CN112943597A - 一种气井排水用开瓣式实心棒式柱塞 - Google Patents
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Abstract
本发明一种气井排水用开瓣式实心棒式柱塞，属于天然气开采机械技术领域；包括中心杆，中心杆一端通过铆钉铆接下撞击触头，另一端铆接上撞击触头，中心杆上套设中心滑轨，且中心滑轨被约束于上撞击触头和下撞击触头之间；中心滑轨两端设置锁定装置，且锁定装置与中心杆相配合，将中心杆交替锁定在中心滑轨的两端；中心滑轨一侧设置U型通孔，另一侧固定设置固定密封瓣；中心杆上固定设置移动密封瓣，且移动密封瓣滑动设置于U型通孔中，当移动密封瓣在U型通孔中进行上、下往复运动时，将与固定密封瓣形成分开或闭合状态。本发明可以实现不关井快速下落并且能够连续飞行。
Description
技术领域
本发明属于天然气开采机械技术领域，尤其涉及一种气井排水用开瓣式实心棒式柱塞。
背景技术
目前气井在用的排水采气柱塞主要有三大类结构形式：第一类为传统的实心棒式柱塞，为一体化设计，结构简单，无相对运动部件，结实耐用；第二大类为空心柱塞，用球和柱塞实现中心孔的密封；第三大类为混合型结构，其中(1)变外径实心棒式柱塞，如CN104389782A“一种衬垫式排水采气柱塞”。(2)分体式空心柱塞，如CN103670337A“不关井连续生产的分体式柱塞”。(3)变外径空心柱塞，如CN109184624A“一种不关井连续举升柱塞排采装置及施工方法”。(4)旁通式空心柱塞，如CN106522898B，“气井自动排水柱塞”。
从实心棒式柱塞到空心柱塞，再到混合型结构的柱塞，都是为了减少下落时间，提高举水效率，从而避免频繁开关井，降低操作成本和提高产量，为不开关井排水采气工艺创造先决条件。
发明内容
本发明目的在于提供一种气井排水用开瓣式实心棒式柱塞，它可以实现不关井快速下落并且能够连续飞行。
为实现上述目的，本发明的一种气井排水用开瓣式实心棒式柱塞的具体技术方案如下：
一种气井排水用开瓣式实心棒式柱塞，包括中心杆，中心杆一端通过铆钉铆接下撞击触头，另一端铆接上撞击触头，中心杆上套设中心滑轨，且中心滑轨被约束于上撞击触头和下撞击触头之间；
中心滑轨两端设置第一锁定装置和第二锁定装置，中心滑轨靠近上撞击触头的一端设置第一锁定装置，中心滑轨靠近下撞击触头的一端设置第二锁定装置，且第一锁定装置和第二锁定装置与中心杆相配合，将中心杆交替锁定在中心滑轨的两端；
中心滑轨一侧设置U型通孔，另一侧固定设置固定密封瓣；
中心杆上固定设置移动密封瓣，且移动密封瓣滑动设置于U型通孔中，当移动密封瓣在U型通孔中进行上、下往复运动时，将与固定密封瓣形成分开或闭合状态。
进一步，中心滑轨靠近上撞击触头的一端固定设置锁紧螺母，中心滑轨远离U型滑槽的一侧一体成型设置挡块，锁紧螺母和挡块间固定设置固定密封瓣；
中心滑轨靠近下撞击触头的一端一体成型设置限位块。
进一步，移动密封瓣与固定密封瓣均为半圆柱构型，且半圆柱的两端一体成型设置滑块；
中心滑轨上与U型通孔相邻的两侧对称设置U型滑槽，且滑块滑动设置于U型滑槽中。
进一步，中心杆两端均设置第一锁定槽和第二锁定槽，第一锁定装置和第二锁定装置分别与第一锁定槽和第二锁定槽相配合，使中心杆交替锁定在中心滑轨的两端。
进一步，中心滑轨上设置第一通孔，固定密封瓣上设置有与第一通孔相配合的第一螺纹孔，第一锁定装置设置于第一通孔和第一螺纹孔中。
进一步，第一锁定装置包括与第一锁定槽相配合的第一钢球，第一钢球顶端与第一弹簧的一端连接，第一弹簧的另一端与第一压簧螺丝连接，且第一压簧螺丝与第一通孔螺纹连接。
进一步，限位块上设置第二螺纹孔，且第二螺纹孔中设置第二锁定装置。
进一步，第二锁定装置包括与第二锁定槽相配合的第二钢球，第二钢球顶端与第二弹簧的一端连接，第二弹簧的另一端与第二压簧螺丝连接，且第二压簧螺丝与第二螺纹孔螺纹连接。
进一步，移动密封瓣朝向中心杆的一侧与连接螺钉和键型销钉的一端固定连接，且连接螺钉和键型销钉的的另一端与中心杆固定连接；
连接螺钉和键型销钉滑动设置于U型通孔中。
进一步，固定密封瓣和移动密封瓣的中间接触面为斜面。
本发明的一种气井排水用开瓣式实心棒式柱塞具有以下优点：快速下落并且能够连续飞行。
附图说明
图1为本发明的一种气井排水用开瓣式实心棒式柱塞的结构示意图。
图2为本发明的一种气井排水用开瓣式实心棒式柱塞的固定密封瓣和移动密封瓣结合斜面示意图。
图3为本发明的一种气井排水用开瓣式实心棒式柱塞的U型槽轨道配合结构示意图。
图4为本发明的一种气井排水用开瓣式实心棒式柱塞的下行时开瓣式实心棒式柱塞运行状态示意图。
图5为本发明的一种气井排水用开瓣式实心棒式柱塞的上行时开瓣式实心棒式柱塞运行状态示意图。
图6为本发明的一种气井排水用开瓣式实心棒式柱塞的开瓣式实心棒式柱塞排水总流程示意图。
图7为本发明的一种气井排水用开瓣式实心棒式柱塞的爆炸示图。
图8为图1在A-A方向上的剖视图。
图9为图8在A处的局部放大图。
图10为图8在B处的局部放大图。
图11为图8在C处的局部放大图。
图12为本发明的一种气井排水用开瓣式实心棒式柱塞的使用状态图。
图中标记说明：1、上撞击触头；2、锁紧螺母；3、中心滑轨；4、固定密封瓣；5、移动密封瓣；6、连接螺钉；7、键型销钉；8、第二锁定装置；801、第二钢球；802、第二弹簧；803、第二压簧螺丝；9、中心杆；10、下撞击触头；11、井口防喷管；12、井口阀门；13、生产管线；14、套管；15、油管；16、开瓣式实心棒式柱塞；17、止卡器；18、铆钉；19、第一锁定装置；191、第一钢球；192、第一弹簧；193、第一压簧螺丝；20、U型通孔；21、挡块；22、限位块；23、滑块；24、U型滑槽；25、第一锁定槽；26、第二锁定槽；27、第一通孔；28、第一螺纹孔；29、第二螺纹孔；30、中心线。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种气井排水用开瓣式实心棒式柱塞做进一步详细的描述。
根据以往现场得到的数据和相关资料证明，柱塞上行举水的漏失量和柱塞的直径增加成反比，和举升速度增加成正比。而柱塞下落的速度快慢和其直径截面积成反比，将实心棒式柱塞设计成两个可以开合的半圆柱组成的实心圆柱体，使与油管内径配合的圆柱面积达到最大，当柱塞上行举升时，两个半圆柱体闭合锁紧，实现上行时柱塞具有与油管内表面密封的最大截面，下行时，两个半圆柱体分开，与油管内径表面密封失效，而且每个半圆柱体的面积都为原整个圆柱体面积的二分之一，所以具有减小气体上顶力的最小截面，从而能够实现快速下落。
如图1-12所示，本发明的柱塞采用两瓣开合式结构，上行时，固定密封瓣4和移动密封瓣5结合成完整实心柱塞，形成与油管内径可靠的密封界面，实现举水功能。在下行过程中，移动密封瓣5和固定密封瓣4处于分开状态，形成两个独立的半圆柱体，密封失效，开瓣式实心柱塞在重力作用下，在油管内快速下落，当下行至底部时，撞击底部止卡器和缓冲弹簧上，通过撞击产生的冲击力，使移动密封瓣5强制性移动，与固定密封瓣4重合，密封功能恢复，在油管内形成气水中的固体界面，完成气举的能量储存后，利用地层能量上行举水，当上行至井口防喷管后，撞击井口防喷管中的防碰垫块，撞击中心杆9带动移动密封瓣5，使其强制性分开，并且锁紧，柱塞与油管内孔密封失效，形成大面积过流通道，柱塞开始快速下落，重复整个排水过程。
一种气井排水用开瓣式实心棒式柱塞，包括中心杆9，中心杆9一端通过铆钉18铆接下撞击触头10，另一端铆接上撞击触头1，中心杆9上套设中心滑轨3，且中心滑轨3被约束于上撞击触头1和下撞击触头10之间；
中心滑轨3两端设置第一锁定装置19和第二锁定装置8，中心滑轨3靠近上撞击触头1的一端设置第一锁定装置19，中心滑轨3靠近下撞击触头10的一端设置第二锁定装置8，且第一锁定装置19和第二锁定装置8与中心杆9相配合，将中心杆9交替锁定在中心滑轨3的两端；
中心滑轨3一侧设置U型通孔20，另一侧固定设置固定密封瓣4；
中心杆9上固定设置移动密封瓣5，且移动密封瓣5滑动设置于U型通孔20中，当移动密封瓣5在U型通孔20中进行上、下往复运动时，将与固定密封瓣4形成分开或闭合状态。
在本实施方式中，中心滑轨3靠近上撞击触头1的一端固定设置锁紧螺母2，优选为，锁紧螺母2与中心滑轨3过盈配合；中心滑轨3远离U型滑槽24的一侧一体成型设置挡块21，锁紧螺母2和挡块21间固定设置固定密封瓣4，锁紧螺母2和固定密封瓣4间设置缓冲垫片；
中心滑轨3靠近下撞击触头10的一端一体成型设置限位块22。
在本实施方式中，移动密封瓣5与固定密封瓣4均为半圆柱构型，且半圆柱的两端一体成型设置滑块23；
中心滑轨3上与U型通孔20相邻的两侧对称设置U型滑槽24，且滑块23滑动设置于U型滑槽24中,为了保证移动密封瓣5的分合运行稳定，其运行轨道为U型槽结构，在中心滑轨3上，在撞击中心杆9的带动下进行移动。
在本实施方式中，中心杆9两端均设置第一锁定槽25和第二锁定槽26，第一锁定装置19和第二锁定装置8分别与第一锁定槽25和第二锁定槽26相配合，使中心杆9交替锁定在中心滑轨3的两端。
在本实施方式中，中心滑轨3上设置第一通孔27，固定密封瓣4上设置有与第一通孔27相配合的第一螺纹孔28，第一锁定装置19设置于第一通孔27和第一螺纹孔28中。
在本实施方式中，第一锁定装置19包括与第一锁定槽25相配合的第一钢球191，第一钢球191顶端与第一弹簧192的一端连接，第一弹簧192的另一端与第一压簧螺丝193连接，且第一压簧螺丝193与第一通孔27螺纹连接。
在本实施方式中，限位块22上设置第二螺纹孔29，且第二螺纹孔29中设置第二锁定装置8。
在本实施方式中，第二锁定装置8包括与第二锁定槽26相配合的第二钢球801，第二钢球801顶端与第二弹簧802的一端连接，第二弹簧802的另一端与第二压簧螺丝803连接，且第二压簧螺丝803与第二螺纹孔29螺纹连接。
在本实施方式中，移动密封瓣5朝向中心杆9的一侧与连接螺钉6和键型销钉7的一端固定连接，且连接螺钉6和键型销钉7的的另一端与中心杆9固定连接；
连接螺钉6和键型销钉7滑动设置于U型通孔20中。
在本实施方式中，为了使密封性能更可靠，避免因为撞击力等因素产生固定密封瓣4和移动密封瓣5两半错位和贴合不严，移动密封瓣5和固定密封瓣4的结合面做成互相配合的斜面。
简述开瓣式实心棒式柱塞的工作原理，有利于理解本发明。
参阅图6一口气井由套管14、油管15、生产管线13组成，油管15在套管14内，在井口安装有井口阀门12、井口防喷管11，在井下油管15内安装井下止卡器17，把开瓣式实心棒式柱塞16从井口防喷管11处放入油管15内，使其处于下行开瓣状态，打开井口阀门12，即可开始排水采气运行，开瓣式实心棒式柱塞排水采气分为下行状态和上行状态；
下行状态：附图4将开瓣式实心棒式柱塞16处于下行状态，关闭井口阀门12，打开井口防喷管11，放入开瓣式实心棒式柱塞16，关闭井口防喷管11，打开井口阀门12，开瓣式实心棒式柱塞16在重力作用下向下运行，气体从固定密封瓣4和移动密封瓣5分开的过流通道通过，开瓣式实心棒式柱塞16下落速度很快，运行至井下止卡器17时，开瓣式实心棒式柱塞16上的下撞击触头10与井下止卡器17撞击，通过撞击产生的冲击力，使得第一锁定装置打开，下撞击触头10通过连接螺钉6和键型销钉7带动撞击中心杆9在U型通孔中滑动，使移动密封瓣5与固定密封瓣4在中心滑轨3上强制性结合，形成密封段，此时开瓣式实心棒式柱塞16落到井底，其上部为水质液体；
上行状态：附图5，当开瓣式实心棒式柱塞16与底部井下止卡器17撞击，形成密封段后，开瓣式实心棒式柱塞16下方气体无法通过，气体在其下方聚集，能量增加到一定程度后，气体推动开瓣式实心棒式柱塞16和其上方液体向上运行，当开瓣式实心棒式柱塞16上部的气体和液体上升至井口时，通过生产管线13排出井口，当开瓣式实心棒式柱塞16上升至井口防喷管11时，在其飞行惯性的作用下，其上撞击触头1与井口防喷管11内的撞击块发生碰撞，通过撞击产生冲击力，使得第二锁定装置打开，上撞击触头1通过连接螺钉6和键型销钉7连同中心杆9，使移动密封瓣5与固定密封瓣4在中心滑轨3上强制性分离，分开至限位处，使移动密封瓣5和固定密封瓣4中间形成大面积的过流通道，开始下行；
如此循环往复柱塞的整个排水过程。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (10)
1.一种气井排水用开瓣式实心棒式柱塞，其特征在于，包括中心杆(9)，中心杆(9)一端通过铆钉(18)铆接下撞击触头(10)，另一端铆接上撞击触头(1)，中心杆(9)上套设中心滑轨(3)，且中心滑轨(3)被约束于上撞击触头(1)和下撞击触头(10)之间；
中心滑轨(3)两端设置第一锁定装置(19)和第二锁定装置(8)，中心滑轨(3)靠近上撞击触头(1)的一端设置第一锁定装置(19)，中心滑轨(3)靠近下撞击触头(10)的一端设置第二锁定装置(8)，且第一锁定装置(19)和第二锁定装置(8)与中心杆(9)相配合，将中心杆(9)交替锁定在中心滑轨(3)的两端；
中心滑轨(3)一侧设置U型通孔(20)，另一侧固定设置固定密封瓣(4)；
中心杆(9)上固定设置移动密封瓣(5)，且移动密封瓣(5)滑动设置于U型通孔(20)中，当移动密封瓣(5)在U型通孔(20)中进行上、下往复运动时，将与固定密封瓣(4)形成分开或闭合状态。
2.根据权利要求1所述的气井排水用开瓣式实心棒式柱塞，其特征在于，中心滑轨(3)靠近上撞击触头(1)的一端固定设置锁紧螺母(2)，中心滑轨(3)远离U型滑槽(24)的一侧一体成型设置挡块(21)，锁紧螺母(2)和挡块(21)间固定设置固定密封瓣(4)；
中心滑轨(3)靠近下撞击触头(10)的一端一体成型设置限位块(22)。
3.根据权利要求1或2所述的气井排水用开瓣式实心棒式柱塞，其特征在于，移动密封瓣(5)与固定密封瓣(4)均为半圆柱构型，且半圆柱的两端一体成型设置滑块(23)；
中心滑轨(3)上与U型通孔(20)相邻的两侧对称设置U型滑槽(24)，且滑块(23)滑动设置于U型滑槽(24)中。
4.根据权利要求1所述的气井排水用开瓣式实心棒式柱塞，其特征在于，中心杆(9)两端均设置第一锁定槽(25)和第二锁定槽(26)，第一锁定装置(19)和第二锁定装置(8)分别与第一锁定槽(25)和第二锁定槽(26)相配合，使中心杆(9)交替锁定在中心滑轨(3)的两端。
5.根据权利要求4所述的气井排水用开瓣式实心棒式柱塞，其特征在于，中心滑轨(3)上设置第一通孔(27)，固定密封瓣(4)上设置有与第一通孔(27)相配合的第一螺纹孔(28)，第一锁定装置(19)设置于第一通孔(27)和第一螺纹孔(28)中。
6.根据权利要求5所述的气井排水用开瓣式实心棒式柱塞，其特征在于，第一锁定装置(19)包括与第一锁定槽(25)相配合的第一钢球(191)，第一钢球(191)顶端与第一弹簧(192)的一端连接，第一弹簧(192)的另一端与第一压簧螺丝(193)连接，且第一压簧螺丝(193)与第一通孔(27)螺纹连接。
7.根据权利要求4所述的气井排水用开瓣式实心棒式柱塞，其特征在于，限位块(22)上设置第二螺纹孔(29)，且第二螺纹孔(29)中设置第二锁定装置(8)。
8.根据权利要求7所述的气井排水用开瓣式实心棒式柱塞，其特征在于，第二锁定装置(8)包括与第二锁定槽(26)相配合的第二钢球(801)，第二钢球(801)顶端与第二弹簧(802)的一端连接，第二弹簧(802)的另一端与第二压簧螺丝(803)连接，且第二压簧螺丝(803)与第二螺纹孔(29)螺纹连接。
9.根据权利要求1所述的气井排水用开瓣式实心棒式柱塞，其特征在于，移动密封瓣(5)朝向中心杆(9)的一侧与连接螺钉(6)和键型销钉(7)的一端固定连接，且连接螺钉(6)和键型销钉(7)的的另一端与中心杆(9)固定连接；
连接螺钉(6)和键型销钉(7)滑动设置于U型通孔(20)中。
10.根据权利要求1所述的气井排水用开瓣式实心棒式柱塞，其特征在于，固定密封瓣(4)和移动密封瓣(5)的中间接触面为斜面。
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2021
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