CN101798913B - 一种压差式井下节流器 - Google Patents

Abstract

一种压差式井下节流器，应用于天然气井下采气节流。其主要特征是，连杆的下端插入在锁定筒的上端，锁定筒安装在上内管上，上内管连接上活塞，上内管安装有限位筒；卡瓦座连接在限位环上，卡瓦挂在卡瓦座上，锥体与卡瓦套、外筒相连接；下活塞与锁环座、下内管相连接，外筒、连接环和内套相连接，在内套上套装有胶筒和压环，下内管与气嘴座相连接。效果是，投放、起出容易，操作方便，通过控制下放速度，即可实现在井下安装，封隔方便，密封可靠，不会发生卡住的问题，避免发生卡在井筒中的事故，适用于在深井或高压气井及斜井中采气。

Description

一种压差式井下节流器

技术领域

本发明涉及油田采气技术领域，特别涉及一种开采天然气的井下工具，是一种井下采气节流器。

背景技术

在天然气开采生产过程中，要在气井的井口装置中安装一个气嘴，以控制气井的产气量，达到平稳生产的目的。一般气井的井下压力很高，在生产的过程中，由于天然气通过气嘴后，压力突然降低，体积迅速膨胀，会产生吸热的效果，温度会降低，天然气中所含有的水化物会在气嘴中结冰，时间长了，就会将气嘴堵塞，影响天然气正常生产。

目前有一种在井下安装的节流器，但这种节流器有时会发生胶筒密封不严的现象，造成节流失败，就需要起出来进行更换。但在起出时有些节流器会出现捞不动的情况，不能顺利地将其从井下提出来，甚至可能将打捞钢丝绳拉断的情况，这样就造成了事故，必须采取更复杂的施工措施来处理，消耗更多的人力物力，不但延长了作业时间，影响气井生产，也会增加施工费用。这种节流器当需要将从井内起出时，需要先将重物下到井内，撞击节流器使其下移松动后起出重物，再下入打捞器，将其从井内捞出，工艺过程复杂，费工费时。长期以来，没有一种更好的节流器，能够解决以上采气工作中所遇到的问题，成了采气工作中的一个难题。

发明内容

本发明的目的是：提供一种压差式井下节流器，方便地将它投放在井下或从井下捞出来，并适用于在深井和斜井内使用。

本发明采用的技术方案是：压差式井下节流器，由外筒、上内管、下内管、卡瓦座、卡瓦、胶筒、气嘴、罩体、筛网、外罩组成，连杆的上端螺纹连接有打捞头。其特征是：圆柱体形连杆有中心孔，连杆下端外壁有一个向外凸出的环形台阶，固定管有阶梯形内孔。固定管的上端套在连杆的外壁上，固定管下端内壁与连杆的环形台阶外壁接触，连杆的环形台阶与固定管内台阶有一定的滑动距离。在固定管的上端有销钉孔，通过销钉将连杆固定在固定管的内壁上。

连杆的下端插入在锁定筒上端的中心孔内，在锁定筒的上部有凸起的爪。在固定管内壁的中部有环形凹槽，将锁定筒的爪锁定在固定管内中部的凹槽内。锁定筒套在上内管的上部，锁定筒下端通过内螺纹固定在上内管的外壁上，上内管的上部端面与连杆下端面接触。锁定筒在上内管与固定管之间的环形空间内。上内管的下端有向外凸出的环柱体，环柱体外表面有外螺纹，上内管的下端通过外螺纹连接在上活塞的上端。上活塞为环形圆柱体，上活塞有阶梯形中心孔，在上活塞上部中心孔内镶有锁套，锁套为圆环形柱体，在锁套的内表面有螺旋。在上内管下端内有一个限位筒，限位筒的下部有向外凸起的爪；限位筒下部向外凸起的爪嵌入上内管下端内壁的凹槽内。

在固定管的上部外壁上通过螺纹固定有压帽，在压帽的下部并在固定管的外壁上套有压缩弹簧，在压缩弹簧的下部并在固定管的外壁上套有一个环状限位环。在限位环上部均匀分布有四个横向方孔，在横向方孔内分别插入一个方块形的限位锁块，限位锁块为柱体，纵截面为长方体形，横截面为扇形，内外部有圆弧面，内圆弧面与固定管的外壁环形凹槽内圆弧面的半径相同，外圆弧面与限位环上部外圆半径相同，限位锁块内圆弧面的上下端部为斜角，与固定管的外壁环形凹槽上下端斜角相同，当限位环向下滑动时，限位锁块能径向外移。在固定管的外壁中部有环形凹槽，当限位环带动限位锁块向上滑动时，限位锁块能嵌入固定管外壁环形凹槽内。在限位环的外壁上并在限位锁块的下部通过螺纹固定有锁帽和卡瓦座，锁帽起到调节卡瓦座高度并锁紧卡瓦座的作用。卡瓦座为圆筒状，在卡瓦座的下端均匀分布有四个方形孔，在挂卡瓦的方形孔内分别挂有一个卡瓦。卡瓦为扇形体状，上端外壁有悬挂凹槽。卡瓦下端外壁上有卡瓦牙，卡瓦下端内壁有斜面。卡瓦套为圆筒状，卡瓦套上端有向外凸出的斜面，为方便下井，将限位环带动限位锁块向上滑动，限位锁块能嵌入固定管外壁环形凹槽内时，卡瓦上端内斜面与卡瓦套上端斜面接触合缝，卡瓦下部向刚体旋转，并内缩在刚体内。卡瓦套的下端有外螺纹。卡瓦套套在上内管的外壁上。在卡瓦套下端螺纹固定有锥体，锥体为圆筒状，锥体外壁的上端有圆锥面，圆锥面的斜度与卡瓦下端内斜面的斜度相同，其斜度在12～17度之间。锥体内壁有台阶，锥体内壁台阶压在上内管下端向外凸出的环柱体上端面上，并且锥体内壁套在上活塞上端外壁上。锥体下端外螺纹连接有外筒。

上活塞下端在外筒内，在上活塞内壁的台阶上固定有一个环形锁环，锁环的外表面上有螺旋形倒刺和纵向开口，锁环的上端与锁环座环形外台阶下端面接触。锁环座为圆筒状有中心孔，锁环座的上端外壁套在锁定筒下端的内壁上；锁环座下端外壁有螺纹，锁环座下端螺纹连接下活塞。上活塞的下端在下活塞与外筒之间的环形空间内。

外筒下端通过内螺纹与连接环相连接，连接环通过内壁下端螺纹与内套相连接，内套为圆筒形，在内套外壁上并在连接环的下端套装有胶筒和压环，内套外壁下端有外台阶，在内套外壁下端外台阶上挂有压环。下内管的上端通过螺纹连接在下活塞的下端。内套套在下内管的外壁上。在压环与下内管之间有环形空间，在压环的外壁上有横向孔。横向孔是胶筒被压缩后流体流出孔。

在下内管的下端有外螺纹，下内管下端通过螺纹连接气嘴座上端，并且压环下端通过内螺纹连接气嘴座的上端。气嘴座下部中心孔内固定有一个圆柱体形气嘴。气嘴有中心孔，气嘴中心孔能控制井下天然气流量。在气嘴座的下端外螺纹连接有圆筒状罩体，罩体内有凸出的环形体，罩体内凸出的环形体上平面压在气嘴的下端面上。

为了过滤天然气，预防气嘴堵塞，在罩体的下端壁上均匀分布有横向孔，并且在罩体下端壁上套有筛网，在罩体的外壁上有螺纹，罩体外壁的螺纹上固定有圆筒状外罩。

所述的胶筒、内套、压环和下内管有两组，两组胶筒、内套、压环和下内管分别连续套装在下内管的外壁上。

本发明的有益效果：(1)压差式井下节流器安装容易，操作方便。通过在地面上控制下放速度，即可实现在井下安装本装置，利用压缩弹簧、锁块、锁定筒等部件，可以很容易地实现打开装置的过程，可以将它安装在产气井的井下任意设计位置上。(2)封隔方便，密封可靠。上活塞、下活塞和外筒之间形成一个密闭的空间，其内部压力是一个大气压，下到井内后与井筒中的压力形成较大的压差，利用该压差即可将胶筒压缩，使鼓起的胶筒将井筒紧密地封隔住。根据实际情况，可设计合适的活塞面积。(3)在下井的过程中，卡瓦处于收缩的状态，可确保卡瓦牙和油管内壁始终存在一个较大的间距，不会发生卡住的问题，避免发生卡在井筒中的事故。(4)起出方便。当需要从井内起出节流器时，只需用投捞器将打捞头抓住用力上提，将销钉切断，即可解除卡瓦悬挂作用和胶筒的封隔，将节流器从井下提出来。(5)适用范围广。本装置中的各部件可以承受高压，适用于在深井或高压气井内工作，也可以用于斜井中采气。

附图说明

图1是本发明压差式井下节流器的上半部分半剖结构示意图。

图2是本发明压差式井下节流器的下半部分半剖结构示意图。

图中：1.打捞头，2.连杆，3.销钉，4.压帽，5.压缩弹簧，6.固定管，7.限位环，8.限位锁块，9.锁帽，10.锁定筒，11.卡瓦座，12.卡瓦套，13.上内管，14.卡瓦，15.限位筒，16.锥体，17.锁套，18.锁环座，19.锁环，20.上活塞，21.外筒，22.下活塞，23.连接环，24.胶筒，25.内套，26.压环，27.下内管，28.气嘴座，29.气嘴，30.罩体，31.筛网，32.外罩。

具体实施方式

实施例1：以一个压差式井下节流器为例，对本发明作进一步详细说明。

压差式井下节流器，由外筒21、上内管13、下内管27、卡瓦座11、卡瓦14、胶筒24、气嘴29、罩体30、筛网31、外罩32组成，连杆2的上端螺纹连接有打捞头1。

参阅图1。圆柱体形连杆2有中心孔，连杆2下端外壁有一个向外凸出的环形台阶，固定管6有阶梯形内孔。固定管6的上端套在连杆2的外壁上，固定管6下端内壁与连杆2的环形台阶外壁接触，连杆2的环形台阶能限制固定管6向下滑动距离。在固定管6的上端有销钉孔，通过销钉3将连杆2固定在固定管6的内壁上。

连杆2的下端插入在锁定筒10上端的中心孔内，锁定筒10的上部均匀分布有8个纵向缝隙，将锁定筒10的上部分割成8个分瓣，每个分瓣的上部具有凸起的爪。在固定管6内壁的中部有环形凹槽，将锁定筒10的爪锁定在固定管6中部的内凹槽内。锁定筒10套在上内管13的上部，锁定筒10的下端通过内螺纹固定在上内管13的外壁上，上内管13的上部端面与连杆2下端面接触。锁定筒10在上内管13与固定管6之间的环形空间内。上内管13的下端有向外凸出的环柱体，环柱体外表面有外螺纹，上内管13的下端通过外螺纹连接在上活塞20的上端。上活塞20为环形圆柱体，上活塞20有阶梯形中心孔，在上活塞20上部中心孔内镶有锁套17，锁套17为圆环形柱体，在锁套17的内表面有螺旋。在上内管13下端内有一个限位筒15，限位筒15的下部均匀分布有8个纵向缝隙，将限位筒15的下部分割成8个分瓣，每个分瓣的下部具有向外凸起的爪。限位筒15下部向外凸起的爪嵌入上内管13下端内壁的凹槽内。

在固定管6的上部外壁上通过螺纹固定有压帽4，在压帽4的下部并在固定管6的外壁上套有一个压缩弹簧5，在压缩弹簧5的下部并在固定管6的外壁上套有一个环状限位环7。在限位环7上部均匀分布有四个横向方孔，在横向方孔内分别插入一个方块形的限位锁块8。在固定管6的外壁中部有环形凹槽，当限位环7带动限位锁块8向上滑动时，限位锁块8能嵌入固定管6外壁环形凹槽内。在限位环7的外壁上并在限位锁块8的下部通过螺纹固定有锁帽9和卡瓦座11，并由锁帽9锁紧。卡瓦座11为圆筒状，在卡瓦座11的下端均匀分布有四个方形孔，在挂卡瓦14的方形孔内分别挂有一个卡瓦14。卡瓦14为扇形体状，上端外壁有悬挂凹槽。卡瓦14下端外壁上有卡瓦牙，卡瓦14下端内壁有斜面。卡瓦套12为圆筒状，卡瓦套12上端有向外凸出的斜面，当卡瓦14向下滑动时，卡瓦套12上端斜面将卡瓦14下端撑出刚体外，咬合油管内壁，防止刚体向上移动。卡瓦套12的下端有外螺纹。卡瓦套12套在上内管13的外壁上。在卡瓦套12下端螺纹固定有锥体16，锥体16为圆筒状，锥体16外壁的上端有圆锥面，圆锥面的斜度与卡瓦14下端内斜面的斜度相同，其斜度是15度。锥体16内壁有台阶，锥体16内壁台阶压在上内管13下端向外凸出的环柱体上端面上，并且锥体16内壁套在上活塞20上端外壁上。锥体16下端外螺纹连接有外筒21。

上活塞20下端在外筒21内，在上活塞20的内外密封槽内分别装有两道密封圈。在上活塞20内壁的台阶上固定有一个环形锁环19，锁环19的外表面上有螺旋形倒刺和纵向开口，锁环19的上端与锁环座18环形外台阶下端面接触。锁环座18为圆筒状有中心孔，锁环座18的上端外壁套在锁定筒10下端的内壁上；锁环座18下端外壁有螺纹，锁环座18下端螺纹连接下活塞22。上活塞20的下端在下活塞22与外筒21之间的环形空间内。在下活塞22的密封槽内安装有密封圈。由上活塞20、外筒21和下活塞22形成一个密闭空间。

参阅图2。外筒21下端通过内螺纹与连接环23相连接，连接环23的最大外径为57毫米，适用于2时7的油管，在连接环23的密封槽内装有密封圈。连接环23通过内壁下端螺纹与内套25相连接，内套25为圆筒形，在内套25外壁上并在连接环23的下端套装有胶筒24和压环26，内套25外壁下端有一个环形外台阶，在内套25外壁下端外台阶上挂有压环26。下内管27的上端通过螺纹连接在下活塞22的下端。内套25套在下内管27的外壁上。在压环26与下内管27之间有环形空间，在压环26的外壁上有横向孔(通气孔)。横向孔是胶筒24被压缩后流体流出孔。压环26的上端面和胶筒的上下两端面均为平面，在本实施例中安装有两套胶筒、内套和压环，第二个连接环通过螺纹和压环26相连接，第二个压环、胶筒套装在第二个内套上，第二个压环通过螺纹和气嘴座28上端相连接。下内管27的上端通过螺纹和下活塞22的下端相连接，下活塞22的下端坐在连接环23上。

在下内管27的下端有外螺纹，下内管27下端通过螺纹连接气嘴座28上端，并且压环26下端通过内螺纹连接气嘴座28的上端。气嘴座28下部中心孔内固定有一个圆柱体形气嘴29。气嘴29有中心孔，气嘴29中心孔能控制井下天然气流量。气嘴29由陶瓷材料制作，根据气井产气量的不同可更换不同直径的气嘴，气嘴29和气嘴座28之间装有密封圈。在气嘴座28的下端外螺纹连接有圆筒状罩体30，罩体30内有凸出的环形体，罩体30内凸出的环形体上平面压在气嘴29的下端面上。

在罩体30的下端壁上均匀分布有五排横向小孔，并且在罩体30下端壁上套有筛网31，在罩体30的外壁上有螺纹，罩体30外壁的螺纹上固定有圆筒状外罩32。

压差式井下节流器的工作原理和使用方法：参阅图1和图2。

一、向井下安装节流器时，将钢丝绳通过投送器与本装置的固定管6连接在一起，使投送器的插杆伸入到限位筒15下端，将限位筒15的下端撑开，使它的爪头卡在上内管13下端的环形内凹槽里，此时限位筒15将锁环座18顶住，使上活塞20，下活塞22不能相对运动。上推限位环7并压缩压簧5，使限位锁块8卡在固定管6的环形外凹槽里，用投送器的卡套将限位锁块8套住，卡瓦14随限位环7上移时，其上端内斜面和卡瓦套12上端的锥面相互作用，迫使卡瓦14的下端向内收缩，并贴附在卡瓦套12外圆面上，此时卡瓦14的牙面外径小于外筒21的外径，将锁帽9锁紧。然后平稳地下放到井内，当将要达到预定位置时加快下放速度，使其达到脱开速度时急刹车，此时钢丝绳就将固定管6拉住，限位锁块8从凹槽里滑出，在压缩弹簧和重力的作用下，限位环7、卡瓦座11、卡瓦14向下滑动，卡瓦14沿锥体16上的锥面向外运动，即可咬合悬挂在油管内壁上。然后上提钢丝，将投送器的中心杆拔出，使限位筒15失锁，释放被锁定的活塞，随即上下活塞在井内压力作用下，做相对运动，密室内的空气被压缩，与下活塞22相连接的下内管27带动压环26上移，使胶筒24被压缩后鼓起，将油管封隔住，同时锁环19与锁套17锁在一起。

二、需要从井下起出节流器时，将钢丝连接好投捞器下入井内与打捞头1相对接，然后向上提拉钢丝，将销钉3切断，此时打捞头1、连杆2上移，连杆2的下端从锁定筒10的上端拔出，使锁定筒10的爪头失锁，然后带动固定管6上移，使锁定筒10的爪头离开固定管6内凹槽，固定管6随打捞头1、连杆2带动限位环7及卡瓦14上移，这时卡瓦14上端内斜面和卡瓦套12上端的锥面相互作用，迫使卡瓦14下部向中心收缩，并贴附在卡瓦套12外圆面上，解除卡瓦14与油管壁的咬合。继续上提钢丝，卡瓦14带动瓦套12和锥体16、外筒21、连接环23上移，此时密封在油管上的胶筒24在摩擦力作用下，推动压环26、气嘴座28、下内管27、下活塞22以及上活塞20、上内管13和锁定筒10一起下移，胶筒24解封，从被压缩的状态恢复到直筒形的状态，即可将节流器从井下起出来。

Claims (3)

1.一种压差式井下节流器，由外筒(21)、上内管(13)、下内管(27)、卡瓦座(11)、卡瓦(14)、胶筒(24)、圆柱体形气嘴(29)、圆筒状罩体(30)、筛网(31)、圆筒状外罩(32)组成，圆柱体形连杆(2)的上端螺纹连接有打捞头(1)；其特征是：圆柱体形连杆(2)有中心孔，圆柱体形连杆(2)下端外壁有一个向外凸出的环形台阶，固定管(6)有阶梯形内孔，固定管(6)的上端套在圆柱体形连杆(2)的外壁上，固定管(6)下端内壁与圆柱体形连杆(2)的环形台阶外壁接触，圆柱体形连杆(2)的环形台阶限制固定管(6)向下滑动距离，在固定管(6)的上端有销钉孔，通过销钉(3)将圆柱体形连杆(2)固定在固定管(6)的内壁上；

圆柱体形连杆(2)的下端插入在锁定筒(10)上端的中心孔内，在锁定筒(10)的上部有凸起的爪，在固定管(6)内壁的中部有环形凹槽，将锁定筒(10)的爪锁定在固定管(6)中部的内凹槽内，锁定筒(10)套在上内管(13)的上部，锁定筒(10)的下端通过内螺纹固定在上内管(13)的外壁上，上内管(13)的上部端面与圆柱体形连杆(2)下端面接触，锁定筒(10)在上内管(13)与固定管(6)之间的环形空间内，上内管(13)的下端有向外凸出的环柱体，环柱体外表面有外螺纹，上内管(13)的下端通过外螺纹连接在上活塞(20)的上端，上活塞(20)为环形圆柱体，上活塞(20)有阶梯形中心孔，在上活塞(20)上部中心孔内镶有锁套(17)，锁套(17)为圆环形柱体，在锁套(17)的内表面有螺纹，在上内管(13)下端内有一个限位筒(15)，限位筒(15)的下部有向外凸起的爪；限位筒(15)下部向外凸起的爪嵌入上内管(13)下端内壁的凹槽内；

在固定管(6)的上部外壁上通过螺纹固定有压帽(4)，在压帽(4)的下部并在固定管(6)的外壁上套有压缩弹簧(5)，在压缩弹簧(5)的下部并在固定管(6)的外壁上套有一个环状限位环(7)，在限位环(7)上部均匀分布有四个横向方孔，在横向方孔内分别插入一个方块形的限位锁块(8)，在固定管(6)的外壁中部有环形凹槽，当限位环(7)带动限位锁块(8)向上滑动时，限位锁块(8)能嵌入固定管(6)外壁环形凹槽内，在限位环(7)的外壁上并在限位锁块(8)的下部通过螺纹固定有锁帽(9)和卡瓦座(11)，锁帽(9)起到调节卡瓦座(11)高度并锁紧卡瓦座(11)的作用，卡瓦座(11)为圆筒状，在卡瓦座(11)的下端均匀分布有四个方形孔用于挂卡瓦(14)，在挂卡瓦(14)的方形孔内分别挂有一个卡瓦(14)，卡瓦(14)为扇形体状，上端外壁有悬挂凹槽，卡瓦(14)下端外壁上有卡瓦牙，卡瓦(14)下端内壁有斜面，卡瓦套(12)为圆筒状，卡瓦套(12)上端有向外凸出的斜面；卡瓦套(12)的下端有外螺纹，卡瓦套(12)套在上内管(13)的外壁上，在卡瓦套(12)下端螺纹固定有锥体(16)，锥体(16)为圆筒状，锥体(16)外壁的上端有圆锥面，圆锥面的斜度与卡瓦(14)下端内斜面的斜度相同，其斜度在12～17度之间，锥体(16)内壁有台阶，锥体(16)内壁台阶压在上内管(13)下端向外凸出的环柱体上端面上，并且锥体(16)内壁套在上活塞(20)上端外壁上，锥体(16)下端外螺纹连接有外筒(21)；

上活塞(20)下端在外筒(21)内，在上活塞(20)内壁的台阶上固定有一个环形锁环(19)，锁环(19)的外表面上有螺旋形倒刺和纵向开口，锁环(19)的上端与锁环座(18)环形外台阶下端面接触，锁环座(18)为圆筒状有中心孔，锁环座(18)的上端外壁套在锁定筒(10)下端的内壁上；锁环座(18)下端外壁有螺纹，锁环座(18)下端螺纹连接下活塞(22)，上活塞(20)的下端在下活塞(22)与外筒(21)之间的环形空间内；

外筒(21)下端通过内螺纹与连接环(23)相连接，连接环(23)通过内壁下端螺纹与内套(25)相连接，内套(25)为圆筒形，在内套(25)外壁上并在连接环(23)的下端套装有胶筒(24)和压环(26)，内套(25)外壁下端有外台阶，在内套(25)外壁下端外台阶上挂有压环(26)，下内管(27)的上端通过螺纹连接在下活塞(22)的下端，内套(25)套在下内管(27)的外壁上，在压环(26)与下内管(27)之间有环形空间，在压环(26)的外壁上有横向孔；

在下内管(27)的下端有外螺纹，下内管(27)下端通过螺纹连接气嘴座(28)上端，并且压环(26)下端通过内螺纹连接气嘴座(28)的上端，气嘴座(28)下部中心孔内固定有一个圆柱体形气嘴(29)，圆柱体形气嘴(29)有中心孔，圆柱体形气嘴(29)中心孔能控制井下天然气流量，在气嘴座(28)的下端外螺纹连接有圆筒状罩体(30)，圆筒状罩体(30)内有凸出的环形体，圆筒状罩体(30)内凸出的环形体上平面压在圆柱体形气嘴(29)的下端面上；

在圆筒状罩体(30)的下端壁上均匀分布有横向孔，并且在圆筒状罩体(30)下端壁上套有筛网(31)，在圆筒状罩体(30)的外壁上有螺纹，圆筒状罩体(30)外壁的螺纹上固定有圆筒状外罩(32)。

2.如权利要求1所述的压差式井下节流器，其特征是：所述的胶筒(24)、内套(25)、压环(26)和下内管(27)有两组，两组胶筒(24)、内套(25)和压环(26)分别连续套装在下内管(27)的外壁上。

3.如权利要求1或2所述的压差式井下节流器，其特征是：限位锁块(8)为柱体，纵截面为长方形，横截面为扇形，内外部有圆弧面，内圆弧面与固定管(6)的外壁环形凹槽内圆弧面的半径相同，外圆弧面与限位环(7)上部外圆半径相同，限位锁块(8)内圆弧面的上下端部为斜角，与固定管(6)的外壁环形凹槽上下端斜角相同。

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