CN114439434B - 柱塞装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种柱塞装置，其包括柱塞主体和设置在柱塞主体的下端的缓冲器，缓冲器用于在下落过程中坐落在油管的卡接位置处，该柱塞装置的下端设置有缓冲器，以使得柱塞装置在下入过程中能坐落在油管的卡接位置处，从而避免了提前在在油管中下入井下卡定器等装置，进而拓展了柱塞装置的应用深度，使得该柱塞装置不仅适用于带压作业的直井，还适用于大斜度井和水平井。

Description

柱塞装置

技术领域

本发明属于石油天然气开采技术领域，具体涉及一种柱塞装置。

背景技术

柱塞气举工艺是利用气井自身能量将液体排出井筒，柱塞作为气液之间的机械界面，阻止气体上窜和液体回落，减少液体滑脱效应，增加间歇举升效率。柱塞气举的能量主要来源于储层，但是当地层气能量不足时，也可以通过邻井高压气源或外部高压气源进行能量补给。这些气体将柱塞及其上部的液体从井底推向井口，排除井底积液，增大生产压差，延长气井的生产时间。

目前致密气和页岩气开发多采用水平井技术，初期套管排液一段时间后采用带压作业下入油管，油管下深至A靶点甚至水平段内，底部安装内径较油管更小的筛管。而传统柱塞装置则需通过钢丝作业预置井下卡定器，卡定器下入深受钢丝作业能力限制大多位于井斜40°以上，从而限制了斜井段甚至水平段有积液的水平井中柱塞气举工艺的应用。另外，现有技术中需要在井口安装带缓冲装置的防喷盒，用于为柱塞进行缓冲作业，从而使得井口防喷盒结构笨重。

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，本发明提出了一种柱塞装置。该柱塞装置的下端设置有缓冲器，以使得柱塞装置在下入过程中能坐落在油管的卡接位置处，从而避免了提前在在油管中下入井下卡定器等装置，进而拓展了柱塞装置的应用深度，使得该柱塞装置不仅适用于带压作业的直井，还适用于大斜度井和水平井。

根据本发明，提出了一种柱塞装置，包括：

柱塞主体，

设置在柱塞主体的下端的缓冲器，缓冲器用于在下落过程中坐落在油管的卡接位置处。

在一个实施例中，缓冲器具有：

延伸柱，延伸柱能轴向延伸到设置于柱塞主体的下端的第一盲孔内，并且延伸柱与第一盲孔可轴向移动式卡接，

设置在延伸柱的下端的盘状的底座，

第一弹性件，第一弹性件的一端与底座的上端面抵接，另一端与柱塞主体的下端面抵接。

在一个实施例中，底座的外径尺寸相对于油管的外径尺寸小2-3毫米。

在一个实施例中，在底座上设置轴向连通的通孔，通孔构造为截面面积在从上到下方向上逐渐增加的锥形。

在一个实施例中，在通孔内设置单向阀，以使得通孔在从上到下方向上截止而从下到上方向上连通。

在一个实施例中，在第一盲孔的壁上设置上端相对于下段突出的弹性卡接片，在延伸柱的上端面上设置径向延伸式凸出的卡接头，以使得在卡接头穿过卡接片向上延伸后，卡接片能与卡接头形成卡接配合。

在一个实施例中，在柱塞主体的外壁上螺旋式设置突出条。

在一个实施例中，在突出条上突出式设置密封带。

在一个实施例中，密封带包括相对于突出条的外壁面突出的密封部，以及由密封部向两端延伸式扩展的连接部，其中，连接部通过压板设置在突出条上。

在一个实施例中，在柱塞主体的上端设置“工”型打捞头，在打捞头的下端固定设置打捞杆，打捞杆与柱塞主体形成轴向可移动式卡接，并在打捞头的下端面与柱塞主体的上端面之间设置第二弹性件。

与现有技术相比，本发明至少具有下列优点中的一个，该柱塞装置的下端设置有缓冲器，以使得柱塞装置在下入过程中能坐落在油管的卡接位置处，从而避免了提前在在油管中下入井下卡定器等装置，进而拓展了柱塞装置的应用深度，使得该柱塞装置不仅适用于带压作业的直井，还适用于大斜度井和水平井。

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柱塞装置；

图2为来自图1的A处放大图。

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柱塞装置100。如图1所示，柱塞装置100包括柱塞主体1和缓冲器2。其中，柱塞本体1呈柱状。而缓冲器2设置在柱塞主体1的下端，用于起到缓冲作用。在柱塞装置100下落过程中，缓冲器2用于坐落在油管的卡接位置处，以达到缓冲的目的。通过设置缓冲器2可以直接向油管内投放柱塞装置100，而不必须预先置入井下卡定器。从而上述结构的柱塞装置100可以避免井下卡定器的使用和下入等操作，也由此拓展柱塞装置100的应用深度，进而使得该柱塞装置100不仅适用于带压作业的直井，还适用于大斜度井和水平井。

需要说明的是，本申请中所讲的油管的卡接位置处，可以指的油管与筛管的连接台阶面处，从而使得本申请的柱塞装置100一直能沿着油管下行，直至坐落在油管与筛管的连接台阶面处。正是由此，即便是应用于水平井筒，本申请的柱塞装置100也能下入到理想深度。另外，在油管与筛管的内径尺寸接近的情况下(例如相差小于等于3毫米)，则可以选择性地在油管上设置一段小内径的管，以形成用于柱塞装置100坐落的卡接位置。也就是说，可人为设定装置以设定卡接位置以使得柱塞装置100坐落在更合适的目的位置。

根据本发明，缓冲器2具有延伸柱21、底座22和第一弹性件23。其中，延伸柱21为柱状，并能轴向延伸到设置于柱塞主体1的下端的第一盲孔11内。该延伸柱21与第一盲孔11可轴向移动式卡接。也就是，延伸柱21可以相对于第一盲孔11轴向移动，同时第一盲孔11也能限定延伸柱21的轴向位置，防止其从柱塞本体1上脱落。底座22设置在延伸柱21的下端，自身为盘状。也就是，延伸柱21与底座22两者的轴向截面为“T”型。第一弹性件23优选地可以为弹簧。在安装过程中，第一弹性件的一端与底座22的上端面抵接，另一端与柱塞主体1的下端面抵接。同时，第一弹性件23套设在延伸柱21的外壁上。在柱塞装置100下落的过程中，底座22先接触卡接位置处，在力作用下，柱塞主体1以及之上的部件们继续相对于底座22下移，此时延伸柱21相对于第一盲孔11上移，而第一弹性件23受压，起到弹性缓冲的作用。

例如，在第一盲孔11的外侧，在柱塞主体1还设置有容纳槽12，用于容纳第一弹性件23。需要说明的是，该第一盲孔11的壁以及容纳槽12的外壁构造为不影响底座22相对于柱塞主体1的行程。

为了保证底座22能顺利在油管内移动，从而保证气举效果，该底座22的外直径尺寸比油管的外直径小2-3毫米。通过这种设置不仅保证柱塞装置100在油管中舒畅的运动，还能保证很好的气举效果，降低气举过程中液体向下泄露。

在一个实施例中，在底座22上设置轴向连通的通孔24。优选地，通孔24构造为截面面积在从上到下方向上逐渐增加的锥形。进一步优选地，在通孔24内设置单向阀(图中未示出)。单向阀用于通孔24在从上到下方向上截止而从下到上方向上连通。在柱塞装置100工作过中，柱塞装置100下行，通孔24的在从下到上方向上连通，可以使得流体从下向上流动，避免下端压力大于上端压力而使得柱塞装置100下入困难的问题。另外，在柱塞装置100上行过程中，气体可以通过通孔24上行，并在锥形的通孔24处产生节流压差，有助于促动柱塞装置100上行。还有，通过设置单向阀保证了通孔24从上到下方向上截止而从下到上方向上连通，避免在上行过程中，液体泄漏，从而提高液体的举升效果。

优选地，在第一盲孔21的壁上设置上端相对于下段突出的弹性卡接片25。同时，在延伸柱21的上端面上设置径向延伸式凸出的卡接头26。在卡接头26穿过卡接片25向上延伸后，卡接片25能与卡接头26形成卡接配合，用于限定延伸柱21进一步下落。这种结构简单，易于实现。

在一个实施例中，在柱塞主体1的外壁上设置突出条13。该突出条13螺旋式盘绕在柱塞主体1的壁上。在下入柱塞装置100后，突出条13与油管临近，以在柱塞主体1上形成螺旋流道，使得通过的流体产生涡流效益，从而分离气液两相、降低管道压降、减少流体能量衰减速度，可以使原有的垂直向上紊流流态变为使流体流动截面积减小的螺旋状向上的涡流层流，有效降低油管的流动摩阻与滑脱损失，从而提高气井的采收率。

为了保证旋流的效果，在突出条13上突出式设置密封带14，如图2所示。优选地，密封带14包括相对于突出条13的外壁面突出的密封部15，以及由密封部15向两端延伸式扩展的连接部16。其中，连接部16通过压板17设置在突出条13上。进一步优选地，连接部16与压板17或/和突出条13均采用凹凸配合的齿接的方式进行连接，用于增加密封带14的连接稳定性。

在柱塞主体1的上端设置“工”型打捞头3。在打捞头3的下端固定设置打捞杆4。打捞杆4与柱塞主体1形成轴向可移动式卡接。在打捞头4的下端面与柱塞主体1的上端面之间设置第二弹性件5。打捞杆4与柱塞主体1的连接可以参照延伸柱21与柱塞主体1的连接形式，且第二弹性件5的设置方式也可参照第一弹性件23的设置方式，故在此不再赘述。上述设置相当于在柱塞主体1的上端设置有缓冲装置，以使得在柱塞装置100上行过程中，打捞头3与防喷盒垫块碰撞后能完成卸力，避免了井口防喷盒安装缓冲弹簧等部件，从而使得井口安装结构简单。

打捞头3的具有盘状的横向延伸的打捞部31。该打捞部31的上端面与外壁面之间为倒角式设置，以使得打捞装置方便下入。而打捞部31的下端面形成与打捞装置配合的打捞卡接面。这种设置方便对柱塞装置100进行打捞。

下面根据图1到2详细描述柱塞装置100的工作过程。

在关井状态下，将自减震的柱塞装置100从井口投放，在重力作用下落至卡接位置处并通过缓冲器2减震并座落，柱塞装置100停止下行。液体在柱塞装置100上部积累。进行开井，柱塞装置100在地层气或者外部气源作用下上行，上部打捞头3与防喷盒垫块碰撞后卸力并被捕捉，同时将井底液体举升至井口，至此完成一周期的气举排液。诸此运作方式，开始下一循环。在需要进行打捞作业时，可下入打捞装置，与打捞部31卡接，从而通过打捞头3提拉柱塞主体1，在提拉缓冲器2，以将整个柱塞装置100提出油管。根据本申请的柱塞装置100能避免传统的水平井采用泡沫排水工艺带来的药剂污染、成本高、作业量大和效果不佳等缺点，同时能更好地实现水平井排液采气。

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 (5)

1.一种柱塞装置，其特征在于，包括：

柱塞主体，

设置在所述柱塞主体的下端的缓冲器，所述缓冲器用于在下落过程中坐落在油管的卡接位置处，

其中，所述缓冲器具有：延伸柱，所述延伸柱能轴向延伸到设置于所述柱塞主体的下端的第一盲孔内，并且所述延伸柱与所述第一盲孔可轴向移动式卡接；设置在所述延伸柱的下端的盘状的底座；以及第一弹性件，所述第一弹性件的一端与所述底座的上端面抵接，另一端与所述柱塞主体的下端面抵接，

在所述底座上设置轴向连通的通孔，所述通孔构造为截面面积在从上到下方向上逐渐增加的锥形，其中，在所述柱塞装置的下行过程中，所述通孔在从下到上的方向上连通，使得液体从下向上流动，避免下端压力大于上端压力而导致所述柱塞装置下入困难，而在柱塞装置的上行过程中，气体能够通过所述通孔上行，并在所述通孔处产生节流压差以促动所述柱塞装置上行，

在所述通孔内设有单向阀，以使得所述通孔在从上到下方向上截止而从下到上方向上连通，从而避免在所述柱塞装置的上行过程中液体泄漏，以提高液体的举升效果，

在所述柱塞主体的外壁上螺旋式设置突出条，

在所述柱塞主体的上端设置“工”型打捞头，在所述打捞头的下端固定设置打捞杆，所述打捞杆与所述柱塞主体形成轴向可移动式卡接，并在所述打捞头的下端面与所述柱塞主体的上端面之间设置第二弹性件。

2.根据权利要求1所述的柱塞装置，其特征在于，所述底座的外径尺寸相对于所述油管的外径尺寸小2-3毫米。

3.根据权利要求1或2所述的柱塞装置，其特征在于，在所述第一盲孔的壁上设置上端相对于下段突出的弹性卡接片，在所述延伸柱的上端面上设置径向延伸式凸出的卡接头，以使得在所述卡接头穿过所述卡接片向上延伸后，所述卡接片能与所述卡接头形成卡接配合。

4.根据权利要求1或2所述的柱塞装置，其特征在于，在所述突出条上突出式设置密封带。

5.根据权利要求4所述的柱塞装置，其特征在于，所述密封带包括相对于所述突出条的外壁面突出的密封部，以及由所述密封部向两端延伸式扩展的连接部，其中，所述连接部通过压板设置在所述突出条上。

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