CN103410485B - 一种调孔变压井下节流器 - Google Patents

Abstract

一种调孔变压井下节流器。主要目的在于提供一种可以通过调节节流孔的数量实现控制井口压力的井下节流器。其特征在于：在中心孔与调节阀顶盖之间，依次固定有卡口、调节块和支撑块；在卡口的两侧开有节流孔；阀芯由固定轴、转动轴以及活动塞构成；在转动轴的外壁上设置有支撑凹槽组和若干菱形块，凹槽组由具有不同深度的若干支撑凹槽呈阶梯状连续分布而成；阀芯限位于卡口与调节阀顶盖之间，菱形块、支撑凹槽组所在的位置分别与调节块和支撑块所在的位置相对应，菱形块之间的间隔距离与调节块的宽度相同，支撑块的个数与所述支撑凹槽组中的单体个数相同。本种节流器通过开关井口就可以实现对油压的调节，无需座封和解封施工。

Description

一种调孔变压井下节流器

技术领域：

本发明涉及一种涉及石油天然气井节流减压装置，特别是一种通过调节节流孔的数量实现控制井口压力的井下节流器。

背景技术：

目前，井下节流工艺是天然气井生产过程中防治水合物形成的主要方法。井下节流的主要原理：天然气通过节流器的节流孔实现天然气体积突增，压力降低，天然气通过节流孔后膨胀吸收地层热量，使得节流后气流的温度能基本恢复到节流前的温度，降低了井筒内天然气水合物形成的概率，这对冬季低温条件下高压天然气的连续稳定生产带来了保障。由于生产过程中的生产条件的变化，例如地层压力、地表温度和配产的需要等，需要调整井下的节流参数，现有技术都是通过调整井下节流器气咀的直径来实现的，但是，这种方式存在以下缺陷：由于调整气咀的直径需要将井下节流器从井中取出，而井下节流器的座封与解封的施工过程又极为复杂而且容易失败，因此现场施工存在着较大的麻烦并且影响天然气井的正常生产。

发明内容：

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种可无需进行座封与解封施工的节流器，可通过有限次的开关井口完成对井下节流参数的调节，保证了天然气井的正常生产。

本发明的技术方案是：该种调孔变压井下节流器，由丢手解封机构、调节阀、锚定机构、密封机构和进气机构五部分组成，其独特之处在于：所述调节阀具有阀体和阀芯。阀体为空心圆柱体，在阀体的一端连接有一个开有中央通孔的调节阀顶盖，而阀体的另一端则为中心孔；在中心孔与调节阀顶盖之间，沿所述阀体的内壁依次固定有圆环形的卡口、若干长方体形的调节块和若干支撑块，所述若干调节块和若干支撑块均分别在各自所在的圆周平面上间隔分布；在卡口的外侧开有C节流孔，在卡口的内侧依次开有B、A节流孔。所述阀芯由固定轴、转动轴以及活动塞构成。其中，固定轴的顶端开有用于嵌合压缩弹簧的台阶，转动轴通过转动连接固定在固定轴的下方，在转动轴的外壁上设置有支撑凹槽组和若干菱形块，所述支撑凹槽组由具有不同深度的具有斜边的A、B、C支撑凹槽呈阶梯状连续分布而形成；所述转动轴与活动塞之间为臼形活动接触。所述阀芯被限位于阀体的卡口与调节阀顶盖之间，菱形块所在的位置与调节块所在的位置相对应，所述支撑凹槽组所在的位置与支撑块所在的位置相对应，其中，菱形块之间的间隔距离与调节块的宽度相同，支撑块的个数与所述支撑凹槽组中的单体个数相同。

本发明具有如下有益效果：使用本发明，在节流器座封固定，处理好井口后，此时井下无较大的压差，调节阀上的压缩弹簧处于自由伸缩状态，活动塞下部只有一组节流孔连通中心孔与外界。打开井口阀门，使得调节阀的节流孔两端产生压差，即活动塞的上下两端形成比较高的压差，在这个压差作用下推动着活动塞以及转动轴向节流器的顶端活动，压缩弹簧受到压缩，直至转动轴上的支撑凹槽被阀体上的支撑块卡住后固定不动，这个时候有两组节流孔与外界连通，降低天然气通过节流器的压降，增大了井口的压力。通过再次关井，使得节流孔两端的压差逐步消失，压缩弹簧在自身弹力的作用下，推动着活动塞以及转动轴向节流器的底端活动，在压缩弹簧下推活动塞以及转动轴的过程中，转动轴经过调节块时，转动轴上的菱形块受阀体上的调节块的挤压，进而使得菱形块带动转动轴发生偏转，偏转到相邻的另一块菱形块限制，使得两个菱形块之间空隙正好穿过调节块，在压缩弹簧推动活动塞以及转动轴直至活动塞的下位卡口。再重新打开井口阀门后，由于节流器顶端的压力突然释放，节流器的两端产生较大的压差，在这个压差下，活动塞以及转动轴向节流器的顶端活动，在压缩弹簧下推活动塞以及转动轴的过程中，转动轴的菱形块之间空隙又一次穿过原对应的调节块。随着压缩弹簧继续受压，活动塞以及转动轴的继续上推过程中，支撑块卡住支撑凹槽的倾斜边进入支撑凹槽内，使得支撑凹槽带动转动轴在这个作用力下再次发生一定的转动，直至支撑块卡住支撑凹槽的底部不动。

如此往复开关井，使得转动轴上的各组不同深度的支撑凹槽被阀体上的支撑块卡住后固定不动，此时分别有1-3组节流孔与外界连通，通过改变节流孔数，调节天然气通过节流器的压降，改变井口天然气的压力，实现调压节流的目的。

利用本种节流器仅通过若干次开关井口就可以实现自动调整节流器导通的节流孔数量而改变节流面积，进而实现井下节流器的对油压的调节。该节流器的节流孔可选，实现了不同节流能力的控制，可以满足不同条件下气井生产的需要，特别是冬季与夏季由于地表温度的不同对节流器节流能力的要求也存在一定的差异，通过调整节流器导通的节流孔，进而实现在不形成水合物的堵塞的情况下尽可能提高单井产气量。

综上所述，利用本种节流器可无需进行座封与解封施工的节流器，可通过有限次的开关井口完成对井下节流参数的调节，保证了天然气井的正常生产。

附图说明：

图1是本发明的主体结构示意图；

图2是本发明所述调节阀的结构示意图；

图3是本发明所述调节阀的剖面结构示意图；

图4是本发明所述调节阀的阀体结构示意图；

图5是本发明所述活动塞与转动轴连接的臼型结构示意图；

图6是具体实施时，本发明所述菱形块的间距以及尺寸示意图。

图7是具体实施时，本发明所述支撑凹槽组结构以及尺寸示意图。

图8是具体实施时，本发明所述节流孔的间距示意图。

图中：A-丢手解封机构，B-调节阀，C-锚定机构，D-密封机构，E-进气机构，1-中心孔，2-阀体，3-调节块，4-支撑块，5-活动塞，6-菱形块，7-转动轴，8-压缩弹簧，9-调节阀顶盖，10-A节流孔，11-B节流孔，12-C节流孔，13-A支撑凹槽，14-B支撑凹槽，15-C支撑凹槽，16-固定轴，17-卡口。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1至图5所示，该种调孔变压井下节流器，由丢手解封机构A、调节阀B、锚定机构C、密封机构D和进气机构E五部分组成，其中，改进点在于调节阀部分，其他部分均为现有技术。

所述调节阀B具有阀体2和阀芯。

阀体2为空心圆柱体，在阀体2的一端连接有一个开有中央通孔的调节阀顶盖9，这个中央通孔供固定轴穿过，而阀体2的另一端则为中心孔1。在中心孔1与调节阀顶盖9之间，沿所述阀体的内壁依次固定有圆环形的卡口17、若干长方体形的调节块3和若干支撑块4，所述若干调节块3和若干支撑块4均分别在各自所在的圆周平面上间隔分布；在卡口17的外侧开有C节流孔12，在卡口17的内侧依次开有B节流孔11、A节流孔10。

所述阀芯由固定轴16、转动轴7以及活动塞5构成。其中，固定轴16的顶端开有用于嵌合压缩弹簧8的台阶，转动轴7通过转动连接固定在固定轴16的下方，在转动轴7的外壁上设置有支撑凹槽组和若干菱形块6，所述支撑凹槽组由具有不同深度的具有斜边的A支撑凹槽13、B支撑凹槽14、C支撑凹槽15呈阶梯状连续分布而形成；所述转动轴7与活动塞5之间为臼形活动接触。

所述阀芯被限位于阀体2的卡口17与调节阀顶盖9之间，菱形块6所在的位置与调节块3所在的位置相对应，所述支撑凹槽组所在的位置与支撑块4所在的位置相对应，其中，菱形块6之间的间隔距离与调节块3的宽度相同，支撑块4的个数与所述支撑凹槽组中的单体个数相同。

在具体实施时，要注意以下情况：

如图5所示，转动轴与活动塞采用臼型活动接触的目的在于，使得在转动轴绕节流器中轴线转动过程中不置于带动活动塞的大幅度的转动，以免影响活动塞的密封性能。

活动塞5、转动轴7和压缩弹簧8内嵌于中心孔1内，如图6所示，与活动塞链接端的转动轴的圆周上径向均匀分布有相同大小、宽度为D4的菱形块6，菱形块6的间隔D5等于菱形块6对应的固定在阀体2上的长方体形的调节块3的宽度。

活动塞5与转动轴7臼型活动接触，与压缩弹簧8连接端的转动轴7上设置有3-5组支撑凹槽，每组支撑凹槽包括A支撑凹槽13、B支撑凹槽14以及C支撑凹槽15，对应一组支撑凹槽在阀体2上固定设有长方体形的支撑块4，即支撑块4的个数与为支撑凹槽的组数一致，一般为3-5个，以确保系统稳定。为了能使转动轴7连续转动，所述的每组A支撑凹槽13、B支撑凹槽14以及C支撑凹槽15的宽度D3与支撑块4的宽度一致，每组A支撑凹槽13、B支撑凹槽14以及C支撑凹槽15的倾斜边的宽度相等，即为D2，每组A支撑凹槽13、B支撑凹槽14以及C支撑凹槽15的沿边宽度相同，为D1，每组A支撑凹槽13的深度为H1、B支撑凹槽14的深度为H2以及C支撑凹槽15的深度为H3；其中需首先满足:D1+D3＝D4/2。

菱形块6受到调节块3的挤压发生的偏转使得转动轴7上的支撑凹槽组偏转的弧长为支撑凹槽组沿边宽度D1与支撑凹槽组宽度D3的和，这样在井下压差条件下，推动活动塞5和转动轴7向上活动，能确保支撑块4能恰好卡入支撑凹槽组的倾斜边，在支撑块的挤压支撑凹槽组的倾斜边下，使得支撑凹槽组带动转动轴7继续发生一定弧度的偏转，其偏转的弧长D2应该恰好使得转动轴7下部的菱形块6偏转至相邻下一个菱形块6的倾斜边，即其偏转的弧长为半个菱形块6的宽度与菱形块6的间隔之和。因此，第二个需要满足的公式为：D2＝D4/2+D5。

此外，如图8所示，为了能有效控制节流孔的数目，A支撑凹槽13的深度H1、B支撑凹槽14的深度H2以及C支撑凹槽15的深度H3，与A节流孔10、B节流孔11和C节流孔12存在如下关系时实施效果较好。

L1<H2-H1<L1+L2，支撑块4在A支撑凹槽13与B支撑凹槽14时的深度差,即H2-H1，也即活动塞5上升的距离至少为C节流孔12至B节流孔11的间距，最大不超过A节流孔10至C节流孔12的间距；同时支撑块4在B支撑凹槽14与C支撑凹槽15时的深度差,即H3-H2，也即活动塞5再次上升的距离至少为A节流孔10至B节流孔11的间距，即：L2<H3-H2。

为了能使节流有效控制，中心孔1的直径应该为20-40mm，节流孔的直径为0.8-1.5mm，每一组的节流孔的个数为2-4，节流孔绕阀体2均匀分布。

下面给出本种节流器的工作过程：

在节流器座封固定，处理好井口后，此时井下节流器的节流孔12的两端无较大的压差，调节阀B上的压缩弹簧8处于自由扩张状态，活动塞5下部只有节流孔12连通中心孔1与节流器的外界，打开井口阀门，节流器上部迅速泄压，使得调节阀B的节流孔12两端产生压差，即活动塞5的上下两端形成比较高的压差，在这个压差作用下推动着活动塞5以及转动轴7向节流器的顶盖9方向活动，压缩弹簧8受到压缩，直至转动轴7上的B支撑凹槽14被固定在阀体2上的支撑块4卡住后固定不动，此时节流孔11和节流孔12这两组节流孔与节流器外界连通，增大了泄压面积，降低天然气通过节流器的压降，增大了井口的压力。

通过再次井口关井，使得节流孔11和节流孔12两端的压差逐步消失，压缩弹簧8在自身弹力的作用下，推动着活动塞5以及转动轴7向节流器的底端活动，直至活动塞5的卡口17，在压缩弹簧8下推活动塞5以及转动轴7的过程中，转动轴7经过调节块3处时，转动轴7上的菱形块6受固定在阀体2上的调节块3的挤压滑动，使得转动轴7绕节流阀B的中心轴发生弧长为D4/2的转动；重新打开井口阀门后，活动塞5以及转动轴7向节流器的顶盖9滑动，在支撑块4卡住支撑凹槽15的过程中，支撑块4卡住支撑凹槽15的斜边进入支撑凹槽15内，使得转动轴7在这个作用力下再次绕节流阀B的中心轴线发生弧长为D2的转动，转动轴7上的支撑凹槽15被阀体2上的支撑块4卡住后固定不动，此时节流孔10、节流孔11和节流孔12这三组节流孔与节流器外界连通，增大了泄压面积，降低天然气通过节流器的压降，增大了井口的压力。

如此反复开井关井，就可以实现井下一组、二组、三组节流孔的循环选择，实现了井口条件下控制井下节流能力的选择与控制。

Claims (1)

1.一种调孔变压井下节流器，由丢手解封机构(A)、调节阀(B)、锚定机构(C)、密封机构(D)和进气机构(E)五部分组成，其特征在于：所述调节阀(B)具有阀体(2)和阀芯；

阀体(2)为空心圆柱体，在阀体(2)的一端连接有一个开有中央通孔的调节阀顶盖(9)，而阀体(2)的另一端则为中心孔(1)；在中心孔(1)与调节阀顶盖(9)之间，沿所述阀体的内壁依次固定有圆环形的卡口(17)、长方体形的若干调节块(3)和若干支撑块(4)，所述若干调节块(3)和若干支撑块(4)均分别在各自所在的圆周平面上间隔分布；在卡口(17)的外侧开有C节流孔(12)，在卡口(17)的内侧依次开有B、A节流孔(11，10)；

所述阀芯由固定轴(16)、转动轴(7)以及活动塞(5)构成；其中，固定轴(16)的顶端开有用于嵌合压缩弹簧(8)的台阶，转动轴(7)通过转动连接固定在固定轴(16)的下方，在转动轴(7)的外壁上设置有支撑凹槽组和若干菱形块(6)，所述支撑凹槽组由具有不同深度的具有斜边的A、B、C支撑凹槽(13，14，15)呈阶梯状连续分布而形成；所述转动轴(7)与活动塞(5)之间为臼形活动接触；

所述阀芯被限位于阀体(2)的卡口(17)与调节阀顶盖(9)之间，菱形块(6)所在的位置与调节块(3)所在的位置相对应，所述支撑凹槽组所在的位置与支撑块(4)所在的位置相对应，其中，菱形块(6)之间的间隔距离与调节块(3)的宽度相同，支撑块(4)的个数与所述支撑凹槽组中的单体个数相同。