CN114458246A - 一种滑块式可变径柱塞及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种滑块式可变径柱塞及其使用方法，上防撞环和下防撞环分别套接在上连接体的中部的首尾两端，上交错齿和下交错齿与上连接体的中部滑动连接，上连接体的尾端外壁与下连接体的首端内壁螺纹连接，活塞套接在下连接体的外壁上，下连接体的尾端外壁与活塞端盖的首端内壁螺纹连接，活塞端盖采用首端敞口的中空管状结构，在活塞端盖的侧壁上均匀开设有进气孔，在下连接体的上部外壁上形成一定位轴肩，在活塞的内壁中部形成一限位缩径段，在定位轴肩下表面、活塞内壁、限位缩径段上表面和下连接体外壁形成的腔体内设置有弹簧。半交错齿沿锥面滑块爬升实现柱塞变径，变径工况下柱塞与油管内壁贴合，采用螺旋槽密封结构提高气井的产出量。

Description

一种滑块式可变径柱塞及其使用方法

技术领域

本发明涉及可变径排水采气柱塞技术领域，更具体地说涉及一种滑块式可变径柱塞及其使用方法。

背景技术

目前，气井开采过程中，随着气藏产能的下降、地下水产水量的出现等原因，导致井筒出现了积液，严重影响了气井产量，致使气井生产效率降低，需要采用柱塞排水采气技术排出井筒积液，降低井筒积液液面，增大井底压差，从而实现持续、稳定生产。

现有天然气开发中，为确保井控安全，陆地上高压、高风险气井生产完井、海上所有在产气井生产完井管柱中都安装有通径缩径的安全阀，部分井在井底安装有缩径的滑套等工具。采用柱塞排水采气阶段，柱塞在井筒内上、下活动时，需要穿越安全阀等变径位置，实现将井筒积液排出。现有技术，排水采气柱塞只能穿越未安装井下安全阀的单一通径生产管柱。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，现有的排水采气柱塞只能穿越未安装井下安全阀的单一通径生产管柱，提供了一种滑块式可变径柱塞及其使用方法，该柱塞采用半交错齿沿锥面滑块爬升来实现柱塞变径，用以穿越安全阀；同时，变径工况下柱塞与油管内壁贴合，采用螺旋槽密封结构提高气井的产出量，提高工作效率，降低开采成本。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

一种滑块式可变径柱塞，包括上连接体、上防撞环、上交错齿、下交错齿、下防撞环、下连接体、活塞和活塞端盖，所述上连接体的上部采用纵剖面为矩形的柱状结构，所述上连接体的中部采用纵剖面为倒置等腰梯形的圆锥型结构，所述上连接体的下部采用纵剖面为矩形的柱状结构，所述上防撞环和所述下防撞环分别套接在所述上连接体的中部的首尾两端，在所述上连接体的中部外壁两侧对称开设有T型槽，在所述上交错齿和所述下交错齿的内壁上形成有与所述T型槽相配合的T型键，所述上交错齿和所述下交错齿通过T型键和T型槽与所述上连接体的中部滑动连接，上防撞环和下防撞环用于防止交错齿的首尾两端与油管内壁发生碰撞，所述上连接体的尾端外壁与所述下连接体的首端内壁螺纹连接，所述活塞套接在所述下连接体的外壁上，且活塞的内壁与下连接体的外壁形成面密封，所述下连接体的尾端外壁与所述活塞端盖的首端内壁螺纹连接，活塞端盖用于限制活塞的下行程，所述活塞端盖采用首端敞口的中空管状结构，所述活塞端盖的首端内壁与所述活塞的尾端外壁形成面密封，在所述活塞端盖的侧壁上均匀开设有进气孔，便于井底气体自活塞端盖进入活塞的尾端，在所述下连接体的上部外壁上形成一定位轴肩，定位轴肩用于限制活塞的上行程，在所述活塞的内壁中部形成一限位缩径段，在定位轴肩下表面、活塞内壁、限位缩径段上表面和下连接体外壁形成的腔体内设置有弹簧，用于活塞的复位。

在上防撞环上方的所述上连接体的外壁上固定有防松螺母，用于防止上防撞环松动移位。

所述上交错齿和所述下交错齿的内壁采用与所述上连接体的中部相配合的锥形面，且在所述上交错齿和所述下交错齿的边缘处形成交错的齿状插接结构，以实现上交错齿和下交错齿连接的目的，在所述上交错齿和所述下交错齿的外壁上均匀设置有螺旋槽。

所述上连接体的首端外壁与打捞头连接杆的尾端内壁螺纹连接，所述打捞头连接杆的首端外壁与打捞头的尾端内壁螺纹连接。

在所述下连接体的外壁与所述活塞的内壁面密封处均设置有密封圈。

一种滑块式可变径柱塞的使用方法，滑块式可变径柱塞在下入井底的过程中，上交错齿和下交错齿受自身重力作用，始终处于上连接体尾端，滑块式可变径柱塞处于收缩状态；

当滑块式可变径柱塞下入到井底卡定器位置后，井下气体不断聚集，在井下气体压力的作用下，井下气体自进气孔进入活塞端盖内，井下气体产生的压力推动活塞上行，活塞挤压弹簧，使弹簧发生变形，进而推动上交错齿和下交错齿沿连接体的锥面向上运动，进而实现滑块式可变径柱塞扩径的目的，使得上交错齿和下交错齿的外壁与油管的管壁接触，上交错齿和下交错齿外壁的螺旋槽，在和油管管壁接触的过程中，自井底向上运动的井下气体和自井口向下运动的水在螺旋槽中形成涡流实现密封，密封后，井下气体的压力不断聚集，当井底压力达到一定程度时，滑块式可变径柱塞整体向上运动，当滑块式可变径柱塞到达近井地带安全阀时候，上交错齿和下交错齿的上表面与安全阀发生碰撞，上交错齿和下交错齿在撞击力的作用下，沿连接体的锥面向下运动，进而实现滑块式可变径柱塞缩径的目的，上交错齿和下交错齿顺利通过安全阀，滑块式可变径柱塞继续向上运动，到达井口捕捉位置，排出柱塞上端积液，如此反复运动，便可排出井底的积液。

本发明的有益效果为：本发明实现了柱塞外径可根据生产管柱通径收缩与扩大；本发明能够穿越装有井下安全阀、滑套等内变径生产管柱，突破了现有柱塞只能在单一通径生产管柱上下往复活动、排水采气的限制；本发明解决了现有排水采气技术瓶颈，解决不能解决了的问题，实现了不能实现的功能。

附图说明

图1是本发明的装配结构示意图；

图2是本发明中上交错齿的结构示意图；

图3是本发明中下交错齿的结构示意图；

图4是井下油管内安全阀的位置示意图；

图5是本发明中上连接体的结构示意图；

图中：1为打捞头，2为打捞头连接杆，3为上连接体，4为防松螺母，5为上防撞环，6为上交错齿，7为下交错齿，8为下防撞环，9为下连接体，10为弹簧，11为活塞，12为密封圈，13为活塞端盖。

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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例一

一种滑块式可变径柱塞，包括上连接体3、上防撞环5、上交错齿6、下交错齿7、下防撞环8、下连接体9、活塞11和活塞端盖13，上连接体3的上部采用纵剖面为矩形的柱状结构，上连接体3的中部采用纵剖面为倒置等腰梯形的圆锥型结构，上连接体3的下部采用纵剖面为矩形的柱状结构，上防撞环5和下防撞环8分别套接在上连接体3的中部的首尾两端，在上连接体3的中部外壁两侧对称开设有T型槽，在上交错齿6和下交错齿7的内壁上形成有与T型槽相配合的T型键，上交错齿6和下交错齿7通过T型键和T型槽与上连接体3的中部滑动连接，上防撞环5和下防撞环8用于防止交错齿的首尾两端与油管内壁发生碰撞，上连接体3的尾端外壁与下连接体9的首端内壁螺纹连接，活塞11套接在下连接体9的外壁上，且活塞11的内壁与下连接体9的外壁形成面密封，下连接体9的尾端外壁与活塞端盖13的首端内壁螺纹连接，活塞端盖13用于限制活塞的下行程，活塞端盖13采用首端敞口的中空管状结构，活塞端盖13的首端内壁与活塞11的尾端外壁形成面密封，在活塞端盖13的侧壁上均匀开设有进气孔，便于井底气体自活塞端盖13进入活塞11的尾端，在下连接体9的上部外壁上形成一定位轴肩，定位轴肩用于限制活塞11的上行程，在活塞11的内壁中部形成一限位缩径段，在定位轴肩下表面、活塞11内壁、限位缩径段上表面和下连接体9外壁形成的腔体内设置有弹簧10，用于活塞11的复位。

实施例二

在实施例一的基础上，在上防撞环5上方的上连接体3的外壁上固定有防松螺母4，用于防止上防撞环5松动移位。

上交错齿6和下交错齿7的内壁采用与上连接体3的中部相配合的锥形面，且在上交错齿6和下交错齿7的边缘处形成交错的齿状插接结构，以实现上交错齿6和下交错齿7连接的目的，在上交错齿6和下交错齿7的外壁上均匀设置有螺旋槽。

实施例三

在实施例二的基础上，上连接体3的首端外壁与打捞头连接杆2的尾端内壁螺纹连接，打捞头连接杆2的首端外壁与打捞头1的尾端内壁螺纹连接。

在下连接体9的外壁与活塞11的内壁面密封处均设置有密封圈12。

实施例四

一种滑块式可变径柱塞的使用方法，滑块式可变径柱塞在下入井底的过程中，上交错齿和下交错齿受自身重力作用，始终处于上连接体尾端，滑块式可变径柱塞处于收缩状态；

当滑块式可变径柱塞下入到井底卡定器位置后，井下气体不断聚集，在井下气体压力的作用下，井下气体自进气孔进入活塞端盖内，井下气体产生的压力推动活塞上行，活塞挤压弹簧，使弹簧发生变形，进而推动上交错齿和下交错齿沿连接体的锥面向上运动，进而实现滑块式可变径柱塞扩径的目的，使得上交错齿和下交错齿的外壁与油管的管壁接触，上交错齿和下交错齿外壁的螺旋槽，在和油管管壁接触的过程中，自井底向上运动的井下气体和自井口向下运动的水在螺旋槽中形成涡流实现密封，密封后，井下气体的压力不断聚集，当井底压力达到一定程度时，滑块式可变径柱塞整体向上运动，当滑块式可变径柱塞到达近井地带安全阀时候，上交错齿和下交错齿的上表面与安全阀发生碰撞，上交错齿和下交错齿在撞击力的作用下，沿连接体的锥面向下运动，进而实现滑块式可变径柱塞缩径的目的，上交错齿和下交错齿顺利通过安全阀，滑块式可变径柱塞继续向上运动，到达井口捕捉位置，排出柱塞上端积液，如此反复运动，便可排出井底的积液。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种滑块式可变径柱塞，其特征在于：包括上连接体、上防撞环、上交错齿、下交错齿、下防撞环、下连接体、活塞和活塞端盖，所述上连接体的上部采用纵剖面为矩形的柱状结构，所述上连接体的中部采用纵剖面为倒置等腰梯形的圆锥型结构，所述上连接体的下部采用纵剖面为矩形的柱状结构，所述上防撞环和所述下防撞环分别套接在所述上连接体的中部的首尾两端，在所述上连接体的中部外壁两侧对称开设有T型槽，在所述上交错齿和所述下交错齿的内壁上形成有与所述T型槽相配合的T型键，所述上交错齿和所述下交错齿通过T型键和T型槽与所述上连接体的中部滑动连接，上防撞环和下防撞环用于防止交错齿的首尾两端与油管内壁发生碰撞，所述上连接体的尾端外壁与所述下连接体的首端内壁螺纹连接，所述活塞套接在所述下连接体的外壁上，且活塞的内壁与下连接体的外壁形成面密封，所述下连接体的尾端外壁与所述活塞端盖的首端内壁螺纹连接，活塞端盖用于限制活塞的下行程，所述活塞端盖采用首端敞口的中空管状结构，所述活塞端盖的首端内壁与所述活塞的尾端外壁形成面密封，在所述活塞端盖的侧壁上均匀开设有进气孔，便于井底气体自活塞端盖进入活塞的尾端，在所述下连接体的上部外壁上形成一定位轴肩，定位轴肩用于限制活塞的上行程，在所述活塞的内壁中部形成一限位缩径段，在定位轴肩下表面、活塞内壁、限位缩径段上表面和下连接体外壁形成的腔体内设置有弹簧，用于活塞的复位。

2.根据权利要求1所述的一种滑块式可变径柱塞，其特征在于：在上防撞环上方的所述上连接体的外壁上固定有防松螺母，用于防止上防撞环松动移位。

3.根据权利要求1所述的一种滑块式可变径柱塞，其特征在于：所述上交错齿和所述下交错齿的内壁采用与所述上连接体的中部相配合的锥形面，且在所述上交错齿和所述下交错齿的边缘处形成交错的齿状插接结构，以实现上交错齿和下交错齿连接的目的，在所述上交错齿和所述下交错齿的外壁上均匀设置有螺旋槽。

4.根据权利要求1所述的一种滑块式可变径柱塞，其特征在于：所述上连接体的首端外壁与打捞头连接杆的尾端内壁螺纹连接，所述打捞头连接杆的首端外壁与打捞头的尾端内壁螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的一种滑块式可变径柱塞，其特征在于：在所述下连接体的外壁与所述活塞的内壁面密封处均设置有密封圈。

6.一种滑块式可变径柱塞的使用方法，其特征在于：滑块式可变径柱塞在下入井底的过程中，上交错齿和下交错齿受自身重力作用，始终处于上连接体尾端，滑块式可变径柱塞处于收缩状态；

当滑块式可变径柱塞下入到井底卡定器位置后，井下气体不断聚集，在井下气体压力的作用下，井下气体自进气孔进入活塞端盖内，井下气体产生的压力推动活塞上行，活塞挤压弹簧，使弹簧发生变形，进而推动上交错齿和下交错齿沿连接体的锥面向上运动，进而实现滑块式可变径柱塞扩径的目的，使得上交错齿和下交错齿的外壁与油管的管壁接触，上交错齿和下交错齿外壁的螺旋槽，在和油管管壁接触的过程中，自井底向上运动的井下气体和自井口向下运动的水在螺旋槽中形成涡流实现密封，密封后，井下气体的压力不断聚集，当井底压力达到一定程度时，滑块式可变径柱塞整体向上运动，当滑块式可变径柱塞到达近井地带安全阀时候，上交错齿和下交错齿的上表面与安全阀发生碰撞，上交错齿和下交错齿在撞击力的作用下，沿连接体的锥面向下运动，进而实现滑块式可变径柱塞缩径的目的，上交错齿和下交错齿顺利通过安全阀，滑块式可变径柱塞继续向上运动，到达井口捕捉位置，排出柱塞上端积液，如此反复运动，便可排出井底的积液。

Images