CN117287155A - 一种复合型泡排柱塞装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合型泡排柱塞装置，包括滑套和柱塞本体，所述滑套同轴可滑动套设在柱塞本体内，包括泡排球贮存区；所述泡排球贮存区内用于存储泡排球，泡排球贮存区上设有泡排球入口；泡排球贮存区安装在柱塞本体的底端。本发明在柱塞设计中在底部加入了泡排球，与传统泡沫排水采气方法相比，使得泡排球能跟随柱塞进入井底更深处，与井底积液充分反应，达到更优的排水采气效果。

Description

一种复合型泡排柱塞装置

技术领域

本发明涉及气藏排水采气领域，具体涉及一种复合型泡排柱塞装置。

背景技术

随着管道天然气在城镇家庭中的普及，天然气作为清洁能源在我国能源结构中的地位正愈发重要，因此研究天然气的高效开采具有重要的经济效益和环保意义。天然气开采过程中，产气量会逐步降低，与此同时井底积液会逐步增多，这将会导致气井的低产乃至停产。

各种不同的排水采气措施，如泡沫排水采气、柱塞气举排水采气、优选管柱排水采气和有杆泵排水采气被用于解决上述问题。不同的排水采气措施有相应的优缺点，具有不同的适用范围。其中柱塞气举排水采气和泡沫排水采气方法应用较为广泛。柱塞气举排水采气方法可以利用储层能量减少井底积液，同时可以清洗井壁的结垢和结蜡，但存在上升举液过程漏液严重、关井时间长等问题。泡沫排水采气方法利用表面活性剂与井底积液的反应，形成气液混合体减少积液，提高产气量，但依靠泡排剂自身重力无法与井底积液充分反应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：常规的沫排水采气方法依靠泡排剂自身重力无法与井底积液充分反应，本发明提供了解决上述问题的一种复合型泡排柱塞装置。

本发明通过下述技术方案实现：

一种复合型泡排柱塞装置，包括滑套和柱塞本体，所述滑套同轴可滑动套设在柱塞本体内，包括泡排球贮存区；所述泡排球贮存区内用于存储泡排球，泡排球贮存区上设有泡排球入口；泡排球贮存区安装在柱塞本体的底端。

本发明柱塞设计中在底部加入了泡排球，与传统泡沫排水采气方法相比，使得泡排球能跟随柱塞进入井底更深处，与井底积液充分反应，达到更优的排水采气效果。

进一步可选地，所述泡排球贮存区与柱塞本体的底端可拆卸连接。

进一步可选地，所述泡排球贮存区与柱塞本体底端口螺纹连接。

进一步可选地，所述泡排球贮存区采用网状结构，网状结构的网孔孔径大小允许井底积液进入网状结构内部与泡排球接触。

进一步可选地，还包括底座；所述泡排球贮存区的一端与柱塞本体的底端连接、另一端与底座连接。

进一步可选地，所述底座内设有控制单元，所述控制单元包括加速度传感器。

进一步可选地，还包括刚性卡扣和弹性卡扣；所述柱塞本体上设有柱塞进液孔，滑套上设有滑套进液孔，且滑套内未进入井底积液前，柱塞进液孔和滑套进液孔位置相对、相互连通；所述柱塞本体的顶端沿周向设有弹性卡扣，滑套的顶部侧壁沿周向设有刚性卡扣；所述刚性卡扣用于，在滑套受其内容纳的井底积液重力作用沿柱塞本体向下滑动时同步滑动，直至与弹性卡扣接触、对弹性卡扣产生向外挤压作用使得弹性卡扣沿周向连续向外凸出完全变形与井壁接触，形成密封作用。

本发明提供的复合型泡排柱塞装置，采用弹性卡扣与刚性卡扣相结合的设计，使得上下举升过程更灵活，减小下行过程中柱塞与油管的摩擦，缩短下行过程时间，增加举液过程的密封性，减小漏液量，提升了排液量。

进一步可选地，所述刚性卡扣呈倒置圆台结构，固定套设在滑套顶部侧壁上；所述弹性卡扣呈圆筒结构，圆筒结构的底端与柱塞本体顶端端面连接，圆筒结构的顶端端面设置为斜坡结构，斜坡结构与倒置圆台结构的侧面匹配；且在刚性卡扣与弹性卡扣未接触匹配时，圆筒结构的外径小于油管的内径。

进一步可选地，所述圆筒结构顶端端面的斜坡结构坡面上设有凸块。

进一步可选地，还包括弹簧；所述弹簧的一端与滑套的底端连接、另一端与泡排球贮存取的顶端连接。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1.本发明提供的复合型泡排柱塞装置，柱塞设计中在底部加入了泡排球，与传统泡沫排水采气方法相比，使得泡排球能跟随柱塞进入井底更深处，与井底积液充分反应，达到更优的排水采气效果。

2.本发明提供的复合型泡排柱塞装置，采用弹性卡扣与刚性卡扣相结合的设计，使得上下举升过程更灵活，减小下行过程中柱塞与油管的摩擦，缩短下行过程时间，增加举液过程的密封性，减小漏液量，提升了排液量。

3.本发明提供的复合型泡排柱塞装置，加入加速度计进行深度测量，省去了缓冲弹簧与卡定器的设计，使得柱塞能进入井底更深处，利用井底能量进行排水采气。

4.本发明提供的复合型泡排柱塞装置，根据井底状况和排水采气效果更换弹簧长度，灵活控制开关井时间。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的复合型泡排柱塞装置结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-打捞头，2-滑套，3-刚性卡扣，4-弹性卡扣，5-柱塞本体，6-柱塞进液孔，7-滑套进液孔，8-弹簧，9-泡排球贮存区，10-泡排球入口，11-控制单元，12-底座。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”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保护范围的限制。

实施例1

本实施例提供了一种复合型泡排柱塞装置，如图1所示，包括滑套2、柱塞本体5、泡排球贮存区9和底座12。

滑套2和柱塞本体5外形都为圆柱形，内部中空，即均为圆形套筒结构。滑套2的轴向顶部设置打捞头1，打捞头1与滑套2通过螺纹连接。滑套2轴向底部插入柱塞本体5内，同轴可滑动套设在柱塞本体5内。柱塞本体5的轴向底部与泡排球贮存区9的轴向顶部螺纹连接，泡排球贮存区9的轴向底部与底座12螺纹连接。

泡排球贮存区9内用于存储泡排球，泡排球贮存区9上设有泡排球入口10；泡排球贮存区9采用网状结构，网状结构对容纳其中的泡排球产生约束作用，网状结构的网孔孔径大小允许井底积液进入网状结构内部与泡排球接触，且在于井底积液接触前，泡排球不会从网状结构的网孔漏出。本发明柱塞装置在下落前，根据采气状态和现场操作人员经验从泡排球入口向泡排球贮存区中投入适量泡排球。由柱塞本体5携带泡排球贮存区9及其内的泡排球下降进入井底，可到达井底任意深度，利于泡排球与井底积液充分接触反应。

底座12内设有控制单元11，控制单元11包括微控制器、供电电源和加速度传感器，微控制器主要用于进行加速度计算和数据存储；供电电源主要用于给微控制器和加速度传感器供电；加速度传感器主要用于测量柱塞装置下降深度，原理如下：

柱塞装置下行阶段，控制单元11中的加速度传感器感应到柱塞装置加速度方向向下并开始采集加速度参数，柱塞装置下落过程可分为两个阶段：阶段一和阶段二，阶段一为柱塞装置未与井底积液接触，此时柱塞装置状态可近似认为自由落体状态，根据下式求得平均加速度，可近似认为是自由落体中的重力加速度g，阶段一的加速度为a₁，可由下式求得：

式中t₁为第一阶段下落的总时间，时间以秒为单位，a_i为第i秒的加速度。

阶段一的下降深度，可由下式求得：

阶段二为柱塞装置开始与井底积液接触直至降到速度为零，阶段一末速度也即阶段二初速度可表示为v_t，

v_t＝a₁t₁

阶段二可近似为一个匀减速运动，阶段二的加速度为a₂，因此阶段二柱塞装置下降深度，可由下式求得：

柱塞装置下降总深度为：

x＝x₁+x₂。

实施例2

本实施来提供了一种复合型泡排柱塞装置，如图1所示，在实施例1的基础上，还包括刚性卡扣3和弹性卡扣4和弹簧8。

柱塞本体5上设有柱塞进液孔6，滑套2上设有滑套进液孔7，且滑套2内未进入井底积液前，柱塞进液孔6和滑套进液孔7位置相对、相互连通。更优选，在沿柱塞本体5的周向均匀布设四个柱塞进液孔6，在滑套2的周向均匀布设四个滑套进液孔7，柱塞进液孔6和滑套进液孔7开孔大小相同，位置相互对应。

柱塞本体5的顶端沿周向连续设有弹性卡扣4，滑套2的顶部侧壁沿周向设有刚性卡扣3；

刚性卡扣3用于，在滑套2受其内容纳的井底积液重力作用沿柱塞本体5向下滑动时同步滑动，直至与弹性卡扣4接触、对弹性卡扣4产生向外挤压作用使得弹性卡扣4沿周向连续向外凸出完全变形与井壁接触，形成密封作用。

刚性卡扣3呈倒置圆台结构，固定套设在滑套2顶部侧壁上；弹性卡扣4呈圆筒结构，圆筒结构的底端与柱塞本体5顶端端面连接，圆筒结构的顶端端面设置为斜坡结构，斜坡结构与倒置圆台结构的侧面匹配；且在刚性卡扣3与弹性卡扣4未接触匹配时，圆筒结构的外径小于油管的内径。圆筒结构顶端端面的斜坡结构坡面上设有凸块，具体地，为环形凸起，沿斜坡结构坡面周向连续分布。

弹簧8的轴向顶端与滑套2的轴向底端端面焊接固定连接，弹簧8的轴向底端与泡排球贮存区9的轴向顶端焊接固定连接。

本发明设计的刚性卡扣3与弹性卡扣4配合使用的密封结构，密封方式更为灵活，柱塞下行阶段，刚性卡扣3与弹性卡扣4不接触，柱塞与井壁摩擦力小；柱塞上行阶段，刚性卡扣3压迫弹性卡扣4，使得弹性卡扣4与井壁接触，柱塞与井壁摩擦力大。

弹性卡扣4放入斜坡面上设置凸块的作用在于减小弹性卡扣3与刚性卡扣4的接触面积，便于柱塞上行阶段，排出积液后，弹性卡扣3与刚性卡扣4得以分离。

柱塞装置下行阶段，弹簧8保持正常状态不变，刚性卡扣3与弹性卡扣4处于分离状态，弹性卡扣4由于不受力处于立直状态，与油管内径不接触，减小下行阶段的阻力，加快下行速度。柱塞装置下行到与井底积液接触后，井底积液通过泡排球贮存区9的网状结构和泡排球入口10进入泡排球贮存区9，与泡排球充分发生反应，井底积液依次通过柱塞进液孔6和滑套进液孔7进入滑套2，随着滑套2中流入的积液增多，滑套2相对柱塞本体5下滑，弹簧8受力压缩，带动滑套2上的刚性卡扣3向下滑动，刚性卡扣3与弹性卡扣4接触后，会对弹性卡扣4产生沿径向向外的胀压作用，带动弹性卡扣4周向弯曲并与井壁接触。当滑套2中流入的积液到一定量后，滑套2相对柱塞本体5下滑量会使得柱塞进液孔6和滑套进液孔7完全错开，使得滑套2形成一个密封空间，刚性卡扣3挤压弹性卡扣4向周遭弯曲，与井壁压紧密封。

柱塞装置上行阶段，弹性卡扣4在刚性卡扣3向下的作用力下向周遭弯曲与井壁接触产生密闭空间，改善上行阶段漏液情况。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合型泡排柱塞装置，包括滑套(2)和柱塞本体(5)，所述滑套(2)同轴可滑动套设在柱塞本体(5)内，其特征在于，包括泡排球贮存区(9)；

所述泡排球贮存区(9)内用于存储泡排球，泡排球贮存区(9)上设有泡排球入口(10)；泡排球贮存区(9)安装在柱塞本体(5)的底端。

2.根据权利要求1所述的一种复合型泡排柱塞装置，其特征在于，所述泡排球贮存区(9)与柱塞本体(5)的底端可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的一种复合型泡排柱塞装置，其特征在于，所述泡排球贮存区(9)与柱塞本体(5)底端口螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的一种复合型泡排柱塞装置，其特征在于，所述泡排球贮存区(9)采用网状结构，网状结构的网孔孔径大小允许井底积液进入网状结构内部与泡排球接触。

5.根据权利要求1所述的一种复合型泡排柱塞装置，其特征在于，还包括底座(12)；所述泡排球贮存区(9)的一端与柱塞本体(5)的底端连接、另一端与底座(12)连接。

6.根据权利要求5所述的一种复合型泡排柱塞装置，其特征在于，所述底座(12)内设有控制单元(11)，所述控制单元(11)包括加速度传感器。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种复合型泡排柱塞装置，其特征在于，还包括刚性卡扣(3)和弹性卡扣(4)；

所述柱塞本体(5)上设有柱塞进液孔(6)，滑套(2)上设有滑套进液孔(7)，且滑套(2)内未进入井底积液前，柱塞进液孔(6)和滑套进液孔(7)位置相对、相互连通；

所述柱塞本体(5)的顶端沿周向设有弹性卡扣(4)，滑套(2)的顶部侧壁沿周向设有刚性卡扣(3)；

所述刚性卡扣(3)用于，在滑套(2)受其内容纳的井底积液重力作用沿柱塞本体(5)向下滑动时同步滑动，直至与弹性卡扣(4)接触、对弹性卡扣(4)产生向外挤压作用使得弹性卡扣(4)沿周向连续向外凸出完全变形与井壁接触，形成密封作用。

8.根据权利要求7所述的一种复合型泡排柱塞装置，其特征在于，所述刚性卡扣(3)呈倒置圆台结构，固定套设在滑套(2)顶部侧壁上；

所述弹性卡扣(4)呈圆筒结构，圆筒结构的底端与柱塞本体(5)顶端端面连接，圆筒结构的顶端端面设置为斜坡结构，斜坡结构与倒置圆台结构的侧面匹配；且在刚性卡扣(3)与弹性卡扣(4)未接触匹配时，圆筒结构的外径小于油管的内径。

9.根据权利要求8所述的一种复合型泡排柱塞装置，其特征在于，所述圆筒结构顶端端面的斜坡结构坡面上设有凸块。

10.根据权利要求7所述的一种复合型泡排柱塞装置，其特征在于，还包括弹簧(8)；所述弹簧(8)的一端与滑套(2)的底端连接、另一端与泡排球贮存取(9)的顶端连接。