CN101967966B - 防砂埋可投捞单胶筒井下节流器 - Google Patents

Abstract

防砂埋可投捞单胶筒井下节流器，应用于油气井采气。上中心管的顶端插入投放接头下端的中心孔内；打捞头的长孔与芯轴的长孔相对并联通；在上中心管的壁上有长孔。在打捞头的外壁上有环形台阶，在打捞头的环形台阶上套有环形辅助防砂胶圈。在芯轴下端外螺纹连接有下筒体。在下筒体的外壁上套有锥体。下筒体外壁上有调节螺母；在下筒体外壁上套有弹簧；在下筒体下端外壁上螺纹连接有导向头；在下中心管的上端面有一个气嘴；螺钉固定锥体螺钉孔内并穿过下筒体壁上的长孔，通过螺钉将下中心管与锥体连接在一起。效果是：具有防沙埋、防砂卡功能，方便打捞；外置弹簧使节流器工作稳定可靠。

Description

防砂埋可投捞单胶筒井下节流器

技术领域

本发明涉及油田天然气生产技术领域，特别涉及天然气井中控制采气生产的井下节流器，是一种防砂埋可投捞单胶筒井下节流器。

背景技术

目前，井下节流器在进行天然气生产控制的天然气井中已得到应用。中国专利公开号CN2471929Y，提供了一种“井下节流气嘴及其节流气嘴打捞工具”。包括胶筒、座封工具、中心管、气嘴套、打捞头、卡瓦、挡环、陶瓷气嘴、活塞杆、弹簧、弹簧座、上骨架胶筒、胶筒滑套、下骨架胶筒、下活塞、锥体、防砂内罩和防砂外罩。需要专用打捞工具进行打捞。能实现天然气井降压节流采气，达到控制输出油气的压力、产量；井下节流气嘴打捞工具能在钢丝工作范围内完成打捞、解封和释放的任务。其中采用了由三块卡瓦，三块卡瓦的“外部为倒齿形、内径为锥面、中部为内锥面”，“卡瓦分别扣在中心管上部的三个键槽内，挡环与中心管上部螺纹连接，卡瓦可沿中心管键槽上下滑动”。中国专利公开号CN201437717U，提供了一种“井下防砂节流器”。主要由上接头、上工作筒和下工作筒组成。下工作筒中部外壁螺纹连接有滤砂总成；下工作筒下端螺纹连接沉砂总成，沉砂总成主要由沉砂管和底堵组成。滤砂总成安装座中心孔与下工作筒隔板通孔联通，在安装座上固定有堵塞节流总成。解决了气井节流气嘴捞头上部沉砂的问题，提高投捞成功率。《钻采工艺》杂，第31卷，第4期，刊登有“新型井下节流器研制与应用”。新型井下节流器包括丢手头(投放接头)、本体、打捞头、卡瓦、中心杆、荆棘齿、密封胶筒和推动头。文章主要内容包括节流器的技术指标和结构，对本领域技术人员常用的卡瓦结构进行说明和卡瓦受力进行了分析。

目前，控制天然气生产的节流器有很多种，结构不同。现有的节流器仍然存在由于气井出砂，出砂积累后能埋没打捞头，导致节流器无法打捞；另外，井下节流器中心管过长密封不严导致解卡困难等不足。同时，双胶筒可投捞式井下节流器存在工作行程长、胶筒上翻影响打捞作业的不足。

发明内容

本发明的目的是：提供一种防砂埋可投捞单胶筒井下节流器，为少量出砂的天然气井节流生产而设计，实现在天然气井有少量出砂的情况下节流器打捞头不会被砂埋。当需要打捞时，能使用打捞工具方便地将节流器打捞上来。

本发明采用的技术方案是：防砂埋可投捞单胶筒井下节流器，主要由投放接头、投放剪销、芯轴、上中心管、打捞头、螺母、辅助防砂胶圈、卡瓦、密封胶筒、锥体、气嘴、螺钉、下筒体、弹簧、调节螺母、导向头和下中心管组成。芯轴上端套在投放接头下端的外壁上并有投放剪销将芯轴上端固定在投放接头下端。在芯轴的外壁上螺纹固定有打捞头。在打捞头下部并在芯轴外壁上有凸出的环形台阶，环形台阶上均匀分布有三个凹槽(卡槽)，三个卡瓦的上端在凹槽内，并且卡瓦悬挂在环形台阶上；芯轴下端外壁为锥形，卡瓦与芯轴下端锥形外壁配合，能使卡瓦张开并固定在油管内壁上。其特征在于：上中心管的顶端插入投放接头下端的中心孔内；在打捞头的壁上有长孔，在芯轴的壁上有长孔，打捞头的长孔与芯轴的长孔相对并联通；在上中心管的壁上有长孔，当上中心管向上滑动后，上中心管的长孔与芯轴的长孔相对并联通。所述的打捞头壁上长孔、芯轴壁上长孔和上中心管壁上长孔(长条形孔)的纵截面为两端有半圆弧中间是长方形，长方形的长边与中心线平行。当中心管向上移动后，打捞头上的长孔、芯轴上的长孔和上中心管上的长孔能联通，沉砂能通过长孔进入上中心管内，与上升的天然气一起并被带出井口。长孔(长条形孔)的制作方法是：在管壁上先钻出圆孔，然后用圆柱形铣刀铣出长孔(长条形孔)；或采用圆盘铣刀铣出长孔(长条形孔)，圆盘铣刀与管的中心线平行。技术人员应当能理解长孔(长条形孔)的结构并能完成制作。在打捞头的外壁上有环形台阶，在打捞头的环形台阶上有环形辅助防砂胶圈，螺母将辅助防砂胶圈固定在打捞头的环形台阶上。辅助防砂胶圈与油管内壁密封，能阻挡下沉的砂继续下落。

在芯轴下端外螺纹连接有下筒体，下筒体为圆筒形，下筒体上端外壁有台阶，密封胶筒套在下筒体台阶上部，密封胶筒下端内壁有圆锥面，密封胶筒的内圆锥面向下。

在下筒体的外壁上套有锥体。锥体的为空心圆柱体形，锥体的上端外壁有圆锥面，当锥体向上滑动并且锥体上的外圆锥面插入密封胶筒内圆锥面后，能使密封胶筒膨胀开。在下筒体的下端有外螺纹，下筒体外壁上有调节螺母；在下筒体外壁上套有弹簧，并且弹簧的位置在锥体与调节螺母中间；在下筒体下端外壁上螺纹连接有导向头，导向头下端外壁有圆锥面，导向头有中心孔；

下中心管穿过导向头中心孔，下中心管的上端在下筒体内；在下中心管的上端面有一个气嘴，并且气嘴在上中心管下端部中心孔内，气嘴为圆柱体形有中心孔，气嘴中心孔、下中心管中心孔和上中心管中心孔在同一条直线上；

在下筒体壁上有长孔(长条形孔)；在锥体有螺钉孔，在下中心管上有环形槽，螺钉固定锥体螺钉孔内并穿过下筒体壁上的长孔，螺钉的内端部在下中心管的环形槽内，通过螺钉将下中心管与锥体连接在一起。当上中心管、气嘴和下中心管向上移动时，螺钉在下筒体长孔内滑动并带动锥体沿下筒体的外壁向上移动，锥体上端的外圆锥面能插入密封胶筒的下端的内圆锥面内。

为了密封，在气嘴上端面与上中心管之间有密封圈。

为了减少弹簧的扭矩，在弹簧上顶端与锥体之间有环形卸扭环，卸扭环可以采用平面轴承。在弹簧的外部有环形外筒，环形外筒与锥体为一体结构。

为了防止调节螺母松动，在下筒体上有压紧螺母，压紧螺母与调节螺母同时固定在下筒体外螺纹上。

为了防止砂进入芯轴与上中心管之间的间隙，在芯轴与上中心管之间有防砂密封圈，防砂密封圈分布在上中心管长孔的上下两端。

简述本发明防砂埋可投捞单胶筒井下节流器的下入过程、工作过程和打捞过程，有助于理解本发明。参阅图1和图2。

1.下入过程：将投放接头1连接在下入工具下端，下入工具上端连接钢丝，钢丝另一端缠绕在地面滚筒上，由地面设备控制滚筒旋转。首先，在下入时打开井口防喷盒，将本发明井下节流器放入井口后，关闭井口防喷盒。然后，通过井口钢丝在井内缓慢下放井下节流器，在下入过程中切误下上猛提猛放钢丝。当井下节流器被下入到预定深度后，缓慢上提钢丝，卡瓦10在重力以及芯轴3下端外壁锥面的共同作用下向外撑出，卡瓦10的卡瓦牙与油管内壁产生接触，当上提力达到2500～3000N时，井下节流器已牢固卡定在油管内壁上；缓慢下放钢丝，释放震击器，产生向上振击力，确保井下节流器已卡定在油管上后，在震击器释放的情况下上提钢丝，依靠震击力瞬间剪断投放剪销2。投放剪销2被剪断后，弹簧17释放压缩弹力；推动泄扭环15、螺钉14和锥体12，带动下中心管21、气嘴13推动上中心管4上移；并且锥体12的上端进入密封胶筒11内，密封胶筒11在弹簧力与锥体12的作用下实现膨胀。井下节流器投放、座封工作完成。最后，起出投放工具。

2.工作过程：井口装置打开投产后，井下节流器在天然气井内正常生产。该井下节流器在气嘴13节流压差的作用下，密封胶筒11上部小于下部压力，使得密封胶筒11再次膨胀，实现进一步密封。此时卡瓦10需承受因节流压差所致的来至于芯轴3的轴向作用力。在正常工作时，辅助防砂胶圈8能防止砂进入到下部的卡瓦10与芯轴3锥面之间造成堆积。防砂密封圈B1能防止砂进入上中心管4与芯轴3之间的间隙，减少节流器在后期打捞时出现的砂埋与砂卡现象。本发明井下节流器最突出的是防止砂埋结构。防止砂埋结构是：在芯轴3、上中心管4和打捞头5壁上设置有排砂孔，沉积在辅助防砂胶圈8上部的砂，能随时进入中心管4内，砂和向上流动的天然气一起排出井口。没有累积沉砂，打捞头5不能被砂埋没。

3.打捞过程：当需要打捞该井下节流器时，首先，下入打捞工具，释放震击器，压缩上中心管4，弹簧17、锥体12被压回到位，密封胶筒11回缩。此时打捞头5没有被砂埋，打捞工具抓住打捞头5，向上震击打捞头5，打捞头5带动卡瓦10在卡瓦限位环9内滑动，油管与卡瓦10间逐渐失去接触，直到打捞头5移动到位，井下节流器失去卡定作用，向上提出整套装置，完成打捞作业。

本发明的有益效果：本发明防砂埋可投捞单胶筒井下节流器，1、采用了防埋打捞头结构，实现了天然气井少量出砂时能防止砂积累埋没打捞头，方便打捞工作进行；2、采用了防砂密封圈防止砂进入中心管与芯轴之间，防止中心管与芯轴之间阻力过大造成砂卡；3、采用外弹簧结构，增加弹簧的工作稳定性。防砂埋可投捞单胶筒井下节流器用于天然气井井下作业进行天然气生产调节，能够满足天然气井少量出砂控制生产需要，实现节流降压。

附图说明

图1是防砂埋可投捞单胶筒井下节流器上半部分结构剖面示意图。

图2是防砂埋可投捞单胶筒井下节流器上半部分结构剖面示意图。

图3是图1的A-A剖面图。表示打捞头5的六个长孔、芯轴3的六个长孔和中心管4的六个长孔的位置关系。

图中，1.投放接头，2.投放剪销，3.芯轴，4.上中心管，5.打捞头，6.螺母，7.垫片，8.辅助防砂胶圈，9.卡瓦限位环，10.卡瓦，11.密封胶筒，12.锥体，13.气嘴，14.螺钉，15.泄扭环，16.下筒体，17.弹簧，18.调节螺母，19.压紧螺母，20.导向头，21.下中心管，B1.防砂密封圈，B2.端面密封圈。

具体实施方式

实施例1：以一个防砂埋可投捞单胶筒井下节流器为例，对本发明作进一步详细说明。

参阅图1。防砂埋可投捞单胶筒井下节流器，总长度为635.5mm。主要由投放接头1、投放剪销2、芯轴3、上中心管4、打捞头5、螺母6、辅助防砂胶圈8、卡瓦10、密封胶筒11、锥体12、气嘴13、螺钉14、下筒体16、弹簧17、调节螺母18、导向头20和下中心管21组成。芯轴3上端套在投放接头1下端的外壁上并有四个投放剪销2将芯轴3上端固定在投放接头1下端。在芯轴3的外壁上螺纹固定有打捞头5。在打捞头5下部并在芯轴3外壁上有一个凸出的环形台阶，环形台阶上均匀分布有三个凹槽(卡槽)，三个卡瓦10的上端在凹槽内，并且卡瓦10悬挂在环形台阶上；卡瓦10外有一个卡瓦限位环9限制卡瓦径向位移。芯轴3下端外壁为锥形。

上中心管4的顶端插入投放接头1下端的中心孔内；在打捞头5的壁上有六个纵向长孔，在芯轴3的壁上有六个纵向长孔，参阅图3。打捞头5的长孔与芯轴3的长孔相对并联通。参阅图1。在上中心管4的壁上有六个纵向长孔，当上中心管4向上滑动后，上中心管4的长孔与芯轴3的长孔相对并联通。所述的打捞头5壁上长孔、芯轴3壁上长孔和上中心管4壁上长孔(长条形孔)的纵截面为两端有半圆弧中间是长方形，长方形的长边与中心线平行。在芯轴3与上中心管4之间有防砂密封圈B1，防砂密封圈B1分布在上中心管4长孔的上下两端；中心管4长孔的上端有一道防砂密封圈B1；中心管4长孔的下端有两道防砂密封圈B1。在芯轴3内侧下部有花键槽与上中心管4的花键配合。在打捞头5的外壁上有一个凸出的环形台阶，在打捞头5的环形台阶上有一个环形辅助防砂胶圈8，螺母6将辅助防砂胶圈8固定在打捞头5的环形台阶上。在螺母6与辅助防砂胶圈8之间有一个垫片7。

参阅图2。在芯轴3下端外螺纹连接有下筒体16，下筒体16为圆筒形，下筒体16上端外壁有一个台阶，密封胶筒11套在下筒体16台阶上部，密封胶筒11下端内壁有圆锥面，密封胶筒11的内圆锥面向下。

在下筒体16的外壁上套有锥体12。锥体12的为空心圆柱体形，锥体12的上端外壁有圆锥面。在下筒体16的下端有外螺纹，下筒体16外壁上有一个调节螺母18；在下筒体16上有一个压紧螺母19，压紧螺母19与调节螺母18同时固定在下筒体16外螺纹上。在下筒体16外壁上套有一个压缩弹簧17，并且弹簧17的位置在锥体12与调节螺母18中间；在弹簧17上顶端与锥体12之间有环形卸扭环15，卸扭环15采用平面轴承。在弹簧17的外部有环形外筒，环形外筒与锥体12为一体结构。在下筒体16下端外壁上螺纹连接有导向头20，导向头20下端外壁有圆锥面，导向头20有中心孔；

下中心管21穿过导向头20中心孔，下中心管21的上端在下筒体16内；在下中心管21的上端面有一个气嘴13，并且气嘴13在上中心管4下端部中心孔内，气嘴13为圆柱体形有直径为5mm的中心孔，在气嘴13上端面与上中心管4之间有一道O型密封圈B2。气嘴13中心孔、下中心管21中心孔和上中心管4中心孔在同一条直线上；气嘴13靠下中心管21将其与上中心管4压紧。

在下筒体16壁上有六个纵向长孔(长条形孔)；在锥体12有六个螺钉孔，在下中心管21上有一个环形槽，六个螺钉14分别固定锥体12螺钉孔内并穿过下筒体16壁上的长孔，六个螺钉14的内端部在下中心管21的环形槽内，通过六个螺钉14将下中心管21与锥体12连接在一起。

Claims (6)

1.一种防砂埋可投捞单胶筒井下节流器，主要由投放接头(1)、投放剪销(2)、芯轴(3)、上中心管(4)、打捞头(5)、螺母(6)、环形辅助防砂胶圈(8)、卡瓦(10)、密封胶筒(11)、锥体(12)、气嘴(13)、螺钉(14)、下筒体(16)、弹簧(17)、调节螺母(18)、导向头(20)和下中心管(21)组成；芯轴(3)上端套在投放接头(1)下端的外壁上并有投放剪销(2)将芯轴(3)上端固定在投放接头(1)下端，在芯轴(3)的外壁上螺纹固定有打捞头(5)，在芯轴(3)外壁上有凸出的环形台阶，该环形台阶在打捞头(5)的下方；环形台阶上均匀分布有三个凹槽，三个卡瓦(10)的上端在凹槽内，并且卡瓦(10)悬挂在环形台阶上；芯轴(3)下端外壁为锥形；其特征在于：上中心管(4)的顶端插入投放接头(1)下端的中心孔内；在打捞头(5)的壁上有长孔，在芯轴(3)的壁上有长孔，打捞头(5)的长孔与芯轴(3)的长孔相对并联通；在上中心管(4)的壁上有长孔，当上中心管(4)向上滑动后，上中心管(4)的长孔与芯轴(3)的长孔相对并联通，在打捞头(5)的外壁上有环形台阶，在打捞头(5)的环形台阶上有环形辅助防砂胶圈(8)，螺母(6)将环形辅助防砂胶圈(8)固定在打捞头(5)的环形台阶上；

在芯轴(3)下端外螺纹连接有下筒体(16)，下筒体(16)为圆筒形，下筒体(16)上端外壁有台阶，密封胶筒(11)套在下筒体(16)台阶上部，密封胶筒(11)下端内壁有内圆锥面，密封胶筒(11)的内圆锥面向下；

在下筒体(16)的外壁上套有锥体(12)，锥体(12)为空心圆柱体形，锥体(12)的上端外壁有圆锥面，在下筒体(16)的下端有外螺纹，下筒体(16)外壁上有调节螺母(18)；在下筒体(16)外壁上套有弹簧(17)，并且弹簧(17)的位置在锥体(12)与调节螺母(18)中间；在下筒体(16)下端外壁上螺纹连接有导向头(20)，导向头(20)下端外壁有圆 锥面，导向头(20)有中心孔；

下中心管(21)穿过导向头(20)中心孔，下中心管(21)的上端在下筒体(16)内；在下中心管(21)的上端面有一个气嘴(13)，并且气嘴(13)在上中心管(4)下端部中心孔内，气嘴(13)为圆柱体形有中心孔，气嘴(13)中心孔、下中心管(21)中心孔和上中心管(4)中心孔在同一条直线上；

在下筒体(16)壁上有长孔；在锥体(12)有螺钉孔，在下中心管(21)上有环形槽，螺钉(14)固定于锥体(12)螺钉孔内并穿过下筒体(16)壁上的长孔，螺钉(14)的内端部在下中心管(21)的环形槽内，通过螺钉(14)将下中心管(21)与锥体(12)连接在一起。

2.根据权利要求1所述的防砂埋可投捞单胶筒井下节流器，其特征是在气嘴(13)上端面与上中心管(4)之间有密封圈(B2)。

3.根据权利要求1所述的防砂埋可投捞单胶筒井下节流器，其特征是：在弹簧(17)上顶端与锥体(12)之间有环形卸扭环(15)，在弹簧(17)的外部有环形外筒，环形外筒与锥体(12)为一体结构。

4.根据权利要求3所述的防砂埋可投捞单胶筒井下节流器，其特征是：环形卸扭环(15)采用平面轴承。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的防砂埋可投捞单胶筒井下节流器，其特征是：在下筒体(16)上有压紧螺母(19)，压紧螺母(19)与调节螺母(18)同时固定在下筒体(16)外螺纹上。

6.根据权利要求1、2、3或4所述的防砂埋可投捞单胶筒井下节流器，其特征是：在芯轴(3)与上中心管(4)之间有防砂密封圈(B1)，防砂密封圈(B1)分布在上中心管(4)长孔的上下两端。 

Images