CN113719260B - 一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞。涉及气井排水采气领域，该发明包括打捞头、柱塞、气囊、单向阀、嵌入式防砂块、弹性防漏圈、弹性连接段等构件；柱塞下降过程中，内部气囊收缩变形，井底积水进入柱塞内部中空区域，实现水的暂时储存，柱塞在上升过程中，内部气囊膨胀变形，将暂存水从柱塞毛细射孔中射出，在柱塞外部形成移动液膜，实现液封，同时避免砂砾在柱塞凹陷处沉积固化，弹性防漏圈与波纹管在弯曲处受压膨胀，减少环空面积，形成物理防漏，具有双重防漏措施，柱塞连接处用波纹管、弹簧连接，提高柱塞通过弯曲处的灵活程度，同时波纹管保护弹簧避免砂卡，提高排水效率，拥有良好的应用前景。

Description

一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞

技术领域

本发明涉及气井排水采气领域，特别涉及在漏失严重的大斜度、含砂气井情况下，减少柱塞举升时液体漏失、柱塞表面砂砾沉积固化，提高柱塞排水采气效率的一种工具。

背景技术

柱塞气举工艺被广泛应用于排水采气的开采当中，其具有高效、经济、环保的优势。目前，大多数气举柱塞属于单节柱塞，密封防漏失性不强，对大斜度井的适用性低，容易产生砂卡、腐蚀的现象，导致井筒摩阻增加，柱塞损坏更换频繁等问题，例如专利公开号CN106014346A，虽然此柱塞气举能够解决气井整个生命周期内的积液问题，但适用范围小，对于大斜度井来说，单节柱塞不灵活，容易在弯斜处发生阻塞。专利公开号CN109653712A，装置的成本低廉、轻便，但是对于中部弹簧连接保护弱，在含砂气井井筒流动过程中，弹簧容易被砂石等造成腐蚀、阻塞，使弹簧弹性失效，导致柱塞卡井，发生停井，停压等情况。

针对上述问题及大斜度、含砂气井柱塞排水采气漏失严重等问题，提出一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞，采用多节柱塞的形式，搭配弹簧装置，灵活度提升，能够解决大斜度井弯斜处易阻塞的现象；弹簧外壁处增加波纹管，可有效保护弹簧，同时波纹管与弹性防漏圈在压缩过程中膨胀，减少环空面积，形成物理防漏；此外柱塞内部设计有气囊，在上升过程中，气囊膨胀，内部液体射出，避免柱塞表面砂砾沉积，同时形成液封，具有双重防漏工艺。因此本发明能够在大斜度、含砂气井情况下适用，减少柱塞举升时液体漏失、柱塞表面砂砾沉积固化，提高柱塞排水采气效率，拥有良好的应用前景与效果。

发明内容

本发明的目的是为了解决大斜度、含砂气井情况下，单节柱塞不灵活易在弯斜处造成阻塞、漏失严重等问题。在井筒流动过程中，柱塞凹槽处与连接弹簧处易沉积杂物造成弹簧柱塞失效，更换频繁，工期变长等问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞。包括打捞头1、柱塞3、气囊4、单向阀5、嵌入式防砂块6、弹性防漏圈7、弹性连接段8和底座10等构件组成；所述的打捞头1设计为沉头中空结构，便于捞头螺栓2安装通过，减轻工具总重量；

所述的柱塞3可多个安装，柱塞3上方中心处，开设有与捞头螺栓2配合螺纹孔，柱塞3表面凹凸相间，且凹陷处留有柱塞毛细射孔301，所述柱塞3内部有中空区域，中空区域内安装有气囊4，柱塞3下方与柱塞座306，形成柱塞引水通道303，柱塞引水通道303内端与柱塞3中空区域相通，柱塞引水通道303外端与柱塞外部空间相通，柱塞引水通道303外端与柱塞外部空间接触处设有嵌入式防砂块安装区305，用于嵌入式防砂块6的安装，所述柱塞引水通道303中间有单向阀安装区304，用于单向阀5的安装；

所述的单向阀5由单向阀弹簧501、阀球502两部分组成；

所述的嵌入式防砂块6由弹帽601、弹帽弹簧602、防砂块固定体603、过滤膜604四部分组成，所述防砂块固定体603顶部中间留有沉孔，用于弹帽601、弹帽弹簧602的安装，所述过滤膜604位于嵌入式防砂块6中间，由防砂块固定体603固定；

所述的弹性防漏圈7由弹性材料制成，安装位于柱塞3与弹性连接段8连接处，受压时发生弹性变形膨胀；

所述的弹性连接段8由盖头螺栓801、弹簧对中压板802、盖头螺母803、弹性连接盖头804、波纹管紧定固定圈805、波纹管紧定螺栓806、连接段弹簧807、波纹管808共八个构件组成，所述弹性连接盖头804顶部中心留有允许盖头螺栓801通过的孔道，下端沿圆周均布4个与波纹管紧定螺栓806配合的螺纹孔，所述的连接段弹簧807两端位于弹性连接盖头804内部，通过弹簧对中压板802对连接段弹簧807两端实现定位与固定，所述的弹簧对中压板802由盖头螺栓801与盖头螺母803螺纹固定连接，所述的波纹管808位于波纹管紧定固定圈805与弹性连接盖头804之间，由波纹管紧定螺栓806将波纹管紧定固定圈805与波纹管808固定在弹性连接盖头804上，所述的波纹管紧定固定圈805与波纹管808沿圆周开设有与弹性连接盖头804下端孔位对应一致的螺纹孔，用于与波纹管紧定螺栓806螺纹连接配合；

所述的底座10设计为中空结构，便于底座螺栓9安装通过，减轻工具的总重量；

优选的，所述的柱塞3内部下方有柱塞引水通道303，将柱塞3中空区域与柱塞外部空间相通，当柱塞下降过程中，气囊中的预设气体由于环境压力增加，使得气囊收缩变形，柱塞3内部中空区域变大，柱塞外部空间的井底积水通过柱塞引水通道303进入柱塞内部中空区域，实现水的暂时储存；

优选的，所述的柱塞引水通道303外端与柱塞外部空间接触处设有嵌入式防砂块安装区305，用于嵌入式防砂块6的安装，中间设有单向阀安装区304，用于单向阀5的安装，所述单向阀5避免中空区域暂存液体倒流，所述嵌入式防砂块6用于含砂气井砂砾过滤，避免砂石进入柱塞内部中空区域；

优选的，所述的柱塞3表面凹凸相间，且凹陷处留有柱塞毛细射孔301，柱塞3内部中空区域安装有气囊4，当柱塞上升过程中，气囊中的预设气体由于环境压力降低，使得气囊膨胀变形，挤压柱塞3内部中空区域，将区域中的水从柱塞毛细射孔301中射出，在柱塞3外部形成移动液膜，实现液封效果，防止柱塞上方的液体漏失；

优选的，所述的柱塞3内部的气囊4在柱塞上升过程中膨胀，挤压柱塞内部中空区域内液体从柱塞毛细射孔301射出，避免砂砾在柱塞凹陷处沉积固化，延长柱塞的使用寿命；

优选的，所述弹性防漏圈7由弹性材料制成，安装位于柱塞3与弹性连接段8连接处，有减缓冲击的作用，同时在弯曲、井口，井底处时，受压发生弹性变形膨胀，减少环空面积，形成物理防漏；

优选的，所述的连接段弹簧807两端位于弹性连接盖头804内部，由弹簧对中压板802固定与定位，增加了柱塞通过弯曲处的灵活程度，同时波纹管808将连接段弹簧807全部包裹，跟随弹簧弯曲、压缩的过程中，避免弹簧被井筒流动过程中的砂砾堵塞，增强柱塞在含砂气井中的适应能力；

优选的，所述波纹管808在跟随弹簧弯曲、压缩的过程中发生形变膨胀，减少环空面积，形成第二次物理防漏；

本发明的技术效果和优点如下：

本发明将传统的柱塞更变为多段形式，通过连接段弹簧连接，增加了柱塞通过弯曲处的灵活程度，同时柱塞与弹性连接段之间安装有弹性防漏圈，有减缓冲击的作用，在弯曲、井口，井底处时受压发生弹性变形膨胀，减少环空面积，形成物理防漏。此外，在连接段弹簧外部套置波纹管，随弹簧弯曲、压缩的过程中，避免弹簧被井筒流动过程中的砂砾堵塞，增强柱塞在含砂气井中的适应能力，同时波纹管发生形变膨胀，减少环空面积，形成第二次物理防漏。柱塞内部有中空区域，中空区域内安装有气囊，当柱塞下降过程中，气囊中的预设气体由于环境压力增加，使得气囊收缩变形，柱塞内部中空区域变大，柱塞外部空间的井底积水通过柱塞引水通道进入柱塞内部中空区域，实现水的暂时储存；当柱塞上升过程中，气囊中的预设气体由于环境压力降低，使得气囊膨胀变形，挤压柱塞内部中空区域，将区域中的水从柱塞毛细射孔中射出，在柱塞外部形成移动液膜，实现液封效果，防止柱塞上方的液体漏失，同时避免砂砾在柱塞凹陷处沉积固化，延长柱塞的使用寿命。

本发明将物理防漏、液封双重防漏措施结合，大大提高了柱塞在举升过程的举液效率，同时安装有嵌入式防砂块，配合柱塞内部中空区域内液体从柱塞毛细射孔射出，避免砂砾在柱塞凹陷处沉积固化，延长柱塞的使用寿命，柱塞连接处用弹簧连接，提高柱塞通过弯曲处的灵活程度，拥有良好的应用前景与效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明提出的一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞结构示意图；

图2为本一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞正视图；

图3为本一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞全剖视图；

图4为本一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞中柱塞剖面图；

图5为本一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞中弹性连接段剖面图；

图6为本一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞中单侧弹性连接盖头工作剖面图；

图7为本一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞中嵌入式防砂块结构剖面图；

图8为本一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞多节连接示意图；

图中：1-打捞头、2-捞头螺栓、3-柱塞、4-气囊、5-单向阀、6-嵌入式防砂块、7-弹性防漏圈、8-弹性连接段、9-底座螺栓、10-底座；

301-柱塞毛细射孔、302-柱塞储水室、303-柱塞引水通道、304-单向阀安装区、305-嵌入式防砂块安装区、306-柱塞座；

501-单向阀弹簧、502-阀球；

601-弹帽、602-弹帽弹簧、603-防砂块固定体、604-过滤膜；

801-盖头螺栓、802-弹簧对中压板、803-盖头螺母、804-弹性连接盖头、805-波纹管紧定固定圈、806-波纹管紧定螺栓、807-连接段弹簧、808-波纹管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。本发明公开使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语；使用的术语中“上”、“下”、“左”、“右”等通常是针对附图所示的方向而言，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言；同样地，为便于理解和描述，“内”、“外”等是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。但上述方位词并不用于限制本发明。

如图1-3所示，本发明提供一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞，包括打捞头1、捞头螺栓2、柱塞3、气囊4、单向阀5、嵌入式防砂块6、弹性防漏圈7、弹性连接段8、底座螺栓9、底座10；所述的打捞头1设计为沉头中空结构，便于捞头螺栓2安装通过，减轻工具总重量；所述的单向阀5由单向阀弹簧501、阀球502两部分组成；所述的弹性防漏圈7由弹性材料制成，安装位于柱塞3与弹性连接段8连接处，受压时发生弹性变形膨胀；所述的底座10设计为中空结构，便于底座螺栓9安装通过，减轻工具的总重量；

如图4所示，为本一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞中柱塞3剖面图，所述的柱塞3可多个安装，柱塞3上方中心处，开设有与捞头螺栓2配合螺纹孔，柱塞3表面凹凸相间，且凹陷处留有柱塞毛细射孔301，所述柱塞3内部有中空区域，中空区域内安装有气囊4，柱塞3下方与柱塞座306溶接，有柱塞引水通道303，柱塞引水通道303内端与柱塞3中空区域相通，柱塞引水通道303外端与柱塞外部空间相通，柱塞引水通道303外端与柱塞外部空间接触处设有嵌入式防砂块安装区305，用于嵌入式防砂块6的安装，所述柱塞引水通道303中间有单向阀安装区304，用于单向阀5的安装；

如图5-6所示，为本一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞中弹性连接段8剖面图与单侧弹性连接盖头804工作剖面图，所述的弹性连接段8由盖头螺栓801、弹簧对中压板802、盖头螺母803、弹性连接盖头804、波纹管紧定固定圈805、波纹管紧定螺栓806、连接段弹簧807、波纹管808共八个构件组成，所述弹性连接盖头804顶部中心留有允许盖头螺栓801通过的孔道，下端沿圆周均布4个与波纹管紧定螺栓806配合的螺纹孔，所述的连接段弹簧807两端位于弹性连接盖头804内部，通过弹簧对中压板802对连接段弹簧807两端实现定位与固定，所述的弹簧对中压板802由盖头螺栓801与盖头螺母803螺纹固定连接，所述的波纹管808位于波纹管紧定固定圈805与弹性连接盖头804之间，由波纹管紧定螺栓806将波纹管紧定固定圈805与波纹管808固定在弹性连接盖头804上，所述的波纹管紧定固定圈805与波纹管808沿圆周开设有与弹性连接盖头804下端孔位对应一致的螺纹孔，用于与波纹管紧定螺栓806螺纹连接配合；

如图7所示，为本一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞中嵌入式防砂块6结构剖面图，所述的嵌入式防砂块6由弹帽601、弹帽弹簧602、防砂块固定体603、过滤膜604四部分组成，所述防砂块固定体603顶部中间留有沉孔，用于弹帽601、弹帽弹簧602的安装，所述过滤膜604位于嵌入式防砂块6中间，由防砂块固定体603固定；

如图8所示，为本一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞多节连接示意图，可根据气井井斜参数，合理安装多节柱塞3与弹性连接段8，增加工具的过弯灵活度。

其具体操作步骤如下：

1、组装弹性连接段。如图4-5所示，将连接段弹簧807两端位于弹性连接盖头804内部，通过弹簧对中压板802对连接段弹簧807两端实现定位与固定，同时盖头螺栓801、弹簧对中压板802、盖头螺母803依次通过螺纹固定连接；将波纹管紧定固定圈805、波纹管808、弹性连接盖头804下端孔位对应一致，由波纹管紧定螺栓806实现三者固定，完成弹性连接段的组装。

2、单节柱塞的组装。如图3所示，将气囊4上端与中空区域上端焊接，将气囊4充满预设气体，使得柱塞内中空区域完全被气囊填充，将单向阀5安装入柱塞3的单向阀安装区304，将气囊4下端、柱塞3下端与柱塞座306熔接，最后将嵌入式防砂块6装入嵌入式防砂块安装区305，完成单节柱塞的组装。

3、多节柱塞组装。如图1-2所示，打捞头1与柱塞3通过捞头螺栓2螺纹连接固定，将柱塞3底部、弹性防漏圈7、弹性连接段8顶端顺次熔接为一体，如果需要连接多节柱塞，如图8，重复上述操作，最后将底座10与柱塞3底部通过底座螺栓9螺纹连接固定，完成多节柱塞组装。

4、投放。完成工具的安装工作，将大斜度及含砂井用防漏排水柱塞工具投入需要使用的大斜度或含砂气井。

5、进行柱塞气举排水采气工艺，装置稳定工作。

工作原理：本发明将物理防漏、液封双重防漏措施结合，利用弹性防漏圈7与波纹管808在弯曲、井口，井底处时，受压发生弹性变形膨胀，减少环空面积，形成物理防漏，同时有减缓冲击的作用；柱塞3内部下方有柱塞引水通道303，将柱塞3中空区域与柱塞外部空间相通，当柱塞下降过程中，气囊中的预设气体由于环境压力增加，使得气囊收缩变形，柱塞3内部中空区域变大，柱塞外部空间的井底积水通过柱塞引水通道303进入柱塞内部中空区域，实现水的暂时储存；柱塞3表面凹凸相间，且凹陷处留有柱塞毛细射孔301，柱塞3内部中空区域安装有气囊4，当柱塞上升过程中，气囊中的预设气体由于环境压力降低，使得气囊膨胀变形，挤压柱塞3内部中空区域，将区域中的水从柱塞毛细射孔301中射出，在柱塞3外部形成移动液膜，实现液封效果，防止柱塞上方的液体漏失，同时避免砂砾在柱塞凹陷处沉积固化，延长柱塞的使用寿命；柱塞连接处用弹簧连接，提高柱塞通过弯曲处的灵活程度，拥有良好的应用前景与效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞，其特征在于：包括打捞头、柱塞、气囊、单向阀、嵌入式防砂块、弹性防漏圈、弹性连接段和底座，所述柱塞内部安装有气囊，下方有柱塞引水通道，柱塞引水通道内端与柱塞中空区域相通，外端与柱塞外部空间相通，所述柱塞包括柱塞下降与柱塞上升两种过程，柱塞下降过程中，气囊中的预设气体由于环境压力增加，气囊收缩变形，柱塞内部中空区域变大，柱塞外部空间的井底积水通过柱塞引水通道进入柱塞内部中空区域，实现水的暂时储存，柱塞上升过程中，气囊中的预设气体由于环境压力降低，气囊膨胀变形，挤压柱塞内部中空区域，将区域中的水从柱塞毛细射孔中射出，在柱塞外部形成移动液膜，实现液封，同时避免砂砾在柱塞凹陷处沉积固化；所述柱塞引水通道外端设有嵌入式防砂块安装区，中间有单向阀安装区；所述的弹性连接段由盖头螺栓、弹簧对中压板、盖头螺母、弹性连接盖头、波纹管紧定固定圈、波纹管紧定螺栓、连接段弹簧、波纹管组成，弹性连接盖头顶部中心留有允许盖头螺栓通过的孔道，下端沿圆周均布4个与波纹管紧定螺栓配合的螺纹孔；所述的连接段弹簧两端位于弹性连接盖头内部，通过弹簧对中压板对连接段弹簧两端实现定位与固定，所述的弹簧对中压板由盖头螺栓与盖头螺母螺纹固定连接，所述的波纹管位于波纹管紧定固定圈与弹性连接盖头之间，由波纹管紧定螺栓将波纹管紧定固定圈与波纹管固定在弹性连接盖头上，所述的波纹管紧定固定圈与波纹管沿圆周开设有与弹性连接盖头下端孔位对应一致的螺纹孔，用于与波纹管紧定螺栓螺纹连接配合；所述的弹性防漏圈由弹性材料制成，安装位于柱塞与弹性连接段连接处，受压时发生弹性变形膨胀。

2.根据权利要求1所述的一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞，其特征在于：所述的柱塞引水通道外端与柱塞外部空间接触处设有嵌入式防砂块安装区，用于嵌入式防砂块的安装，用于含砂气井砂砾过滤，中间设有单向阀安装区，用于单向阀的安装，避免中空区域暂存液体倒流。

3.根据权利要求1所述的一种大斜度及含砂气井用防漏防砂卡排水采气柱塞，其特征在于：所述的波纹管在跟随弹簧弯曲、压缩的过程中发生形变膨胀，减少环空面积，形成物理防漏，同时对内部连接段弹簧有保护作用，避免弹簧积砂失效。