压控分流系统.pdf

本实用新型涉及一种压控分流系统，包括一压控管或压控筛管，一个或数个压控插件，插设于压控管或压控筛管的中间通道，用于通过对压控阀门的压头的挤压来控制流体出入，以及一设于所述压控管或压控筛管与井壁之间的封隔装置。本实用新型压控分流系统利用压控插件对压控阀门的挤压实现分段开关控制，安装使用灵活，可应用于注水井和油气井，另外既可应用于直井，也可以在水平井中应用。

1.  一种压控阀门，其特征在于，包括一阀体和一压头，所述压头部分设置于阀体内腔，所述阀体内设置有一供流体流动的流道，该流道通过阀体内腔，所述压头上设有数个与所述流道连接的流出孔，在所述压头和阀体内腔之间设有使压头复位的弹簧。

2.  根据权利要求1所述的压控阀门，其特征在于，所述压头和与压头接触的阀体内腔采用硬质耐磨材料。

3.  根据权利要求1或2所述的压控阀门，其特征在于，所述压头内设有一凹槽，所述弹簧设于所述凹槽与阀体内腔之间。

4.  根据权利要求3所述的压控阀门，其特征在于，所述阀体由金属套和耐磨材料制成的柱塞套构成，所述柱塞套粘设于所述金属套内壁，所述金属套外侧表面设有螺纹，在所述阀体上设有方便紧固工具紧固的卡口。

5.  根据权利要求1所述的压控阀门，其特征在于，所述压头侧面与阀体内腔滑动接触以控制所述流道的开闭。

6.  根据权利要求4所述的压控阀门，其特征在于，所述阀体内腔设有硬质耐磨材料制成的球阀底座，所述球阀底座上设有与所述流道连通的流体出口，在所述弹性件与球阀底座之间设有硬质耐磨材料制成的用于控制所述流体出口的开闭的阀球。

7.  根据权利要求2或6所述的压控阀门，其特征在于，硬质耐磨材料为硬质合金或耐磨陶瓷。

8.  一种压控管，其特征在于，包括一中心管和一个或数个压控阀门，在所述中心管上的流体出入口固设有用于控制流体流通的压控阀门。

9.  一种压控筛管，其特征在于，包括一筛管和一个或数个压控阀门，在所述筛管上的流体出入口固设有用于控制流体流通的压控阀门。

10.  一种压控分流系统，其特征在于，包括：
一压控管或压控筛管；
一个或数个用于通过对压控阀门的压头的挤压来控制流体出入的压控插件，所述压控插件插设于所述压控管或压控筛管的中间通道；
一设于所述压控管或压控筛管与井壁之间的封隔装置。

11.  根据权利要求10所述的压控分流系统，其特征在于，所述封隔装置为一个或数个套设于所述压控管的封隔器。

12.  根据权利要求10所述的压控分流系统，其特征在于，所述封隔装置为一个或数个套设于所述压控筛管的封隔器。

13.  根据权利要求10所述的压控分流系统，其特征在于，所述封隔装置为套设于所述压控筛管外侧表面的由固体颗粒形成的封隔环。

14.  根据权利要求10所述的压控分流系统，其特征在于，所述压控插件本体为柱体，所述压控插件本体由一个或数个粗段和一个或数个细段沿本体轴向串联组成。

15.  根据权利要求14所述的压控分流系统，其特征在于，所述压控插件的两端设有弧形或斜面倒角。

16.  根据权利要求14所述的压控分流系统，其特征在于，所述压控插件本体内部设有用于流体流通的中空通道。

17.  根据权利要求14所述的压控分流系统，其特征在于，在所述细段与粗段之间设置有过渡段。

18.  根据权利要求14所述的压控分流系统，其特征在于，所述细段上固设有一个或数个使所述细段的轴线径向居中的扶正器。

19.  根据权利要求18所述的压控分流系统，其特征在于，所述扶正器本体为圆柱形或叶片形，两端设有弧形或斜面过渡。

20.  根据权利要求14-19任一所述的压控分流系统，其特征在于，在所述细段还设有一个或数个与所述中空通道相通的通孔。

21.  根据权利要求14-19任一所述的压控分流系统，其特征在于，所述压控插件本体还连接有一用于保持与本体外的井壁相对位置的井壁固定器。

22.  根据权利要求21所述的压控分流系统，其特征在于，所述井壁固定器为通过与所述井壁相互吸引的磁力进行固定的磁性块。

23.  根据权利要求21所述的压控分流系统，其特征在于，所述井壁固定器为通过与所述井壁之间的摩擦力进行固定的弹性摩擦块。

24.  根据权利要求21所述的压控分流系统，其特征在于，所述井壁固定器为悬挂器，所述压控插件本体通过丝扣与所述悬挂器连接。

压控分流系统
技术领域
本实用新型属于石油开采技术领域，尤其是一种应用于井下开采时，通过压控插件对设置在压控管或压控筛管各段的压控阀门进行流体出入控制的压控分流系统。
背景技术
在石油天然气开采领域，通常需要向地表以下很深的位置打入油气井来进行开采工作，地表深层下的构造如图1所示，为渗透性好的地层(油气层)和不具渗透性的地层交替构成的，其中油气蕴含在渗透好的地层中，而渗透性差的地层将这些渗透好的地层上下封闭起来。地层B、D为产油层，地层A、C、E为不渗透的隔层或夹层，从而地层B、D成为相互隔离的油气层。
在油气开采时，需要在油气井的两侧打入注水井，通过注水将蕴含在油气层的油气驱到油气井，其原理如图2，油气受到压力后，由于各层上下都是渗透性很差的隔层和夹层，因此油气只能在所在层中流动，汇集到油气井。在注水时，有的地层会提前出水，因此在开采工作时，需分段进行开采。
参见图3，在油气井的外壁设置有较高强度和刚度的支撑管1(套管)，在支撑管1内插入中心管2，在中心管2上对应于渗透性较差的地层8设置有数个封隔器4，这些封隔器4将支撑管1与中心管2之间的空腔分割成多个相互封闭的空间7。在支撑管1上设置有数个透油孔5，中心管上设置有数个流体出入口6，油气层9中的油气由于受到水的压力，会通过这些透油孔5进入到空间7，再从流体出入口6进入中心管2的中间通道。这些进入到油气井的油气最后通过中心管2被抽取到地表。
在注水驱油的过程中，由于有的油气层渗透性差，有的渗透性好，可能会出现有的油气层进入到中心管中的油气含水量很大，有的则很小，因此需要将出油含水率高的地层关闭，以降低含水率，提高油气田采收率。现在常用的做法是在油气井的中心管2中设置滑套开关3，通过滑套开关3的滑动来控制中心管2上的流体出入口6的开闭，在实际操作时需要利用钢丝绳连接的钩钓工具钩住滑套开关3，上下提动来才能实现滑套开关3的开关过程。
由于滑套开关和中心管的摩擦力比较大，使用起来非常不灵活，无法保证较高的开关成功率，而且还可能会出现钢丝断脱的事故。另外，由于这种钢丝绳连接的滑套开关需要重力才能将钩钓工具下落到开关位置，因此在水平井中无法应用。其次，对于需多段开关作业的井的作业工作量会很大。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对滑套开关作为井下分段开关的诸种缺陷，提出一种压控分流系统，能够方便灵活的对井下的流体进行分段开关，且能在水平井应用。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种压控阀门，包括一阀体和一压头，所述压头部分设置于阀体内腔，所述阀体内设置有一供流体流动的流道，该流道通过阀体内腔，所述压头上设有数个与所述流道连接的流出孔，在所述压头和阀体内腔之间设有使压头复位的弹簧。
所述压头和与压头接触的阀体内腔采用硬质耐磨材料。地下开采时，压控阀门通常要承受很大的压力、摩擦和冲蚀作用，因此需采用硬质合金或耐磨陶瓷作为压头和内腔的材质。
在上述方案中，可在所述压头内设置一凹槽，所述弹性件设于所述凹槽与阀体内腔之间。
进一步地，所述阀体还可由金属套和耐磨材料制成的柱塞套构成，所述柱塞套通过粘结剂粘设于所述金属套内壁，所述金属套外侧表面设有螺纹，在所述阀体上设有方便紧固工具的卡口。螺纹用于与中心管或筛管(又称防砂管)的流体出入口进行紧固连接。为了安装方便，因此在阀体上设置方便紧固工具的卡口。
在压控阀门中，流体的开闭可以选择通过所述压头侧面与阀体内腔滑动接触来控制所述流道的开闭，或者通过球阀底座和阀球的配合来控制所述流道的开闭。由于球阀底座与阀球要承受很大的压力和频繁的摩擦，因此球阀底座和阀球都需要采用硬质耐磨材料，例如硬质合金或耐磨陶瓷作为材质。球阀底座设置在阀体内腔，在球阀底座上设有与流道连通的流体出口，阀球设置在弹性件和球阀底座之间，控制流体出口的开闭。
根据实际情况，压控阀门除了可以采用常开式阀门，也可以采用常闭式阀门。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种压控管，包括一中心管和一个或数个压控阀门，在所述中心管上的流体出入口固设有所述压控阀门，用于控制流体流通。
在上述方案中，压控阀门可以粘接或焊接或螺纹连接在中心管的流体出入口，也可以在制造时与中心管一体制造。
为实现上述目的，本实用新型还提供了一种压控筛管，包括一筛管和一个或数个压控阀门，在所述筛管上的流体出入口固设有所述压控阀门，用于控制流体流通。
在上述方案中，压控阀门可以粘接或焊接或螺纹连接在筛管的流体出入口，也可以在制造时与筛管一体制造。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种压控分流系统，包括：
一压控管或压控筛管；
一个或数个压控插件，所述压控插件插设于所述压控管或压控筛管的中间通道，用于通过对压控阀门的压头的挤压来控制流体出入；
一设于所述压控管或压控筛管与井壁之间的封隔装置。
在上述技术方案中，所述封隔装置为一个或数个套设于所述压控管的封隔器，或者为一个或数个套设于所述压控筛管的封隔器。封隔器可使不同地层或同一地层的不同区段中的流体不会发生流通。
所述封隔装置也可以为套设于所述压控筛管外侧表面的由固体颗粒形成的封隔环。由于在井下压控管与井壁之间会有一些空隙，可以通过人工填充或利用地层砂的堆积运动形成该封隔环。这种封隔环轴向渗流截面相对于径向渗流截面很小，因此在与筛管轴线平行的方向上，流体渗透比较困难，因此在一定程度上也达到了各段密封的作用。
所述压控插件本体为柱体，压控插件可以单体设置，即在井下设置一个或数个互相不连接的压控插件来进行分段开关控制；也可以串联设置，即在井下设置由一个或数个粗段和一个或数个细段沿本体轴向串联组成的压控插件。
该压控插件两端设有弧形或斜面倒角。
进一步的，压控插件本体内部设有用于流体流通的中空通道。
压控插件可以在压控管或压控筛管内上下运动，其两端设置的倒角可以轻易的滑过压控阀门的压头，不会在滑动时被压控阀门的压头阻挡，而压控插件内部设置的中空通道可以使流体顺利的通过。
进一步地，还可在所述细段与粗段之间设置有过渡段。
粗段可以通过对常开式压控阀门的压头的挤压关闭压控阀门；而细段与压控阀门不接触，或者对压控阀门的压头的挤压不足以造成压控阀门的关闭。
为了使细段不至于误压到压控阀门而导致压控阀门关闭，可在细段上固设有一个或数个使所述细段的轴线径向居中的扶正器。扶正器本体可设置为圆柱形或叶片形，两端设有弧形或斜面过渡。
为了使油气更方便的开采，在所述细段还设有一个或数个与所述中空通道相通的通孔。
另外，在压控插件本体上还可以连接一用于保持与本体外的井壁相对位置的井壁固定器。井壁固定器可以为通过与所述井壁相互吸引的磁力进行固定的磁性块；或者为通过与所述井壁之间的摩擦力进行固定的弹性摩擦块；或者为已广泛使用的悬挂器，所述压控插件本体通过丝扣与所述悬挂器连接。
本实用新型压控分流系统利用压控插件来进行开关控制，可应用于油气井水驱开采时的分段开关，也可以直接应用于注水井，对注水井的各段进行开关控制。而且既可用于直井，也可应用于水平井。
附图说明
图1为地下油气层的构造示意图。
图2为油气注水开采的原理示意图。
图3为现有的用于油气开采的分流系统的结构示意图。
图4为本实用新型压控分流系统的实施例一的结构示意图。
图5为本实用新型压控阀门的一实施例的结构示意图。
图6为本实用新型压控阀门的另一实施例的结构示意图。
图7为本实用新型压控阀门的再一实施例的结构示意图。
图8为本实用新型压控分流系统的实施例二的结构示意图。
图9为本实用新型压控插件的一实施例的结构示意图。
图10为本实用新型压控插件的另一实施例的结构示意图。
图11为本实用新型压控管的一实施例的结构示意图。
图12为本实用新型压控分流系统的实施例三的结构示意图。
图13为本实用新型压控筛管的一实施例的结构示意图。
图14为本实用新型压控分流系统的实施例四的结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
本实用新型在井下的压控管或压控筛管中设置有压控阀门，利用压控插件来进行开关控制。压控插件可以根据井下情况组装和安置。
如图4所示，为本实用新型压控分流系统的实施例一的结构示意图，在支撑管或井壁1内设置压控管14，并在中心管14上套设数个封隔器4，封隔器4将支撑管或井壁1和压控管14分割成与多段开采相对应的空间7，在中心管2的流体出入口6上设置压控阀门11，可以控制流体的流通，流体只能通过压控阀门11才能够流入到中心管2。
压控阀门11可采用常开式压控阀门，如图5所示，为本实用新型压控阀门的一实施例的结构示意图，包括阀体111和压头112，压头112设置于阀体111的内腔，并可在阀体111内腔中滑动。阀体111内设有一供流体流动的流道113，流道113与压控筛管的导流层16或者压控管的流体出入口6连通，并穿过阀体111的内腔，在压头112上设有数个与流道113相通的出入孔115，流体可以通过压控筛管的导流层16或者压控管的流体出入口6，经过阀体111内腔，再通过该出入孔115进出压控阀门。
地下开采时，压控阀门通常要承受很大的压力、摩擦和冲蚀作用，为了增加压控阀门的使用寿命，压头112和阀体111的内腔可以采用硬质耐磨材料，例如硬质合金或耐磨陶瓷。另外，除了可以使用常开式压控阀门，常闭式压控阀门也可以根据情况使用。
在压头112和阀体内腔之间还设有使压头复位的弹簧114，在本实施例中，弹簧114设置在压头外边缘，当压头112受到挤压时，压头112朝阀体内腔的方向发生位移，当压力达到一定数值时，压头112的侧壁会挡住流道113，使流体无法进出，同时弹簧114会发生形变，当施加在压头112上的压力消失或减小到一定程度，弹簧114的弹力会使压头112恢复到初始位置。
压控阀门11可以焊接或粘接或螺纹连接在中心管2的内壁上，也可以和中心管2一体制造。当采用螺纹连接时，阀体111的外侧需要设置螺纹116，同时在阀体111的底座上设置方便紧固工具的卡口117。
如图6所示，为本实用新型压控阀门的另一实施例的结构示意图，与上一实施例相比，本实施例同样具有阀体和压头112’，在压头112’上设置有数个与流道113’相通的出入孔115’，流道113’通过阀体的内腔，并与压控筛管的导流层16或中心管2的流体出入口6连通。但本实施例中的弹簧114’设置在压头112’内部的凹槽中来实现复位，同时阀体由耐磨材料制成的柱塞套111a和套在柱塞套111a外部的金属套111b构成，在金属套111b上设有螺纹116’，柱塞套111a的底部设有方便紧固工具的卡口117’。金属套111b和柱塞套111a之间通过粘接剂粘接。
如图7所示，为本实用新型压控阀门的再一实施例的结构示意图，本实施例中压头112”设有一内腔，在压头112”上开有数个出入孔115”，流出孔115”与阀体111a’的内腔相通，阀体111a’的内腔设有一球阀底座118，在球阀底座118上开有与流道113”相连的通道，并与压控筛管的导流层16或压控管的流体出入口6连通。弹簧114”压在压头112”的内腔中，另一端与设在球阀底座118通道口的阀球119接触。当压头112”受到挤压时，弹簧114”受到压缩，对阀球119的压力增加，当该压力大于球阀底座118的通道内流体对阀球119的压力时，阀球119会紧压在该通道口，使流体无法流出，从而达到关闭阀门的效果。
在本压控阀门的实施例中，阀门内腔111a’的外部还粘设有金属套111b’，金属套111b’上设有螺纹，可以与中心管或筛管的基管连接。
在压控分流系统中，要实现开关控制，还需要在中心管2中插设压控插件10，当需要关闭某个压控阀门的时候，将压控插件10侧面挤压该阀门的压头到一定程度，就可以达到关闭阀门的效果。由于压控阀门11的压头向外突出，因此需要在压控插件10的端部设置斜面或圆弧倒角，以防止被压头所阻挡。当地下有多层油气层时，可以采用数个单体式压控插件10’分别进行开关控制，也可以采用串联式压控插件10。
如图8所示，为本实用新型压控分流系统的实施例二的结构示意图，采用单体式压控插件，如果应用于多段开采，可以根据各段情况使用多个单体式压控插件10’。如图9所示，为本实用新型压控插件的一实施例的结构示意图，压控插件10’是单体式压控插件，其本体为柱体，端部设有斜面或圆弧倒角，当安装压控插件10’时，由于倒角的存在，可以防止压控阀门11伸出的压头阻挡压控插件。当压控插件10’的侧面移动到压控阀门11的压头时，会对压头造成一定程度的挤压，实现压控阀门11的关闭。
为了使开采出的流体能够比较顺利的通过压控插件，可以在压控插件的中间设置通道。
如图10所示，为本实用新型压控插件的另一实施例的结构示意图，本实施例采用串联式压控插件10，其包括一个或数个粗段101和一个或数个细段102串联组成，在使用时，根据安置的位置，粗段101可以压下压控阀门11的压头，从而关闭该段的流体出入；而细段102不会对压控阀门11的压头产生作用，与细段102对应的压控阀门11是开启的，流体可以通过压控阀门11流入中心管2。
为了防止被压控阀门11的压头挡住，在粗段101和细段102连接处还设有过渡段103。在使用时需防止细段102压到压控阀门11的压头，而导致不应该的阀门关闭，还可以在细段上设置扶正器104，使细段的轴线径向居中。
扶正器104本体可以设置为圆柱形或叶片形，两端设有弧形或斜面过渡。为了使油气更方便的开采，在细段102还可设置一个或数个与中空通道相通的通孔105。
为了固定压控插件，在压控插件本体上还可以连接一用于保持与本体外的井壁相对位置的井壁固定器106。井壁固定器106可以为通过与井壁相互吸引的磁力进行固定的磁性块；或者为通过与井壁之间的摩擦力进行固定的弹性摩擦块；或者为工程上通用的悬挂器，压控插件本体通过丝扣与悬挂器连接。
如图11所示，为本实用新型压控管的一实施例的结构示意图，压控管14包括中心管2和压控阀门11，压控阀门11可以通过螺丝连接、粘接或焊接的方式固设在中心管2内壁上的流体出入口6。另外，压控阀门还可以与中心管一体组装，中心管与压控阀门串联连接，压控阀门的压头从中心管伸出。
本实用新型提供了一种针对出砂井的压控分流系统，如图12所示，为本实用新型压控分流系统的实施例三的结构示意图，在本实施例中压控分流系统由压控筛管15和压控插件10，以及数个封隔器4构成，封隔器4套设在压控筛管15。如图13所示，为本实用新型压控筛管的一实施例的结构示意图，压控筛管15包括筛管和压控阀门，其中筛管由基管12和包裹在基管12上的过滤层17构成，在基管12和过滤层17之间具有导流层16，导流层可以由具有导通能力的介质，也可以是基管12和过滤层17之间的间隙。压控阀门11固设在筛管的流体出入口上，压控阀门11的流道需与筛管的导流层16连通。
为了避免在使用时压控阀门11与筛管的连接质量不高，还可将筛管12和压控阀门11一体制造。本实用新型还提供另一种利用压控筛管的压控分流系统，参见图14，在筛管12上覆有固体颗粒形成的封隔环13。由于在井下压控管与井壁之间会有一些空隙，可以通过人工填充或利用地层砂的堆积运动形成该封隔环。这种封隔环轴向渗流截面相对较小，因此在与筛管轴线平行的方向上，流体渗流比较困难，因此在一定程度上也达到了各段密封的作用。
如果防砂管局部防砂失效引起出砂，可以用压控插件压住压控阀门的压头，关闭防砂失效段，使油气井恢复正常生产。
本实用新型可应用于油气井水驱开采时的分段开关，也可以直接应用于注水井，对注水井的各段进行开关控制。而且既可用于直井，也可应用于水平井。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。