CN115217752A - 柱塞 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种柱塞，用以解决相关技术中柱塞生产效率低下的问题。柱塞包括：柱塞本体，柱塞本体具有通孔，通孔包括依次连通的第一孔段、第二孔段以及第三孔段；第一孔段的孔径沿背离第二孔段的方向逐渐增大；沿第三孔段的延伸方向，第三孔段的中部的孔径小于第三孔段的两端的孔径。在柱塞工作的过程中，可使第三孔段位于在天然气井中靠近井底的一端，将第一孔段位于在天然气井中远离井底的一端，第三孔段内的气压降低，第一孔段内的气压升高，以使柱塞两端形成压差，有利于柱塞在天然气井中下行，生产效率提高。

Description

柱塞

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，尤其涉及一种柱塞。

背景技术

柱塞举升工艺是目前天然气井排水采气，保证连续生产的一项常用技术。柱塞作为一种固体的密封界面，可以通过在井内上下运动，将其上方的液体举出油管，达到排出油管积液的目的。

相关技术中，柱塞设置有通孔，柱塞与井侧壁间存在一定间隙。然而，相关技术中的柱塞在工作时，生产效率低下。

发明内容

本发明实施例提供一种柱塞，用以解决相关技术中的柱塞生产效率低下的问题。

本发明实施例提供一种柱塞本体，所述柱塞本体具有通孔，所述通孔包括依次连通的第一孔段、第二孔段以及第三孔段；

所述第一孔段的孔径沿背离所述第二孔段的方向逐渐增大；

沿所述第三孔段的延伸方向，所述第三孔段的中部的孔径小于所述第三孔段的两端的孔径。

在一种具体的实施方式中，所述第二孔段内设置有翻板，所述柱塞本体内具有容置腔，所述容置腔至少与所述第二孔段连通，所述容置腔内设置有驱动组件，所述驱动组件与所述翻板传动连接，所述驱动组件驱动所述翻板绕垂直于所述第二孔段的中心线的方向转动。

在一种具体的实施方式中，所述驱动组件包括驱动件、齿轮组件和传动杆，所述齿轮组件包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮与所述驱动件的转子连接，所述从动齿轮与所述传动杆的一端连接，所述传动杆的另一端与所述翻板连接，所述传动杆与所述翻板的中心线重合。

在一种具体的实施方式中，所述柱塞本体包括第一柱段和第二柱段，所述容置腔位于所述第一柱段内，所述第一柱段设置有朝向所述第二柱段的一端的开口，所述开口与所述容置腔连通，所述第二柱段与所述第一柱段可拆卸地密封连接，所述第二柱段用于封堵所述开口。

在一种具体的实施方式中，所述柱塞本体的外壁设置有沿所述柱塞本体的周向方向延伸的环形凹槽。

在一种具体的实施方式中，所述环形凹槽有多个，多个所述环形凹槽沿所述柱塞本体的延伸方向等间隔的设置。

在一种具体的实施方式中，在平行于所述柱塞本体延伸方向的截面内，所述环形凹槽的截面形状为圆弧。

在一种具体的实施方式中，所述容置腔内设置有检测件和控制件，所述控制件与所述检测件电连接，所述控制件与所述驱动组件电连接，所述检测件用于检测气井内的工况信息，所述控制件用于根据所述工况信息控制所述驱动组件运动。

在一种具体的实施方式中，所述检测件包括温度传感器和/或压力传感器。

在一种具体的实施方式中，所述容置腔内设置有供电件，所述供电件用于向所述控制件和所述驱动组件供电。

有鉴于此，本申请实施例提供一种柱塞，包括：柱塞本体，柱塞本体具有通孔，通孔包括依次连通的第一孔段、第二孔段以及第三孔段；第一孔段的孔径沿背离第二孔段的方向逐渐增大；沿第三孔段的延伸方向，第三孔段的中部的孔径小于第三孔段的两端的孔径。在柱塞工作的过程中，可使第三孔段位于在天然气井中靠近井底的一端，将第一孔段位于在天然气井中远离井底的一端，第三孔段内的气压降低，第一孔段内的气压升高，以使柱塞两端形成压差，有利于柱塞在天然气井中下行，生产效率提高。

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获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种柱塞的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种驱动组件与翻板的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种主动齿轮与从动齿轮的结构示意图。

附图标记说明：

11、通孔；

111、第一孔段；

112、第二孔段；

113、第三孔段；

12、第一柱段；

13、第二柱段；

16、环形凹槽；

21、驱动件；

211、传动杆；

22、翻板；

221、连动杆；

23、从动齿轮；

24、主动齿轮；

30、控制件；

40、检测件；

50、供电件。

具体实施方式

首先，简要介绍相关技术中的技术方案。

柱塞举升工艺是目前天然气井排水采气，保证连续生产的一项常用技术。柱塞作为一种固体的密封界面，可以通过在井内上下运动，将其上方的液体举出油管，达到排出油管积液的目的。相关技术中，柱塞设置有通孔，柱塞与井侧壁间存在一定间隙。然而，柱塞的通孔沿柱塞的延伸方向的孔径均相等。在工作时，需要关闭天然气井，才能使柱塞在天然气井内下行。然而，由于关闭天然气井时间较长，导致生产效率低下。

有鉴于此，本申请实施例提供一种柱塞，包括：柱塞本体，柱塞本体具有通孔，通孔包括依次连通的第一孔段、第二孔段以及第三孔段；第一孔段的孔径沿背离第二孔段的方向逐渐增大；沿第三孔段的延伸方向，第三孔段的中部的孔径小于第三孔段的两端的孔径。在柱塞工作的过程中，可使第三孔段位于在天然气井中靠近井底的一端，将第一孔段位于在天然气井中远离井底的一端，第三孔段内的气压降低，第一孔段内的气压升高，以使柱塞两端形成压差，有利于柱塞在天然气井中下行，生产效率提高。

下面结合附图对本发明的几种可选地实现方式进行介绍，当本领域技术人员应当理解，下述实现方式仅是示意性的，并非是穷尽式的列举，在这些实现方式的基础上，本领域技术人员可以对某些特征或者某些示例进行替换、拼接或者组合，这些仍应视为本发明的公开内容。

参照图1和图2，柱塞包括柱塞本体，柱塞本体具有通孔11，通孔11包括依次连通的第一孔段111、第二孔段112以及第三孔段113。

其中，第一孔段111的孔径沿背离第二孔段112的方向逐渐增大。示例性的，气体在流经第一孔段111，气体由孔径较小的一端流动至孔径较大的一端时，气体出现流速减小的现象，而由伯努利定律可知，气体流速的减小伴随气体压力的升高，以使第一孔段111内流经的气体压力将升高。

其中，沿第三孔段113的延伸方向，第三孔段113的中部的孔径小于第三孔段113的两端的孔径。示例性的，第三孔段113靠近第一孔段111的一端为第一端，第三孔段113背离第一孔段111的一端为第二端，第一端的孔径可以与第二端的孔径相等。在沿第三孔段113的延伸方向，第三孔段113的中部向靠近第一端的方向孔径逐渐增大，且第三孔段113的中部向靠近第二端的方向孔径逐渐增大。

通过上述设置，气体在流经第三孔段113时，气体由孔径较大的一端流动至孔径较小的第三孔段113的中部时，气体出现流速增大的现象，气体流速的增大伴随气体压力的降低，第三孔段113内流经的气体压力将降低。

值得说明的是，在柱塞工作的过程中，使第三孔段113位于在天然气井中靠近井底的一端，将第一孔段111位于在天然气井中远离井底的一端，由于第三孔段113内的气压降低，第一孔段111内的气压升高，使得柱塞的两端形成压差，该压差有利于减小柱塞下行的阻力，驱动柱塞在天然气井中下行。相比于相关技术中需要关闭天然气井才能实现柱塞的下行，本实施例提供的柱塞可以在不关闭天然气井的条件下工作，有利于提高生产效率。

本实施例中，在柱塞的延伸方向，第二孔段112的孔径处处相等。由于第一孔段111和第三孔段113均与第二孔段112连通，第一孔段111靠近第三孔段113的孔径等于第三孔段113的第一端的孔径，以保证气体在柱塞本体的通孔11内流通，有利于柱塞本体在天然气孔内下行。在一些其他的实施例中，第二孔段112的孔径还可以沿背离第三孔段113的方向逐渐增大。

本申请实施例提供一种柱塞，包括柱塞本体，柱塞本体具有通孔11，通孔11包括依次连通的第一孔段111、第二孔段112以及第三孔段113；第一孔段111的孔径沿背离第二孔段112的方向逐渐增大；沿第三孔段113的延伸方向，第三孔段113的中部的孔径小于第三孔段113的两端的孔径。在柱塞工作的过程中，可使第三孔段113位于在天然气井中靠近井底的一端，将第一孔段111位于在天然气井中远离井底的一端，第三孔段113内的气压降低，第一孔段111内的气压升高，以使柱塞两端形成压差，有利于柱塞在天然气井中下行，生产效率提高。

继续参照图1，柱塞本体的外壁可以设置有沿柱塞本体的周向方向延伸的环形凹槽16。当柱塞本体在天然气井内上行时，气体可以沿柱塞本体的外壁与天然气井壁之间的缝隙向上窜流进环形凹槽16内，且气体可以在环形凹槽16内形成强烈的紊流运动，以使柱塞本体的外壁与天然气井壁之间可以形成密封，进而防止柱塞上部的液体泄露至柱塞下部，有利于提高柱塞的举液效果。

在一种具体的实施方式中，环形凹槽16的数量可以有多个，多个环形凹槽16沿柱塞本体的延伸方向等间隔的设置，在柱塞的延伸方向，有利于提高柱塞本体的外壁与天然气井壁之间密封的均匀性，进一步提高柱塞的举液效果。

本实施例中，在平行于柱塞本体延伸方向的截面内，环形凹槽16的截面形状为圆弧，有利于增强气体的紊流运动，并进一步提高柱塞本体的外壁与天然气井壁之间的密封性。当然，在一些其他实施例中，环形凹槽16的截面形状还可以为矩形、梯形等等，本申请对此不进行具体的限定。

继续参照图1，第二孔段112内可以设置有翻板22，柱塞本体内具有容置腔，容置腔至少与第二孔段112连通，容置腔内设置有驱动组件，驱动组件与翻板22传动连接，驱动组件驱动翻板22绕垂直于第二孔段112的中心线的方向转动。当柱塞在天然气井内下行时，驱动组件驱动翻板22转动，以使翻板22的平面与通孔11的中心线平行，从而使得通孔11连通；当柱塞在天然气井内上行时，驱动组件驱动翻板22转动，以使翻板22的平面封堵通孔11，从而将天然气井中的积液排出。

值得说明的是，本实施例中，翻板22设置在第二孔段112内部，翻板22的形状应根据第二孔段112进行相应的设计，以使翻板22能够封堵或者连通第二孔段112。将翻板22设置在第二孔段112，避免翻板22影响第一孔段111和第三孔段113内气体的压力，有利于进一步提高柱塞的举液效果。当然，在一些其他的实施例中，翻板22还可以设置在第三孔段113或第一孔段111，对此不进行具体限定。

示例性的，柱塞本体可以为柱状结构，容置腔位于柱塞本体的侧壁内，容置腔可以呈环形腔体。翻板22可以设置在第二孔段112内，翻板22的尺寸可以根据第二孔段112的孔径进行相应的设计，以使翻板22可以在第二孔段112内翻转，从而开启或者封闭第二孔段112。当然，在一些其他实施例中，翻板22还可以设置在第一孔段111或者第三孔段113。

参照图2和图3，本实施例中，驱动组件可以包括驱动件21、齿轮组件和传动杆211，齿轮组件包括相互啮合的主动齿轮24和从动齿轮23，主动齿轮24与驱动件21的转子连接，从动齿轮23与传动杆211的一端连接，传动杆211的另一端与翻板22连接，传动杆211的延伸方向与翻板22的中心线重合。

示例性的，主动齿轮24穿设在驱动件21的转子上，从动齿轮23设置有贯穿其的方孔，传动杆211可以穿设在该方孔内，以便提高从动齿轮23与传动杆211之间的连接强度，保证传动效果。驱动件21例如可以为步进电机，驱动件21通过啮合的主动齿轮24和驱动齿轮驱动传动杆211转动。传动杆211穿设在翻板22内，且传动杆211与翻板22的中心线重合，以便传动杆211带动翻板22转动。

示例性的，翻板22上还可以设置有贯穿其的连动杆221，连动杆221的延伸方向与传动杆211的延伸方向垂直，且传动杆211还穿设在连动杆221内。通过设置连动杆221，可以进一步提高翻板22与传动杆211之间的连接可靠性，以使传动杆211还能带动连动杆221转动，有利于进一步驱动翻板22转动。

本实施例中，容置腔内可以设置有检测件40和控制件30，控制件30与检测件40电连接，控制件30与驱动组件电连接，检测件40用于检测工况信息，控制件30用于根据工况信息控制驱动组件运动。

值得说明的是，柱塞在上行与下行时的工况不同，检测件40通过检测井内工况信息，控制件30根据工况信息判断柱塞处于上行工况或者上行工况。当控制件30根据工况信息判断柱塞处于下行工况时，控制件30控制驱动件21驱动翻板22转，以使翻板22的平面与通孔11的中心线平行，从而使得通孔11连通；当控制件30根据工况信息判断柱塞处于上行工况时，控制件30控制驱动件21驱动翻板22转，以使翻板22的平面封堵通孔11，从而将天然气井中的积液排出。

在一种可实现的方式中，控制件30可以是单片机或者可编程逻辑控制器(PLC)等能够实现控制功能的设备。

在一种具体的实施方式中，检测件40可以包括温度传感器和/或压力传感器，检测件40可以检测天然气井内的温度和/或压力信息。由于柱塞在上行工况和下行工况时的所处天然气井内的温度与压力不同，可以通过获取天然气井内的温度和/或压力信息，以使控制件30判断柱塞处于上行或者下行状态。

当然，在一些其他的实施例中，检测件40还可以包括速度传感器和/加速度传感器。检测件40可以通过获取柱塞本体的运动信息，以使控制件30判断柱塞处于上行或者下行状态。

本实施例中，容置腔内还可以设置有供电件50，供电件50用于向控制件30和驱动组件供电，从而保障检测件40与控制件30正常工作。供电件50例如可以包括锂电池、蓄电池等。

继续参照图1，柱塞本体看可以包括第一柱段12和第二柱段13，容置腔位于第一柱段12内，第一柱段12设置有朝向第二柱段13的一端的开口，开口与容置腔连通，第二柱段13与第一柱段12可拆卸地密封连接，第二柱段13用于封堵开口。第一柱段12与第二柱段13之间可拆卸连接，有利于驱动组件等装置可通过第一柱段12的开口放置进容置腔内，从而实现容置腔内装置的及时更换以及维修。通过第一柱段12与第二柱段13之间的密封连接，防止容置腔内部的驱动件21等装置受到损坏，进而可以延长容置腔内部的驱动件21等装置的使用寿命。

具体的，第一柱段12与第二柱段13之间可以通过密封圈、密封胶等部件进行密封连接。示例性的，第一柱段12朝向第二柱段13的一端设置有外螺纹，第二柱段13设置有与外螺纹相配合的内螺纹，第一柱段12和第二柱段13可以通过螺纹连接进行可拆卸连接。

在一些其他的实施例中，第一柱段12和第二柱段13之间还可以进行卡和连接，以使第一柱段12和第二柱段13之间实现可拆卸连接。在一些其他的实施例中，第一柱段12和第二柱段13之间还可以进行焊接等紧固连接，以保证柱塞本体的可靠性。

值得说明的是，本实施例中，第一孔段111与第二孔段112均位于第一柱段12内，第三孔段113位于第二柱段13内，以使第一柱段12能够提供足够的容置腔，便于驱动组件等装置放置在容置腔内。当然，在一些其他的实施例中，还可以使第一孔段111位于第一柱段12内，第二孔段112与第三孔段113位于第二柱段13内，适应性地，可以将容置腔设置在第二柱段13内。

下面简要介绍本实施例提供的柱塞的工作过程：

首先，柱塞在实际使用的过程中，需要将柱塞放置在天然气井中，并使第三孔段113位于在天然气井中靠近井底的一端，将第一孔段111位于在天然气井中远离井底的一端。

当控制件30根据检测件40检测到的工况信息判断柱塞处于下行工况时，控制件30控制驱动件21驱动翻板22转动，以使翻板22的平面与通孔11的中心线平行，从而使得通孔11连通。

此时，第三孔段113内的气压降低，第一孔段111内的气压升高，以使柱塞两端形成压差，有利于柱塞在天然气井中下行，生产效率提高。

当控制件30根据工况信息判断柱塞处于上行工况时，控制件30控制驱动件21驱动翻板22转动，以使翻板22的平面与通孔11的中心线垂直，从而使得翻板22封堵通孔11。

此时，液体位于翻板22上部，气体位于翻板22下部，柱塞在上行时将天然气井中的积液排出。

同时，柱塞本体的外壁设置有环形凹槽16。当柱塞本体在天然气井内上行时，柱塞本体的外壁与天然气井壁之间形成密封，防止柱塞上部的液体泄露至柱塞下部，有利于提高柱塞的举液效果。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征。

Claims (10)

1.一种柱塞，其特征在于，包括：柱塞本体，所述柱塞本体具有通孔，所述通孔包括依次连通的第一孔段、第二孔段以及第三孔段；

所述第一孔段的孔径沿背离所述第二孔段的方向逐渐增大；

沿所述第三孔段的延伸方向，所述第三孔段的中部的孔径小于所述第三孔段的两端的孔径。

2.根据权利要求1所述的柱塞，其特征在于，所述第二孔段内设置有翻板，所述柱塞本体内具有容置腔，所述容置腔至少与所述第二孔段连通，所述容置腔内设置有驱动组件，所述驱动组件与所述翻板传动连接，所述驱动组件驱动所述翻板绕垂直于所述第二孔段的中心线的方向转动。

3.根据权利要求2所述的柱塞，其特征在于，所述驱动组件包括驱动件、齿轮组件和传动杆，所述齿轮组件包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮与所述驱动件的转子连接，所述从动齿轮与所述传动杆的一端连接，所述传动杆的另一端与所述翻板连接，所述传动杆与所述翻板的中心线重合。

4.根据权利要求3所述的柱塞，其特征在于，所述柱塞本体包括第一柱段和第二柱段，所述容置腔位于所述第一柱段内，所述第一柱段设置有朝向所述第二柱段的一端的开口，所述开口与所述容置腔连通，所述第二柱段与所述第一柱段可拆卸地密封连接，所述第二柱段用于封堵所述开口。

5.根据权利要求2-4任一项所述的柱塞，其特征在于，所述柱塞本体的外壁设置有沿所述柱塞本体的周向方向延伸的环形凹槽。

6.根据权利要求5所述的柱塞，其特征在于，所述环形凹槽有多个，多个所述环形凹槽沿所述柱塞本体的延伸方向等间隔的设置。

7.根据权利要求5所述的柱塞，其特征在于，在平行于所述柱塞本体延伸方向的截面内，所述环形凹槽的截面形状为圆弧。

8.根据权利要求2-4任一项所述的柱塞，其特征在于，所述容置腔内设置有检测件和控制件，所述控制件与所述检测件电连接，所述控制件与所述驱动组件电连接，所述检测件用于检测工况信息，所述控制件用于根据所述工况信息控制所述驱动组件运动。

9.根据权利要求8所述的柱塞，其特征在于，所述检测件包括温度传感器和/或压力传感器。

10.根据权利要求8所述的柱塞，其特征在于，所述容置腔内设置有供电件，所述供电件用于向所述控制件和所述驱动组件供电。

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