用于高压水井的注入装置技术领域
本发明涉及石油工程水井井下作业工具技术领域，特别涉及用于高压水井
的注入装置。
背景技术
目前国内各高压水井井下注入装置有如下几种：
高压注水井井下作业注入层上部全封闭装置(专利公开号CN102094595A)，
该发明属属于油田井下作业注入层上部全封闭设备领域，尤其涉及一种高压注
水井井下作业注入层上部全封闭装置，它包括与油管丝扣连接的丢手、与油管
内壁配接的自动密封机构、油套环空自动密封锚定机构及尾部注水机构；所述油
套环空自动密封锚定机构通过旋转管柱和井口施加工作坐封压力而坐封，密封
油套环形空间；所述自动密封机构采用单向阀结构，以保证油层内高压水不能从
油管上窜；所述尾部注水机构的封隔器坐封，以保证分层配注。
酸化封隔器(专利公开号CN201228533Y)，设置有Y221锚定总成，上接
头下部小螺纹与Y221锚定总成的内管上部联接，内管外套装水力锚、密封总成，
水力锚上部与上接头下部大螺纹联接，水力锚下部与密封总成上部联接，密封
总成下部Y221锚定总成上的锥体联接。水力锚下部与密封总成上部联接处有密
封圈。Y221锚定总成使密封总成座封后，酸化向地层打入高压酸液时，高压流
体从密封总成与内管之间的缝隙进入，使水力锚工作，将管柱锚定在套管上，
使酸化管柱双向锚定。
分层酸化注水一体管柱(专利公开号CN201269090Y)，公开了分层酸化注
水一体管柱，用在石油工业的分层酸化注水井中，满足注水井酸化施工中的替
酸、试挤、酸化和注水需要。本管柱包括扩张式封隔器和配水器，扩张式封隔
器和配水器由油管连接，在本管柱的底端还连接着替液装置。
反循环高压压裂酸化封隔器(专利公开号CN202970604U)，公开了一种能
够实现强制解封的反循环高压压裂酸化封隔器。该封隔器包括中心管，在中心
管上从上到下依次套设有上胶筒座、胶筒、下胶筒座、液压缸，在胶筒与中心
管之间设置有衬套，所述上胶筒座与衬套固定连接，所述下胶筒座与衬套通过
单向传动结构相配合，所述单向传动结构的传动方向为背离密封圈的方向。在
解封过程中，作用在下胶筒座上的作用力会通过衬套作用在上胶筒座上，即使
由于酸化封隔器在长时间坐封后，上胶筒座会与密封圈粘接在一起，也能够强
制将上胶筒座与密封圈拉开，使封隔器胶筒上下处于连通状态。
由此可见，现有的高压水井注入装置通常用于注水井酸化作业在高压水井
注入作业前需要动管柱、换井口等多种工序，影响作业进度，增加作业成本。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本发明提供
了一种用于高压水井的注入装置。所述技术方案如下：
本发明的一个目的是提供了一种用于高压水井的注入装置。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于高压水井的注入装置所述注入装
置包括依次设置的上连接管、中心管和下连接管，在所述中心管上依次套装有
胶筒和上缸套，所述上缸套与所述中心管彼此滑动连接，所述下连接管、上缸
套围绕中心管设置以形成环形液缸，所述环形液缸与所述中心管的内腔连通，
在所述中心管上还设置有至少一个节流孔，所述至少一个节流孔中的所有节流
孔均与所述注入装置的外部连通，
在使用时，将所述注入装置放入所述高压水井中的第一根油管内，之后蹩
压所述注入装置，并使液体从所述中心管的内腔泵入到所述环形液缸中，从而
挤压所述胶筒压缩膨胀以密封所述注入装置与所述油管之间形成的环形空腔，
最后所述中心管的内腔中的所述液体通过所述节流孔流至所述高压水井中，以
实现对高压水井的井口保护。
进一步地，所述下连接管包括下缸套和下挡环，所述下挡环与所述中心管
的靠近所述上缸套的一端固定连接，所述下缸套套装在所述上缸套与所述下挡
环之间的所述中心管上，所述下缸套的两端分别与所述上缸套和所述下挡环紧
密贴合。
具体地，在中心管上设置有至少一个传压孔，所述至少一个传压孔中所有
的传压孔的一端均与所述中心管的内腔连通且另一端均与所述环形液缸连通，
在使用时，所述液体从所述中心管的内腔通过所述传压孔流至所述环形液
缸中。
进一步地，所述上缸套的上端内侧面具有上缸套突出部，所述下缸套的下
端外侧面具有用于限位所述上缸套的下缸套突出部，所述上缸套的下端与所述
下缸套突出部紧密贴合。
进一步地，所述上缸套突出部和下缸套突出部均沿所述中心管的径向方向
向外突出，
所述上缸套突出部下方的所述上缸套的内表面与所述下缸套突出部上方的
所述下缸套的外表面彼此滑动连接。
具体地，所述环形液缸由所述上缸套突出部下方的上缸套的内表面、下缸
套的上端面和所述中心管的外表面彼此围绕而成，
在使用时，所述液体通过所述至少一个传压孔流至所述环形液缸中，所述
环形液缸中的液体推动所述上缸套沿所述中心管的纵长方向朝向所述胶筒移动
以挤压所述胶筒。
进一步地，所有节流孔均设置在所有传压孔的下方。
进一步地，所述下挡环上设置有至少一个圆弧槽，所述至少一个圆弧槽中
的所有圆弧槽的一端与相应的所述节流孔连通，所述圆弧槽的另一端与所述环
形空腔连通，
在使用时，所述中心管的内腔中的所述液体通过所述节流孔流至所述圆弧
槽，之后通过所述圆弧槽流至所述环形空腔，最后从环形空腔流至所述高压水
井。
进一步地，所述圆弧槽与所述节流孔为一一对应关系。
进一步地，所述上连接管包括彼此固定连接的管接头和上主管，所述上主
管套装在所述胶筒上方的所述中心管的外表面上，且所述上主管的下表面与所
述胶筒的上表面紧密贴，所述上主管的上部内表面与所述管接头的下部外表面
固定连接。
具体地，所述管接头具有用于限位所述上主管的第一管接头突出部和设置
在所述第一管接头突出部下方的第二管接头突出部，所述上主管具有第一上主
管突出部和设置在所述第一上主管突出部下方的第二上主管突出部，所述第一
管接头突出部、第二管接头突出部、第一上主管突出部和第二上主管突出部均
沿所述中心管的径向方向向外突出。
进一步地，所述第一管接头突出部的下表面与所述上主管的上端面彼此紧
密贴合，所述第二管接头突出部的下表面与所述第一上主管突出部的上表面紧
密贴合。
进一步地，在所述中心管的上端设置有沿径向方向向外突出的中心管突出
部，所述中心管突出部与所述第二上主管突出部彼此配合，用于限位所述上主
管。
进一步地，所述上主管的内表面分别与所述管接头和中心管的外表面彼此
之间密封连接，所述上缸套的内表面与所述中心管的外表面彼此之间密封连接，
所述上缸套的内表面与所述下缸套的外表面彼此之间密封连接。
具体地，所述注入装置还包括坐封球，所述坐封球与设置在所述中心管的
内腔中的坐封球座彼此配合，
在使用时，所述注入装置通过坐封球与所述坐封球座彼此配合以实现对所
述注入装置蹩压。
进一步地，所述坐封球座由所述中心管的下端沿径向方向向内突出而形成。
具体地，所述坐封球座设置在所有节流孔的下方。
本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明提供的用于高压水井的注入
装置，利用现有的注水井工艺管柱和注水井井口，确保注水井口不承受注入压
力，解决了不动管柱不动井口的高压注水井注入问题，有助于提高工作效率，
降低作业成本，同时保护注水井口。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的用于高压水井的注入装置的结构示意图。
其中，100用于高压水井的注入装置，10上连接管，11管接头，111第一管
接头突出部，112第二管接头突出部，12上主管，121第一上主管突出部，122
第二上主管突出部，20中心管，21环形液缸，22节流孔，23传压孔，24中心
管突出部，25坐封球座，30下连接管，31下缸套，311下缸套突出部，32下挡
环，321圆弧槽，40胶筒，50上缸套，51上缸套突出部，70密封圈。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明
实施方式作进一步地详细描述。
参见图1，其示出了根据本发明的一个实施例的用于高压水井的注入装置。
注入装置100包括依次设置的上连接管10、中心管20和下连接管30，在中心
管20上依次套装有胶筒40和上缸套50，上缸套50与中心管20彼此滑动连接，
下连接管30、上缸套50围绕中心管20设置以形成环形液缸21，环形液缸21
与中心管20的内腔连通，在中心管20上还设置有至少一个节流孔22，至少一
个节流孔22中的所有节流孔22均与注入装置100的外部连通。
在使用时，将注入装置100放入高压水井中的第一根油管(未示出)内，
之后蹩压注入装置100，并使液体从中心管20的内腔泵入到环形液缸21中，从
而挤压胶筒40压缩膨胀以密封注入装置100与油管之间形成的环形空腔，最后
中心管20的内腔中的液体通过节流孔22流至高压水井(未示出)中，以实现
对高压水井的井口保护。
在本发明的一个示例中，注入装置100还包括坐封球(未示出)，坐封球用
于与设置在中心管20的内腔中的坐封球座25彼此配合。在本发明的另一示例
中，坐封球座25由中心管20的下端沿径向方向向内突出而形成。当然本领域
技术人员可以明白，坐封球座25可以与中心管20为一体成型件，即坐封球座
25为中心管20的其中一部分，当然也可以是单独的部件，在需要使用时，将坐
封球座25固定在中心管20上即可，本领域技术人员可以根据需要进行相应的
选择。
具体参见图1，上连接管10包括彼此固定连接的管接头11和上主管12，
上主管12套装在胶筒40上方的中心管20的外表面上，且上主管12的下表面
与胶筒40的上表面紧密贴，上主管12的上部内表面与管接头11的下部外表面
固定连接。下连接管30包括下缸套31和下挡环32，下挡环32与中心管20的
靠近上缸套50的一端固定连接，下缸套31套装在上缸套50与下挡环32之间
的中心管20上，下缸套31的两端分别与上缸套50和下挡环32紧密贴合。
在本发明的一个示例中，管接头11具有用于限位上主管12的第一管接头
突出部111和设置在第一管接头突出部111下方的第二管接头突出部112。上主
管12具有第一上主管突出部121和设置在第一上主管突出部121下方的第二上
主管突出部122。在中心管20的上端设置有用于限位上主管12的中心管突出部
24。第一管接头突出部111、第二管接头突出部112、第一上主管突出部121、
第二上主管突出部122和中心管突出部24均沿中心管的径向方向向外突出。
第一管接头突出部111的下表面与上主管12的上端面彼此紧密贴合，第二
管接头突出部112的下表面与第一上主管突出部121的上表面紧密贴合，第二
上主管突出部122的上表面与中心管突出部24的下表面紧密贴合。在本发明的
另一示例中，上主管12的内表面分别与管接头11和中心管20的外表面彼此之
间密封连接，上缸套50的内表面与中心管20的外表面彼此之间密封连接，上
缸套50的内表面与下缸套31的外表面彼此之间密封连接。
也就是说，中心管20上部外表面有直角台阶面，该直角台阶面紧靠上主管
12内的台阶面，并用于限位上主管12。上缸套50下部直角端面紧靠下缸套31
外部的直角阶梯面，下缸套31下部的直角端面紧靠下挡环32上端的直角端面，
通过这样的设计可以在使用时对上缸套50进行限位。
在本发明的另一示例中，上缸套50的上端内侧面具有上缸套突出部51，下
缸套31的下端外侧面具有用于限位上缸套50的下缸套突出部311，上缸套50
的下端与下缸套突出部311紧密贴合。上缸套突出部51和下缸套突出部311均
沿中心管20的径向方向向外突出，且上缸套突出部51下方的上缸套50的内表
面与下缸套突出部311上方的下缸套31的外表面彼此滑动连接。在使用时，当
环形液缸21内的液压随着高压液体增多而增大时，由于中心管突出部24与第
二上主管突出部122的配合、第二管接头突出部112与第一上主管突出部121
的配合以及第一管接头突出部111与上主管12的上端面的配合对胶筒40上方
的上主管12进行限位；同时由于上缸套突出部51与下缸套突出部311的配合，
且同时由于下缸套31下方的下挡环32固定在中心管20上，实现了对下缸套31
的限位，由此使得上缸套50能够通过环形液缸21中传递的液压将胶筒40挤压
膨胀。
例如，为了使上主管12与管接头11彼此密封连接，可以通过在上主管12
上设置环形密封圈70，同时在上主管12的内侧面上沿周长方向设置用于容纳环
形密封圈70的环形凹槽，且该环形凹槽设置在上主管12与管接头11的连接处。
同理，为了使上主管12与中心管20之间、上缸套50与中心管20之间和下缸
套31与上缸套50之间密封连接，可以相应地在中心管突出部24上、上缸套突
出部51和下缸套突出部311上方的下缸套31上均可以设置环形密封圈和用于
容纳该环形密封圈的环形凹槽。
继续参见图1，环形液缸21由上缸套突出部51下方的上缸套50的内表面、
下缸套31的上端面和中心管20的外表面彼此围绕而成。环形液缸21通过设计
在中心管20上的传压孔23与中心管20的内腔连通，由此形成了高压液体泵入
环形液缸21的流通通道。在传压孔23与坐封球座25之间的中心管20上设置
有节流孔22，为了使节流孔22能够与注入装置100的外部连通，相应地在下挡
环32上设置有与节流孔22连通的圆弧槽321，也就是说圆弧槽321的一端与节
流孔22连通，另一端与注入装置100的外部连通。
在本发明的一个示例中，传压孔23、节流孔22和圆弧槽321均设置为3个，
且3个传压孔23均匀地分布在中心管20的上部外表面上，且3个Φ7的传压孔
23相互交错60度。3个节流孔22均匀地分布在中心管20的下部外表面上，且
3个Φ4的节流孔22相互交错60度。相应地，在节流孔22处对应的下挡环32
的外表面上设计有3个均匀分布的圆弧槽321，且3个圆弧槽321相互交错60
度，与节流孔22径向分布相同。在本发明的另一示例中，圆弧槽321的孔径大
于节流孔22的孔径，这样可以根据节流原理在使用时为胶筒40提供一个节流
压差，从而避免胶筒40与油管(未示出)之间的密封失效。当然本领域技术人
员可以明白。传压孔23、节流孔22和圆弧槽321可以设置为1个、5个或者更
多个，本领域技术人员可以根据实际情况进行相应的选择，本领域人员还可以
理解，节流孔22与圆弧槽321的个数可以设计为相等数量，也可以不设计为相
等数量，本领域人可以根据需要进行相应的选择，只要能够实现节流孔22与注
入装置100的外部连通即可。
下面通过详细描述本发明注入装置100的工作原理进一步说明注入装置100
的具体结构。
在装配时，管接头11上部的连接扣是普通螺纹，管接头11下部与上主管
12普通螺纹连接，之后上主管12、胶筒40、上缸套50和下缸套31从上到下依
次套装在中心管20的外表面上，且上缸套50的下部内表面套装在下缸套31上
部外表面上，此时，上缸套50与下缸套31之间形成了环形液缸21，并且环形
液缸21与中心管20的传压孔23形成用于泵入高压液体的流通通道。
然后将下挡环32与中心管20下部通过普通螺纹彼此连接，同时使得下挡
环32外表面分布的圆弧槽321与中心管20的节流孔22相连通以用于液体流通，
并对胶筒40提供稳定压力。
在注入作业时，带压将用于高压水井的注入装置100送至高压水井中的油
管悬挂器下的第一根油管内部，之后从地面投送17-19mm的钢球(即坐封球)，
使钢球落入中心管20下部内表面的坐封球座25上，由此坐封球与坐封球座25
之间形成密封截面。然后向注入装置100中泵入高压液体，高压液体中的一部
分通过节流孔22流出注入装置100外，另一部分高压液体由于坐封球蹩压而被
存留在注入装置100中，从而使得注入装置100中的高压液体逐渐增多。
当增多的高压液体达到传压孔23的高度时，高压液体通过传压孔23流入
环形液缸21中。随后环形液缸21中的高压液体逐渐增多，设置在胶筒40两端
的上主管12和下缸套31的限位，从而使得上缸套50能够推动胶筒40沿着中
心管20的纵长方向向上(如图1页面中所示的注液装置100的上下方向)平行
向上滑动，从而使胶筒40被挤压膨胀。压缩后的胶筒40的外表面紧贴油管内
壁，从而密封了注入装置与油管之间形成环形空腔。
同时提高向注入装置100的高压液体的泵入排量，使得高压液体能够大量
地通过中心管20的节流孔22注入环形空腔中，根据节流原理，对胶筒40产生
了稳定的坐封压差，从而防止了胶筒40密封的失效。
在注入作业后，释放井内压力(即注入装置100中的压力)，胶筒40弹性
恢复，从而自然回弹至初始形状，同时上缸套50下部的直角端面(即上缸套突
出部51的下表面)回退至下缸套31的阶梯面(即下缸套突出部311的上表面)，
即可解封，完成注入作业。
本发明提供的用于高压水井的注入装置利用现有的注水井工艺管柱和注水
井井口，确保注水井口不承受注入压力，解决了不动管柱不动井口的高压注水
井注入问题，有助于提高工作效率，降低作业成本，同时保护注水井口。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的
精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的
保护范围之内。