專利名稱：一種恒流式偏心配水堵塞器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采油分層注水裝置，具體地說是涉及一種恒流式偏心配水堵塞器。
背景技術(shù)：
目前，市場上的恒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等專利所公開的恒流式偏心配水堵塞器均為這樣的結(jié)構(gòu)。通常，這些結(jié)構(gòu)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，這樣就可以達到恒流的目的。但是上述結(jié)構(gòu)中的柱塞在不均勻地層壓力的作用下，往復(fù)滑動，容易使彈簧的彈力中心線與柱塞的軸線發(fā)生偏移。根據(jù)力學(xué)分解原理，作用在柱塞軸線方向上的彈力將小于預(yù)設(shè)定值，增大誤差，從而導(dǎo)致無法達到預(yù)期最佳的恒流效果；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(nèi)壁，從而增大了縫隙泄漏量，嚴重時將導(dǎo)致卡死，影響注入水量和工作壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)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恒流偏心配水堵塞器。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種恒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，其特征在于在柱塞頂端部中心軸線位置上設(shè)有一鋼珠定位孔，有一鋼珠設(shè)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(xué)伯努利方程原理的基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新，將伯努利方程式Q=μa2ΔPρ]]>改進為Q=μa2khρA(1-xh),]]>深層次的考慮了，壓力差與定壓彈簧剛度，彈簧的預(yù)壓縮量，柱塞的受壓面積和柱塞的位移量等參數(shù)相關(guān)，并經(jīng)實驗室驗證，設(shè)計了利用預(yù)定壓彈簧的彈力平衡水嘴前后壓差，在注水工作壓差發(fā)生變化時，由于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(fā)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于軸向力，這樣就不會偏斜而犁削本體，能在本體內(nèi)活動自如，不易卡死。
一種恒流式偏心配水堵塞器，在柱塞頂端對稱于柱塞中心軸線設(shè)置有對稱的通孔。以使柱塞內(nèi)腔與定壓彈簧所處的孔腔相通，柱塞頂端的兩個通孔，有利于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(diào)整出水口大小，使壓差非常容易地保持一個恒定的數(shù)值，達到恒流。
一種恒流式偏心配水堵塞器，柱塞的長徑比大于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。
一種恒流偏心配水堵塞器，所述的柱塞表面設(shè)有硬質(zhì)合金層，硬質(zhì)合金層為Ni 60。柱塞表面噴焊Ni 60、堵塞器本體采用不銹鋼輝光離子氮化，具有磨擦系數(shù)小、硬度高、減少柱塞與本體間的粘附力等特點，產(chǎn)生保持柱塞滑動靈活，增強耐磨性，延長產(chǎn)品使用壽命，增強恒流效果。由于采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比1、產(chǎn)品設(shè)計時充分考慮了定壓彈簧剛度，彈簧的預(yù)壓縮量，柱塞的受壓面積和柱塞的位移量等的合理配置，使流量更加恒定準確。2、可有效地保證柱塞承受的合力始終與柱塞同軸，不會發(fā)生偏斜，使柱塞活動自如；并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恒定的數(shù)值，減少誤差；從而達到可以迅速穩(wěn)定注入水的流量，并能持久地保持流量穩(wěn)定，大幅度地延長堵水器的使用壽命。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明；圖1為本發(fā)明恒流式偏心配水堵塞器一個優(yōu)選方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1所示柱塞結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為恒流式偏心配水堵塞器的工作原理示意圖；圖4為恒流式偏心配水堵塞器流量與壓差關(guān)系曲線圖；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(shè)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(shè)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，并且使柱塞頂端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(shè)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下方并通過進水嘴9中流入柱塞腔體內(nèi)，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(shè)在柱塞側(cè)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(fā)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(xiàn)恒流偏心配水。
當壓力變化、柱塞5的平衡被打破時，則彈簧力也發(fā)生變化，此時由于彈簧力是通過鋼珠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(fā)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；又由于柱塞頂端上開設(shè)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(diào)節(jié)出水口面積恢復(fù)平衡狀態(tài)。采用了鋼珠彈簧自動調(diào)芯結(jié)構(gòu)，克服高壓水流產(chǎn)生的折力對柱塞5滑動的影響，防止犁削現(xiàn)象發(fā)生，保持柱塞滑動靈活，使流量持久恒定。
參見圖3，柱塞水嘴的流量Q改寫成公式Q=μa2khρA(1-xh)]]>Q——流量M3/S； k——定壓彈簧剛度N/Mμ——流量系數(shù)；h-變節(jié)流孔完全關(guān)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(guān)閉位置起始柱塞的位移量M；(其 )寫成ΔP，即設(shè)ΔP=khA(1-xh)]]>代入流量公式簡化為Q=μa2ΔPρ]]>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(yù)壓縮量、柱塞5的受壓面積和柱塞的位移量等參相關(guān)，要求設(shè)計恒流式偏心配水堵塞器各相關(guān)參數(shù)合理匹配。達到水嘴前后兩端壓差基本上保持不變。
設(shè)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(jù)力學(xué)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。達到恒定。
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。達到恒流。
由此可見，當水嘴前后的壓差ΔP·A等于或大于一個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(nèi)腔的壓力Pb，使ΔP始終保持一個穩(wěn)定數(shù)值，從而使流量達到恒定。
如圖4所示，圖4為恒流式偏心配水堵塞器流量與壓差關(guān)系曲線圖，圖中為20M3/d、40M3/d、80M3/d三種規(guī)格配水堵塞器流量檢測結(jié)果啟動壓差0.5-0.6MPa， 設(shè)計≤0.7MPa工作壓差0.5-10MPa，設(shè)計0.7～10MPa流量誤差最大+2.75～4.73％， 設(shè)計+10～-10％從圖4中可以看出，工作壓力發(fā)生變化時，水嘴前后壓差保持恒定，實現(xiàn)恒流。
權(quán)利要求
1.一種恒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，其特征在于在柱塞(5)頂端部中心軸線位置上設(shè)有一鋼珠定位孔(16)，有一鋼珠(4)設(shè)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種恒流式偏心配水堵塞器，其特征在于在柱塞頂端(13)對稱于柱塞(5)中心軸線設(shè)置有對稱的通孔(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種恒流式偏心配水堵塞器，其特征在于柱塞(5)的長徑比大于1.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種恒流式偏心配水堵塞器，其特征在于所述的柱塞(5)表面設(shè)有硬質(zhì)合金層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種恒流式偏心配水堵塞器，是在流體力學(xué)伯努利方程原理的基礎(chǔ)上進行創(chuàng)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(yōu)先權(quán)日2006年6月13日
發(fā)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