CN202300332U - 用于柱塞采气系统的井下分级装置及多级柱塞采气系统 - Google Patents

Abstract

一种用于柱塞采气系统的井下分级装置，包括顶部缓冲总成、顶部单向阀总成、密封总成及底部缓冲总成；顶部缓冲总成设有顶部缓冲装置；顶部单向阀总成与顶部缓冲装置的底部固定连接，单向阀总成设有多个过流孔，其流通方向为由下往上的方向；密封总成的顶部与顶部单向阀总成的底部连接；座挂总成的顶部与密封总成的底部连接，座挂总成的本体上安装有座挂器；底部缓冲总成设有底部过流筒，底部过流筒与座挂总成的底部连接，且底部过流筒的表面设有多个过流孔，底部过流筒的底部设有底部缓冲装置，缓冲装置底部设有柱塞推杆；借此，本实用新型将气井分隔成多个层段进行采气作业，降低了传统柱塞技术应用条件中对气液比临界值的要求。

Description

用于柱塞采气系统的井下分级装置及多级柱塞采气系统

技术领域

本实用新型涉及一种柱塞采气系统，尤其是涉及一种用于柱塞采气系统的井下分级装置。

背景技术

随着国民经济对清洁能源的需求不断增加，天然气消耗所占的比例逐年上升，对天然气资源的开发利用重视程度也越来越高。

目前现场使用多种排液采气工艺，柱塞气举是一种利用储层本身能量来携液的间歇式举升方法(如图10所示)。柱塞是一个与油管相匹配的可在油管内自由游动的活塞。工作时，先关井提高井底压力，压力上升到能满足举升要求时再开井，井底的柱塞5依靠气井的压力在油管内上升，一直升至井口防喷管1。管线的开关由电动开关阀3和电子控制器4来控制调节，位于主阀门8上方的是柱塞到达传感器9，当柱塞5经过柱塞到达传感器9时，柱塞到达传感器9向电子控制器4发送信号，电子控制器4打开电动开关阀3，液体从管线三通2排出，天然气从油套环空产出。随着天然气不断采出，井筒压力下降，电动开关阀3重新关井，柱塞5依靠自身重力下落至井底，开始下一个压力恢复过程。井筒底部有底部减震器6，防止柱塞5下落后损坏。气井开井和关井形成一个柱塞气举的工作周期，循环重复这一周期性动作就可以把井底积液和天然气不断采出。通过柱塞气举，在气体与采出的液体之间形成一个固定的力学界面，能有效防止液体的回落和滑脱，提高排液效率。与其它排液采气工艺相比，柱塞气举完全利用储层能量，系统整体结构简单，成本大约只有有杆泵的1/5-1/4，非常适合气田中后期开采的需要。柱塞气举技术的应用须满足气液比(Gas Liquid Ratio，简称GLR)条件，即某气井的产气量与产液量的比值要超过某一临界值，只有满足该条件该井才能采用柱塞气举技术。

随着气田的采出程度提高，许多气井已进入低压、低产的阶段。气井流速过低，不能达到气井的临界携液流量，井底积液增加，井筒压力升高，最终导致井被压死，无法生产。因此，必须采取有效的清除积液工艺以保证气井的长期稳产。

现有柱塞系统主要由三部分组成：柱塞、井底减震缓冲装置和井口配套工具。现有柱塞技术只能用于中浅层天然气开发，如果气井较深，或者气井气液比不满足柱塞气举临界条件，则不能使用现有的柱塞技术，柱塞气举低成本的优势得不到体现。

目前已申请的相关专利所涉及的柱塞工具技术均只能用于中浅层天然气开发。专利号为201020193814.9的实用新型涉及一种气井排水采气柱塞，应用于天然气井排水采气生产的连续高效柱塞排水采气。该技术采用的是固定开度的旁通阀设计方案，如果要调节开度，必须将柱塞从井内取出，更换相应零部件。在主筒外壁上只少套有一个密封环，在主筒的下端外螺纹连接有下底座，下底座壁上有连通孔；在下底座下端环形台阶上有一个开关阀杆，开关阀杆的下端圆柱杆穿过下底座下端圆形台阶的中心孔，开关阀杆上端面嵌有密封圈；在主筒下端环形台阶的下端面上有向下的环形凸起；主筒下端环形凸起与开关阀杆上端的密封圈相对。效果是：在井下气体的推动下，在油管内上下往复游动，实现气井能连续排水采气生产。专利号为CN200971772的实用新型涉及一种用于石油及天然气开采领域中，特别是针对高气液比井的接力式柱塞气举采油气装置。它适用于上大下小两种直径的组合油管的柱塞气举，扩大了柱塞气举工艺的适用范围。它主要由井口部分、井下部分及柱塞三部分组成，其特征是：油管为内径上大下小的组合油管柱，井下部分的缓冲弹簧、油管卡定器安装在下部小油管中；接力式柱塞由大柱塞与小柱塞间通过瓣状弹簧卡爪连接，大柱塞安装在上部大油管内，大柱塞中空并能与小柱塞上的对接接头自动脱、接，小柱塞安装在下部小油管内。小柱塞在小油管内举升，小柱塞与大柱塞对接后在大直径油管内举升，小、大柱塞的脱、接依靠惯性力自动实现，充分利用地层产出气推动柱塞运动来采油或排水采气。

虽然，油田现场已开始在复合油管中采用柱塞分级工具，但是由于现有的此类工具结构比较复杂，工具安装、回收、重新调整座挂深度等作业非常繁琐，可靠性差，影响了现场应用。当出现此类问题后，现场被迫放弃柱塞技术，改用成本较高的有杆泵等举升技术，使得非常规气田开发变得不经济。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供一种用于柱塞采气系统的井下分级装置，降低柱塞应用条件中的气液比临界值的要求。

本实用新型的技术解决方案是：

一种用于柱塞采气系统的井下分级装置，其中，该井下分级装置包括：

顶部缓冲总成，设有顶部缓冲装置；

顶部单向阀总成，与所述顶部缓冲装置的底部固定连接，该单向阀总成设有多个过流孔，该单向阀流通方向为由下往上的方向；

密封总成，设有密封胶筒；该密封总成的顶部与所述顶部单向阀总成的底部连接；

座挂总成，其顶部与所述密封总成的底部连接，该座挂总成的本体上安装有座挂器；

底部缓冲总成，设有底部过流筒，该底部过流筒与所述座挂总成的底部连接，且该底部过流筒的表面设有多个过流孔，该底部过流筒的底部设有底部缓冲装置，该缓冲装置底部设有柱塞推杆；

所述顶部单向阀总成、密封总成、座挂总成及底部过流筒连通设置。

上述的用于柱塞采气系统的井下分级装置，其中，所述顶部缓冲总成的顶部缓冲装置包括一顶部缓冲接头，其与所述顶部单向阀总成的顶部连接，该顶部缓冲接头内设有一空腔，其顶面设有一顶部杆孔，该顶部杆孔穿设有一“T”型的顶部弹簧导杆，该顶部弹簧导杆的头部能够移动地设置于所述顶部缓冲接头的空腔内且该头部对应于所述顶部缓冲接头顶面的下表面设置，该顶部弹簧导杆的另一端与一顶部打捞头连接；所述顶部弹簧导杆穿出所述顶部缓冲接头的部分套设有顶部弹簧，该顶部弹簧的一端抵顶于所述顶部缓冲接头的顶面，其另一端则抵顶于与该顶部打捞头的底面。

上述的用于柱塞采气系统的井下分级装置，其中，所述顶部单向阀总成设有单向阀滑套，该单向阀滑套为底端开口的管状结构，其顶部封闭且与所述顶部缓冲总成连接，一连接管由该单向阀滑套底部穿入并与该单向阀滑套内侧面滑动连接，该连接管的顶面内周缘设有锥面，形成一阀座；该单向阀滑套内侧面套设有单向阀阀壳，其底部与所述连接管底部固定连接，该单向阀阀壳内设有一阀球，该阀球设置于该阀座上方；所述单向阀滑套及单向阀阀壳于所述阀座上方的侧壁上对应设有多个所述过流孔，所述连接管与所述单向阀滑套之间设有密封圈；所述连接管上的于所述密封圈下方设有多个径向旁通过流孔。

上述的用于柱塞采气系统的井下分级装置，其中，所述密封总成包括与所述顶部单向阀总成底部连接的扩张锥，所述扩张锥为下端部外周侧呈锥形的管状结构，其底部内侧面与一密封定位筒顶部的外侧面固定连接，该密封定位筒的底端沿径向向外设有凸台，一圆柱管状的密封总成短节能够滑动地套设于所述密封定位筒的外周侧，该密封总成短节的中心通道分为直径上小下大的两段，该中心通道内形成有环形的阶梯面，所述凸台的顶面配合抵顶于所述阶梯面设置；

所述密封总成短节与所述密封定位筒之间设有钢球锁定装置，所述钢球锁定装置设置于所述密封总成短节侧壁的径向孔内，包括弹簧、钢球、调节螺母及与所述钢球对应设置的凹设于密封定位筒外侧面的凹槽；

所述密封总成短节的底部内侧与一管状过渡接头的顶部外侧固定连接，且该过渡接头于所述密封总成短节内形成一限制所述密封定位筒的凸台移动的抵顶部；一密封总成本体设于所述密封总成短节的上方并且套设于所述密封定位筒外周侧，该密封总成本体外周侧套设有所述密封胶筒。

上述的用于柱塞采气系统的井下分级装置，其中，所述座挂总成为油管接箍座挂器，该座挂器的顶部与所述过渡接头的底部固定连接。

上述的用于柱塞采气系统的井下分级装置，其中，所述底部缓冲总成设有一底部过流筒，其顶部与所述座挂总成的底部固定连接，该底部过流筒的侧壁上设有多个过流孔，且该底部过流筒底面设有一底部杆孔，该底部杆孔插设有一“T”型的底部弹簧导杆，该底部弹簧导杆头部能够移动地设置于所述底部过流筒内且该头部的底面对应所述底部过流筒底面的上表面设置；该底部弹簧导杆的另一端与一底部打捞头固定连接，该底部弹簧导杆穿出所述底部过流筒的部分套设有一底部弹簧，该底部弹簧一端抵顶于所述底部过流筒的底面，另一端则抵顶于该底部打捞头的顶面；该底部打捞头的底部固定连接有一柱塞推杆。

上述的用于柱塞采气系统的井下分级装置，其中，所述顶部缓冲总成与所述顶部单向阀总成之间还设有一仪器工作筒。

上述的用于柱塞采气系统的井下分级装置，其中：

所述顶部缓冲接头的底部与一设有中心通道的仪器工作筒的顶部固定连接；

所述顶部单向阀总成设有单向阀滑套，该单向阀滑套为底端开口的管状结构，其顶部封闭且与所述仪器工作筒的底部固定连接，一扩张锥由该单向阀滑套底部穿入并与该单向阀滑套内侧面滑动连接，该扩张锥的顶面内周缘设有锥面，形成一阀座；该单向阀滑套内侧面套设有单向阀阀壳，其底部与所述扩张锥底部固定连接，该单向阀阀壳内设有一阀球，该阀球设置于该阀座上方；所述单向阀滑套及单向阀阀壳于所述阀座上方的侧壁上对应设有多个所述过流孔，所述连接管与所述单向阀滑套之间设有密封圈；所述连接管上的于所述密封圈下方设有多个径向旁通过流孔；

所述密封总成设有一密封定位筒，所述扩张锥为下端部外周侧呈锥形的管状结构，其底部内侧面与所述密封定位筒顶部的外侧面固定连接，该密封定位筒的底端沿径向向外设有凸台，一圆柱管状的密封总成短节能够滑动地套设于所述密封定位筒的外周侧，该密封总成短节的中心通道分为直径上小下大的两段，并形成有环形的阶梯面，所述凸台的顶面配合抵顶于所述阶梯面设置；

所述密封总成短节与所述密封定位筒之间设有钢球锁定装置，所述钢球锁定装置设置于所述密封总成短节侧壁的径向孔内，包括弹簧、钢球、调节螺母及与所述钢球对应设置的凹设于密封定位筒外侧面的凹槽；

所述密封总成短节的底部内侧与一管状过渡接头顶部的外侧固定连接，且该过渡接头于所述密封总成短节内形成一限制所述密封定位筒的凸台移动的抵顶部；一密封总成本体设于所述密封总成短节的上方并且套设于所述密封定位筒外周侧，该密封总成本体外周侧套设有所述密封胶筒；所述密封总成本体为一端设有均匀分布的纵向槽的锥形体扩张结构件；

所述座挂总成为油管接箍座挂器，该座挂器的顶部与所述过渡接头的底部固定连接；

所述底部缓冲总成设有一底部过流筒，该底部过流筒的顶部与所述座挂总成的底部固定连接，该底部过流筒的侧壁上设有多个过流孔，且该底部过流筒底面设有一底部杆孔，该底部杆孔插设有一“T”型的底部弹簧导杆，该底部弹簧导杆头部能够移动地设置于所述底部过流筒内且该头部的底面对应所述底部过流筒底面的上表面设置；该底部弹簧导杆的另一端与一底部打捞头固定连接，该底部弹簧导杆穿出所述底部过流筒的部分套设有一底部弹簧，该底部弹簧一端抵顶于所述底部过流筒的底面，另一端则抵顶于该底部打捞头的顶面；该底部打捞头的底部固定连接有所述柱塞推杆。

一种多级柱塞采气系统，其中，该多级柱塞采气系统包括至少一个如上所述的井下分级装置，以及多个柱塞，所述柱塞设有与所述柱塞推杆配合设置的内部流道，其底部设有用以开启或关闭该柱塞底部过流孔的柱塞导杆；所述井下分级装置间隔设置于所述该多级柱塞采气系统的底部减震器上方，所述柱塞的数量为所述井下分级装置数量加一。

由以上说明得知，本实用新型与现有技术相比较，确实可达到如下的功效：

本实用新型的用于柱塞采气系统的井下分级装置具有诸多优点：

(1)结构紧凑：该井下分级装置将各单独的装置集成在一起，结构简单，可靠性较高；

(2)应用条件低：克服传统柱塞工具的不能用于中深层气井开发的缺点，拓展了柱塞气举的应用领域，所应用的气井气液比可以更小，以较低的储层能量从深层气井井筒中将积液排出，既可以用于新井的开发，也可用于老井的恢复性生产；

(3)安装操作简便：由于没有采用剪切销钉等传统结构件，进行安装施工时避免了在地面的零部件更换工序，实现了工具的快速座挂和回收，调整深度时不用起出整个装置，在井下可直接调整到位。

与传统技术相比，本实用新型将柱塞技术的应用领域由中浅层扩展至中深层，降低了传统柱塞技术应用条件中对气液比临界值的要求，具有更大的应用范围，更好的运行稳定性和可靠性，具有很好的市场前景。

附图说明

图1为本实用新型的用于柱塞采气系统的井下分级装置较佳实施例的结构示意图；

图2为本实用新型的用于柱塞采气系统的井下分级装置较佳实施例的剖面结构示意图；

图3为本实用新型的用于柱塞采气系统的井下分级装置较佳实施例的顶部缓冲总成结构示意图；

图4为本实用新型的用于柱塞采气系统的井下分级装置较佳实施例的顶部单向阀总成结构示意图；

图5为本实用新型的用于柱塞采气系统的井下分级装置较佳实施例的密封总成结构示意图；

图6为本实用新型的用于柱塞采气系统的井下分级装置较佳实施例的座挂总成结构示意图；

图7为本实用新型的用于柱塞采气系统的井下分级装置较佳实施例的底部缓冲总成结构示意图；

图8为与本实用新型配套的现有柱塞的结构的示意图；

图9A及图9B为本实用新型的用于柱塞采气系统的井下分级装置较佳实施例的密封总成本体的主视及俯视结构示意图；

图10为现有柱塞采气系统结构示意图。

主要元件标号说明：

1：防喷管总成        2：管线三通        3：电动开关阀

4：电子控制器        5：柱塞            6：底部减震器

7：油管限位器        8：主阀门          9：柱塞到达传感器

10：柱塞捕捉器       11：顶部缓冲总成   12：仪器工作筒

13：顶部单向阀总成   14：密封总成       15：座挂总成

16：底部缓冲总成     17：顶部打捞头     18：顶部弹簧导杆

19：顶部弹簧         20：顶部缓冲接头    21：单向阀滑套

22：单向阀阀壳       23：阀球            24：密封圈

25：扩张锥(连接管)   26：密封定位筒      27：密封胶筒

28：密封总成本体     29：密封总成短节    30：钢球锁定装置

31：过渡接头         32：座挂中心筒       33：座挂器

34：座挂总成本体     35：底部过流筒       36：底部弹簧导杆

37：底部弹簧         38：底部打捞头       39：柱塞推杆

具体实施方式

一种用于柱塞采气系统的井下分级装置，其中，该井下分级装置包括顶部缓冲总成、顶部单向阀总成、密封总成及底部缓冲总成；顶部缓冲总成设有顶部缓冲装置；顶部单向阀总成与所述顶部缓冲装置的底部固定连接，该单向阀总成设有多个过流孔，该单向阀流通方向为由下往上的方向；密封总成设有密封胶筒；该密封总成的顶部与所述顶部单向阀总成的底部连接；座挂总成的顶部与所述密封总成的底部连接，该座挂总成的本体上安装有座挂器；底部缓冲总成设有底部过流筒，该底部过流筒与所述座挂总成的底部连接，且该底部过流筒的表面设有多个过流孔，该底部过流筒的底部设有底部缓冲装置，该缓冲装置底部设有柱塞推杆；所述顶部单向阀总成、密封总成、座挂总成及底部过流筒连通设置。

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1及图2所示，为本实用新型的用于柱塞采气系统的井下分级装置较佳实施例的结构示意图及剖面结构示意图。

如图所示，本实用新型的用于柱塞采气系统的井下分级装置，包括：顶部缓冲总成11、顶部单向阀总成13、密封总成14及底部缓冲总成16；

顶部缓冲总成11设有顶部缓冲装置，顶部缓冲总成11用以缓冲设置于井下分级装置上方的柱塞工具下落时的冲击能量；顶部单向阀总成13与所述顶部缓冲装置的底部固定连接，该单向阀总成设有多个过流孔，该单向阀流通方向为由下往上的方向，只允许液体向上流动，而防止液体被挤压回流至下层的井筒或者地层中；密封总成14设有密封胶筒27；该密封总成14的顶部与所述顶部单向阀总成13的底部连接，用以将井筒与井下分级装置之间的环空进行密封分隔，使液体只能从井下分级装置的中心流道通过；座挂总成15顶部与所述密封总成14的底部连接，该座挂总成15的本体上安装有座挂器33，座挂总成15用以将整个井下分级装置固定在预设的位置，从而与密封总成14配合座封井筒与井下分级装置之间的环空，将井筒分成多个层段；底部缓冲总成16设有底部过流筒35，该底部过流筒35与所述座挂总成15的底部连接，且该底部过流筒35的表面设有多个过流孔，该底部过流筒35的底部设有底部缓冲装置，该缓冲装置底部设有柱塞推杆39；底部缓冲总成16用以缓冲设置于井下分级装置下方的柱塞工具上行时的冲击能量，其柱塞推杆39能够抵顶下方的柱塞工具的导杆，使其停止上升而进入下落状态；所述顶部单向阀总成13、密封总成14、座挂总成15及底部过流筒35连通设置，在井下分级装置上下两层段中的液体通过下方柱塞工具的举升，而使下层段的液体通过井下分级装置的各个部分连通设置形成的中心流道进入了上层段，借由顶部单向阀总成13的设置，限制了液体的流动方向而不会出现回流到下层段的情况。

如上所述的本实用新型的用于柱塞采气系统的井下分级装置，通过在气井中设置多个井下分级装置，将气井井筒分成多个的层段，每一段中设置有配套的柱塞工具，各柱塞工具分别与井下分级装置的顶部缓冲总成11、底部缓冲总成16及底部柱塞推杆39配合作用，实现将液体从下层段接力式地向上层段方向举升，克服传统柱塞工具不能用于中深层气井开发的缺点，拓展了柱塞气举的应用领域。

在本实用新型用于柱塞采气系统的井下分级装置的较佳实施例中，如图3所示，较佳的，其顶部缓冲总成11的顶部缓冲装置包括一顶部缓冲接头20，其与所述顶部单向阀总成13的顶部连接；该顶部缓冲接头20内设有一空腔，而其顶面设有一顶部杆孔，该顶部杆孔穿设有一“T”型的顶部弹簧导杆18，该顶部弹簧导杆18的头部能够移动地设置于所述顶部缓冲接头20的空腔内且该头部对应于所述顶部缓冲接头20顶面的下表面设置，该顶部弹簧导杆18的另一端与一顶部打捞头17连接；顶部打捞头17为符合API标准的结构，用于投送或打捞作业，同时也用于承载上方柱塞的冲击作用；较佳的，顶部弹簧导杆18与顶部打捞头17通过螺纹连接。所述顶部弹簧导杆18穿出所述顶部缓冲接头20的部分套设有顶部弹簧19，该顶部弹簧19的一端抵顶于所述顶部缓冲接头20的顶面，其另一端则抵顶于与该顶部打捞头17的底面，起到减震、缓冲的作用。

通过顶部弹簧19的作用，在顶部缓冲总成11未受到外力作用的情况下，顶部弹簧导杆18的头部保持抵顶顶部缓冲接头20的顶面的下表面，而顶部打捞头17则与顶部缓冲接头20保持最远距离；当顶部缓冲总成11受到上方的冲击作用时，顶部打捞头17由于受到向下的作用力，克服顶部弹簧19的推力而使弹簧导杆向下运动，而弹簧导杆的头部于顶部缓冲接头20的空腔内运动而实现了缓冲来自上方的冲击力的目的；另外，如果冲击力足够大，弹簧导杆的头部将由与顶部缓冲接头20的底部连接的顶部单向阀总成13的顶端抵顶而限制其运动范围。

本实用新型用于柱塞采气系统的井下分级装置的顶部单向阀总成13用以连接上方的顶部缓冲总成11和下方的密封总成14，并且借由单向阀的作用控制液体的流向，防止柱塞再高速下落进入液柱时，由于较大的冲击将液体压回井底或地层中。

如图4所示，在一种较佳的实施方式中，本实用新型用于柱塞采气系统的井下分级装置的顶部单向阀总成13设有单向阀滑套21，该单向阀滑套21为底端开口的管状结构，其顶部封闭且与所述顶部缓冲总成11连接，一连接管(连接管下端用以连接顶部单向阀总成13下方的部件)由该单向阀滑套21底部穿入并与该单向阀滑套21内侧面滑动连接，该连接管的顶面内周缘设有锥面，形成一阀座；该单向阀滑套21内侧面套设有单向阀阀壳22，其底部与所述连接管的底部固定连接，该单向阀阀壳22内设有一阀球23，该阀球23设置于该阀座上方，当单向阀关闭时，连接管的阀座与阀球23紧密配合，形成有效密封；所述单向阀滑套21及单向阀阀壳22于所述阀座上方的侧壁上对应设有多个过流孔，为液体的过流通道，所述连接管与所述单向阀滑套21之间设有密封圈24；单向阀滑套21和单向阀阀壳22相互套装在一起，两者之间的密封靠安装在连接管外表面的密封圈24来实现；借此在本实用新型的井下分级装置中构成了能够有效防止液体回流的单向阀结构。同时，所述连接管上的于所述密封圈下方设有多个径向旁通过流孔；当井下分级装置被打捞而向上提升时，单向阀滑套与所述连接管之间发生相对滑动，从而使所述径向旁通过流孔露出并与井筒环空连通，而使井下分级装置以上的液柱经径向旁通孔和分级装置内部流至井下，减轻了井下分级装置提升过程中的阻力。

另外，本实用新型的用于柱塞采气系统的井下分级装置，较佳的，还可以于顶部缓冲总成11与所述顶部单向阀总成13之间设置仪器工作筒12，仪器工作筒12外表面有进液孔，为内部的仪器提供流体采样或测量通道。仪器工作筒12内部可以预先放置各种井下仪器，比如压力、温度传感器、流体采样设备等，用于井下分级装置安装在井下时，可以长期对井筒的各项参数进行采集和监测。

另外，本实用新型用于柱塞采气系统的井下分级装置的密封总成14，用以连接上方的顶部单向阀总成13及下方的座挂总成15，同时主要起到分隔本实用新型的井下分级装置与油管内壁之间的环空的作用。

如图5所示，本实用新型的用于柱塞采气系统的井下分级装置，较佳的，其密封总成14包括与所述顶部单向阀总成13底部连接的扩张锥25，所述扩张锥25为下端部外周侧呈锥形的管状结构，其底部内侧面与一密封定位筒26顶部的外侧面固定连接，较佳的，扩张锥25与密封定位筒26通过螺纹连接；该密封定位筒26的底端沿径向向外设有凸台，一圆柱管状的密封总成短节29能够滑动地套设于所述密封定位筒26的外周侧，该密封总成短节29的中心通道分为直径上小下大的两段，该中心通道内形成有环形的阶梯面，所述凸台的顶面配合抵顶于所述阶梯面设置；

所述密封总成短节29与所述密封定位筒26之间设有钢球锁定装置30，所述钢球锁定装置30设置于所述密封总成短节29侧壁的径向孔内，包括弹簧、钢球、调节螺母及与所述钢球对应设置的凹设于密封定位筒26外侧面的凹槽；借此，本实用新型的井下分级装置组装完成后，密封定位筒26的凸台顶在密封总成短节29内部的阶梯面上，其位置由钢球锁定装置30来锁定。

所述密封总成短节29的底部内侧与一管状过渡接头31的顶部外侧固定连接，较佳的，密封总成短节29与过渡接头31通过螺纹连接；且过渡接头31于所述密封总成短节29内形成一限制所述密封定位筒26的凸台移动的抵顶部，过渡接头31的顶部端面对密封定位筒26的运动起到限位作用；一密封总成本体28设于所述密封总成短节29的上方并且套设于所述密封定位筒26外周侧，该密封总成本体28外周侧套设有所述密封胶筒27。

较佳的，如图9A及图9B所示，所述密封总成本体28为一端设有均匀分布的纵向槽的锥形体扩张结构件，由于纵向槽的设置，将其分隔成多个压紧条，而每个压紧条之间具有间隙，通过挤压和撑开两个方向作用可以实现使包覆在其外侧的密封胶筒27收缩和膨胀；密封胶筒27由耐油橡胶制成，套装在密封总成本体28上；扩张锥25的作用主要是撑开密封总成本体28，并使密封胶筒27向外扩张座封，起到分隔工具总成和油管内壁之间的环空的作用。

如图6所示，本实用新型的用于柱塞采气系统的井下分级装置，较佳的，其座挂总成15油管接箍座挂器，该座挂器的顶部与所述密封总成的底部固定连接。较佳的，该座挂器包括一座挂中心筒32，该座挂中心筒32的顶部与所述密封总成14的底部固定连接，该座挂总成本体34外周侧安装有所述座挂器33，油管接箍的座挂器33采用现有的油管座挂结构设计。借此，座挂总成15的作用是使本实用新型的井下分级装置能够座挂于油管的接箍位置，为密封总成14提供足够的座挂力。本实用新型的座挂总成并不限制为上述油管接箍座挂器，也可以是其他座挂器。

如图7所示，本实用新型用于柱塞采气系统的井下分级装置的底部缓冲总成16较佳实施方式的示意图，较佳的，本实用新型用于柱塞采气系统的井下分级装置的底部缓冲总成16设有一底部过流筒35，其顶部与所述座挂总成15的底部固定连接，该底部过流筒35的侧壁上设有多个过流孔，且该底部过流筒35底面设有一底部杆孔，该底部杆孔插设有一“T”型的底部弹簧导杆36，该底部弹簧导杆36头部能够移动地设置于所述底部过流筒35内且该头部的底面对应所述底部过流筒35底面的上表面设置；底部弹簧导杆36的结构与顶部弹簧导杆18一样，其头部的小表面与底部过流筒35的内侧面贴合，在受到柱塞冲击时底部弹簧导杆36可在底部过流筒35内浮动。该底部弹簧导杆36的另一端与一底部打捞头38固定连接，该底部弹簧导杆36穿出所述底部过流筒35的部分套设有一底部弹簧37，该底部弹簧37一端抵顶于所述底部过流筒35的底面，另一端则抵顶于该底部打捞头38的顶面；该底部打捞头38的底部固定连接有一柱塞推杆39。柱塞推杆39的作用是在柱塞上行到达井下分级装置时，柱塞推杆39进入柱塞本体内，将柱塞的旁通阀打开，使柱塞的运行状态从上行转为下行。如图8所示，柱塞推杆39为现有技术，此处不再赘述。

承上所述，请参照图1及图2所示，以下为本实用新型的用于柱塞采气系统的井下分级装置的较优实施方式的整体结构，该井下分级装置包括：顶部缓冲总成11、顶部单向阀总成13、密封总成14及底部缓冲总成16；顶部缓冲总成11设有顶部缓冲装置；顶部单向阀总成13与所述顶部缓冲装置的底部固定连接，该单向阀总成设有多个过流孔，该单向阀流通方向为由下往上的方向；密封总成14设有密封胶筒27；该密封总成14的顶部与所述顶部单向阀总成13的底部连接；座挂总成15的顶部与所述密封总成14的底部连接，该座挂总成15的本体上安装有座挂器33；底部缓冲总成16设有底部过流筒35，该底部过流筒35与所述座挂总成15的底部连接，且该底部过流筒35的表面设有多个过流孔，该底部过流筒35的底部设有底部缓冲装置，该缓冲装置底部设有柱塞推杆39；所述顶部单向阀总成13、密封总成14、座挂总成15及底部过流筒35连通设置。

其中，所述顶部缓冲总成11的顶部缓冲装置包括一顶部缓冲接头20，其与所述顶部单向阀总成13的顶部连接，该顶部缓冲接头20内设有一空腔，其顶面设有一顶部杆孔，该顶部杆孔穿设有一“T”型的顶部弹簧导杆18，该顶部弹簧导杆18的头部能够移动地设置于所述顶部缓冲接头20的空腔内且该头部对应于所述顶部缓冲接头20顶面的下表面设置，该顶部弹簧导杆18的另一端与一顶部打捞头17连接；所述顶部弹簧导杆18穿出所述顶部缓冲接头20的部分套设有顶部弹簧19，该顶部弹簧19的一端抵顶于所述顶部缓冲接头20的顶面，其另一端则抵顶于与该顶部打捞头17的底面。

另外，所述顶部缓冲接头20的底部与一设有中心通道的仪器工作筒12的顶部固定连接；

所述顶部单向阀总成13设有单向阀滑套21，该单向阀滑套21为底端开口的管状结构，其顶部封闭且与所述仪器工作筒12的底部固定连接，一扩张锥25(包括连接管段)由该单向阀滑套21底部穿入并与该单向阀滑套21内侧面滑动连接，该扩张锥25的顶面内周缘设有锥面，形成一阀座；该单向阀滑套21内侧面套设有单向阀阀壳22，其底部与所述扩张锥底端固定连接，该单向阀阀壳22内设有一阀球23，该阀球23设置于该阀座上方；所述单向阀滑套21及单向阀阀壳22于所述阀座上方的侧壁上对应设有多个所述过流孔，所述连接管与所述单向阀滑套21之间设有密封圈24；同时，所述连接管上的于所述密封圈下方设有多个径向旁通过流孔；当井下分级装置被打捞而向上提升时，单向阀滑套与所述连接管之间发生相对滑动，从而使所述径向旁通过流孔露出并与井筒环空连通，而使井下分级装置以上的液柱经径向旁通孔和分级装置内部流至井下，减轻了井下分级装置提升过程中的阻力。较佳的情况下，所述径向旁通过流孔的上下两侧均设有密封圈，从而防止井下分级装置内的液体向外泄露。

所述密封总成14设有一密封定位筒26，所述扩张锥25为下端部外周侧呈锥形的管状结构，其底部内侧面与所述密封定位筒26顶部的外侧面固定连接，该密封定位筒26的底端沿径向向外设有凸台，一圆柱管状的密封总成短节29能够滑动地套设于所述密封定位筒26的外周侧，该密封总成短节29的中心通道分为直径上小下大的两段，并形成有环形的阶梯面，所述凸台的顶面配合抵顶于所述阶梯面设置；

所述密封总成短节29与所述密封定位筒26之间设有钢球锁定装置30，所述钢球锁定装置30设置于所述密封总成短节29侧壁的径向孔内，包括弹簧、钢球、调节螺母及与所述钢球对应设置的凹设于密封定位筒26外侧面的凹槽；

所述密封总成短节29的底部内侧与一管状过渡接头31顶部的外侧固定连接，且该过渡接头31于所述密封总成短节29内形成一限制所述密封定位筒26的凸台移动的抵顶部；一密封总成本体28设于所述密封总成短节29的上方并且套设于所述密封定位筒26外周侧，该密封总成本体28外周侧套设有所述密封胶筒27；所述密封总成本体28为一端设有均匀分布的纵向槽的锥形体扩张结构件；

所述座挂总成15为油管接箍座挂器，该座挂器的顶部与所述密封总成的底部固定连接。该座挂器设有一座挂中心筒32，该座挂中心筒32的顶部与所述过渡接头31的底部固定连接，其底部与一中空管状的座挂总成15本体的顶部固定连接，该座挂总成本体34外侧安装有所述座挂器33；

所述底部缓冲总成16设有一底部过流筒35，该底部过流筒35的顶部与所述座挂总成本体34的底部固定连接，该底部过流筒35的侧壁上设有多个过流通道，且该底部过流筒35底面设有一底部杆孔，该底部杆孔插设有一“T”型的底部弹簧导杆36，该底部弹簧导杆36头部能够移动地设置于所述底部过流筒35内且该头部的底面对应所述底部过流筒35底面的上表面设置；该底部弹簧导杆36的另一端与一底部打捞头38固定连接，该底部弹簧导杆36穿出所述底部过流筒35的部分套设有一底部弹簧37，该底部弹簧37一端抵顶于所述底部过流筒35的底面，另一端则抵顶于该底部打捞头38的顶面；该底部打捞头38的底部固定连接有所述柱塞推杆39。

本实用新型还提出了一种多级柱塞采气系统，较佳的，该多级柱塞采气系统包括至少一个如上所述的井下分级装置，以及多个柱塞，所述柱塞设有与所述柱塞推杆39配合设置的内部流道，其底部设有用以开启或关闭该柱塞底部过流孔的柱塞导杆；所述井下分级装置间隔设置于所述该多级柱塞采气系统的底部减震器上方，所述柱塞的数量为所述井下分级装置数量加一，使井下分级装置分隔成的每一个层段都设有一个柱塞，每一个柱塞在各自的层段内进行举升作业，形成了各个层段接力举升的工作模式。

如上所述的本实用新型的多级柱塞采气系统，其井下分级装置能够将气井井筒分成多个的层段，克服传统柱塞工具不能用于中深层气井开发的缺点，拓展了柱塞气举的应用领域。以上述实施例为例，所述井下分机装置在进行投送作业时，其顶部与相关工具相连，由钢丝携带下入到油管内的指定位置时，油管接箍座挂器33发挥作用，将总成固定在油管内壁的接箍位置。相关工具对总成施加向下的力，座挂中心筒32将油管接箍座挂器33完全撑开，使整个总成座挂在油管内。座挂完成后，过渡接头31的下端面顶在座挂总成本体34的上端面。相关工具继续对总成施加下压力，密封定位筒26克服钢球锁定装置30的锁定力，与扩张锥25一起向下运动，直至过渡接头31的顶部为止。扩张锥25将密封总成本体28撑开，使密封胶筒27向外扩张与油管内壁接触，分隔井下分级装置和油管内壁之间的环空，防止液体从环空向上流动进入井下分级装置的上部。从而完成了本实用新型井下安装作业，而将原有的井筒分隔为多个层段，实现多级接力举升液体。

井下分级装置完成座挂和密封后，相关工具与其脱离，分级工具安装作业完成。然后，从井口投入新的柱塞至井下分级装置的上面。如果需要对井筒进行更多的分级以实施举升作业，可以重复前述的操作过程，继续投送、安装其它井下分级装置和配套的柱塞工具，以构成更多级的柱塞采气系统。

进行正常的排液采气作业时，井下分级装置下部的柱塞将井底积液举升至井下分级装置，通过底部过流筒35的过流孔进入井下分级装置的内部。由于密封总成14的封隔，液体不会经环空窜入井下密封装置的上部。因为上下压差的作用，液体顶开阀球23，单向阀打开，液体由单向阀滑套21和单向阀阀壳22的过流孔流出进入井下分级装置的上部。同时，柱塞的旁通阀被柱塞推杆39打开，柱塞下部的气体由柱塞的内部向上流动，经井下分级装置的内部流道向上流动。使井下分级装置上部的上一级柱塞下方的压力逐渐积聚、升高，到达一定值时上一级柱塞开始上行，将液体推至井口或更上一级的井下分级装置。进行正常的排液采气作业时，扩张锥25上的旁通孔与外部隔开，液体不会通过该孔流入或流出。

在进行打捞回收作业时，利用钢丝将相关工具送入井中。当到达井下分级装置时，相关工具抓住顶部打捞头17，随即施加上提力。通过上提力的作用，使座挂总成15收回，座挂中心筒32和油管接箍座挂器33复位。同时，密封总成14的扩张锥25与密封定位筒26上行，密封胶筒27和密封总成本体28失去扩张锥25的支撑而收缩，密封总成14解封。密封定位筒26上行，直至钢球锁定装置30重新对其锁定，从而达到使密封总成复位的目的。

上提井下分级装置的过程中，顶部单向阀总成13的单向阀滑套21相对于单向阀阀壳22上行，使扩张锥25的径向旁通过流孔与外部连通，使井下分级装置以上的液柱经径向旁通孔和分级装置内部流至井下，井下分级装置上部的残留液柱会沿该孔向下流入井筒，这样可减轻井下分级装置在打捞回收过程中的上提负荷，有利于作业的顺利进行。回收井下分级装置后，可将仪器工作筒12的内部仪器取出，下载相关数据以对其进行分析处理。

如果只对井下分级装置的工作深度进行调整，由于座挂总成15及密封总成14等部件并非通过剪切销钉完成作业，而是通过整体结构的联动而实现座封，所以本实用新型的井下分级装置可以在井筒内直接完成解挂和再次座挂等操作，作业过程就是“打捞解封，再投送座挂”，本实用新型的井下分级装置不用起出井口，操作方便，极大的提升了气井作业的效率。

综上所述，本实用新型的用于柱塞采气系统的井下分级装置，在上部和下部分别设有缓冲结构，还有用于座挂在油管内壁上的接箍定位装置，用于防止机构松开的、可重复设置的锁定装置，以及过流单向阀装置。该技术可用于中深层气藏的生产，以及投产中后期气液比下降的气井。当在预定深度的油管内安装一定数量的这种工具后，气井井筒被分成数段，每一段由一只柱塞进行排液采气作业，底部缓冲装置与井下分级装置之间的距离，以及各井下分级装置之间的距离决定了柱塞运行的位移。整个系统工作时，就如同接力一样，由最底部的柱塞开始，逐级的将井底的积液举升并经过各段到达井口。本实用新型克服了传统柱塞举升技术的缺点，将柱塞技术的应用领域由中浅层扩展至中深层，降低了柱塞技术应用条件中的气液比临界值，对于已关停的柱塞气举生产井，下入该井下分级装置和新柱塞后即可恢复气井的生产。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (9)

1.一种用于柱塞采气系统的井下分级装置，其特征在于，该井下分级装置包括：

顶部缓冲总成，设有顶部缓冲装置；

顶部单向阀总成，与所述顶部缓冲装置的底部固定连接，该单向阀总成设有多个过流孔，该单向阀流通方向为由下往上的方向；

密封总成，设有密封胶筒；该密封总成的顶部与所述顶部单向阀总成的底部连接；

座挂总成，其顶部与所述密封总成的底部连接，该座挂总成的本体上安装有座挂器；

底部缓冲总成，设有底部过流筒，该底部过流筒与所述座挂总成的底部连接，且该底部过流筒的表面设有多个过流孔，该底部过流筒的底部设有底部缓冲装置，该缓冲装置底部设有柱塞推杆；

所述顶部单向阀总成、密封总成、座挂总成及底部过流筒连通设置。

2.如权利要求1所述的用于柱塞采气系统的井下分级装置，其特征在于，所述顶部缓冲总成的顶部缓冲装置包括一顶部缓冲接头，其与所述顶部单向阀总成的顶部连接，该顶部缓冲接头内设有一空腔，其顶面设有一顶部杆孔，该顶部杆孔穿设有一“T”型的顶部弹簧导杆，该顶部弹簧导杆的头部能够移动地设置于所述顶部缓冲接头的空腔内且该头部对应于所述顶部缓冲接头顶面的下表面设置，该顶部弹簧导杆的另一端与一顶部打捞头连接；所述顶部弹簧导杆穿出所述顶部缓冲接头的部分套设有顶部弹簧，该顶部弹簧的一端抵顶于所述顶部缓冲接头的顶面，其另一端则抵顶于与该顶部打捞头的底面。

3.如权利要求1所述的用于柱塞采气系统的井下分级装置，其特征在于，所述顶部单向阀总成设有单向阀滑套，该单向阀滑套为底端开口的管状结构，其顶部封闭且与所述顶部缓冲总成连接，一连接管由该单向阀滑套底部穿入并与该单向阀滑套内侧面滑动连接，该连接管的顶面内周缘设有锥面，形成一阀座；该单向阀滑套内侧面套设有单向阀阀壳，其底部与所述连接管底部固定连接，该单向阀阀壳内设有一阀球，该阀球设置于该阀座上方；所述单向阀滑套及单向阀阀壳于所述阀座上方的侧壁上对应设有多个所述过流孔，所述连接管与所述单向阀滑套之间设有密封圈；所述连接管上的于所述密封圈下方设有多个径向旁通过流孔。

4.如权利要求1所述的用于柱塞采气系统的井下分级装置，其特征在于，所述密封总成包括与所述顶部单向阀总成底部连接的扩张锥，所述扩张锥为下端部外周侧呈锥形的管状结构，其底部内侧面与一密封定位筒顶部的外侧面固定连接，该密封定位筒的底端沿径向向外设有凸台，一圆柱管状的密封总成短节能够滑动地套设于所述密封定位筒的外周侧，该密封总成短节的中心通道分为直径上小下大的两段，该中心通道内形成有环形的阶梯面，所述凸台的顶面配合抵顶于所述阶梯面设置；

所述密封总成短节与所述密封定位筒之间设有钢球锁定装置，所述钢球锁定装置设置于所述密封总成短节侧壁的径向孔内，包括弹簧、钢球、调节螺母及与所述钢球对应设置的凹设于密封定位筒外侧面的凹槽；

所述密封总成短节的底部内侧与一管状过渡接头的顶部外侧固定连接，且该过渡接头于所述密封总成短节内形成一限制所述密封定位筒的凸台移动的抵顶部；一密封总成本体设于所述密封总成短节的上方并且套设于所述密封定位筒外周侧，该密封总成本体外周侧套设有所述密封胶筒。

5.如权利要求1所述的用于柱塞采气系统的井下分级装置，其特征在于，所述座挂总成为油管接箍座挂器，该座挂器的顶部与所述密封总成的底部固定连接。

6.如权利要求1所述的用于柱塞采气系统的井下分级装置，其特征在于，所述底部缓冲总成设有一底部过流筒，其顶部与所述座挂总成的底部固定连接，该底部过流筒的侧壁上设有多个过流孔，且该底部过流筒底面设有一底部杆孔，该底部杆孔插设有一“T”型的底部弹簧导杆，该底部弹簧导杆头部能够移动地设置于所述底部过流筒内且该头部的底面对应所述底部过流筒底面的上表面设置；该底部弹簧导杆的另一端与一底部打捞头固定连接，该底部弹簧导杆穿出所述底部过流筒的部分套设有一底部弹簧，该底部弹簧一端抵顶于所述底部过流筒的底面，另一端则抵顶于该底部打捞头的顶面；该底部打捞头的底部固定连接有一柱塞推杆。

7.如权利要求1所述的用于柱塞采气系统的井下分级装置，其特征在于，所述顶部缓冲总成与所述顶部单向阀总成之间还设有一仪器工作筒。

8.如权利要求2所述的用于柱塞采气系统的井下分级装置，其特征在于：

所述顶部缓冲接头的底部与一设有中心通道的仪器工作筒的顶部固定连接；

所述顶部单向阀总成设有单向阀滑套，该单向阀滑套为底端开口的管状结构，其顶部封闭且与所述仪器工作筒的底部固定连接，一扩张锥由该单向阀滑套底部穿入并与该单向阀滑套内侧面滑动连接，该扩张锥的顶面内周缘设有锥面，形成一阀座；该单向阀滑套内侧面套设有单向阀阀壳，其底部与所述扩张锥底部固定连接，该单向阀阀壳内设有一阀球，该阀球设置于该阀座上方；所述单向阀滑套及单向阀阀壳于所述阀座上方的侧壁上对应设有多个所述过流孔，所述连接管与所述单向阀滑套之间设有密封圈；所述连接管上的于所述密封圈下方设有多个径向旁通过流孔；

所述密封总成设有一密封定位筒，所述扩张锥为下端部外周侧呈锥形的管状结构，其底部内侧面与所述密封定位筒顶部的外侧面固定连接，该密封定位筒的底端沿径向向外设有凸台，一圆柱管状的密封总成短节能够滑动地套设于所述密封定位筒的外周侧，该密封总成短节的中心通道分为直径上小下大的两段，并形成有环形的阶梯面，所述凸台的顶面配合抵顶于所述阶梯面设置；

所述密封总成短节与所述密封定位筒之间设有钢球锁定装置，所述钢球锁定装置设置于所述密封总成短节侧壁的径向孔内，包括弹簧、钢球、调节螺母及与所述钢球对应设置的凹设于密封定位筒外侧面的凹槽；

所述密封总成短节的底部内侧与一管状过渡接头顶部的外侧固定连接，且该过渡接头于所述密封总成短节内形成一限制所述密封定位筒的凸台移动的抵顶部；一密封总成本体设于所述密封总成短节的上方并且套设于所述密封定位筒外周侧，该密封总成本体外周侧套设有所述密封胶筒；所述密封总成本体为一端设有均匀分布的纵向槽的锥形体扩张结构件；

所述座挂总成为油管接箍座挂器，该座挂器的顶部与所述过渡接头的底部固定连接；

所述底部缓冲总成设有一底部过流筒，该底部过流筒的顶部与所述座挂总成的底部固定连接，该底部过流筒的侧壁上设有多个过流孔，且该底部过流筒底面设有一底部杆孔，该底部杆孔插设有一“T”型的底部弹簧导杆，该底部弹簧导杆头部能够移动地设置于所述底部过流筒内且该头部的底面对应所述底部过流筒底面的上表面设置；该底部弹簧导杆的另一端与一底部打捞头固定连接，该底部弹簧导杆穿出所述底部过流筒的部分套设有一底部弹簧，该底部弹簧一端抵顶于所述底部过流筒的底面，另一端则抵顶于该底部打捞头的顶面；该底部打捞头的底部固定连接有所述柱塞推杆。

9.一种多级柱塞采气系统，其特征在于，该多级柱塞采气系统包括至少一个如权利要求1至8任意一项所述的井下分级装置，以及多个柱塞，所述柱塞设有与所述柱塞推杆配合设置的内部流道，其底部设有用以开启或关闭该柱塞底部过流孔的柱塞导杆；所述井下分级装置间隔设置于所述该多级柱塞采气系统的底部减震器上方，所述柱塞的数量为所述井下分级装置数量加一。

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