一种油田井下流量自动平衡注水器.pdf

本发明属于一种用于油田注水管网系统——油田井下流量自动平衡注水器。包括阀体和其内的中轴对称的阀芯，其特征在于呈锥形腔的阀体内壁环形槽上的弹簧支撑阀芯，阀芯的上端面被螺纹相连接的锁紧帽压紧，且在阀芯上腔体壁面四周对称分布至少两个节流孔，锁紧帽与阀体采用螺纹连接，锁紧帽下端面压紧阀芯上端面上。在注水压差变动情况下能够维持注水量恒定，大大缩短了调配时间，降低了工人的劳动强度和注水井调配成本；具有良好的动态性能、对注水压差波动具有良好的自稳定能力、提高了注水质量；无须改动已有系统的其他部件，可直接用于油田井下分层注水，显著提高油田的注采效率和注水系统的使用寿命。

1、  一种油田井下流量自动平衡注水器，该注水器包括阀体(4)和其内的中轴对称的阀芯(3)，其特征在于呈锥形腔的阀体(4)内壁环形槽(7)上的弹簧(2)支撑阀芯(3)，阀芯(3)的上端面被螺纹相连接的锁紧帽(1)压紧，阀芯(3)的上端侧面设有减压槽(6)，且在阀芯(3)上腔体壁面四周对称分布至少两个节流孔(5)，节流孔(5)的总面积与注水量相一致，锁紧帽(1)与阀体(4)用螺纹连接，锁紧帽(1)下端面压紧阀芯(3)上端面。

2、  如权利要求1所述的油田井下流量自动平衡注水器，其特征在于上述阀芯(3)的上端面上对称布有节流孔(5)。

一种油田井下流量自动平衡注水器
技术领域
本发明属于一种用于油田注水管网系统，能够对井下注水流量进行自动平衡的注水装置——油田井下流量自动平衡注水器。
背景技术
随着油田二次、三次采油比例的逐渐扩大，每个油藏、每个注采井组、每个层系的注水量都必须严格执行地质配注要求才能保证理想的采油量，如果注少量过少则达不到提高地层压力的作用，注水量过多又会引起油层的不均匀推进，形成地下出道，造成油井过早见水，油层残留大量死油区，这样不仅造成注水量的浪费，还降低了油田的原油采收率。传统的油田井下注水器要想实现变量注水，需要根据注水流量的需要和注水管网压力的变化反复调整注水井高压配水阀的开度来满足注水流量的要求，用人工调节高压配水阀门进行流量调节不但工作量大、调节精度低，对注水出现的异常情况也很难及时处理，特别是夜间，由于压力波动，操作人员不能及时发现并做出处理，将会造成注水井失控或注水井“倒灌”，严重影响了油田的稳定开发和安全生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种油田井下流量自动平衡注水器，能够在注水压力波动的状态下，保持输出流量动态恒定，以克服已有注水器注水流量随进出口端压差的变化而变化，无法实现定量注水的不足。
本发明的设计构思；阀体的进口端、中间腔体、出口端的压力分别为P₁、P₂、P₃，如果进口端压力P₁增加(或减小)，即进、出口压差ΔP₁＝(P₁-P₃)增加(或减小)，本发明能够自动减少(或增加)出口端流道的过流面积，使中间腔体的压力P₂增加(或减小)，进而保证进口端与中间腔体的压差ΔP₂＝(P₁-P₂)保持恒定。根据流量计算公式Q＝KsAΔp^m，在流阻系数Ks、进口端与中间腔体之间节流孔过流面积A一定的情况下，由于压差ΔP₂＝(P₁-P₂)保持动态恒定，则通过进口端与中间腔体之间节流孔的流量Q保持动态恒定。
本发明的技术方案：包括阀体和其内的中轴对称的阀芯，其特征在于呈锥形腔的阀体内壁环形槽上的弹簧支撑阀芯，阀芯的上端面被螺纹相连接的锁紧帽压紧，阀芯的上端侧面设有减压槽，且在阀芯上腔体壁面四周对称分布至少两个节流孔，该节流孔的总面积要与注水量的相一致，锁紧帽与阀体用螺纹连接，锁紧帽下端面压紧阀芯上端面。
本发明的有益效果是：在注水压差变动情况下能够维持注水量恒定，大大缩短了调配时间，降低了工人的劳动强度和注水井调配成本；具有良好的动态性能、对注水压差波动具有良好的自稳定能力、提高了注水质量；无须改动已有系统的其他部件，可直接用于油田井下分层注水。
附图说明
图1为本发明的总体结构装配图。
图2为本发明阀芯的剖视图(阀芯的上端面也设有节流孔)。
图3为本发明阀芯的剖视图。
其中，1、锁紧帽  2、弹簧  3、阀芯  4、阀体  5、节流孔  6、减压槽  7、环形槽。P1、P2分别为进、出口端压力，P3为节流口出口端压力。
具体实施方式
如图1，本发明包括阀体4和其内的中轴对称的阀芯3，其特征在于呈锥形腔的阀体4内壁环形槽7上安装弹簧2，用于支撑阀芯3下端面，阀芯3的上端面被螺纹相连接的锁紧帽1压紧，阀芯3的上端侧面设有减压槽6，且在阀芯3上腔体壁面四周对称分布至少两个节流孔5，节流孔5的总面积与注水流量的设计要求相一致，锁紧帽与阀体用螺纹连接，锁紧帽下端面压紧阀芯上端面。考虑到注水量要求较大工况，节流孔的面积较大，阀芯3上腔体壁面四周不能全部布下节流孔5，又在阀芯3的上端面对称分布设置了节流孔5。阀芯3上开有的减压槽6，使减压槽6里面充满液体，能够有效防止阀芯3上下运动时可能出现的径向不平衡力，避免阀芯3出现卡滞。
本发明由锁紧帽1、弹簧2、阀芯3、阀体4四部分组成，阀芯3上开有节流口5和减压槽6，阀体4上有用于安装弹簧的环形槽7。注水量要求较小时，只需在阀芯上端面或侧壁开节流孔5；注水量较大时，可以在阀芯上端面和侧壁同时开节流孔5；阀芯上端面或侧壁上的节流孔要求对称分布，以减少阀芯3受力不均造成阀芯3上下滑动不畅。
如图1，本发明的阀芯3利用弹簧2支撑，安装在阀体4上的环形槽7上，锁紧帽1上端的外螺纹可以与注水套管连接，锁紧帽1下端的外螺纹与阀体4上端的内螺纹连接，利用锁紧帽1压紧阀芯3上端面，使弹簧2具有一定的初始压缩量，压缩量要与启动压差(P₁-P₃)相一致。
本发明的阀芯3的进、出口端和节流口出口端压力分别为P₁、P₃、P₂，如果进口压力P₁增加，则阀芯3上、下两端面的压差(P₁-P₃)将增加，阀芯3向下滑动，弹簧被压缩，阀芯3下端与阀体4内腔间隙变小，P₂将会增加，直到阀芯3上面节流孔5的前后压差(P₁-P₂)恢复到初始设定值，阀芯3停止下滑，根据流量方程Q＝KsAΔp^m，由于流阻系数Ks、节流孔5的过流面积A、节流孔前后压差(P₁-P₂)保持恒定，则通过中间腔体的流量Q保持不变；反之，如果进口压力P₁减少，则阀芯3的上下两端面的压差(P₁-P₃)将减少，阀芯3在弹簧弹力的作用下将向上滑动，弹簧被伸长，阀芯3下端与阀体4内腔间隙变大，P₂将会变小，直到阀芯3上面节流孔5的前后压差(P₁-P₂)恢复到初始值，阀芯3停止上滑，根据流量方程Q＝KsAΔp^m，由于流阻系数Ks、节流孔5的过流面积A、节流孔前后压差(P₁-P₂)保持恒定，则通过中间腔体的流量Q保持不变。