CN113669240A - 一种柱塞及井口采气系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种柱塞及井口采气系统，柱塞内部设置有轴向延伸的长孔，柱塞一端开设有与长孔连通的第一进液通道，柱塞径向开设有与长孔连通的雾化通道；长孔内设置有封堵件，封堵件与所述长孔内壁滑动密封配合；封堵件被配置为：在压力作用下能够从所述平衡状态运动至所述雾化状态，以使所述长孔内液体从所述雾化通道喷出。本申请的柱塞在井内工作时，能够在井内压力作用下上下运动以排出井内积水，柱塞下方的积水能够通过雾化通道进入柱塞上方，并被柱塞推出井口，提高了柱塞的排水工作效率。

Description

一种柱塞及井口采气系统

技术领域

本申请涉及油气开采技术领域，特别涉及一种柱塞及井口采气系统。

背景技术

在天然气井生产过程中，常伴有地层水产出，随着地层压力不断下降，产气量逐渐降低，当产气量低于气井临界携液流量时，气体无法将产出水全部携带出井筒，导致井筒积液，影响气井正常生产。

为了解决气井产量低，携液困难的问题，气田陆续采用柱塞气举排水采气工艺，以提高生产效率，使气井产量提高，避免气体的无效消耗。柱塞气举利用在井内自由移动的柱塞实现排水，柱塞在井内压力作用下被举起，从而将井内积水推出井外。

但是，目前的柱塞只能推将其上方的积水推出井外，柱塞下方依然存留较多的积水，存在柱塞举升一次排水工作效率低的问题。

发明内容

本申请实施例的一个目的是提供了一种柱塞及井口采气系统。

根据本申请的第一方面，提供了一种柱塞，所述柱塞内部设置有轴向延伸的长孔，所述柱塞一端开设有与所述长孔连通的第一进液通道，所述柱塞径向开设有与所述长孔连通的雾化通道；所述长孔内设置有封堵件，所述封堵件与所述长孔内壁滑动密封配合，所述封堵件位于所述第一进液通道与所述雾化通道之间时为平衡状态，所述封堵件位于所述雾化通道与所述长孔的远离第一进液通道一端之间时为雾化状态；所述封堵件被配置为：在压力作用下能够从所述平衡状态运动至所述雾化状态，以使所述长孔内液体从所述雾化通道喷出。

可选地，所述柱塞包括固定连接的排液杆和进液杆，所述长孔一部分位于所述排液杆内、另一部分位于所述进液杆内，所述第一进液通道设置在所述进液杆的远离排液杆一端，所述雾化通道设置在所述排液杆上。

可选地，所述排液杆与所述进液杆之间可拆卸固定连接，且通过密封结构进行密封。

可选地，所述进液杆一端插接配合在所述排液杆一端内，所述排液杆上径向穿设有紧定螺钉，所述紧定螺钉抵紧所述进液杆的侧壁。

可选地，所述长孔与所述第一进液通道的连接处形成第一限位台阶，所述第一限位台阶限制所述封堵件脱离所述长孔；所述柱塞的远离第一进液通道一端设置有第二进液通道，所述第二进液通道与所述长孔连通，且连通处形成第二限位台阶，所述第二限位台阶限制所述封堵件脱离所述长孔。

可选地，所述雾化通道设置有多个且分布在所述柱塞的同一横截面上，或者分布在所述柱塞的不同截面上。

可选地，所述柱塞的外表面设置有数条环形槽，数条所述环形槽沿所述柱塞轴向间隔分布。

可选地，所述柱塞外表面设置有数条斜槽，数条所述斜槽绕所述柱塞轴线同向螺旋延伸。

可选地，所述柱塞的远离第一进液通道一端设置有与柱塞捕捉装置卡接配合的配合部。

根据本申请的第二方面，还提供了一种井口采气系统，包括井口采气树、安装在所述井口采气树顶端的柱塞捕捉装置，以及权利要求1-9任意一项所述的柱塞；所述柱塞从井内向上运动至井口采气树内时能够被所述柱塞捕捉装置捕捉。

本申请的一个有益效果在于，柱塞在采气井内工作时，在井内压力作用下上下运动，将井内积水排出，柱塞的封堵件在井内压力作用下在平衡状态和雾化状态之间转换，当封堵件位于平衡状态时，能够分隔柱塞上方和下方的积水，随着地下水的产出，井底压力逐渐增大，封堵件从平衡状态运动至雾化状态，使得柱塞的第一进液通道与雾化通道连通，柱塞下方的积水能够通过雾化通道喷出，并到达柱塞上方，被柱塞推出井口，从而提高柱塞的排水工作效率。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。

图1是本申请提供的井口采气系统的整体结构示意图；

图2是本申请提供的柱塞的整体结构示意图；

图3是本申请提供的柱塞的一实施方式的剖视图；

图4是本申请提供的柱塞的另一实施方式的剖视图。

图1至图4中各组件名称和附图标记之间的一一对应关系如下：100、柱塞；101、长孔；102、第一进液通道；103、雾化通道；104、第一限位台阶；105、第二进液通道；106、第二限位台阶；110、封堵件；120、排液杆；130、进液杆；140、紧定螺钉；107、环形槽；108、斜槽；109、配合部；200、柱塞捕捉装置；210、捕捉头；300、井口采气树。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本申请提供了一种井口采气系统，如图1所示，该系统包括井口采气树300、柱塞捕捉装置200以及柱塞100。

其中，井口采气树是天然气开采作业中用来进行开关井、调节压力、气量、循环压井等作业的井口装置，它连接着气井油、套管和地面工艺设备，起相当重要的作用，井口采气树是指井口装置中油管头以上的部分。需要说明的是，井口采气树的具体结构及工作原理与现有技术相同，本领域技术人员基于现有技术完全可以实现，故而本文在此不再赘述。

天然气采气井在产气过程中常伴有地下水产出，因此井内常存有积水，影响产气效率，柱塞设置在井内，能够利用井内自身的能量上下运动，柱塞向上举升时能够将位于柱塞上方的积水推出井口，积水能够从井口采气树排出，以减少积水对产气效率的影响。

柱塞捕捉装置用于与井口采气树配合，柱塞从井内向上运动至井口采气树内时，柱塞捕捉装置能够在适当的时机抓取柱塞，然后将该柱塞从采气井内完整取出。需要说明的是，本文在此所说的“适当的时机”是指定期更换磨损严重的柱塞等，具体根据实际应用场景由本领域技术人员经验确定。

下面结合说明书附图，以一个具体实施例为例来详细说明井口采气系统的具体结构及其工作原理。

说明书附图2和附图3均为井口采气系统的柱塞的示意图，如图所示，柱塞100内部设置有轴向延伸的长孔101，柱塞100的其中一端开设有第一进液通道102，第一进液通道102与长孔101连通，柱塞100的侧壁上径向开设有雾化通道103，雾化通道103与长孔101相连通；柱塞100内部设置有封堵件110，封堵件110与长孔101内壁滑动密封配合，在外力作用下能够在沿长孔101自由移动。柱塞100的外表面可以开设槽体，雾化通道103与柱塞100外表面的槽体连通。

封堵件110可以是球体、柱体或者其他能够与长孔101内壁滑动密封配合的结构，其具有平衡状态和雾化状态。平衡状态时，封堵件110位于第一进液通道102与雾化通道103之间，此时第一进液通道102和雾化通道103被封堵件110分隔。雾化状态时，封堵件110位于雾化通道103与长孔101的远离第一进液通道102一端之间，此时第一进液通道102与雾化通道103连通。封堵件110被配置为：在外界压力下能够从平衡状态运动至雾化状态，以使长孔101内液体从雾化通道103喷出。柱塞100在井内工作时，其下方具有积水和气体，柱塞100下方的气体能够携带部分液体进入第一进液通道102，然后在压差作用下液体从雾化通道103呈雾状喷出，并进入到柱塞100上方，并被柱塞100推出井口，从而提高柱塞100的排水效率。

雾化通道103设置在柱塞100的上部，柱塞100上部的内外压差更大，能够为长孔101内的气体和液体提供更大压力，使得液体能够呈雾状喷出。具体地，雾化通道103设置在柱塞100轴向尺寸的三分之一处。

柱塞100工作时与井的内壁贴合运动，井内积水被分隔在柱塞100的上方和柱塞100的下方，井内产生的部分天然气等气体也会存留在柱塞100的下方。柱塞100的第一进液通道102朝向井底，因此柱塞100下方的积水、气体能够进入柱塞100的第一进液通道102，封堵件110受到柱塞100上方积水的压力和柱塞100下方积水、气体的压力。当封堵件110位于平衡状态时，能够分隔第一进液通道102和雾化通道103，从而分隔柱塞100上方和下方的积水。当柱塞100在压力作用下，从平衡状态运动至雾化状态，能够使柱塞100的第一进液通道102与雾化通道103连通，柱塞100下方的积水和气体通过第一进液通道102、长孔101和雾化通道103排出至柱塞100上方。

为了将封堵件110限制在柱塞100的长孔101中，可以在长孔101与第一进液通道102的连接处形成第一限位台阶104，以防止封堵件110脱离长孔101进入第一进液通道102。第一限位台阶104的形成方式，可以通过将第一进液通道102的径向尺寸设置为小于长孔101的尺寸，使得第一进液通道102和长孔101形成阶梯孔，从而形成第一限位台阶104；也可以是在第一进液通道102与长孔101之间设置径向向内凸起的凸缘，凸缘的朝向长孔101一侧形成第一限位台阶104。

柱塞100的远离第一进液通道102一端可以设置有第二进液通道105，第二进液通道105与长孔101连通，从第二进液通道105进入长孔101的积水能够平衡封堵件110上下两端的压力。当柱塞100上方积水压力和封堵件110的重力大于柱塞100下方气体、积水压力和封堵件110受到的摩擦力时，封堵件110能够从雾化状态运动至平衡状态。

为了防止封堵件110脱离长孔101进入第二进液通道105，可以在第二进液通道105与长孔101的连接处设置第二限位台阶106。在一种实施方式中，第二进液通道105和长孔101可以加工为阶梯孔，使得第二进液通道105的径向尺寸小于长孔101的径向尺寸，从而形成第二限位台阶106。在另一种实施方式中，第二进液通道105与长孔101之间设置径向向内凸起的凸缘，凸缘的朝向长孔101一侧为第二限位台阶106。

柱塞100可以设置为分体式结构，以便于加工制造和封堵件110的安装。例如，柱塞100可以包括轴向连接的若干管段；或者，柱塞100可以包括径向连接的若干弧形管壁。本实施例中，柱塞100采用若干管段轴向连接的分体式结构。具体地，柱塞100包括排液杆120和进液杆130，排液杆120和进液杆130同轴固定连接，长孔101一部分位于排液杆120内，另一部分位于进液杆130内，并且长孔101的两部分直径相等。第一进液通道102设置在进液杆130的远离排液杆120一端，雾化通道103设置在排液杆120上。

排液杆120和进液杆130之间可以是可拆卸固定连接，其连接方式包括但不限制于螺纹连接、螺钉固定连接、焊接等等。排液杆120与进液杆130的连接处还可以设置密封结构，密封结构可以是密封圈等，防止排液杆120与进液杆130之间的缝隙发生泄露。

本实施例中，排液杆120和进液杆130之间插接连接，并通过紧定螺钉140固定。具体地，排液杆120的连接端加工有插接孔，插接孔的孔径大于长孔101的孔径，进液杆130的一端加工为与排液杆120的插接孔配合插接的插接端，排液杆120的连接端上径向开设有多个螺纹孔，多个螺纹孔均匀分布，每个螺纹孔内均穿设有紧定螺钉140，紧定螺钉140的端部能够抵紧进液杆130插接端的侧壁，从而加强进液杆130与排液杆120之间的连接。在其他实施方式中，进液杆130的插接端可以加工外螺纹，排液杆120的插接孔可加工进液杆130插接端配合的内螺纹，两者通过螺纹连接。紧定螺钉140可以采用开槽平端紧定螺钉，能够不突出于螺纹孔。当然，排液杆120和进液杆130的插接连接方式也可以是排液杆120一端插入或螺纹配合在进液杆130一端内，并在进液杆130上径向开设螺纹孔，在螺纹孔内穿设端部抵紧排液杆120侧壁的紧定螺钉140，以加强连接。

柱塞100上的雾化通道103可以设置有一个或至少两个，并且雾化通道103的孔径远小于第一进液通道102的孔径，当封堵件110在压力作用下向上运动至雾化状态时，长孔101内的液体能够从孔径较小的雾化通道103呈雾状喷出。具体地，雾化通道103均设置在柱塞100的排液杆120上，雾化通道103与排液杆120的第二进液通道105所在一端之间留有间距，以容纳封堵件110。至少两个雾化通道103可以设置在柱塞100的同一横截面上，或者可以设置在柱塞100的不同横截面上。

在雾化通道103位于柱塞100的同一横截面上的实施方式中，如图3所述，封堵件110越过多个雾化通道103所在横截面时，能够实现平衡状态与雾化状态的转换，所有雾化通道103同时与第一进液通道102连通。多个雾化通道103可以在柱塞100截面上均匀分布，例如，雾化通道103设置有四个，且设置均匀分布的设置在柱塞100的同一横截面上。

在雾化通道103设置在柱塞100的不同横截面上的实施方式中，如图4所述，封堵件110越过最靠近第一进液通道102的雾化通道103时，能够实现平衡状态与雾化状态的转换。当封堵件110在压力作用越过最靠近第一进液通道102的雾化通道103时，该雾化通道103与第一进液通道102连通进行喷雾，当柱塞100下方积水和气体压力进一步升高，封堵件110能够继续向上运动，越过其他雾化通道103，其他雾化通道103与第一进液通道102连接，从而提高排水效率。

柱塞100的外表面可以设置数条环形槽107，环形槽107与采气井内壁之间形成空隙，雾化通道103可以与环形槽107连通。数条环形槽107可以均匀地沿柱塞100轴向间隔分布。具体地，环形槽107可以设置在柱塞100的排液杆120和进液杆130的外表面上，环形槽107可以倾斜设置，使得环形槽107靠近第一进液通道102的侧壁与环形槽107槽底之间形成钝角，并且环形槽107靠近第二进液通道105的侧壁与环形槽107槽底之间形成锐角。柱塞100下方的天然气等气体能够进入环形槽107内，环形槽107能够增加与气体的受力面积，能够使气体对柱塞100提供更大的举升力，从而提高柱塞100的举升效率。

柱塞100的外表面可以设置数条斜槽108，斜槽108与采气井内壁之间形成空隙。数条斜槽108可以在柱塞100外表面上均匀间隔分布，并且数条斜槽108可以绕柱塞100的轴线同向螺旋延伸。具体地，斜槽108可以设置在进液杆130的外表面上，并且延伸至进液杆130的第一进液通道102一端。柱塞100下方的天然气等气体能够进入数条斜槽108内，使得柱塞100在举升过程中绕自身轴线旋转。采气井工作一段时间后，井壁上会堆积有石蜡或者其他蜡质物，对柱塞产生阻力，柱塞100旋转过程中能够刮除井壁上的石蜡等杂物，从而使柱塞100能够在井内顺畅运行。

柱塞100的外表面上可以同时具有数条环形槽107和数条斜槽108。柱塞100在井内工作时，第一进液通道102朝向下方，第二进液通道105朝向上方，为便于本文表述，基于柱塞100工作时的姿态，将柱塞100相对靠近第一进液通道102的部分定义为下部，将柱塞100相对靠近第二进液通道105的部分定义为上部。数条斜槽108设置在第一进液通道102下部，数条环形槽107设置在柱塞100的上部，并且位于最下方的环形槽107与数条斜槽108相连通，柱塞100下方气体能够通过斜槽108进入环形槽107。

柱塞100的上部与下部之间的界限不做明确限制。在一种实施方式中，环形槽107设置在排液杆120的远离进液杆130一端，数条斜槽108设置在柱塞100的进液杆130上并延伸至排液杆120上。在另一种实施方式中，数条环形槽107设置在排液杆120上并延伸至进液杆130上，数条斜槽108设置在进液杆130的远离排液杆120一端。在又一种实施方式中，数条环形槽107仅设置在排液杆120上，数条斜槽108仅设置在进液杆130上。

柱塞100的远离第一进液通道102一端设置有与柱塞捕捉装置200配合的配合部109，当柱塞100运动至井口采气树300内并且到达柱塞捕捉装置200内，柱塞捕捉装置200能够抓住柱塞100的配合部109。柱塞捕捉装置200的具体结构及工作原理可以直接采用现有技术，本领域技术人员基于现有技术完全可以实现。本实施例以下详细介绍一种柱塞100配合部109与柱塞捕捉装置200的具体结构和配合原理。

柱塞100在靠近配合部109一端处直径逐渐缩小形成锥面，配合部109为柱塞100端部形成的凸缘。柱塞捕捉装置200具有用于捕捉柱塞100的捕捉头210，捕捉头210具有至少两根受到外力能够径向弹性扩张的弹性臂，弹性臂的下端设置有径向向内凸出的钩部，能够与柱塞100的配合部109卡接。当柱塞100到达柱塞捕捉装置200时，柱塞100的配合部109能够挤入捕捉头210的弹性臂之间，弹性臂下端的钩部能够卡接在配合部109的底部，从而将柱塞100捕捉。

本申请的井口采气系统实施原理如下：柱塞100在井内工作时，由于柱塞100上方和下方的压力变化，柱塞100在井内上下运动，井内积水被柱塞100推出井口并通过井口采气树300排出；柱塞100的封堵件110由于压力变化在平衡状态和雾化状态之间转换，封堵件110位于平衡状态时，能够分隔柱塞100上方和下方的积水，随着地下水的产出，井底压力逐渐增大，封堵件110从平衡状态运动至雾化状态，使得柱塞100的第一进液通道102与雾化通道103连通，柱塞100下方的积水能够通过雾化通道103喷出，并到达柱塞100上方，被柱塞100推出井口，从而提高柱塞100的排水工作效率。

本申请还提供一种柱塞100，柱塞100为上述井口采气系统中的柱塞100，用于排出采气井内的积水，其具体结构和原理本文在此不再赘述。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种柱塞，其特征在于，所述柱塞(100)内部设置有轴向延伸的长孔(101)，所述柱塞(100)一端开设有与所述长孔(101)连通的第一进液通道(102)，所述柱塞(100)径向开设有与所述长孔(101)连通的雾化通道(103)；所述长孔(101)内设置有封堵件(110)，所述封堵件(110)与所述长孔(101)内壁滑动密封配合，所述封堵件(110)位于所述第一进液通道(102)与所述雾化通道(103)之间时为平衡状态，所述封堵件(110)位于所述雾化通道(103)与所述长孔(101)的远离第一进液通道(102)一端之间时为雾化状态；

所述封堵件(110)被配置为：在压力作用下能够从所述平衡状态运动至所述雾化状态，以使所述长孔(101)内液体从所述雾化通道(103)喷出。

2.根据权利要求1所述的柱塞，其特征在于，所述柱塞(100)包括固定连接的排液杆(120)和进液杆(130)，所述长孔(101)一部分位于所述排液杆(120)内、另一部分位于所述进液杆(130)内，所述第一进液通道(102)设置在所述进液杆(130)的远离排液杆(120)一端，所述雾化通道(103)设置在所述排液杆(120)上。

3.根据权利要求2所述的柱塞，其特征在于，所述排液杆(120)与所述进液杆(130)之间可拆卸固定连接，且通过密封结构进行密封。

4.根据权利要求3所述的柱塞，其特征在于，所述进液杆(130)一端插接配合在所述排液杆(120)一端内，所述排液杆(120)上径向穿设有紧定螺钉(140)，所述紧定螺钉(140)抵紧所述进液杆(130)的侧壁。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的柱塞，其特征在于，所述长孔(101)与所述第一进液通道(102)的连接处形成第一限位台阶(104)，所述第一限位台阶(104)限制所述封堵件(110)脱离所述长孔(101)；所述柱塞(100)的远离第一进液通道(102)一端设置有第二进液通道(105)，所述第二进液通道(105)与所述长孔(101)连通，且连通处形成第二限位台阶(106)，所述第二限位台阶(106)限制所述封堵件(110)脱离所述长孔(101)。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的柱塞，其特征在于，所述雾化通道(103)设置有多个且分布在所述柱塞(100)的同一横截面上，或者分布在所述柱塞(100)的不同截面上。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的柱塞，其特征在于，所述柱塞(100)的外表面设置有数条环形槽(107)，数条所述环形槽(107)沿所述柱塞(100)轴向间隔分布。

8.根据权利要求1-4任意一项所述的柱塞，其特征在于，所述柱塞(100)外表面设置有数条斜槽(108)，数条所述斜槽(108)绕所述柱塞(100)轴线同向螺旋延伸。

9.根据权利要求1-4任意一项所述的柱塞，其特征在于，所述柱塞(100)的远离第一进液通道(102)一端设置有与柱塞捕捉装置卡接配合的配合部(109)。

10.一种井口采气系统，其特征在于，包括井口采气树(300)、安装在所述井口采气树(300)顶端的柱塞捕捉装置(200)，以及权利要求1-9任意一项所述的柱塞(100)；所述柱塞(100)从井内向上运动至井口采气树(300)内时能够被所述柱塞捕捉装置(200)捕捉。

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