球阀式油层保护阀及其操作方法

摘要

本发明涉及一种球阀式油层保护阀，其特征是：包括上部活动管柱模块、打捞脱手模块、球阀拨动模块、连接管、球套、下限位环、球阀模块，上部活动管柱模块与打捞脱手模块相连，上部活动管柱模块的下部与球阀拨动模块相连，球阀拨动模块内安装有球套，球套内安装有球阀模块，球套下部套装有下限位环。优点是：在修井作业时不需要起出保护阀，只需上提或下放与上部活动管柱模块相连的生产管柱可以控制油层保护阀的开关，既能防止油井的泄漏又能防止油井的井喷，保护油层和海洋环境。

权利要求

1.一种球阀式油层保护阀，其特征是：包括上部活动管柱模块、打捞脱手模块、球阀拨动模块、连接管、球套、下限位环和球阀模块，所述上部活动管柱模块与打捞脱手模块相连，上部活动管柱模块的下部与球阀拨动模块相连，球阀拨动模块内安装有球套，球套内安装有球阀模块，球套下部套装有下限位环；

所述上部活动管柱模块包括上接头，上接头的内壁上端制有与油管连接的螺纹，上接头的内壁中部与密封芯轴的上部螺纹连接，所述密封芯轴的中部外侧设有密封模块，上接头的内壁下部与外壳推筒的上部螺纹连接，外壳推筒的内壁上部螺纹连接有拉力爪，外壳推筒的内壁下端螺纹连接有卡簧座，卡簧座的上端面与外壳推筒的台阶面之间设有推力卡簧，在密封芯轴靠近下端内部制有球座台阶；

所述打捞脱手模块包括打捞头，打捞头套装在密封芯轴的外侧，打捞头顶端与上部活动管柱模块的上接头内壁中部台阶的下端面邻接，打捞头的下端通过内螺纹与连接管相连，打捞头的外壁中部设有止回卡簧槽，打捞头的外侧套装有活塞，活塞为筒状，活塞的上部通过外螺纹与卡簧压帽相连，活塞的端部和卡簧压帽之间夹有止回卡簧，活塞的下端通过内螺纹连接有剪切套，打捞头与剪切套和活塞之间的地方形成第一环形空间，在活塞的与第一环形空间对应的位置处制有高压传压孔；在打捞头的下端制有槽，此槽内设有剪切环，剪切环的上表面与剪切套适配；

所述球阀拨动模块包括拨叉套，拨叉套通过锁定爪与连接管相连，所述锁定爪为筒形，其上部制有内螺纹，锁定爪通过内螺纹与连接管中部的外螺纹相连，锁定爪的上部设有方向与轴线平行、且将筒壁切断的槽，锁定爪的下部设有外螺纹，锁定爪通过该外螺纹与拨叉套上部的内螺纹相连，拨叉套的顶部外侧设有下推力台阶面和上推力台阶面，拨叉套的中部设有径向的拨叉，拨叉和拨叉套之间通过第二密封圈密封，拨叉套的下端面和下限位环邻接；

所述球套的上端通过内螺纹与连接管相连，球套的下部制有外螺纹，外螺纹的上方螺纹连接有扶正套，扶正套的上方设有下限位环，球套和拨叉套之间通过第三密封圈密封，球套上与球阀拨动模块的拨叉相对应的位置设有 孔，拨叉穿过该孔；

所述球阀模块位于球套内，由上到下依次包括调节螺丝、第一弹簧、上密封盖、球阀芯、销轴、下密封盖和第二弹簧，所述调节螺丝螺纹连接在球套的内壁上，调节螺丝通过套装在上密封盖外部的第一弹簧顶紧上密封盖，上密封盖和球阀芯邻接；

所述球阀芯为一制有上下贯穿的孔的球体，球体的两侧制有平面，每个平面的中心处还制有插装销轴的销轴孔，所述每个平面上通过其中心还制有拨叉槽；

所述球阀芯通过两根销轴插装在球套上，球阀拨动模块的拨叉端部嵌入球阀芯的拨叉槽中；球套的销轴之上的外侧部位设有上限位台阶；

球阀模块的下端设有下密封盖，下密封盖通过套装在下密封盖外部的第二弹簧顶紧在球套的下部台阶上。

2.根据权利要求1所述的球阀式油层保护阀，其特征是：所述打捞脱手模块的打捞头下部制有低压传压孔，在密封芯轴与低压传压孔对应位置处制有压力孔，打捞头在低压传压孔处与活塞形成第二环形空间，在第二环形空间的上方和下方，打捞头和活塞之间通过第一密封圈密封。

3.根据权利要求1所述的球阀式油层保护阀，其特征是：所述打捞头的中部通过外螺纹安装有悬挂台阶，悬挂台阶和卡簧压帽之间夹有拉力爪，拉力爪为筒形，在拉力爪的下部设有方向与轴线平行、且将筒壁切断的槽，拉力爪的下端设有向内的凸起，该凸起与悬挂台阶的外表面适配，且凸起的上表面和悬挂台阶的与之适配的表面均为锥面，拉力爪的上部通过外螺纹和外壳推筒的内壁上部连接。

4.一种如权利要求1所述的球阀式油层保护阀的操作方法，其特征是：

球阀式油层保护阀下端连接锚定插入密封，上端与油管连接，通过油管将球阀式油层保护阀送入到位后，对环空打压，剪断剪切环，释放上部活动管柱模块；

通过上部活动管柱模块上提或下放，在拨叉的带动下使球阀芯转动，实现球阀式油层保护阀的开关：

上部活动管柱模块上升时，通过上限位台阶来控制拨叉套的上移量，当 拨叉套上移至上限位台阶时，球阀芯停止转动，完全关闭；上部活动管柱模块下压时，在推力卡簧的推力下，整个拨叉套下移，当拨叉套下移到下限位环时，在拨叉的作用下，保护阀被打开，实现了油层保护阀的全通径。

5.根据权利要求4所述的球阀式油层保护阀的操作方法，其特征是：

在进行后期修井作业时，投球坐于球座台阶，不动管柱进行洗井作业；洗井结束后，上提上部活动管柱模块，球阀芯即自动关闭，起到防漏防喷的目的。

说明书

球阀式油层保护阀及其操作方法

技术领域

[0001] 本发明属于油田开发生产技术领域，特别是涉及一种球阀式油层保护阀及其操作方法。

背景技术

[0002] 在目前公知的油田开发中，为了确保生产期间的井下安全，在下入生产管柱期间，为了防止溢流的发生，要不断地向井筒内灌入完井液，漏失到储层内的完井液不但会污染储层，同时也增加了完井成本。如果完井液灌注不及时，还有可能导致溢流甚至井喷的发生。所以为了保护油层在开采过程中不受污染以及海洋环境不被污染，在生产井上应用油层保护阀是必要的。

[0003] 目前海上油气井中已应用有普通阀板式和滑套式两种油层保护阀，但普通阀板式油层保护阀在井下作业时存在安全隐患，滑套式油层保护阀存在操作复杂，需要增加钢丝作业，相比之余，以上问题还没有得以解决，所以目前还没有功能和操作更加完善，既能防漏又能防喷的油层保护阀。

发明内容

[0004] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种球阀式油层保护阀及其操作方法，其既能防漏又能防喷。

[0005] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

[0006] 球阀式油层保护阀，其特征是：包括上部活动管柱模块、打捞脱手模块、球阀拨动模块、连接管、球套、下限位环和球阀模块，所述上部活动管柱模块与打捞脱手模块相连，上部活动管柱模块的下部与球阀拨动模块相连，球阀拨动模块内安装有球套，球套内安装有球阀模块，球套下部套装有下限位环。

[0007] 本发明还可以采用如下技术方案：

[0008] 所述上部活动管柱模块包括上接头，上接头的内壁上端制有与油管连接的螺纹，上接头的内壁中部与密封芯轴的上部螺纹连接，所述密封芯轴的中部外侧设有密封模块，上接头的内壁下部与外壳推筒的上部螺纹连接，外壳推筒的内壁上部螺纹连接有拉力爪，外壳推筒的内壁下端螺纹连接有卡簧座，卡簧座的上端面与外壳推筒的台阶面之间设有推力卡簧。

[0009] 所述打捞脱手模块包括打捞头，打捞头套装在密封芯轴的外侧，打捞头的顶端与与上接头的内壁中部台阶的下端面邻接，打捞头的下端通过内螺纹与连接管相连，打捞头的外壁中部设有止回卡簧槽，打捞头的外侧套装有活塞，活塞为筒状，活塞的上部通过外螺纹与卡簧压帽相连，活塞的端部和卡簧压帽之间夹有止回卡簧，活塞的下端通过内螺纹连接有剪切套，打捞头与剪切套和活塞之间的地方形成第一环形空间，在活塞的与第一环形空间对应的位置处制有高压传压孔；在打捞头的下端制有槽，此槽内设有剪切环，剪切环的上表面与剪切套适配。

[0010] 所述打捞脱手模块的打捞头下部制有低压传压孔，在密封芯轴与低压传压孔对应位置处制有压力孔，打捞头在低压压力孔处与活塞形成第二环形空间，在第二环形空间的上方和下方，打捞头和活塞之间通过第一密封圈密封。

[0011] 所述打捞头的中部通过外螺纹安装有悬挂台阶，悬挂台阶和卡簧压帽之间夹有拉力爪，拉力爪为筒形，在拉力爪的下部设有方向与轴线平行、且将筒壁切断的槽，拉力爪的下端设有向内的凸起，该凸起与悬挂台阶的外表面适配，且凸起的上表面和悬挂台阶的与之适配的表面均为锥面，拉力爪的上部通过外螺纹和外壳推筒的内壁上部连接。

[0012] 所述球阀拨动模块包括拨叉套，拨叉套通过锁定爪与连接管相连，所述锁定爪为筒形，其上部制有内螺纹，锁定爪通过内螺纹与连接管中部的外螺纹相连，锁定爪的上部设有方向与轴线平行、且将筒壁切断的槽，锁定爪的下部设有外螺纹，锁定爪通过该外螺纹与拨叉套上部的内螺纹相连，拨叉套的顶部外侧设有下推力台阶面和上推力台阶面，拨叉套的中部设有径向的拨叉，拨叉和拨叉套之间通过第二密封圈密封，拨叉套的下端面和下限位环邻接。

[0013] 所述球套的上端通过内螺纹与连接管相连，球套的下部制有外螺纹，外螺纹的上方螺纹连接有扶正套，扶正套的上方设有下限位环，球套和拨叉套之间通过第三密封圈密封，球套上与球阀拨动模块的拨叉相对应的位置设有孔，拨叉穿过该孔。

[0014] 所述球阀模块位于球套内，由上到下依次包括调节螺丝、第一弹簧、上密封盖、球阀芯、销轴、下密封盖和第二弹簧，所述调节螺丝螺纹连接在球套的内壁上，调节螺丝通过套装在上密封盖外部的第一弹簧顶紧上密封盖，上密封盖和球阀芯邻接，它们之间因此构成金属密封；

[0015] 所述球阀芯为一制有上下贯穿的孔的球体，球体的两侧制有平面，每个平面的中心处还制有插装销轴的销轴孔，所述每个平面上通过其中心还制有拨叉槽；

[0016] 所述球阀芯通过两根销轴插装在球套上，球阀拨动模块的拨叉端部嵌入球阀芯的拨叉槽中；

[0017] 球阀模块的下端设有下密封盖，下密封盖通过套装在下密封盖外部的第二弹簧顶紧在球套的台阶上。

[0018] 一种球阀式油层保护阀的操作方法，其特征是：

[0019] 球阀式油层保护阀下端连接锚定插入密封，上端与油管连接，通过油管将球阀式油层保护阀送入到位后，对环空打压，剪断剪切环，释放上部活动管柱模块；

[0020] 通过上部活动管柱模块上提或下放，在拨叉的带动下使球阀芯转动，实现球阀式油层保护阀的开关：

[0021] 上部活动管柱模块上升时，通过上限位台阶来控制拨叉套的上移量，当拨叉套上移至上限位台阶时，球阀芯停止转动，完全关闭；上部活动管柱模块下压时，在推力卡簧的推力下，整个拨叉套下移，当拨叉套下移到下限位环时，在拨叉的作用下，保护阀被打开，实现了油层保护阀的全通径。

[0022] 在进行后期修井作业时，投球坐于球座台阶，不动管柱进行洗井作业；洗井结束后上提上部活动管柱模块，球阀芯即自动关闭，起到防漏防喷的目的。

[0023] 本发明具有的优点和积极效果是：

[0024] 本发明采用了以上技术方案后，其优点在于：

[0025] 1、修井作业时不需要起出保护阀，只需上提或下放与上部活动管柱相连的生产管柱即可控制油层保护阀的开关，既能防止油井的泄漏又能防止油井的井喷，同时还可保护了油层和海洋环境。

[0026] 2、由于球阀芯与上、下密封盖之间采用金属密封替代了橡胶密封，因此可避免了橡胶密封的腐蚀、老化及磨损等问题，而且球阀式油层保护阀中未设有任何电子元件，开关均由机械方式执行，结构简单、操作快捷简便、运行可靠性高，维修间隔周期长，使得该多功能球阀式油层保护阀可以在井下长期工作。

[0027] 3、另外在配合“Y”接头生产管柱作业时，可以在不动管柱的情况下测试油层的静压或流压。

附图说明

[0028] 图1是本发明的结构示意图；

[0029] 图2是球阀芯的主视图；

[0030] 图3是图2的Ｃ-Ｃ剖视图；

[0031] 图4是拉力爪的前视图；

[0032] 图5是图4 的A-A剖视图；

[0033] 图6是含有球阀式油层保护阀的生产管柱的初步安装状态图；

[0034] 图7是含有球阀式油层保护阀的生产管柱的二次插入状态图。

[0035] 图中：

[0036] 1、上部活动管柱模块： 11、上接头； 12、外壳推筒； 13、推力卡簧；14、卡簧座；15、密封芯轴； 151、密封模块； 152、压力孔； 153、球座台阶； 16、拉力爪； 161、凸台；
162、缝隙；

[0037] 2、打捞/脱手模块： 21、打捞头； 211、悬挂台阶； 212、止回卡簧槽； 213、第一密封圈； 214、低压传压孔； 22、止回卡簧； 23、卡簧压帽； 24、活塞； 241、高压传压孔；242、剪切套； 243、剪切环；

[0038] 3、球阀拨动模块： 31、拨叉套； 311、下推力台阶面； 312、上推力台阶面； 32、锁定爪； 33、拨叉； 34、第二密封圈；

[0039] 4、连接管；

[0040] 5、球套； 51、上限位台阶； 52、第三密封圈；

[0041] 6、下限位环；

[0042] 7、扶正套；

[0043] 8、球阀模块： 81、球阀芯； 811、销轴孔； 812、拨叉槽； 82、销轴； 83、下密封盖； 84、弹簧； 85、上密封盖； 86、弹簧； 87、调节螺丝； 88、第四密封圈。

[0044] 900、球阀式油层保护阀； 901、锚定插入密封； 902、油管； 903、顶部封隔器；904、防喷器； 905、电潜泵； 906、带孔油管； 907、套管； 908、球； 909、Y接头；910、工作筒； 911、大钩； 912、油管挂； 913、压力控制管线； 914、井下安全阀； 915、放气阀；
916、盲管； 917、筛管； 918、过电缆封隔器。

具体实施方式

[0045] 为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

[0046] 请参阅图1至图5，

[0047] 一种球阀式油层保护阀，包括上部活动管柱模块1、打捞脱手模块、球阀拨动模块、连接管4、球套5、下限位环6、球阀模块，上部活动管柱模块与打捞脱手模块相连，上部活动管柱模块的下部与球阀拨动模块相连，球阀拨动模块内安装有球套5，球套内安装有球阀模块，球套下部套装有下限位环6。

[0048] 上部活动管柱模块包括上接头11，上接头的内壁上端制有与油管连接的螺纹，上接头的内壁中部与密封芯轴15的上部螺纹连接，密封芯轴的中部外侧设有密封模块151，上接头内壁下部与外壳推筒12的上部螺纹连接，外壳推筒的内壁上部螺纹连接有拉力爪16，外壳推筒的内壁下端螺纹连接有卡簧座14，卡簧座的上端面与外壳推筒的台阶面之间设有推力卡簧13，在密封芯轴靠近下端内部制有球座台阶153。

[0049] 打捞脱手模块包括打捞头21，打捞头套装在密封芯轴15的外侧，打捞头的顶端与上接头11的内壁中部台阶的下端面邻接，打捞头21的下端通过内螺纹与连接管4相连，打捞头的外壁中部设有止回卡簧槽212，打捞头的外侧套装有活塞24，活塞为筒状，活塞的上部通过外螺纹与卡簧压帽23相连，活塞的端部和卡簧压帽之间夹有止回卡簧22，活塞的下端通过内螺纹连接有剪切套242，打捞头与剪切套和活塞之间的地方形成第一环形空间，在活塞的与第一环形空间对应的位置处制有高压传压孔241；在打捞头21的下端制有槽，此槽内设有剪切环243，剪切环的上表面与剪切套242适配。

[0050] 打捞脱手模块的打捞头21的下部制有低压传压孔214，在密封芯轴的与低压传压孔对应位置处制有压力孔152，打捞头在低压压力孔处与活塞形成第二环形空间，在第二环形空间的上方和下方，打捞头和活塞之间通过第一密封圈213密封。

[0051] 打捞头21的中部通过外螺纹安装有悬挂台阶211，悬挂台阶和卡簧压帽23之间夹有拉力爪16，拉力爪为筒形，在拉力爪的下部设有方向与轴线平行、且将筒壁切断的槽，拉力爪的下端设有向内的凸起，该凸起与悬挂台阶211的外表面适配，且凸起的上表面和悬挂台阶的与之适配的表面均为锥面，拉力爪的上部通过外螺纹和外壳推筒12的内壁上部连接。

[0052] 球阀拨动模块包括拨叉套31，拨叉套通过锁定爪32与连接管4相连，锁定爪为筒形，其上部制有内螺纹，锁定爪32通过内螺纹与连接管中部的外螺纹相连，锁定爪的上部设有方向与轴线平行、且将筒壁切断的槽，锁定爪的下部设有外螺纹，锁定爪32通过该外螺纹与拨叉套31上部的内螺纹相连，拨叉套的顶部外侧还设有下推力台阶面311和上推力台阶面312，下推力台阶面311和上推力台阶面312的角度和推力卡簧的内径上的上斜面和下斜面角度相同，拨叉套的中部还设有径向的拨叉33，拨叉和拨叉套之间通过第二密封圈34密封，拨叉套的下端面和下限位环6邻接。

[0053] 球套5的上端通过内螺纹与连接管4相连，球套的下部制有用于和其他部件连接的外螺纹，外螺纹的上方螺纹连接有扶正套7，扶正套的上方设有下限位环6，球套和拨叉套31之间通过第三密封圈52密封，球套上还在位置与球阀拨动模块的拨叉33相对应的地方设有孔，拨叉穿过该孔。

[0054] 球阀模块位于球套内，由上到下依次包括调节螺丝87、第一弹簧86、上密封盖85、球阀芯81、销轴82、下密封盖83、第二弹簧84，调节螺丝螺纹连接在球套5的内壁上，调节螺丝87通过套装在上密封盖85外部的第一弹簧84顶紧上密封盖，上密封盖和球阀芯81邻接，上密封盖和球套之间通过第四密封圈密封。

[0055] 球阀芯81为一制有上下贯穿的孔的球体，球体的两侧制有平面，每个平面的中心处还制有插装销轴的销轴孔811，销轴孔为沉孔而非通孔，每个平面上通过其中心还制有拨叉槽812，拨叉槽为长圆形的槽，销轴孔的深度大于拨叉槽的深度和/或销轴孔的直径大于拨叉槽的宽度。

[0056] 球阀芯81通过两根销轴82插装在球套上，拨叉33的端部嵌入球阀芯的拨叉槽中。

[0057] 球阀模块的下端设有下密封盖83，下密封盖通过套装在下密封盖外部的第二弹簧84顶紧在球套5的台阶上，下密封盖和球套之间通过第四密封圈88密封。

[0058] 本发明的工作原理为：

[0059] 请参阅图1，本发明工具的上下接头扣型均为API标准扣型，便于与现场的其它工具以及管线等的连接。上接头11与油管902连接，球套5通过变扣与锚定插入密封901连接，起到隔离底层和标志管柱下入到位的作用。油层保护阀下入到位以后环空打压，由于设有压力孔152和低压传压孔214、高压传压孔241，因此存在压差的作用，活塞24和剪切套242在第一环形空间处的受到向下的力大于第二环形空间处的受到向上的力，推动剪切套
242下移，剪断剪切环243。活塞带动卡簧压帽23下移时，拖动止回卡簧22下移，下移到止回卡簧槽212处，止回卡簧收缩卡死，防止活塞回移。

[0060] 由于拉力爪16下部的筒壁上切有数道轴向的缝隙162，大幅度降低了拉力爪下部在承担径向载荷时的刚度，所以在与活塞24固连的卡簧压帽下移后，由于来自于卡簧压帽23的上部内壁对拉力爪16下部外侧的约束消失，即拉力爪外侧没有将其箍紧的力，拉力爪的锁紧状态即解除了。当拉力爪受力上移时，拉力爪的凸台161会对悬挂台阶211有一个压力，该压力的反作用力的径向分力较大，会使拉力爪下部向外张开，拉力爪下部凸台就可以沿悬挂台阶的适配表面滑出，上部活动管柱模块1就可以向上移动。同理，上部活动管柱也可以向下移动。

[0061] 球阀模块的工作原理如下：在球阀芯81转动时，通过左右两根销轴82插在销轴孔811中保证其轴向固定，由于球套5上保证拨叉运行方向的长孔和安装在拨叉套中的拨叉并不通过球阀芯的中心，所以此时拨叉的上下移动，可转化成拨叉在球阀芯的拨叉槽812中滑动和相对于球阀芯81中心的转动，以此实现拨叉带动球阀芯转动，实现油层保护阀的开关。在弹簧84的作用下，上密封盖85和下密封盖83能都在球阀芯转动的过程中，压紧球阀芯，而且上密封盖85和下密封盖83均为金属材质，直接与球阀芯表面接触，通过碾磨来实现密封，不采用任何橡胶密封，避免了橡胶元件的老化、腐蚀等问题，所以球阀芯的密封性始终得以保证，并使得本球阀式油层保护阀能在井下长期工作。调节螺丝87直接与球套5螺纹连接，通过调节与球套5的连接来压紧上密封体，以此来保证球阀芯的密封。

[0062] 球阀式油层保护阀的推力卡簧13直接安装于外壳推筒12上，推力卡簧座14与外壳推筒12螺纹连接，卡簧座和外壳推筒夹住推力卡簧，来保证推力卡簧的稳定性。外壳推筒通过推力卡簧带动拨叉套31上下移动，拨叉套上移时，拨叉33插在拨叉套31孔中，被带动上移，球阀芯81被销轴82固定，拨叉在球阀芯的拨叉槽中移动，球阀芯81在拨叉的带动下以销轴为中心转动，实现球阀芯的开关。当球阀芯转动到一定的角度，通过上限位台阶51来控制拨叉套的上移量，当拨叉套上移至上限位台阶51时，球阀芯停止转动，完全关闭。

[0063] 外壳推筒12通过推力卡簧带动拨叉套31上下移动的原理如下：

[0064] 上部活动管柱模块1下压时，外壳推筒12推动推力卡簧13，推力卡簧的内径上分别制有上斜面和下斜面，这两个斜面分别与拨叉套31上的下推力台阶面311和上推力台阶面312角度相同。当卡簧被外壳推筒推动时，卡簧的下斜面与上推力台阶面接触，由于此时推力卡簧所受到的阻力仅仅是拨叉套与球套5之间的摩擦阻力和拨动球阀芯81所需要的力之和，阻力值不大，所以推力卡簧所受到压力的径向分力不大，卡簧仍可基本保持其原有状态，可以通过推动上推力台阶面推动拨叉套下移，进而通过拨叉带动球阀芯转动，打开油层保护阀。当推力卡簧通过推动上推力台阶面312使得拨叉套31运动到位，即拨叉套下端与下限位环6接触时，拨叉套的向下运动的阻力突然大幅增大，进而通过上推力台阶面传递到推力卡簧上的压力也大幅度增加，这一压力的径向分力使得推力卡簧向外张开，推力卡簧的内径等于上推力台阶面312和下推力台阶面311之间的拨叉套的外径，使得推力卡簧可沿拨叉套的这一段向下滑动，并滑动至下推力台阶面以下。

[0065] 上部活动管柱模块1上提时，外壳推筒12通过固装于其上的卡簧座14推动推力卡簧，推力卡簧的内径上制有下斜面，下斜面与拨叉套31上的下推力台阶面311和角度相同。当卡簧被卡簧座14推动时，卡簧的上斜面与下推力台阶面接触，由于此时推力卡簧所受到的阻力仅仅是拨叉套与球套5之间的摩擦阻力和拨动球阀芯81所需要的力之和，阻力值不大，所以推力卡簧所受到压力的径向分力不大，卡簧仍可基本保持其原有状态，可以通过推动下推力台阶面推动拨叉套上移，进而通过拨叉带动球阀芯转动，关闭油层保护阀。当推力卡簧通过推动下推力台阶面使得拨叉套31运动到位，即拨叉套中部的台阶与上限位台阶51接触时，拨叉套的向上运动的阻力突然大幅增大，进而通过下推力台阶面传递到推力卡簧上的压力也大幅度增加，这一压力的径向分力使得推力卡簧向外张开，推力卡簧的内径等于上推力台阶面312和下推力台阶面311之间的拨叉套的外径，使得推力卡簧可沿拨叉套的这一段向上滑动，并滑动至上推力台阶面以上。

[0066] 球阀式油层保护阀还设计有锁定爪32，用于球阀拨动模块的锁定，锁定爪下部通过螺纹直接与拨叉套31上部的内壁连接，锁定爪上部的弹性爪由螺纹连接到连接管4上。该螺纹为牙型角为60°的普通细牙螺纹。

[0067] 当上部活动管柱模块1上提时，因为锁定爪的上部被切有数条轴向的缝隙，大幅度降低了锁定爪上部在承担径向载荷时的刚度。牙型角造成的水平分力（即径向分力）会将弹性爪张开，锁定爪32就可以在连接管上的螺纹上一圈一圈的向上跳动，所以拨叉套31会带动锁定爪32一起上移。当球阀芯完全关闭，即拨叉套上移至上限位台阶后，锁定爪上部仍在连接管的普通细牙螺纹上，由于其下斜面和水平面有30°夹角，螺纹的下斜面就具备一定的自锁能力，可以保证锁定爪在运行到位后，不会因拔插套本身的重量和管柱的震动使其下移打开滑套。只有当插入管柱，锁定爪32受到足够轴向推力时，才可以推动锁定爪下移，进而打开球阀。这样锁定爪32就对球阀拨动模块提供了自锁功能。

[0068] 当上部活动管柱模块1下压时，锁定爪32受到向下足够大的轴向力，会使其沿轴向向下跳动，运行到位后，由于锁定爪上斜面和水平面有30°夹角，螺纹的上斜面又具备一定的自锁功能，防止球阀会因为管柱震动等原因而使球阀打开状态不稳定。 [0069] 下端扶正套7安装于球套上，可以辅助管串自动扶正，保证油层保护阀顺利下入井内。

[0070] 本发明的操作方法如下：

[0071] 请参阅图6和图7，首先将球阀式油层保护阀900下端与锚定插入密封901连接，所述锚定插入密封下端和盲管916、筛管917连接，球阀式保护阀上端与油管902连接，用油管902将球阀式油层保护阀送入井中，锚定插入密封插入顶部封隔器903后，关防喷器904，防喷器位于井口处，控制油管与套管907（或地层）的环空的开关，对环空打压，利用内外压差剪断剪切环243，卡簧压帽23下移，释放拉力爪16，完成脱手动作，上部活动管柱模块可以上提。

[0072] 当上部活动管柱模块1上提时，在拨叉33的带动下，实现保护阀的关闭。球阀芯81转动到一定的角度，通过上限位台阶51来控制拨叉套31的上移量，当拨叉套上移至上限位台阶时，球阀芯停止转动，完全关闭。起管柱至下入电潜泵位置，连接电潜泵905、油管挂
912、压力控制管线913、井下安全阀914、过电缆封隔器918、放气阀915等其他生产管柱工具，将防喷器换成油管挂912继续下入管柱，对接球阀式油层保护阀。

[0073] 其中，当油管下入至顶部，油管与钻台的顶驱通过大钩911连接，上部活动管柱模块的上下移动也是通过钻台上的大钩的上下移动通过带动油管的上下移动来实现的。

[0074] 对接完成后，上部活动管柱模块1下压时，在推力卡簧13的推力下，整个拨叉套31下移，当拨叉套下移到下限位环6时，在拨叉33的作用下，球阀芯81旋转到其上的通孔与保护阀轴线垂直的角度，球阀式油层保护阀被打开，即可开泵生产。

[0075] 若要进行地层测试作业，先通过钢丝作业捞出Y堵，所述Y堵位于连接油层保护阀的油管以及带孔油管的上面和安装有电潜泵的Ｙ接头下面的工作筒中，Ｙ堵用于防止电潜泵生产时油反流回地层去，实现整个管柱的全通径。

[0076] 后期修井作业前，投球908坐于球座台阶153，进行洗井作业，洗井后便可上提上部活动管柱，保护阀即在拨叉的作用下自动关闭，起到防漏防喷的作用。

[0077] 尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。