CN112302584B - 井下气举装置和管柱 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种井下气举装置和管柱，该井下气举装置包括送放芯轴、送放芯轴、可选择性设置在所述送放芯轴的下端的中心筒、套设在所述送放芯轴的外侧的第一卡挂件、套设在所述中心筒的外侧并位于所述第一卡挂件的下端的坐封组件，以及设置在所述中心筒的下端的单向流组件，其中，所述单向流组件使得流体能从下到上方向流动，该该井下气举装置采用半气举的方式进行，具有井底回压低、井筒内积液不会被气举压力压回地层的优点，效率高。

Description

井下气举装置和管柱

技术领域

本发明涉及油气井井下工具技术领域，具体涉及一种井下气举装置和管柱。

背景技术

在油气井生产后期，可以由地面注入高压气体到井中，利用气体的能量逐渐举升井筒中的液体，使井恢复生产能力。这种方式被称为气举排水采气技术。

现有技术中，常常利用光油管采气管柱进行气举，这种气举方式被称为开式气举。该种气举方式往往存在将井筒积液压回到地层中的可能，导致气举效率降低，影响气井稳产。

由此，发明一种具有更高效率的气举装置是亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种井下气举装置和管柱。该井下气举装置构造为后置式，即将能与其配合的第二卡挂件先下入到井筒内，在后续需要排水采气时，才下入与提前下入的第二卡挂件配合的该井下气举装置，便可以实现气举。而第二卡挂件为筒状，并不影响管柱内通径和后期作业。另外，该井下气举装置采用半气举的方式进行，具有井底回压低、井筒内积液不会被气举压力压回地层的优点，效率高。

根据本发明的第一方面，提出了一种井下气举装置，包括：

送放芯轴，

可选择性设置在所述送放芯轴的下端的中心筒，

套设在所述送放芯轴的外侧的第一卡挂件，

套设在所述中心筒的外侧并位于所述第一卡挂件的下端的坐封组件，

设置在所述中心筒的下端的单向流组件，其中，所述单向流组件使得流体能从下到上方向流动。

在一个实施例中，所述单向流组件具有：

开口端与所述中心筒固定连接的桶状的单向流主体，在所述单向流主体的底壁上设置有连通孔，

设置在所述单向流主体的内腔中的用于盖合所述连通孔的堵盖，

穿过所述单向流主体的底壁的与所述堵盖固定连接的限位杆

设置在所述单向流主体的外侧的用于与所述限位杆固定的限位块。

在一个实施例中，所述连通孔的具有在从下到上方向上内径逐渐增加的扩口段，在所述堵盖上设置楔形的与所述扩口段配合的插入部。

在一个实施例中，所述坐封组件具有：

外筒，所述外筒套设在所述中心筒的外侧且上端延伸到所述第一卡挂件的内腔中并与其固定连接，

胶筒，所述胶筒套设在所述外筒的外侧并位于所述第一卡挂件的下端，所述胶筒包括相对于所述外筒固定的固定端，以及沿着轴向而从所述固定端延伸出去的自由端，其中，在所述固定端与所述自由端之间，所述胶筒与所述外筒间隔开而形成空闲空间；以及

插入体，所述插入体的下端固定套设在所述中心筒的外壁上且上端延伸到所述空闲空间内，在所述中心筒带动插入体上移过程中插入体推动所述胶筒径向运动。

在一个实施例中，在所述胶筒的朝向所述空闲空间的一侧间隔式设置多个伞骨状的金属接触件，在所述插入体插入到所述空闲空间内时，所述金属接触件与所述插入体的外表面相接合。

在一个实施例中，在所述外筒与所述胶筒之间设置第一密封圈，

或/和在所述外筒与所述中心筒之间设置第二密封圈。

在一个实施例中，在所述中心筒的外壁上设置卡簧，并在所述外筒的内壁上间隔式设置有多个能与所述卡簧配合的卡簧槽。

在一个实施例中，所述送放芯轴与所述中心筒通过剪切销连接，

和/或在所述外套的内壁上设置用于防止所述中心筒上移的限位环。

在一个实施例中，所述第一卡挂件具有第一卡挂件本体、由所述第一卡挂件本体轴向向上延伸的周向间隔的弹性爪和突出式设置在所述弹性爪的外周壁上的第一卡挂部，在所述第一卡挂件本体的内壁上嵌设有棘齿座。

根据本发明的第二方面，提供一种管柱，包括一个或多个筒状的第二卡挂件，并且至少有一个第二卡挂件能与上述的井下气举装置的第一卡挂件配合。

与现有技术相比，本发明的优点在于，该井下气举装置的下端设置有单向流组件，则具有井底回压低，井筒内积液不会被气举压力压回地层等优点，气举效率高效果好同时，而且，该井下气举装置为后置式，也就是，在施工过程中，可以将能与其配合的第二卡挂件先下入到井筒内，在需要排水采气时，才下入该井下气举装置。而先下入的第二卡挂件为筒状，并不影响管柱内通径和后期气井作业。还有，该井下气举装置通过卡挂连接而与先下入的管柱配合，结构简单，连接可靠，操作方便。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的井下气举装置的下入状态示意图；

图2显示了根据本发明的一个实施例的井下气举装置的胶筒坐封状态示意图；

图3显示了根据本发明的一个实施例的井下气举装置的打捞状态示意图；

图4显示了根据本发明的一个实施例的胶筒的部分剖面图；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1显示了根据本发明的井下气举装置100。如图1所示，该气举装置100包括送放芯轴1、中心筒2、单向流组件3、第一卡挂件4和坐封组件。其中，送放芯轴1呈柱状，用于将气举装置100下入到指定位置后被提出。中心筒2设置在送放芯轴11的下端，主要起支撑以及过流作用。并且，中心筒2可以选择性地与送放芯轴1相连接，以使得在将气举装置100送放到位并完成封隔后，可以断开送放芯轴1与中心筒2的连接，而将送放芯轴1提出井筒。第一卡挂件4套设在送放芯轴1的外壁上，用于与管柱(图中只是画出了管柱的第二卡挂件200部分)的第二卡挂件200配合，从而实现卡接以限定井下气举装置100的位置。坐封组件设置中心筒2的外侧，并位于第一卡挂件4的下端，用于封堵井下气举装置100与管柱之间的环空。单流组件3设置在中心筒2的下端，使得流体能从下到上方向流动，以实现半闭式气举。

本发明还涉及管柱。如图1所示，管柱包括第二卡挂件200。该第二卡挂件200为筒状结构，并在其内壁上构造有第二卡挂部201。在施工过程中，第二卡挂件200跟随管柱先被下入到井筒中。根据施工需要，可以在管柱上设置一个或者多个第二卡挂件200，以在采油气过程中，下入例如井下气举装置100类似的工具与第二卡挂件200实现卡接配合。这种方式还能保证在不同时期下入不同的工具以与井下的合适位置的第二卡挂件200匹配。该方式还能保证在同一时期下入多个不同或相同的工具以与位于不同位置的第二卡挂件200匹配。

在施工过程中，将筒状的第二卡挂件200设置在管柱上，并随着管柱被先下入到井筒内。在压裂施工完成后，根据油气井生产管理需要，将井下气举装置100下入到管柱内部，以进行半闭式气举。这种气举方式井底回压低，井筒内积液不会被气举压力压回地层，气举效率高，效果好。另外，这种方式使得先下入的第二卡挂件200的内径与之前的连续油管的内径基本一致，后下的井下气举装置100不会影响其它气井作业，以及管柱的全通径。还有，由于井下气举装置100与第二卡挂件200通过卡挂连接，有助于保证连接稳定性，降低对井斜的要求。再有，根据本发明，可以在管柱上设置多个第二卡挂件200，而在后期下入井下气举装置100与相应的第二卡挂件200配合，以提高定位位置精度。

在一个实施例中，第一卡挂件4包括第一卡挂件本体41、弹性爪42和第一卡挂部43。其中，第一卡挂件本体41为筒状，套设在送放芯轴1的外侧。弹性爪42由第一卡挂件本体41轴向向上延伸。在周向上，间隔式设置多个弹性爪42，例如6个。并且，弹性爪42与送放芯轴1间隙式套接。第一卡挂部43设置在弹性爪42的外周壁上，并构造为径向突出的凸起。优选地，为了增加卡挂稳定性，在轴向上，设置多个，例如两个间隔的第一卡挂部43。相对应地，第二卡挂部201构造为凹槽，用于与第一卡挂部43配合。在井下气举装置100下入过程中，第一卡挂部43受力使得弹性爪42径向收缩，以保证井下气举装置100顺利下入。当第一卡挂部43到达第二卡挂部201位置处，在自身弹力作用下，弹性爪42径向扩张，使得第一卡挂部43进入到第二卡挂部201内并配合完成卡挂，以将井下气举装置100固定。上述卡挂结构简单，易于实现。另外，由于上述结构特征，改变第一卡挂部43和相应的第二卡挂部201的数量、位置、形状和大小等结构，可以实现第一卡挂件4和第二卡挂件200的卡接配合唯一对应性。由此，可以将多个具有不同结构或数量的第二卡挂部201的第二卡挂件200下入井筒，在后期施工过程中，可以选择与合适位置的第二卡挂件200匹配的第一卡挂件4下入管柱内，以携带不同的采气工具。

如图1所示，坐封组件具有外筒5、胶筒6和插入体7。其中，外筒5的下端套设在中心筒2的外侧，并且上端延伸到第一卡挂件4的内腔中并与第一卡挂件4固定连接。胶筒6具有一定的变形能力，用于封隔气举装置100与第二卡挂件200之间的环空。胶筒6的上端为固定端与第一卡挂件4固定连接，而下端沿着轴向方向向下延伸并为自由端。胶筒6的上端通过胶筒固定部8设置在第一卡挂件4上。例如，在胶筒固定部8上设置内螺纹，而在第一卡挂件4上设置相应的外螺纹以进行连接。根据需要，内螺纹和外螺纹的设置也可反过来。在胶筒6的上端与下端之间，胶筒6与外筒5间隔开而形成空闲空间63。插入体7的下端固定套设在中心筒2的外壁上，而上端轴向向上延伸搭接到了外筒5的外壁上，同时插入到空闲空间63内。插入体7在中心筒2带动下能相对于胶筒6轴向移动，在插入体7相对向上运动过程中，能插入到空闲空间63内并径向向外推动胶筒6，从而完成坐封组件的坐封。

胶筒6可具有大致上为梯形或三角形的截面，下端具有较小的截面，而上端具有较大的截面。由此，能够使胶筒6与外筒5在径向方向上间隔开，从而可在胶筒6与外筒5之间形成一定的空闲空间63。

在插入体的朝向胶筒6的上端以及远离胶筒6的下端之间设置倾斜的外表面71。也就是，插入体7的上端构造为在从上到下的方向上径向尺寸逐渐增大的楔形，以在跟随中心筒2上移过程中，能方便地插入到空闲空间63中从而催动胶筒6径向运动。

在一个实施例中，在胶筒5内朝向所述空闲空间63的一侧设置金属接触件64，以使得插入体7插入到空闲空间63后与金属接触件64表面相接合，如图4所示。优选地，该金属接触件64为多个并在周向上间隔式分布。也就是，该金属接触件64为伞骨状，与胶筒5通过硫化工艺粘合在一起。在插入体7相对胶筒5上移过程中，胶筒5变形，且金属接触件64的下端张开。相反地，在插入体7相对于胶筒5下移过程中，胶筒5回缩，而金属接触件64的下端闭合。通过设置金属接触件64减小了插入体7与胶筒5之间的摩擦力，从而保证了密封性能，同时，能增加胶筒5的使用寿命，提高其密封能力。

在一个实施例中，在外筒5与胶筒6之间设置第一密封圈9。当然，第一密封圈9还可以设置在胶筒固定部8于外筒5之间。在外筒5与中心筒2之间设置第二密封圈10。通过设置上述两个密封圈9、10能防止流体通过相应位置进一步上移，从而使得流体能全部通过单向流组件3上移，保证了排水采气效果。

在中心筒2的外壁上设置卡簧21。同时，在外筒5的内壁上间隔式设置有多个能与卡簧21配合的卡簧槽51，例如卡簧槽51的数量为两个。在中心筒2相对于外筒5轴向移动过程中，卡簧21能处在不同的卡簧槽51内。具体地，在气举装置100下入过程中，卡簧21处于下端内的卡簧槽51中，使得插入体7与胶筒6处于初始搭接位置。在气举装置100下入后，上提中心筒2(通过上提送放芯轴1而实现)，此时第一卡挂件4已经卡挂在第二卡挂件200处，则外筒5不动，使得中心筒2相对于外筒5向上运动，卡簧21跟随中心筒2向上移动并进入到位于上端的卡簧槽51内。同时，中心筒2带动插入体7上移，从而促动胶筒6径向扩张。而在解除坐封的时候，向下压中心筒2，以带动插入体7一起相对于胶筒与外筒5向下移动，从而解除胶筒6的坐封。也就是，通过卡簧21与卡簧槽51的配合，而限定插入体7的位置，从而保证胶筒6的坐封或者解封。在外筒5的内腔中设置限位环52，用于限制中心筒2进一步上移。限位环52自身为环状，固定设置在外筒5的内壁上，在送放芯轴1上提过程中，卡簧21与上端的卡簧槽51匹配后，中心筒2的上端面抵接在限位环52处，防止上提送放芯轴1时中心筒2继续上移。

在一个实施例中，如图1所示，送放芯轴1具有轴状的芯轴主体11和送放头12。其中，送放头12设置在芯轴主体11的上端，其径向截面面积大于芯轴主体11的径向截面面积，用于与送放工具固定连接。例如，可以在送放头12的外壁上设置螺纹以与送放工具实现连接。芯轴主体11竖向延伸且其下端与第一卡挂件4通过剪切销101连接，用于实现送放芯轴1与第一卡挂件4可选择性连接。在将气举装置100送入到预定位置并促动胶筒6坐封后，上提送放芯轴1，剪切销101被剪断，以将送放芯轴1提出，如图2所示。

在第一卡挂件本体41的内壁上嵌设有棘齿座44。该棘齿座44能与打捞装置300的棘齿303匹配，以将第一卡挂件4提出井筒。也就是说，在不需要进行排水采气时，可以将气举装置100提出井筒，以实现全通径，利于后期排水采气等采输工艺工序顺利实施。

单向流组件3包括具有连通孔31的单向流主体32、堵盖33、限位杆34和限位块35。其中，单向流主体32呈桶状，其开口端与中心筒2固定连接。需要说明的是，为了制造方便，单向流主体32可以与插入体7一体化制造。且单向流主体32越过中心筒2的下端面向下延伸。连通孔31设置在单向流主体32的底壁上，能与中心筒2的内腔连通。堵盖33设置在单向流主体32的内腔中，并用于盖合连通孔31。在堵盖33的上端面受到比较大的压力以使得堵盖33的合力向下时，堵盖33能盖合在连通孔31处并封堵连通孔。而在堵盖33的下端面受到比较大的压力以使得堵盖33的合力向上时，堵盖33能被顶起以打开连通孔31使得连通孔31与中心筒2连通。由此，通过上述动作实现单向功能。限位杆34穿过单向流主体32的底壁的与堵盖33固定连接。同时，限位块35设置在单向流主体的外侧的用于与限位杆34固定。限位杆34和限位块35起到了限定堵盖33的位置的作用。在堵盖33向下运动时，限位杆34相对于单向流主体32向下运动直至堵盖33盖合在限位孔31处。而堵盖33在向上运动时，限位杆34相对于单向流主体32向上运动直至限位块35抵接单向流主体32防止堵盖33进一步上移。此时，流体通过连通孔3和限位杆34之间的空隙并最终进入到中心筒2的内腔中。

优选地，连通孔31具有在从下到上方向上内径逐渐增加的扩口段36。相匹配地，在堵盖33上设置楔形的与扩口段配合的插入部37。在堵盖33下移过程中，插入部37能进入到扩口段36并与其配合，以达到比较好的密封效果。

在弹性爪42的上端面与外侧面之间设置朝向上的第一斜面45。该第一斜面45用于在打捞中与打捞装置配合(后续详细论述)。

本发明还涉及打捞装置300。如图3所示，打捞装置300包括打捞头301和打捞芯轴302。打捞头301用于与外部结构相连接，使得外部结构(例如连续油管)能携带打捞装置300下放到井筒内的预定位置。打捞芯轴302与打捞头301固定连接，同时，打捞芯轴302还能够与位于第二卡挂件200内的第一卡挂件4相锁止配合。上提打捞装置300以将第一卡挂件4提出井筒。

具体地，在打捞芯轴302的下端外壁上设置棘齿303。为保证能与棘齿座44顺利配合以及连接的稳定性，在打捞芯轴302的下端外壁上设置多个棘齿303。多个棘齿303沿着打捞芯轴302的延伸方向并排设置。

在打捞头301的下端面上设置安装槽304。打捞芯轴302的上端能延伸到安装槽304内，例如可以通过螺纹连接。安装槽304的侧壁与打捞芯轴302的外壁间隙配合。安装槽304的下端面与内壁面之间设置第二斜面305。在下入打捞装置300过程中，第二斜面305插入到第一斜面45与第二卡挂件200形成的环空内，随着打捞装置300的不断下入，第二斜面305施力于第一斜面45，并促动弹性爪42径向收缩，以使得弹性爪42的上端收拢到安装槽304内，同时，第一卡挂部43由第二卡挂部201内脱出解除卡接限定。

下面根据图1到4详细论述气举装置100以及相关管串和打捞装置300的工作过程。

首先，将第二卡挂件200设置在管柱上，然后将管柱下入到井筒内。在下入到位后，由于第二卡挂件200呈筒状，其并不影响其它气井操作。

在需要排水采气时，通过连续油管等送入工具将气举装置100下入到管柱内。在气举装置100下入过程中，弹性爪42径向收缩，并不妨碍气举装置100下入。同时，卡簧21处在下端的卡簧槽51中，插入体7处在初始位置未使胶筒6径向运动。而当第一卡挂部43到达所匹配的第二卡挂部201位置处，在自身弹力作用下，弹性爪42径向扩张，使得第一卡挂部43与第二卡挂部201配合完成卡挂，以将气举装置100固定，如图1所示。在这个过程中，卡簧21一直处在下端的卡簧槽51中，以限定插入体7与胶筒6的相对位置，防止胶筒6提前坐封。

接着，上提送入工具，送放芯轴1带动中心筒2向上移动(由于两者通过剪切销101连接)，而由于第一卡挂件4设置在第二卡挂件200处，则第一卡挂件4不能移动，并由于胶筒6和外筒5均与第一卡挂件4固定连接，则胶筒6和外筒5并不能移动。从而，上述提拉一方面使得插入体7相对于胶筒6向上运动，从而促动胶筒6径向扩张而实现坐封；另一方面，卡簧21向上运动而进入到上端的卡簧槽51中，互相配合的卡簧21与卡簧槽51限定了插入体7的位置，保证了胶筒6的坐封稳定性。此时，中心筒2的上端面抵接限位环52。继续上提送放芯轴1，由于中心筒2由限位环52限定，不能继续上移，则剪切销101被剪断，解除了中心筒2与送放芯轴1的固定，从而将送放芯轴1提出井筒，如图2所示。此时，井下的高压通过连通孔31和限位杆34之间的空隙进入到中心筒2的内腔，以进行正常的排水采气工作。

在不需要进行排水采气时，可以下入打捞装置300，将该气举装置100打捞出管柱，以实现全通径。具体地，下入打捞装置300，并下压打捞装置300。在打捞装置300下移过程中，打捞装置300与中心筒2抵接，在下压打捞装置300的过程中，中心筒2跟随打捞装置300下移，以使得卡簧21从上端的卡簧槽51内脱出并继续下移进入到位于下端的卡簧槽51内，此时，插入体7相对于胶筒6下移，而解封胶筒7。打捞装置300下移过程中，棘齿303与气举装置100的棘齿座44配合，形成锁止结构。同时，第二斜面305施力于第一斜面45，促动弹性爪42径向收缩，解除第一卡挂件4与第二卡挂件200的卡接限定。此时，可以通过上提打捞装置300将剩余的气举装置100提出井筒。

本申请中，方位用语“上”、“下”与井下气举装置100的实际工作方位为参照。

以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种井下气举装置，其特征在于，包括：

送放芯轴，

可选择性设置在所述送放芯轴的下端的中心筒，所述中心筒通过剪切销与所述送放芯轴相连，

套设在所述送放芯轴的外侧的第一卡挂件，

套设在所述中心筒的外侧并位于所述第一卡挂件的下端的坐封组件，

设置在所述中心筒的下端的单向流组件，其中，所述单向流组件使得流体能从下到上方向流动，

其中，所述坐封组件具有：

外筒，所述外筒套设在所述中心筒的外侧且上端延伸到所述第一卡挂件的内腔中并与其固定连接，

胶筒，所述胶筒套设在所述外筒的外侧并位于所述第一卡挂件的下端，所述胶筒包括相对于所述外筒固定的固定端，以及沿着轴向而从所述固定端延伸出去的自由端，其中，在所述固定端与所述自由端之间，所述胶筒与所述外筒间隔开而形成空闲空间；以及

插入体，所述插入体的下端固定套设在所述中心筒的外壁上且上端延伸到所述空闲空间内，在所述中心筒带动插入体上移过程中插入体推动所述胶筒径向运动，

所述单向流组件具有：

开口端与所述中心筒固定连接的桶状的单向流主体，在所述单向流主体的底壁上设置有连通孔，

设置在所述单向流主体的内腔中的用于盖合所述连通孔的堵盖，

穿过所述单向流主体的底壁的与所述堵盖固定连接的限位杆，

设置在所述单向流主体的外侧的用于与所述限位杆固定的限位块，

在所述中心筒的外壁上设置卡簧，并在所述外筒的内壁上间隔式设置有多个能与所述卡簧配合的卡簧槽，

所述送放芯轴与所述中心筒通过剪切销连接，和/或在所述外筒的内壁上设置用于防止所述中心筒上移的限位环，

所述第一卡挂件具有第一卡挂件本体、由所述第一卡挂件本体轴向向上延伸的周向间隔的弹性爪和突出式设置在所述弹性爪的外周壁上的第一卡挂部，在所述第一卡挂件本体的内壁上嵌设有棘齿座。

2.根据权利要求1所述的井下气举装置，其特征在于，所述连通孔的具有在从下到上方向上内径逐渐增加的扩口段，在所述堵盖上设置楔形的与所述扩口段配合的插入部。

3.根据权利要求1或2所述的井下气举装置，其特征在于，在所述胶筒的朝向所述空闲空间的一侧间隔式设置多个伞骨状的金属接触件，在所述插入体插入到所述空闲空间内时，所述金属接触件与所述插入体的外表面相接合。

4.根据权利要求3所述的井下气举装置，其特征在于，在所述外筒与所述胶筒之间设置第一密封圈，

或/和在所述外筒与所述中心筒之间设置第二密封圈。

5.一种管柱，其特征在于，包括一个或多个筒状的第二卡挂件，并且至少有一个所述第二卡挂件能与根据权利要求1到4中任一项所述井下气举装置的第一卡挂件配合。

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