CN206111536U - 一种可连续排水采气柱塞 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可连续排水采气柱塞，包括套筒和阀芯，阀芯分成相互独立、且轴向配合的阀杆和顶杆，阀杆处在顶杆的上方，阀杆的顶端具有配合套筒密封面的密封头、底端具有径向外凸的定位止口，且阀杆上径向设有至少一个导流槽，套筒对应阀杆和顶杆轴向配合的动作区域内设有锁定机构，锁定机构包括弧段结构的卡槽，该卡槽的内壁上具有构成锁定凹槽的两个间隔凸台，这两个凸台的外沿分别为斜面结构，卡槽以弹性方式径向装配在套筒上、卡槽的两个凸台能够径向延伸进套筒内孔，延伸进的两个凸台的最高点分别处在阀杆底端和顶杆顶端的径向覆盖范围内。它具有可靠性高、稳定性好、作业高效、经济性好、实用性强等特点。

Description

一种可连续排水采气柱塞

技术领域

本实用新型涉及排水采气柱塞，具体是一种可以不关井、进行连续排水采气生产的柱塞。

背景技术

在气井的开采生产作业中，井内积液是制约气井正常生产的主要因素。为了解决井内积液过多或产水、使气井恢复正常生产，排水采气是气井开采生产作业中的一项重要技术措施，而排水采气的主要技术手段体现为泡沫排水和柱塞气举。

柱塞气举是利用气井自身的能量来携液的人工举升工艺，具体的：在油气管内设置一个与之相配、且在外力作用下能够在油气管内实现上、下自由活动的柱体活塞，以柱体活塞在井筒内的一定积液深度下形成固体的密封界面，随着气井能量的聚集，将柱体活塞和上部的液体一并举升至井口，以此排出一定的液体并减少所举升液体的滑脱量，提高气井的举升、生产效率。

目前，常见的排水采气柱塞主要为间歇式柱塞，其主要由套筒和布置于套筒内的阀芯组成，套筒对阀芯仅具有上、下行程限位结构和密封结构，无其它结构设计。此类间歇式柱塞在举升后的回落过程中，需要在关井状态下、依靠自身重力方能实现回落、下井，这也就使得气井需要间歇式的关闭，造成了气井不能连续性的生产。这种生产手段不仅导致作业效率低、生产成本高，而且易使气井的井况恶化。由此可见，现有间歇式柱塞在排水采气作业中存在不够经济、可靠和实用的问题。

发明内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种可靠性高、稳定性好、作业高效、经济性好、实用性强的可连续排水采气柱塞。

本实用新型所采用的技术方案是：一种可连续排水采气柱塞，包括套筒和布置于套筒内的阀芯，所述阀芯分成相互独立、且轴向配合的阀杆和顶杆，所述阀杆处在顶杆的上方，阀杆的顶端具有配合套筒密封面的密封头、底端具有径向外凸的定位止口，且所述阀杆上径向设有至少一个导流槽，所述套筒对应阀杆和顶杆轴向配合的动作区域内设有锁定机构，所述锁定机构包括弧段结构的卡槽，该卡槽的内壁上具有构成锁定凹槽的两个间隔凸台，这两个凸台的外沿分别为斜面结构，所述卡槽以弹性方式径向装配在套筒上、卡槽的两个凸台能够径向延伸进套筒内孔，延伸进的两个凸台的最高点分别处在阀杆底端和顶杆顶端的径向覆盖范围内。

作为优选方案，所述锁定机构主要由盖板、弹性元件和卡槽组成，所述盖板固定在套筒的安装窗口上、对弹性元件形成定位，所述卡槽以定位止口结构活动装配在盖板内侧，所述弹性元件处在盖板与卡槽之间、以盖板为基点支撑卡槽。进一步的，所述弹性元件为Z型弹片。

所述卡槽上的凸台斜面以套筒的径向平面为基准倾斜15～75°。

所述锁定机构为多个，它们间隔分布在套筒的同一周向上。或者，所述锁定机构为一个、具有多个弧段卡槽，所述锁定机构环状布置在套筒的圆周上，锁定机构的多个卡槽在周向上间隔分布。

作为优选方案，所述顶杆的顶端具有高度大于所述卡槽上的锁定凹槽宽度的顶推头。

作为优选方案，所述阀杆的密封头为半球体或平顶的锥体结构。

作为优选方案，所述套筒的内壁上具有对上行密封的阀杆进行限位的径向凸台；所述套筒的内壁上具有对下行的顶杆进行限位的径向凸台。进一步的，所述套筒主要由顺序连接在一起的上套筒、中套筒和下套筒组成，所述上套筒的上端外部具有打捞头、内部具有锥形密封面，所述中套筒用于设置锁定机构，所述下套筒的外周上设有至少一道紊流密封槽。

本实用新型的有益效果是：

1. 本实用新型的套筒不仅能对上、下行程的阀芯进行限位、以及必要的密封，而且，它还能使上行到位的阀芯实现锁定、下行到位的阀芯实现解锁并密封，进而在不关井的状态下、能够实现可连续性的排水采气，具有可靠性高、稳定性好、作业高效、经济性好、实用性强等特点；

2. 本实用新型的结构设计有利于增大阀芯的通流面积，同时使各部件的配合精密化，进一步增强了其可靠性和稳定性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型在上行举升过程中的一种结构示意图。

图2是本实用新型在下行回落过程中的一种结构示意图。

图3是图1、图2中的锁定机构的一种结构示意图。

图中代号含义：1—打捞头；2—上套筒；3—锥形密封面；4—密封头；5—阀杆；6—导流槽；7、13、19—限位凸台；8—锁定机构；9—中套筒；10—下套筒；11—紊流密封槽；12—顶推头；14—顶杆；15—盖板；16—卡槽；17—定位凹槽；18—推动斜面；20—Z型弹片。

具体实施方式

实施例1

参见图1、图2和图3所示，本实用新型为排水采气作业用的举升柱塞，其包括套筒和布置于套筒内的阀芯，现详述如下。

套筒的轮廓结构应当满足油气管的技术要求、与之相匹配，套筒主要由从上而下顺序连接在一起的上套筒2、中套筒9和下套筒10组成。其中，上套筒2的上端为变径结构，即上套筒2的上端外部具有打捞头1，上套筒2的上端内部具有锥形密封面3。中套筒9的同一周向上以均布方式间隔设置有多个（例如两个、三个或四个，通常为三个）安装窗口，每个安装窗口用于安装下述的锁定机构8，安装窗口至上套筒2上的锥形密封面3的距离应当大于下述阀芯的阀杆5高度。下套筒10的外周上设有多道紊流密封槽11；下套筒10底端至中套筒9上的安装窗口的距离应当小于下述阀芯的顶杆14高度。基于下述阀芯的分体结构和锁定机构8对其实现锁定的功能，前述中套筒9的位置处在下述阀芯的阀杆5和顶杆4在整个套筒内的轴向配合的动作区域，尤其是中套筒9上的安装窗口。

锁定机构8的数量对应与中套筒9上的安装窗口，即锁定机构8为多个，每个对应中套筒9上的一个安装窗口，这些锁定机构8间隔分布在中套筒9的同一周向上。每个锁定机构8主要由盖板15、弹性元件和卡槽16组成。其中，盖板15为匹配中套筒9外周轮廓弧度的弧板结构；盖板15通过紧固螺钉等紧固件固定在中套筒9的安装窗口上，盖板15的外表面与中套筒9的外壁基本齐平；端盖15用于对弹性元件进行定位，为了保证定位的可靠性和稳定性，端盖15的内表面为内凹结构-具有弹性元件放置槽。卡槽16亦为弧板结构，匹配于盖板15的弧度和中套筒9的弧度，尤其是中套筒9的内孔弧度；卡槽16的内壁上具有构成环向锁定凹槽17的两个间隔凸台（即上凸台和下凸台），这两个凸台的顶端外沿分别为内侧高、外侧低的斜面结构-即推动斜面18，推动斜面18的倾斜角度以径向平面（该径向平面应以安装锁定机构8的套筒径向平面为准）为基准倾斜15～75°，例如15°、30°、45°或65°等，通常为45°即可；卡槽16的两个凸台的凸起高度应以以下参照为基准，卡槽16安装在中套筒9上以后的自由状态下，卡槽16的两个凸台径向延伸进中套筒9的内孔，延伸进的两个凸台的最高点（即内侧）分别处在下述阀芯的阀杆5底端和顶杆14顶端的径向覆盖范围内（阀杆5底端和顶杆14顶端的径向覆盖范围基本一致）；卡槽16的上、下两端分别具有台阶面，即在卡槽16的前述两个凸台的外侧具有向上的限位凸台19和向下的限位凸台19，卡槽16上的限位凸台19与中套筒9安装窗口上的限位凸台相匹配，从而使卡槽16以定位止口的结构活动装配在盖板15的内侧。弹性元件处在盖板15与卡槽16之间，弹性元件以盖板15为基点支撑卡槽16，使卡槽16以弹性方式径向装配在中套筒9上，进而使卡槽16的锁定凹槽17两端的两个凸台能够径向延伸进中套筒9的内孔；弹性元件元件的结构形式可以是多样，例如螺旋弹簧、扭力弹簧、弹性橡胶等等，本实用新型为了保证卡槽16支撑的稳定性，优选Z型弹片20。

阀芯分成相互独立、且轴向配合的阀杆5和顶杆14，阀杆5处在顶杆14的上方。其中，阀杆5为顶端封闭、底端开口的盲孔杆体结构；阀杆5的杆体外径小于上套筒2的内孔直径，阀杆5的杆体外壁与上套筒2的内孔之间形成环空空间，在阀杆5的杆体上径向设有多个导流槽6，每个导流槽6为条形孔结构，它们均布在阀杆5杆体的圆周上；阀杆5的顶端具有配合上套筒2上部锥形密封面3的密封头4，该密封头4优选半球体结构，即以球形曲面与锥形密封面3配合，形成线性密封，当然，密封头也可以采用平顶的锥体结构，但这就要求密封头的锥形密封面和上套筒上的锥形密封面具有较高的加工精度，即技术要求高；阀杆5的底端具有径向外凸的定位止口，从而使阀杆5的底端外壁形成台阶面。顶杆14处在阀杆5的轴向下方，顶杆14为中空结构；为了能够对顶杆14的下行形成限位，顶杆14的顶端具有径向外凸的限位凸台，该限位凸台在与阀杆5的配合中起到了推动锁定机构8卡槽16的作用，因而顶杆14的顶端限位凸台为顶推头12，该顶推头12的外径匹配于下套筒10和中套筒9的内孔直径，且顶推头12的高度应当大于卡槽16上的锁定凹槽17槽口宽度，这样顶杆14在推动卡槽16时，防止发生顶杆14顶推头12被卡槽16的锁定凹槽17卡住的现象。

为了能够对上行密封的阀杆5形成限位，上述中套筒9的内壁上具有向内径向延伸的限位凸台7，该限位凸台7处在阀杆5底端的定位止口的上方，且处在定位止口的径向覆盖范围内。同样的，为了能够对下行回落的顶杆14形成限位，上述下套筒10的内孔底端上具有向内径向延伸的限位凸台13，该限位凸台13处在顶杆14顶端的顶推头12的下方，且处在顶推头12的径向覆盖范围内。

本实用新型的工作过程概述如下：

当上行时：回落柱塞的顶杆14被井下的卡定器撞击后向上运动，顶杆14的顶推头12外沿冲击锁定机构8的下侧推动斜面18（卡槽16上的），锁定机构8的卡槽16产生径向外退，阀杆5的定位止口退出卡槽16上的锁定凹槽17，锁定机构8的Z型弹片20被压缩，顶杆14继续上行推动阀杆5、至阀杆5的密封头4与上套筒2的锥形密封面3接触密封，在井底气流冲击作用下，密封头4与锥形密封面3严密接触密封，此时柱塞在卡定器上形成了一个固体密封面，下套筒10上的紊流密封槽11起到动密封作用，随着井底能力聚集至一定程度后，推动柱塞和上部液体至井口，达到举升井筒积液的目的；

当下行时：上升柱塞被井口捕捉器捕捉后，井口装置预设的顶针撞击阀杆5的密封头4，使阀杆5向下运动，在撞击推力和阀杆5自身重力的双重作用下，顶杆14下行至下套筒10处限位，锁定机构8复位，阀杆5的定位止口外沿冲击卡槽径向后退、进而定位止口落入卡槽16的锁定凹槽17内，待气井生产至井筒有积液后，打开井口捕捉器，柱塞下行，井筒流体经过柱塞阀芯上的导流槽向上流动，柱塞下行过程中无需关井，锁定机构8有效限制了阀杆5在回落过程中的上行，避免了密封头4与锥形密封面3的结合。

实施例2

本实施例的其它内容与实施例1相同，不同之处在于：锁定机构仅为一个，但组成锁定结构的弧板卡槽为多个；套筒上设有周向的安装窗口，锁定机构沿着套筒的圆周环状布置（类似套筒的腰线），这些卡槽沿着安装窗口在周向上间隔分布，每个卡槽对应有控制自己伸缩的弹性元件。基于此结构，锁定机构通过对端盖结构的改进，完全可以代替实施例1中的中套筒，即锁定机构本身便是中套筒，中套筒便是锁定机构。

以上各实施例仅用以说明本实用新型，而非对其限制；尽管参照上述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：本实用新型依然可以对上述各实施例中的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种可连续排水采气柱塞，包括套筒和布置于套筒内的阀芯，其特征在于：所述阀芯分成相互独立、且轴向配合的阀杆（5）和顶杆（14），所述阀杆（5）处在顶杆（14）的上方，阀杆（5）的顶端具有配合套筒密封面的密封头（4）、底端具有径向外凸的定位止口，且所述阀杆（5）上径向设有至少一个导流槽（6），所述套筒对应阀杆（5）和顶杆（14）轴向配合的动作区域内设有锁定机构（8），所述锁定机构（8）包括弧段结构的卡槽（16），该卡槽（16）的内壁上具有构成锁定凹槽（17）的两个间隔凸台，这两个凸台的外沿分别为斜面结构，所述卡槽（16）以弹性方式径向装配在套筒上、卡槽（16）的两个凸台能够径向延伸进套筒内孔，延伸进的两个凸台的最高点分别处在阀杆（5）底端和顶杆（14）顶端的径向覆盖范围内。

2.根据权利要求1所述可连续排水采气柱塞，其特征在于：所述锁定机构（8）主要由盖板（15）、弹性元件和卡槽（16）组成，所述盖板（15）固定在套筒的安装窗口上、对弹性元件形成定位，所述卡槽（16）以定位止口结构活动装配在盖板（15）内侧，所述弹性元件处在盖板（15）与卡槽（16）之间、以盖板（15）为基点支撑卡槽（16）。

3.根据权利要求2所述可连续排水采气柱塞，其特征在于：所述弹性元件为Z型弹片（20）。

4.根据权利要求1或2所述可连续排水采气柱塞，其特征在于：所述卡槽（16）上的凸台斜面以套筒的径向平面为基准倾斜15～75°。

5.根据权利要求1或2所述可连续排水采气柱塞，其特征在于：所述锁定机构（8）为多个，它们间隔分布在套筒的同一周向上。

6.根据权利要求1或2所述可连续排水采气柱塞，其特征在于：所述锁定机构为一个、具有多个弧段卡槽，所述锁定机构环状布置在套筒的圆周上，锁定机构的多个卡槽在周向上间隔分布。

7.根据权利要求1所述可连续排水采气柱塞，其特征在于：所述顶杆（14）的顶端具有高度大于所述卡槽（16）上的锁定凹槽（17）宽度的顶推头（12）。

8.根据权利要求1所述可连续排水采气柱塞，其特征在于：所述阀杆（5）的密封头（4）为半球体或平顶的锥体结构。

9.根据权利要求1所述可连续排水采气柱塞，其特征在于：所述套筒的内壁上具有对上行密封的阀杆（5）进行限位的径向凸台；所述套筒的内壁上具有对下行的顶杆（14）进行限位的径向凸台。

10.根据权利要求1或9所述可连续排水采气柱塞，其特征在于：所述套筒主要由顺序连接在一起的上套筒（2）、中套筒（9）和下套筒（10）组成，所述上套筒（2）的上端外部具有打捞头（1）、内部具有锥形密封面（3），所述中套筒（9）用于设置锁定机构（8），所述下套筒（10）的外周上设有至少一道紊流密封槽（11）。