液流控制滑套的制作方法

1.本发明属于石油井下开采领域，特别涉及液流控制滑套。


背景技术：

2.换向阀是具有两种以上流动形式和两个以上油口的方向控制阀；是实现液压油流的沟通、切断和换向，以及压力卸载和顺序动作控制的阀门；靠阀芯与阀体的相对运动的方向控制阀；有转阀式和滑阀式两种；按阀芯在阀体内停留的工作位置数分为二位、三位等；按与阀体相连的油路数分为二通、三通、四通和六通等；操作阀芯运动的方式有手动、机动、电动、液动、电液等型式。
3.目前，在石油井下开采领域之中，潜油电泵井采油广泛应用于油田生产实践中，但在井况复杂或其他客观因素引起电泵机组停止运转时，管柱内杂质或沙粒会在重力作用下沉积到单流阀上；当沉积砂量聚集一定程度时，单流阀完全被掩埋导致再次启泵困难甚而无法启泵，从而使油井停产，引起修井作业，增加作业成本。
4.针对此问题国内进行了较多研究，但是现有的自动换向阀仍然存在如下问题：1、阀门直接控制分离与关闭两种工作状态，虽然操作原理上十分简单，但冲蚀、跑液现象严重；2、对流体阻力来说，现有的换向阀受弹簧力和流量影响大；3、从密封角度来看，现有的换向阀金属密封容易划伤，常常使用的是矩形密封，其滑动阻力很大；并且密封件采用的是表面抛光，硬度不够，容易划伤从而导致密封失效；4、在自喷电泵井中，流体会直接通过电泵，不仅会增加生产流阻，还会冲蚀、磨损电泵，使得电泵的使用寿命大大降低；5、现有的换向阀常常出现沉沙进入电泵，从而引起卡泵的现象。


技术实现要素：

5.针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于：提供了一种液流控制滑套，用以解决背景技术中提到的问题。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种液流控制滑套，包括中心管，所述中心管的上部通过滑套本体与外部管道滑动连接，所述滑套本体与外部管道固定连接；中心管的上部开设有环空管道开口，所述环空管道开口与中心管连接处设置有密封件；中心管内部套设有出油管道；所述中心管的中部外侧绕设有第二复位弹簧，第二复位弹簧的底部与中心管固定连接，第二复位弹簧的顶部与滑套本体固定连接；所述中心管的底部固定连接有中心单流阀，中心单流阀的下方设置有与中心单流阀匹配的阀座；所述中心管下方外侧绕设有第一复位弹簧，第一复位弹簧的底部与中心单流阀顶部固定连接，第一复位弹簧的顶部与外部管道内壁固定连接；所述中心管的下部一侧设置有锚定装置，所述锚定装置一端固定连接在外部管道的内壁，锚定装置位于第一复位弹簧的上方。
7.进一步的，所述锚定装置为控制锚爪或控制球中的一种。
8.进一步的，所述锚定装置为控制锚爪时，中心管中部对应位置设置有卡接环，所述控制锚爪为卡件，控制锚件与外部管道固定连接，所述滑套本体底部设置有与控制锚爪相
匹配的沟槽。
9.进一步的，所述锚定装置为控制球时，中心管对应位置设置有中心单流阀4控制槽，外部管道内壁对应位置设置有外壳体控制槽。
10.作为优选的，所述密封件为y形或o形密封件中一种或多种。
11.作为优选的，所述锚定装置的材质为硬质合金。
12.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明具有以下积极的技术效果：
13.1、通过本发明的控制逻辑：中心单流阀—控制锚定装置—中心管—阀座，阀门开启压力很低，可以实现轻松开启中心单流阀，保证流体在管道内很顺畅的运输，减小能耗损失；在一定程度上提高生产效率。
14.2、经过试验证明，本发明相比现有的自动换向阀来说流体通道更大，流体阻力更小，流体在本发明液流控制滑套中有更小的路径能量损失，生产效率有较为明显的提升。
15.3、本发明液流控制滑套的密封方式采用y/o密封，滑动阻力小，防沙能力强，并且本发明液流控制滑套的密封面工艺采用表面抛光，硬化工艺，滑动阻力小，硬度更高；本发明耐沙、耐磨性能更为优异，可以实现更长久的使用寿命，降低作业过程的工作成本。
16.4、本发明液流控制滑套相比现有的自动换向阀来说跑液冲蚀风险更小，在保证自动切换出油管道和外部管道的连通和关闭，更能减少检修次数，减少作业现场的工作量，降低企业运行成本。
17.5、本发明液流控制滑套相比现有的自动换向阀来说可靠性更高，十分有利于延长潜油电泵的使用寿命和工作效率，为企业提供更为优秀的自动换向阀的解决方案。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：
19.图1是液流控制滑套整体的正面结构示意图；
20.图2是停泵时液流控制滑套的立体结构示意图；
21.图3是液流控制滑套中心单流阀的结构示意图；
22.图4是去掉一部分外部管道外壳后的液流控制滑套的结构示意图；
23.图5是图4中a
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a截面的示意图；
24.图6是停泵时环空管道接口开启状态的局部结构放大示意图；
25.图7是启泵时环空管道接口关闭状态的局部结构放大示意图；
26.图中标记：1
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滑套本体；2
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中心管；3
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第一复位弹簧；4
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中心单流阀；5
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密封件；6
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第二复位弹簧；7
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锚定装置；8
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阀座；9
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环空管道开口；10
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出油管道；11
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外部管道。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通
常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
28.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
29.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
30.下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
31.实施例一
32.如图1至图7所示，本发明较佳实施例提供的一种液流控制滑套，包括中心管2，所述中心管2的上部通过滑套本体1与外部管道滑动连接，所述滑套本体1与外部管道固定连接；中心管2的上部开设有环空管道开口9，所述环空管道开口9与中心管2连接处设置有密封件5；中心管2的内部套设有出油管道10；所述中心管2的中部外侧绕设有第二复位弹簧6，第二复位弹簧6的底部与中心管2固定连接，第二复位弹簧6的顶部与滑套本体1固定连接；所述中心管2的底部固定连接有中心单流阀4，中心单流阀4的下方设置有与中心单流阀4 匹配的阀座8；所述中心管2的下方外侧绕设有第一复位弹簧3，第一复位弹簧3的底部与中心单流阀4的顶部固定连接，第一复位弹簧3的顶部与外部管道11的内壁固定连接；所述中心管2的下部一侧设置有锚定装置7，所述锚定装置7的一端固定连接在外部管道11 的内壁，锚定装置7位于第一复位弹簧3的上方。
33.所述密封件5为y形或o形密封件中一种或多种；所述锚定装置7的材质为硬质合金。
34.进一步的，所述锚定装置7为控制锚爪时，中心管2的中部对应位置设置有卡接环，所述控制锚爪为卡件，控制锚爪与外部管道11固定连接，所述滑套本体1底部设置有与控制锚爪相匹配的沟槽。
35.本发明的核心机械逻辑是充分利用液柱压力中间生产通道关闭，环空管道开启，利用电泵压力中间生产通道开启，环空管道关闭，本发明利用中心单流阀4控制锚定装置7，锚定装置7控制中心管2开启，中心单流阀4优先启动，防止跑液冲蚀密封面；
36.停泵时，中心单流阀4在第一复位弹簧3和液柱双重作用下复位到阀座8上，中间生产通道关闭，同时和锚定装置7、中心管2、阀座8锁止在一起，中心管2在第二复位弹簧6 和液柱压力作用下向下开启；启泵时，中心单流阀4在泵出口压力的情况下向上移动，由于中心单流阀4、阀座8、锚定装置7和中心管2锁止在一起，带动中心管2一起上移，直到中心管2关闭环空管道，锚定装置7让位到滑套本体1预留的沟槽里，中心单流阀4才和阀座8分离，流体通过中间生产通道进入出油管道10，防止中间生产通道开启前，流体进入环空管道冲蚀密封面。
37.液流控制滑套fcd(flow control door)，可以在泵启动或关闭时，自动切换生产通道和环空通道；在电泵启动时，液流控制滑套fcd中间生产通道开启，同时自动关闭环空通道；当电泵停止时，中间生产通道自动关闭，环空开启，油管柱中的含沙流体会排入环空；与电泵连接的中间生产通道自动关闭，以防沉沙进入电泵。
38.fcd在自喷电泵井应用，电泵不运转，环空开启，中间生产通道关闭，流体可以从环空通道进入生产油管，避免流体通过电泵，增加生产流阻的同时，冲蚀，磨损电泵，影响电泵寿命。当需要启泵生产时，中间生产通道开启，环空关闭，流体通过电泵增压后进入中间生产通道。本发明的应用，既满足了自喷时，降低了生产流阻，保护了电泵，同时也满足了后期生产防沙卡泵。
39.实施例二
40.本实施例在实施例一的基础之上，将所述锚定装置7替换为控制球，中心管2对应位置设置有中心单流阀控制槽，外部管道11的内壁对应位置设置有外壳体控制槽。
41.此时，本发明的工作原理为：开泵前，中心单流阀4、控制球和中心管2锁在一起；启泵时，利用电潜泵出口流体推动中心单流阀4、控制球和中心管2这一整体总体上行，关闭环空管道后，控制球滚入外壳体控制槽后，释放开中心单流阀4，流体通过中心单流阀4进入油管；停泵时，中心单流阀4在第一复位弹簧3和流体压力的双重作用下复位，中间生产通道封闭，控制球复位到中心单流阀控制槽内，中心管2在复位弹簧和液柱的双重作用下往下运动，侧面开启。
42.实施例三
43.本实施例在实施例一的基础之上，将液流控制滑套fcd(flow control door)应用到电潜螺杆泵espcp(electric submersible progressing cavity pum)之中，电潜螺杆泵是螺杆泵(pcp)和电潜泵(esp)的组合，电动潜油螺杆泵结合了电动潜油离心泵和螺杆泵的优点，将螺杆泵的地面驱动变成由电机直接通过减速器驱动，去掉了抽油杆，解决了抽油杆脱扣、断杆及偏磨等问题；本实施例的工作原理与实施例一相似，但是由于电潜螺杆泵工作特性，在需要清沙等反转电泵，区别于电潜泵反转时，液体流向是从下至上(入口到出口)，本方案增加一个单流阀，解决电潜螺杆泵反转时，液体流道是从上至下(出口到入口)，这样就可以保证本发明在电潜螺杆泵的运用环境下正常运行。
44.实施例四
45.本发明的功能测试如下，(以控制球为例)：
46.工作原理：开泵前，中心单流阀4、控制球和中心管2锁在一起；启泵时，利用电潜泵出口流体推动中心单流阀4、控制球和中心管2这一整体总体上行，关闭环空管道后，控制球滚入外壳体控制槽后，释放开中心单流阀4，流体通过中心单流阀4进入油管；停泵时，中心单流阀4在第一复位弹簧3和流体压力的双重作用下复位，中间生产通道封闭，控制球复位到中心单流阀控制槽内，中心管2在复位弹簧和液柱的双重作用下往下运动，侧面开启。
47.开启压力验证：
48.开启压力计算：开启上行，弹簧压缩限位力为480n，中心管密封面积为6575mm2，计算公式为：弹簧压缩限位力/中心管密封面积＝480/6575＝0.073mpa，即可得开启压力为 0.073mpa。
49.不同排量下流动阻力测试：(中间生产通道的面积为2500mm2)
50.实验设备：
51.1、离心泵，排量范围10～1000方/天，泵压：0.01～0.5mpa；
52.2、本发明液流控制滑套一套；
53.3、2米5.5*17ppf，内径为124.26mm，通径为121mm，把套管改装成端法兰、中间带接箍的测试工具筒。
54.4、电子显示流量表一只，量程100～1000方/天；
55.5、机械显示压力表一只，量程1.6mpa，最小刻度0.05mpa；
56.6、过渡接头；
57.7、耐压软管，额定压力为1mpa；
58.8、流量控制阀(球阀)；
59.9、计量水池；
60.10、秒表。
61.实验方案：
62.1、在本发明前接入压力表、流量表，开泵小排量，观察多次开启压力情况，并统计开启压力。
63.2、在开启后，逐渐增大排量，记录在不同排量下的流阻情况。
64.实验步骤：
65.1、组装工具，把加工好的工具配件检测完成后，组装并手动功能测试，功能正常后，放入测试套管内，连接好输入软管，开启电源，观察并记录开启压力和流阻的变化情况。
66.开启压力和流阻变化如下表所示：
67.开启压力(mpa)压耗(mpa)流量(m3/h)复位情况测试结果0.060.1221.8及时通过0.080.1426.4及时通过0.060.1930.7及时通过0.080.1832.6及时通过0.060.1932.7及时通过0.080.1933.8及时通过0.060.236.5及时通过
68.综合以上数据，可知：开启压力符合设计要求，开启压力为：0.06～0.08mpa，降压范围在可接受范围内，总体达到设计要求。
69.实施例五
70.本发明的防沙测试如下，(以控制球为例)：
71.测试目的：验证本发明在含沙流体环境下的可靠性和耐久性。
72.工作原理：开泵前，中心单流阀4、控制球和中心管2锁在一起；启泵时，利用电潜泵出口流体推动中心单流阀4、控制球和中心管2这一整体总体上行，关闭环空管道后，控制球滚入外壳体控制槽后，释放开中心单流阀4，流体通过中心单流阀4进入油管；停泵时，中心单流阀4在第一复位弹簧3和流体压力的双重作用下复位，中间生产通道封闭，控制球复位到中心单流阀控制槽内，中心管2在复位弹簧和液柱的双重作用下往下运动，侧面开启。
73.实验设备：
74.1、室内实验井；
75.2、电潜泵一台：562电机，513保护区，513gc6100泵，排量范围300～900方/天，扬程1.2～3.5mpa；
76.3、地面控制柜：165kva vsd 170kva变压器；
77.4、本发明液流控制滑套一套；
78.5、油管、简易井口装置；
79.6、电子显示流量表一只，量程100～1000方/天；
80.7、机械显示压力表一只，量程4.5mpa，最小刻度0.1mpa；
81.8、工作台、装配架等。
82.实验方案：
83.1、在实验井出口接上压力表、本发明液流控制滑套一套、流量表、弯头回水管等；
84.2、在回水井口慢慢加入细沙，让循环的液体成为含沙流体，然后开泵、停泵20次，拆开检测，查看密封磨损情况。
85.实验步骤：
86.1、组装工具，把加工好的工具配件检测完成后，组装并手动功能测试，功能正常后，将其接到简易井口上，井接上流量计和弯头软管等；然后开泵，观察本发明的液流控制滑套十分正常开启，循环，在回水软管入井口，慢慢加入细沙，循环10分钟后，停泵，观察本发明的液流控制滑套是否能正常复位，5分钟后，再次开泵，观察本发明的液流控制滑套是否能正常开启。
87.2、重复上述步骤中的开关泵20次，停泵，拆解检查，观察密封件和密封面是否磨损。
88.实验结果：密封件和金属密封面均没有磨损现象。
89.在上文中，结合具体的实施例对本发明的各种实施方式进行了描述。然而，应当得出的理解是：本发明的对各个实施例描述的用意不是对本发明的限制。以上所述仅是本发明的示范性实施例，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由权利要求确定。

技术特征：
1.一种液流控制滑套，包括中心管(2)，其特征在于，所述中心管(2)的上部通过滑套本体(1)与外部管道滑动连接，所述滑套本体(1)与外部管道固定连接；中心管(2)的上部开设有环空管道开口(9)，所述环空管道开口(9)与中心管(2)连接处设置有密封件(5)；中心管(2)的内部套设有出油管道(10)；所述中心管(2)的中部外侧绕设有第二复位弹簧(6)，第二复位弹簧(6)的底部与中心管(2)固定连接，第二复位弹簧(6)的顶部与滑套本体(1)固定连接；所述中心管(2)的底部固定连接有中心单流阀(4)，中心单流阀(4)的下方设置有与中心单流阀(4)匹配的阀座(8)；所述中心管(2)的下方外侧绕设有第一复位弹簧(3)，第一复位弹簧(3)的底部与中心单流阀(4)的顶部固定连接，第一复位弹簧(3)的顶部与外部管道(11)的内壁固定连接；所述中心管(2)的下部一侧设置有锚定装置(7)，所述锚定装置(7)的一端固定连接在外部管道(11)的内壁，锚定装置(7)位于第一复位弹簧(3)的上方。2.根据权利要求1所述的一种液流控制滑套，其特征在于，所述锚定装置(7)为控制锚爪或控制球中的一种。3.根据权利要求2所述的一种液流控制滑套，其特征在于，所述锚定装置(7)为控制锚爪时，中心管(2)的中部对应位置设置有卡接环，所述控制锚爪为卡件，控制锚爪与外部管道(11)固定连接，所述滑套本体(1)底部设置有与控制锚爪相匹配的沟槽。4.根据权利要求2所述的一种液流控制滑套，其特征在于，所述锚定装置(7)为控制球时，中心管(2)对应位置设置有中心单流阀4控制槽，外部管道(11)的内壁对应位置设置有外壳体控制槽。5.根据权利要求1所述的一种液流控制滑套，其特征在于，所述密封件(5)为y形或o形密封件中一种或多种。6.根据权利要求1所述的一种液流控制滑套，其特征在于，所述锚定装置(7)的材质为硬质合金。
技术总结
本发明公开了一种液流控制滑套，属于石油井下开采领域，包括中心管，中心管的上部通过滑套本体与外部管道滑动连接，环空管道开口与中心管连接处设置有密封件；中心管的内部套设有出油管道；中心管通过第二复位弹簧实现复位，中心管的底部固定连接有中心单流阀，中心单流阀的下方设置有与中心单流阀匹配的阀座)；中心单流阀通过第一复位弹簧实现复位；中心管的下部一侧设置有锚定装置，所述锚定装置的一端固定连接在外部管道的内壁，锚定装置位于第一复位弹簧的上方；通过本发明可以实现阀门开启压力低、流体通道大、流体阻力小、滑动阻力小，防沙能力强、耐沙、耐磨性能更为优异、跑液冲蚀风险小、整体可靠性高等优势。整体可靠性高等优势。整体可靠性高等优势。


技术研发人员：张强 郭志勋 穆春峰 邱前进
受保护的技术使用者：成都叁能锐达能源科技有限公司
技术研发日：2021.03.18
技术公布日：2021/6/29