球阀式井下作业用地层保护装置的制作方法

本实用新型涉及一种球阀式井下作业用地层保护装置，属于油气田开发技术领域。

背景技术：

油气田开发作业时，需下入油管串及完井工具进行作业将地层隔离并形成采油通道。随着现代完井技术的发展，智能完井、多层完井、压裂、筛管完井等先进技术大量应用到完井作业中，作业过程中经常要求油管串能在作业过程中具有根据需要多次关闭或开启采油通道的功能，关闭时可防止压裂液等进入地层造成污染，开启时则可继续采油。

常用的一种完井管串采用带内密封孔的封隔器下入井中，再将油管串插入封隔器中，需要关闭采油通道可以通过钢丝作业或连续油管下入堵塞器等方式实现，增加了作业设备、作业时间、钢丝作业工具、作业成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种球阀式井下作业用地层保护装置。本实用新型通过机械方式可以实现多次开启或关闭油管通道操作，应用后可防止流体损失造成地层损害以提高井的生产力，开启、关闭球阀时可以通过上提或下方管串实现，无需额外的钢丝作业或连续油管作业。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种球阀式井下作业用地层保护装置，其特征在于：包括上接头、机械开关结构、下接头和移位工具，机械开关结构包括锁定芯轴、阀腔、阀球和阀座；上接头、阀腔和下接头依次密封固定连接，阀座设置在下接头内，阀球设置在阀座上方的阀腔内，阀球上贯通设置有通孔，移位工具与锁定芯轴配合用于带动锁定芯轴沿上接头轴线移动，锁定芯轴位于阀球上方，锁定芯轴与阀球销接用于在锁定芯轴沿轴线移动时带动阀球在阀腔内转动；机械开关结构处于开启状态时，阀球的通孔与阀座内腔连通，机械开关结构处于关闭状态时，阀球的密封球面与阀座密封配合。

所述上接头内设置有环形凹槽，锁定芯轴上对应设置有凸台，环形凹槽和凸台配合对锁定芯轴的轴向位置进行锁定。

所述环形凹槽包括上环形凹槽和下环形凹槽，凸台包括上凸台和下凸台，机械开关结构处于完全关闭状态时，上凸台位于上环形凹槽中，机械开关结构处于完全开启状态时，下凸台位于下环形凹槽中。

所述锁定芯轴上端设置有能够向内收缩的弹性卡爪，两个凸台位于弹性卡爪两端，下端设置有推杆，推杆上设置有与阀球连接的销钉。

所述凸台为分别向弹性卡爪外凸和向弹性卡爪内凸的结构。

所述阀座端面设置为锥面，机械开关结构处于关闭状态时，阀球与阀座锥面为金属对金属密封配合。

所述阀座锥面上还设置有密封圈，阀座下端设置有弹簧，弹簧限位在下接头内，阀座与下接头滑动密封配合。

所述移位工具设置为受力时收缩的卡爪结构，卡爪结构上有两个凹槽，锁定芯轴的凸台位于凹槽中时，移位工具与锁定芯轴锁定。

所述上接头与阀腔螺纹固定连接，上接头外壁上设置有o形圈，上接头通过o形圈与阀腔内壁密封配合并通过紧定螺钉固定。

所述阀腔与下接头螺纹固定连接，下接头外壁上设置有o形圈，下接头通过o形圈与阀腔内壁密封配合并通过紧定螺钉固定，阀座内壁设置有o形圈，阀座通过o形圈与下接头内壁密封配合。

采用本实用新型的优点在于：

一、采用本实用新型后，在对于暂时废弃井，需要能够暂时关闭采油通道时，直接上提隔离阀移位器管串即可实现关闭采油通道，减少了作业时间，降低了作业成本。

二、采用本实用新型后，装置下井直接连接在封隔器管串上，无需额外的下井作业，操作简便可靠，不增加额外作业成本。

三、智能完井、多层完井、压裂、筛管完井等作业中，需要关闭或开启通道时，直接上提或下放管串即可完成，无需通过钢丝作业或连续油管作业，减少作业时间，降低了作业成本。

附图说明

图1为本实用新型未和移位工具配合时的结构示意图；

图2-4为本实用新型开启原理结构示意图；

图5-7为本实用新型关闭原理结构示意图；

图8为本实用新型移位工具结构示意图。

图中标记为：1、上接头，2、锁定芯轴，3、紧定螺钉，4、o形圈，5、阀腔，6、阀球，7、销钉，8、密封圈，9、移位工具，10、阀座，11、弹簧，12、下接头。

具体实施方式

实施例1

一种球阀式井下作业用地层保护装置，包括上接头1、机械开关结构、下接头12和移位工具9，机械开关结构包括锁定芯轴2、阀腔5、阀球6和阀座10；上接头1、阀腔5和下接头12依次密封固定连接，阀座10设置在下接头12内，阀球6设置在阀座10上方的阀腔5内，阀球6上贯通设置有通孔，移位工具9与锁定芯轴2配合用于带动锁定芯轴2沿上接头1轴线移动，锁定芯轴2位于阀球6上方，锁定芯轴2与阀球6销接用于在锁定芯轴2沿轴线移动时带动阀球6在阀腔5内转动；机械开关结构处于开启状态时，阀球6的通孔与阀座10内腔连通，机械开关结构处于关闭状态时，阀球6的密封球面与阀座10密封配合。

所述上接头1内设置有环形凹槽，锁定芯轴2上对应设置有凸台，环形凹槽和凸台配合对锁定芯轴2的轴向位置进行锁定。

所述环形凹槽包括上环形凹槽和下环形凹槽，凸台包括上凸台和下凸台，机械开关结构处于完全关闭状态时，上凸台位于上环形凹槽中，机械开关结构处于完全开启状态时，下凸台位于下环形凹槽中。

所述锁定芯轴2上端设置有能够向内收缩的弹性卡爪，两个凸台位于弹性卡爪两端，下端设置有推杆，推杆上设置有与阀球连接的销钉7。

所述凸台为分别向弹性卡爪外凸和向弹性卡爪内凸的结构。

所述阀座10端面设置为锥面，机械开关结构处于关闭状态时，阀球6与阀座10锥面为金属对金属密封配合。

所述阀座10锥面上还设置有密封圈，阀座10下端设置有弹簧11，弹簧11限位在下接头12内，阀座10与下接头12滑动密封配合。弹簧力作用下阀座与阀球密封面始终保持紧密接触，保证密封的可靠性。

所述移位工具9设置为受力时收缩的卡爪结构，卡爪结构上有两个凹槽，锁定芯轴2的凸台位于凹槽中时，移位工具9与锁定芯轴2锁定。

所述上接头1与阀腔5螺纹固定连接，上接头1外壁上设置有o形圈4，上接头1通过o形圈4与阀腔5内壁密封配合并通过紧定螺钉3固定。

所述阀腔5与下接头12螺纹固定连接，下接头12外壁上设置有o形圈4，下接头12通过o形圈4与阀腔5内壁密封配合并通过紧定螺钉3固定，阀座10内壁设置有o形圈4，阀座10通过o形圈4与下接头12内壁密封配合。

采用本实用新型可以实现多次开启或关闭油管通道操作，应用后可防止流体损失造成地层损害以提高井的生产力，且相当于增加了一个井下的隔离阀从而提高安全性，开启、关闭球阀时可以通过上提或下方管串实现，无需额外的钢丝作业或连续油管作业。

实施例2

下面将结合附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1和图8，一种球阀式井下作业用地层保护装置，包括上接头1，锁定芯轴2，紧定螺钉3，o形圈4，阀腔5，阀球6，销钉7，密封圈8，移位工具9，阀座10，弹簧11，下接头12。

本实施例中，锁定芯轴2和阀球6通过销钉7连接；当锁定芯轴2沿轴线移动时，带动阀球6旋转，可实现阀球6的开启和关闭，并能使其在开启或关闭状态保持锁定。

上接头1内孔设计有两个环形凹槽，与锁定芯轴2上的卡爪凸台配合可实现锁定芯轴2的轴向位置锁定。

锁定芯轴2上设计有两处弹性卡爪，卡爪可以向内收缩；卡爪上有凸台，凸台可以嵌入上接头1的凹槽中，实现锁定；当以较大拉力拉动锁定芯轴2时，卡爪将从上接头1的凹槽中脱离。锁定芯轴2一端设计有推杆，推杆上安装有销钉7，销钉7可带动阀球6旋转。

所述阀球6设计有密封球面，转动到关闭位置时与阀座10锥面配合实现金属对金属的密封。

所述阀座10上设计有密封圈8，密封圈8与阀球6配合后可保证低压时无泄漏。阀座10可以沿轴向浮动，在弹簧11作用下保持始终与阀球6接触。

所述弹簧11给阀座10一个持续的推力，推动阀座10始终与阀球6紧密结合，从而保证阀球6关闭时能可靠密封。

所述阀球6开启和关闭需要配套移位工具9使用。移位工具9上设计有卡爪，卡爪设计为下井时可以受力收缩，外力释放自动胀开。移位工具9卡爪上有两个凹槽，锁定芯轴2的凸台可以嵌入卡爪凹槽中，则卡爪可带动锁定芯轴2移动，当锁定芯轴2移动到位后，继续移动卡爪则卡爪可自动收缩。

球阀式井下作业用地层保护装置的工作原理如下：

下井：将球阀式井下作业用地层保护装置连接在封隔器管串中根据需求预定的位置。

球阀开启原理（见图2-4）：

移位工具9向下移动，插入球阀式井下作业用地层保护装置的上端上接头内，移位工具9卡爪可以自动收缩以通过上接头1；

移位工具9继续向下移动至锁定芯轴2的下端卡爪凸台嵌入移位工具9的凹槽中，则移位工具9将带动锁定芯轴2一起运动；

移位工具9继续向下移动直至阀球6开启，同时锁定芯轴2的卡爪凸台将嵌入上接头1的下端凹槽中，并保持锁定。

球阀关闭原理（见图5-7）：

移位工具9向上移动至锁定芯轴2的下端卡爪凸台嵌入移位工具9的凹槽中，则移位工具9将带动锁定芯轴一起运动；

移位工具9继续向上移动直至阀球6开启，同时锁定芯轴2的卡爪凸台将嵌入上接头1的上端凹槽中，并保持锁定。

移位工具9继续向上移动，移位工具9卡爪可以自动收缩以通过上接头1。

以下将本实用新型与现有技术进行对比说明：

本实用新型与cn01109480比较：cn01109480内部无通径，不适用于通常的需要下入钢丝工具的完井作业。

本实用新型与cn201410784832比较：cn201410784832只能安装在封隔器上部，使用范围受限。需要几个产品配套使用实现地层隔离保护功能，成本高昂，操作复杂，故障率高。本实用新型成本低，结构简单可靠性高，操作简单，适用与管串的任意位置适应性广。

本专利与cn201220678919比较：cn201220678919采用锁块、弹簧结构锁定和激活阀球的运动，结构复杂，影响了内部通径，降低了油漆流通效率。弹簧在井下易受到杂质沉积影响，回弹可靠性降低。本实用新型只用一个整体式零件实现阀球锁定和激活，简单高效，可靠性高，内通径大，可采用振击和冲刷消除杂质沉积影响。

cn201220678919采用可转动连杆结构推动阀球转动，结构复杂，连杆强度低易失稳，可靠性低，连杆旋转需要占用阀球较大空间，导致阀球强度低，同时影响了内部通径。本实用新型采用整体式固定推杆，强度高，简单可靠，占用阀球运动空间小，内部通径大。