CN110593826B - 一种基于磁流变弹性橡胶可打捞式气嘴可调井下节流器 - Google Patents

一种基于磁流变弹性橡胶可打捞式气嘴可调井下节流器 Download PDF

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Abstract

一种基于磁流变弹性橡胶可打捞式气嘴可调井下节流器，包括投放头，投放头与定位环连接，定位环内圈连接有油管，油管穿过打捞颈、卡瓦、锥座及磁流变弹性橡胶密封胶筒，且端头设置气嘴；气嘴内设置可上下移动的弹簧及小球，可调节流经气嘴的流体的流量；磁流变弹性橡胶密封胶筒分三层，由内至外为锰锌永磁铁、磁流弹性橡胶及耐油橡胶，锰锌永磁铁与磁流弹性橡胶相吸附；坐封时在井外对胶筒定型后下入井内，卡瓦锚定套管，在油气轴向压缩膨胀作用力下，胶筒与套管密封；解封打捞时，下入高温热导体，锰锌永磁铁磁性消失，磁流弹性橡胶由固体变为可发生形变的橡胶体，胶筒与油管可解封打捞；本发明具有结构简单、省时省力、效率高及安全性好的优点。

Description

一种基于磁流变弹性橡胶可打捞式气嘴可调井下节流器
技术领域
本发明涉及一种井下节流器，具体涉及一种基于磁流变弹性橡胶可打捞式气嘴可调井下节流器。
背景技术
井下节流器是实现气井尤其是高压气井生产过程节流降压、产量控制、控制水合物形成以及简化地面流程的重要井下工具。目前应用的油管卡瓦式井下节流器卡定机构是采用齿形、材质、加工工艺相同的3片卡瓦组成，依靠压差使卡瓦和油管内壁产生作用力来达到固定的。但随着气井生产管柱管径的增大，卡瓦式井下节流器密封面积增大，其坐封后承受的压差也增大，同时该类节流器通过向下震击使得卡瓦与锥体之间发生相对位移来解封节流器；但随着节流器坐封力的增大，其解封力也随之增大，井下节流器在长时间服役后，节流器密封胶筒很容易在高温、高压及疲劳交变载荷作用下发生蠕变和老化，与井筒胶黏，导致节流器打捞困难，甚至会发生井下事故。另外，由于每口井的参数各异，采集量不稳定，且在油气开采过程中，井下原油、天然气都含有一定的杂质，泥沙在高温高速环境中会对输送管线及设备产生冲击磨损，尤其是对节流器气嘴产生冲蚀。
新型智能材料—磁流液填充到橡胶中的智能化体积和弹性可控的磁流变弹性橡胶，是将微米尺度的铁磁性颗粒掺入到高分子聚合物中，在磁场环境下固化，从而基体内的颗粒具有链或柱状结构。这种材料的弹性模量可随外加磁场强度而变化，因此有望在变刚度器件等方面得到广泛的应用。磁流变弹性体具有可控性、可逆性、响应迅速等高技术特征，还具有稳定性好等独特的优点。磁流变弹性体广泛应用于汽车、火车、舰船等运载工具的减振降噪。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于磁流变弹性橡胶可打捞式气嘴可调井下节流器，能够根据作业情况及时自动调节节流器气嘴的大小，避免因井下环境变化导致的采集量不稳定，以满足集中输送的需要；同时，解决了胶筒与油管密封时，在高温、高压及疲劳交变载荷作用下发生蠕变和老化，与油管黏为一体，导致节流器打捞困难的问题，具有结构简单、省时省力、效率高及安全性好的优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于磁流变弹性橡胶可打捞式气嘴可调井下节流器，包括：投放头1，所述投放头1一端设置有定位环2，所述定位环2内圈与油管3的一端可拆卸连接，所述油管3另一端依次穿过打捞颈4、卡瓦5、锥座6及磁流变弹性橡胶密封胶筒7，且其伸出的端头设置有气嘴8；所述打捞颈4及锥座6与油管3外壁可拆卸连接，所述磁流变弹性橡胶密封胶筒7与油管3吸附固定，所述弹性橡胶密封胶筒7与防砂罩12轴向可拆卸连接，所述防砂罩12内设置有防砂管11，所述气嘴8接在防砂管11内设置的气嘴座9上，所述气嘴8的开口处与防砂管11内设置的弹簧A10一端相接触并处于被压缩状态。
所述磁流变弹性橡胶密封胶筒7分为三层，所述磁流变弹性橡胶密封胶筒7内层为锰锌永磁铁7-1，锰锌永磁铁7-1外设置有磁流弹性橡胶7-2，磁流弹性橡胶7-2外包覆有耐油橡胶7-3，锰锌永磁铁7-1与磁流弹性橡胶7-2相吸附。
所述气嘴8包括设置于气嘴8顶部的嘴口8-1，在所述气嘴8内，嘴口8-1的下方设有小球8-2，小球8-2通过支杆8-5固定在载板8-3上部正中，载板8-3外圈与弹簧B8-4相连接，弹簧B8-4固定安装于气嘴8竖直内壁的中上部设置的弹簧槽中。
所述的可拆卸连接为螺纹连接或卡接。
所述卡瓦5外设置有弹性卡环14。
所述小球8-2的直径大于嘴口8-1直径。
所述载板8-3为轮状镂空结构。
本发明通过设置磁流变弹性橡胶密封胶筒7，其中磁流变弹性橡胶密封胶筒7分为三层，其内层为锰锌永磁铁7-1，锰锌永磁铁7-1外设置有磁流弹性橡胶7-2，磁流弹性橡胶7-2外包覆有耐油橡胶7-3，锰锌永磁铁7-1与磁流弹性橡胶7-2相吸附，锰锌永磁铁7-1可在井外对磁流变弹性橡胶密封胶筒7定型，随后下放到井内目标位置，卡瓦5与套管13初步锚定，然后上提钢丝工具串，卡瓦5与套管13进一步锚死；另外，由于油气轴向压缩膨胀的作用力，实现磁流变弹性橡胶密封胶筒7与套管13的密封；打捞时，下入高温热导体，锰锌永磁铁7-1磁性消失，磁流弹性橡胶7-2由固体变为可发生形变的橡胶体，完成胶筒与油管的解封及打捞；通过在气嘴8内设置可上下移动的小球8-2，以控制调节流经嘴口8-1的流体流量，当井口流体流量比较高时，流体冲击小球8-2，同时带动载垫8-3内向上移动，此时，小球限制一部分流体从气嘴通过；当井口流体流量比较低时，流体对小球8-2向上的冲击力不足以抵消小球8-2所承受重力，此时，小球8-2受重力下压载垫8-3及弹簧B8-4下移，释放嘴口8-1的空间，使流体顺畅流过。本发明解决了现有技术中胶筒与油管密封时，在高温、高压及疲劳交变载荷作用下发生蠕变和老化，与油管黏为一体，导致节流器打捞困难的问题，在不影响胶筒密封套管的前提下，实现胶筒的形变可控与节流器的顺利打捞；同时嘴口大小的自动调节满足了油井恒定产量的要求。具有结构简单、省时省力、效率高及安全性好的优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的磁流变弹性橡胶密封胶筒7的结构示意图。
图3是本发明的坐封状态示意图。
图4是本发明可调气嘴8的结构示意图。
图5是本发明载板8-3的俯视图。
图中：1、投放头；2、定位环；3、油管；4、打捞颈；5、卡瓦；6、锥座；7、磁流变弹性橡胶密封胶筒；7-1、锰锌永磁铁；7-2、磁流变橡胶填充液；7-3、耐油橡胶层；8、气嘴；8-1、嘴口；8-2、小球；8-3、载板；8-4、弹簧B；8-5、支杆；9、气嘴座；10、弹簧A；11、防砂管；12、防砂罩；13、套管；14、弹性卡环；15、环扣。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理做详细说明：
参见图1、图2，一种基于磁流变弹性橡胶可打捞式气嘴可调井下节流器，包括投放头1，所述投放头1一端设置有定位环2，所述定位环2内圈与油管3的一端可拆卸连接，所述油管3另一端依次穿过打捞颈4、卡瓦5、锥座6及磁流变弹性橡胶密封胶筒7，且其伸出的端头设置有气嘴8；所述打捞颈4及锥座6与油管3外壁可拆卸连接，所述磁流变弹性橡胶密封胶筒7与油管3吸附固定，所述弹性橡胶密封胶筒7与防砂罩12轴向可拆卸连接，所述防砂罩12内设置有防砂管11，所述气嘴8接在防砂管11内设置的气嘴座9上，所述气嘴8的开口处与防砂管11内设置的弹簧A10的一端相接触并处于被压缩状态。
所述磁流变弹性橡胶密封胶筒7分为三层。
所述磁流变弹性橡胶密封胶筒7内层为锰锌永磁铁7-1，锰锌永磁铁7-1外设置有磁流弹性橡胶7-2，磁流弹性橡胶7-2外包覆有耐油橡胶7-3，锰锌永磁铁7-1与磁流弹性橡胶7-2相吸附。
所述气嘴8包括设置于气嘴8顶部的嘴口8-1，在所述气嘴8内，嘴口8-1的下方设有小球8-2，小球8-2通过支杆8-5固定在载板8-3上部正中，载板8-3外圈与弹簧B8-4相连接，弹簧B8-4固定安装于气嘴8竖直内壁的中上部设置的弹簧槽中。
所述的可拆卸连接为螺纹连接或卡接。
所述卡瓦5外设置有弹性卡环14。
所述小球8-2的直径大于嘴口8-1直径，防止弹簧B8-4断裂，小球从嘴口8-1脱出。
所述载板8-3为轮状镂空结构，使流体能够顺畅通过。
本发明的工作原理为：
本发明的使用分为坐封与解封：
一、坐封：用钢丝工具连接到所述投放头1上设置的环扣15内，将本发明下放到套管13内，直到下放到定位环2提前在套管13内预留的位置，此时，卡瓦5受到锥座6的追进径向伸出，弹性卡环14脱离卡瓦5，卡瓦5与套管13初步锚定，然后上提钢丝工具串，投放头1、锥座6、磁流变弹性橡胶密封胶筒7相对于卡瓦5上行，卡瓦5与套管13锚死；磁流变弹性橡胶密封胶筒7分为三层，内层为锰锌永磁铁7-1，锰锌永磁铁7-1外设置有磁流弹性橡胶7-2，磁流弹性橡胶7-2外包覆有耐油橡胶7-3，锰锌永磁铁7-1与磁流弹性橡胶7-2相吸附，采油时由于油气轴向压缩膨胀的作用力，实现磁流变弹性橡胶密封胶筒7与套管13的密封，坐封成功。
二、解封：当本发明的压力平衡后，以钢丝串连带有高温热导体的打捞工具下入到磁流变弹性橡胶密封胶筒7密封的位置，锰锌永磁铁7-1因高温加热磁性消失，磁流变弹性橡胶7-2的弹性模量降低,由不可形变的固体变为可发生形变的弹性体，此时，上提钢丝工具串，卡瓦5在外力的作用下径向回缩与套管13解封，继续上提钢丝工具串，直至将本发明装置提出井筒。
本发明还通过在气嘴8内设置可上下移动的小球8-2，以控制调节流经嘴口8-1的流体流量，当井口流体流量比较高时，流体冲击小球8-2，同时带动与弹簧B8-4连接的载垫8-3向上移动，此时，小球限制一部分流体从气嘴通过；当井口流体流量比较低时，流体对小球8-2向上的冲击力不足以抵消小球8-2所承受重力，此时，小球8-2受重力下压载垫8-3及弹簧B8-4下移，释放嘴口8-1的空间，使流体顺畅流过。嘴口大小的自动调节满足了油井恒定产量的要求。
以上具体实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围和材料上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种基于磁流变弹性橡胶可打捞式气嘴可调井下节流器，包括投放头(1)，其特征在于：所述投放头(1)一端设置有定位环(2)，所述定位环(2)内圈与油管(3)的一端可拆卸连接，所述油管(3)另一端依次穿过打捞颈(4)、卡瓦(5)、锥座(6)及磁流变弹性橡胶密封胶筒(7)，且其伸出的端头设置有气嘴(8)，所述打捞颈(4)及锥座(6)与油管(3)外壁可拆卸连接，所述磁流变弹性橡胶密封胶筒(7)与油管(3)吸附固定，所述弹性橡胶密封胶筒(7)与防砂罩(12)轴向可拆卸连接，所述防砂罩(12)内设置有防砂管(11)，所述气嘴(8)接在防砂管(11)内设置的气嘴座(9)上，所述气嘴(8)的开口处与防砂管(11)内设置的弹簧A(10)一端相接触并处于被压缩状态；
所述磁流变弹性橡胶密封胶筒(7)分为三层，其内层为锰锌永磁铁(7-1)，锰锌永磁铁(7-1)外设置有磁流弹性橡胶(7-2)，磁流弹性橡胶(7-2)外包覆有耐油橡胶(7-3)，锰锌永磁铁(7-1)与磁流弹性橡胶(7-2)相吸附；
所述气嘴(8)包括设置于其顶部的嘴口(8-1)，在所述气嘴(8)内，嘴口(8-1)的下方设有小球(8-2)，小球(8-2)通过支杆(8-5)固定在载板(8-3)上部正中，载板(8-3)外圈与弹簧B(8-4)相连接，弹簧B(8-4)固定安装于气嘴(8)竖直内壁的中上部设置的弹簧槽中。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁流变弹性橡胶可打捞式气嘴可调井下节流器，其特征在于：所述的可拆卸连接为螺纹连接或卡接。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁流变弹性橡胶可打捞式气嘴可调井下节流器，其特征在于：所述卡瓦(5)外设置有弹性卡环(14)。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁流变弹性橡胶可打捞式气嘴可调井下节流器，其特征在于：所述小球(8-2)的直径大于嘴口(8-1)直径。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁流变弹性橡胶可打捞式气嘴可调井下节流器，其特征在于：所述载板(8-3)为轮状镂空结构。
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