CN108019189A - 一种变径柱塞 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变径柱塞。该变径柱塞包括，与打捞头下端连接的弹簧座；固定于弹簧座上的复位弹簧；可顶住复位弹簧的第一限位接头；第二限位接头；位于二者之间的柱塞管；其由两个以上的上端面位于第一限位接头内侧，下端面位于第二限位接头内侧的，且可趋向相互靠近或分离的柱塞分瓣围合而成；位于柱塞管内，且上端与第一限位接头的细径处连接，下端与第二限位接头的细径处连接的中心管；与柱塞分瓣对应的，沿中心管的轴向设置的，且中间部分固定在中心管侧壁上的，两端顶住柱塞分瓣内壁的片状弹簧；设置于第二限位接头下端的具有阀球的阀座；以及穿过复位弹簧、第一限位接头、中心管和第二限位接头，且上端与弹簧座固定，下端可顶住阀球的捅杆。可变径。

Description

一种变径柱塞
技术领域
本发明涉及柱塞装置技术领域，特别涉及一种变径柱塞。
背景技术
天然气井在开采过程中，由于地层压力的逐渐下降，并且井筒内会出现积液现象，导致天然气产量减少。
在积液的前期阶段，利用地层的有效能量来举升井筒积液是可以大大减少开采天然气成本的。
对于积液的天然气井现在使用比较多的主要有泡沫排水采气和柱塞气举排水采气。泡沫排水采气主要应用泡排剂来举升井筒内的积液。该方法操作简单，成本低，但是有些泡排剂在井筒中不能完全排出可能影响储层，对后期采气影响很大，所以有些天然气井也选用柱塞气举排水采气。柱塞气举排水采气将柱塞作为气液之间的机械界面，将举升气体和被举升的液体分开，利用气井自身能量推动柱塞在井筒内的油管中进行周期地举液，能够有效地阻止气体上窜和液体回落，减少液体“滑脱”效应，增加间歇气举效率。对常规连续气举或间歇气举效率不高的气井，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和结垢的气井，沿井筒内的油管上下来回往复的柱塞可以干扰破坏结蜡结垢的过程。这样就省下了清蜡阻垢的工序，节约了生产时间和生产成本。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：由于柱塞的外径最大处略小于与井筒内的油管的管径才能达到举升液体，实现排水采气，而有些气井的井口设备管径比油管的管径小，使得现有的柱塞无法下入井筒内的油管中，导致该气井不能使用柱塞气举排水采气，或若想使用柱塞气举排水采气必须更换井口设备，但是更换井口设备会大大增加生产成本。
发明内容
本发明提供一种变径柱塞，用以解决有些气井的井口设备管径比井筒内的油管的管径小，无法使用柱塞气举排水采气或使用柱塞气举排水采气会大大增加生产成本的问题。技术方案，如下：
本发明提供了一种变径柱塞，包括，
打捞头；
与所述打捞头下端连接的弹簧座；
固定于所述弹簧座上的复位弹簧；
可顶住所述复位弹簧的上细下粗的第一限位接头；
上粗下细的第二限位接头；
位于所述第一限位接头和所述第二限位接头之间的柱塞管；
所述柱塞管由两个以上的上端面位于所述第一限位接头内侧，下端面位于所述第二限位接头内侧的，且可趋向相互靠近或分离的柱塞分瓣围合而成；
位于所述柱塞管内，且上端与所述第一限位接头的细径处连接，下端与所述第二限位接头的细径处连接的中心管；
与所述柱塞分瓣对应的，且沿所述中心管的轴向设置的，且中间部分固定在所述中心管侧壁上的，两端顶住所述柱塞分瓣内壁的片状弹簧；
设置于所述第二限位接头下端的具有阀球的阀座；以及
穿过所述复位弹簧、所述第一限位接头、所述中心管和所述第二限位接头，且上端与所述弹簧座固定，下端可顶住所述阀球的捅杆。
在本发明的一种优选实施方式中，所述柱塞分瓣的个数为2的倍数；所述柱塞分瓣分为两侧具有外延的第一柱塞分瓣和两侧具有与所述外延相配合的凹陷的第二柱塞分瓣；所述第一柱塞分瓣与所述第二柱塞分瓣交错分布围合成所述柱塞管。
在本发明的一种更优选实施方式中，所述第一柱塞分瓣的外延上具有至少一个缺口；所述第二柱塞分瓣具有与所述缺口相配合的突片。
在本发明的一种优选实施方式中，所述柱塞分瓣的一侧具有第一外延，另一侧具有第一凹陷。
在本发明的一种优选实施方式中，所述变径柱塞还包括设置于所述打捞头下端的限位簧片；
所述限位簧片包括：管体和与所述管体的下端相连接的至少两个片爪；所述管体与所述打捞头的下端连接；
所述弹簧座的上端位于所述管体内，且可沿所述管体的轴线滑动，并且所述弹簧座的部分外侧面可与所述片爪的内侧面贴合。
在本发明的一种优选实施方式中，所述片爪由与所述管体的下端连接的爪根部分，与所述爪根部分相连接的中间部分和与所述中间部分相连接的爪尖部分组成；所述爪根部分的靠近与所述管体的下端连接处的内侧具有凹槽，或所述爪根部分的厚度小于所述中间部分的厚度。
在本发明的一种更优选实施方式中，所述变径柱塞还包括与所述弹簧座连接的，并且可沿所述打捞头的轴线滑动的并卡在打捞头的细径端面的限位丝堵。
在本发明的一种优选实施方式中，设置于所述第二限位接头内部，且可沿所述第二限位接头的轴线滑动，且卡在所述第二限位接头的细径端面的，与所述捅杆连接的用于扶正所述捅杆的扶正块。
在本发明的一种优选实施方式中，在所述扶正块的下方设置有与所述捅杆连接，且可顶住所述扶正块的备帽。
在本发明的一种优选实施方式中，所述扶正块为中心有螺纹通孔的“十”字型结构，所述捅杆具有与所述螺纹通孔配合的螺纹。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：本发明提供的一种变径柱塞，对于井口设备管径比井筒内的油管的管径小的气井，无需更换井口设备也能使用柱塞气举排水采气。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种实施例提供的一种变径柱塞的结构示意图；
图2为本发明一种实施例提供的一种变径柱塞中第一柱塞分瓣的结构示意图；
图3为图2的c向投影图；
图4为图2的沿A-A向的剖视图；
图5本发明一种实施例提供的一种变径柱塞中第二柱塞分瓣的结构示意图；
图6为图5的c向投影图；
图7为图5的沿A-A向剖视图；
图8为本发明一种实施例提供的一种变径柱塞中限位簧片的结构示意图；
图9为图8的俯视图。
图中的附图标记分别表示：
10、限位丝堵；20、打捞头；30、限位簧片；31、管体；311、第一凹槽；32、片爪；321、爪根部分；3211、凹槽；322、中间部分；323、爪尖部分；40、弹簧座；50、复位弹簧；60、捅杆；70、第一限位接头；80、中心管；90、柱塞分瓣；91、第一柱塞分瓣；911、外延；912、缺口；92、第二柱塞分瓣；921、凹陷；922、突片；100、柱塞管；110、片状弹簧；120、第二限位接头；130、阀球；140、阀座；150、扶正块；160、备帽。
具体实施方式
为使本发明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方式作进一步地详细描述。
图1为本发明一种实施例提供的一种变径柱塞的结构示意图。参见图1，本发明提供的一种变径柱塞，包括，
打捞头20；
与打捞头20下端连接的弹簧座40；
固定于弹簧座40上的复位弹簧50；
可顶住复位弹簧50的上细下粗的第一限位接头70；
上粗下细的第二限位接头120；
位于第一限位接头70和第二限位接头120之间的柱塞管100；
柱塞管100由两个以上的上端面位于第一限位接头70内侧，下端面位于第二限位接头120内侧的，且可趋向相互靠近或分离的柱塞分瓣90围合而成；
位于柱塞管100内，且上端与第一限位接头70的细径处连接，下端与第二限位接头120的细径处连接的中心管80；
与柱塞分瓣90对应的，且沿中心管80的轴向设置的，且中间部分固定在中心管80侧壁上的，两端顶住柱塞分瓣90内壁的片状弹簧110；
设置于第二限位接头120下端的具有阀球130的阀座140；以及
穿过复位弹簧50、第一限位接头70、中心管80和第二限位接头120，且上端与弹簧座40固定，下端可顶住阀球130的捅杆60。
本发明提供的变径柱塞，在井口设备的管径比油管的管径小的情况下，可通过用力挤压构成柱塞管100的柱塞分瓣90，使得中间部分固定在中心管80侧壁上且两端顶住柱塞分瓣90的内壁的片状弹簧110发生形变，各柱塞分瓣90相互靠近，从而使柱塞管100的管径变小，使变径柱塞顺利通过井口设备，下入井下油管后，片状弹簧110恢复形变，使柱塞分瓣90趋向于相互分离，使得柱塞管100的管径变大恢复原来大小略小于油管的管径，变径柱塞依靠自身重力下落在井下的卡定器，其中阀球130先落在卡定器上，阀座140、第二限位接头120、柱塞管100、第一限位接头70随后下落，复位弹簧50被压缩，使得桶杆60顶住阀球130，变径柱塞和卡定器封住井底，使井底的憋压越来越大，当井底憋压达到变径柱塞启动压力时，变径柱塞举升一部分液体被下面的气体顶住向上运动，达到井口时，桶杆60上端被井口捕捉器卡住，桶杆60顶开阀球130，气体通过中心管80排出，变径柱塞再次下落，从而实现变径柱塞气举排水的功能。
变径柱塞气举排水结束后，打捞装置连接打捞头20上提至井口，在井口设备处，柱塞分瓣90受挤压，柱塞管100的管径变小，从井口设备中挤出。
需要说明的是，打捞头20与第一限位接头70可以为方便拆装的螺纹连接；中心管80与第一限位接头70和第二限位接头120可以为螺纹连接；第二限位接头120与阀座140可以螺纹连接。
还有，打捞头20可以呈上细下粗的圆管状，为了准确落在定卡器而实现准确地封阻井底气体，打捞头的轴线与第一限位接头70、桶杆60、中心管80、柱塞管100、第二限位接头120的轴线重合，而且阀球130的球心位于轴线上。
再有，为了减轻柱塞自身的重量，如图1所示，阀球130可以为中空球体。
由于变径柱塞在气举排水时，作为气液之间的机械界面，应当尽量缩小柱塞分瓣90之间可能产生的缝隙对气举排水的影响气体上窜和液体回落，即“滑脱”效应，本发明的一种改进的实施方式，当柱塞分瓣90的个数为2的倍数时，如图2至图7所示，柱塞分瓣90分为两侧具有外延911的第一柱塞分瓣91和两侧具有与外延911相配合的凹陷921的第二柱塞分瓣92；第一柱塞分瓣91与第二柱塞分瓣92交错分布围合成柱塞管100。
作为第一柱塞分瓣91和第二柱塞分瓣92的进一步改进，第一柱塞分瓣91的外延911上具有至少一个缺口912，第二柱塞分瓣92具有与缺口912相配合的突片922。
为了减小柱塞分瓣之间的缝隙，本发明人的另一种改进的实施方式，柱塞分瓣90的一侧具有第一外延，另一侧具有第一凹陷。
为了井口捕捉器准确无误地卡住变径柱塞，实现变径柱塞的周期性气举排水，作为本发明的再一种改进的实施方式，变径柱塞还包括设置于打捞头20下端的限位簧片30；限位簧片30包括：管体31和与管体31的下端相连接的至少两个片爪32；管体31与打捞头20的下端连接；弹簧座40的上端位于管体31内，且可沿管体31的轴线滑动，并且弹簧座40的部分外侧面可与片爪32的内侧面贴合。限位簧片30与相对其滑动的弹簧座40有一定距离，使得限位簧片30受挤压容易发生形变，变径柱塞顺利从井口设备下入油管内。变径柱塞上行至井口时，由于弹簧座40的部分外侧面与片爪32的内侧面贴合，使得限位簧片30的片爪32不能发生形变，从而顶在井口处，桶杆60被井口捕捉器卡住，变径柱塞不能再继续上行。
为了使限位簧片30更容易发生形变，使得变径柱塞能容易下入井下油管中，如图8所示，片爪32由与管体31的下端连接的爪根部分321，与爪根部分321相连接的中间部分322和与中间部分322相连接的爪尖部分323；爪根部分321的靠近与管体31的下端连接处的内侧具有凹槽3211。
为了使限位簧片30更容易发生形变，使得变径柱塞能容易下入井下油管中，本发明的另一种实现方式可以为爪根部分321的厚度小于中间部分322的厚度。
在实际应用中，如图8和图9所示，片爪32围绕着管体31的圆周平均分布，片爪的个数可以为4个。不仅如此，在实际应用中，凹槽3211处爪跟部分321的厚度可以为1.5mm。
还有，在实际应用中，限位簧片30可以与第一限位接头70螺纹连接，并且，如图8所示，限位簧片30的螺纹下方可设置有沿管体31一周的具有限位的第一凹槽311，防止在气举排水时，限位簧片30相对第一限位接头70转动。
为了方便手动使弹簧座40相对于限位簧片30滑动，如图1所示，变径柱塞还包括与弹簧座40连接的，并且可沿打捞头20的轴线滑动并卡在打捞头20的细径端面的限位丝堵10。柱塞气举排水结束后，在打捞变径柱塞打捞时，向下按限位丝堵10，使得弹簧座40向下运动，与限位簧片30迅速分离，使限位簧片30的片爪32发生趋向管体31轴线的形变，顺利通过井口设备，将变径柱塞打捞上来。
在实际应用中，限位丝堵10可以呈上细下粗的且具有内螺纹的异径杆状结构，通常可以由不具有螺纹的光杆和具有内螺纹的圆管体焊接而成。光杆可沿打捞头20滑动，而圆管体和卡在打捞头20的细径端面上。弹簧座40与圆管体螺纹连接。
在实际应用中，为了使桶杆60不会相对于中心管80左右晃动，能准确地顶住阀球130，本发明的变径柱塞还包括，设置于第二限位接头120内部，且可沿第二限位接头120的轴向滑动，且卡在第二限位接头120的细径端面的，与捅杆60连接的用于扶正捅杆60的扶正块150。优选为，扶正块150为中心有螺纹通孔的“十”字型结构，捅杆60具有与螺纹通孔配合的螺纹。此处所说的“十”字型结构可以理解为扶正块150的横截面为“十”字型。
为了使扶正块150不会相对于桶杆60移动，在扶正块150的下方设置有与捅杆60连接，且可顶住扶正块150的备帽160。备帽160可以与桶杆60螺纹连接，并且，优选为备帽160的螺纹方向与扶正块150的螺纹方向相反。
当上述的部分优选方式组合在一起实施时，可以组合为以下实施例，如图1所示，一种变径柱塞，包括：
上细下粗的圆管状的打捞头20；
上细下粗的可沿打捞头20轴线滑动，并可卡在打捞头20的细径端面的异径杆状的限位丝堵10；
与打捞头20下端螺纹连接的限位簧片30；
限位簧片30包括：管体31和与管体31的下端相连接的4个片爪32；管体31与打捞头20的下端连接；
与限位丝堵10连接，且可沿限位簧片30的管体31的轴线滑动，并且其部分外侧面可与片爪32的内侧面贴合的弹簧座40；
固定于弹簧座40上的复位弹簧50；
可顶住复位弹簧50的上细下粗的第一限位接头70；
上粗下细的第二限位接头120；
位于第一限位接头70和第二限位接头120之间的柱塞管100；
柱塞管100由上端面位于第一限位接头70内侧下端面位于第二限位接头120内侧的，且可趋向相互靠近或分离的柱塞分瓣90围合而成；
柱塞分瓣90的个数为2的倍数；柱塞分瓣90分为两侧具有外延911的第一柱塞分瓣91和两侧具有与外延911相配合的凹陷921的第二柱塞分瓣92；第一柱塞分瓣91与第二柱塞分瓣92交错分布围合成柱塞管100；
位于柱塞管100内，且上端与第一限位接头70的细径处连接，下端与第二限位接头120的细径处连接的，且轴线与柱塞管100的轴线重合的中心管80；
与柱塞分瓣90对应的，且沿中心管80的轴向设置的，且中间部分固定在中心管80侧壁上的，两端顶住柱塞分瓣90内壁的片状弹簧110；
设置于第二限位接头120下端的具有阀球130的阀座140；以及
穿过复位弹簧50、第一限位接头70、中心管80和第二限位接头120，且上端与弹簧座40固定，下端可顶住阀球130的捅杆60。
由以上实施例可知，本发明提供的一种变径柱塞，可改变柱塞管的管径，对于井口设备管径比井筒内的油管的管径小的气井也可以使用柱塞气举排水采气并且在气举排水的过程中，通过柱塞管径最大处与油管相适应和柱塞分瓣之间的紧密围合成圆筒形的柱塞管可以大大减少液体“滑脱”效应。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。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 (10)

1.一种变径柱塞，其特征在于，包括，
打捞头(20)；
与所述打捞头(20)下端连接的弹簧座(40)；
固定于所述弹簧座(40)上的复位弹簧(50)；
可顶住所述复位弹簧(50)的上细下粗的第一限位接头(70)；
上粗下细的第二限位接头(120)；
位于所述第一限位接头(70)和所述第二限位接头(120)之间的柱塞管(100)；
所述柱塞管(100)由两个以上的上端面位于所述第一限位接头(70)内侧，下端面位于所述第二限位接头(120)内侧的，且可趋向相互靠近或分离的柱塞分瓣(90)围合而成；
位于所述柱塞管(100)内，且上端与所述第一限位接头(70)的细径处连接，下端与所述第二限位接头(120)的细径处连接的中心管(80)；
与所述柱塞分瓣(90)对应的，且沿所述中心管(80)的轴向设置的，且中间部分固定在所述中心管(80)侧壁上的，两端顶住所述柱塞分瓣(90)内壁的片状弹簧(110)；
设置于所述第二限位接头(120)下端的具有阀球(130)的阀座(140)；以及
穿过所述复位弹簧(50)、所述第一限位接头(70)、所述中心管(80)和所述第二限位接头(120)，且上端与所述弹簧座(40)固定，下端可顶住所述阀球(130)的捅杆(60)。
2.根据权利要求1所述的变径柱塞，其特征在于，所述柱塞分瓣(90)的个数为2的倍数；所述柱塞分瓣(90)分为两侧具有外延(911)的第一柱塞分瓣(91)和两侧具有与所述外延(911)相配合的凹陷(921)的第二柱塞分瓣(92)；所述第一柱塞分瓣(91)与所述第二柱塞分瓣(92)交错分布围合成所述柱塞管(100)。
3.根据权利要求2所述的变径柱塞，其特征在于，所述第一柱塞分瓣(91)的外延(911)上具有至少一个缺口(912)；所述第二柱塞分瓣(92)具有与所述缺口(912)相配合的突片(922)。
4.根据权利要求1所述的变径柱塞，其特征在于，所述柱塞分瓣(90)的一侧具有第一外延，另一侧具有第一凹陷。
5.根据权利要求1所述的变径柱塞，其特征在于，所述变径柱塞还包括设置于所述打捞头(20)下端的限位簧片(30)；
所述限位簧片(30)包括：管体(31)和与所述管体(31)的下端相连接的至少两个片爪(32)；所述管体(31)与所述打捞头(20)的下端连接；
所述弹簧座(40)的上端位于所述管体(31)内，且可沿所述管体(31)的轴线滑动，并且所述弹簧座(40)的部分外侧面可与所述片爪(32)的内侧面贴合。
6.根据权利要求5所述的变径柱塞，其特征在于，所述片爪(32)由与所述管体(31)的下端连接的爪根部分(321)，与所述爪根部分(321)相连接的中间部分(322)和与所述中间部分(322)相连接的爪尖部分(323)组成；所述爪根部分(321)的靠近与所述管体(31)的下端连接处的内侧具有凹槽(3211)，或所述爪根部分(321)的厚度小于所述中间部分(322)的厚度。
7.根据权利要求6所述的变径柱塞，其特征在于，所述变径柱塞还包括与所述弹簧座(40)连接的，并且可沿所述打捞头(20)的轴线滑动的并卡在打捞头(20)的细径端面的限位丝堵(10)。
8.根据权利要求1所述的变径柱塞，其特征在于，设置于所述第二限位接头(120)内部，且可沿所述第二限位接头(120)的轴线滑动，且卡在所述第二限位接头(120)的细径端面的，与所述捅杆(60)连接的用于扶正所述捅杆(60)的扶正块(150)。
9.根据权利要求8所述的变径柱塞，其特征在于，在所述扶正块(150)的下方设置有与所述捅杆(60)连接，且可顶住所述扶正块(150)的备帽(160)。
10.根据权利要求8所述的变径柱塞，其特征在于，所述扶正块(150)为中心有螺纹通孔的“十”字型结构，所述捅杆(60)具有与所述螺纹通孔配合的螺纹。
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