CN112211597A - 一种简易柱塞和含有简易柱塞的柱塞气举装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种简易柱塞和含有简易柱塞的柱塞气举装置及其应用，柱塞包括中空管状的基筒，基筒自上至下分为头端、中段和尾端，其中尾端的内径扩径形成容置有密封球的球仓，球仓的周向壁开设有多个关于基筒的中心轴线对称而设的导流孔，且球仓的内径自上至下逐渐扩径。与现有常规柱塞气举装置相比，本发明通过简易柱塞的设计实现不关井下的柱塞上行和下落，去除了柱塞控制器和执行器，结构简单实用成本低，能够在无需气井间歇开关操作的情况下实现柱塞的上行和下落运动，解决高气液比柱塞井生产过程中因柱塞下落至井底必须关井操作使柱塞下落，而导致气井间歇生产影响产量的最大发挥问题。

Description

一种简易柱塞和含有简易柱塞的柱塞气举装置及其应用

技术领域

本发明属于油田开采领域，具体涉及一种简易柱塞和含有简易柱塞的柱塞气举装置及其应用。

背景技术

柱塞气举工艺是通过柱塞在气井井筒中形成气液机械分隔面，利用储层自身能量，推动柱塞上行，柱塞举拖上部积液排出井口，具有适用范围广、自动化程度高、排液效率高等特点，是目前低产气井的主要排水采气技术。

然而部分气井由于自身气液比较高，气井能量充足但不足以达到自主携液生产，需要使用柱塞气举工艺辅助排液，但传统柱塞在下落阶段必须通过控制器控制执行器进行关井操作，柱塞才能克服下部气体向上的推举力、依靠自重实现下落到井底，之后通过控制器控制执行器开井，柱塞推举上部的积液排除井口实现周期排液；而频繁开关井的间歇生产模式直接缩短了气井的生产失效，影响了气井产量的最大发挥问题。

发明内容

本发明的目的在于提供简易柱塞和含有简易柱塞的柱塞气举装置及其应用，以克服上述技术缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种简易柱塞，包括中空管状的基筒，基筒自上至下分为三段，分别是头端、中段和尾端，其中尾端的内径扩径形成容置有密封球的球仓，球仓的周向壁开设有多个关于基筒的中心轴线对称而设的导流孔，且球仓的内径自上至下逐渐扩径；

密封球的直径小于基筒尾端扩径段的直径，同时大于基筒的中段直径，其中基筒的中段直径与基筒的两端筒口的直径相同。

进一步地，基筒的中段外筒壁设置有若干个环形凹槽，若干个环形凹槽沿轴向自上至下均匀间隔排列，且环形凹槽的深度大于其所在中段筒壁厚度。

本发明还提供了一种含有简易柱塞的柱塞气举装置，至少包括柱塞，柱塞气举装置分为两部分，分别是井口部和井下部：

井口部包括自上至下依次连接的防喷帽、锁紧环和防喷管，其中防喷帽的内腔设置有缓冲弹簧，缓冲弹簧的顶端固接于防喷帽的内顶壁，缓冲弹簧的底端固接有撞击块，撞击块的下表面丝扣连接撞击杆，撞击杆位于防喷管的管内，且撞击杆可插入或脱离柱塞的基筒内；

井下部包括置于油管内部的自上至下依次连接的承接头、打捞头、缓冲器和卡定器，其中承接头和打捞头是由不锈钢材质制成的一体式结构，缓冲器和卡定器为螺纹连接，卡定器卡于油管内壁。

进一步地，打捞头的顶端端面向内凹陷形成凹球状的承接头，承接头下方的打捞头的外壁沿径向向外延伸形成轴肩，轴肩的直径与基筒的下筒口外径相同。

优选地，密封球是由不锈钢材质制成的具有磁性的球体，球体可密封贴合承接头，且承接头可穿过基筒的下筒口顶推密封球至基筒的中段与尾端的相接处。

进一步地，防喷管的管壁安装有手动捕捉器，包括沿径向延伸形成的与防喷管的内腔连通的短管，短管内设有顶丝，顶丝的一端伸出短管外部形成把手，另外一端通过弹簧连接有限位球，限位球可卡入环形凹槽内。

本发明还提供了一种含有简易柱塞的柱塞气举装置的应用，包括：

柱塞下行阶段：

柱塞上行至防喷管后，撞击杆穿过基筒撞击到密封球，密封球从球仓上部向下移动直至吸附贴合于基筒下筒口，基筒的内部通道打开，柱塞依靠自重下落，油管内部的气液通过导流孔流动到基筒内，柱塞下落；

柱塞上行阶段：

柱塞在油管内从承接头处开始上行时，承接头穿过基筒下筒口进入球仓撞击密封球，密封球吸附贴合于承接头，柱塞达到闭合状态，油管内的气体推动柱塞上部液柱上行至防喷管中，完成柱塞的上行排液。

本发明的有益效果如下：

与现有常规柱塞气举装置相比，本装置通过简易柱塞的设计实现不关井下的柱塞上行和下落，去除了柱塞控制器和执行器，结构简单实用成本低，能够在无需气井间歇开关操作的情况下实现柱塞的上行和下落运动，解决高气液比柱塞井生产过程中因柱塞下落至井底必须关井操作使柱塞下落，而导致气井间歇生产影响产量的最大发挥问题；同时，通过合理改变柱塞气举装置的整体结构和减少控制系统，有利于缩减柱塞气举工艺成本和提升气井生产效率。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是柱塞气举装置的结构示意图。

图2是柱塞气举装置在防喷管内打开状态示意图。

图3是柱塞气举装置在油管内的闭合状态示意图。

附图标记说明：

1.基筒；2.球仓；3.导流孔；4.密封球；5.环形凹槽；6.防喷帽；7.锁紧环；8.防喷管；9.撞击块；10.撞击杆；11.承接头；12.打捞头；13.缓冲器；14.卡定器；15.油管；16.顶丝；17.缓冲弹簧。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

需说明的是，在本发明中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的柱塞气举装置的上、下、左、右。

现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

第一实施方式：

本实施方式涉及简易柱塞，如图1所示，包括中空管状的基筒1，基筒1自上至下分为三段，分别是头端、中段和尾端，其中尾端的内径扩径形成容置有密封球4的球仓2，球仓2的周向壁开设有多个关于基筒1的中心轴线对称而设的导流孔3，且球仓2的内径自上至下逐渐扩径；

密封球4的直径小于基筒尾端扩径段的直径，同时大于基筒1的中段直径，其中基筒1的中段直径与基筒1的两端筒口的直径相同。

柱塞气举装置的工作原理如下：

当密封球4上行至基筒1的中段和尾端的相接处时，由于密封球4的直径大于基筒1的中段直径同时又大于基筒下筒口的直径，密封球4被卡在中段和尾端的相接处，柱塞处于关闭状态，气液积聚推动柱塞上行至防喷管8内，导流孔3打开，即柱塞打开，气液从导流孔3进入基筒1内，当基筒1内气液积聚到一定量时，柱塞整体自重增大并开始下落。

上述过程中，柱塞的打开和关闭，均不需要关井，即能够在无需气井间歇开关操作的情况下实现柱塞的上行和下落运动，解决高气液比柱塞井生产过程中因柱塞下落至井底必须关井操作使柱塞下落，而导致气井间歇生产影响产量的最大发挥问题。

球仓2的内径自上至下分为三段，分别是第一扩径段、第二扩径段和第三缩径段，第一扩径段的直径大于基筒中段直径，第二扩径段的直径大于第一扩径段的直径，第一扩径段的直径的的直径等于基筒中段直径。

密封球4被容置于球仓2内，球仓2的作用是为气液导入提供通道，以及为柱塞的打开和关闭提供支承。

第二实施方式：

本实施方式涉及简易柱塞，如图1所示，包括中空管状的基筒1，基筒1自上至下分为三段，分别是头端、中段和尾端，其中尾端的内径扩径形成容置有密封球4的球仓2，球仓2的周向壁开设有多个关于基筒1的中心轴线对称而设的导流孔3，且球仓2的内径自上至下逐渐扩径；

密封球4的直径小于基筒尾端扩径段的直径，同时大于基筒1的中段直径，其中基筒1的中段直径与基筒1的两端筒口的直径相同。

基筒1的中段外筒壁设置有若干个环形凹槽5，若干个环形凹槽5沿轴向自上至下均匀间隔排列，且环形凹槽5的深度大于其所在中段筒壁厚度。

环形凹槽5可以在柱塞上行时形成气液湍流有助于密封，凹槽结构有助于减轻柱塞重量。

环形凹槽5的数量可以根据基筒中段的长度自行设计。

第三实施方式：

本实施方式提供了一种含有简易柱塞的柱塞气举装置，至少包括柱塞，柱塞气举装置分为两部分，分别是井口部和井下部，参见图2和图3：

井口部包括自上至下依次连接的防喷帽6、锁紧环7和防喷管8，其中防喷帽6的内腔设置有缓冲弹簧17，缓冲弹簧17的顶端固接于防喷帽6的内顶壁，缓冲弹簧17的底端固接有撞击块9，撞击块9的下表面丝扣连接撞击杆10，撞击杆10位于防喷管8的管内，且撞击杆10可插入或脱离柱塞的基筒1内；

撞击块9的下表面丝扣连接撞击杆10，撞击杆10为黄铜材质，可以穿过基筒下筒口撞击密封球4，密封球4从球仓2上部向下移动直至吸附贴合于基筒下筒口，基筒1的内部通道打开，柱塞依靠自重下落，油管15内部的气液通过导流孔3流动到基筒1内，柱塞下落。

井下部包括置于油管15内部的自上至下依次连接的承接头11、打捞头12、缓冲器13和卡定器14，其中承接头11和打捞头12是由不锈钢材质制成的一体式结构，缓冲器13和卡定器14为螺纹连接，卡定器14卡于油管内壁。

柱塞在油管15内从承接头11处开始上行时，承接头11穿过基筒下筒口进入球仓2撞击密封球4，密封球4吸附贴合于承接头11，柱塞达到闭合状态，油管15内的气体推动柱塞上部液柱上行至防喷管8中，完成柱塞的上行排液。

柱塞气举装置通过简易柱塞的设计实现不关井柱塞上行和下落，去除柱塞控制器和执行器，结构简单实用成本低。

简易柱塞到达井口防喷管后通过撞击杆的撞击，密封球和球仓的下部吸附贴合，简易柱塞达到打开状态，柱塞下部的气体和液体可通过简易柱塞的导流孔流动到基筒内，不需要关井操作，简易柱塞在其自重的作用下下落至井底；简易柱塞到达井下坐落器，承接头穿过球仓下部的基筒筒口并撞击密封球，密封球上移和球仓的上部吸附贴合，简易柱塞达到闭合状态，在柱塞下部气体的推动下简易柱塞和上部液柱上行至井口防喷管中，完成柱塞的上行排液。

简易柱塞在上行和下落阶段不需要关井操作，延长了柱塞井的生产时效，增加了气井的生产效率。

柱塞包括中空管状的基筒1，基筒1自上至下分为三段，分别是头端、中段和尾端，其中尾端的内径扩径形成容置有密封球4的球仓2，球仓2的周向壁开设有多个关于基筒1的中心轴线对称而设的导流孔3，且球仓2的内径自上至下逐渐扩径；

密封球4的直径小于基筒尾端扩径段的直径，同时大于基筒1的中段直径，其中基筒1的中段直径与基筒1的两端筒口的直径相同。

基筒1的中段外筒壁设置有若干个环形凹槽5，若干个环形凹槽5沿轴向自上至下均匀间隔排列，且环形凹槽5的深度大于其所在中段筒壁厚度。

第四实施方式：

本实施方式提供了一种含有简易柱塞的柱塞气举装置，至少包括柱塞，柱塞气举装置分为两部分，分别是井口部和井下部：

井口部包括自上至下依次连接的防喷帽6、锁紧环7和防喷管8，其中防喷帽6的内腔设置有缓冲弹簧17，缓冲弹簧17的顶端固接于防喷帽6的内顶壁，缓冲弹簧17的底端固接有撞击块9，撞击块9的下表面丝扣连接撞击杆10，撞击杆10位于防喷管8的管内，且撞击杆10可插入或脱离柱塞的基筒1内；

井下部包括置于油管15内部的自上至下依次连接的承接头11、打捞头12、缓冲器13和卡定器14，其中承接头11和打捞头12是由不锈钢材质制成的一体式结构，缓冲器13和卡定器14为螺纹连接，卡定器14卡于油管内壁。

参见图3，打捞头12的顶端端面向内凹陷形成凹球状的承接头11，承接头11下方的打捞头12的外壁沿径向向外延伸形成轴肩，轴肩的直径与基筒1的下筒口外径相同。

凹球状的承接头11可以实现与密封球4的0间隙贴合，确保柱塞关闭，避免气液进入。

为了提高承接头11与密封球4的紧密贴合，密封球4是由不锈钢材质制成的具有磁性的球体，球体可密封贴合承接头11，且承接头11可穿过基筒1的下筒口顶推密封球4至基筒1的中段与尾端的相接处，防止承接头11与密封球4在贴合后脱离。

防喷管8的管壁安装有手动捕捉器，包括沿径向延伸形成的与防喷管8的内腔连通的短管，短管内设有顶丝16，顶丝16的一端伸出短管外部形成把手，另外一端通过弹簧连接有限位球17，限位球17可卡入环形凹槽5内。

不使用柱塞气举装置时，可以通过把手旋拧顶丝16，顶丝16沿着短管内的螺纹水平旋进，直至限位球17卡入基筒1的环形凹槽5内，此时柱塞处于悬挂状态，而要再次使用柱塞时，反向旋拧顶丝16，顶丝16退出短管，连带限位球17脱离环形凹槽5，柱塞即可下落。

手动捕捉器中弹簧的作用是减小冲击。

第五实施方式：

本实施方式提供了一种含有简易柱塞的柱塞气举装置的应用，包括：

柱塞下行阶段：

如图2所示，柱塞上行至防喷管8后，撞击杆10穿过基筒1撞击到密封球4，密封球4从球仓2上部向下移动直至吸附贴合于基筒下筒口，基筒1的内部通道打开，柱塞依靠自重下落，油管15内部的气液通过导流孔3流动到基筒1内，柱塞下落；

柱塞上行阶段：

如图3所示，柱塞在油管15内从承接头11处开始上行时，承接头11穿过基筒下筒口进入球仓2撞击密封球4，密封球4吸附贴合于承接头11，柱塞达到闭合状态，油管15内的气体推动柱塞上部液柱上行至防喷管8中，完成柱塞的上行排液。

使用上述方法能够在不关井的状态下通过柱塞内部密封球4和球仓2位置的变化，实现柱塞的打开和关闭，完成柱塞的上行排液和下落，简单实用，能够解决高气液比柱塞井在生产过程因气井间歇性的开关操作造成的生产时率降低，增加了气井的生产效率，并且去除了控制系统和开关井执行器， 降低了柱塞气举装置的成本。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种简易柱塞，其特征在于，包括中空管状的基筒（1），所述基筒（1）自上至下分为三段，分别是头端、中段和尾端，其中尾端的内径扩径形成容置有密封球（4）的球仓（2），球仓（2）的周向壁开设有多个关于基筒（1）的中心轴线对称而设的导流孔（3），且球仓（2）的内径自上至下逐渐扩径；

所述密封球（4）的直径小于基筒尾端扩径段的直径，同时大于基筒（1）的中段直径，其中基筒（1）的中段直径与基筒（1）的两端筒口的直径相同。

2.如权利要求1所述的简易柱塞，其特征在于，所述基筒（1）的中段外筒壁设置有若干个环形凹槽（5），若干个环形凹槽（5）沿轴向自上至下均匀间隔排列，且环形凹槽（5）的深度大于其所在中段筒壁厚度。

3.一种含有简易柱塞的柱塞气举装置，其特征在于，至少包括权利要求1或2所述的柱塞，柱塞气举装置分为两部分，分别是井口部和井下部：

所述井口部包括自上至下依次连接的防喷帽（6）、锁紧环（7）和防喷管（8），其中防喷帽（6）的内腔设置有缓冲弹簧（17），缓冲弹簧（17）的顶端固接于防喷帽（6）的内顶壁，缓冲弹簧（17）的底端固接有撞击块（9），撞击块（9）的下表面丝扣连接撞击杆（10），撞击杆（10）位于防喷管（8）的管内，且撞击杆（10）可插入或脱离柱塞的基筒（1）内；

所述井下部包括置于油管（15）内部的自上至下依次连接的承接头（11）、打捞头（12）、缓冲器（13）和卡定器（14），其中承接头（11）和打捞头（12）是由不锈钢材质制成的一体式结构，缓冲器（13）和卡定器（14）为螺纹连接，卡定器（14）卡于油管内壁。

4.如权利要求3所述的含有简易柱塞的柱塞气举装置，其特征在于，所述打捞头（12）的顶端端面向内凹陷形成凹球状的承接头（11），承接头（11）下方的打捞头（12）的外壁沿径向向外延伸形成轴肩，轴肩的直径与基筒（1）的下筒口外径相同。

5.如权利要求4所述的含有简易柱塞的柱塞气举装置，其特征在于，所述密封球（4）是由不锈钢材质制成的具有磁性的球体，球体可密封贴合承接头（11），且承接头（11）可穿过基筒（1）的下筒口顶推密封球（4）至基筒（1）的中段与尾端的相接处。

6.如权利要求3或4所述的含有简易柱塞的柱塞气举装置，其特征在于，所述防喷管（8）的管壁安装有手动捕捉器，包括沿径向延伸形成的与防喷管（8）的内腔连通的短管，短管内设有顶丝（16），顶丝（16）的一端伸出短管外部形成把手，另外一端通过弹簧连接有限位球（17），限位球（17）可卡入环形凹槽（5）内。

7.一种含有简易柱塞的柱塞气举装置的应用，其特征在于，包括：

柱塞下行阶段：

柱塞上行至防喷管（8）后，撞击杆（10）穿过基筒（1）撞击到密封球（4），密封球（4）从球仓（2）上部向下移动直至吸附贴合于基筒下筒口，基筒（1）的内部通道打开，柱塞依靠自重下落，油管（15）内部的气液通过导流孔（3）流动到基筒（1）内，柱塞下落；

柱塞上行阶段：

柱塞在油管（15）内从承接头（11）处开始上行时，承接头（11）穿过基筒下筒口进入球仓（2）撞击密封球（4），密封球（4）吸附贴合于承接头（11），柱塞达到闭合状态，油管（15）内的气体推动柱塞上部液柱上行至防喷管（8）中，完成柱塞的上行排液。

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