CN116181285A - 油管内壁高效清理柱塞 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油管内壁高效清理柱塞，包括上鱼骨、毛刷套、下鱼骨、旋转导气管和水汽分离阀头；上鱼骨包括上旋转凸台、第一柱形体和第二柱形体；上旋转凸台上设有上导向轮；第一柱形体的外壁上设有若干条环形凸台，使第一柱形体上形成鱼骨槽；毛刷套固定在第二柱形体外壁上；下鱼骨包括第三柱形体和下旋转凸台；下旋转凸台上设有多个下导向轮，第三柱形体的外壁上设有多条环形凸台，使第三柱形体上形成鱼骨槽；在各鱼骨槽处均开设有若干条与盲孔连通的径向透气孔；旋转导气管插装在开设于上鱼骨和下鱼骨中心处的盲孔内；水汽分离阀头设置在第三柱形体开口底端；该柱塞兼具高效清理油管内壁和延长柱塞寿命的优势以及自清洁功能。

Description

油管内壁高效清理柱塞

技术领域

本发明涉及天然气田开发技术领域，特别涉及一种油管内壁高效清理柱塞。

背景技术

在天然气开采中，随着气藏压力和天然气产量的降低，产量无法满足临界携液流量，产出水或凝析液会逐渐滞留在井底形成积液，不断增加的井底积液会严重影响采气效率，部分积液井甚至被压死，无法生产，损失严重。

柱塞气举排水采气工艺是将柱塞作为气液之间的机械界面，利用气井自身能量推动柱塞在油管内进行周期地举液，达到排出井下积液的目的。

柱塞气举排水采气工艺运行过程中，如遇到油管内壁因压裂过程中附着大量压裂砂或地层出砂附着在油管内壁，如不有效清理，易造成常规柱塞运行过程砂卡，形成事故，需要投入刷式柱塞清理油管内壁，或被迫长期使用刷式柱塞生产。但刷式柱塞由于毛刷寿命问题，在与井壁频繁的摩擦过程中失效快，需要频繁更换刷式柱塞，会导致运行成本增加，影响施工效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效清理油管内壁，降低施工成本，且提高工作效率的油管内壁高效清理柱塞。

为此，本发明技术方案如下：

一种油管内壁高效清理柱塞，包括上鱼骨、毛刷套、下鱼骨、旋转导气管和水汽分离阀头；其中，

上鱼骨包括自上而下依次连接且一体成型的上旋转凸台、第一柱形体和顶端设有第二环形凸台的第二柱形体，三者呈同轴设置；上旋转凸台的外壁上沿圆周方向均布设有若干个内嵌有上导向轮的凹槽，且各上导向轮以其轮体外缘以朝向外侧且局部外露的方式斜向设置在凹槽内；第一柱形体的外壁上自上而下间隔设置有若干条呈水平设置且相互平行的第一环形凸台，使上旋转凸台与其邻侧的第一环形凸台之间、相邻两条第一环形凸台之间、以及第二柱形体与其邻侧第一环形凸台之间均形成有上鱼骨槽；毛刷套为环形体，其完全包覆并固定在位于第二环形凸台下方的第二柱形体外壁上；下鱼骨包括自上而下依次连接且一体成型的第三柱形体和下旋转凸台，且二者与第二柱形体呈同轴设置；下旋转凸台的外壁上沿圆周方向均布设有若干个内嵌有下导向轮的凹槽，且各下导向轮以其轮体外缘以朝向外侧且局部外露的方式斜向设置在凹槽内；第三柱形体的外壁上自上而下间隔设置有若干条呈水平设置且相互平行的第三环形凸台，使下旋转凸台与其邻侧的第三环形凸台之间、以及相邻两条第三环形凸台之间均形成有下鱼骨槽；第三柱形体与第二柱形体同轴设置并相连接；

自第三柱形体底面中心处沿轴向开设有贯通至接近第一柱形体顶端的盲孔，且在各上鱼骨槽和各下鱼骨槽的槽底分别沿圆周方向均布开设有若干条与盲孔相连通的上径向透气孔和下径向透气孔；

旋转导气管插装并固定在盲孔中，其最大内径与盲孔的内径相适应，其长度与盲孔的轴向长度一致；旋转导气管由若干个旋转阀头和若干根导气管交替设置并依次连接并相连通形成；旋转阀头的数量与上鱼骨槽和下鱼骨槽数量总和一致，且自上而下依次设置在与各上径向透气孔、下径向透气孔能够相连通的位置上；

水汽分离阀头设置在第三柱形体的底面开口端，其出气端与盲孔相连通。

进一步地，内嵌在上旋转凸台上的各上导向轮所形成的最大外径与内嵌在下旋转凸台上的各下导向轮所形成的最大外径一致，且二者的最大外径与油管的内径相适应，使其能够在各上导向轮、各下导向轮分别与管道内壁的作用下呈螺旋路径上行。

进一步地，各上导向轮均以其中轴线与上旋转凸台的中轴线之间呈30°夹角的方式倾斜设置；各下导向轮均以其中轴线与下旋转凸台的中轴线之间呈30°夹角的方式倾斜设置，且各下导向轮的倾斜方向与各上导向轮的倾斜方向一致。

进一步地，第二柱形体的外径略小于第一环形凸台的外径，毛刷套的外径略大于第一环形凸台的外径；第二环形凸台的外径、第三环形凸台的外径均与第一环形凸台外径相同，且三者的外径与油管的内径相适应。

进一步地，上鱼骨和下鱼骨均采用优质合金钢制成。

进一步地，毛刷套为由耐磨硬毛制成的筒体结构。

进一步地，第三柱形体的顶端与第二柱形体螺纹连接固定为一体。

进一步地，自上鱼骨顶端沿轴向向上延伸形成有捞径。优选，捞径采用钛合金TC4制捞径。

与现有技术相比，该油管内壁高效清理柱塞本申请的柱塞结构设计简单，易拆装、方便使用和保养，具体来说，其有益效果如下：

1)本申请在结构设计上采用了上鱼骨结构、中刷体结构和下鱼骨结构的结合，实现既能够高效清理油管内壁，又可延长柱塞的使用寿命的目的；

2)本申请通过在柱塞内部自下而上开设具有通气功能的盲孔，使井底高压气体可通过该通气结构将高压气体导向上鱼骨和下鱼骨中的各个鱼骨槽内，达到柱塞反吹自清洁的目的；

3)通过在柱塞的上旋转凸台和下旋转凸台的侧壁上沿周向均布设置有个自旋导向轮，使柱塞在井下运行过程中能够螺旋升降运动，可将油管内壁附着的压裂砂或脏物进一步的去除，尤其是在井下井管的对接处，作用效果更明显。

附图说明

图1为本发明的油管内壁高效清理柱塞未安装旋转导气管状态下的半剖图；

图2为本发明的油管内壁高效清理柱塞的上鱼骨的结构剖视图；

图3为本发明的油管内壁高效清理柱塞的外部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

如图1所示，该油管内壁高效清理柱塞包括上鱼骨1、毛刷套2、下鱼骨3、旋转导气管4和水汽分离阀头。

上鱼骨1采用优质合金钢制成，其包括自上而下依次连接且一体成型的上旋转凸台、第一柱形体1-1和顶端设有第二环形凸台的第二柱形体，三者呈同轴设置；

上旋转凸台的外壁上沿圆周方向均布设有若干个内嵌有上导向轮1-3的凹槽，且各上导向轮1-3以其轮体外缘以朝向外侧且局部外露的方式斜向设置在凹槽内；其中，各上导向轮1-3均以其中轴线与上旋转凸台的中轴线之间呈30°夹角的方式倾斜设置；

第一柱形体1-1的外壁上自上而下间隔设置有若干条呈水平设置且相互平行的第一环形凸台1-4，使上旋转凸台与其邻侧的第一环形凸台1-4之间、相邻两条第一环形凸台1-4之间、以及第二柱形体与其邻侧第一环形凸台之间均形成有上鱼骨槽；其中，第二柱形体的外径略小于第一环形凸台1-4的外径，第一环形凸台1-4的外径与第二环形凸台的外径一致；

毛刷套2为由耐磨硬质鬃毛材料编织形成的环形体，其完全包覆并固定在位于第二环形凸台下方的第二柱形体外壁上，且毛刷套2的外径略大于第一环形凸台1-4的外径。

下鱼骨3采用优质合金钢制成，其包括自上而下依次连接且一体成型的第三柱形体3-1和下旋转凸台，二者与第二柱形体呈同轴设置，第三柱形体3-1的顶端以螺纹连接的方式套装并固定在第二柱形体底端外侧；具体地，

下旋转凸台的外壁上沿圆周方向均布设有若干个内嵌有下导向轮3-3的凹槽，且各下导向轮3-3以其轮体外缘以朝向外侧且局部外露的方式斜向设置在凹槽内；各下导向轮3-3均以其中轴线与下旋转凸台的中轴线之间呈30°夹角的方式倾斜设置，且各下导向轮3-3的倾斜方向与各上导向轮1-3的倾斜方向一致；

同时，内嵌在上旋转凸台上的各上导向轮1-3所形成的最大外径与内嵌在下旋转凸台上的各下导向轮3-3所形成的最大外径一致，且二者的最大外径与油管的内径相适应，使其能够在各上导向轮1-3、各下导向轮3-3分别与管道内壁的作用下呈螺旋路径上行；这样当柱塞在井下运行过程中，由于多个自旋导向轮的倾斜导向作用，柱塞便能够螺旋升降运动，使上鱼骨、下鱼骨及毛刷可以将油管内壁附着的压裂砂或脏物进一步的去除，尤其是在井下井管的对接处，作用效果更明显；

第三柱形体3-1的外壁上自上而下间隔设置有若干条呈水平设置且相互平行的第三环形凸台3-4，使下旋转凸台与其邻侧的第三环形凸台3-4之间、以及相邻两条第三环形凸台3-4之间均形成有下鱼骨槽；第三柱形体3-1与第二柱形体同轴设置并相连接；其中，第三环形凸台的外径与第一环形凸台外径相同，且第一环形凸台、第二环形凸台和第三环形凸台的外径与油管的内径相适应，以便有效对油管内壁附着的压裂砂或脏物进行去除。

自第三柱形体3-1底面中心处沿轴向开设有贯通至接近第一柱形体1-1顶端的盲孔，且在各上鱼骨槽和各下鱼骨槽的槽底分别沿圆周方向均布开设有若干条与盲孔相连通的上径向透气孔1-2和下径向透气孔3-2，使柱塞在井下运行过程中，井底的高压气体可以通过盲孔进一步流通至下鱼骨的下径向透气孔3-2和上鱼骨的上径向透气孔1-2和鱼骨槽内均布透气孔流通到鱼骨槽内，利用高压气体将鱼骨槽内的砂子或脏物吹落到井底，以免鱼骨槽内砂子太多而堵塞或造成砂卡，具有自清洁作用。

旋转导气管4插装并固定在盲孔中，其最大内径与盲孔的内径相适应，其长度与盲孔的轴向长度一致；旋转导气管4由若干个旋转阀头4-1和若干根导气管4-2交替设置并依次连接并相连通形成；旋转阀头4-1的数量与上鱼骨槽和下鱼骨槽数量总和一致，且自上而下依次设置在与各上径向透气孔1-2、下径向透气孔3-2能够相连通的位置上；由于各旋转阀头401的周壁上均开设有多个阀口，因此当气流进入旋转导气管4中时，气流驱动旋转导气管自旋转动，同时带动带动旋转阀头转动，从而实现改变阀口与上径向透气孔1-2和下径向透气孔3-2的导通状态，从而改变多个透气孔的实际通断状态，在相同进气流量的情况下，通过旋转导气管可以控制透气孔实际导通数量，从而改变透气孔出气流量，使透气孔能够更高效的将鱼骨槽内的砂子或脏物吹落到井底。

水汽分离阀头设置在第三柱形体3-1的底面开口端，其出气端与盲孔相连通；以通过水汽分离阀头确保进入柱塞内部通孔的仅为气体，避免柱塞内部的通孔或鱼骨槽中的透气孔堵塞。

作为本实施例的一个优选技术方案，自上鱼骨1顶端沿轴向向上延伸形成有捞径5；具体地，捞径1-3采用钛合金TC4制捞径，以增加捞径1-3的耐腐蚀、耐冲击性能，从而提高柱塞整体的耐冲击性能。

该油管内壁高效清理柱塞的工作原理如下：

柱塞在井下运行过程中，上鱼骨1和下鱼骨3对油管内壁附着的压裂砂或脏物进行大部分的去除，也能够将附着在油管内壁聚集的压裂砂凸起部分去除，使油管内壁形成规则的形貌，进而再利用刷体2上的毛刷套去除剩余部分附着在油管内壁上的压裂砂或其它脏物；与此同时，由于柱塞在井下的运行过程为受到井底的高压气体托举上升的过程，高压气体会同时能够自下鱼骨3的第二轴向通孔3-1进入并通过第一轴向通孔流通至盲孔中，并分别自开设在上鱼骨1的上透气孔1-2和开设在下鱼骨3上的下透气孔3-2吹出，使在压裂砂或脏物去除过程中，堵塞在相邻第一环形凸台、相邻第三环形凸台之间形成的鱼骨槽内的砂子或脏物在高压气体的吹扫作用下吹落至井底，以免鱼骨槽内砂子太多而堵塞或造成砂卡，即实现自清洁作用。

Claims (9)

1.一种油管内壁高效清理柱塞，其特征在于，包括上鱼骨(1)、毛刷套(2)、下鱼骨(3)、旋转导气管(4)和水汽分离阀头；其中，

上鱼骨(1)包括自上而下依次连接且一体成型的上旋转凸台、第一柱形体和顶端设有第二环形凸台的第二柱形体，三者呈同轴设置；上旋转凸台的外壁上沿圆周方向均布设有若干个内嵌有上导向轮(1-3)的凹槽，且各上导向轮(1-3)以其轮体外缘以朝向外侧且局部外露的方式斜向设置在凹槽内；第一柱形体的外壁上自上而下间隔设置有若干条呈水平设置且相互平行的第一环形凸台(1-4)，使上旋转凸台与其邻侧的第一环形凸台(1-4)之间、相邻两条第一环形凸台(1-4)之间、以及第二柱形体与其邻侧第一环形凸台之间均形成有上鱼骨槽；毛刷套(2)为环形体，其完全包覆并固定在位于第二环形凸台下方的第二柱形体外壁上；下鱼骨(3)包括自上而下依次连接且一体成型的第三柱形体和下旋转凸台，且二者与第二柱形体呈同轴设置；下旋转凸台的外壁上沿圆周方向均布设有若干个内嵌有下导向轮(3-3)的凹槽，且各下导向轮(3-3)以其轮体外缘以朝向外侧且局部外露的方式斜向设置在凹槽内；第三柱形体的外壁上自上而下间隔设置有若干条呈水平设置且相互平行的第三环形凸台(3-4)，使下旋转凸台与其邻侧的第三环形凸台(3-4)之间、以及相邻两条第三环形凸台(3-4)之间均形成有下鱼骨槽；第三柱形体与第二柱形体同轴设置并相连接；

自第三柱形体底面中心处沿轴向开设有贯通至接近第一柱形体顶端的盲孔，且在各上鱼骨槽和各下鱼骨槽的槽底分别沿圆周方向均布开设有若干条与盲孔相连通的上径向透气孔(1-2)和下径向透气孔(3-2)；

旋转导气管(4)插装并固定在盲孔中，其最大内径与盲孔的内径相适应，其长度与盲孔的轴向长度一致；旋转导气管(4)由若干个旋转阀头(4-1)和若干根导气管(4-2)交替设置并依次连接并相连通形成；旋转阀头(4-1)的数量与上鱼骨槽和下鱼骨槽数量总和一致，且自上而下依次设置在与各上径向透气孔(1-2)、下径向透气孔(3-2)能够相连通的位置上；

水汽分离阀头设置在第三柱形体的底面开口端，其出气端与盲孔相连通。

2.根据权利要求1所述的油管内壁高效清理柱塞，其特征在于，内嵌在上旋转凸台上的各上导向轮(1-3)所形成的最大外径与内嵌在下旋转凸台上的各下导向轮(3-3)所形成的最大外径一致，且二者的最大外径与油管的内径相适应，使其能够在各上导向轮(1-3)、各下导向轮(3-3)分别与管道内壁的作用下呈螺旋路径上行。

3.根据权利要求2所述的油管内壁高效清理柱塞，其特征在于，各上导向轮(1-3)均以其中轴线与上旋转凸台的中轴线之间呈30°夹角的方式倾斜设置；各下导向轮(3-3)均以其中轴线与下旋转凸台的中轴线之间呈30°夹角的方式倾斜设置，且各下导向轮(3-3)的倾斜方向与各上导向轮(1-3)的倾斜方向一致。

4.根据权利要求1所述的油管内壁高效清理柱塞，其特征在于，第二柱形体的外径略小于第一环形凸台(1-4)的外径，毛刷套(2)的外径略大于第一环形凸台(1-4)的外径；第二环形凸台的外径、第三环形凸台的外径均与第一环形凸台外径相同，且三者的外径与油管的内径相适应。

5.根据权利要求1所述的油管内壁高效清理柱塞，其特征在于，上鱼骨(1)和下鱼骨(3)均采用优质合金钢制成。

6.根据权利要求1所述的油管内壁高效清理柱塞，其特征在于，毛刷套为由耐磨硬毛制成的筒体结构，其外径略大于第二环形凸台的外径。

7.根据权利要求1所述的油管内壁高效清理柱塞，其特征在于，第三柱形体的顶端与第二柱形体螺纹连接固定为一体。

8.根据权利要求1所述的油管内壁高效清理柱塞，其特征在于，自上鱼骨顶端沿轴向向上延伸形成有捞径(5)。

9.根据权利要求8所述的油管内壁高效清理柱塞，其特征在于，捞径(5)采用钛合金TC4制捞径。

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