【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石油工业油田开发液控分层采油的控制工具和使用方法，特别是一种液控分层控制开关装置及其使用方法。
技术介绍
1、随着油田进入开采后期，油田进入高含水时期，油井开发呈现出越来越多的差异化，以往合采的油层，非均质性也越来越明显，加之注水增能措施的广泛实施，各小油层之间的压力、温度及含水率等油藏参数变化较大，以往笼统开采已不适合现今局面。油井生产正在由笼统合采向分层开采、精细化管理方向发展，以此提高油田的采收率、降低开发成本。
2、为了实现由笼统合采转向分层开采、精细化管理，目前已出现的分层开采的相关技术如下：公开号为cn112177574a的《联动式液压换层开关及联动式换层方法》，其开关的主要功能为通过封隔器，将管柱中封隔器两侧的两个层位隔开后，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工具成本开支。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。
3、公告号为cn110952960b的《智能分采生产管柱》，利用整体式有缆分采采油管柱，针对管式泵举升系统和电泵等无杆泵举升系统，进行封隔器打压坐封的同时，可快速实现大排量举升，从而降低工人的作业劳动强度，缩短施工周期。
4、但是，上述能够实现分层开关的生产管柱仍存在不足，绝大多数生产管柱均是具有三种指示功能，采上、采下或合采，且个别分层开采生产管柱还需通过封隔器配合来实现
5、杜勇、李积祥等编写的《液控式井下流量控制阀研制与应用》中提到的液控式井下流量控制阀解决了普通分层开采和分层注水管柱存在的换层效果不明确、水层流量控制难等问题，通过控制管线的压力来控制活塞的开度，实现流量调节，单向阀可有效阻止水层液体混合泥沙涌进流量控制阀体内，实现油井的有效分层开采和大斜度水井精细分层注水。其中提到的液控式井下流量控制阀采用1根液控管线，通过地面加压或卸压控制井下活塞移动，随时调节油层与油管之间通道的开启及关闭，实现油层或水层的定流量注入，提高了分层开采和定量注入的效果。
6、但是，上述液控式井下流量控制阀虽然具有独立的液压控制系统，在地面可控制并确定活塞开启的大小，不需要作业动力设备动管柱，换层后生产层独立生产，但是却不能进行指定层位或合采层位的开关控制，不能实现采上、采下、合采及关闭的使用目标。
7、方忻、孙雷等编写的《液控式可选层分层酸化工艺及配套工具研究》中提到的一种液控式开关注入阀，利用轨道换向原理实现阀开启、关闭的选择性切换，该技术相对常规分层注水工艺的优势在于，在不需要钢丝和电缆配套作业的条件下，可选择性地开启、关闭井下某一注入层的出液阀，实现特定层段的液体注入，满足分层酸化、测吸水注水指数曲线等措施服务。
8、但是上述液控式开关注入阀的使用局限在于通过注入泵控制油管内的压力变化，选择性开关井下轨道式开关阀，需要每一层安装一套轨道式开关阀，不能一套工具单独实现采上、采下、合采及关闭功能，使分层开采生产管柱的结构复杂化。
技术实现思路
1、为解决分层开采生产管柱存在的上述问题，本专利技术提供一种液控分层控制开关装置及其使用方法，实现采上、采下、合采及关闭四个功能，同时采用与井下密封工作筒配合的方式，替代封隔器分层，进一步降低分层采油生产管柱和分层注水管柱的使用成本和维护成本，提高经济效益。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种液控分层控制开关装置包括复位弹簧和中心管，其中：上接头中设有换层打压孔，中心管的上部外壁设有换层轨道且下部管体设有平衡孔、换层孔一和换层孔二并在平衡孔、换层孔一和换层孔二的两侧均设有密封圈，绕流筒的筒体上部设置棘爪且筒体下部和下接头中均设有绕流通道；上接头的外圆自上而下依次与滑环限位筒、外筒和连接筒螺纹连接，在上接头与滑环限位筒之间的环空内装有限位环和滑环，滑环中装有滑销钉，限位环位于滑环的上部且与中心管螺纹连接，滑环中的滑销钉能够与中心管外壁的换层轨道连接；在中心管与外筒之间的环空内装有复位弹簧、保护筒、绕流筒和下接头，复位弹簧和保护筒自上而下安装在外筒的中心孔台阶的上方且绕流筒和下接头自上而下连接在外筒的中心孔台阶的下方；连接筒连接在下接头与外筒之间，防砂筒焊接在连接筒的下端、封堵了下接头与连接筒之间的环空，外筒和连接筒能够下入井内的密封工作筒中；中心管和限位环能够沿着上接头的下部外壁和滑环中的滑销钉上下移动，使换层孔一和换层孔二位于分层控制开关装置的下层开上层关、下层关上层开、下层开上层开和下层关上层关的位置。
3、优选的，所述中心管是非等径管状体且下端管体封闭，中心管上部设有外螺纹且能够与限位环连接；换层轨道所在的中心管的上部外圆大于下部外圆并在换层轨道下方外壁至少设置一道密封圈；中心管的下部管体自上而下分别设置平衡孔、换层孔一和换层孔二，所述换层孔一与换层孔二之间的距离以及换层孔一与换层孔二之间装有密封圈的密封面之间的距离与分层控制开关装置需要的下层开上层关、下层关上层开、下层开上层开和下层关上层关时与外筒和绕流筒的连通和密封的位置距离相符。
4、优选的，所述中心管上部外圆均匀分布和连通的换层轨道设有两组，每组换层轨道由四种不同长度的轨道连通而成并且按照长轨道、短轨道、次长轨道和中轨道的顺序排列和连通。
5、优选的，当所述滑环中的滑销钉位于换层轨道中的长轨道的上死点时，所述换层孔一和换层孔二恰好分别位于外筒的中心孔台阶密封面内和绕流筒内壁下部的绕流槽的位置中，此时正是分层控制开关装置的下层开上层关模式；当所述滑环中的滑销钉位于换层轨道中的短轨道的上死点时，所述换层孔一和换层孔二恰好分别位于保护筒的内腔中和绕流筒上部棘爪下方的密封面中，此时正是分层控制开关装置的上层开下层关模式；当所述滑环中的滑销钉位于换层轨道中的次长轨道的上死点时，所述换层孔一和换层孔二恰好分别位于保护筒的内腔中和绕流筒上部的棘爪中，此时正是分层控制开关装置的上层开下层开模式；
6、当所述滑环中的滑销钉位于换层轨道中的中轨道的上死点时，所述换层孔一下方的一个密封圈和换层孔二恰好分别位于外筒的中心孔台阶密封面中和绕流筒上部棘爪下方的密封面中，此时正是分层控制开关装置的上层关下层关模式。
7、优选的，所述绕流筒是非等径筒状体、上部筒体是棘爪且外壁的两个螺纹连接台阶中设有绕流通道，绕流筒的下部内壁中设有绕流槽；所述绕流筒本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种液控分层控制开关装置，包括复位弹簧（6）和中心管（5），其特征是：上接头（1）中设有换层打压孔，中心管（5）的上部外壁设有换层轨道且下部管体设有平衡孔、换层孔一（51）和换层孔二（52）并在平衡孔、换层孔一（51）和换层孔二（52）的两侧均设有密封圈，绕流筒（9）的筒体上部设置棘爪（91）且筒体下部和下接头（10）中均设有绕流通道；上接头（1）的外圆自上而下依次与滑环限位筒（2）、外筒（8）和连接筒（11）螺纹连接，在上接头（1）与滑环限位筒（2）之间的环空内装有限位环（3）和滑环（4），滑环（4）中装有滑销钉，限位环（3）位于滑环（4）的上部且与中心管（5）螺纹连接，滑环（4）中的滑销钉能够与中心管（5）外壁的换层轨道连接；在中心管（5）与外筒（8）之间的环空内装有复位弹簧（6）、保护筒（7）、绕流筒（9）和下接头（10），复位弹簧（6）和保护筒（7）自上而下安装在外筒（8）的中心孔台阶的上方且绕流筒（9）和下接头（10）自上而下连接在外筒（8）的中心孔台阶的下方；连接筒（11）连接在下接头（10）与外筒（8）之间，防砂筒（12）焊接在连接筒（11）的下端、封堵了下接头
2.如权利要求1所述的一种液控分层控制开关装置，其特征是，所述中心管（5）是非等径管状体且下端管体封闭，中心管（5）上部设有外螺纹且能够与限位环（3）连接；换层轨道所在的中心管（5）的上部外圆大于下部外圆并在换层轨道下方外壁至少设置一道密封圈；中心管（5）的下部管体自上而下分别设置平衡孔、换层孔一（51）和换层孔二（52），所述换层孔一（51）与换层孔二（52）之间的距离以及换层孔一（51）与换层孔二（52）之间装有密封圈的密封面之间的距离与分层控制开关装置需要的下层开上层关、下层关上层开、下层开上层开和下层关上层关时与外筒（8）和绕流筒（9）的连通和密封的位置距离相符。
3.如权利要求2所述的一种液控分层控制开关装置，其特征是，所述中心管（5）上部外圆均匀分布和连通的换层轨道设有两组，每组换层轨道由四种不同长度的轨道连通而成并且按照长轨道、短轨道、次长轨道和中轨道的顺序排列和连通。
4.如权利要求3所述的一种液控分层控制开关装置，其特征是，当所述滑环（4）中的滑销钉位于换层轨道中的长轨道的上死点时，所述换层孔一（51）和换层孔二（52）恰好分别位于外筒（8）的中心孔台阶密封面内和绕流筒（9）内壁下部的绕流槽（92）的位置中，此时正是分层控制开关装置的下层开上层关模式；
5.如权利要求1－4中任意一项所述的一种液控分层控制开关装置，其特征是，所述绕流筒（9）是非等径筒状体、上部筒体是棘爪（91）且外壁的两个螺纹连接台阶中设有绕流通道，绕流筒（9）的下部内壁中设有绕流槽（92）；所述绕流筒（9）外壁两个螺纹连接台阶中设置的绕流通道设置在两条以上。
6.如权利要求1所述的一种液控分层控制开关装置，其特征是，所述上接头（1）的外壁是非等径外壁且上部外壁的两层台阶中均设有外螺纹且下部外壁的下端设有密封圈，所述换层打压孔纵向设置在与滑环限位筒（2）螺纹连接的上接头（1）的外壁中，所述上接头（1）的上端能够与油管螺纹连接。
7.如权利要求5所述的一种液控分层控制开关装置，其特征是，所述下接头（10）是非等径管状体，下接头（10）的上部外壁至少装有一道密封圈且绕流通道设置在下方的螺纹连接外壁中，所述下接头（10）外壁的螺纹连接台阶中的绕流通道设置在两条以上，所述下接头（10）的下部设有外螺纹且能够与设有油管和插入下一油层或注水层的密封插管的油管柱螺纹连接。
8.如权利要求1所述的一种液控分层控制开关装置，其特征是，所述保护筒7中心孔的孔径与中心管（5）的下部外径相符，保护筒（7）的下部外壁设置一道以上的密封圈且内壁设有密封圈挡棱；复位弹簧（6）安装在保护筒（7）的上端端面与中心管（5）的最大外径台阶下端端面之间，保护筒（7）与外筒（8）之间还装有紧固螺钉。
9.如权利要求7所述的一种液控分层控制开关装置，其特征是，所述连接筒（11）的上部筒体设有内螺纹和外螺纹且下部筒体外径与下入井内上部油层上界或上部注水层上界的密封工作筒的内径相符并在连接筒（11）下部筒体的外壁安装一道以上的密封圈、实现分层控制开关装置与密封工作筒之间的密封；外筒（8）的上下两端分别设有内螺纹和外螺纹...
【技术特征摘要】
1.一种液控分层控制开关装置，包括复位弹簧（6）和中心管（5），其特征是：上接头（1）中设有换层打压孔，中心管（5）的上部外壁设有换层轨道且下部管体设有平衡孔、换层孔一（51）和换层孔二（52）并在平衡孔、换层孔一（51）和换层孔二（52）的两侧均设有密封圈，绕流筒（9）的筒体上部设置棘爪（91）且筒体下部和下接头（10）中均设有绕流通道；上接头（1）的外圆自上而下依次与滑环限位筒（2）、外筒（8）和连接筒（11）螺纹连接，在上接头（1）与滑环限位筒（2）之间的环空内装有限位环（3）和滑环（4），滑环（4）中装有滑销钉，限位环（3）位于滑环（4）的上部且与中心管（5）螺纹连接，滑环（4）中的滑销钉能够与中心管（5）外壁的换层轨道连接；在中心管（5）与外筒（8）之间的环空内装有复位弹簧（6）、保护筒（7）、绕流筒（9）和下接头（10），复位弹簧（6）和保护筒（7）自上而下安装在外筒（8）的中心孔台阶的上方且绕流筒（9）和下接头（10）自上而下连接在外筒（8）的中心孔台阶的下方；连接筒（11）连接在下接头（10）与外筒（8）之间，防砂筒（12）焊接在连接筒（11）的下端、封堵了下接头（10）与连接筒（11）之间的环空，外筒（8）和连接筒（11）能够下入井内的密封工作筒中； 中心管（5）和限位环（3）能够沿着上接头（1）的下部外壁和滑环（4）中的滑销钉上下移动，使换层孔一（51）和换层孔二（52）位于分层控制开关装置的下层开上层关、下层关上层开、下层开上层开和下层关上层关的位置。
2.如权利要求1所述的一种液控分层控制开关装置，其特征是，所述中心管（5）是非等径管状体且下端管体封闭，中心管（5）上部设有外螺纹且能够与限位环（3）连接；换层轨道所在的中心管（5）的上部外圆大于下部外圆并在换层轨道下方外壁至少设置一道密封圈；中心管（5）的下部管体自上而下分别设置平衡孔、换层孔一（51）和换层孔二（52），所述换层孔一（51）与换层孔二（52）之间的距离以及换层孔一（51）与换层孔二（52）之间装有密封圈的密封面之间的距离与分层控制开关装置需要的下层开上层关、下层关上层开、下层开上层开和下层关上层关时与外筒（8）和绕流筒（9）的连通和密封的位置距离相符。
3.如权利要求2所述的一种液控分层控制开关装置，其特征是，所述中心管（5）上部外圆均匀分布和连通的换层轨道设有两组，每组换层轨道由四种不同长度的轨道连通而成并且按照长轨道、短轨道、次长轨道和中轨道的顺序排列和连通。
4.如权利要求3所述的一种液控分层控制开关装置，其特征是，当所述滑环（4）中的滑销钉位于换层轨道中的长轨道的上死点时，所述换层孔一（51）和换层孔二（52）恰好分别位于外筒（8）的中心孔台阶密封面内和绕流筒（9）内壁下部的绕流槽（92）的位置中，此时正是分层控制开关装置的下层开上层关模式；
5.如权利要求1－4中任意一项所述的一种液控分层控制开关装置，其特征是，所述绕流筒（9）是非等径筒状体、上部筒体是棘爪（91）且外壁的两个螺纹连接台阶中设有绕流通道，绕流筒（9）的下部内壁中设有绕流槽（92）；所述绕流筒（9）外壁两个螺纹连接台阶中设置的绕流通道设置在两条以上。
6.如权利要求1所述的一种液控分层控制开关装置，其特征是，所述上接头（1）的外壁是非...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉国，朱瑛辉，毛晓楠，魏伟，闫丽丽，刘建新，李玉宝，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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