CN110029974A - 一种预紧式可调恒流堵塞器 - Google Patents
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Abstract
一种预紧式可调恒流堵塞器。主要目的在于解决现有可调恒流堵塞器存在的流量调节范围小、控制精度低等问题。包括打捞杆、上盖、弹簧、堵塞器主体、凸轮、销钉、阀杆、调节螺母、主密封圈、主弹簧、阀芯、调节阀、调节阀座以及滤网；注入水经滤网由阀座的底孔进入堵塞器再通过调节阀、阀芯注入地层，由于阀芯可在堵塞器主体内因注入压力或地层压力的改变和弹簧弹力的作用下往复运动而达到平衡，最终可实现恒流注水。本发明主要是通过调节可调阀的开度与主弹簧的初始压缩量从而改变进入堵塞器的流量与弹簧的弹力以实现在地层压力或注入水压力变化时的流量恒定，适用于分层注水采油。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于油气田开发领域中的井下工具，具体的说，是一种井下可调节式恒流量注水堵塞器。
背景技术
为进一步提高原油采收率，二次采油中的注水技术已成为油田开发的一种重要手段。目前为止，国内油田大都进入了高含水开发期，为增加注水体积，提高原油采收率，注水工作越来越受到重视。堵塞器是分层注水技术的重要部件，目前堵塞器主要是可换水嘴的通用型，根据注水量要求选定合适的水嘴，安装后投到井下坐于偏心配水器工作筒侧孔内。在理想状态下，注水量能够达到要求。但是当工作条件变化时，例如：注水站经管络***到达注水井的注水压力发生变化，复杂多变的地下油层注水层压力发生变化，这时流量就不再恒定。需要反复投劳来更换水嘴以达到预期的注水量，增加了成本，降低了石油开采率。为此，申请人提出了专利号201810516322X的一种可调节式恒流注水堵塞器。但是，这种堵塞器也存在不足之处，那就是：由于同一弹簧恒流量范围小导致这种堵塞器流量调节范围小、流量控制精度低。
发明内容
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种预紧式可调恒流堵塞器，该种预紧式可调恒流堵塞器通过改变主弹簧初始压缩量与可调阀的开度进行关系匹配，对阀芯结构进行了优化，流量调节精度更高，调节范围更大，使阀芯能在不同的流量下与同一刚度的弹簧平衡实现恒流。
本发明的技术方案是：该种预紧式可调恒流堵塞器，包括打捞杆1，其独特之处在于：所述堵塞器还包括上盖2、上盖密封圈3、弹簧4、堵塞器主体5、凸轮6、销钉7、阀杆8、调节螺母9、主密封圈10、主弹簧11、阀芯12、调节阀13、调节阀座14以及滤网15。
其中，打捞杆1具有圆柱面101、圆台102、圆台底面103以及下部开的内六角型空孔104。
堵塞器主体5依次开设有上腔面52、销孔53、凸轮槽面54、内螺纹55、出水孔56、下连接结构57，内螺纹55与调节螺母9通过螺纹连接，销钉穿过销孔53和凸轮的中心孔62进行固定，下连接结构57与滤网151螺纹连接。
凸轮6的中部是空心结构，具有上平面61、中心孔62和外平面63，可以使阀杆8能穿过凸轮而不影响凸轮本身在注水器投捞卡定时产生的旋转，即凸轮与阀杆各自的转动互不影响。
阀杆8的上部是正六边形杆81，与打捞杆1的内六角空孔配合104，配合后顶部存在一定间隙能使阀杆在空孔内上下滑动而周向固定即不能旋转；阀杆中部为圆柱形杆82，与阀芯122间隙配合，下部为一小段开设有外螺纹的圆柱杆83与调节阀131螺纹连接。
调节螺母9是一个内部空心的圆柱，具有正六棱柱空心孔91、外部螺纹面92和底面93；正六棱柱空心孔91与阀杆81间隙配合，使调节螺母能随阀杆转动与上下滑动，外部螺纹面92与主体55螺纹配合，使调节螺母能随着转动进行上下位移，底面93压住主弹簧11。
阀芯12具有小圆柱面121、中心孔面122、凸台面123、滑动面124和结合面125以及矩形槽1201，内顶面123下部两侧开有沿对称面1202对称的两个矩形出水槽1201，所述矩形出水槽高度与堵塞器主体5出水口56直径一致；滑动面124与注水堵塞器主体5内表面间隙配合，使阀芯能上下滑动，中心孔面122与阀杆82间隙配合，使阀芯能上下移动且注入水能通过间隙流入注水器主体与阀芯形成的上腔，在凸台面123与调节螺母9之间安置主弹簧11。
调节阀13为圆柱体，具有上螺纹面131、外螺纹面132和底面133；调节阀13上端中心处开有圆柱形螺纹槽，与阀杆83尾部的圆柱形螺纹杆配合并能随阀杆转动；调节阀13下端开有一定深度的矩形两侧贯穿槽1301，所述矩形两侧贯穿槽与调节阀同心，其螺纹旋向须与调节螺母的相反。
调节阀座14具有螺纹孔141、小外圆面142、圆台面143和底面144；调节阀座14的外部为带有两层台阶的圆筒，下端为中心开有圆孔的圆柱台，圆台面143之上为带有台阶的空心圆柱，在其内部开有内螺纹孔141与调节阀132相配合；圆台面143在装配时被堵塞器主体下端压住，起固定作用。
滤网15具有内螺纹面151、内壁面152和底面153；底面153与调节阀座144配合，内螺纹面与主体57螺纹连接。
本发明具有如下有益效果：传统的恒流堵塞器其恒流原理是弹簧的弹力与阀芯所受的流体压力平衡，实现恒流。但如果改变其水嘴大小，进而流量改变，阀芯受力改变再难以与同一工况的弹簧达到平衡，便不再能实现恒流。而本发明所提出的技术方案将注入水经滤网由调节阀座的底孔进入堵塞器再通过调节阀、阀芯注入地层。由于阀芯可在注水堵塞器主体内因注入压力或地层压力的改变和弹簧弹力的作用下往复运动最终可达到平衡，可实现恒流注水。若注水流量改变或是地层压力发生变化时注入水的流量便不在恒定，此时便可通过测调仪旋转打捞杆从而调节调节阀的开度和调节螺母的位置控制进入堵塞器的流量与弹簧的初始压缩量，实现可调恒流注水。
本发明采用可调阀替代了以前的固定式水嘴，可在井下改变调节阀的开度同时改变弹簧的初始压缩量以改变阀芯所受弹簧的弹力而使阀芯在不同的注水量下能实现与同一弹簧达到平衡（改变调节阀和阀座与主体和调节螺母连接之间的螺距比可实现），并且矩形阀与弹簧的压缩量的改变比较线性，易于研究计算，操作简单，节约成本，实现井下可调恒流注水，可有效提高石油采收率。
附图说明：
附图1是本发明的结构剖视图
附图2是本发明的三维结构剖视图
附图3是本发明的三维结构***图
附图4是本发明的打捞杆三维结构零件图
附图5是本发明的上盖三维结构零件图
附图6是本发明的堵塞器主体三维结构零件图
附图7是本发明的阀杆三维结构零件图
附图8是本发明的凸轮的三维结构零件图
附图9是本发明的调节螺母的三维结构零件图
附图10是本发明的主弹簧三维结构零件图
附图11是本发明的弹簧三维结构零件图
附图12是本发明的阀芯的结构零件图
附图13是本发明的调节阀的三维结构零件图
附图14是本发明的调节阀座三维结构零件图
附图15是本发明的滤网三维结构零件图
图中1-打捞杆，2-上盖，3-上盖密封圈，4-弹簧，5-堵塞器主体，6-凸轮，7-销钉，8-阀杆，9-调节螺母，10-主密封圈，11-主弹簧，12-阀芯，13-调节阀，14-调节阀座，15-滤网。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
结合图1-图15，可知：
打捞杆1由圆柱面101、圆台102、圆台底面103以及的下部开的内六角型空孔104组成。
堵塞器主体5依次开设有上腔面52、销孔53、凸轮槽面54、内螺纹55、出水孔56、下连接结构57，内螺纹55与调节螺母92通过螺纹连接，销孔53通过销钉将凸轮62固定在主体上，下连接结构57与滤网151螺纹连接。
凸轮6为中空结构即凸轮的中部是空心结构，由上平面61、中心孔62和外平面63构成，可以使阀杆8能穿过凸轮而不影响凸轮本身在注水器投捞卡定时产生的旋转，即凸轮与阀杆各自的转动互不影响。
阀杆8的上部是正六边形杆81，与打捞杆1的内六角空孔配合104，配合后顶部存在一定间隙能使阀杆在空孔内上下滑动而周向固定即不能旋转；阀杆中部为圆柱形杆82，与阀芯122间隙配合，下部为一小段开设有外螺纹的圆柱杆83与调节阀131螺纹连接。
调节螺母9是一个内部空心的圆柱，包括正六棱柱空心孔91、外部螺纹面92和底面93构成。正六棱柱空心孔91与阀杆81间隙配合，使调节螺母能随阀杆转动与上下滑动，外部螺纹面92与主体55螺纹配合，使调节螺母能随着转动进行上下位移，底面93压住主弹簧11。
阀芯12由小圆柱面121、中心孔面122、凸台面123、滑动面124和结合面125构成。其实质为两个直径不同的空心圆柱组合在一起，小直径圆柱处于上端，内顶面123下部开有两侧对称的两个矩形出水槽，出水槽高度与堵塞器主体5出水口56直径一致。阀芯124与注水堵塞器主体5内表面间隙配合，使阀芯能上下滑动，中心孔面122与阀杆82间隙配合，使阀芯能上下移动且注入水能通过间隙流入注水器主体与阀芯形成的上腔，在凸台面123与调节螺母9之间安置主弹簧。
调节阀13由上螺纹面131、外螺纹面132和底面133构成，实质是外表面开有外螺纹132的圆柱体，上端中心处开有圆柱形螺纹槽，与阀杆83尾部的圆柱形螺纹杆配合并能随阀杆转动；下端开有一定深度的矩形两侧贯穿槽1301，矩形槽与调节阀同心。
调节阀座14由螺纹孔141、小外圆面142、圆台面143和底面144构成。外部带有2层台阶的圆筒，下端为中心开有圆孔的圆柱台，圆台面143之上为带有台阶的空心圆柱，在其内部开有内螺纹孔141与调节阀132相配合。圆台面143在装配时被堵塞器主体下端压住，起固定作用。
滤网15由内螺纹面151、内壁面152和底面153。底面153与调节阀144配合，内螺纹面与主体57螺纹连接。
所述在打捞杆1的下部开有内六角型空孔104并与阀杆81相配合，打捞杆101与上盖201间隙配合，圆台102与内顶面203之间安置弹簧4，圆台底面103与上平面61相接触；上盖凹槽202处安置上盖密封圈，上盖螺纹面204与堵塞器主体上腔面52螺纹连接；堵塞器主体凸轮槽面54与凸轮外平面63平行安装且有间隙，使凸轮能转动，中心孔62为销钉孔，用销钉将凸轮固定在堵塞器主体上，即在两侧采用2颗销钉安装，销钉不穿过凸轮中心，内螺纹55处设有螺纹与调节螺母外部螺纹面92螺纹连接，在底面93下端安置主弹簧，下连接结构57与滤网内螺纹面151螺纹连接，主体5内壁与阀芯滑动面124间隙配合，使阀芯能上下移动，；阀杆外螺纹圆柱杆83与可调阀上螺纹面131螺纹连接，使可调阀能随阀杆转动；圆柱形杆82与中心孔面122间隙配合，使阀芯能以杆为轴上下滑动；滤网底面153与调节阀座底面144连接在一起，调节阀外螺纹面132与调节阀座螺纹孔141通过螺纹配合，使阀芯能随阀杆转动并上下位移，且其螺纹旋向必须与主体和调节螺母配合的螺纹旋向相反，圆台面143被堵塞器主体的下端部压住使其固定在下盖内。
使用时，注入水经滤网由阀座的底孔进入堵塞器再通过调节阀、阀芯注入地层。由于阀芯可在堵塞器主体内因注入压力或地层压力的改变和弹簧弹力的作用下往复运动而达到平衡，最终可实现恒流注水。本发明主要是通过调节可调阀的开度与主弹簧的初始压缩量从而改变进入堵塞器的流量与弹簧的弹力以实现在地层压力或注入水压力变化时的流量恒定，适用于分层注水采油。
对阀芯采用两侧矩形开槽出水的方式替代了以前的四孔出水，堵塞器工作时阀芯在主体内会存在旋转运动，矩形出水槽能使注水流量更加稳定，提高流量控制精度；同时在主体上增加了调节螺母对弹簧的初始压缩量进行调节，能增大堵塞器的恒流流量的可调节范围，而现有堵塞器的结构采用与某一刚度弹簧进行匹配，只能进行小范围的流量调节，同时能使堵塞器在大流量调节范围内在同一刚度弹簧的作用下实现流量恒定。
综上所述，本种应用于油田分层注水的预紧式可调恒流注水堵塞器，能够调节注水水嘴开度与主弹簧初始压缩量从而恒定控制注水流量的装置，能够解决先前可调恒流堵塞器存在的流量调节范围小、流量控制精度低等问题。
Claims (1)
1.一种预紧式可调恒流堵塞器，包括打捞杆（1），其特征在于：所述堵塞器还包括上盖（2）、上盖密封圈（3）、弹簧（4）、堵塞器主体（5）、凸轮（6）、销钉（7）、阀杆（8）、调节螺母（9）、主密封圈（10）、主弹簧（11）、阀芯（12）、调节阀（13）、调节阀座（14）以及滤网（15）；
其中，打捞杆（1）具有圆柱面（101）、圆台（102）、圆台底面（103）以及下部开的内六角型空孔（104）；
堵塞器主体（5）依次开设有上腔面（52）、销孔（53）、凸轮槽面（54）、内螺纹（55）、出水孔（56）、下连接结构（57），内螺纹（55）与调节螺母（9）通过螺纹连接，销钉穿过销孔（53）和凸轮的中心孔（62）进行固定，下连接结构（57）与滤网（151）螺纹连接；
凸轮（6）的中部是空心结构，具有上平面（61）、中心孔（62）和外平面（63），可以使阀杆（8）能穿过凸轮而不影响凸轮本身在注水器投捞卡定时产生的旋转，即凸轮与阀杆各自的转动互不影响；
阀杆（8）的上部是正六边形杆（81），与打捞杆（1）的内六角空孔配合（104），配合后顶部存在一定间隙能使阀杆在空孔内上下滑动而周向固定即不能旋转；阀杆中部为圆柱形杆（82），与阀芯（122）间隙配合，下部为一小段开设有外螺纹的圆柱杆（83）与调节阀（131）螺纹连接；
调节螺母（9）是一个内部空心的圆柱，具有正六棱柱空心孔（91）、外部螺纹面（92）和底面（93）；正六棱柱空心孔（91）与阀杆（81）间隙配合，使调节螺母能随阀杆转动与上下滑动，外部螺纹面（92）与主体（55）螺纹配合，使调节螺母能随着转动进行上下位移，底面（93）压住主弹簧（11）；
阀芯（12）具有小圆柱面（121）、中心孔面（122）、凸台面（123）、滑动面（124）和结合面（125）以及矩形槽（1201），内顶面（123）下部两侧开有沿对称面（1202）对称的两个矩形出水槽（1201），所述矩形出水槽高度与堵塞器主体（5）出水口（56）直径一致；滑动面（124）与注水堵塞器主体（5）内表面间隙配合，使阀芯能上下滑动，中心孔面（122）与阀杆（82）间隙配合，使阀芯能上下移动且注入水能通过间隙流入注水器主体与阀芯形成的上腔，在凸台面（123）与调节螺母（9）之间安置主弹簧（11）；
调节阀（13）为圆柱体，具有上螺纹面（131）、外螺纹面（132）和底面（133）；调节阀（13）上端中心处开有圆柱形螺纹槽，与阀杆（83）尾部的圆柱形螺纹杆配合并能随阀杆转动；调节阀（13）下端开有一定深度的矩形两侧贯穿槽（1301），所述矩形两侧贯穿槽与调节阀同心，其螺纹旋向须与调节螺母的相反；
调节阀座（14）具有螺纹孔（141）、小外圆面（142）、圆台面（143）和底面（144）；调节阀座（14）的外部为带有（2）层台阶的圆筒，下端为中心开有圆孔的圆柱台，圆台面（143）之上为带有台阶的空心圆柱，在其内部开有内螺纹孔（141）与调节阀（132）相配合；圆台面（143）在装配时被堵塞器主体下端压住，起固定作用；
滤网（15）具有内螺纹面（151）、内壁面（152）和底面（153）；底面（153）与调节阀座（144）配合，内螺纹面与主体（57）螺纹连接。
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