一种注水注气单向装置

摘要

一种注水注气单向装置，包括管状的上接头、下接头和阀体总成，阀体总成包括管状的阀体容器和若干单向阀；阀体容器的上管壁内沿其周向设有与单向阀数目相同的、用于容纳所述单向阀的沉孔，所述沉孔的轴线平行于所述阀体容器的轴线；所述沉孔的底部开有与注水注气管道相通的第一进气孔；所述单向阀从下至上依次安装有密封球座、密封球、活塞、弹簧和弹簧座；所述密封球座的中心设有与所述第一进气孔相连通的第二进气孔；所述弹簧座固定于所述沉孔上部，所述弹簧为压缩弹簧；所述阀体容器在沿其轴向的所述沉孔的中间部位，朝向轴心的方向开有与所述沉孔连通的环形槽，且所述环形槽沿所述阀体容器轴向的宽度小于所述密封球的半径。

权利要求

1.一种注水注气单向装置，其特征在于，包括管状的上接头、下接头和设于所述上接头、下接头之间的阀体总成，所述上接头的上部用于与上油管固定连接，所述下接头的下部用于与下油管固定连接；

所述阀体总成包括管状的阀体容器和设置于所述阀体容器内的若干单向阀；

所述阀体容器的上管壁内沿其周向设有与单向阀数目相同的、用于容纳所述单向阀的沉孔，所述沉孔的轴线平行于所述阀体容器的轴线；所述沉孔的底部开有与注水注气管道相通的第一进气孔；

所述阀体容器的上部与所述上接头的下部固定连接，且其固定连接部设有第一密封圈；所述阀体容器的下部与所述下接头的上部固定连接；

所述单向阀从下至上依次安装有密封球座、密封球、活塞、弹簧和弹簧座；

所述密封球座固定连接于所述沉孔的底部，且其固定连接部设有第二密封圈；

所述密封球座的中心设有与所述第一进气孔相连通的第二进气孔；所述密封球的半径大于所述第二进气孔的半径；

所述弹簧座固定于所述沉孔上部，所述弹簧为压缩弹簧，一端固定于所述弹簧座，另一端与活塞固定连接；

所述阀体容器在沿其轴向的所述沉孔的中间部位，朝向轴心的方向开有环形槽，所述环形槽与所述沉孔连通，且所述环形槽沿所述阀体容器轴向的宽度小于所述密封球的半径；所述密封球在所述弹簧的预紧力的作用下，其球心处于所述环形槽的下部。

2.根据权利要求1所述的注水注气单向装置，其特征在于，所述阀体容器在所述第一进气孔处，开有斜向下的直角梯形形状的梯形凹槽，所述第一进气孔开于所述梯形凹槽的直角边处，所述梯形凹槽的斜边沿所述阀体容器的径向外侧斜向下。

3.根据权利要求2所述的注水注气单向装置，其特征在于，还包括开启装置，所述开启装置包括剪切套、沿所述剪切套的周向外表面设置的若干剪切销和挡环；所述剪切套套接在所述阀体总成外部并与所述上接头的下端部相接触，所述剪切套的上端部与所述上接头的下端部之间形成内凹的环空压力作用处；所述剪切套的内表面与所述阀体总成的外表面之间设有第三密封圈和第四密封圈；所述剪切套至少完全覆盖所述梯形凹槽；所述剪切销的轴线垂直于所述剪切套的轴线，且一端位于所述剪切套，另一端位于所述阀体容器；所述挡环设于所述阀体容器与所述下接头固定连接部分的外侧；当所述剪切销剪断时，所述剪切套在所述阀体容器的外表面向下滑动至挡环处，并露出所述梯形凹槽。

4.根据权利要求1-3之一所述的注水注气单向装置，其特征在于，所述弹簧座使用若干开槽锥端紧定螺钉固定于所述阀体容器的沉孔的内表面上；所述开槽锥端紧定螺钉的轴线垂直于所述沉孔的轴线。

5.根据权利要求1-3之一所述的注水注气单向装置，其特征在于，所述密封球和所述密封球座之间、所述密封球和所述沉孔之间、及所述弹簧座的上端部与所述上接头之间为刚体接触面，属于硬面密封。

6.根据权利要求1或2所述的注水注气单向装置，其特征在于，所述弹簧座为中空圆柱型结构，所述弹簧为圆柱螺旋式结构。

7.根据权利要求3所述的注水注气单向装置，其特征在于，所述弹簧座为中空圆柱型结构，所述弹簧为圆柱螺旋式结构。

8.根据权利要求4所述的注水注气单向装置，其特征在于，所述弹簧座为中空圆柱型结构，所述弹簧为圆柱螺旋式结构。

9.根据权利要求5所述的注水注气单向装置，其特征在于，所述密封球座为上大下小的阶梯状空心轴，对应的放置所述密封球座的沉孔其底部为上大下小的阶梯孔，二者的固定连接处分别设有第二密封圈和第五密封圈。

10.根据权利要求6所述的注水注气单向装置，其特征在于，4个所述沉孔均匀分布于所述阀体容器上部，每个所述沉孔内均对应设有所述单向阀。

11.根据权利要求7或8所述的注水注气单向装置，其特征在于，所述单向阀有4套，4个所述沉孔均匀分布于所述阀体容器上部，每个所述沉孔内均对应设有所述单向阀。

12.根据权利要求7所述的注水注气单向装置，其特征在于，所述剪切销有6个，6个所述剪切销沿所述剪切套的周向外表面均匀分布。

13.根据权利要求6所述的注水注气单向装置，其特征在于，所述密封球采用陶瓷材料覆膜，所述密封球座上的至少与所述密封球相接触的部位采用陶瓷材料覆膜。

14.根据权利要求7或8所述的注水注气单向装置，其特征在于，所述密封球采用陶瓷材料覆膜，所述密封球座上的至少与所述密封球相接触的部位采用陶瓷材料覆膜。

说明书

一种注水注气单向装置

技术领域

[0001] 本发明涉及到涉及一种注水注气单向装置，具体涉及一种用于油气井建立多次循环通达的注水注气单向阀，属于油田工艺技术领域。

背景技术

[0002] 目前塔河缝洞型油藏注气注水提高采收率技术已经进入推广应用阶段，稀油井注气后原油性质可能变稠，稠油井注气后随着注入水和气的上升滑脱，井内稠油重新上返填
满井筒，此时需进行掺稀作业以方便才有的顺利进行。常规的压井滑套等井下工具无法实
现井下注水注气装备的多次开关以多次连通油管，满足不了一趟管柱多次掺稀作业的要
求。因此需要研制一种适用于注水、注气装备多次连通油管作业的单向装置。而且现有的注水注气装置结构复杂，极易腐蚀结垢，堵塞注水注气孔造成注水注气通道开启失效。

发明内容

[0003] 为弥补上述领域存在的不足，本发明提供一种结构简单、耐腐蚀、密封性好、具备大流通通道、且能多次使用的注水注气单向装置。

[0004] 本发明通过以下技术方案实现：

[0005] 一种注水注气单向装置，包括管状的上接头、下接头和设于所述上接头、下接头之间的阀体总成，所述上接头的上部用于与上油管固定连接，所述下接头的下部用于与下油管固定连接；所述阀体总成包括管状的阀体容器和若干单向阀；所述阀体容器的上管壁内
沿其周向设有与单向阀数目相同的、用于容纳所述单向阀的沉孔，所述沉孔的轴线平行于
所述阀体容器的轴线；所述沉孔的底部开有与注水注气管道相通的第一进气孔；所述阀体
容器的上部与所述上接头的下部固定连接，且其固定连接部设有第一密封圈；所述阀体容
器的下部与所述下接头的上部固定连接；所述单向阀从下至上依次安装有密封球座、密封
球、活塞、弹簧和弹簧座；所述密封球座固定连接于所述沉孔的底部，且其固定连接部设有第二密封圈；所述密封球座的中心设有与所述第一进气孔相连通的第二进气孔；所述密封
球的半径大于所述第二进气孔的半径；所述弹簧座固定于所述沉孔上部，所述弹簧为压缩
弹簧，一端固定于所述弹簧座，另一端与活塞固定连接；所述阀体容器在沿其轴向的所述沉孔的中间部位，朝向轴心的方向开有环形槽，所述环形槽与所述沉孔连通，且所述环形槽沿所述阀体容器轴向的宽度小于所述密封球的半径；所述密封球在所述弹簧的预紧力的作用
下，其球心处于所述环形槽的下部。

[0006] 作为优选，所述阀体容器在所述第一进气孔处，开有斜向下的梯形凹槽，所述第一进气孔开于所述梯形凹槽的直角边处，所述梯形凹槽的斜边处沿所述阀体容器的径向斜向下。

[0007] 作为优选，所述注水注气单向装置还包括开启装置，所述开启装置包括剪切套、沿所述剪切套的周向外表面设置的若干剪切销和挡环；所述剪切套套接在所述阀体总成外部并与所述上接头的下端部相接触，所述剪销套的上端部与所述上接头的下端部之间形成内
凹的环空压力作用处；所述剪切套的内表面与所述阀体总成的外表面之间设有第三密封圈
和第四密封圈；所述剪切套至少完全覆盖所述梯形凹槽；所述剪切销的轴线垂直于所述剪
切套的轴线，且一端位于所述剪切套，另一端位于所述阀体容器；所述挡环设于所述阀体容器与所述下接头固定连接部分的外侧；当所述剪切销剪断时，所述剪切套在所述阀体容器
的外表面向下滑动至挡环处，并露出所述梯形凹槽。

[0008] 作为优选，所述弹簧座使用若干开槽锥端紧定螺钉固定于所述阀体容器的沉孔的内表面上；所述开槽锥端紧定螺钉的轴线垂直于所述沉孔的轴线。

[0009] 作为优选，所述密封球和所述密封球座之间、所述密封球和所述沉孔之间、及所述弹簧座的上端部与所述上接头之间为刚体接触面，属于硬面密封。

[0010] 作为优选，所述弹簧座为中空圆柱型结构，所述弹簧为圆柱螺旋式结构。

[0011] 作为优选，所述密封球座为上大下小的阶梯状空心轴，对应的放置所述密封球座的沉孔其底部为上大下小的阶梯孔，二者的固定连接处分别设有第二密封圈和第五密封
圈。

[0012] 作为优选，所述单向阀有4套，中心对称分布于位于所述阀体容器上部的沉孔内。

[0013] 作为优选，所述剪切销沿所述剪切套的周向外表面均匀分布有6个。

[0014] 作为优选，所述密封球采用陶瓷材料覆膜，所述密封球座至少与所述密封球相接触的部位采用陶瓷材料覆膜。

[0015] 本发明相对于现有技术优势在于：

[0016] 1、本发明所述的注水注气单向装置在使用时，安装在封隔器的上部，其压缩弹簧和密封球在环空压力的作用下可以实现多次自动开关注水注气通道，既可提高注水注气循
环效率，又可最大限度增加稠油的流动性；既可以单独进行注水注气作业，也可以进行注水注气和采油同时作业，相互之间不受影响。

[0017] 2、本发明所述的注水注气单向装置其单向阀采用钢珠式的密封球，与密封底座接触面积小，动作灵活，不易卡阻；且所述单流阀总成共设计若干个当设计为多个如4个时，可以增加注水注气的流动通道数和过流面积，进一步防止卡堵。

[0018] 3、本发明所述的注水注气单向装置采用带有预紧力的压缩弹簧预紧，可以确保环空压力降低时及时复位关闭，且压缩弹簧采用圆柱螺旋式结构，弹簧座为中空圆柱型，且采用活塞结构，使密封球受力更加均匀。

[0019] 4、本发明所述的注水注气单向装置在所述第一进气孔处，开有斜向下的梯形凹槽，该梯形凹槽防止沉积物堵塞注液注气通道，为第一进气孔提供更为顺畅的注液注气通
道。

[0020] 5、本发明所述的注水注气单向装置，其所述密封球和所述密封球座之间、所述密封球和所述沉孔之间、及所述弹簧座的上端部与所述上接头之间为刚体接触面，属于硬面
密封，抗冲蚀性能高。

[0021] 6、本发明所述的注水注气单向装置，还包括开启装置，对注水注气通道进行保护，便于运输和安装；选择时，所述剪切销的剪切压力必须高于封隔器的验封压力3-5MPa；且当环空压力足够大时，剪切销被剪断，剪切套自动向下滑动，环空注入流体进入第一进气孔和第二进气孔，进而推动密封球上移，注水注气通道开启。

[0022] 7、本发明所述的注水注气单向装置，其密封球和密封球座选用陶瓷材料覆膜，耐冲蚀、不腐蚀、不易结垢，提高了设备的使用寿命。

附图说明

[0023] 图1是本发明注水注气单向装置的一种实施方式结构示意图；

[0024] 图2是本发明注水注气单向装置的一种实施方式单向阀部分结构局部放大图。

[0025] 图中各标号列示如下：

[0026] 1—上接头；2—阀体总成；3—下接头；

[0027] 21—阀体容器；22—单向阀；

[0028] 211—沉孔；212—第一进气孔；213—梯形凹槽；214-环形槽；

[0029] 221—密封球座；222—密封球；223—活塞；224—弹簧；225—弹簧座；226—开槽锥端紧定螺钉；

[0030] 221a—第二进气孔；

[0031] 4—第一密封圈；5—第二密封圈；51—第五密封圈

[0032] 6—开启装置；

[0033] 61—剪切套；62—剪切销；63—挡环；

[0034] 7—环空压力作用处；8—第三密封圈；9—第四密封圈。

具体实施方式

[0035] 为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。本说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式
来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

[0036] 除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为
了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。同时，本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考说明书附图的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

[0037] 下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。

[0038] 一种注水注气单向装置，如图1和图2所示，包括管状的上接头1、下接头3和设于所述上接头1、下接头3之间的阀体总成2，所述上接头1的上部与上油管固定连接，所述下接头3的下部与下油管固定连接；具体的，本发明所述的固定连接为管螺纹连接或其他固定连
接。所述阀体总成2包括管状的阀体容器21和若干单向阀22；所述阀体容器21的上管壁内沿其周向设有与单向阀22数目相同的、用于容纳所述单向阀22的沉孔211，所述沉孔211的轴
线平行于所述阀体容器21的轴线；所述沉孔211的底部开有与注水注气管道相通的第一进
气孔212；所述阀体容器21的上部与所述上接头1的下部固定连接，且其固定连接部设有第
一密封圈4；所述阀体容器21的下部与所述下接头3的上部固定连接；所述单向阀22从下至
上依次安装有密封球座221、密封球222、活塞223、弹簧224和弹簧座225；所述密封球座221固定连接于所述沉孔211的底部，且其固定连接部设有第二密封圈5；所述密封球座221的中心设有与所述第一进气孔212相连通的第二进气孔221a；所述密封球222的半径大于所述第
二进气孔221a的半径；单向阀22采用钢珠式的密封球222，与密封球座221接触面积小，动作灵活，不易卡阻。所述弹簧座225固定于所述沉孔211上，所述弹簧224为压缩弹簧，一端固定于所述弹簧座225，另一端与活塞223固定连接，采用带有预紧力的压缩弹簧预紧，可以确保环空压力降低时密封球222在弹簧预紧力及其自身压力的作用下及时复位关闭。

[0039] 所述阀体容器21在沿其轴向的所述沉孔211的中间部位，朝向轴心的方向开有环形槽214，所述环形槽214与所述沉孔211连通，且所述环形槽214沿所述阀体容器21轴向的
宽度小于所述密封球222的半径；所述沉孔211密封球222在所述弹簧224的预紧力的作用
下，其球心处于所述环形槽214的下部。

[0040] 本发明所述的注水注气单向装置在使用时，安装在封隔器的上部，其密封球在环空压力和压缩弹簧223的作用下，可以实现多次自动开关注水注气通道，既可提高注水注气循环效率，又可最大限度增加稠油的流动性；既可以单独进行注水注气作业，也可以进行注水注气和采油同时作业，相互之间不受影响。具体的，当环空压力大于所述压缩弹簧224的预紧力和所述密封球222、活塞223的重力时，所述密封球222推动所述活塞223向上移动，当所述密封球222移动至所述环形槽214的上部时，注水注气通道打开，流体从外部经由第一
进气孔212、第二进气孔221a、环形槽214进入管道内。当环空压力下降并低于所述压缩弹簧
224的预紧力和所述密封球222、活塞223的重力时，所述密封球222在所述弹簧224和所述活塞223的作用下下移，堵塞第二进气孔221a，完成一个注水注气周期。

[0041] 作为优选，所述阀体容器21在所述第一进气孔212处，开有斜向下的梯形凹槽213，所述第一进气孔212开于所述梯形凹槽213的直角边处，所述梯形凹槽213的斜边处沿所述阀体容器的径向斜向下，该梯形凹槽防止沉积物堵塞注液注气通道，为第一进气孔提供更
为顺畅的注液注气通道。

[0042] 作为优选，所述注水注气单向装置，还包括开启装置6，对注水注气通道进行保护，便于运输和安装；所述开启装置6包括剪切套61、沿所述剪切套61的周向外表面设置的若干剪切销62和挡环63；所述剪切套61套接在所述阀体总成2外部并与所述上接头1的下端部相接触，所述剪销套61的上端部与所述上接头1的下端部之间形成内凹的环空压力作用处7；
所述剪切套61至少完全覆盖所述梯形凹槽213；所述剪切销62的轴线垂直于所述剪切套61
的轴线，且一端位于所述剪切套61，另一端位于所述阀体容器21；所述挡环63设于所述阀体容器21与所述下接头3固定连接部分的外侧；当环空压力足够大时，所述剪切销62被环空压力剪断，所述剪切套61在所述阀体容器21的外表面自动向下滑动至挡环63处，并露出所述
梯形凹槽213，环空注入流体进入第一进气孔和第二进气孔，进而推动密封球上移，注水注气通道开启。

[0043] 作为优选，所述剪切套61的内表面与所述阀体总成2的外表面之间设有第三密封圈8和第四密封圈9。

[0044] 作为优选，所述弹簧座225使用若干开槽锥端紧定螺钉226固定于所述阀体容器21的沉孔211的内表面上；所述开槽锥端紧定螺钉226的轴线垂直于所述沉孔211的轴线。

[0045] 作为优选，所述密封球222和所述密封球座221之间、所述密封球222和所述沉孔211之间、及所述弹簧座225的上端部与所述上接头1之间为刚体接触面，属于硬面密封，抗冲蚀性能高。

[0046] 作为优选，所述弹簧座225为中空圆柱型结构，所述弹簧224为圆柱螺旋式结构，且采用活塞结构作用于密封球上，使密封球受力更加均匀。

[0047] 作为优选，所述密封球座221为上大下小的阶梯状空心轴，对应的放置所述密封球座221的沉孔211其底部为上大下小的阶梯孔，二者的固定连接处分别设有第二密封圈5和
第五密封圈51。

[0048] 作为优选，所述单向阀22有四套，中心对称分布于位于所述阀体容器21上部的沉孔211内，很好地增加注水注气的流动通道数和过流面积，进一步防止卡堵。

[0049] 作为优选，所述剪切销62沿所述剪切套61的周向外表面均匀分布有6个，为注水注气单向装置的运输和安装提供足够的保护，并为注水注气单向装置注水注气通道的开启保
证足够的注水注气压力，防止油管内的油液倒流。

[0050] 作为优选，所述密封球222采用陶瓷材料覆膜，所述密封球座221至少与所述密封球222相接触的部位采用陶瓷材料覆膜，耐冲蚀、不腐蚀、不易结垢，提高了设备的使用寿命。

[0051] 应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改变，其均应涵盖在本发明专利的
保护范围当中。