CN107916913A - 一种自适应压力滑套控制式气井智能连续排水采气柱塞 - Google Patents

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Abstract

一种自适应压力滑套控制式气井智能连续排水采气柱塞，包括空心结构的柱塞本体，本体外壁设密封橡胶体及进液孔，空心内腔设有卡爪定位槽并依次套装滑套和弹簧；滑套上端通过螺纹与打捞头连接；打捞头上部连接捕捉器本体内部；所述弹簧压缩于柱塞本体内腔；柱塞本体通过螺纹依次连接动力舱、控制舱、电池仓、传感器舱；电池组通过电路为传感器和控制电路及电动机供电；柱塞内通道的打开可使柱塞快速下行，实现不关井连续生产；利用传感器实时反馈控制电路，可实时调整每周期举升液量，实现柱塞工具对井况条件的自适应智能化；通过控制电路设定滑套开启条件，控制不同井工作周期举液量，实现不同井况条件柱塞的自适应智能化。

Description

一种自适应压力滑套控制式气井智能连续排水采气柱塞
技术领域
本发明涉及石油天然气开采领域的井下排水采气工具，特别涉及一种自适应压力滑套控制式气井智能连续排水采气柱塞。
背景技术
气井在生产时或多或少都会产出一些液体，当井筒内气体的流速大于携液临界流速时，液体以液滴的形式被气体携带到地面，气体呈连续相而液体呈非连续相；当气体流速较低，不能提供足够的能量使井筒中的液体流出井口时，液体将与气体呈反方向流动并积存于井底，最后会导致井底积液。目前我国产水气藏所占比重较大，且近年来气水同产井所占比例逐年上升。气井产水的危害是非常严重的，只需少量积液就会使低压气井停喷。针对气藏产水的问题，目前现场广泛采用各种排水采气措施，柱塞举升排水采气方法是一种广泛应用的排水采气措施。
使用柱塞气举方法可以增大生产压差，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。柱塞气举还可以用于易结蜡、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，节省了生产时间和生产费用。但也存在一些问题，如工艺流程较复杂、生产不连续、关井时间长等。
目前常用排水采气柱塞有实心棒式柱塞、衬垫式柱塞、旁通式柱塞及分体式柱塞，其共同存在的不足是无法控制柱塞单次工作周期的举升液量。当井底积液过多时，柱塞上行阻力较大，柱塞可能出现无法到达井口工艺失败的现象，增加多余的修井打捞作业；当井底积液较少时，地层压力恢复较低，柱塞上行过程液体漏失严重，举液效率较低。故而需要一种新型可控制单次举升液量的柱塞排水采气工具。
发明内容
为克服上述现有柱塞工具中存在的问题，本发明的目的在于提供一种自适应压力滑套控制式气井智能连续排水采气柱塞，通过传感器实测井底数据并反馈给控制电路，实时调整滑套开启条件的自适应压力滑套控制式气井智能连续排水采气柱塞，柱塞既可完成气井排水采气作业，同时可由传感器收集井底数据，传输至控制电路储存，并随柱塞上升排液到达井口，方便数据的读取保存，完成测井作业。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种自适应压力滑套控制式气井智能连续排水采气柱塞，包括空心结构的柱塞本体3，柱塞本体3外壁设有均匀分布凹槽且凹槽内装有密封橡胶体5，柱塞本体3外壁还设有周向均布的四个本体进液孔6，柱塞本体3内壁设有卡爪定位槽15，柱塞本体3空心内腔依次套装有滑套2和弹簧9；所述滑套2上部为空心结构，滑套2中下部设有周向均布的四个滑套进液孔7，滑套2底部设有卡爪8，滑套2上端通过螺纹与打捞头1连接；打捞头1上部连接捕捉器本体27内部；所述弹簧9一端抵住滑套2下端，另一端抵住滑块14上端压缩于柱塞本体3内腔；柱塞本体3通过螺纹连接动力舱16，动力舱16内安置电动机10；动力舱16通过螺纹连接控制舱17，控制舱17内安置控制电路11；控制舱17通过螺纹连接电池仓18，电池仓18内安置电池组12；电池仓18通过螺纹连接传感器舱19，传感器舱内19安置传感器13；电池组12正负极通过电路与传感器13和控制电路11及电动机10连接，形成电流及控制信号的传输以及为电动机提供动力。
所述捕捉器本体27上端通过螺纹连接捕捉器上盖26，捕捉器上盖26抵住捕捉器复位弹簧20一端，捕捉器复位弹簧20另一端抵住捕捉爪22，捕捉爪22上部台阶面与液压滑套24端面配合，液压滑套24与捕捉器本体27内腔配合形成环形液压腔25，液压腔25与旁通口21连通，所述捕捉爪22受捕捉器本体27内腔直径限制处于收缩状态，捕捉器本体27内径设有大径处23，捕捉爪22上行进入大径处23时能够靠自身弹力张开。
本发明的有益效果
本发明提供一种排水采气柱塞工具具有以下优点：
1、柱塞内通道的打开可实现柱塞在积液中快速下行，实现柱塞排水采气的不关井连续生产；
2、传统柱塞工具存在无法控制每个工作周期举升液量的缺陷。当积液过多时，会导致柱塞工具无法顺利到达井口，工艺失败；当积液较少时，地层压力恢复时间短，柱塞上行速度较慢，液体漏失明显，柱塞排液效果较差。本发明提供柱塞可以很好解决该问题，通过压力滑套控制每个工作周期举升液量，使柱塞处于最佳工作效率状态；
3、本发明利用传感器实时采集井底数据，随着气井的生产过程地层条件的改变，传感器数据反馈控制电路，柱塞可实时调整每周期单次举升液量，实现柱塞工具对井况条件的自适应智能化，减少关井次数，提高生产效率；
4、针对不同井井况条件的不同，可通过控制电路设定柱塞滑套的不同开启条件，控制每口井不同的单次工作周期举液量，实现针对不同井况条件柱塞的自适应智能化，达到每口井工作效率的最优值；
5、可由传感器及控制电路实现对井底底层条件的数据采集，实现测井生产一体化。
附图说明
图1为本发明结构示意图，其中图1a为内部剖视图，图1b为外部示意图。
图2为柱塞下行及进液过程中滑套内通道打开状态图。
图3为与本发明配合使用的捕捉器结构示意图，其中图3a为内部剖视图，图3b为外部示意图。
图4为捕捉器本体27与柱塞配合示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细叙述。
参照图1、图2，一种自适应压力滑套控制式气井智能连续排水采气柱塞，包括空心结构的柱塞本体3，柱塞本体3外壁设有均匀分布凹槽且凹槽内装有密封橡胶体5，柱塞本体3外壁还设有周向均布的四个本体进液孔6，柱塞本体3内壁设有卡爪定位槽15，柱塞本体3空心内腔依次套装有滑套2和弹簧9；所述滑套2上部为空心结构，滑套2中下部设有周向均布的四个滑套进液孔7，滑套2底部设有卡爪8，滑套2上端通过螺纹与打捞头1连接，参照图4，打捞头1上部连接捕捉器本体27内部；参照图3，所述捕捉器本体27上端通过螺纹连接捕捉器上盖26，捕捉器上盖26抵住捕捉器复位弹簧20一端，捕捉器复位弹簧20另一端抵住捕捉爪22，实现对捕捉爪的复位，捕捉爪22上部台阶面与液压滑套24端面配合，实现液压力到捕捉爪的传递，液压滑套24与捕捉器本体27内腔配合形成环形液压腔25，液压腔25与旁通口21连通，实现液压油由旁通口21进入液压腔25，所述捕捉爪22受捕捉器本体27内腔直径限制处于收缩状态，捕捉器本体27内径设有大径处23，捕捉爪22上行进入大径处23时能够靠自身弹力张开；所述弹簧9一端抵住滑套2下端，另一端抵住滑块14上端，压缩于柱塞本体3内腔；柱塞本体3通过螺纹连接动力舱16，动力舱16内安置电动机10；动力舱16通过螺纹连接控制舱17，控制舱17内安置控制电路11；控制舱17通过螺纹连接电池仓18，电池仓18内安置电池组12；电池仓18通过螺纹连接传感器舱19，传感器舱内19安置传感器13；电池组12正负极通过电路与传感器13和控制电路11及电动机10连接，形成电流及控制信号的传输以及为电动机提供动力。
本发明的工作原理为：
柱塞以传感器13接收数据为控制源，在柱塞工具开始投入井筒前，根据已有井况资料设置传感器启动信号。传感器13、控制电路11与电动机10均由电池组12供电。当传感器13感受到预定启动条件时，发送信号给控制电路11，控制电路启动电动机10工作。电动机10根据已设定的地层条件与单次举升液量的关系调节滑块14上下移动，改变弹簧9的预设形变量，从而实现所述柱塞工具单次举升液量的改变，实现随同一口井生产过程中底层条件改变柱塞工具的自适应化，以及不同井地层条件不同时柱塞的自适应化。同时，由传感器及控制电路实现对井底底层条件的数据采集，实现测井生产一体化。
所述柱塞在下行阶段，柱塞内滑套2位于上止点，滑套内通道4由径向均布的四个进液孔7与柱塞本体径向均布的四个进液孔6连通，井内积液经通孔6进入滑套内通道4流入柱塞上部，实现柱塞在积液中的快速下行。
柱塞到达井底后，滑套进液孔7与柱塞本体进液孔6扔保持连通状态。井内积液经通孔6进入滑套内通道流入柱塞上部。随着柱塞上部积液的逐渐增多，液体载荷逐渐增大，液柱载荷直接作用于滑套内底面，支撑柱塞滑套的弹簧9被逐步压缩，滑套2相对柱塞本体3下行。当积液量达到柱塞举升的临界携液量时，滑套2下行至滑套径向进液孔7与柱塞本体进液孔6的关闭位置，形成密封的柱塞整体。滑套下端卡爪8卡入卡爪定位槽15内，实现滑套的坐卡，保持通道的关闭。
滑套与柱塞本体径向通孔关闭后，柱塞上行，推动柱塞上部的液柱上行至井口排出。参照图3，捕捉器捕捉爪22受捕捉器内径限制处于收缩状态，柱塞上行至井口后，柱塞打捞头1推动捕捉器捕捉爪22上行，进入捕捉器内腔大径23处，捕捉爪张开，柱塞打捞头进入捕捉爪形成的内腔。在捕捉器复位弹簧20作用下，捕捉爪下行收缩，完成对柱塞的捕捉。柱塞本体外圆锥面与捕捉器内腔圆锥面接触。
待井内积液排出，柱塞下部气体产出后，经捕捉器旁通口21向捕捉器液压腔25注入液压油。液压力经由液压滑套24推动捕捉爪22上行，压缩复位弹簧20。由于捕捉器内腔圆锥面作用，柱塞本体保持静止，捕捉爪22经柱塞打捞头1拉动柱塞滑套2相对柱塞本体3上行。柱塞滑套卡爪8从柱塞内壁卡爪定位槽15中脱出，并在柱塞弹簧9作用下复位于上止点，实现柱塞滑套内通道的连通。同时，捕捉爪22再次进入捕捉器内腔大径23处，捕捉爪22张开，投放柱塞。液压油经由捕捉器旁通口21泄出，在捕捉器复位弹簧20的作用下，捕捉爪23下行复位，等待再次捕捉柱塞，完成一个生产周期。柱塞下行进入井筒，开始第二个生产周期。

Claims (2)

1.一种自适应压力滑套控制式气井智能连续排水采气柱塞，其特征在于，包括空心结构的柱塞本体(3)，柱塞本体(3)外壁设有均匀分布凹槽且凹槽内装有密封橡胶体(5)，柱塞本体(3)外壁还设有周向均布的四个本体进液孔(6)，柱塞本体(3)内壁设有卡爪定位槽(15)，柱塞本体(3)空心内腔依次套装有滑套(2)和弹簧(9)；所述滑套(2)上部为空心结构，滑套(2)中下部设有周向均布的四个滑套进液孔(7)，滑套(2)底部设有卡爪(8)，滑套(2)上端通过螺纹与打捞头(1)连接；打捞头(1)上部连接捕捉器本体(27)内部；所述弹簧(9)一端抵住滑套(2)下端，另一端抵住滑块(14)上端压缩于柱塞本体(3)内腔；柱塞本体(3)通过螺纹连接动力舱(16)，动力舱(16)内安置电动机(10)；动力舱(16)通过螺纹连接控制舱(17)，控制舱(17)内安置控制电路(11)；控制舱(17)通过螺纹连接电池仓(18)，电池仓(18)内安置电池组(12)；电池仓(18)通过螺纹连接传感器舱(19)，传感器舱内(19)安置传感器(13)；电池组(12)正负极通过电路与传感器(13)和控制电路(11)及电动机(10)连接，形成电流及控制信号的传输以及为电动机提供动力。
2.根据权利要求1所述的一种自适应压力滑套控制式气井智能连续排水采气柱塞，其特征在于，所述捕捉器本体(27)上端通过螺纹连接捕捉器上盖(26)，捕捉器上盖(26)抵住捕捉器复位弹簧(20)一端，捕捉器复位弹簧(20)另一端抵住捕捉爪(22)，捕捉爪(22)上部台阶面与液压滑套(24)端面配合，液压滑套(24)与捕捉器本体(27)内腔配合形成环形液压腔(25)，液压腔(25)与旁通口(21)连通，所述捕捉爪(22)受捕捉器本体(27)内腔直径限制处于收缩状态，捕捉器本体(27)内径设有大径处(23)，捕捉爪(22)上行进入大径处(23)时能够靠自身弹力张开。
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