中，以第一液压开关为例，当轨道销钉16处于长轨道时即为关阀状态，当轨道销钉16处于短轨道状态时为开启轨道；而第二液压开关则相反，这样实现在同一液体压力下，第一液压开关开启时，第二液压开关处于关闭状态。这时回力弹簧4已被压缩，即存备了巨大的势能，随着采油泵的抽吸液将逐渐下降，当达到供液平衡时，第一液压开关就彻底的处于稳定的工作状态。

上述的换向过程有一个前提，就是密封短节5内必须承压，而密封短节5承压的根本保证就是单向阀13需要保持在单向阀体14上，而单向阀静态定位簧12就是为解决这一矛盾而设的，在此单向阀静态定位簧12的技术参数为小于或等于0.01mpa，即对动液面的影响不超过1米，具体地说就是当开关执行阀套10处于长轨道即关闭状态时，如图所示的状态则由于没有液体进出单向阀13单向阀静态定位簧12处于液体内部，则弹力的作用下，单向阀13靠在单向阀体14的密封面上，因此，不会影响换向；当开关执行阀套10处于短轨道即开启状态时，有两种情况，一种是在泵的抽吸状态下，单向阀13会随泵的抽吸而浮动，实现整个第一液压开关的开启功能，当泵停止抽吸时，由于没有液体进入，即内外压力差平衡，而单向阀13单向阀静态定位簧12处于液体内部，在弹力的作用下单向阀13将落在单向阀体14上。

另外，在分层采油的实验中发现，随着时间的推移，地层层间的压力有时候会越来越大，为了解决层间压力变大的问题，在原有的分层采油的工艺是增加一个平衡开关，而在本发明的工艺中，由于设计中可利用的空间较小，为此，在设计上增加了层间压力平衡套3，以第一液压开关为例，当开关执行阀套10处于长轨道时间过长时，层间压力增大到一定程度时，可推开层间压力平衡套3，暴露出第一平衡孔，从而使层间的压力得到释放，进而维持在新的平衡点上，其工作过程是：当地层压力增大时，层间压力平衡套3将上行，同时，带动平衡压开启销钉17压缩回力弹簧4，暴露出第一平衡孔，使压力实现内外平衡；当外界打压换向时，由于内外压力平衡被破坏而自动关闭，且不影响液压开关的换向，从而保证了开关执行阀套10换向压力的稳定。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。