CN104389782A - 一种衬垫式排水采气柱塞 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种衬垫式排水采气柱塞，包括本体和位于本体下端部与本体通过丝扣连接的导向头，所述本体的外表面嵌有垫块，垫块和本体之间通过导向销和弹簧连接。本发明提供的衬垫式排水采气柱塞，既可以防止举升过程中气体的滑脱和液体的泄漏，又可以在遇到遇油管变径时，通过垫块压缩弹簧使柱塞缩颈并顺利通过油管变径处，避免柱塞上下行过程中遇卡，保证排液采气作业的顺利进行。

Description

一种衬垫式排水采气柱塞

技术领域

本发明涉及气田排水采气领域，特别涉及一种衬垫式排水采气柱塞。

背景技术

在低压气田与凝析气田的开发中，井筒积液是制约气井稳产与高产的主要问题之一。气井中的液体主要来自气态烃类的凝析作用，地层中储集层的地层水或层间水。气井中的液体通常是以液滴的形式分布在气相中，气体是连续相而液体是非连续相流动，液体以液滴的形式由气体携带到地面。当气相不能提供足够的能力来使井筒中的液体连续流出井口时，就会在气井井底形成积液，积液的形成将增加气层的回压。高压井中液体以段塞流的形式存在，它会损耗更多的地层能量，限制气井的生产能力；在低压井中积液可完全压死气井，造成气井水淹关井，使气井减产。为了确保气井的正常生产，及时的排出井底积液，一般对产水气井采取排液采气的方法。从措施经济性、适用性、安全性及增产效果等方面的评价结果可以看出，柱塞气举排水采气技术适用于气量小（0.1×104 m³/d以上）、液气比较高（小于5 m³/10⁴ m³）的气井，而且自动化程度高、井筒滑脱损失小。所以，柱塞气举排水采气技术是苏里格气田低产低效井提高采收率的最经济合理技术。

柱塞气举是一种简单高效的排液采气方法，是间歇气举的一种特殊形式，柱塞作为一种固体的密封界面，将举升气体和被举升的液体分开，减少气体窜流和液体回落，提高举升气体的效率。柱塞气举的能量主要来源于地层，但是当地层气能量不足时，也向井内注入一定的高压气。这些气体将柱塞及其上部的液体从井底推向井口，排除井底积液，增大生产压差，延长气井的生产时间。对常规连续气举或间歇气举效率不高的井，采用柱塞气举可以提高生产效率，避免气体的无效消耗。柱塞气举还可用于易结蜡，结垢的油气井，沿油管上下来回的柱塞可以干扰破坏结蜡结垢的过程。这样就省下了清洗蜡，垢的工序节约了生产时间和生产费用。

柱塞气举系统效率的高低完全取决于柱塞的结构，现有的利用柱塞气举排液采气的主要优点是1) 提高间歇气举的举升效率：柱塞气举同其它排水采气工艺相比具有更高的采收率。柱塞提供的固体界面极大的减少了液体回落，相应提高了气体的举升效率； 2)设备投资少，使用寿命长且维修成本低经济效益好：其安装成本和运行维护费用低，无需电力消耗，节约人力时间等； 3)能充分利用地层能量，无需其他能量消耗； 4)地面的设备的自动化程度高，易于管理； 5)可以有效减轻结蜡井的结蜡问题。

虽然柱塞气举系统拥有上述多方面的有点，但其也存在一定的缺点，  1) 地面装置相对其他气举方式复杂，柱塞中的运动机构复杂且不可靠。为了提高柱塞在井中的下落速度，常在柱塞内设有旁通机构。旁通机构中的阀门开启和关闭主要依靠柱塞撞击卡定器和井口缓冲器。由于柱塞在井内运动时一，不可避免的与油管壁发生碰撞或以不同的速度落入井下的液体中受到冲击。柱塞在这些冲击力的作用下，都有一可能使柱塞内的旁通机构在没有到需要运动的时候产生运动。这些意外的阀门开启或关闭就是人们在实际生产中出现柱塞卡在井中、没有带液、高速撞击上缓冲器、柱塞寿命大幅降低等问题的根源； 

2) 操作管理有一定的难度，为了能自动化的管理柱塞举升井，总要在地面建设一整套控制设备，使生产井有序地进行工作。这些设备投资大、机构复杂、对工作环境要求苛刻，给管理带来许多的不便。此外，还需要根据生产井的生产情况确定柱塞下落的时机和开井与关井的时间。工艺参数的计算和地面控制系统都非常复杂； 

3)生产过程容易在地面集输管网内造成较大的压力波动；

4)间歇式生产。 

目前国内外所用的柱塞气举工艺都是间歇式的生产工艺，即在柱塞从井口下行到井底的这一段时间，必须关井停产。这主要是以下两方面的因素所造成的：

①柱塞的最大横截面积与生产管柱的内横截面积很接近，使柱塞在管柱中运动时，受到的气流阻力太大； 

 ②为了防止举升过程中气体的滑脱和液体的泄漏，现有的柱塞外径与管柱的内径很接近，使柱塞在运动过程中受到的摩擦阻力非常大；  

 5)柱塞的下落速度慢； 

柱塞在油管中下落时，由于受到油管内壁的摩擦力、气体的阻力和托举力的作用，下落的速度变的很慢。虽然理论值还比较理想，但实际使用中，柱塞的下落速度往往小于2米/秒，有的井况不到1米/秒。这样对于一口3000米井深的排液井来说，每个生产周期，仅柱塞下落的时间就需要40r--70分钟(含柱塞在液体中下落所需要时间)。如果每天按10个生产周期来计算，则有一半的时间是关井停产的，生产效率非常低。

在上述缺点中，制约排液采气作业的最主要的缺点是，为了防止举升过程中气体的滑脱和液体的泄漏，现有的柱塞的外径与油管的内径非常接近，但由于油管存在变径，而柱塞的直径却无法改变，导致柱塞遇卡，进一步延长作业周期，甚至无法完成排液采气作业。

发明内容

本发明的目的是解决现有的柱塞在遇到油管变径时，柱塞无法缩径，容易遇卡的问题。

为此，本发明提供了一种衬垫式排水采气柱塞，包括本体和位于本体下端部与本体通过丝扣连接的导向头，所述本体的外表面嵌有垫块，垫块和本体之间通过导向销和弹簧连接。

所述导向销由第一导向销和第二导向销组成，弹簧设置在第一导向销和第二导向销之间。

所述垫块包括上垫块组和位于上垫块组下端的下垫块组，上垫块组和下垫块组之间通过中支环联接。

所述导向头和下垫块组之间沿径向设有安全销。

 所述弹簧沿本体的径向设置。

所述中支环的截面呈T型。

所述上垫块组由四个分垫块沿本体的周向均匀设置，所述下垫块组由四个分垫块沿本体的周向均匀设置。

本发明的有益效果：本发明提供的衬垫式排水采气柱塞，既可以防止举升过程中气体的滑脱和液体的泄漏，又可以在遇到油管变径时，通过垫块压缩弹簧使柱塞缩颈并顺利通过油管变径处，避免柱塞上下行过程中遇卡，保证排液采气作业的顺利进行。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是衬垫式排水采气柱塞的半剖示意图。

图2是衬垫式排水采气柱塞的示意图。

图3是垫块的示意图。

图4是中支环的半剖示意图。

附图标记说明：1、本体；2、垫块；21、上垫块组；22、下垫块组；3、第一导向销；301、第一导向销腔；4、弹簧；401、弹簧腔；5、中支环；6、安全销；7、导向头；8、第二导向销；801、第二导向销腔；9、分垫块。

具体实施方式

以下将结合附图对该衬垫式排水采气柱塞作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1和图3所示，衬垫式排水采气柱塞，包括本体1和位于本体1下端部与本体1通过丝扣连接的导向头7，所述本体1的外表面嵌有垫块2，垫块2和本体1之间通过导向销和弹簧4连接。

当衬垫式柱塞在井筒中上行或者下行时，垫块2由于弹簧4的支撑，与油管内壁保持0mm~1.25mm的间隙，当遇到油管变径时，垫块2压缩弹簧4，使衬垫式柱塞的直径缩小，顺利通过油管变径处，避免柱塞上下行过程中遇卡，保证排液采气作业的顺利进行，同时具有防止气体滑脱和液体回落的优点，衬垫式柱塞在通过油管变径处后，弹簧4复位，衬垫式柱塞恢复原有的直径。

实施例2：

在实施例1的基础上，具体的，所述导向销由第一导向销3和第二导向销8组成，弹簧4设置在第一导向销3和第二导向销8之间，第一导向销3、第二导向销8与垫块2之间是过盈配合，与本体1之间是间隙配合。

实施例3：

在实施例2的基础上，需要说明的是，如图2所示，所述垫块2包括上垫块组21和位于上垫块组21下端的下垫块组22，如图4所示，为了固定垫块2，上垫块组21和下垫块组22之间通过中支环5联接。

实施例4：

在实施例3的基础上，所述导向头7和下垫块组22之间沿径向设有安全销6，如图4所示，所述中支环5的截面呈T型，所述上垫块组21由四个分垫块9沿本体1的周向均匀设置，所述下垫块组22由四个分垫块9沿本体1的周向均匀设置，且所述弹簧4沿本体1的径向设置，即弹簧4的中心线垂直于本体1的中心线。

导向头7与本体1通过丝扣连接，为了防止丝扣出现松动导致柱塞断开，本体1和导向头7之间设置有安全销6，安全销6穿过导向头7插入本体1内。

实施例5：

综合上述实施例，具体的，衬垫式排水采气柱塞包括本体1和位于本体1下端部与本体1通过丝扣连接的导向头7，本体1的外表面嵌有垫块2，该衬垫式采气柱塞的本体1和垫块2之间设置有放置第一导向销3的第一导向销腔301、放置弹簧4的弹簧腔401、放置第二导向销8的第二导向销腔801，且第一导向销腔301、弹簧腔401、第二导向销腔801均开设在本体1的外表面上，将第一导向销3、弹簧4、第二导向销8安装于上垫块组21和本体1之间相应的第一导向销腔301、弹簧腔401、第二导向销腔801内；如图4所示，为了固定垫块2，上垫块组21和下垫块组22之间设置有中支环5，再将中支环5安装于上垫块组21和下垫块组22之间；导向头7与本体1通过丝扣连接，为了防止丝扣出现松动导致柱塞断开，本体1和导向头7之间设置有安全销6，安全销6穿过导向头7和本体1。

第一导向销3、第二导向销8与垫块2之间是过盈配合，与本体1之间是间隙配合；垫块2处于撑开状态时，第一导向销3与第一导向销腔301、第二导向销8与第二导向销腔801的底部之间的距离大于本体1与垫块2之间的距离，弹簧4始终处于压缩状态。

当衬垫式柱塞在井筒中上行或者下行时，垫块2由于弹簧4的支撑，与油管内壁保持0mm~1.25mm的间隙，当遇到油管变径时，垫块2压缩弹簧4，使衬垫式柱塞的直径缩小，顺利通过油管变径处，具有防止气体滑脱和液体回落的优点，衬垫式柱塞在通过油管变径处后，弹簧4复位，衬垫式柱塞恢复原有的直径。

当衬垫式柱塞在井筒中上行或者下行时，垫块2由于弹簧4的支撑，与油管内壁保持0mm~1.25mm的间隙，当遇到油管变径时，垫块2压缩弹簧4，使衬垫式柱塞的直径缩小，顺利通过油管变径处，具有防止气体滑脱和液体回落的优点，衬垫式柱塞在通过油管变径处后，弹簧4复位，衬垫式柱塞恢复原有的直径。

本发明提供的衬垫式排水采气柱塞，既可以防止举升过程中气体的滑脱和液体的泄漏，又可以在遇到油管变径时，通过垫块压缩弹簧使柱塞缩颈并顺利通过油管变径处，避免柱塞上下行过程中遇卡，保证排液采气作业的顺利进行。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种衬垫式排水采气柱塞，包括本体（1）和位于本体（1）下端部与本体（1）通过丝扣连接的导向头（7），其特征在于：所述本体（1）的外表面嵌有垫块（2），垫块（2）和本体（1）之间通过导向销和弹簧（4）连接。

2.如权利要求1所述的一种衬垫式排水采气柱塞，其特征在于：所述导向销由第一导向销（3）和第二导向销（8）组成，弹簧（4）设置在第一导向销（3）和第二导向销（8）之间。

3.如权利要求2所述的一种衬垫式排水采气柱塞，其特征在于：所述垫块（2）包括上垫块组（21）和位于上垫块组（21）下端的下垫块组（22），上垫块组（21）和下垫块组（22）之间通过中支环（5）联接。

4.如权利要求3所述的一种衬垫式排水采气柱塞，其特征在于：所述导向头（7）和本体（1）之间沿径向设有安全销（6）。

5.如权利要求4所述的一种衬垫式排水采气柱塞，其特征在于：所述弹簧（4）沿本体（1）的径向设置。

6.如权利要求5所述的一种衬垫式排水采气柱塞，其特征在于：所述中支环（5）的截面呈T型。

7.如权利要求6所述的一种衬垫式排水采气柱塞，其特征在于：所述上垫块组（21）由四个分垫块（9）沿本体（1）的周向均匀设置，所述下垫块组（22）由四个分垫块（9）沿本体（1）的周向均匀设置。