一种分层点火注气管柱技术领域
本发明涉及石油开采设备领域，具体的是一种分层点火注气管柱。
背景技术
火驱工艺是油田稠油开发后期重要的转换方式。由于受到管柱结构及工艺的限
制，在移动式点火器(如中国专利CN103147733B，公开日期2013年6月12日，公开的《火烧油
层可收卷式电点火及监测系统》)点火过程中，只能进行单层点火，无法实现多层分别点火
及注气，无法满足特殊油井的需要。
发明内容
为了解决现有火驱井无法实现多层分别点火及注气的问题，本发明提供了一种分
层点火注气管柱，该分层点火注气管柱可以实现多层点火及注气，满足了油井点火要求，提
高了点火井的作业效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种分层点火注气管柱，包括内管柱和外管柱，外管柱套设于内管柱外，外管柱和
内管柱之间形成环形空间，外管柱上含有从上向下依次设置的第一注气阀、第四注气阀和
第五注气阀，内管柱上含有从上向下依次设置的第二注气阀和第三注气阀，第一注气阀的
位置和第二注气阀的位置相对应，第三注气阀的位置和第四注气阀的位置相对应；第一注
气阀、第二注气阀和第三注气阀均为能够多次开关的温度控制注气阀，该能够多次开关的
温度控制注气阀能够在阀内温度大于等于设定值时开启，该能够多次开关的温度控制注气
阀还能够在阀内温度小于设定值时关闭；第四注气阀和第五注气阀均为仅能一次开关的温
度控制注气阀，该仅能一次开关的温度控制注气阀能够在阀内温度大于等于设定值时开
启，该仅能一次开关的温度控制注气阀在开启后不能再关闭。
一种分层点火注气管柱，包括内管柱和外管柱，外管柱套设于内管柱外，外管柱和
内管柱之间形成环形空间，外管柱上含有从上向下依次设置的第一注气阀和第四注气阀，
内管柱上含有从上向下依次设置的第二注气阀和第三注气阀，第一注气阀的位置和第二注
气阀的位置相对应，第三注气阀的位置和第四注气阀的位置相对应；第一注气阀、第二注气
阀和第三注气阀均为能够多次开关的温度控制注气阀，该能够多次开关的温度控制注气阀
能够在阀内温度大于等于设定值时开启，该能够多次开关的温度控制注气阀还能够在阀内
温度小于设定值时关闭；第四注气阀为仅能一次开关的温度控制注气阀，该仅能一次开关
的温度控制注气阀能够在阀内温度大于等于设定值时开启，该仅能一次开关的温度控制注
气阀在开启后不能再关闭。
一种分层点火注气管柱，包括内管柱和外管柱，外管柱套设于内管柱外，外管柱和
内管柱之间形成环形空间，外管柱上含有从上向下依次设置的第四注气阀和第五注气阀，
内管柱上含有第三注气阀，第三注气阀的位置和第四注气阀的位置相对应；第三注气阀为
能够多次开关的温度控制注气阀，该能够多次开关的温度控制注气阀能够在阀内温度大于
等于设定值时开启，该能够多次开关的温度控制注气阀还能够在阀内温度小于设定值时关
闭；第四注气阀和第五注气阀均为仅能一次开关的温度控制注气阀，该仅能一次开关的温
度控制注气阀能够在阀内温度大于等于设定值时开启，该仅能一次开关的温度控制注气阀
在开启后不能再关闭。
一种分层点火注气管柱，包括内管柱和外管柱，外管柱套设于内管柱外，外管柱和
内管柱之间形成环形空间，外管柱上含有从上向下依次设置的第一注气阀和第五注气阀，
内管柱上含有第二注气阀，第一注气阀的位置和第二注气阀的位置相对应；第一注气阀和
第二注气阀均为能够多次开关的温度控制注气阀，该能够多次开关的温度控制注气阀能够
在阀内温度大于等于设定值时开启，该能够多次开关的温度控制注气阀还能够在阀内温度
小于设定值时关闭；第五注气阀为仅能一次开关的温度控制注气阀，该仅能一次开关的温
度控制注气阀能够在阀内温度大于等于设定值时开启，该仅能一次开关的温度控制注气阀
在开启后不能再关闭。
本发明的有益效果是：该分层点火注气管柱能在一次管柱安装作业之后，实现两
个或三个油层的分别点火和注气，即：两个或三个油层互不影响互相独立点火及注气，可降
低施工作业成本，提高工作效率及火驱效果。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示
意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是实施例1中分层注气管柱的总体结构示意图。
图2是实施例1中第三注气阀在关闭状态时的结构示意图。
图3是实施例1中第五注气阀在关闭状态时的结构示意图。
图4是实施例1中第三注气阀在开启状态时的结构示意图。
图5是实施例1中第五注气阀在开启状态时的结构示意图。
1、连续管电缆；2、连续管密封器；3、井口装置；4、内管柱环空；5、内管柱；6、内外管
柱间环空；7、外管柱；8、外套间环空；9、套管；10、第一注气阀；11、第二注气阀；12、第一点火
油层；13、第一筛管孔；14、第一封隔器；15、第三注气阀；16、第四注气阀；17、第二筛管孔；
18、第二点火油层；19、内外管柱间密封面；20、管鞋；21、第二封隔器；22、点火器；23、第五注
气阀；24、第三筛管孔；25、第三点火油层；26、封堵帽；27、外套间环空连接口；28、内外管柱
间环空连接口；29、内管柱环空连接口；30、第一管接；31、外护管；32、第一压力平衡孔；33、
第一弹性部件；34、第一密封滑套；35、第一外注气通道；36、第一内注气通道；37、第一密封
滑套注气通道；38、第二压力平衡孔；39、膨胀液；40、波纹管；41、第二管接；42、内护管；43、
第一磁环；44、第三压力平衡孔；45、第二磁环；46、第二弹性部件；47、第二密封滑套注气通
道；48、第二外注气通道；49、第四压力平衡孔；50、第二密封滑套；51、第二内注气通道。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相
互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种分层点火注气管柱，包括内管柱5和外管柱7，内管柱5和外管柱7均呈直立状
态，外管柱7套设于内管柱5外，外管柱7和内管柱5之间形成环形空间，外管柱7上含有从上
向下依次设置的第一注气阀10、第四注气阀16和第五注气阀23，内管柱5上含有从上向下依
次设置的第二注气阀11和第三注气阀15，第一注气阀10的位置和第二注气阀11的位置相对
应，第三注气阀15的位置和第四注气阀16的位置相对应；第一注气阀10、第二注气阀11和第
三注气阀15均为能够多次开关的温度控制注气阀，该能够多次开关的温度控制注气阀能够
在阀内温度大于等于设定值时开启，该能够多次开关的温度控制注气阀还能够在阀内温度
小于设定值时关闭；第四注气阀16和第五注气阀23均为仅能一次开关的温度控制注气阀，
该仅能一次开关的温度控制注气阀能够在阀内温度大于等于设定值时开启，该仅能一次开
关的温度控制注气阀在开启后不能再关闭，如图1所示。
第一注气阀10、第二注气阀11和第三注气阀15的设定值可以相同也可以不同，第
四注气阀16和第五注气阀23的设定值可以相同也可以不同。第一注气阀10、第二注气阀11
和第三注气阀15的初始状态为关闭状态，第四注气阀16和第五注气阀23的初始状态也为关
闭状态。
在本实施例中，该能够多次开关的温度控制注气阀含有第一管接30和外护管31，
第一管接30和外护管31均为直立状态，外护管31套设于第一管接30外，外护管31和第一管
接30之间形成第一环形密封空腔，沿第一管接30的轴线方向，该第一环形密封空腔内依次
设置有第一弹性部件33、第一密封滑套34和膨胀液39，膨胀液39能够依靠热胀冷缩使第一
密封滑套34沿第一管接30的轴向移动，第一管接30内设有第一内注气通道36，第一密封滑
套34内设有第一密封滑套注气通道37，外护管31内设有第一外注气通道35，膨胀液39在吸
热后温度上升体积膨胀并推动第一密封滑套34沿第一管接30的轴向移动，只有当膨胀液39
的温度大于等于该能够多次开关的温度控制注气阀的设定值时，膨胀液39才能够将第一密
封滑套34推动至开启位置并且使第一管接30的内部依次通过第一内注气通道36、第一密封
滑套注气通道37和第一外注气通道35与外护管31的外部连通，如图2和图4所示。其中，膨胀
液39为一种现有的易挥发液体，如酒精、丙酮等，该类物质热膨胀系数大，温度升高后可以
变为气态，温度降低后也可以再变回液态。膨胀液39的加入量可以该能够多次开关的温度
控制注气阀的设定值确定。
在本实施例中，第一弹性部件33、第一密封滑套34(相当于环形的活塞)和膨胀液
39从上向下依次设置，第一弹性部件33为弹簧，该第一环形密封空腔内设有多根两端密封
的波纹管40，多根波纹管40沿该第一环形密封空腔的周向均匀排布，同时波纹管40还沿第
一管接30的轴向设置，波纹管40位于第一密封滑套34和该第一环形密封空腔的下端之间，
膨胀液39设置于波纹管40内，膨胀液39热胀冷缩后能够使波纹管40同步伸缩并推动第一密
封滑套34沿第一管接30的轴向滑动。使该能够多次开关的温度控制注气阀开关的设定值时
可以根据膨胀液39的添加量经过多次实验确定。
在本实施例中，外护管31的上部设有连通第一弹性部件33所在的该第一环形密封
空腔和外护管31外部的第一压力平衡孔32，外护管31的下部设有连通波纹管40所在的该第
一环形密封空腔和外护管31外部的第二压力平衡孔38，第一内注气通道36的位置和第一外
注气通道35的位置均位于同一水平高度，如图2和图4所示。第一管接30的上端与内管柱5相
连接，第三注气阀15的第一管接30的下端与管鞋20相接触，形成内外管柱间密封面19，第一
管接30和外护管31密封固定连接。
在本实施例中，该仅能一次开关的温度控制注气阀的初始状态为关闭状态，该仅
能一次开关的温度控制注气阀包括第二管接41和内护管42，第二管接41和内护管42均为直
立状态，内护管42套设于第二管接41内，内护管42和第二管接41之间形成第二环形密封空
腔，沿第二管接41的轴线方向，该第二环形密封空腔内从上向下依次设有依靠磁力连接的
第一磁环43、第二磁环45和第二密封滑套50(相当于环形的活塞)，第一磁环43的位置固定，
第二磁环45和第二密封滑套50均能够沿第二管接41的轴向移动，第二管接41内设有第二外
注气通道48，第二密封滑套50内设有第二密封滑套注气通道47，内护管42内设有第二内注
气通道51，只有当第二磁环45的温度大于等于该仅能一次开关的温度控制注气阀的设定值
时，第一磁环43和第二磁环45才分离，第二磁环45和第二密封滑套50可以依靠重力同时下
落，第二密封滑套50才能移动至开启位置并且使内护管42的内部依次通过第二内注气通道
51、第二密封滑套注气通道47和第二外注气通道48与第二管接41的外部连通，该仅能一次
开关的温度控制注气阀在开启后，第二密封滑套50的位置不动，如图3和图5所示。
在本实施例中，第二磁环45和内护管42之间设有第二弹性部件46，第二弹性部件
46为弹簧，第二管接41的上部设有连通第二弹性部件46所在的该第二环形密封空腔和第二
管接41内部的第三压力平衡孔44，第二管接41的下部设有连通第二密封滑套50下方的该第
二环形密封空腔和第二管接41内部的第四压力平衡孔49，第二外注气通道48的位置和第二
内注气通道51的位置位于同一水平高度。第二弹性部件46的上端与第一磁环43顶抵，第二
弹性部件46的下端与第二密封滑套50顶抵，该仅能一次开关的温度控制注气阀在初始状态
时，第二弹性部件46处于压缩状态。只有当第二磁环45的温度大于等于该仅能一次开关的
温度控制注气阀的设定值时，第一磁环43和第二磁环45才分离，第二磁环45和第二密封滑
套50可以依靠重力和第二弹性部件46的推力下落，第二密封滑套50才能移动至开启位置并
且使内护管42的内部依次通过第二内注气通道51、第二密封滑套注气通道47和第二外注气
通道48与第二管接41的外部连通，该仅能一次开关的温度控制注气阀在开启后，第二密封
滑套50的位置不动。该仅能一次开关的温度控制注气阀开关的设定值可以根据第二磁环45
的重量、第二密封滑套50的重量和第二弹性部件46的弹力经过多次实验确定。
第四注气阀16和第五注气阀23结构分别为外置式和内置式。如第四注气阀16为外
置式，即护管在管接外，第五注气阀23为内置式，即护管在管接内，其它结构均相同。管接包
括第一管接30和第二管接41，管接顾名思义即可以与内管柱5或外管柱7连接。第五注气阀
23的第二管接41的上下两端分别与外管柱7和封堵帽26相连接。
在本实施例中，在通过外管柱7至上而下依次连接第一注气阀10、第四注气阀16、
管鞋20和第五注气阀23，第一注气阀10、第四注气阀16和第五注气阀23分别与第一点火油
层12、第二点火油层18和第三点火油层25相对应；内管柱5至上而下依次连接第二注气阀11
和第三注气阀15，第二注气阀11和第三注气阀15分别与第一点火油层12和第二点火油层18
相对应；第三注气阀15的第一管接13的底部与管鞋20相接触，形成内外管柱间密封面19，如
图1和2所示。在第一点火油层12、第二点火油层18和第三点火油层25之间的外套间环空8内
依次设有第一封隔器14和第二封隔器21。外套间环空连接口27、内外管柱间环空连接口28、
内管柱间环空连接口29与供气源相连接。
第三注气阀15的工作原理是：当温度升高，波纹管40内部的膨胀液39膨胀，使波纹
管40伸长，进而推动第一密封滑套34向上移动，第一密封滑套注气通道37也同时向上移动，
第一弹性部件33被压缩，当第一密封滑套注气通道37向上移动到第一外注气通道35和第一
内注气通道36处时(此时温度升高到设定值)，注气通道打开，内管柱环空4中被加热的热空
气依次通过第一内注气通道36、第一密封滑套注气通道37、第一外注气通道35进入对应的
点火油层对该油层进行点火；当点火结束后，点火器22停止工作，第三注气阀15周围温度下
降，波纹管40内部的膨胀液39开始收缩，使波纹管40缩短，同时在第一弹性部件33的作用
下，推动第一密封滑套34向下移动，进而第一密封滑套注气通道37也向下移动，回到原始位
置，第一外注气通道35与第一内注气通道36被第一密封滑套注气通道37断开，切断该路注
气通道，如图1、图2、图4所示。第一注气阀10和第二注气阀11的结构与原理同第三注气阀15
相同，不再详细介绍。
第五注气阀23的工作原理是：在常温下，第一磁环43与第二磁环45之间相吸引的
磁力克服第二弹性部件46的压缩弹力，使第二磁环45和第二密封滑套50停留在上部而不向
下滑动，第二密封滑套50将第二外注气通道48和第二内注气通道51隔断，使得注气通道关
闭；当温度升高到设定值时，第一磁环43与第二磁环45之间相吸引的磁力逐渐减弱而失磁，
在第二弹性部件46弹簧力的作用下，使第二磁环45和第二密封滑套50向下移动，使第二密
封滑套注气通道47与第二外注气通道48和第二内注气通道51在同一水平面上，注气通道打
开，内管柱环空4中被加热的热空气依次通过第二内注气通道51、第二密封滑套注气通道
47、第二外注气通道48进入对应的点火油层对该油层进行点火；当点火结束后，点火器22停
止工作，第五注气阀23周围温度下降，由于高温后失磁的磁钢的磁力无法恢复(第一磁环43
与第二磁环45的材质为磁钢)，而且此时的第一磁环43与第二磁环45之间的距离较大，且还
有第二弹性部件46向下的弹簧力的作用，无法使第二密封滑套50上移，进而注气通道始终
是打开的，如图1、图3、图5所示。第四注气阀16的结构与原理同第五注气阀23相同，不再详
细介绍。
使用时，按照图1组装，先下外管柱7，然后下内管柱5，并使第一注气阀10和第二注
气阀11对应在第一点火油层12处，第三注气阀15和第四注气阀16对应在第二点火油层18
处，第五注气阀23对应在第三点火油层25处，如图1所示。
点火时，将点火器22和连续管电缆1经过连续管密封器2和井口装置3下入内管柱
环空4内，点火器22下放到第一点火油层12处，通过内管柱环控连接口29向内管柱环空4供
气，对该油层点火，随着周围温度的升高，第二注气阀11和第一注气阀10的注气通道打开
(阀开启)，被加热的气体进入该油层进行点火，当该油层点火结束后，点火器22停止工作，
随着周围温度的降低，第二注气阀11和第一注气阀10的注气通道关闭(阀关闭)，气体将通
过外套间环空连接口27经过外套间环空8对该油层继续供气，为下一个油层点火做准备；继
续将点火器22下放到第二点火油层18处，对该油层点火，随着周围温度的升高，第三注气阀
15和第四注气阀16注气通道打开(阀开启)，被加热的气体进入该油层进行点火，当该油层
点火结束后，点火器22停止工作，随着周围温度的降低，第三注气阀15的注气通道关闭，而
第四注气阀16的注气通道始终处于打开状态，此时气体将通过内外管柱间环空连接口28经
过内外管柱间环空6对该油层继续供气，为下一个油层点火做准备；继续将点火器22下放到
第三点火油层25处，对该油层点火，随着周围温度的升高，第五注气阀23的注气通道打开，
被加热的气体进入该油层进行点火，当该油层点火结束后，点火器22停止工作，虽然随着周
围温度的降低，但第五注气阀23的注气通道始终处于打开状态，该油层继续通过内管柱环
空连接口29经过内管柱环空4向该油层供气，实现分层点火及注气，如图1至图5所示。
实施例2
实施例1中介绍的一种分层点火注气管柱主要是针对三个油层进行点火和注气，
本实施例介绍一种适合对两个油层进行点火和注气的分层点火注气管柱。
一种分层点火注气管柱，包括内管柱5和外管柱7，外管柱7套设于内管柱5外，外管
柱7和内管柱5之间形成环形空间，外管柱7上含有从上向下依次设置的第一注气阀10和第
四注气阀16，内管柱5上含有从上向下依次设置的第二注气阀11和第三注气阀15，第一注气
阀10的位置和第二注气阀11的位置相对应，第三注气阀15的位置和第四注气阀16的位置相
对应；第一注气阀10、第二注气阀11和第三注气阀15均为能够多次开关的温度控制注气阀，
该能够多次开关的温度控制注气阀能够在阀内温度大于等于设定值时开启，该能够多次开
关的温度控制注气阀还能够在阀内温度小于设定值时关闭；第四注气阀16为仅能一次开关
的温度控制注气阀，该仅能一次开关的温度控制注气阀能够在阀内温度大于等于设定值时
开启，该仅能一次开关的温度控制注气阀在开启后不能再关闭。
本实施例相当于仅含有图1中的A段、B段和C段由上向下依次连接而成。另外，C段
的下端用封堵帽26封堵。在本实施例中，该能够多次开关的温度控制注气阀与实施例1中所
述的能够多次开关的温度控制注气阀相同，该仅能一次开关的温度控制注气阀与实施例1
中所述的仅能一次开关的温度控制注气阀相同。
本实施例中的其它技术特征均与实施例1相同，为了节省篇幅，不再详细介绍。
实施例3
实施例1中介绍的一种分层点火注气管柱主要是针对三个油层进行点火和注气，
本实施例介绍一种适合对两个油层进行点火和注气的分层点火注气管柱。
一种分层点火注气管柱，包括内管柱5和外管柱7，外管柱7套设于内管柱5外，外管
柱7和内管柱5之间形成环形空间，外管柱7上含有从上向下依次设置的第四注气阀16和第
五注气阀23，内管柱5上含有第三注气阀15，第三注气阀15的位置和第四注气阀16的位置相
对应；第三注气阀15为能够多次开关的温度控制注气阀，该能够多次开关的温度控制注气
阀能够在阀内温度大于等于设定值时开启，该能够多次开关的温度控制注气阀还能够在阀
内温度小于设定值时关闭；第四注气阀16和第五注气阀23均为仅能一次开关的温度控制注
气阀，该仅能一次开关的温度控制注气阀能够在阀内温度大于等于设定值时开启，该仅能
一次开关的温度控制注气阀在开启后不能再关闭。
本实施例相当于仅含有图1中的B段、C段和D段由上向下依次连接而成。在本实施
例中，该能够多次开关的温度控制注气阀与实施例1中所述的能够多次开关的温度控制注
气阀相同，该仅能一次开关的温度控制注气阀与实施例1中所述的仅能一次开关的温度控
制注气阀相同。
本实施例中的其它技术特征均与实施例1相同，为了节省篇幅，不再详细介绍。
实施例4
实施例1中介绍的一种分层点火注气管柱主要是针对三个油层进行点火和注气，
本实施例介绍一种适合对两个油层进行点火和注气的分层点火注气管柱。
一种分层点火注气管柱，包括内管柱5和外管柱7，外管柱7套设于内管柱5外，外管
柱7和内管柱5之间形成环形空间，外管柱7上含有从上向下依次设置的第一注气阀10和第
五注气阀23，内管柱5上含有第二注气阀11，第一注气阀10的位置和第二注气阀11的位置相
对应；第一注气阀10和第二注气阀11均为能够多次开关的温度控制注气阀，该能够多次开
关的温度控制注气阀能够在阀内温度大于等于设定值时开启，该能够多次开关的温度控制
注气阀还能够在阀内温度小于设定值时关闭；第五注气阀23为仅能一次开关的温度控制注
气阀，该仅能一次开关的温度控制注气阀能够在阀内温度大于等于设定值时开启，该仅能
一次开关的温度控制注气阀在开启后不能再关闭。
本实施例相当于仅含有图1中的A段、C段和D段由上向下依次连接而成。在本实施
例中，该能够多次开关的温度控制注气阀与实施例1中所述的能够多次开关的温度控制注
气阀相同，该仅能一次开关的温度控制注气阀与实施例1中所述的仅能一次开关的温度控
制注气阀相同。
本实施例中的其它技术特征均与实施例1相同，为了节省篇幅，不再详细介绍。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同
组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的
范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与
技术方案之间均可以自由组合使用。