CN107313740B - 一种流体分隔装置及井道结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及天然气开采技术领域，公开了一种流体分隔装置及井道结构。流体分隔装置包括：轴体；围绕所述轴体布置的多个封隔件；以及连接在所述轴体与所述封隔件之间的弹性复位件，其中，所述封隔件与所述轴体外周面之间形成容纳空间，所述封隔件上开设有连通所述容纳空间与外界的第一通孔；所述封隔件可选择性的用于在外力的作用下沿径向向内收缩并减小所述容纳空间的体积，或在所述弹性复位件的作用下沿径向向外扩张并增大所述容纳空间的体积。本发明提供的一种流体分隔装置及井道结构，避免了封隔件无法径向向内收回的情况发生，进而避免流体分隔装置卡在井道内。
Description
技术领域
本发明涉及天然气开采技术领域，尤其涉及一种流体分隔装置及井道结构。
背景技术
在天然气井开发过程中，当井内天然气产量低或液体较多时，天然气无法将大量液体举升至地面，这会在井底形成一定高度的积液，进而降低天然气井产能，甚至导致天然气井停喷。
相关技术中提供了一种流体分隔装置。流体分隔装置外围设置有多个封隔件，这些封隔件在弹性件的作用下始终与井道内壁接触，形成密封。这样流体分隔装置下方的气体所产生的压力带动流体分隔装置上行，并在流体分隔装置上行至井口时排出流体分隔装置上方的积液。这种流体分隔装置的问题在于，一旦砂砾、油蜡或铁屑等异物进入封隔件与内部轴体之间，封隔件将无法径向向内收回，进而导致流体分隔装置极易卡在井道内。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种流体分隔装置，其能够在沿井道运动的过程中自动排出封隔件与轴体之间的异物，避免封隔件无法径向向内收回的情况发生，进而避免流体分隔装置卡在井道内。
本发明的另一个目的在于提供一种包括上述流体分隔装置的井道结构。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：
流体分隔装置，包括：轴体；围绕所述轴体布置的多个封隔件；以及连接在所述轴体与所述封隔件之间的弹性复位件，其中，所述封隔件与所述轴体外周面之间形成容纳空间，所述封隔件上开设有连通所述容纳空间与外界的第一通孔；所述封隔件可选择性的用于在外力的作用下沿径向向内收缩并减小所述容纳空间的体积，或在所述弹性复位件的作用下沿径向向外扩张并增大所述容纳空间的体积。
进一步的，所述流体分隔装置还包括导向件；所述轴体的外周面上开设有导向孔；所述导向件的一端与所述封隔件连接，所述导向件的另一端与所述导向孔可滑动地配合。
进一步的，所述轴体内具备空腔；所述空腔与所述导向孔连通；所述导向件的一端伸入所述空腔内；所述导向件位于所述空腔内的一端具备限位部；所述限位部用于在所述封隔件沿径向向外扩张至极限位置时与所述空腔的内壁抵靠。
进一步的，所述轴体内具备空腔；所述轴体的一端开设有连通所述空腔与外界的开口；所述轴体的外周面上开设有连通所述空腔与所述容纳空间的沟通孔。
进一步的，所述封隔件沿所述轴体的轴线方向的至少一端的外弧面设置有弧形的密封槽，以及与所述密封槽相邻的弧形密封段；所述弧形密封段搭接在相邻的所述封隔件的所述密封槽中，且所述弧形密封段的内弧面与所述密封槽的槽底面可滑动地接触。
进一步的，所述流体分隔装置还包括与所述封隔件一一对应的连接的密封环；所述密封环套设在所述轴体上，多个所述密封环层叠设置；所述密封环的中间孔的面积大于所述轴体的横截面积，以使所述密封环能够随与之连接的所述封隔件相对于所述轴体径向运动。
进一步的，所述中间孔的内周壁具备相对的两段弧形壁；所述弧形壁的直径与所述轴体外周面的直径相同；当所述封隔件径向向内收缩至极限位置时，其中一个所述弧形壁与所述轴体外周面贴合；当所述封隔件径向向外扩张至极限位置时，另一个所述弧形壁与所述轴体外周面贴合。
进一步的，所述密封环的外周面设置有至少两个径向凸出的封隔片；所述封隔片与相邻的所述封隔件之间形成的流道正对。
进一步的，所述轴体的两端分别设置有径向凸出的第一大直径段和第二大直径段；所述第一大直径段的外周缘设置有轴向凸出的第一限位环；所述第二大直径段的外周缘设置有轴向凸出的第二限位环；所述封隔件的两端分别设置有沿轴向延伸的第一凸缘和第二凸缘；所述第一凸缘位于所述第一限位环与所述轴体的外周面之间；所述第二凸缘位于所述第二限位环与所述轴体的外周面之间。
一种井道结构，包括井道以及上述任意一种流体分隔装置；所述流体分隔装置可滑动地设置在所述井道内；所述封隔件与所述井道的内表面接触。
本发明的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
本发明实施例提供的述流体分隔装置在工作中，封隔件沿径向方向往复运动，由于封隔件上开设有连通容纳空间与外界的第一通孔，因此容纳空间内的砂砾、油蜡或铁屑等异物会被运动的封隔件挤压，从而迫使容纳空间内的异物通过第一通孔排出，如此避免了封隔件无法径向向内收回的情况发生，进而避免流体分隔装置卡在井道内。
本发明实施例提供的井道结构，由于具备上述的流体分隔装置，因此也具备流体分隔装置不易卡在井道内的技术效果。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例中需要使用的附图作简单介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施方式，不应被看作是对本发明范围的限制。对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的情况下，能够根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明的实施例提供的井道结构的结构示意图；
图2为本发明的实施例中流体分隔装置的外部结构示意图；
图3为本发明的实施例中流体分隔装置的内部结构示意图；
图4为本发明的实施例中密封环的结构示意图。
图中：010-流体分隔装置；100-轴体；101-导向孔；102-空腔；103-开口；104-沟通孔；110-第一大直径段；111-第一限位环；120-第二大直径段；121-第二限位环；200-封隔件；201-第一通孔；210-密封槽；220-弧形密封段；230-流道；240-第一凸缘；250-第二凸缘；300-弹性复位件；401-容纳空间；500-导向件；510-限位部；600-密封环；610-中间孔；611-弧形壁；620-封隔片；020-井道结构；700-井道。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1：
请参照图1，本实施例一种井道结构020.井道结构020包括井道700以及流体分隔装置010；流体分隔装置010可滑动地设置在井道700内。
请结合参照图2和图3，图2为本实施例提供的流体分隔装置010的外部结构示意图。图3为本实施例提供的流体分隔装置010的内部结构示意图。从图2和图3中可以看出，流体分隔装置010包括轴体100、封隔件200和弹性复位件300。
多个封隔件200围绕轴体100布置，弹性复位件300连接在轴体100与封隔件200之间。弹性复位件300对封隔件200施加径向向外的弹性力。封隔件200与轴体100外周面之间形成容纳空间401，封隔件200上开设有连通容纳空间401与外界的第一通孔201。
流体分隔装置010在井道700内运动的过程中，在弹性复位件300的作用下，封隔件200始终与井道700内壁接触，以将流体分隔装置010上方和流体分隔装置010下方的流体分隔开。当井道700内壁出现凹凸不平的情况时，封隔件200受到径向向内的力，封隔件200将弹性复位件300压缩并径向向内运动，以使流体分隔装置010能够顺利通过井道700内壁凹凸不平处。流体分隔装置010在井道700内运动的过程中，封隔件200始终处于不断径向运动的状态，当封隔件200径向向内运动时，容纳空间401的体积减小；当封隔件200径向向外运动时，容纳空间401的体积增大。在流体分隔装置010运动过程中，井道700内的砂砾、油蜡或铁屑等异物通过第一通孔201进入容纳空间401中。当封隔件200径向向内运动时，容纳空间401的体积减小，进而将容纳空间401中的异物通过第一通孔201挤出去。由于容纳空间401中的异物能够被实时的排出，因此避免了封隔件200无法径向向内收回的情况发生，进而避免流体分隔装置010卡在井道700内。
井道700的内壁容易附着油蜡，通过流体分隔装置010的运动，能够在避免封隔件200被卡住的情况下，将井道700内壁的油蜡刮除。具体的，在流体分隔装置010运动过程中，封隔件200将井道700内壁的油蜡刮除，被刮掉的油蜡通过第一通孔201进入容纳空间401中，随着封隔件200的挤压，油蜡又通过第一通孔201排出，排出的油蜡随着井道700内的流体运动，进而被排出至井道700外。这样能够有效避免井道700内壁上油蜡过多聚集，影响井道700内的流体流通。
进一步的，请参照图3，在本实施例中，流体分隔装置010还包括导向件500。轴体100的外周面上开设有导向孔101。导向件500的一端与封隔件200连接，导向件500的另一端与导向孔101可滑动地配合。导向件500为圆柱状，导向孔101为圆孔。设置导向件500，能够使确保封隔件200只能进行径向运动，提高流体分隔装置010的工作可靠性。
进一步的，请参照图3，在本实施例中，轴体100内具备空腔102；空腔102与导向孔101连通；导向件500的一端伸入空腔102内；导向件500位于空腔102内的一端具备限位部510。限位部510为由导向件500位于空腔102内的一端径向向外凸出的凸缘。当封隔件200沿径向向外扩张至极限位置时，限位部510与空腔102的内壁抵靠。这样，能够防止导向件500完全脱离导向孔101导致的封隔件200无法正常回位的情况发生。提高了流体分隔装置010的工作可靠性。
进一步的，请参照图3，在本实施例中，轴体100的一端开设有连通空腔102与外界的开口103；轴体100的外周面上开设有连通空腔102与容纳空间401的沟通孔104。具体的，开口103开设在轴体100的下端。当流体分隔装置010沿井道700下行时，流体通过开口103进入空腔102内，然后通过沟通孔104进入容纳空间401，对容纳空间401内的异物进行冲击。容纳空间401内的异物在流体冲击作用下，能够更加容易地通过第一通孔201排出，进一步提高了流体分隔装置010排出异物的能力。
请参照图2，从图2中可以看出，相邻的两个封隔件200之间不可避免的存在间隙，在本实施例中，该间隙被称为流道230。当流体分隔装置010上行过程中，流体分隔装置010下方的流体会通过流道230流动至流体分隔装置010上方，这导致流体分隔装置010受到的推力减小，影响流体分隔装置010的举升能力。为了提高流体分隔装置010的举升能力，在本实施例中，封隔件200的上端的外弧面设置有弧形的密封槽210，以及与密封槽210相邻的弧形密封段220；弧形密封段220搭接在相邻的封隔件200的密封槽210中，且弧形密封段220的内弧面与密封槽210的槽底面可滑动地接触。通过弧形密封段220与密封槽210的配合，能够大幅度降低流道230上端的流通面积，甚至将流道230上端封闭，进而使得流体分隔装置010上行过程中，流体分隔装置010下方的流体难以流动至流体分隔装置010上方。这样，能够有效提高流体分隔装置010受到的向上的推力，提高流体分隔装置010的举升能力。可以理解的，在其他实施方式中，也可以在封隔件200的下端设置密封槽210和弧形密封段220，或者在封隔件200的上下两端均设置密封槽210和弧形密封段220。
请参照图4，并结合图2和图3，图4为本实施例中密封环600的结构示意图,在本实施例中，流体分隔装置010还包括与封隔件200一一对应的连接的密封环600；密封环600套设在轴体100上，多个密封环600层叠设置；密封环600的中间孔610的面积大于轴体100的横截面积，以使密封环600能够随与之连接的封隔件200相对于轴体100径向运动。通过层叠设置的密封环600，够大幅度降低流道230下端的流通面积，使得流体分隔装置010下方的流体更加难以流动至流体分隔装置010上方，从而进一步提高流体分隔装置010受到的向上的推力。
进一步的，在本实施例中，中间孔610的内周壁具备相对的两段弧形壁611；弧形壁611的直径与轴体100外周面的直径相同；当封隔件200径向向内收缩至极限位置时，其中一个弧形壁611与轴体100外周面贴合；当封隔件200径向向外扩张至极限位置时，另一个弧形壁611与轴体100外周面贴合。通过弧形壁611与轴体100的配合，能够提高密封环600与轴体100之间的密封能力，使得流体分隔装置010下方的流体更加难以流动至流体分隔装置010上方，从而进一步提高流体分隔装置010受到的向上的推力。
进一步的，密封环600的外周面设置有至少两个径向凸出的封隔片620；封隔片620与相邻的封隔件200之间形成的流道230正对。通过封隔片620能够进一步降低流道230下端的流通面积，使得流体分隔装置010下方的流体更加难以流动至流体分隔装置010上方，从而进一步提高流体分隔装置010受到的向上的推力。
请再次参照图3，在本实施例中，轴体100的两端分别设置有径向凸出的第一大直径段110和第二大直径段120；第一大直径段110的外周缘设置有轴向凸出的第一限位环111；第二大直径段120的外周缘设置有轴向凸出的第二限位环121；封隔件200的两端分别设置有沿轴向延伸的第一凸缘240和第二凸缘250；第一凸缘240位于第一限位环111与轴体100的外周面之间；第二凸缘250位于第二限位环121与轴体100的外周面之间。通过是上述结构，能够对封隔件200的径向运动起限位作用，提高了流体分隔装置010的工作可靠性。
综上所述，本实施例提供的流体分隔装置010和井道结构020，避免了封隔件200无法径向向内收回的情况发生，进而避免流体分隔装置010卡在井道700内。
以上所述仅为本发明的部分实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.流体分隔装置(010)，其特征在于，包括：
轴体(100)；
围绕所述轴体(100)布置的多个封隔件(200)；以及
连接在所述轴体(100)与所述封隔件(200)之间的弹性复位件(300)，
其中，所述封隔件(200)与所述轴体(100)外周面之间形成容纳空间(401)，所述封隔件(200)上开设有连通所述容纳空间(401)与外界的第一通孔(201)；所述封隔件(200)可选择性的用于在外力的作用下沿径向向内收缩并减小所述容纳空间(401)的体积，或在所述弹性复位件(300)的作用下沿径向向外扩张并增大所述容纳空间(401)的体积；
所述流体分隔装置(010)还包括与所述封隔件(200)一一对应的连接的密封环(600)；所述密封环(600)套设在所述轴体(100)上，多个所述密封环(600)层叠设置；所述密封环(600)的中间孔(610)的面积大于所述轴体(100)的横截面积，以使所述密封环(600)能够随与之连接的所述封隔件(200)相对于所述轴体(100)径向运动。
2.根据权利要求1所述的流体分隔装置(010)，其特征在于：
所述流体分隔装置(010)还包括导向件(500)；所述轴体(100)的外周面上开设有导向孔(101)；所述导向件(500)的一端与所述封隔件(200)连接，所述导向件(500)的另一端与所述导向孔(101)可滑动地配合。
3.根据权利要求2所述的流体分隔装置(010)，其特征在于：
所述轴体(100)内具备空腔(102)；所述空腔(102)与所述导向孔(101)连通；所述导向件(500)的一端伸入所述空腔(102)内；所述导向件(500)位于所述空腔(102)内的一端具备限位部(510)；所述限位部(510)用于在所述封隔件(200)沿径向向外扩张至极限位置时与所述空腔(102)的内壁抵靠。
4.根据权利要求1所述的流体分隔装置(010)，其特征在于：
所述轴体(100)内具备空腔(102)；所述轴体(100)的一端开设有连通所述空腔(102)与外界的开口(103)；所述轴体(100)的外周面上开设有连通所述空腔(102)与所述容纳空间(401)的沟通孔(104)。
5.根据权利要求1所述的流体分隔装置(010)，其特征在于：
所述封隔件(200)沿所述轴体(100)的轴线方向的至少一端的外弧面设置有弧形的密封槽(210)，以及与所述密封槽(210)相邻的弧形密封段(220)；
所述弧形密封段(220)搭接在相邻的所述封隔件(200)的所述密封槽(210)中，且所述弧形密封段(220)的内弧面与所述密封槽(210)的槽底面可滑动地接触。
6.根据权利要求1所述的流体分隔装置(010)，其特征在于：
所述中间孔(610)的内周壁具备相对的两段弧形壁(611)；所述弧形壁(611)的直径与所述轴体(100)外周面的直径相同；当所述封隔件(200)径向向内收缩至极限位置时，其中一个所述弧形壁(611)与所述轴体(100)外周面贴合；当所述封隔件(200)径向向外扩张至极限位置时，另一个所述弧形壁(611)与所述轴体(100)外周面贴合。
7.根据权利要求1所述的流体分隔装置(010)，其特征在于：
所述密封环(600)的外周面设置有至少两个径向凸出的封隔片(620)；所述封隔片(620)与相邻的所述封隔件(200)之间形成的流道(230)正对。
8.根据权利要求1所述的流体分隔装置(010)，其特征在于：
所述轴体(100)的两端分别设置有径向凸出的第一大直径段(110)和第二大直径段(120)；所述第一大直径段(110)的外周缘设置有轴向凸出的第一限位环(111)；所述第二大直径段(120)的外周缘设置有轴向凸出的第二限位环(121)；
所述封隔件(200)的两端分别设置有沿轴向延伸的第一凸缘(240)和第二凸缘(250)；所述第一凸缘(240)位于所述第一限位环(111)与所述轴体(100)的外周面之间；所述第二凸缘(250)位于所述第二限位环(121)与所述轴体(100)的外周面之间。
9.一种井道结构(020)，其特征在于：
所述井道结构(020)包括井道(700)以及权利要求1-8中任意一项所述的流体分隔装置(010)；所述流体分隔装置(010)可滑动地设置在所述井道(700)内；所述封隔件(200)与所述井道(700)的内表面接触。
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