联动式液压换层开关及联动式换层方法

摘要

本发明公开了联动式液压换层开关及联动式换层方法，包括轨道换向机构、活塞机构、外壳，所述活塞机构包括缸套、活塞、单向阀，所述缸套开设轴向贯通的缸套中心孔、轴向贯通的偏心轴向通道、径向贯通的缸套下径向孔，其中缸套下径向孔与缸套中心孔连通，同时缸套下径向孔与偏心轴向通道不连通，所述活塞密封式滑行于缸套中心孔内，所述活塞包括活塞上腔体和活塞下腔体，上述两腔体之间为封堵段，活塞上腔体的上端口连接单向阀，活塞上腔体开设上腔径向孔，所述缸套下端丝扣式连接轨道换向机构，所述活塞下腔体下端口与轨道换向机构的换向轨道体上端连接成一体式结构。实现了上下两层联动换层，满足了油气田开发中对分层不动管柱换层开采的需要。

说明书

技术领域

本发明涉及油田换层开采技术领域，具体地说是联动式液压换层开关及联动式换层方法。

背景技术

目前，现有的液压换层开关实现了对某一油层反复循环开关，但是必须一个油层对应一个开关，换层时需要同时动作，如果一个开关因砂卡、垢卡等原因无法动作，整个管柱就会失效。所以，需要研制联动式液压换层开关，使用封隔器管柱将两个层位隔开，通过控制联动式液压开关打开上层流道的同时就关闭下层，打开下层流道的同时就关闭上层，实现上下两层联动，提高了换层成功率，保证了开关换向可靠；同时，减少一个液压开关的使用，降低了管柱风险并节省开支。

申请号：201510043632.0涉及石油开采领域，特别涉及一种油井多层开采井下自动换层的装置。本发明以压力作为控制参量来分隔并控制相邻两层的石油的流通情况，其特征在于：由外层筛管、内层筛管、平衡弹簧、锁紧装置、阀芯、轴套、限流片、弹簧柱塞、弹簧、腔体和柱塞等组成，内层筛管和外层筛管组成双层筛管，当内层筛管位于下档位时为打开状态，位于上档位时为关闭状态。本发明其安装数量与位置可以与油层的数量与位置相对应，并且不受限制，可实现无需人为操控的自动化控制，扩大采油流量，降低采油能耗，具有结构简单，性能可靠，效果显著等优点。

申请号：201310219513.7公开了一种抽油井杆控式换层开关及其换层采油方法，属于采油技术领域。不动管柱利用抽油井地面的抽油杆来控制井下的换层开关，在三个位置上轮换开采两个层段中的一个，确定油井上、下两个层段产出原油、天然气的产量。本发明的有益效果：不动管柱利用抽油井地面的抽油杆来控制井下的换层开关，在三个位置上轮换开采两个层段中的一个，确定油井上、下两个层段产出原油、天然气的产量，来优选出开采层段，具有工艺简单、成本低廉、不需要重复作、效果好。

申请号：00248776.4公开了一种液压换层开关,包括上、下接头(1、14)、钢球(10),还设计有轨道(2)、转环(7)、转环压帽(3)、转环外套(5)、上、下壳体(4、11)、轨道销子(6)、活塞(8)、分流体(9)、弹簧压帽(12)、弹簧(13)。上下壳体(4、11)分别与上、下接头(1、14)相连,其余部件依次安装于上、下壳体内,构成一整体。本实用新型可用于多种油气井换层生产工艺中,与封隔器等工具组合,可任意地组合控制各地层等的生产或关闭。是分层开采、分层卡堵水工艺的理想配套工具。

申请号：00264156.9公开了一种液压换层装置,包括上、下接头、中心管、阀体、控制轨道体、大弹簧、工作筒、转环和轨道销钉,将并帽装在上接头中,连接于中心管上；连接管一端与上接头相连,另一端连接在阀座上,阀座的另一端连接工作筒；定压阀弹簧安装在处于中心管与连接套之间的锥体上；垫环放置在大弹簧上,在中心管与上接头、连接套与阀座之间的密封面上安装密封圈组合。本实用新型运用于石油分层开采的工艺中。

以上公开技术的技术方案以及所要解决的技术问题和产生的有益效果均与本发明不相同，针对本发明更多的技术特征和所要解决的技术问题以及有益效果，以上公开技术文件均不存在技术启示。

发明内容

本发明的目的在于提供联动式液压换层开关及联动式换层方法，封隔器管柱将两个层位隔开后，通过控制联动式液压开关打开上层流道的同时就关闭下层，打开下层流道的同时就关闭上层，实现上下两层联动，提高了换层成功率，保证了开关换向可靠；同时，减少一个液压开关的使用，降低了管柱风险并节省开支。实现了上下两层联动换层，满足了油气田开发中对分层不动管柱换层开采的需要。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，联动式液压换层开关，包括轨道换向机构、活塞机构、外壳，所述活塞机构包括缸套、活塞、单向阀，所述缸套开设轴向贯通的缸套中心孔、轴向贯通的偏心轴向通道、径向贯通的缸套下径向孔，其中缸套下径向孔与缸套中心孔连通，同时缸套下径向孔与偏心轴向通道不连通，所述活塞密封式滑行于缸套中心孔内，所述活塞包括活塞上腔体和活塞下腔体，上述两腔体之间为封堵段，活塞上腔体的上端口连接单向阀，活塞上腔体开设上腔径向孔，所述缸套下端丝扣式连接轨道换向机构，所述活塞下腔体下端口与轨道换向机构的换向轨道体上端连接成一体式结构，所述缸套外壁下端连接外壳，外壳内壁与轨道换向机构之间构成环形空间，环形空间上端与偏心轴向通道连通，所述缸套上端外壁也开设缸套上径向孔，缸套上径向孔与偏心轴向通道连通。

所述外壳下端丝扣式连接下接头，缸套上端丝扣式连接上接头，所述下接头内腔与所述环形空间连通，所述上接头下端口为大口径端口，大口径端口与偏心轴向通道连通，所述上接头内壁设置一个小径口，小径口与缸套中心孔上端口连接并安装密封圈。

所述单向阀包括阀座、阀球、阀罩，所述阀座开设轴向贯通内腔，阀座上端丝扣式连接阀罩下端口，阀座下端丝扣式连接活塞上腔上端口，所述阀罩上端为堵顶，阀罩开设阀罩径向孔，阀座内腔上端口坐落阀球。

所述阀罩径向孔至缸套上径向孔的轴向距离等于缸套的缸套下径向孔活塞的封堵段的轴向距离，即当阀罩径向孔与缸套上径向孔连通时，封堵段就封堵住缸套的缸套下径向孔，换层之后轨道处于长轨道状态，活塞整体上移，阀罩径向孔对应缸套上部，此时封堵段就封堵住缸套的上缸套下径向孔。

所述轨道换向机构包括换向轨道体、弹簧外管、转环、轨道销钉、挡环、弹簧、堵头，所述弹簧外管上端口丝扣式连接缸套下端，所述堵头丝扣式连接在弹簧外管的下端口，弹簧外管内壁设置缩颈肩台，所述挡环、弹簧均置于弹簧外管内部，挡环外壁设置外卡台，外卡台上端面限位于缩颈肩台下端面，弹簧上端顶住挡环下端面，弹簧下端顶住堵头，换向轨道体下端面顶住挡环上端面；所述弹簧外管内壁还安装转环，转环内壁安装轨道销钉，轨道销钉伸入换向轨道体外壁开设的换向轨道内，所述换向轨道包括长轨道和短轨道，长轨道与短轨道通过过渡轨道相连通，轨道销钉相对的在长轨道、短轨道、过渡轨道的轨道槽内运动实现长轨道和短轨道的转换。

所述缸套还开设呼吸孔，呼吸孔外端连通缸套外界空间，呼吸孔内端连通至弹簧外管内腔。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种用于油田开采的联动式液压换层方法，包括以下步骤：

第一步：两层油井利用封隔器将油层隔开，下层对应单流阀，上层对应联动式液压换层开关，座封时液压经上级封隔器、推动联动液压开关活塞下行，漏出缸套上径向孔，此时液压可向下传递至下封隔器，实现两级封隔器座封。

第二步：生产下层时下层产液经单流阀进入油管通道，经下封隔器、联动液压换层开关下接头、外壳与弹簧外管环空、轴向通道、缸套上径向孔、上封隔器，进入封隔器上部套管从而采至地面。

第三步：打压换层时，套管加液压，由于上封隔器密封油套环空，液压力只能从上封隔器中心管向下传递，液压力作用在活塞上推动活塞压缩弹簧下行，换向轨道体的换向轨道与轨道销钉配合控制下行距离至换向点；泄压后弹簧回弹活塞，长段轨道控制回弹位置与之前不同，实现缸套上径向孔、缸套下径向孔两个进液通道的开关控制。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

该开关设计有两个流道。缸套、上接头、弹簧外管、外壳等形成下层流道；阀罩、阀球、密封件、活塞、缸套形成上层流道。上接头加液压后，阀球坐于密封件的球座上，带动密封件、活塞在缸套内下行到一定位置，压缩弹簧，泄去液压力，弹簧恢复，活塞设计了长短轨道，每加一次液压变一次轨道，实现上下两层流道的切换，达到循环换层生产的目的。

本发明实现了一个开关控制两个油层生产，生产上层时，下层关闭，生产下层时，上层关闭，实现两层联动。传统液压换层管柱需要两个开关控制两层生产，一个开关换向不成功，整个管柱就会失效，该发明实现了一个开关控制两层生产，提高了换层的可靠性。相比较现有的液压换层开关，换向机构等设计，进一步提高了换向的成功率。

联动式液压换层开关是液压换层管柱的配套工具。联动式液压换层开关一个开关控制两层生产，油管内加液压力，打开下层流道则上层流道关闭；再加液压力，打开上层流道则下层关闭，实现了上下两层联动换层，满足了油气田开发中对分层不动管柱换层开采的需要。

附图说明

图1为本发明联动式液压换层开关的结构示意图；

图2为缸套的横截面结构示意图；

图3为图2的A-A向视图；

图4为换向轨道体开设的换向轨道展开的结构图。

图中标记：1、上接头；2、阀球；3、阀罩；4、密封圈；5、缸套；6、活塞；7、外壳；8、弹簧外管；9、转环；10、轨道销钉；11、挡环；12、弹簧；13、堵头；14、下接头；15、呼吸孔；16、缸套中心孔；17、轴向通道；18、缸套下径向孔；19、缸套上径向孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图4，本发明提供一种技术方案：

联动式液压换层开关，包括轨道换向机构、活塞机构、外壳7，所述活塞机构包括缸套5、活塞、单向阀，所述缸套5开设轴向贯通的缸套中心孔16、轴向贯通的偏心轴向通道17、径向贯通的缸套下径向孔18，其中缸套下径向孔18与缸套中心孔16连通，同时缸套下径向孔与偏心轴向通道不连通，所述活塞密封式滑行于缸套中心孔内，所述活塞包括活塞上腔体和活塞下腔体，上述两腔体之间为封堵段，活塞上腔体的上端口连接单向阀，活塞上腔体开设上腔径向孔，所述缸套下端丝扣式连接轨道换向机构，所述活塞下腔体下端口与轨道换向机构的换向轨道体上端连接成一体式结构，所述缸套5外壁下端连接外壳7，外壳内壁与轨道换向机构之间构成环形空间，环形空间上端与偏心轴向通道连通，所述缸套上端外壁也开设缸套上径向孔19，缸套上径向孔与偏心轴向通道连通。

所述外壳7下端丝扣式连接下接头14，缸套上端丝扣式连接上接头1，所述下接头内腔与所述环形空间连通，所述上接头下端口为大口径端口，大口径端口与偏心轴向通道17连通，所述上接头内壁设置一个小径口，小径口与缸套中心孔上端口连接并安装密封圈4。

所述单向阀包括阀座、阀球3、阀罩2，所述阀座开设轴向贯通内腔，阀座上端丝扣式连接阀罩2下端口，阀座下端丝扣式连接活塞上腔上端口，所述阀罩2上端为堵顶，阀罩开设阀罩径向孔，阀座内腔上端口坐落阀球3。

所述阀罩2径向孔至缸套上径向孔的轴向距离等于缸套的缸套下径向孔活塞的封堵段的轴向距离，即当阀罩径向孔与缸套上径向孔连通时，封堵段就封堵住缸套的缸套下径向孔。换层之后轨道处于长轨道状态，活塞整体上移，阀罩径向孔对应缸套上部，此时封堵段就封堵住缸套的上缸套下径向孔，轨道侧孔对应缸套的缸套下径向孔，从而实现开关状态的转换。

所述轨道换向机构包括换向轨道体、弹簧外管8、转环9、轨道销钉10、挡环11、弹簧12、堵头13，所述弹簧外管8上端口丝扣式连接缸套5下端，所述堵头13丝扣式连接在弹簧外管的下端口，弹簧外管内壁设置缩颈肩台，所述挡环11、弹簧12均置于弹簧外管8内部，挡环外壁设置外卡台，外卡台上端面限位于缩颈肩台下端面，弹簧上端顶住挡环下端面，弹簧下端顶住堵头，换向轨道体下端面顶住挡环11上端面；所述弹簧外管内壁还安装转环9，转环内壁安装轨道销钉10，轨道销钉伸入换向轨道体外壁开设的换向轨道内，所述换向轨道包括长轨道22和短轨道23，长轨道与短轨道通过过渡轨道24相连通，转环、轨道销钉在长轨道、短轨道、过渡轨道的轨道槽内运动实现长轨道和短轨道的转换。轨道换向机构属于本技术领域的常规公知技术。

所述缸套还开设呼吸孔15，呼吸孔外端连通缸套外界空间，呼吸孔内端连通至弹簧外管内腔。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种用于油田开采的联动式液压换层方法，包括以下步骤：

第一步：两层油井利用封隔器将油层隔开，下层对应单流阀，上层对应联动式液压换层开关，座封时液压经上级封隔器、推动联动液压开关活塞下行，漏出缸套上径向孔，此时液压可向下传递至下封隔器，实现两级封隔器座封。

第二步：生产下层时下层产液经单流阀进入油管通道，经下封隔器、联动液压换层开关下接头、外壳与弹簧外管环空、轴向通道、缸套上径向孔、上封隔器，进入封隔器上部套管从而采至地面。

第三步：打压换层时，套管加液压，由于上封隔器密封油套环空，液压力只能从上封隔器中心管向下传递，液压力作用在活塞上推动活塞压缩弹簧下行，换向轨道体的换向轨道与转环、轨道销钉配合控制下行距离至换向点；泄压后弹簧回弹活塞，长段轨道控制回弹位置与之前不同，实现缸套上径向孔、缸套下径向孔两个进液通道的开关控制。

联动式液压换层开关主要由上接头1、阀球3、阀罩2、密封件4缸套5、活塞6、外壳7、弹簧外管8、转环9、轨道销钉10、挡环11、弹簧12、堵头13、下接头14等组成。缸套5侧向流道与活塞6、密封件4、阀球3、阀罩2形成上层进液通道；下接头14、外壳7、弹簧外管8、缸套5轴向流道、缸套5上端开孔形成下层进液通道。在使用时，开关上通过油管连接上封隔器，开关接头14通过有关连接下级封隔器、单流阀，油管内加液压，阀球3坐于密封件4球座上，在液压力的作用下，阀罩2、阀球3、密封件4、活塞6、挡环11压缩弹簧12下行，当压力达到设计压力时，轨道销钉10到达换向轨道体的换向轨道的上死点，卸掉压力后，轨道销钉10由长轨道换向至短轨道(或由短轨道换向长轨道)，下层进液通道开启，生产下层(或上层进液通道开启，生产上层)。

缸套5设计有对称呼吸孔，弹簧12在内腔伸缩时通过呼吸孔排气。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位指示或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。