CN206409378U - 一种气井排水采气用的可控柱塞 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气井排水采气用的可控柱塞，包括太阳能电池板、井口数据接收器、柱塞捕捉器、自定位柱塞本体、数据对接环、出液口、线性轴承密封环、位移传感器、通道阀门、减速器、温度传感器、进液口、微电机、数据处理器、真空杯、可充电池组、扶正器、上阀片、下阀片、对接触点、缓冲弹簧和防落电控固定器。本实用新型自动化程度高，举升过程中摩阻低，能够清楚了解可控柱塞的工作动态和实时数据，降低了油气田的开发成本，有助于提高油气田的技术管理水平，方便了实现数字化油田建设。

Description

一种气井排水采气用的可控柱塞

技术领域

本实用新型涉及一种可控柱塞，具体为一种气井排水采气用的可控柱塞，属于天然气开采技术领域。

背景技术

天然气井的开采后期，气井的产量降低，携液能力变差，不采用其他措施的情况下，井筒积液靠该井自身能力无法将积液排到地面，如采用泡排等其他措施又存在成本高和效率低的问题，由于积液的回压影响，导致气井的产量降低，缩短了气井的开采周期；利用柱塞作为分隔气液的界面，通过井底自身的气体集聚能量，对积液进行举升是气田常用的举升方式之一。在现有技术中，中国专利申请（公开号：CN104790917A，公开日：2015年7月22日）“智能柱塞式排水采气装置”所公开的技术核心是，通过在柱塞上加装压力传感器，通过压力传感器接受到的液柱压力，来判断柱塞所处在气井中的位置，确定由电池组和电路板驱动的电机，执行阀门打开或关闭的动作，从而实现柱塞的上行或下落。不足之处是，由于气井中的液柱在井筒中是一种气液多相流，且以动态的形式存在，通过液柱压力来判断位置，时间上容易滞后和误判，因此，单靠压力传感器提供的数据，不能够准确感知柱塞在井筒中的实际位置，无法确保柱塞在井筒中适当位置，使电机驱动阀门执行相应开或者关的动作，同时亦未体现电池供电能耗的补充问题；且现有技术中使用的机械柱塞，普遍存在与油管密封的接触面摩阻大、自动化程度低、无法得知柱塞真实工况，如：实际下沉速度、实际上升速度、上升阶段速度变化曲线，获悉这些数据有利于对产品的性能及井况和区块的储层能量情况以及多相流体力学的整体分析，具有重要意义。

发明内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种气井排水采气用的可控柱塞。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的，一种气井排水采气用的可控柱塞，包括太阳能电池板、井口数据接收器、柱塞捕捉器和自定位柱塞本体；所述自定位柱塞本体的外壁设有线性轴承密封环、位移传感器和温度传感器，其中位移传感器来监测自定位柱塞本体的速度和定位、温度传感器来监测周围环境的温度；且自定位柱塞本体的底部外壁设有扶正器；所述自定位柱塞本体的内部设有可充电池组，且可充电池组的顶部设有内部带有数据处理器的真空杯，其中数据处理器放置在真空杯内，保护数据处理器免受高低温冲击的损害；所述自定位柱塞本体的顶部设有出液口、内部中间位置设有通道阀门，且出液口的外壁设有数据对接环；所述通道阀门的底部设有进液口；所述出液口与通道阀门、进液口组成一个可以控制开启和关闭的液气通道；所述通道阀门由分别带有双扇形孔的上阀片和下阀片重叠而成，上阀片固定不动，微电机驱动带有动力输出轴的减速器转动下阀片，使扇形孔的位置重合与错开，来实现开启与关闭；所述柱塞捕捉器内置缓冲弹簧、对接触点和柱塞防落电控固定器，且柱塞捕捉器通过导线连接至井口数据接收器。

优选的，所述自定位柱塞本体上部为多层组合的线性轴承密封环与油管内壁紧密结合，且所述线性轴承密封环为环形金属上整齐排列的圆珠，以金属环为球架，以油管内壁为轴承外圈的原理，各层重叠交错，形成一个活塞状的密封界面。

优选的，所述数据处理器是一种自带时钟电路的数据处理器。

优选的，所述太阳能电池板是一种具有发电与蓄电功能的太阳能电池板，作为电源用导线与所述井口数据接收器相连，且所述井口数据接收器内置电路板，用导线与所述柱塞捕捉器内置的对接触点相连。

本实用新型的有益效果是：本实用新型实现了柱塞自动能量补充，工况数据上传，自动判断自身在井筒中的准确位置，适时执行举升和下落的工序，记录实际下沉速度、实际上升速度、免打捞自动捕捉，将密封方式改为多层线性轴承组合的密封方式，解决了摩阻和漏失的问题；当自定位柱塞本体在油管内壁移动时，位移传感器能够向数据处理器提供油管长度数据，温度传感器能够向数据处理器提供环境温度值，数据处理器存储这两种数据并与自带的时钟电路分析，当油管位移长度和温度数据与设定位置一致时, 数据处理器向微电机发出打开或关闭通道阀门的指令，微电机驱动通道阀门关闭，自定位柱塞本体在井底气压作用下开始向上举升；本实用新型具有系统自动化程度高，举升过程中摩阻低，能够清楚了解可控柱塞的工作动态和实时数据，降低了油气田的开发成本，有助于提高油气田的技术管理水平，方便了实现数字化油田建设。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；图2为自定位柱塞本体阀门通道关闭状态下的结构示意图；图3为自定位柱塞本体阀门通道打开状态下的结构示意图；图4为柱塞捕捉器内结构示意图；图5A为自定位柱塞阀门上阀片结构示意图；图5B为自定位柱塞阀门下阀片结构示意图；图6为井口数据接收器工作原理图；图7为自定位柱塞本体工作原理图；图8为柱塞捕捉器的安装结构示意图。

图中：太阳能电池板1、井口数据接收器2、柱塞捕捉器3、自定位柱塞本体4、数据对接环5、出液口6、线性轴承密封环7、位移传感器8、通道阀门9、减速器10、温度传感器11、进液口12、微电机13、数据处理器14、真空杯15、可充电池组16、扶正器17、上阀片18、下阀片19、对接触点20、缓冲弹簧21、防落电控固定器22。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-8所示，一种气井排水采气用的可控柱塞，包括太阳能电池板1、井口数据接收器2、柱塞捕捉器3和自定位柱塞本体4，所述自定位柱塞本体4入井时的下落深度、举升高度、与井口数据接收器2的对接时间等工作制度由井口数据接收器2进行设定；所述自定位柱塞本体4的外壁设有线性轴承密封环7、位移传感器8和温度传感器11，其中位移传感器8来监测自定位柱塞本体4的速度和定位、温度传感器11来监测周围环境的温度；且自定位柱塞本体4的底部外壁设有扶正器17；所述自定位柱塞本体4的内部设有可充电池组16，且可充电池组16的顶部设有内部带有数据处理器14的真空杯15，其中数据处理器14放置在真空杯15内，保护数据处理器14免受高低温冲击的损害；所述自定位柱塞本体4的顶部设有出液口6、内部中间位置设有通道阀门9，且出液口6的外壁设有数据对接环5；所述通道阀门9的底部设有进液口12；所述出液口6与通道阀门9、进液口12组成一个可以控制开启和关闭的液气通道；所述通道阀门9由分别带有双扇形孔的上阀片18和下阀片19重叠而成，上阀片18固定不动，微电机13驱动带有动力输出轴的减速器10转动下阀片19，使扇形孔的位置重合与错开，来实现开启与关闭；所述柱塞捕捉器3内置缓冲弹簧21、对接触点20和柱塞防落电控固定器22，且柱塞捕捉器3通过导线连接至井口数据接收器2，需要从井内取出自定位柱塞本体4时，通过所述井口数据接收器2发出回收指令，当所述自定位柱塞本体4再次与所述井口数据接收器2对接时，所述防落电控固定器22将所述自定位柱塞本体4固定后，等待操作人员取出。

作为本实用新型的一种技术优化方案，所述自定位柱塞本体4上部为多层组合的线性轴承密封环7与油管内壁紧密结合，且所述线性轴承密封环7为环形金属上整齐排列的圆珠，以金属环为球架，以油管内壁为轴承外圈的原理，各层重叠交错，形成一个活塞状的密封界面，使自定位柱塞本体4在油管内壁上的摩擦力为滚动摩擦。

作为本实用新型的一种技术优化方案，所述数据处理器14是一种自带时钟电路的数据处理器14，当自定位柱塞本体4在油管内壁移动时，所述位移传感器8能够向所述数据处理器14提供发生位移的油管长度数据，所述温度传感器11能够向所述数据处理器14提供其所处位置的环境温度值，所述数据处理器14存储这两种数据并与自带的时钟电路分析，当油管位移长度数据和温度数据与设定位置一致时，数据处理器14向微电机13发出打开或关闭通道阀门9的指令，微电机13驱动通道阀门9关闭，自定位柱塞本体4在井底气压作用下开始向上举升，通道阀门9打开则自定位柱塞本体4则在重力作用下开始下落，如此往复，完成井筒积液举升的目的。

作为本实用新型的一种技术优化方案，所述太阳能电池板1是一种具有发电与蓄电功能的太阳能电池板1，作为电源用导线与所述井口数据接收器2相连，所述井口数据接收器2内置电路板，用导线与所述柱塞捕捉器3内置的对接触点20相连，当所述自定位柱塞本体4进入所述柱塞捕捉器3后自定位柱塞本体4上的对接环5与所述柱塞捕捉器3内的对接触点20相连接，对接后，所述自定位柱塞本体4内的可充电池组16自动充电，并完成自定位柱塞本体4工作过程数据接收、指令发送，然后将数据上传给管理者。

本实用新型在使用时：

a、因为根据各油田储层区块温度系数的不同，井下温度与深度存在较为稳定的正比关系。可以根据实施柱塞举升井筒积液的井史资料，将自定位柱塞本体4与上位机连接，进行工作制度设置，设置内容包括井身温度系数、井底举升起始位置，举升终点下落位置，与井口数据接收器2对接时间；

b、在油气井的井口采油树总闸门与测试闸门中间安装柱塞捕捉器3，同时将数据接收器2，太阳能电池板1固定在井口，并将相应的连接导线与柱塞捕捉器3连接；

c、工作制度设定完毕的气举自定位柱塞，通电后开始工作，此时气举自定位柱塞本体内通道闸门9位于开启状态，操作员按井控要求，打开采油树上测试闸门和总闸门，将气举自定位柱塞本体4放置于油管内并关闭井口测试闸门，此时气举自定位柱塞本体4上面的位移传感器8紧贴着油管内壁开始下降，移传感器8开始对自身与油管内壁发生位移的数据和温度传感器11将收集到的温度数值发送给数据处理器14，由于气举自定位柱塞本体4内通道闸门9开启，下落过程中，井内的气体和液体从液体入口12进入，穿过通道闸门9，从液体出口6流出，多层的线性轴承密封环7上的钢球在油管内壁滚动，气举自定位柱塞本体在井内会以较快的速度下降，位移数值增大，温度数值亦增大，当下落到设定深度时，温度数值应与深度数值对应，此时数据处理器14发出指令使微电机13驱动带动力输出轴的减速器10转动，连接在动力输出轴上的通道阀门9的下阀片19一同转动，使通道阀门9的下阀片19上的扇形孔与通道阀门上阀片18上的扇形孔错开，通道阀门9关闭，气举自定位柱塞本体4此时在油管内形成了一个类似活塞的封堵界面，井底气体能量开始集聚膨胀，顶起气举自定位柱塞本体4及柱塞上部的液体一起向井口位置进行举升行进，温度传感器8和位移传感器11同时继续向数据处理器提供位置和温度实时数据，当到达设定的上行位置终点时，数据处理器14发出指令使微电机13驱动带动力输出轴的减速器10转动，连接在动力输出轴上的通道阀门9的下阀片19一同转动，使通道阀门下阀片19上的扇形孔与通道阀门上阀片18上的扇形孔重合，通道阀门9打开，气举自定位柱塞本体4再次在重力作用下进行下落，数据处理器14内的存储器一直存储相关数据。

其中扶正器17使气举自定位柱塞本体4在油管内上下运动时，起到姿态稳定的作用；气举自定位柱塞本体4实行定时汇报上传的工作制度，每次举升下降的过程数据都会在与井口数据接收器2对接时进行数据交换，并由井口数据接收器2的通讯模块及时上传给管理者。对接时，井口数据接收器2内的电源管理模块也会对气举自定位柱塞本体4内的可充电池组16进行适当的电能补充；为防止气举自定位柱塞本体4在到达井口捕捉器3内时冲击损坏，井口柱塞捕捉器3内设置了缓冲弹簧21，当管理者需要从井内取出气举自定位柱塞本体4时，从井口数据接收器2的键盘上输入相应指令，在下次气举自定位柱塞本体4上行到井口柱塞捕捉器3与井口数据接收器2对接时，井口柱塞捕捉器3内的柱塞电控防落固定器22会将气举自定位柱塞本体4固定在井口柱塞捕捉器3内，等待工作人员取出。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种气井排水采气用的可控柱塞，包括太阳能电池板、井口数据接收器、柱塞捕捉器和自定位柱塞本体；其特征在于：所述自定位柱塞本体的外壁设有线性轴承密封环、位移传感器和温度传感器，其中位移传感器来监测自定位柱塞本体的速度和定位、温度传感器来监测周围环境的温度；且自定位柱塞本体的底部外壁设有扶正器；所述自定位柱塞本体的内部设有可充电池组，且可充电池组的顶部设有内部带有数据处理器的真空杯，其中数据处理器放置在真空杯内，保护数据处理器免受高低温冲击的损害；所述自定位柱塞本体的顶部设有出液口、内部中间位置设有通道阀门，且出液口的外壁设有数据对接环；所述通道阀门的底部设有进液口；所述出液口与通道阀门、进液口组成一个可以控制开启和关闭的液气通道；所述通道阀门由分别带有双扇形孔的上阀片和下阀片重叠而成，上阀片固定不动，微电机驱动带有动力输出轴的减速器转动下阀片，使扇形孔的位置重合与错开，来实现开启与关闭；所述柱塞捕捉器内置缓冲弹簧、对接触点和柱塞防落电控固定器，且柱塞捕捉器通过导线连接至井口数据接收器。

2.根据权利要求1所述的一种气井排水采气用的可控柱塞，其特征在于：所述自定位柱塞本体上部为多层组合的线性轴承密封环与油管内壁紧密结合，且所述线性轴承密封环为环形金属上整齐排列的圆珠，以金属环为球架，以油管内壁为轴承外圈的原理，各层重叠交错，形成一个活塞状的密封界面。

3.根据权利要求1所述的一种气井排水采气用的可控柱塞，其特征在于：所述数据处理器是一种自带时钟电路的数据处理器。

4.根据权利要求1所述的一种气井排水采气用的可控柱塞，其特征在于：所述太阳能电池板是一种具有发电与蓄电功能的太阳能电池板，作为电源用导线与所述井口数据接收器相连，且所述井口数据接收器内置电路板，用导线与所述柱塞捕捉器内置的对接触点相连。