CN113757101B - 一种可调下落速度的一体式分体柱塞 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可调下落速度的一体式分体柱塞,涉及石油钻井技术领域。该可调下落速度的一体式分体柱塞包括柱塞主体(3)、顶杆(4)和球阀(6),所述柱塞主体(3)的两端内壁上均设有内螺纹,其顶部设有上端速度调节器(2),底部设有下端速度调节器(5);所述下端速度调节器(5)的底部设有球阀过渡仓(7);所述顶杆(4)设置在柱塞主体(3)的内部,其顶部设有打捞头(1),下部固定有球阀(6)。本发明解决了常规分体式柱塞的球阀难以打捞的技术问题,避免不必要的现场运用风险,并且,使用该型柱塞时不需要额外的改造井口装置,现场推广适用性强,可实现柱塞气举井不关井连续生产。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井技术领域,具体涉及一种可调下落速度的一体式分体柱塞。
背景技术
在实际生产中,处于生产中后期的气井经常会出现积液问题,井底积液会降低气井产能,甚至“压死”气井使得气井停产。目前常使用的气井排水采气方法包括注气气举、泡沫排水和柱塞气举等,而柱塞气举由于其成本低廉,工艺操作简便以及对井口装置依赖较小等特点,在实际的现场生产中被广泛运用。目前常使用的柱塞主要有:棒状柱塞、衬垫式柱塞、刷式柱塞和分体式柱塞等,这些柱塞虽然针对不同的气井类型做出了相应的设计,但是其共同存在的不足是无法主动控制和调节柱塞在井筒中的运动速度,这对柱塞气举井的运行周期设计具有重要的意义。另外,目前使用的分体柱塞虽然具有不关井连续举液的特点,但是其球阀难以打捞。
在专利CN202010891592.6中,公开了一种分体式柱塞结构,包括柱塞本体,所述柱塞本体中部开设有轴承卡槽,所述轴承卡槽内开设有小平面,所述小平面两侧开设有小台阶,所述柱塞本体两端对称开设有中空的连接管,所述连接管上套设有陶瓷套管,所述连接管外端通过螺纹连接有锁紧螺丝,所述轴承卡槽两侧的壁上镶嵌有耐磨合金,所述连接管和轴承卡槽之间的柱塞本体上开设有环形凸起,所述小台阶的高度为0.5-1.5mm。该专利所述的一种分体式柱塞结构,解决传统柱塞表面容易磨损,两端容易生锈,轴承平面容易磨损的问题。
在专利CN202021111011.4中,公开了一种分体式柱塞,它包括柱塞体和钢球两个部分,在柱塞体上弹簧爪的爪片嵌入限位套外表面纵向槽内,弹簧爪上端部套在中心管上,其弹簧爪上部内台肩与中心管下部外台肩定位,限位套上端母扣与中心管下端公扣相连接,将弹簧爪夹紧定位在限位套与中心管之间;弹簧依次装入摩擦片内表面上部和下部的圆孔内,四片摩擦片两两相对称,下端一同装入中心管与弹簧爪形成的凹槽内,并将摩擦片内部环向凹槽与中心管外壁环向突台相嵌,同时弹簧另一端装入中心管的圆孔内,打捞头下部母扣与中心管上端公扣相连,并将摩擦片上端一同装入打捞头与中心管形成的凹槽内;所述钢球位于柱塞体内,并与中心管下端锥面接触。
在专利CN201910717764.5中公开了一种连续自动排液分体式柱塞装置,包括防喷管,防喷管内设有缓冲撞杆,分体式柱塞不少于两级,各级之间分离,缓冲承接装置设于分体式柱塞下方,与分体式柱塞相离,柱塞控制器嵌于防喷管的管壁,柱塞控制器设于分体式柱塞上方,开关井控制器设于防喷管的管壁,开关井控制器设于柱塞控制器下方。该专利连续自动排液分体式柱塞装置在不关井的过程中实现柱塞下行和往复运行,实现最高效的排除井底积液,避免压裂后排液关井时传统柱塞回落造成的效率降低,大液量气井关井积液无法及时排出而造成的停产等问题,尤其适用于压裂后复产、大液量气井排液生产、水平井排液生产、低产量气井排液生产等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点,提供了一种可调下落速度的一体式分体柱塞。通过设计固定有球阀的顶杆解决了分体式柱塞球阀难以打捞的问题,通过增加可控过流面积的多个过流窗口控制柱塞主体的下落速度,并且可以根据气井生产情况调节柱塞下落速度,解决了常规分体式柱塞的球阀难以打捞的技术问题,避免不必要的现场运用风险,并且,使用该型柱塞时不需要额外的改造井口装置,现场推广适用性强,可实现柱塞气举井不关井连续生产。
本发明的柱塞工作原理为:通过在油管中下入柱塞,分隔柱塞上下空间形成举升压差,往复举升井底积液的方式排出井底积液。
本发明的目的通过以下技术方案来实现:
一种可调下落速度的一体式分体柱塞,包括柱塞主体、顶杆和球阀,其中:
所述柱塞主体为空心圆管结构;
所述柱塞主体的两端内外径较中间部分大;
所述柱塞主体的两端内壁上均设有内螺纹;
所述柱塞主体的顶部设有上端速度调节器;
所述柱塞主体的底部设有下端速度调节器;
所述上端速度调节器为圆柱形结构,所述上端速度调节器的下部设有与柱塞主体相配合的外螺纹;
所述上端速度调节器上设有多个过流窗口;
所述下端速度调节器为圆柱形结构,所述下端速度调节器的上部设有与柱塞主体相配合的外螺纹;
所述下端速度调节器上设有多个过流窗口;
所述下端速度调节器的底部设有球阀过渡仓;
所述顶杆设置在柱塞主体的内部;
所述顶杆的顶部穿过上端速度调节器,从上端速度调节器顶部伸出;
所述顶杆的顶部还设有打捞头;
所述顶杆的下端依次穿过下端速度调节器和球阀过渡仓,从球阀过渡仓的底部伸出;
所述顶杆下部固定有球阀;
所述球阀位于球阀过渡仓,且所述球阀可在一定范围内上下移动。
可选或优选地,所述球阀的直径与球阀下方顶杆的长度之和不小于下端速度调节器长度与柱塞主体下端螺纹段长度之和,以保证球阀对柱塞内部气水流通通道的密封效果,即,如图2和图3所示:,
式中,Df为球阀直径;Hx为顶杆下部长度;Hs为下端速度调节器长度;HL为柱塞下端空腔高度。
可选或优选地,所述柱塞主体的空心部分体积大于柱塞主体实体部分体积,可以保证柱塞中心敞开时,其受到的下落阻力较小。
可选或优选地,所述柱塞主体的外壁上设有多个阶梯状锯齿,能够形成紊流密封,降低柱塞上行过程中的液体漏失。
可选或优选地,所述下端速度调节器的长度大于上端速度调节器的长度。
可选或优选地,每个所述过流窗口均为竖直方向的条形槽。
可选或优选地,所述球阀的直径不大于球阀过渡仓的高度,能够防止球阀在柱塞主体下落过程中阻挡下端气水流通通道,即,如图2和图3所示,
式中,Hg为下端速度调节器中球阀过渡仓高度;Df为球阀直径。
可选或优选地,所述过流窗口均匀分布在上端速度调节器和下端速度调节器上。
基于上述技术方案,可产生如下技术效果:
本发明提供的一种可调下落速度的一体式分体柱塞,可用于不关井的连续柱塞气举。本发明的有益效果包括:
(1)本发明为一体式分体柱塞,可通过完全旋出上端速度调节器和下端速度调节器取出顶杆,简便实现柱塞磨损部位更换和柱塞内部清洗,节约成本并且对出砂气井具有一定适用性;
(2)本发明解决了分体式柱塞的球阀打捞问题。该球阀与柱塞通过顶杆相连,球阀可和柱塞一起被井口柱塞打捞装置捕获,所以区别于常规分体柱塞,该型柱塞不需要专门打捞球阀;
(3)本发明能广泛适应现有井口。以往的分体式柱塞需要改造井口装置配备顶针控制柱塞和球阀分体,本发明的柱塞集成了顶杆,不需要额外配备井口设施,适用性更强;
(4)本发明配备有上端速度调节器和下端速度调节器,通过螺纹旋入旋出调节过流窗口过流面积,从而调节柱塞上行下落的速度。
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,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1 为本发明的结构示意图(半剖图);
图2 为本发明顶杆的结构示意图;
图3 为本发明下端速度调节器的结构示意图(半剖图);
图中:1-打捞头,2-上端速度调节器,3-柱塞主体,4-顶杆,5-下端速度调节器,6-球阀,7-球阀过渡仓。
具体实施方式
应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1-图3所示:
实施例1:
本实施例提供了一种可调下落速度的一体式分体柱塞,包括柱塞主体3、顶杆4和球阀6,其中:
所述柱塞主体3为空心圆管结构;
所述柱塞主体3的两端内外径较中间部分大;
所述柱塞主体3的两端内壁上均设有内螺纹;
所述柱塞主体3的顶部设有上端速度调节器2;
所述柱塞主体3的底部设有下端速度调节器5;
所述上端速度调节器2为圆柱形结构,所述上端速度调节器2的下部设有与柱塞主体3相配合的外螺纹;
所述上端速度调节器2上设有多个过流窗口;
所述下端速度调节器5为圆柱形结构,所述下端速度调节器5的上部设有与柱塞主体3相配合的外螺纹;
所述下端速度调节器5上设有多个过流窗口;
所述下端速度调节器5的底部设有球阀过渡仓7;
所述顶杆4设置在柱塞主体3的内部,所述顶杆4的顶部穿过上端速度调节器2,从上端速度调节器2顶部伸出;
所述顶杆4的顶部还设有打捞头1;
所述顶杆4的下端依次穿过下端速度调节器5和球阀过渡仓7,从球阀过渡仓7的底部伸出;
所述顶杆4下部固定有球阀6;
所述球阀6位于球阀过渡仓7内,且所述球阀6可在一定范围内上下移动。
本实施例中,所述球阀6的直径与球阀6下方顶杆4的长度之和大于下端速度调节器5长度与柱塞主体3下端螺纹段长度之和。
本实施例中,所述柱塞主体3的空心部分体积大于柱塞主体3实体部分体积。
本实施例中,所述柱塞主体3的外壁上设有多个阶梯状锯齿。
本实施例中,所述下端速度调节器5的长度大于上端速度调节器2的长度。
本实施例中,每个所述过流窗口均为竖直方向的条形槽。
本实施例中,所述球阀6的直径小于球阀过渡仓7的高度。
本实施例中,所述过流窗口均匀分布在上端速度调节器2和下端速度调节器5上。
本实施例具有以下优点:
(1)本实施例为一体式分体柱塞,可通过完全旋出上端速度调节器2和下端速度调节器5取出顶杆4,简便实现柱塞磨损部位更换和柱塞内部清洗,节约成本并且对出砂气井具有一定适用性;
(2)本实施例解决了分体式柱塞的球阀打捞问题。该球阀6与柱塞通过顶杆4相连,球阀6可和柱塞一起被井口柱塞打捞装置捕获,所以区别于常规分体柱塞,该型柱塞不需要专门打捞球阀;
(3)本实施例能广泛适应现有井口。以往的分体式柱塞需要改造井口装置配备顶针控制柱塞和球阀分体,本发明的柱塞集成了顶杆4,不需要额外配备井口设施,适用性更强;
(4)本实施例配备有上端速度调节器2和下端速度调节器5,通过螺纹旋入旋出调节过流窗口过流面积,从而调节柱塞上行下落的速度。
实施例2:
本实施例提供了一种可调下落速度的一体式分体柱塞,包括柱塞主体3、顶杆4和球阀6,其中:
所述柱塞主体3为空心圆管结构;
所述柱塞主体3的两端内外径较中间部分大;
所述柱塞主体3的两端内壁上均设有内螺纹;
所述柱塞主体3的顶部设有上端速度调节器2;
所述柱塞主体3的底部设有下端速度调节器5;
所述上端速度调节器2为圆柱形结构,所述上端速度调节器2的下部设有与柱塞主体3相配合的外螺纹;
所述上端速度调节器2上设有四个过流窗口;
所述下端速度调节器5为圆柱形结构,所述下端速度调节器5的上部设有与柱塞主体3相配合的外螺纹;
所述下端速度调节器5上设有四个过流窗口;
所述下端速度调节器5的底部设有球阀过渡仓7;
所述顶杆4设置在柱塞主体3的内部,所述顶杆4的顶部穿过上端速度调节器2,从上端速度调节器2顶部伸出;
所述顶杆4的顶部还设有打捞头1;
所述顶杆4的下端依次穿过下端速度调节器5和球阀过渡仓7,从球阀过渡仓7的底部伸出;
所述顶杆4下部固定有球阀6;
所述球阀6位于球阀过渡仓7内,且所述球阀6可在一定范围内上下移动。
本实施例中,所述球阀6的直径与球阀6下方顶杆4的长度之和等于下端速度调节器5长度与柱塞主体3下端螺纹段长度之和。
本实施例中,所述柱塞主体3的空心部分体积大于柱塞主体3实体部分体积。
本实施例中,所述柱塞主体3的外壁上设有多个阶梯状锯齿。
本实施例中,所述下端速度调节器5的长度大于上端速度调节器2的长度。
本实施例中,每个所述过流窗口均为竖直方向的条形槽。
本实施例中,所述球阀6的直径等于球阀过渡仓7的高度。
本实施例中,所述过流窗口均匀分布在上端速度调节器2和下端速度调节器5上。
本实施例具有以下优点:
(1)本实施例为一体式分体柱塞,可通过完全旋出上端速度调节器2和下端速度调节器5取出顶杆4,简便实现柱塞磨损部位更换和柱塞内部清洗,节约成本并且对出砂气井具有一定适用性;
(2)本实施例解决了分体式柱塞的球阀打捞问题。该球阀6与柱塞通过顶杆4相连,球阀6可和柱塞一起被井口柱塞打捞装置捕获,所以区别于常规分体柱塞,该型柱塞不需要专门打捞球阀;
(3)本实施例能广泛适应现有井口。以往的分体式柱塞需要改造井口装置配备顶针控制柱塞和球阀分体,本发明的柱塞集成了顶杆4,不需要额外配备井口设施,适用性更强;
(4)本实施例配备有上端速度调节器2和下端速度调节器5,通过螺纹旋入旋出调节过流窗口过流面积,从而调节柱塞上行下落的速度。
本发明提供的一种可调下落速度的一体式分体柱塞的工作过程为:
在柱塞主体3上升到达井口时,顶杆4撞击井口将球阀6推入下方的球阀过渡仓7内,使得柱塞主体3的中空流通通道完全打开,沟通柱塞主体3上下空间,该可调下落速度的一体式分体柱塞在自身重力的作用下下落。当下落到坐落器上时,顶杆4的下部撞击坐落器,推动球阀6上行至柱塞主体3的中空通道入口处,封闭柱塞主体3的中空气水通道,隔开柱塞主体3的上下空间,形成压差,柱塞和柱塞上部液段在压差作用下上升,形成柱塞周期运动,从而达到不关井连续柱塞气举的目的。
Claims (6)
1.一种可调下落速度的一体式分体柱塞,其特征在于:包括柱塞主体(3)、顶杆(4)和球阀(6),其中:
所述柱塞主体(3)为空心圆管结构;所述柱塞主体(3)的两端内外径较中间部分大;所述柱塞主体(3)的两端内壁上均设有内螺纹;
所述柱塞主体(3)的顶部设有上端速度调节器(2);所述柱塞主体(3)的底部设有下端速度调节器(5);
所述上端速度调节器(2)为圆柱形结构,所述上端速度调节器(2)的下部设有与柱塞主体(3)相配合的外螺纹;所述上端速度调节器(2)上设有多个过流窗口;
所述下端速度调节器(5)为圆柱形结构,所述下端速度调节器(5)的上部设有与柱塞主体(3)相配合的外螺纹;所述下端速度调节器(5)上设有多个过流窗口;
所述下端速度调节器(5)的底部设有球阀过渡仓(7);
所述顶杆(4)设置在柱塞主体(3)的内部,所述顶杆(4)的顶部穿过上端速度调节器(2),从上端速度调节器(2)顶部伸出;
所述顶杆(4)的顶部还设有打捞头(1);
所述顶杆(4)的下端依次穿过下端速度调节器(5)和球阀过渡仓(7),从球阀过渡仓(7)的底部伸出;所述顶杆(4)下部固定有球阀(6);
所述球阀(6)位于球阀过渡仓(7)内,且所述球阀(6)可在一定范围内上下移动。
2.根据权利要求1所述的一种可调下落速度的一体式分体柱塞,其特征在于:所述球阀(6)的直径与球阀(6)下方顶杆(4)的长度之和不小于下端速度调节器(5)长度与柱塞主体(3)下端螺纹段长度之和。
3.根据权利要求1所述的一种可调下落速度的一体式分体柱塞,其特征在于:所述柱塞主体(3)的外壁上设有多个阶梯状锯齿。
4.根据权利要求1所述的一种可调下落速度的一体式分体柱塞,其特征在于:所述下端速度调节器(5)的长度大于上端速度调节器(2)的长度。
5.根据权利要求1所述的一种可调下落速度的一体式分体柱塞,其特征在于:所述球阀(6)的直径不大于球阀过渡仓(7)的高度。
6.根据权利要求1所述的一种可调下落速度的一体式分体柱塞,其特征在于:所述过流窗口均匀分布在上端速度调节器(2)和下端速度调节器(5)上。
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