CN112112611A - 一种用于清理水平井“低凹处”积液的排液装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于清理水平井“低凹处”积液的排液装置，包括安装筒、旋转件和助推件，三者同轴设置，旋转件能够相对安装筒转动，助推件能够相对安装筒轴向滑动，助推件与安装筒之间具有转动限制结构；旋转件具有位于安装筒内的导向部，导向部的周向侧壁上具有用于控制助推件轴向往复移动的导向槽，助推件上具有与导向槽滑动配合的导向结构，旋转件配置有用以驱动其转动的驱动结构；助推件的前端具有沿其长度方向朝前延伸的推杆，推杆前端具有沿其径向设置的推板。本申请利用生产气压，推动水平段低洼处积液前移，加快积液排出速率，提高排水采气效率，降低积液对产能的负面影响，确保气体可连续通过，并进一步减小装置对生产压力的消耗。

Description

一种用于清理水平井“低凹处”积液的排液装置

技术领域

本发明属于气井排水采气技术领域，具体涉及一种用于清理水平井“低凹处”积液的排液装置。

背景技术

水平井是目前天然气开采的一种重要井型，受地质条件、钻井技术等限制，在水平井钻进过程中很难保证水平段处于笔直的水平状态，其水平段在纵向上呈现出上下起伏结构，出现“凹陷”结构和“凸型”结构。在气井生产过程中，当井底开始产水时，由于气液密度差异，水平段会出现气液分离现象，气体在管道上部流动，液体在管道下部流动，由于水平段的“蛇曲”型弯曲结构，往往会在“凹陷”的低洼处出现积液情况，堵塞气体流动通道，影响气井正常生产，降低气井效率。

目前排水采气技术主要包括泡沫排水采气、柱塞泡水采气、管柱排水采气、机抽排水采气等工艺技术，然而这些常规排水采气工艺都很难应用于水平段，基本只能在水平段起点部位产生作用，即目前针对“蛇曲”型水平段的低洼处积液井的排水采气装置和工具研究较极少，尚处于技术空白期。

因此，本发明的主要目的在于解决气井水平段油管“凹陷”低洼处积液问题，增加气体有效流动通道，减少气井压力损失，提高气井生产效率。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于清理水平井“低凹处”积液的排液装置，充分利用气体作为动力，推动水平油管低洼位置处积液的流动，以降低积液影响，并尽量减少压力损耗，保证正常生产。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种用于清理水平井“低凹处”积液的排液装置，其关键在于：包括呈中空圆柱状的安装筒、以可转动方式安装于该安装筒上的旋转件、以及活动设置于安装筒上的助推件，其中所述安装筒、旋转件和助推件同轴设置，助推件与安装筒之间具有相互配合的转动限制结构；

所述旋转件具有位于安装筒内的导向部，导向部的周向侧壁上具有用于引导助推件轴向移动的导向槽，所述助推件上具有与所述导向槽滑动配合的导向结构，所述旋转件配置有驱动结构，所述驱动结构能够在外力作用下驱动所述旋转件转动，并通过导向槽引导助推件沿安装筒的轴向往复运动；

所述助推件的前端具有沿其长度方向朝前延伸的推杆，所述推杆前端具有沿其径向设置的推板。

采用以上结构，使用时首先根据井眼轨迹推知井下蛇曲突出部位，并由此计算对应油管的井深，再将本装置通过安装筒固定安装到对应深度的油管内即可，安装时注意推板位于远离井底的一端，且初始是靠近相应低洼部位的后端。

生产过程中，驱动结构驱动旋转件转动，通过其上的导向槽带动助推件做往复直线运动，推板同步前后起到，即可将低洼部位的积液朝前推动，且因为工作过程中，不存在憋气蓄压蓄能的情况，多个装置可同步工作，能够将积液连续推移到水平段起点部位，再配合其他排水工艺快速将其排出，大大降低油管低洼位置积液对生产的影响，提高液体排出效率及生产效率，对生产压力损耗极少。

作为优选：所述助推件包括与安装筒内腔相适应的中间座，以及两块固设于中间座后侧的弧状引导板，所述旋转件呈圆柱状，弧状引导板凹面朝内，两块弧状引导板对称设置并合围构成与所述旋转件相适应的夹持腔，所述导向结构位于弧状引导板的端部内侧。通过中间座与安装筒配合，能够提高助推件轴向移动的平稳性，同时由两块弧状引导板构成的夹持腔能够对旋转件起到一定支撑和限位作用，提高转动平稳性。

作为优选：所述转动限制结构包括固设于中间座前侧的凸柱，所述凸柱沿安装筒的轴线朝前延伸，其周向侧壁上具有对称设置的限位槽，所述安装筒上具有与所述限位槽滑动配合的限位块。采用以上方案，通过限位块与限位槽配合，确保助推件只能进行轴向移动，以避免在滑动不畅的情况下，助推件跟旋转件一起转动，且结构简单可靠，便于实施。

作为优选：所述导向结构为导向滚珠。采用以上方案，有利于提高导向结构与导向槽之间的相对滑动流畅性，降低卡死风险，确保助推件必然能够在导向槽的引导下进行轴向往复运动。

作为优选：所述中间座上套设有前密封环。采用以上方案，有利于防止井内积液或固体颗粒物等从前侧浸入导向槽内，有利于保持导向槽的清洁度，保证导向结构的滑动流畅性，延长整体使用寿命等。

作为优选：所述安装筒内具有用以实现旋转件转动安装的后轴承，所述导向部后侧具有与其同轴设置的安装轴，所述驱动结构为固设于安装轴上的叶轮，所述叶轮、安装轴和导向部的质量重心靠近后轴承的中部。采用以上方案，有利于进一步提高旋转件的转动平稳性，降低形变概率，延长使用寿命等，另一方面，采用叶轮作为驱动部件，能够对油管下侧的液体产生搅拌作用，将其分散成微液滴，更容易与气体混合被携带前行，有利于进一步提高排水效率，防止液体沉积。

作为优选：所述安装筒后端具有与其螺纹配合的密封帽，所述密封帽具有供安装轴穿过的通孔，所述通孔侧壁上嵌设有后密封环。采用以上方案，可防止井内积液或固体颗粒物等从后侧浸入导向槽内，进一步保证导向槽的清洁度，确保导向结构能够在导向槽内滑动流畅，延长整体使用寿命等。

作为优选：所述推杆通过前轴承以可转动方式设置于助推件的前端，所述推板呈扇形，其对应圆心角小于等于180°，并相对推杆偏心设置。采用以上方案，当装置在油管内固定并下入水平段之后，推杆在前端推板的偏心重力作用下发生转动，使推板必然位于油管下侧，满足积液推动需求，可适当减少推板的面积，减少油管有效流通的占用面积，确保气体可以连续通过，并不会造成阻挡，大大降低压力损耗。

作为优选：所述前轴承和后轴承均为圆锥滚子轴承。采用以上方案，受流体反作用影响，轴承受到一定的轴向作用力，选用圆锥滚子轴承有利于延长其使用寿命，且能够缓解偏磨影响等。

作为优选：所述安装筒上设有至少一个呈环状的固定支架。采用以上方案，通过固定支架可将本装置固定到油管上，且能够快速实现与油管的同轴设置，同时尽量降低了对气体和液体的流通影响。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用本发明提供的一种用于清理水平井“低凹处”积液的排液装置，充分利用生产气压，推动水平段低洼处积液前移，加快液体排出速率，提高排水采气效率，降低积液对产能的负面影响，同时确保气体可连续通过，减小对生产压力的消耗，即降低装置自身对生产压力的影响。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1的内部结构示意图；

图3为图1的前视图；

图4为图1的剖视图；

图5为旋转件结构示意图；

图6为导向槽展开示意图；

图7为助推件结构示意图；

图8为安装筒结构示意图；

图9为密封帽结构示意图；

图10为本发明安装示意图；

图11为本发明工作示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

参考图1至图11所示的一种用于清理水平井“低凹处”积液的排液装置，其主要包括呈中空柱状结构的安装筒1，以及活动安装于安装筒1上的旋转件2和助推件3，其中旋转件2能够相对安装筒1转动，助推件3能够相对安装筒1发生轴向滑动，且二者之间具有相互配合的转动限制结构，以限制助推件3发生周向转动，安装筒1的前后两端套装有固定支架13，固定支架13呈镂空的环状结构，其外径与油管的内径相适应，安装时，可通过固定支架13固定到油管内壁上，而不妨碍分层流体的流动。

如图所示，助推件3和旋转件2分别位于安装筒1的前后两端，二者均具有伸入安装筒1的部分，其中旋转件2伸入安装筒1的部分为导向部20呈圆柱状，其周向侧壁上具有用于控制助推件3进行轴向移动的导向槽21，助推件3伸入安装筒1的部分具有与导向槽21滑动配合的导向结构30，当旋转件2转动时，即可驱使导向结构30沿导向槽21滑动，从而发生轴向滑动，参考图5和图6可知，导向槽21为闭合波浪环槽状，类似正弦波曲线，其波峰和波谷之间的垂距即为助推件3的有效移动行程，需要注意的是本申请导向槽21的波浪曲率和槽宽均为大体示意，具体实施过程中，其尺寸需根据油管内径即旋转件2的直径进行优化设计，使旋转件2能够带动助推件3轴向滑动，并使助推件3同时能够获得较大的滑动行程即可。

旋转件2配置有用以驱动其转动的驱动结构4，同时助推件3的前端具有沿其长度方向朝前延伸的推杆5，推杆5的前端具有沿其径向设置且呈薄板状的推板6，需要注意的是，根据实际情况本申请中推杆5具有一定的韧性，在长度较长的情况下，能够产生一定的径向偏斜。

参考图1至图4和图6，本实施例中助推件3主要包括与安装筒1的中空内腔相适应的中间座31，中间座31呈圆盘状，其后侧(本实施例中前后方向以其安装方向参考，装置靠近井底的一端为后端，远离井底的一端为前端)具有两块对称设置的弧状引导板32，旋转件2呈圆柱状，弧状引导板32呈凹面朝内的圆弧状，二者合围构成端部敞口的夹持腔33，夹持腔33的大小与旋转件2相适应，并与中间座31同轴设置，而导向结构30位于弧状引导板32的端部内侧。

结合图7，中间座31的前侧设有凸柱34，安装筒1的前端具有供凸柱34穿过的贯穿孔，凸柱34沿中间座31的轴线朝前延伸，其周向侧壁上具有对称设置的限位槽35，限位槽35沿凸柱34的长度方向设置，安装筒1的前端贯穿孔内壁具有与限位槽35滑动配合的限位块10，限位块10伸入限位槽35中，确保凸柱34只能进行轴向滑动，而不能发生转动，本实施例中的限位槽35位于凸柱34的上下两侧，具体实施过程中，考虑到可能因为前段推杆5过长导致整体倾斜下坠的情况发生，也可优选将限位槽35设置到凸柱34的左右两侧，以降低滑动摩擦阻力，保证滑动流畅。

另一方面，为降低旋转件2转动时对助推件3产生的扭力影响，提高导向结构30在导向槽20内的滑动流畅性，本实施例中优选导向结构30为导向滚珠，导向滚珠通过保持架伸入导向槽20内。

参考图1至图5，本实施例中的安装筒1后端内部固设有后轴承11，旋转件2则通过后轴承11与安装筒1同轴设置，并实现可转动安装，导向部20的后侧具有沿其轴向向后延伸的安装轴22，具有良好的刚性强度，并优选驱动结构4为叶轮，叶轮固定套装在安装轴22上，同时为保持其转动平稳度，注意导向部20、安装轴22和叶轮的重量与尺寸选择，以确保三者安装完成之后，其质量重心整体基本位于后轴承11的中部，可以得到很好的支撑，以防变形，有利于延长其使用寿命。

再结合图7和图9，本申请中为防止井内固体颗粒随液体进入安装筒1中，并在导向槽20内沉积，对滑动配合造成影响，进而缩短装置使用寿命，故在安装筒1的前后均设有相适应的密封结构，如图所示，在中间座31上套设前密封环36，通过前密封环36实现中间座31与安装筒1内壁之间的密封，防止液固从前方进入。

而安装筒1的后端设有密封帽7，如图所示，密封帽7与安装筒1的后端螺纹配合，其上具有与安装轴22同轴设置的通孔70，安装轴22穿过通孔70后套装有叶轮，而通孔70的侧壁上嵌设有后密封环71，通过后密封环71则可对通过70与安装轴22之间的风险进行密封，且不妨碍旋转件2的正常转动。

本申请中为确保装置随油管下入水平段之后，推板6移动过程中一定能推动处于低洼位置的积液，故本实施例中优选推板6为扇形板，其直径略小于待安装油管内径，同时将推杆5设计成可转动结构，如图所示，凸柱34的前端端部具有沉槽37，该沉槽37内固设有前轴承50，而推杆5则与前轴承50的内圈固定连接，使得推杆5与助推件3之间能够发生相对转动。

在此基础之上，为确保推板6必定能够向下转动至油管的下半侧，具体实施时，将推板6与推杆5偏心设置，如图3所示，推板6所对应的圆心角小于等于180°，同时推板6所对应圆心位于推杆5轴线的正下方，通过偏心设置，确保在油管安装到位之后，推板6一定会转动至水平段油管的下半侧，以使其更靠近低洼位置的积液。

因为装置运转过程中，前轴承50受到来自推杆5朝后的反作用力，而后轴承11则受到安装轴3朝前的作用力，即两个轴承均受到轴向应力，故具体实施时优选前轴承50和后轴承11均为圆锥滚子轴承。

参考图1至图11所示的一种用于清理水平井“低凹处”积液的排液装置，装置入井前，首先根据井眼轨迹初步判断水平段低洼部位分布情况，然后根据分布情况将本装置装入对应深度的油管8中，并确保当导向结构30靠近导向槽20的波峰位置，即推板6处于最接近井底的位置时(如图10所示)，其刚好位于对应低洼部位的后侧，另外，根据低洼部位深度和长度，选择合适的推杆5长度，确保推杆5前端在重力作用下，下坠后能够使推板6与油管内壁下侧紧贴，同时优化导向槽20的可控长度，使助推件3具有有效的滑动行程，以确保推板6完成一个往复移动周期时，能够将低洼位置的积液朝前推动，以上参数确定之后，即可通过固定支架13固定到油管8内。

生产过程中，气液朝前流动，均会对叶轮产生作用，从而带动旋转件2转动，旋转件2转动同时带动助推件3沿其轴向进行往复直运动，此过程中推板6的弧形边沿紧贴油管8的下侧内壁，从而推动低洼部位80内的积液前移，因为油管8内的流体通道始终处于开放状态，故装置运转过程中不会出现憋压的情况，且压力损耗极少，同时因为通道一直开放，那么水平段内的多个装置可持续同步工作，接力式地将多个低洼部位80内的积液朝前移动，直至水平段的起点。

此外，安装完成之后，叶轮相对更靠近油管8的下侧壁，旋转时更容易与下侧液体接触，并产生搅拌作用，将液体分散成微液滴，更容易被气体携带排出，有利于减少液体在低洼部位80的沉积量，进一步提高排液效果。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于清理水平井“低凹处”积液的排液装置，其特征在于：包括呈中空圆柱状的安装筒(1)、以可转动方式安装于该安装筒(1)上的旋转件(2)、以及活动设置于安装筒(1)上的助推件(3)，其中所述安装筒(1)、旋转件(2)和助推件(3)同轴设置，助推件(3)与安装筒(1)之间具有相互配合的转动限制结构；

所述旋转件(2)具有位于安装筒(1)内的导向部(20)，导向部(20)的周向侧壁上具有用于引导助推件(3)轴向移动的导向槽(21)，所述助推件(3)上具有与所述导向槽(21)滑动配合的导向结构(30)，所述旋转件(2)配置有驱动结构(4)，所述驱动结构(4)能够在外力作用下驱动所述旋转件(2)转动，并通过导向槽(21)引导助推件(3)沿安装筒(1)的轴向往复运动；

所述助推件(3)的前端具有沿其长度方向朝前延伸的推杆(5)，所述推杆(5)前端具有沿其径向设置的推板(6)。

2.根据权利要求1所述的一种用于清理水平井“低凹处”积液的排液装置，其特征在于：所述助推件(3)包括与安装筒(1)内腔相适应的中间座(31)，以及两块固设于中间座(31)后侧的弧状引导板(32)，所述旋转件(2)呈圆柱状，弧状引导板(32)凹面朝内，两块弧状引导板(32)对称设置并合围构成与所述旋转件(2)相适应的夹持腔(33)，所述导向结构(30)位于弧状引导板(32)的端部内侧。

3.根据权利要求2所述的一种用于清理水平井“低凹处”积液的排液装置，其特征在于：所述转动限制结构包括固设于中间座(31)前侧的凸柱(34)，所述凸柱(34)沿安装筒(1)的轴线朝前延伸，其周向侧壁上具有对称设置的限位槽(35)，所述安装筒(1)上具有与所述限位槽(35)滑动配合的限位块(10)。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种用于清理水平井“低凹处”积液的排液装置，其特征在于：所述导向结构(30)为导向滚珠。

5.根据权利要求2或3所述的一种用于清理水平井“低凹处”积液的排液装置，其特征在于：所述中间座(31)上套设有前密封环(36)。

6.根据权利要求1所述的一种用于清理水平井“低凹处”积液的排液装置，其特征在于：所述安装筒(1)内具有用以实现旋转件(2)转动安装的后轴承(11)，所述导向部(20)后侧具有与其同轴设置的安装轴(22)，所述驱动结构(4)为固设于安装轴(22)上的叶轮，所述叶轮、安装轴(22)和导向部(20)的质量重心靠近后轴承(11)的中部。

7.根据权利要求6所述的一种用于清理水平井“低凹处”积液的排液装置，其特征在于：所述安装筒(1)后端具有与其螺纹配合的密封帽(7)，所述密封帽(7)具有供安装轴(22)穿过的通孔(70)，所述通孔(70)侧壁上嵌设有后密封环(71)。

8.根据权利要求6所述的一种用于清理水平井“低凹处”积液的排液装置，其特征在于：所述推杆(5)通过前轴承(50)以可转动方式设置于助推件(3)的前端，所述推板(6)呈扇形，其对应圆心角小于等于180°，并相对推杆(5)偏心设置。

9.根据权利要求8所述的一种用于清理水平井“低凹处”积液的排液装置，其特征在于：所述前轴承(50)和后轴承(11)均为圆锥滚子轴承。

10.根据权利要求1所述的一种用于清理水平井“低凹处”积液的排液装置，其特征在于：所述安装筒(1)上设有至少一个呈环状的固定支架(13)。

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