CN112302589A - 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上接头、连通式设置在所述上接头下端的中心筒、套设在所述中心筒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流组件，所述单流组件构造为在从上到下方向上与所述中心筒的内腔截止而在从下到上方向上与所述中心筒的内腔连通，该井下气举装置构造为后置式，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。

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，该井下气举装置利用单流组件结构实现半闭式气举，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：

上接头，

连通式设置在上接头下端的中心筒，

套设在中心筒的外侧的第一卡挂件，

套设在中心筒的外侧并位于第一卡挂件的下端的坐封组件，

设置在中心筒的下端的单流组件，单流组件构造为能在从上到下方向上与中心筒的内腔截止而在从下到上方向上与中心筒的内腔连通。

在一个实施例中，单流组件具有：

与中心筒固定连接的球座，

设置在中心筒的内腔中并与球座匹配的球，

设置在中心筒的内壁上用于限定球的轴位置的限位件。

在一个实施例中，限位件由中心筒的内壁径向向内延伸，周向上在中心筒的内壁上构造多个间隔的限位件，且在限位件的下端面上设置用于容纳球的凹部。

在一个实施例中，第一卡挂件包括第一卡挂件本体、由第一卡挂件本体轴向向上延伸的周向间隔的弹性爪和设置在弹性爪的外周壁上的第一卡挂部。

在一个实施例中，坐封组件具有：

上胶筒座，上胶筒座的上端套设在中心筒和第一卡挂件之间，并通过第一剪切销与第一卡挂件连接，

下胶筒座，下胶筒座固定设置在中心筒的外壁上，

胶筒，胶筒的上下端面分别与上胶筒座和下胶筒座抵接，在下胶筒座相对上胶筒座轴向向上移动过程中，胶筒被压缩而径向膨胀。

在一个实施例中，在上胶筒座与第一卡挂件之间设置第一棘齿锁定装置，

和/或在上胶筒座与中心筒之间设置第二棘齿锁定装置。

在一个实施例中，在中心筒的中间段外壁上设置用于匹配弹性爪的避让槽，在中心筒的上端设置周向延伸的扩孔，扩孔的下端与避让槽连通。

在一个实施例中，在上接头的内腔中设置打捞头，打捞头的外壁上设置使得下端外壁的直径大于上端外壁的直径的第一台阶面，第一台阶面之下的打捞头通过第四剪切销与中心筒连接，在中心筒的内腔中设置位于第一台阶面之上的限位环。

在一个实施例中，上接头与中心筒通过第三剪切销连接。

根据本发明的第二方面，提供一种管柱，包括第二卡挂件，第二卡挂件可以为一个或者多个，并且至少一个能与上述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流组件，气举时，减少了井口高压气源对井底的回压，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，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，其内径和与其连接的油管的内径一致，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锁定弹性爪状态示意图；

图3显示了根据本发明的一个实施例的井下气举装置的胶筒坐封状态示意图；

图4显示了根据本发明的一个实施例的井下气举装置的提出上接头状态示意图；

图5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6显示了根据本发明的一个实施例的中心筒；

图7为来自图6的A-A剖面图；

图8为来自图6的B-B剖面图；

图9为来自图6的C向示意图；

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，该装置100包括上接头1、中心筒2、单流组件3、第一卡挂件4和坐封组件。其中，上接头1呈筒状，用于与其它工具连接。中心筒2与上接头1连通式连接，并设置在上接头1的下端，主要起支撑作用。第一卡挂件4套设在中心筒2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。而单流组件3设置在中心筒2的下端，以实现半闭式气举。单流组件3能在在从上到下方向上与中心筒2的内腔截止而在从下到上方向上与中心筒2的内腔连通，也就是实现单向连通。

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，套设在中心筒2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。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。

优选地，第一卡挂部43的上端面与外壁面之间设置朝向外侧的引导斜面(图中未示出)。在打捞过程中，该引导斜面能保证第一卡挂部43比较容易地脱出第二卡挂部201。

如图1所示，坐封组件具有上胶筒座5、下胶筒座6和胶筒7。上胶筒座5的上端套设在中心筒2和第一卡挂件4之间。下胶筒座6固定设置在中心筒2的外壁上。上胶筒座5的下端面轴向越过下胶筒座6的上端面向下延伸，并与形成在下胶筒座6的外壁上的第二台阶面61形成用于容纳胶筒7的凹槽，以使得胶筒7的上端面与上胶筒座5的下端面抵接，而胶筒7的下端面与第二台阶面61抵接。由此，在下胶筒座6相对上胶筒座5轴向向上移动过程中，胶筒7被压缩而径向膨胀，以完成坐封。另外，上胶筒座5与第一卡挂件4之间设置第一剪切销11，用于限定第一卡挂件4。在促动胶筒7坐封之前，第一卡挂件4固定在上胶筒座5上，使其能顺利下入到管柱中。在促动胶筒7坐封过程中，下压中心筒2，以剪断第一剪切销11，从而使得上胶筒座5能相对于第一卡挂件4轴向向下移动。

在上胶筒座5和第一卡挂件4之间设置第一棘齿锁定装置8。优选地，第一棘齿锁定装置8具有第一棘齿81和第一棘齿环82。其中，第一棘齿81设置在第一卡挂件本体41的内壁上。第一棘齿环82嵌入到上胶筒座5的外壁内。在上胶筒座5相对于第一卡挂件4下移过程中，第一棘齿环82跟随上胶筒座5下移并与第一棘齿81配合，以锁定上胶筒座5和第一卡挂件4，防止上胶筒座5相对于第一卡挂件4上移。进一步优选地，为了保证连接方便，上胶筒座5设置为分体件。也就是，上胶筒座5分为上胶筒座本体51和卡定环52。上胶筒座本体51和卡定环52彼此部分套接，且部分卡定环52位于部分上胶筒座本体51的上端。其中，第一棘齿环82嵌入到由上胶筒座本体51和卡定环52所形成的凹槽内。上述设置简单，组装方便。

在上胶筒座5和中心筒2之间设置第二棘齿锁定装置9。第二棘齿锁定装置9包括第二棘齿环91和第二棘齿座92。其中，第二棘齿环91嵌入在中心筒2的外壁内。当然，为了安装加工方便，第二棘齿环91嵌入在中心筒2的第四台阶面21和下胶筒座6之间的凹槽内。而第二棘齿座92设置在上胶筒座5上。在胶筒7坐封过程中，中心筒5和下胶筒座6相对于上胶筒座5上移，带动第二棘齿环91上移并与第二棘齿座92完成锁定，以保证胶筒7的坐封安全，防止胶筒7回退。

优选地，第二棘齿座92通过第二剪切销10设置在上胶筒座5上。在剪断第二剪切销10的情况下，解除上胶筒座5和中心筒2的锁定状态，此时，可以解封胶筒7。

在井下气举装置100下入并卡挂完成后，下压上接头1。由于上接头1与中心筒2通过卡接式的台阶面连接，则中心筒2受向下的力。由于上胶筒座5的上端面与中心筒2的第三台阶面22抵接，则上胶筒座5受到向下的力。此时，由于第一卡挂部43与第二卡挂部202卡挂，则第一卡挂件4固定不动。而力将第一剪切销11剪断，则上接头1带动中心筒2和上胶筒座5下移。在上胶筒座5相对于第一卡挂件4下移过程中，第一棘齿环82和与第一棘齿81配合，第一棘齿锁定装置8运作，锁定第一卡挂件4和上胶筒座5相对位置。在上接头1下移过程中，由于下胶筒座6与中心筒2固定连接，则下胶筒座6跟随上接头1下移。

在第一棘齿锁定装置8运作后，上提上接头1，由于上接头1通过第三剪切销12与中心筒2固定。在上接头1带动中心筒2上移过程中，下胶筒座6跟随中心筒2上移。而由于第一棘齿锁定装置8作用，第一卡挂件4限定上胶筒座5。从而，下胶筒座6相对于上胶筒座5上移，并压缩胶筒7使其径向膨胀，从而坐封。此时，胶筒7封闭了井下气举装置100与第二卡挂件200之间的环空，使得流体只能通过单流组件3向上流通。并且，在上胶筒座5上移过程中，促动第二棘齿锁定装置9运作，从而限定了上胶筒座5和中心筒2的位置，保证了胶筒7坐封稳定性。

在一个实施例中，如图6-9所示，中心筒2的下段外壁的径向尺寸小于中间段和上段的径向尺寸。在中心杆2的下段用于设置坐封组件等部件。在中心杆2的中间段外壁上设置避让槽23、在上端设置轴向延伸的扩孔24。其中，避让槽23用于与弹性爪42配合，为弹性爪42提供空间。同时，同时，避让槽23在轴向上具有一定长度，以在第一卡挂件4卡挂过程中，下压上接头1，使得中心筒2相对于第一卡挂件4下移。另外，扩孔24的下端与避让槽23连通，在装置100下入过程中，第一卡挂部43受压可以径向收缩至避让槽23内。从而上述设置保证装置100能够顺利下入。同时，第一卡挂件4与第二卡挂件200配合后，下压上接头1的过程中，避让槽23的上端槽壁可以坐在第一卡挂件4的上端面上，以限制中心杆2进一步下移。另外，在周向上，用于与弹性爪42配合的避让槽23间隔式设置能增加中心杆2的自身强度，并保证与弹性爪42连接稳定性。

在一个实施例中，在上接头1的内腔中设置打捞头13。该打捞头13的外壁上设置第一台阶面131，使得打捞头13的下端外壁的直径大于上端外壁的直径。第一台阶面131之下的打捞头13向下延伸并通过第四剪切销14与中心筒2连接。在中心筒2的内腔中设置限位环15。该限位环15位于第一台阶面131之上，用于限定打捞头13进一步上移。在井下气举装置100下入过程中，打捞头13通过第四剪切销14与中心筒2固定连接。在促动胶筒7坐封过程中，下压上接头1，该打捞头13与中心筒2一起相对于第一卡挂件4向下移动，并进入到第一卡挂件4的弹性爪42部分的内腔中。该打捞头13在避让槽23处与第一卡挂部43抵接从而限制第一卡挂部43径向收缩。从而，该打捞头13能增加第一卡挂件4与第二卡挂件200卡挂的稳定性，从而保证施工安全。在上提打捞头13时，第四剪切销14被剪断，则打捞头13相对于中心筒2上移，直至第一台阶面131与限位环15抵接。此时，解除了打捞头13对第一卡挂部43的径向限定，第一卡挂部43可以从第二卡挂部201内脱出。

在一个实施例中，打捞头13的上端设置径向凸出式延伸的打捞部132，用于打捞作业。打捞工具300下入后，与打捞部132形成卡接配合，并将井下气举装置100提出管柱，从而保证管柱的全通径。也就是说，根据本申请的井下气举装置100具有打捞功能，能够实现油管的全通径，保证后期气井作业。并且，将打捞部132的下端面设置为斜面，在打捞工具300下入后，该打捞部132能与打捞工具300形成类似棘齿状的配合，从而保证卡接稳定性，以将井下气举装置100安全稳定地提出管柱。

上接头1与中心筒2通过第三剪切12销连接。在胶筒7坐封后，可以上提上接头1以剪断第三剪切销12，从而将上接头1提出管柱，以为后续打捞做准备。

在具体结构中，单流组件3包括球座31、球32和限位件33。其中，球座31固定设置在下胶筒座6的下端，用于承接作用。球32能与球座31配合。当球32受到向下的力后，可以坐封在球座31上以封堵球座31的内通道，从而截止了中心筒2与井底的连通。限位件33设置在中心筒2的内腔中，用于限定球32的轴向位置，阻止装置100的在下入过程中，球32进一步向上运动。需要说明的是，由于中心筒2与下胶筒座6固定连接，而为了安装方便，则限位件33设置在下胶筒座6的下端。优选地，在下胶筒座6的内壁上设置多个限位件33，并且在周向上，多个限位件33间隔式分布。在装置100下入过程中，球32受到向上的力而向上运动并与限位件33抵接，上述结构使得流体还能通过限位件33之间的空隙向上流动，从而上述设置保证了流体的有效流动。进一步优选地限位件33的下端面构造有能与球32匹配的凹部(图中未示出)，用于收纳球32。

下面根据图1到9详细论述井下气举装置100以及相关管柱的工作过程。

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，通过连续油管将井下气举装置100下入到管柱内。在井下气举装置100下入过程中，弹性爪42径向收缩，并不妨碍井下气举装置100下入。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，以将井下气举装置100固定，如图1所示。

接着，施力于上接头1下压井下气举装置100。当压力达到一定值时，第一剪切销11被剪断。此时，上接头1、中心筒2、上胶筒座5、胶筒7和下胶筒座6相对于第一卡挂件4下移。在下移过程中，第一棘齿81与第一棘齿环82配合，第一棘齿锁定装置8运作，以将上胶筒座5锁定于第一卡挂件4上，直至避让槽23的上端槽壁坐在第一卡挂件4的上端面上，限制中心杆2进一步下移，如图2所示。在这个过程中，打捞头13跟随中心筒2一起下移，且其下端进入到第一卡挂件4的内腔中，限定第一卡挂部43防止其径向收缩。

再接着，上提上接头1，在上接头1带动中心筒2上移过程中，下胶筒座6跟随中心筒2上移。而由于第一棘齿锁定装置8作用，第一卡挂件4限定上胶筒座5。从而，下胶筒座6相对于上胶筒座5上移，并压缩胶筒7使其径向膨胀，从而坐封。坐封的胶筒7封堵了井下气举装置100和管柱之间的环空，如图3所示。此时，第二棘齿环91和第二棘齿座92可以完成锁定，以防止胶筒7回退，保证坐封安全。

在胶筒7坐封完成后，上提送入井下气举装置100的送入工具，将第三剪切销12剪断，以分离中心筒2和上接头1。从而将上接头1提出管柱，如图4所示。至此，可以向井下气举装置100内注入高压气体，而实施排水采气工作。

在不需要进行排水采气时，可以下入打捞工具，将该井下气举装置100打捞出管柱，以实现全通径。具体地，下入打捞工具300，并下压打捞工具300。在力的作用下，打捞工具300的打捞齿越过打捞头13的打捞部132，下移并施力于中心筒2的上端面。在力作用下，由于第一卡挂部43被限定，则第一卡挂件4不能下移。同时，由于胶筒7坐封的限定，则上胶筒座5并不能下移。而当力达到一定值时，第二剪切销10被剪断，则第二棘齿座92与上胶筒座5分离，使得中心筒2带着第二棘齿锁定装置9和下胶筒座6下移，由此，胶筒7解封。在胶筒7解封后，上提打捞工具300。由于打捞工具300与打捞头13卡接，则打捞工具300带动打捞头13上移，直至打捞头13移出第一卡挂件4的内腔，且第一台阶面131与限位环15接触。此时，弹性爪42失去打捞头13的径向支撑，如图5所示。通过第一台阶面131和限位环15的作用，中心筒2受到向上的拉力并上移。下胶筒座6跟随中心筒2上移。则上胶筒座5也受到向上的力，在第一棘齿锁定装置8的配合下，第一卡挂件4受到向上的力，该力使得第一卡挂部43径向收缩并移出第二卡挂部201。第一卡挂件4跟随上胶筒座5上移。由此，通过打捞工具300可以将井下气举装置100提出管柱，从而实现全通径。

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 (10)

1.一种井下气举装置，其特征在于，包括：

上接头，

连通式设置在所述上接头下端的中心筒，

套设在所述中心筒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流组件，所述单流组件构造为能在从上到下方向上与所述中心筒的内腔截止而在从下到上方向上与所述中心筒的内腔连通。

2.根据权利要求1所述的井下气举装置，其特征在于，所述单流组件具有：

与所述中心筒固定连接的球座，

设置在所述中心筒的内腔中并与所述球座匹配的球，

设置在所述中心筒的内壁上用于限定所述球的轴位置的限位件。

3.根据权利要求2所述的井下气举装置，其特征在于，所述限位件由所述中心筒的内壁径向向内延伸，周向上在所述中心筒的内壁上构造多个间隔的限位件，且在所述限位件的下端面上设置用于容纳所述球的凹部。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的井下气举装置，其特征在于，所述第一卡挂件包括第一卡挂件本体、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设置在所述弹性爪的外周壁上的第一卡挂部。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的井下气举装置，其特征在于，所述坐封组件具有：

上胶筒座，所述上胶筒座的上端套设在所述中心筒和所述第一卡挂件之间，并通过第一剪切销与所述第一卡挂件连接，

下胶筒座，所述下胶筒座固定设置在所述中心筒的外壁上，

胶筒，所述胶筒的上下端面分别与所述上胶筒座和所述下胶筒座抵接，在所述下胶筒座相对所述上胶筒座轴向向上移动过程中，所述胶筒被压缩而径向膨胀。

6.根据权利要求5所述的井下气举装置，其特征在于，在所述上胶筒座与所述第一卡挂件之间设置第一棘齿锁定装置，

和/或在所述上胶筒座与所述中心筒之间设置第二棘齿锁定装置。

7.根据权利要求4到6中任一项所述的井下气举装置，其特征在于，在所述中心筒的中间段外壁上设置用于匹配所述弹性爪的避让槽，在所述中心筒的上端设置周向延伸的扩孔，所述扩孔的下端与所述避让槽连通。

8.根据权利要求7所述的井下气举装置，其特征在于，在所述上接头的内腔中设置打捞头，所述打捞头的外壁上设置使得下端外壁的直径大于上端外壁的直径的第一台阶面，第一台阶面之下的所述打捞头通过第四剪切销与所述中心筒连接，在所述中心筒的内腔中设置位于所述第一台阶面之上的限位环。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的井下气举装置，其特征在于，所述上接头与所述中心筒通过第三剪切销连接。

10.一种管柱，其特征在于，包括第二卡挂件，所述第二卡挂件可以为一个或者多个，并且至少一个能与根据权利要求1到9中任一项所述井下气举装置的第一卡挂件配合。

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