CN114687690A - 一种卡瓦坐封机构及含该机构的井下节流器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种卡瓦坐封机构及含该机构的井下节流器，卡瓦坐封机构包括卡瓦套筒和卡瓦块组，卡瓦片呈环状围设在卡瓦套筒的外侧，且卡瓦片呈多瓣式结构，卡瓦块组包括若干个卡瓦块，卡瓦块插装于片体和卡瓦套筒的间隙之间。井下节流器包括卡瓦坐封机构和节流阀口调节机构，节流阀口调节机构包括外筒、调节套筒、转盘以及滑柱，外筒与卡瓦套筒连接，调节套筒套装在外筒内，转盘于外筒内转动设置在调节套筒的顶端，并在转盘和调节套筒上设置对应的节流孔，滑柱上下滑动设置在柱形导向通道内，并与转盘联动。本发明采用多瓣式卡瓦片结构，便于节流器的安装和打捞，同时动态调整阀口开度，实现节流后气体的压力稳定，确保气井高效。
Description
技术领域
本发明涉及天然气开发井下节流技术领域，具体涉及一种卡瓦坐封机构及含该机构的井下节流器。
背景技术
天然气在开采过程中会存在一些问题，首先是天然气井的压力普遍较高，如果开采时不进行降压处理，会使井口设备处于高压环境中，对井口设备要求较高，且存在安全隐患；其次是天然气在高压气井中可能会生成天然气水合物堵塞管道，影响气井的正常生产，甚至引发安全事故。因此，天然气在进入集气站之前需要对其进行降压处理。现场常用的降压措施是在井口安装节流阀。在井口安装节流阀虽然可以将天然气压力降低到集输管线的安全输送压力范围内，但存在着一些问题。例如采用地面节流时，井口设备和部分地面管线仍然处于高压环境；其次是节流降压后使节流阀出口温度下降，会导致水合物的生成，堵塞运输管线，给气井的生产带来许多困难。所以地面节流为了避免生成水合物，就必须增加地面加热设备或者注入抑制剂，这会大大增加天然气的开采成本。
井下节流技术是将节流阀置于气井中某一适当深度，在降低天然气压力的同时利用地层热量给节流之后的气体加热，使节流后的天然气温度基本恢复到节流之前的温度，高于节流后压力下天然气水合物的形成温度，从而有效地防止水合物的生成，这样就不需要地面节流时的加热设备，降低采气成本。通过井下节流还可以降低井口压力，从而降低井口到集气站之间管线的承压，降低管线壁厚，从而大幅降低集输管线的成本。
目前，井下节流器的阀口开度大多固定，无法根据井下压力实时调节，需根据实际作业情况打捞更换节流器，限制了气井生产效率和井下节流器对井下复杂环境的适应能力。且目前传统井下节流器多采用卡瓦坐封结构，在打捞时会损伤油管内壁，甚至出现打捞失败的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种卡瓦坐封机构及包含该卡瓦坐封机构的井下节流器，该井下节流器可自动调节阀口开度，以解决现有技术中井下节流无法根据井下压力实时调节，且传统节流器的卡瓦坐封结构在打捞时容易损伤油管内壁的问题。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
第一方面，本发明提供的一种卡瓦坐封机构，包括：
卡瓦套筒，所述卡瓦套筒上套设有卡瓦片，所述卡瓦片于所述卡瓦套筒的底端呈环状围设在所述卡瓦套筒的外侧，使所述卡瓦片的内壁与所述卡瓦套筒的外壁之间形成有间隙；所述卡瓦片包括沿卡瓦套筒的圆周方向分布的若干个片体，若干个所述片体构成多瓣式结构，所述片体的底部与所述卡瓦套筒的底端一体成型，且所述片体自下向上向所述卡瓦套筒方向呈内收缩结构；
卡瓦块组，包括若干个卡瓦块，所述卡瓦块插装于所述片体和卡瓦套筒的间隙之间，且各所述卡瓦块的位置与各所述片体一一对应。
进一步地，所述卡瓦套筒的筒外壁上于底端处开设有环形的密封圈槽，所述密封圈槽设置在卡瓦片的下方，并在密封圈槽上安装有密封圈。
进一步地，所述卡瓦套筒的顶端一体形成有打捞头。
进一步地，所述打捞头呈环状结构，且打捞头的外径大于卡瓦套筒的外径。
第二方面，基于上述的卡瓦坐封机构，本发明还提供一种井下节流器，包括节流阀口调节机构和如第一方面所述的卡瓦坐封机构，所述节流阀口调节机构设置在所述卡瓦坐封机构的下方；
所述节流阀口调节机构包括外筒、调节套筒以及转盘，所述外筒的顶端连接于卡瓦套筒的底端，所述调节套筒套装在外筒内，且调节套筒与卡瓦套筒共轴线设置，并在调节套筒上沿圆周方向，开设有若干个沿轴线方向贯穿调节套筒的第一节流孔；
所述转盘于外筒内，水平并转动设置在调节套筒的顶端，在转盘上沿圆周的方向开设有若干个与第一节流孔一一对应的第二节流孔。
进一步地，所述节流阀口调节机构还包括滑柱，在调节套筒的中部沿轴线方向形成有柱形导向通道，并在柱形导向通道的外侧开设若干个第一节流孔；
所述转盘的中部开设有与柱形导向通道对应的套孔，并在套孔的外侧开设若干个第二节流孔；
所述滑柱呈上下位移的方式，自套孔套入，并滑动设置在柱形导向通道内，在滑柱的外壁上自上至下开设有螺旋形的转向导向槽，并在转盘上于套孔的孔壁上固接有滑动在转向导向槽内的转向导向块。
进一步地，所述转向导向槽设置有若干个，若干个转向导向槽沿滑柱的圆周方向分布，且若干个转向导向槽的螺旋方向一致，相邻的两个转向导向槽之间呈间距分布，其中，转向导向块设置有若干个，且若干个转向导向块与若干个转向导向槽一一对应设置。
进一步地，所述调节套筒上，于若干个第一节流孔和柱形导向通道之间，沿圆周方向开设有若干第一通气孔，所述第一通气孔为长圆弧形结构；
所述转盘上，于若干第二节流孔和套孔之间，沿圆周方向开设有若干第二通气孔，所述第二通气孔的形状与第一通气孔的形状一致，且若干个第一通气孔和若干个第二通气孔的位置一一对应。
进一步地，所述滑柱的顶端套接有限位圈，所述限位圈设置于转盘的上方，且限位圈的外径大于套孔的孔径。
进一步地，所述滑柱的底端一体成型有配合滑动设置在柱形导向通道内的复位块，在柱形导向通道内设有复位弹簧，所述复位弹簧于调节套筒顶内壁与复位块之间，套在滑柱的柱壁上，其中，所述复位块的外侧壁上固接有位移导向块，并在柱形导向通道的内侧壁上，沿轴线方向开设有与位移导向块适配的位移导向槽，所述位移导向块沿复位块的圆周方向设置有若干个，所述位移导向槽沿柱形导向通道的圆周方向设置有若干个，且若干个位移导向块和若干个位移导向槽一一对应。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、采用多瓣式卡瓦片结构，利用片体自下向上向卡瓦套筒方向呈内收缩结构，将卡瓦块组的若干个卡瓦块分别安装在每个片体和卡瓦套筒的外筒壁之间，将卡瓦片的片体向外撑开，便于将其安装在油管预制位置中，且打捞工具打捞井下节流阀时，将卡瓦块顶出，卡瓦片的片体向内收回，与油管内壁分离，方便打捞；
2、采用由外筒、调节套筒、转盘以及滑柱构成的节流阀口调节机构，通过井下压力实时上下滑动调节滑柱的上下位移，以带动转盘转动，改变调节套筒上第一节流孔和转盘上第二节流孔的重合面积，从而动态调整阀口开度，实现节流后气体的压力保持在一定范围之内，确保气井高效生产。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种自动调节阀口开度的井下节流器的整体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的井下节流器的调节套筒的内部结构示意图；
图3是本发明实施例提供的井下节流器的转盘的内部结构示意图；
图4是本发明实施例提供的井下节流器的滑柱的内部结构示意图；
图5是本发明实施例提供的井下节流器在气井初期稳定生产阶段的状态示意图；
图6是本发明实施例提供的井下节流器在气井中期拟稳定生产阶段的状态示意图；
图7是本发明实施例提供的井下节流器在气井后期低压生产阶段的状态示意图。
附图中各标记表示如下：
1、卡瓦坐封机构；11、卡瓦套筒；12、卡瓦片；13、卡瓦块；14、密封圈； 15、打捞头；2、节流阀口调节机构；21、外筒；22、调节套筒；221、第一节流孔；222、柱形导向通道；223、第一通气孔；224、位移导向槽；23、转盘； 231、第二节流孔；232、套孔；233、转向导向块；234、第二通气孔；24、滑柱；241、转向导向槽；242、复位块；243、位移导向块；25、限位圈；26、复位弹簧。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
由于传统井下节流器存在无法根据井下压力实时调节，且传统节流器的卡瓦坐封结构在打捞时容易损伤油管内壁的问题，本发明以卡瓦坐封机构和节流阀口调节机构的结合，采用多瓣式卡瓦片结构，便于井下节流器的安装和打捞，同时采用由外筒、调节套筒、转盘以及滑柱构成的节流阀口调节机构，动态调整阀口开度，实现节流后气体的压力保持在一定范围之内，确保气井高效生产。
下面通过实施例对本发明的方案进行详细说明。
实施例
如图1所示，本发明提供了一种卡瓦坐封机构及含该机构的井下节流器。
其中，卡瓦坐封机构1包括卡瓦套筒11和卡瓦块组。卡瓦套筒11上套设有卡瓦片12，卡瓦片12于卡瓦套筒11的底端呈环状围设在卡瓦套筒11的外侧，使卡瓦片12的内壁与卡瓦套筒11的外壁之间形成有间隙；
卡瓦片12包括若干个片体沿卡瓦套筒11的圆周方向分布，并构成的多瓣式结构。片体的底部与卡瓦套筒11的底端一体成型，且片体自下向上向卡瓦套筒11方向呈内收缩结构；
卡瓦块组包括若干个卡瓦块13。卡瓦块13插装于片体和卡瓦套筒11的间隙之间，且若干个的卡瓦块13的位置与若干个片体一一对应。
此处以四瓣式结构的卡瓦片12举例说明：四瓣式结构的卡瓦片12，其每瓣片体在自由状态下略微向内收缩，将四个卡瓦块13分别安装在每个片体和卡瓦套筒11的外筒壁之间，以将卡瓦片12的四个片体向外撑开，便于将其安装在油管预制位置中。同理，在打捞工具打捞井下节流阀时，只需将卡瓦块3向外顶出，卡瓦片12的四个片体内缩收回，与油管内壁分离，方便打捞。需要注意的是，本实施例卡瓦片的片体在自由状态下略微向内收缩。
进一步地，卡瓦套筒11的筒外壁上于底端处开设有环形的密封圈槽，密封圈槽设置在卡瓦片12的下方，并在密封圈槽上安装有密封圈14。通过密封圈 14的设置，以便于安装井下节流器后，实现井道内的密封。
进一步地，卡瓦套筒11的顶端一体形成有打捞头15，打捞头15呈环状结构，且打捞头15的外径大于卡瓦套筒11的外径。优选的，打捞头15的形状与常规打捞器适配，以便于操作。
基于上述的卡瓦坐封机构1，结合图2、图3和图4所示，本发明还提供一种可自动调节阀口开度的井下节流器。井下节流器包括卡瓦坐封机构1和节流阀口调节机构2，且节流阀口调节机构2设置在卡瓦坐封机构1的下方。
节流阀口调节机构2包括外筒21、调节套筒22以及转盘23。外筒21的顶端连接于卡瓦套筒11的底端。调节套筒22套装在外筒21内，且调节套筒22 与卡瓦套筒11共轴线设置，并在调节套筒22上沿圆周方向，开设有若干个沿轴线方向贯穿调节套筒22的第一节流孔221。转盘23于外筒21内，水平并转动设置在调节套筒22的顶端，在转盘23上沿圆周的方向开设有若干个与第一节流孔221一一对应的第二节流孔231。利用转盘23的转动，改变调节套筒22 上第一节流孔221和转盘23上第二节流孔231的重合面积，从而动态调整阀口开度。
进一步地，节流阀口调节机构2还包括滑柱24。在调节套筒22的中部沿轴线方向形成有柱形导向通道222，并在柱形导向通道222的外侧开设若干个第一节流孔221。转盘23的中部开设有与柱形导向通道222对应的套孔232，并在套孔232的外侧开设若干个第二节流孔231。滑柱24呈上下位移的方式，自套孔232套入，并滑动设置在柱形导向通道222内。在滑柱24的外壁上自上至下开设有螺旋形的转向导向槽241，并在转盘23上于套孔232的孔壁上固接有滑动在转向导向槽241内的转向导向块233。其中，转向导向槽241设置有若干个，若干个转向导向槽241沿滑柱24的圆周方向分布，且若干个转向导向槽241的螺旋方向一致，相邻的两个转向导向槽241之间呈间距分布。基于该结构的设置，转向导向块233设置有若干个，且若干个转向导向块233与若干个转向导向槽241一一对应设置。利用滑柱24上螺旋形的转向导向槽241设置，当滑柱 24在柱形导向通道222内上下位移的时候，即能同步带动转盘23水平转动，，从而能够根据井下实时压力自动调节节流阀口开度。
此处以转盘23外圈均布设置有六个第二节流孔231，以及调节套筒22环形空间最内侧同样均布设置有六个第一节流孔221举例说明：当滑柱24处于最下位置时，转盘23的六个第二节流孔231与调节套筒22的六个第一节流孔221 对齐，节流面积为六个节流孔面积之和。当滑柱24受上下表面压力差上移时，转盘23旋转，第一节流孔221与第二节流孔231错开，节流面积减小，为六个错开节流孔通流面积之和。
进一步地，调节套筒22上，于若干个第一节流孔221和柱形导向通道222 之间，沿圆周方向开设有若干第一通气孔223，第一通气孔223为长圆弧形结构。转盘23上，于若干第二节流孔231和套孔232之间，沿圆周方向开设有若干第二通气孔234，第二通气孔234的形状与第一通气孔223的形状一致，且若干个第一通气孔223和若干个第二通气孔234的位置一一对应。利用长圆弧形结构的通气孔设置，能够保证转盘23在任意旋转位置时，滑柱24的上方空间均能与节流后空间相通，使压力一致。
进一步地，在滑柱24的顶端套接有限位圈25，限位圈25设置于转盘23的上方，且限位圈25的外径大于套孔232的孔径。优选的，限位圈25与滑柱24 之间为螺纹连接。利用限位圈25螺纹连接至滑柱24顶端，起到滑柱24下行限位功能，防止滑柱24从调节套筒22内掉出。
在滑柱24的底端还一体成型有配合滑动设置在柱形导向通道222内的复位块242。在柱形导向通道222内设有复位弹簧26，复位弹簧26于调节套筒22 顶内壁与复位块242之间，套在滑柱24的柱壁上。利用复位弹簧26的设置，可对滑柱24施加一个复位下压力。其中，复位块242的外侧壁上固接有位移导向块243，并在柱形导向通道222的内侧壁上，沿轴线方向开设有与位移导向块243适配的位移导向槽224。位移导向块243沿复位块242的圆周方向设置有若干个，位移导向槽224沿柱形导向通道222的圆周方向设置有若干个，且若干个位移导向块243和若干个位移导向槽224一一对应。利用位移导向块243和位移导向槽224的配合，保证滑柱24在调节套筒22中沿着柱形导向通道222 方向直线运动，不会旋转。
如上所述，具体操作过程如下：
将本发明的井下节流器下放前，先将四个卡瓦块13分别安装在每个片体和卡瓦套筒11的外筒壁之间，以将卡瓦片12的四个片体向外撑开，将该井下节流器下放至油管中预定位置时，使卡瓦套筒11上的卡瓦片12挂在油管内壁上，密封圈14与油管内壁紧密贴合，实现节流器与油管之间环空的密封。
在气井初期稳定生产阶段，复位弹簧26提供的最大弹力不足以平衡滑柱24 上下表面压力差，滑柱24位移形成达到最大，位于最上方位置，转盘23旋转角度达到最大，第一节流孔221和第二节流孔231相互重合面积(即节流面积) 达到最小(参考图5)。
在气井中期拟稳定生产阶段，滑柱24根据井下压力实时上下滑动调节，以和滑柱24上表面压力和复位弹簧26提供的弹力相平衡，转盘23随之旋转，改变转第一节流孔221和第二节流孔231相互重合面积，动态调整阀口开度(参考图6)。
在气井后期低压生产阶段，井下压力不足以抵消复位弹簧26提供的弹力和滑柱24上表面压力，滑柱24处于最下方位置，转盘23处于原位，转盘23和调节套筒22的若干个节流孔完全重合，阀口开度达到最大，提高生产效率(参考图7)。
在气井全周期生产阶段，无论转盘23旋转到任何位置，第一通气孔223和第二通气孔234保证节流后压力与滑柱24上表面压力始终保持一致，从而保证滑柱24能够根据井下压力实时动态滑动调节。
在打捞本发明的井下节流器时，打捞器挂住打捞头15，同时将若干个卡瓦块13顶出，卡瓦片12向内收缩，与油管内壁分离，向上提出井下节流器，卡瓦片12不会刮伤油管内壁，实现无损打捞。
本发明的卡瓦坐封机构及含该机构的井下节流器，以卡瓦坐封机构1和节流阀口调节机构2的结合，采用多瓣式卡瓦片结构，便于井下节流器的安装和打捞，同时采用由外筒21、调节套筒22、转盘23以及滑柱24构成的节流阀口调节机构，动态调整阀口开度，实现节流后气体的压力保持在一定范围之内，确保气井高效生产。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种卡瓦坐封机构，其特征在于，包括：
卡瓦套筒，所述卡瓦套筒上套设有卡瓦片，所述卡瓦片于所述卡瓦套筒的底端呈环状围设在所述卡瓦套筒的外侧，使所述卡瓦片的内壁与所述卡瓦套筒的外壁之间形成有间隙；所述卡瓦片包括沿卡瓦套筒的圆周方向分布的若干个片体，若干个所述片体构成多瓣式结构，所述片体的底部与所述卡瓦套筒的底端一体成型，且所述片体自下向上向所述卡瓦套筒方向呈内收缩结构；
卡瓦块组，包括若干个卡瓦块，所述卡瓦块插装于所述片体和卡瓦套筒的间隙之间，且各所述卡瓦块的位置与各所述片体一一对应。
2.根据权利要求1所述的一种卡瓦坐封机构，其特征在于：所述卡瓦套筒的筒外壁上于底端处开设有环形的密封圈槽，所述密封圈槽设置在卡瓦片的下方，并在密封圈槽上安装有密封圈。
3.根据权利要求2所述的一种卡瓦坐封机构，其特征在于：所述卡瓦套筒的顶端一体形成有打捞头。
4.根据权利要求3所述的一种卡瓦坐封机构，其特征在于：所述打捞头呈环状结构，且打捞头的外径大于卡瓦套筒的外径。
5.一种井下节流器，包括节流阀口调节机构和如权利要求1至4任一项所述的卡瓦坐封机构，所述节流阀口调节机构设置在所述卡瓦坐封机构的下方；
所述节流阀口调节机构包括外筒、调节套筒以及转盘，所述外筒的顶端连接于卡瓦套筒的底端，所述调节套筒套装在外筒内，且调节套筒与卡瓦套筒共轴线设置，并在调节套筒上沿圆周方向，开设有若干个沿轴线方向贯穿调节套筒的第一节流孔；
所述转盘于外筒内，水平并转动设置在调节套筒的顶端，在转盘上沿圆周的方向开设有若干个与第一节流孔一一对应的第二节流孔。
6.根据权利要求5所述的一种井下节流器，其特征在于：所述节流阀口调节机构还包括滑柱，在调节套筒的中部沿轴线方向形成有柱形导向通道，并在柱形导向通道的外侧开设若干个第一节流孔；
所述转盘的中部开设有与柱形导向通道对应的套孔，并在套孔的外侧开设若干个第二节流孔；
所述滑柱呈上下位移的方式，自套孔套入，并滑动设置在柱形导向通道内，在滑柱的外壁上自上至下开设有螺旋形的转向导向槽，并在转盘上于套孔的孔壁上固接有滑动在转向导向槽内的转向导向块。
7.根据权利要求6所述的一种井下节流器，其特征在于：所述转向导向槽设置有若干个，若干个转向导向槽沿滑柱的圆周方向分布，且若干个转向导向槽的螺旋方向一致，相邻的两个转向导向槽之间呈间距分布，其中，转向导向块设置有若干个，且若干个转向导向块与若干个转向导向槽一一对应设置。
8.根据权利要求6所述的一种井下节流器，其特征在于：所述调节套筒上，于若干个第一节流孔和柱形导向通道之间，沿圆周方向开设有若干第一通气孔，所述第一通气孔为长圆弧形结构；
所述转盘上，于若干第二节流孔和套孔之间，沿圆周方向开设有若干第二通气孔，所述第二通气孔的形状与第一通气孔的形状一致，且若干个第一通气孔和若干个第二通气孔的位置一一对应。
9.根据权利要求6所述的一种井下节流器，其特征在于：所述滑柱的顶端套接有限位圈，所述限位圈设置于转盘的上方，且限位圈的外径大于套孔的孔径。
10.根据权利要求6所述的一种井下节流器，其特征在于：所述滑柱的底端一体成型有配合滑动设置在柱形导向通道内的复位块，在柱形导向通道内设有复位弹簧，所述复位弹簧于调节套筒顶内壁与复位块之间，套在滑柱的柱壁上，其中，所述复位块的外侧壁上固接有位移导向块，并在柱形导向通道的内侧壁上，沿轴线方向开设有与位移导向块适配的位移导向槽，所述位移导向块沿复位块的圆周方向设置有若干个，所述位移导向槽沿柱形导向通道的圆周方向设置有若干个，且若干个位移导向块和若干个位移导向槽一一对应。
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