CN202273660U - 一种能投起防退防砂井下节流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于出砂天然气生产井中进行配产的一种能投起防退防砂井下节流器。它在天然气井中正常工作时不轴向下移，能投放和起出，满足出砂天然气井作业。其技术方案：用安放剪销将投放头、连接轴与芯轴连成一体；在芯轴与连接轴间设置有密封圈，芯轴外侧设有抓取头，槽内装卡瓦，并设置辅助防砂组件；在连接轴的限位槽外沿安有径向限位环，用开槽沉头螺钉将其连接；连接轴上装有防退销、防退弹簧和防退弹簧罩，下部连接胶筒组件，组件下部设置弹簧筒；芯管下端安有节流嘴；弹簧筒与弹簧芯轴间装弹簧，弹簧筒外装膨胀导向套，下部连接防砂管组件。本实用新型具有防退、防止轴向下移、防砂，其结构简单，用作出砂或不出砂天然气井生产装置。

Description

一种能投起防退防砂井下节流器

技术领域

本实用新型适用于出砂天然气生产井中进行配产，为一种能投起防退防砂井下节流器。该能投起防退防砂井下节流器用于天然气井井下作业进行油气生产调节，实现在井内完成节流降压、利用地热防止减小水合物形成，起到减少地面设备作用，特别适宜地面设备投资经济性较差的单天然气井或井距较大的天然气井，属于天然气生产井控制生产的装置。 

背景技术

目前，国内外均有应用井下节流器的先例，国内已经在四川、胜利、中原、青海、新疆和长庆等气田天然气井中得到应用。但在通过调研与现场总结发现节流器在结构上仍存在如下问题：（1）节流器密封位置下移；（2）密封胶筒破损导致其卡定在节流器环空而无法卡死；（3）出砂气井砂体可能掩埋打捞颈，起出筒无法抓住节流器起出头，导致节流器起出失败；（4）砂体进入节流器间隙造成芯管与连接体之间被卡死而造成无法解封。当然还有一些非结构问题，如胶筒易老化影响密封与起出性能、节流嘴容易被冲蚀等，本处重点解决结构方面的问题。 

基于如上几个不足与考虑，本节流器结合现场实际，创新性采用如下结构以解决所存在的结构问题：（1）弹簧、剪销式胶筒防退结构；（2）芯管上部防屯砂结构；（3）螺钉连接式径向限位环；（4）下部可选择性防砂管组件结构。 

发明内容

本实用新型的目的是：为了保证在天然气井少量出砂或一定量出砂的情况下能正常生产，实现打捞节流器时能正常作业，实现节流器不轴向滑移，特提供一种能投起防退防砂井下节流器。 

本实用新型采用的技术方案是：一种能投起防退防砂井下节流器由投放头、安放剪销、连接轴、芯管、抓取头、辅助防砂组件、径向限位环、卡瓦、防退销、防退弹簧、防退弹簧罩、胶筒组件、膨胀导向套、传力螺钉、节流嘴、弹簧筒、弹簧、弹簧芯轴、防砂管组件。用安放剪销将投放头、连接轴与芯轴炼成一体；在芯轴与连接轴间设置有密封圈，芯轴外侧设有抓取头，槽内装卡瓦，并设置辅助防砂组件；在连接轴的限位槽外沿设有径向限位环，用开槽沉头螺钉将其连接；连接轴上装有防退销、防退弹簧和防退弹簧罩，下部连接胶筒组件，组件下部设置弹簧筒；芯管下端案由节流嘴；弹簧筒与弹簧芯轴间装弹簧，弹簧筒外装膨胀导向套，下部连接防砂管组件。 

本实用新型一种能投起防退防砂井下节流器结构为：投放头、连接轴与芯管由安放剪销连接成一体，芯管位于连接轴内部，投放头内孔端面与芯管上部接触，连接轴上端面与投放头外环面接触。芯管上设计有两道O型密封圈（A、B），芯管上面设置有一道O型密封圈A，下部设置有一道O型密封圈B，位于芯管与连接轴之间的间隙，O型密封圈A防止砂进入芯管与连接轴之间间隙，下部O型密封圈B主要防止气体直接从芯管与连接轴之间向上漏出；芯管外侧安装有抓取头，抓取头上部为抓取轴颈，便于抓取工具卡固提拉，抓取头下部有环形卡槽，在环形卡槽内安放卡瓦，抓取头上设置有辅助防砂组件；连接轴上沿轴向设置有限位槽，限位槽外沿安装有径向限位环，径向限位环用开槽沉头螺钉与连接轴轴向限位槽间凸起部分连接；卡瓦位于连接轴外侧下部，卡瓦头部安装于抓取头下部的环形卡槽内，卡瓦中间连接部分安装在连接轴的轴向限位槽中限制周向跑位，并通过径向限位环防止卡瓦掉落；连接轴上安装有防退销、防退弹簧和防退弹簧罩，芯管上设置有防退槽；在工作时胶筒组件膨胀到位时，芯管上设置有防退槽与防退销对齐，防退销在防退弹簧推动下进入防退槽；连接轴下部连接有胶筒组件，胶筒组件为金属件环与橡胶硫化组件，胶筒组件上端面与连接轴接触端面之间设置有端面O型密封A；胶筒组件下部设置有弹簧筒，弹簧筒用螺纹与连接轴连接，弹簧筒上端面顶住胶筒组件实现胶筒组件轴向定位。芯管下部设置有台阶，限制芯管向上的轴向移动，芯管下端安装有节流嘴，芯管与弹簧芯轴用螺纹连接并将节流嘴固定在其间，节流嘴上端面与芯管下端面接触面之间设置有端面O型密封B；弹簧筒与弹簧芯轴之间安装有弹簧，弹簧可推动芯管及其连接一体的组件相对弹簧筒作轴向运动；在芯管下端设置有环向槽，芯管与弹簧筒连接部分外侧安装有膨胀导向套，膨胀导向套通过传力螺钉连接在芯管上所设计的环槽内，实现膨胀导向套运动与芯管运动同步；膨胀导向套上部锥面起膨胀胶筒组件的作用，膨胀导向套下部锥面其导向作用。弹簧筒下部外侧设置有连接螺纹，用于安装防砂管组件，防砂管组件是由内筒、防砂网、防护外套构成。 

一种能投起防退防砂井下节流器的工作原理如下。 

投放作业：结合天然气井生产工艺需求，选择好合适嘴径的节流嘴并完成本节流器的装配后，通过作业钢丝绳连接好投放工具串与节流器；在井口防喷盒放入本节流器后关闭井口防喷盒；然后缓慢下放本节流器至设计深度停止下放；缓慢上提钢丝绳，拉力逐渐上升至设计值，卡瓦在重力等作用下在连接轴锥面产生轴向滑移并径向撑开，节流器卡定在油管上；通过作业震击器提供剪切力剪断安放剪销，弹簧的压缩弹簧力被释放，经过弹簧芯轴-节流嘴-芯管-传力螺钉-膨胀导向套到胶筒组件，胶筒组件在弹簧力推动下实现膨胀，当胶筒组件膨胀到位时，芯管上防退槽与防退销对齐，防退销在防退弹簧推动下进入防退槽，这样保证当弹簧力不稳定时胶筒膨胀程度稳定，确保节流器在井内不产生轴向下移。当卡瓦卡定、安放剪销剪断、膨胀导向套在弹簧力作用下使胶筒组件膨胀至与油管实现预接触力、防退销进入芯管防退槽后，该节流器投放工作完成，起出投放工具串。 

正常生产：当完成该节流器的投放工作与安全检查后，通过地面阀件控制气井生产。本节流器在节流嘴节流压差的作用下，胶筒组件上部压力小于下部压力，使得密封胶筒再次膨胀，实现进一步密封。节流后，本节流器在油管内受到向上的力，该力通过连接轴外锥面与卡瓦内锥面作用推紧于油管内，从而保证本节流器在节流后不向上串动。在天然气井生产时，防砂管组件在节流器下部起到防砂作用。如果气井不出砂，也可选择性不组装防砂管组件。通过设置防砂管组件，砂进入节流器上部几率减小。密封节流工作时，芯管环槽移动出连接轴上端面，减小砂囤积几率；同时本节流器上部设置有O型密封圈A防止砂进入O型密封圈以下连接轴与芯管间隙，防止砂卡。 

起出作业：当结合工艺需要更换节流嘴或其他原因需要从天然气井中起出本节流器时，从井口防噴盒内下入“起出工具串”并释放震击器，推压芯管，剪断防退销，芯管继续向下产生相对运动，弹簧被压回，膨胀导向套推回，胶筒组件回缩，此时“起出工具”抓住抓取头，向上震击抓取头，抓取头带动卡瓦在连接轴卡瓦限位槽与径向限位环内滑动，卡瓦锥面与连接轴锥面远离，卡瓦牙位置径向缩小，卡瓦与油管间触力逐渐消失，本节流器在管内失去卡定作用。此时通过钢丝上提“起出工具串”和本节流器,完成一次起出作业。 

以上为一种能投起防退防砂井下节流器的投入作业-正常生产-起出作业全周期过程，当起出后，除节流嘴与胶筒组件的胶筒外，其余构件可结合使用情况重复使用。 

本节流器的有益效果：一种能投起防退防砂井下节流器，采用弹簧驱动式防退销-防退槽结构防止在下部胶筒弹簧力不稳定情况下胶筒缩回而使节流器处于一种轴向不稳定状态；芯管切环工作时外漏与防砂O型密封圈结构减少砂在芯管与连接轴之间囤积，减小砂卡几率；径向限位环采用螺钉与连接轴连接式结构，改善节流器结构工艺性，便于制造、安卸与维护；可选择型安装防砂管使本节流器适合出砂与不出砂天然气井。 

该节流器具有（1）弹簧、剪销式胶筒防退结构；（2）芯管上部防屯砂结构；（3）螺钉连接式径向限位环；（4）下部可选择性防砂管组件结构。 

附图说明

图1：是本实用新型能投起防退防砂井下节流器结构剖面示意图。 

图中， 1-投放头，2-安放剪销，3-连接轴，4-芯管，5-抓取头，6.辅助防砂组件，7-径向限位环，8-卡瓦，9-防退销，10-防退弹簧，11-防退弹簧罩，12-胶筒组件，13-膨胀导向套，14-传力螺钉，15-节流嘴，16-弹簧筒，17--弹簧，18-弹簧芯轴，19-防砂管组件，20-O型密封圈A，21-开槽沉头螺钉，22-端面O型密封A，23-O型密封圈B，24-端面O型密封B。 

具体实施方式

实施例1：以2 1/2″能投起防退防砂井下节流器为例，对本实用新型作进一步详细说明。 

参阅图1，2 1/2″能投起防退防砂井下节流器为一种能够防止轴向向下串移问题、具有防砂功能、防止砂卡、销钉连接式限位环等结构的井下节流器，关键结构包括卡瓦系统、胶筒系统、节流系统等。主要由投放头1、安放剪销2、连接轴3、芯管4、抓取头5、辅助防砂组件6、径向限位环7、卡瓦8、防退销9、防退弹簧10、防退弹簧罩11、胶筒组件12、膨胀导向套13、传力螺钉14、节流嘴15、弹簧筒16、弹簧17、弹簧芯轴18、防砂管组件19、O型密封圈A 20、开槽沉头螺钉21、端面O型密封A 22、O型密封圈B 23、 端面O型密封B 24组成。2 1/2″能投起防退防砂井下节流器整体为长圆柱形，最大直径为φ58mm（油管内径φ63mm），本节流器总长度为600mm，如取消防砂管组件19，总长为490mm。 

投放头仅在安装前连接在本节流器上端，而在投放震断安放剪销2后随工具投放工具串起出。投放头1、连接轴3与芯管4由安放剪销2连接成一体，芯管4位于连接轴3内部，投放头1内孔端面与芯管4上部接触，连接轴3上端面与投放头1外环面接触。芯管4上设计有两道O型密封圈（A、B），上部O型密封圈A 20防止砂进入芯管4与连接轴3之间间隙，下部O型密封圈B 23主要防止气体直接从芯管4与连接轴3之间向上漏出。芯管4外侧设置有抓取头5，抓取头5上部为抓取轴颈，抓取轴颈为φ40mm，抓取颈上部有导向锥面，抓取颈下部有抓取台阶；抓取头5下部有三个环形卡槽，安放三片卡瓦8，抓取头上设置有辅助防砂组件。连接轴3上沿轴向设置有三道限位槽，限位槽外沿设置有径向限位环7，径向限位环7用三个开槽沉头螺钉21与连接轴3轴向限位槽间凸起部分连接。卡瓦8位于连接轴3，卡瓦8头部安装于抓取头5下部的环形卡槽，卡瓦中间连接部分安装在连接轴3的轴向限位槽中限制周向跑位，并通过径向限位环7防止卡瓦8掉落。 

连接轴3上设置有防退销9、防退弹簧10、防退弹簧罩11，芯管4上设置有防退槽；在工作时胶筒组件12膨胀到位时，芯管4上设置有防退槽与防退销9对齐，防退销9在防退弹簧10推动下进入防退槽。连接轴3下部连接有胶筒组件12，胶筒组件12为金属件环与橡胶硫化组件，胶筒组件12上端面与连接轴3接触端面之间设置有端面O型密封A 22。胶筒组件12下部设置有弹簧筒16，弹簧筒16通过螺纹与连接轴3连接，弹簧筒16上端面顶住胶筒组件12实现胶筒组件12轴向定位。芯管4下部有台阶，限制芯管4向上的轴向移动，芯管4向上最大行程为13mm，芯管4下设置有节流嘴15，节流嘴嘴径可变，以适应不同配产需要；芯管4与弹簧芯轴18通过螺纹连接并将节流嘴15固定在其间，节流嘴15上端面与芯管4端面接触面之间设置有端面O型密封B 24。 

弹簧筒16与弹簧芯轴18设置有弹簧17，弹簧17可推动芯管4及其连接一体的组件相对弹簧筒16作轴向运动。弹簧筒16上设计有轴向槽，弹簧筒16外侧安有膨胀导向套13，膨胀导向套13用6颗传力螺钉14连接在芯管4上所设置的环槽内，实现膨胀导向套13运动与芯管4运动同步。膨胀导向套13上部锥面起膨胀胶筒组件12的作用，膨胀导向套13下部锥面起导向作用。弹簧筒16外侧下部设置有连接螺纹，可选择性安装防砂管组件19。防砂管组件19组件是由内筒、防砂网、防护外套构成。 

Claims (2)

1.一种能投起防退防砂井下节流器，是由投放头、安放剪销、连接轴、芯管、抓取头、辅助防砂组件、径向限位环、卡瓦、防退组件、胶筒组件、膨胀导向套、节流嘴、弹簧筒、弹簧、弹簧芯轴、防砂管组件组成；其特征在于：用安放剪销（2）将投放头（1）、连接轴（3）与芯管（4）连接成一体，芯管（4）位于连接轴（3）内部，投放头（1）内孔端面与芯管（4）上部相接触，连接轴（3）上端面与投放头（1）外环面相接触；芯管（4）上面设置有一道O型密封圈A（20）、下部设置有一道O型密封圈B（23），位于芯管（4）与连接轴（3）之间的间隙；芯管（4）外侧安装有抓取头（5），抓取头（5）上部为抓取轴颈、下部设有环形卡槽，槽内安装卡瓦（8），抓取头（5）上设置有辅助防砂组件（6）；连接轴（3）上沿轴向设置有限位槽，限位槽外沿安装有径向限位环（7），径向限位环（7）用开槽沉头螺钉（21）与连接轴（3）轴向限位槽间凸起部分连接；卡瓦（8）位于连接轴（3）外侧下部，卡瓦（8）头部安装在抓取头（5）下部的环形卡槽内，卡瓦（8）中间连接部分安装在连接轴（3）的轴向限位槽中；连接轴（3）上安装有防退销（9）、防退弹簧（10）和防退弹簧罩（11），芯管（4）上设置有防退槽；连接轴（3）下部连接胶筒组件（12），胶筒组件为金属件环与橡胶硫化组件，胶筒组件（12）上端面与连接轴（3）接触端面之间设置有端面O型密封A（22），胶筒组件（12）下部设置有弹簧筒（16），弹簧筒（16）用螺纹与连接轴（3）连接，弹簧筒（16）上端面顶住胶筒组件（12）；芯管（4）下部设置有台阶，芯管（4）下端安装有节流嘴（15），芯管（4）与弹簧芯轴（18）用螺纹连接并将节流嘴（15）固定在其间，节流嘴（15）上端面与芯管（4）下端接触面之间设置有端面O密封B（24）；弹簧筒（16）与弹簧芯轴（18）之间安装有弹簧（17），在芯管（4）下端设置有环向槽，芯管（4）与弹簧筒（16）连接部分外侧安有膨胀导向套（13），膨胀导向套（13）用传力螺钉（14）连接在芯管（4）上所设置的环槽内；弹簧筒（16）下部外侧设置有连接螺纹安装防砂管组件（19），防砂管组件（19）是由内筒、防砂网和防护外套构成。

2.根据权利要求1所述的井下节流器，其特征是：所述抓取头（5）下部设有三个环形卡槽，安放三片卡瓦（8）；连接轴（3）上轴向设置有三道限位槽，径向限位环（7）用三个开槽沉头螺钉（21）与连接轴（3）轴向限位槽间凸起部分连接。

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