一種恆流式偏心配水堵塞器的製作方法

2023-08-09 18:40:31

專利名稱：一種恆流式偏心配水堵塞器的製作方法
技術領域：
本發明涉及採油分層注水裝置，具體地說是涉及一種恆流式偏心配水堵塞器。
背景技術：
目前，市場上的恆流式偏心配水堵塞器，主要由堵塞器本體及定壓彈簧、壓簧座、以及安裝在堵塞器本體上、下密封段之間的滑動柱塞總成、水嘴、濾罩等組成。中國專利號為99223853.6、02274135.6等專利所公開的恆流式偏心配水堵塞器均為這樣的結構。通常，這些結構的堵塞器一般都在柱塞上部直接安裝定壓彈簧，定壓彈簧克服柱塞與本體的摩擦力和注水壓力推動柱塞上下運動，控制出水口的大小，使定壓彈簧的彈性力、注水壓力和地層壓力三者之間達到平衡，這樣就可以達到恆流的目的。但是上述結構中的柱塞在不均勻地層壓力的作用下，往復滑動，容易使彈簧的彈力中心線與柱塞的軸線發生偏移。根據力學分解原理，作用在柱塞軸線方向上的彈力將小於預設定值，增大誤差，從而導致無法達到預期最佳的恆流效果；另一方面，作用在垂直軸線方向的彈力將使柱塞偏斜，犁削堵塞器本體內壁，從而增大了縫隙洩漏量，嚴重時將導致卡死，影響注入水量和工作壽命。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，為克服上述定壓彈簧的彈力中心線與柱塞軸線相偏斜的問題，而提供一種有效保證在柱塞運動過程中，使定壓彈簧彈力中心線與柱塞軸線保持重合的恆流偏心配水堵塞器。
為解決上述技術問題，本發明的技術方案是，一種恆流式偏心配水堵塞器，主要由堵塞器本體、定壓彈簧、彈簧座、柱塞、濾罩等組成，定壓彈簧安裝在柱塞的上方，其特徵在於在柱塞頂端部中心軸線位置上設有一鋼珠定位孔，有一鋼珠設置在鋼珠定位孔上；定壓彈簧安裝在定壓彈簧座上，而定壓彈簧座又安裝在鋼珠之上，且彈簧座與柱塞頂端部保留有間隙。
在流體力學伯努利方程原理的基礎上進行創新，將伯努利方程式Q=a2P]]>改進為Q=a2khA(1-xh),]]>深層次的考慮了，壓力差與定壓彈簧剛度，彈簧的預壓縮量，柱塞的受壓面積和柱塞的位移量等參數相關，並經實驗室驗證，設計了利用預定壓彈簧的彈力平衡水嘴前後壓差，在注水工作壓差發生變化時，由於鋼珠安裝在定壓彈簧座與柱塞之間，所以當柱塞軸線與彈力中心線發生偏斜時，彈簧力通過彈簧座和鋼珠自動找正，使柱塞承受的合力始終與柱塞軸線同軸，柱塞承受的折射力遠遠低於軸向力，這樣就不會偏斜而犁削本體，能在本體內活動自如，不易卡死。
一種恆流式偏心配水堵塞器，在柱塞頂端對稱於柱塞中心軸線設置有對稱的通孔。以使柱塞內腔與定壓彈簧所處的孔腔相通，柱塞頂端的兩個通孔，有利於消除空氣阻尼作用和增強柱塞滑動靈敏性，當工作壓差變化時，能迅速調整出水口大小，使壓差非常容易地保持一個恆定的數值，達到恆流。
一種恆流式偏心配水堵塞器，柱塞的長徑比大於1.5。這樣通過加長柱塞與本體的配合長度，可以使柱塞不易偏斜，活動自如。
一種恆流偏心配水堵塞器，所述的柱塞表面設有硬質合金層，硬質合金層為Ni 60。柱塞表面噴焊Ni 60、堵塞器本體採用不鏽鋼輝光離子氮化，具有磨擦係數小、硬度高、減少柱塞與本體間的粘附力等特點，產生保持柱塞滑動靈活，增強耐磨性，延長產品使用壽命，增強恆流效果。由於採用上述技術方案，與現有技術相比1、產品設計時充分考慮了定壓彈簧剛度，彈簧的預壓縮量，柱塞的受壓面積和柱塞的位移量等的合理配置，使流量更加恆定準確。2、可有效地保證柱塞承受的合力始終與柱塞同軸，不會發生偏斜，使柱塞活動自如；並可以有效的消除空氣阻尼作用，使壓差非常容易地保持一個恆定的數值，減少誤差；從而達到可以迅速穩定注入水的流量，並能持久地保持流量穩定，大幅度地延長堵水器的使用壽命。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明；圖1為本發明恆流式偏心配水堵塞器一個優選方式的結構示意圖；圖2為圖1所示柱塞結構示意圖；圖3為恆流式偏心配水堵塞器的工作原理示意圖；圖4為恆流式偏心配水堵塞器流量與壓差關係曲線圖；在圖1、圖2、圖3中，1打撈部件、2定壓彈簧、3定壓彈簧座、4鋼珠、5柱塞、6堵塞器本體、7濾罩、8柱塞下段密封圈、9柱塞進水嘴、10堵塞器本體出水口、11柱塞出水口、12柱塞頂端通孔、13柱塞頂端、14彈簧座上鋼珠定位孔、15柱塞上段密封圈、16、柱塞頂端上鋼珠定位孔。
具體實施例方式
如圖1、圖2所示，堵塞器本體6上、下段分別裝有密封圈8、15，上部安裝有打撈部件1，柱塞5則安裝在密封圈8、15其間，定壓彈簧2安裝在定壓彈簧座3上。彈簧座3的中央以其軸線設有一半球狀凹孔為彈簧座上鋼珠定位孔14；如圖2所示，在柱塞頂端13中央以其軸線為圓心開設有一沉孔16作為柱塞頂端上鋼珠定位孔，將鋼珠4固定在定位孔14與沉孔16之間，並且使柱塞頂端13與彈簧座3之間留有間隙，則定壓彈簧2通過定壓彈簧座3和鋼珠4支撐在柱塞頂端13之上。
柱塞5的長徑比為1.8，在頂端13對稱中心軸線開設兩個通孔12。將堵塞器投入油井中使用。注入水從濾罩7縫隙中流入到柱塞5下方並通過進水嘴9中流入柱塞腔體內，當柱塞端面所受的壓力達到可以克服定壓彈簧2的彈力時，柱塞5向上運動，開設在柱塞側壁上的柱塞出水口11與堵塞器本體6上的出水口10溝通面積發生變化，當注水壓力、定壓彈簧彈力以及地層壓力達到平衡時，則二者溝通的面積即保持不變，從而實現恆流偏心配水。
當壓力變化、柱塞5的平衡被打破時，則彈簧力也發生變化，此時由於彈簧力是通過鋼珠4作用在柱塞的頂端上，因此當柱塞5軸線與彈簧力中心線發生偏斜時，鋼珠會4自動找正，使柱塞5承受的合力始終與柱塞5同軸；又由於柱塞頂端上開設的通孔12與定壓彈簧2所處的孔腔相通，能夠消除空氣阻尼作用，使柱塞5工作靈敏迅速調節出水口面積恢復平衡狀態。採用了鋼珠彈簧自動調芯結構，克服高壓水流產生的折力對柱塞5滑動的影響，防止犁削現象發生，保持柱塞滑動靈活，使流量持久恆定。
參見圖3，柱塞水嘴的流量Q改寫成公式Q=a2khA(1-xh)]]>Q——流量M3/S； k——定壓彈簧剛度N/Mμ——流量係數；h-變節流孔完全關閉時定壓彈簧從自由長度起始的壓縮量M；a-水嘴孔面積M2；A-柱塞的橫截面積M2；ρ-流體密度kg/M3； x-從孔口關閉位置起始柱塞的位移量M；(其 )寫成ΔP，即設P=khA(1-xh)]]>代入流量公式簡化為Q=a2P]]>與伯努利方程相一致。
從流量公式可知，壓力差ΔP與定壓彈簧2剛度、彈簧的預壓縮量、柱塞5的受壓面積和柱塞的位移量等參相關，要求設計恆流式偏心配水堵塞器各相關參數合理匹配。達到水嘴前後兩端壓差基本上保持不變。
設F為定壓彈簧2對柱塞5的作用力；柱塞5橫截面積為A。
當Pa-Pb＝ΔP，根據力學平衡原理，有三種情況1)A·ΔP≤F時，柱塞總成在定壓彈簧2予壓縮力的作用下緊靠在濾罩端面上。
2)A·ΔP＞F時，柱塞5在力的作用下向左滑動，堵塞器出水口11剪切口開始減少，Pb壓力升高，到(Pa-Pb)·A＝F時，柱塞5停止滑動。達到恆定。
3)當壓力Pa減少，A·ΔP＜F時，柱塞5總成在彈簧力作用下向右滑動，堵塞器出水口11剪切口增大，壓力Pb下降，到(Pa-Pb)·A＝F進，柱塞5停止滑動。達到恆流。
由此可見，當水嘴前後的壓差ΔP·A等於或大於一個F時，通過柱塞5的滑動改變出水剪切口面積，增減柱塞5內腔的壓力Pb，使ΔP始終保持一個穩定數值，從而使流量達到恆定。
如圖4所示，圖4為恆流式偏心配水堵塞器流量與壓差關係曲線圖，圖中為20M3/d、40M3/d、80M3/d三種規格配水堵塞器流量檢測結果啟動壓差0.5-0.6MPa， 設計≤0.7MPa工作壓差0.5-10MPa，設計0.7～10MPa流量誤差最大+2.75～4.73％， 設計+10～-10％從圖4中可以看出，工作壓力發生變化時，水嘴前後壓差保持恆定，實現恆流。
權利要求
1.一種恆流式偏心配水堵塞器，主要由堵塞器本體(6)、定壓彈簧(2)、彈簧座(3)、柱塞(5)、濾罩(7)組成，定壓彈簧(2)安裝在柱塞(5)的上方，其特徵在於在柱塞(5)頂端部中心軸線位置上設有一鋼珠定位孔(16)，有一鋼珠(4)設置在鋼珠定位孔(16)上；定壓彈簧(2)安裝在定壓彈簧座(3)上，而定壓彈簧座(3)又安裝在鋼珠(4)之上，且彈簧座(3)與柱塞頂端部(13)保留有間隙。
2.根據權利要求1所述的一種恆流式偏心配水堵塞器，其特徵在於在柱塞頂端(13)對稱於柱塞(5)中心軸線設置有對稱的通孔(12)。
3.根據權利要求1所述的一種恆流式偏心配水堵塞器，其特徵在於柱塞(5)的長徑比大於1.5。
4.根據權利要求1或2或3所述的一種恆流式偏心配水堵塞器，其特徵在於所述的柱塞(5)表面設有硬質合金層。
全文摘要
本發明公開了一種恆流式偏心配水堵塞器，是在流體力學伯努利方程原理的基礎上進行創新，將伯努利方程式
文檔編號E21B43/16GK101089359SQ20061008738
公開日2007年12月19日 申請日期2006年6月13日 優先權日2006年6月13日
發明者張孟芳, 趙鋒, 施恂華 申請人:浙江同德電子機械有限公司