CN210440010U - 可投捞式井下泡沫发生器 - Google Patents

Abstract

一种可投捞式井下泡沫发生器。主要为了解决目前泡沫驱地面发泡普遍存在的发泡质量差以及注泡沫作业过程中消泡严重，不能保证驱油泡沫质量的问题。其特征在于：所述可投捞式井下泡沫发生器包括配套油管和可投捞发泡芯体两部分；配套油管包括卡定管、连接管、承接管以及单向阀，可投捞发泡芯体包括投捞及防反窜结构以及泡沫发生结构；发泡芯体装配在配套油管内部，能够实现投捞及卡定；注泡沫作业时，气体经油套环空注入，发泡液经油管注入，气液两相通过泡沫发生结构生成高质量驱油泡沫，生成的驱油泡沫通过偏心配产器注入生产层。本种发泡器能够实现井下高效稳定发泡，并能够实现在一趟管柱内完成注泡沫和采油两个工艺，提高了作业效率。

Description

可投捞式井下泡沫发生器

技术领域：

本实用新型涉及一种应用于石油天然气工程领域中的泡沫发生器。

背景技术：

泡沫驱由于具有波及面积大，驱油效率高的优点，已被我国各大油田普遍认可和应用。但是，目前的泡沫驱油技术都是采用地面发泡注入井下的方式。在泡沫注入井下的过程中，尤其是对于深井和超深井，由于管壁污垢以及行程距离远，井筒流动阻力大等原因，泡沫很容易消泡，不能保证井底驱油泡沫的质量。同时现有的地面发泡器如涡轮式、螺旋式、同心管式以及挡板式等，虽然具有较好的地面发泡效果，但是由于井下工况复杂，需要井下发泡器的发泡结构具有结构简单，空间占有率小以及性能可靠的特点，现有发泡器的发泡结构不适用于井下发泡。因此，需要研制新的泡沫发生器，改善泡沫的注入方式，改进泡沫发生器的发泡结构，以保证泡沫驱效果。

发明内容：

为了解决目前泡沫驱技术地面发泡存在的泡沫在注井过程中消泡严重的问题，本实用新型设计了一种可投捞式井下泡沫发生器。该种泡沫发生器能够实现井下高效稳定发泡，所生成的驱油泡沫直接注入地层，从而避免了泡沫在注入井下的过程中消泡严重的问题，并且能够实现在一趟管内完成注泡沫和采油两个工艺，提高了作业效率。

本实用新型的技术方案是：该种可投捞式井下泡沫发生器，包括配套油管和可投捞发泡芯体两部分，其独特之处在于：

所述配套油管部分包括卡定管5、第一连接管11、承接管13以及单向阀结构；其中卡定管5与承接管13分别通过外螺纹连接在第一连接管11的两端；所述卡定管的两端分别开有与油管和第一连接管11相配合的外螺纹，所述卡定管的内部有与可投捞发泡芯体的卡块2相配合的梯形沟槽；所述第一连接管的两端分别开有与卡定管5和承接管13相配合的内螺纹；在第一连接管11内侧的中间位置有供所述单向阀结构安装的厚壁台肩结构，在厚壁台肩结构中均匀分布有两个用于安装单向阀结构的通孔，在通孔的下端开有与单向阀结构相配合的内螺纹；第一连接管11的管壁外侧均匀分布有两个与所述通孔相通的进气孔，所述进气孔的中心线与所述通孔的中心线在同一平面内；所述承接管13为多段不等径空心圆柱结构，其两端分别开有与第一连接管11和油管相连接的外螺纹，用于承接可投捞发泡芯体部分。

所述单向阀结构包括阀体16、阀端盖21、阀塞19以及阀弹簧20；其中，阀体16的一端外壁上开有外螺纹，端面上开有供螺纹上紧用的矩形槽，所述阀体16的另一端为深盲孔结构，深盲孔结构的底端开有与阀端盖21相配合的内螺纹；在靠近阀体16两端的位置处分别均匀分布有四个通气孔，其中靠近阀塞 19一端的通气孔的外侧为一环形沟槽，以利于气体通过第一连接管进入阀体16 内部，降低压力损失；阀体16的管壁内侧有与阀塞19相配合的锥面，锥面的一侧为与阀塞19上的第一O型橡胶密封圈18配合实现密封的小管径段，锥面的另一侧则是直径较大的用于作为气体流道的大管径段；阀体16的外部有两个 O型圈沟槽，通过阀体外部的第二O型橡胶密封圈17实现所述单向阀结构与第一连接管11之间的密封。

所述阀塞19的一端开有两个O型圈沟槽，以使得阀塞19外部的第一O型橡胶密封圈18能够置入，实现阀塞19与阀体16小管径段之间的密封；阀塞19 的另一端为圆柱杆，用于固定阀弹簧20。

当第一连接管11与卡定管5通过螺纹连接以后，两个部件之间有一个环形空间，使得安装在所述连接管上的单向阀结构的通气孔与该环形空间相通，从而使所述单向阀结构可自由地向可投捞发泡芯体内部导入气体。

所述可投捞发泡芯体部分包括投捞及防反窜结构以及泡沫发生结构。

所述投捞及防反窜结构包括提捞头1、卡块2、拉伸弹簧4、销轴3以及进液筛盖8；所述提捞头1的上端为与打捞矛相配合的凸缘结构，中间位置有矩形通孔，在所述矩形通孔的两侧沿着矩形通孔的竖直中分面对称开有两个方形平槽，所述方形平槽的中心位置开有与所述销轴3相配合的贯通圆孔，在提捞头1 下端相邻的两个圆柱面上开有与芯体接头7和进液筛盖8相配合的外螺纹；所述卡块2的两端为弧面，中间位置为圆形通孔，卡块2的两端不等高，相对较低的一侧有圆形凸台。

所述泡沫发生结构包括螺旋搅拌体10、发泡管9、第二连接管12、芯体接头7、芯体底座14以及底座螺母15；螺旋搅拌体10包括连接杆10-1、变螺距导流片10-2以及搅拌桨片10-3：连接杆10-1的两端为与进液筛盖8以及底座螺母15相配合的外螺纹，变螺距导流片10-2以及搅拌桨片10-3焊接在连接杆 10-1之上；所述变螺距导流片片至少4圈，最大螺距为30mm，最小螺距范围在 4mm-5mm之间，其中导流片的大螺距部分靠近连接杆10-1的端部，导流片的小螺距部分靠近连接杆10-1的中间位置，与搅拌桨片10-3相邻；搅拌桨片10-3 的厚度范围在1mm至2mm之间，所述搅拌桨片的外侧为与发泡管9内壁相配合的弧面，搅拌桨片10-3的数量范围在8组-12组之间，每组数量大于4片，按照变螺旋导流片10-2的旋向方向等距螺旋排列在连接杆10-1上，相邻的两叶桨片之间的距离范围在4mm-6mm之间，桨叶相对于连接杆的横截面有9°-11°的倾角。

所述投捞及防反窜结构以及泡沫发生结构之间通过芯体接头7螺纹连接。

本实用新型具有如下有益效果：本种可投捞式泡沫发生器主要包括配套油管以及可投捞发泡芯体两部分，其中配套油管部分连接在特定的工艺管柱中，可投捞发泡芯体能够实现在工艺管柱中的卡定以及投捞。在注泡沫作业过程中，可投捞发泡芯体卡定在配套油管内部，气体从油套环空注入，经过配套油管内部的单向阀进入发泡器内部，发泡剂经油管注入，气液两相通过发泡器的泡沫发生结构产生高效稳定的驱油泡沫，所生成的驱油泡沫通过偏心配产器直接注入产层。本种可投捞式井下泡沫发生器与现有的地面泡沫发生器发泡结构的成泡原理相似，都是通过提高气液两相的湍动强度和剪切效果来生成高质量的泡沫，但与现有的泡沫发生器的泡沫发生结构最重要的不同之处在于：本种可投捞式井下泡沫发生器的发泡结构中的变螺距导流片能够促使初混泡沫流速度增大，湍动能增强，搅拌桨片能够提高泡沫的剪切细化效果，提高了所生成泡沫的稳定性。本种泡沫发生结构具有压力损失小、生成泡沫效率高、稳定性强的特点，同时变螺距导流片以及搅拌桨片的结构简单，加工较为容易，降低了发泡器的总体成本。

本种可投捞式泡沫发生器与现有泡沫发生器在泡沫注入井下的方式上的不同之处在于：本种可投捞式井下泡沫发生器在注泡沫作业过程中，配套油管连接在工艺管柱上，发泡芯体卡定在配套油管中，气体经油套环空通过单向阀注入发泡器内部，发泡剂经油管注入，气液两相通过泡沫发生结构生成高效稳定的驱油泡沫，所生成的驱油泡沫经过偏心配产器的偏孔直接注入产层，从而避免了泡沫在注入井下的过程中由于管壁污垢以及行程距离远，井筒流动阻力大等原因，造成泡沫消泡严重的问题。

本种可投捞式泡沫发生器与现有泡沫发生器在实际生产中的优势在于：本种可投捞式泡沫发生器能够实现井下发泡，在注泡沫作业结束后，进行正常的采油作业时，需要将可投捞发泡芯体提捞出工艺管柱外部，然后向工艺管柱中下放偏心配产器的带有死咀的堵塞器，即可进行正常的采油作业。因此该种可投捞式井下泡沫发生器能够实现在一趟管内完成注泡沫和采油两个工艺，提高了作业效率。

综上所述，本种可投捞式井下泡沫发生器能够实现井下高效稳定发泡，减少泡沫传输距离，减少深井注入时消泡的机率；装配有单向阀结构的配套油管部分连接在特定的工艺管柱上，可实现在一趟管柱内完成注泡沫和采油二个工艺，减少工艺转换过程中起下管柱的作业时间及作业费用；泡沫发生结构中变螺距导流片能够提高泡沫流速，增大泡沫湍动效果，多组搅拌桨片螺旋状布置能够保证泡沫的高速螺旋流态，使泡沫得到充分的剪切细化，提高了泡沫的发泡倍数和稳定性。

附图说明：

图1是本实用新型所述可投捞式井下泡沫发生器的装配结构剖视图；

图2是本实用新型所涉及的工艺管柱图；

图3是本实用新型所述可投捞式井下泡沫发生器的外观三维图；

图4是本实用新型所述可投捞式井下泡沫发生器的三维局部剖视图1；

图5是本实用新型所述可投捞式井下泡沫发生器的三维局部剖视图2；

图6是本实用新型所述配套油管的三维局部剖视图；

图7是本实用新型所述卡定管的三维局部剖视图；

图8是本实用新型所述连接管的三维局部剖视图；

图9是本实用新型所述承接管的三维局部剖视图；

图10是本实用新型所述单向阀在连接管上的安装位置关系示意图；

图11是本实用新型所述单向阀的外观三维图；

图12是本实用新型所述单向阀的三维局部剖视图；

图13是本实用新型所述阀体的三维局部剖视图；

图14是本实用新型所述阀塞的外观三维图；

图15是本实用新型所述阀端盖的外观三维图；

图16是本实用新型所述可投捞发泡芯体的外观三维图；

图17是本实用新型所述可投捞发泡芯体的三维局部剖视图；

图18是本实用新型所述提捞头与螺旋搅拌体配合后的外观三维图；

图19是所述投捞及防反窜结构的三维局部剖视图；

图20是本实用新型所述提捞头的三维局部剖视图；

图21是本实用新型所述泡沫发生结构的三维局部剖视图；

图22是本实用新型所述螺旋搅拌体的外观三维图；

图23是本实用新型所述卡块的外观三维图；

图24是本实用新型所述进液筛盖的三维局部剖视图；

图25是本实用新型所述发泡管的三维局部剖视图；

图26是本实用新型所述芯体接头的三维局部剖视图；

图27是本实用新型所述芯体底座的三维局部剖视图；

图中1-提捞头；2-卡块；3-销轴；4-拉伸弹簧；5-卡定管；6-第三O型橡胶密封圈；7-芯体接头；8-进液筛盖；9-发泡管；10-螺旋搅拌体；10-1、连接杆；10-2、变螺距导流片；10-3、搅拌桨片；11-第一连接管；12-第二连接管； 13-承接管；14-芯体底座；15-底座螺母；16-阀体；17-第二O型橡胶密封圈2； 18-第一O型橡胶密封圈3；19-阀塞；20-阀弹簧；21-阀端盖；22-油管；23- 套管；24-可投捞式井下泡沫发生器；25-封隔器；26-偏心配产器；27-泄油器； 28-固定球阀；29-电潜泵；30-扶正器；31-生产层；32-人工井底。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

首先介绍本实用新型实现井下发泡的基本思路，如图2所示，将可投捞式井下泡沫发生器的配套油管部分结合目前油田领域中所使用的成型装置组配形成工艺管柱，在注泡作业时，首先将封隔器坐封，然后提捞偏心堵塞器打开偏心配产器的偏孔通道，向油管内投入可投捞发泡芯体，发泡芯体能够自动卡定在配套油管内部。气体经油套环空注入，发泡剂经油管注入，气体经过单向阀进入发泡器内部实现与发泡剂的初步混合发泡，初混泡沫再通过发泡器的泡沫发生结构产生高效稳定的驱油泡沫，泡沫继续经过偏心配产器注入生产层。在发泡作业结束后，进行采油作业时，向油管内下放打捞器打捞可投捞发泡芯体，防反窜结构会自动解卡，将可投捞发泡芯体提捞出工艺管柱，最后下放带有死咀的偏心堵塞器堵塞偏心配产器的偏孔通道，即可进行正常的采油作业。因此，本实用新型的关键之一是能够实现单向进气、承接及卡定可投捞发泡芯体、能够与现有成型装置配合组成工艺管柱的配套油管部分，关键之二是能够与配套油管配合实现卡定、容易下放和提捞、发泡性能好的可投捞发泡芯体部分。

本实用新型在实际应用中的具体步骤为：

在目标井口首次进行注泡沫作业开始前，需要将油管管柱起出，将配套油管部分以及相应的配套装置按照所设计的工艺管柱进行组配，所涉及的配套装置包括封隔器、偏心配产器、固定球阀以及潜油电泵，工艺管柱中的偏心配产器应安装带有死咀的偏心堵塞器。值得说明的是，本实用新型所涉及的工艺管柱所采用的抽油泵不限于潜油电泵，对于其他形式的抽油泵可以设计相应的工艺管柱形式以实现本实用新型的应用。工艺管柱的组配以及下井工作完成以后，注泡沫作业开始时，首先需要将封隔器坐封，然后将偏心堵塞器捞出，向油管中投入可投捞式发泡芯体，可投捞发泡芯体到达工艺管柱中配套油管的位置时，可投捞发泡芯体的防反窜结构将自动与配套油管配合实现卡定，以防止发泡芯体轴向窜动。可投捞发泡芯体实现卡定以后，向油套环空中注入气体，向油管内部注入发泡剂，高压气体能够推动单向阀的阀塞，打开单向阀进气通道，气体进入发泡器内部实现与发泡剂的初步混合。初混泡沫继续经过发泡器的发泡结构实现高效稳定发泡，所生成的泡沫经过偏心配产器注入到生产层。注泡沫工作结束后，阀塞在阀弹簧的弹力作用下进入阀体的小管径段内，阀塞外围的第一O型橡胶密封圈能够保证阀塞与阀体管径内壁之间的轴向密封。当进行采油作业时，需要向工艺管柱中下放带有撞击杆的打捞器打捞发泡芯体，撞杆会撞击可投捞发泡芯体的卡块，卡块在撞杆的挤压作用下克服拉伸弹簧拉力实现闭合，打捞器的钩爪会挂住提捞头的外边缘，将发泡芯体提捞出工艺管柱外。最后，下放带有死咀的偏心堵塞器堵塞偏心配产器的偏孔，从而保证了工艺管柱内部与外部的分隔，可以进行正常的采油作业。

下面介绍本实用新型在结构上的独特之处：本种可投捞式井下泡沫发生器包括配套油管和可投捞发泡芯体，两部分之间通过可投捞发泡芯体外部的第三O 型橡胶密封圈6实现密封，通过可投捞发泡芯体中的防反窜结构实现卡定，以防止可投捞发泡芯体由于井下压力的变化而发生轴向窜动，影响发泡器的发泡效果。

所述配套油管部分包括卡定管、第一连接管、承接管以及单向阀结构。其中，所述单向阀结构共两个，对称安装在第一连接管的管壁内部。卡定管与承接管分别通过螺纹配合，连接在第一连接管的上下两端。整个配套油管部分通过卡定管与承接管连接在所设计的工艺管柱上。

所述卡定管内部设计有与可投捞发泡芯体的防反窜结构相配合的梯形沟槽。所述第一连接管的两端分别为与卡定管以及承接管相配合的内螺纹，在第一连接管内侧的中间位置设计有供单向阀安装的厚壁台肩结构，在该厚壁台肩结构中对称设计有两个用于安装单向阀的通孔，在通孔的下端设计有与单向阀相配合的内螺纹。第一连接管的管壁外侧对称设计有进气孔，该进气孔与通孔相通。所述承接管为多段不等径空心圆柱结构，其两端分别为与第一连接管以及油管相连接的外螺纹，其作用是承接可投捞发泡芯体。

可投捞发泡芯体部分包括投捞及防反窜结构和泡沫发生结构。两部分之间通过芯体接头实现连接。通过投捞及防反窜结构实现发泡芯体在配套油管内部的卡定以及投捞，通过泡沫发生结构提高发泡器生成泡沫的质量。

所述投捞及防反窜结构包括提捞头、卡块、拉伸弹簧、销轴以及进液筛盖。所述提捞头的上端为与打捞矛的钩爪相配合的凸缘结构，中间位置设计有矩形通孔，在矩形通孔的两侧对称设计有方形平槽，方形平槽的中心位置设计有与所述销轴相配合的贯通圆孔，在提捞头下端相邻的两个圆柱面上分别设计有与芯体接头和进液筛盖相配合的外螺纹。所述卡块的两端为弧面，中间位置为圆形通孔，卡块的两端不等高，相对较低的一侧设计有圆形凸台。两个卡块通过销轴对称安装在提捞头上，通过拉伸弹簧挂住两个卡块上的圆形凸台，将两个卡块的一端合并，另一端相对于提捞头的中轴线自然张开，当可投捞发泡芯体下放到配套油管位置时，卡块能够与配套油管中的卡定管配合从而实现卡定。所述进液筛盖的一端为与提捞头相配合的外螺纹，另一端的中心位置为与发泡杆相配合的螺纹孔，在螺纹孔的周围均匀布置有3个弧形进液通道。

所述泡沫发生结构包括螺旋搅拌体、发泡管、第二连接管、芯体接头、芯体底座以及底座螺母。所述螺旋搅拌体是泡沫发生结构的主要部件，该部件包括连接杆、变螺距导流片以及搅拌桨片：所述连接杆的两端为与进液筛盖以及底座螺母相配合的外螺纹，变螺距导流片以及搅拌桨片焊接在连接杆之上；所述变螺距导流片共4圈，最大螺距为30mm，最小螺距为4mm-5mm，大螺距靠近连接杆的端部，小螺距靠近连接杆的中间位置，与搅拌桨片相邻；所述搅拌桨片的厚度为1mm-2mm，其外侧为与发泡管内壁相配合的弧面，桨叶共8-12组，每组4片，按照变螺旋导流片的旋向等距螺旋排列在连接杆上，相邻的两叶桨片之间的距离为4-6mm，桨叶相对于连接杆的横截面有9°-11°的倾角，这样的桨片布置既能够降低气液两相的压力损失又能够提高泡沫的湍动强度，更加有利于泡沫的剪切细化。所述发泡管的两侧为与芯体接头7连接的外螺纹，其中间位置均布有8个直径为5mm的进气孔。所述第二连接管12为两端为外螺纹的管状结构，其一端通过芯体接头7连接发泡管9，另一端连接芯体底座14。所述芯体接头7内孔的中间位置为一台肩，台肩的两侧分别为与发泡管9以及连接管12相螺纹配合的外螺纹，在芯体结构外部的两侧设计有O型密封圈沟槽。所述芯体底座14的一端为与第二连接管12相配合的内螺纹，另一端为与连接杆相配合的通孔，在通孔的周围均匀布置有3个弧形泡沫液排出通道。

本种可投捞式泡沫发生器的发泡途径为：在地面向油套环空内部注入气体，向油管内部注入发泡剂，高压气体克服阀弹簧20弹力以及第一O型橡胶密封圈 18的摩擦阻力推动单向阀的阀塞19上移，打开气体流道，气体进入发泡器的发泡芯体内部与油管中注入的发泡剂混合；在可投捞发泡芯体的泡沫发生结构中，变螺距导流片与发泡管9内壁所组成的渐缩螺旋流道，既能促使泡沫的形成，又能够提高初混泡沫的流速以及湍动强度，高速的初混泡沫流继续流经搅拌桨片，搅拌桨片的螺旋状布置以及升角能够维持泡沫的螺旋流态和流速，减少压力损失，提高泡沫流湍动强度，以达到进一步细化，提高泡沫质量的目的。

下面结合附图详细介绍配套油管以及可投捞发泡芯体两部分的技术方案。

如图6所示，所述配套油管部分包括卡定管5、第一连接管11、承接管13 以及单向阀结构；所述单向阀结构共两个对称安装在第一连接管11的管壁内部，卡定管5与第一连接管11连接后中间位置会预留出一个环形空间，单向阀结构的出气端与与该环形空间相通，卡定管5与承接管13分别通过外螺纹连接在第一连接管11的两端。整个配套油管部分通过卡定管5与承接管13的外螺纹连接在所设计的工艺管柱上。

如图7所示，所述卡定管5的内部设计有与可投捞发泡芯体的防反窜结构相配合的梯形沟槽，其外侧的两端分别为与油管以及第一连接管11相连接的外螺纹结构。如图8所示，所述第一连接管11的两端为内螺纹，在第一连接管11 内侧的中间位置设计有供单向阀安装的厚壁台肩结构，在该厚壁台肩结构中对称设计有两个用于安装单向阀的通孔，在通孔的下端设计有与单向阀相配合的内螺纹。并且，在第一连接管11两个通孔的外侧各开有一个直径为10mm的进气孔，该进气孔与通孔相通，其轴线垂直且与通孔轴线处于同一水平面。如图9 所示，所述承接管13为多段不等径空心圆柱结构，其两端分别为与第一连接管11以及油管相连接的外螺纹，其作用是承接可投捞发泡芯体。

如图11-12所示，所述单向阀结构由阀体16、阀塞19、阀弹簧20、阀端盖 21、第二O型橡胶密封圈17和第一O型橡胶密封圈18组成。阀端盖21连接在阀体16的一端，阀塞19在阀弹簧20的压力作用下部分进入到阀体16的小管径段中，通过阀塞19外部的第一O型橡胶密封圈18保证阀塞19与阀体16之间的轴向密封，阀塞19的锥面紧贴阀体16的管内壁过渡锥面。当阀塞19两侧的压力差达到一定程度时，压力差对阀塞端面产生的推力大于第一O型橡胶密封圈与阀体小管径段内壁之间的摩擦力和弹簧的压力之和时，阀塞会上移，打开气体通道，气体通过阀塞与阀体大管径段之间的缝隙进入发泡器内部，压力减小时，阀塞下移，第一O型橡胶密封圈在弹簧力的作用下克服摩擦力进入到阀体小管径段之中封闭气体通道，且能够保证在采油过程中采出液不外漏，实现了一趟管柱完成注泡、采油两个工艺的目的。

下面对所述单向阀结构作进一步说明：如图13所示，所述阀体为一带有实心堵头的管状结构，其实心端为外螺纹结构，在端面上开有矩形槽，以供其与连接管的螺纹在配合时用扁口螺丝刀在该位置上紧，其另一端为与阀端盖21相配合的内螺纹，在阀体的管内壁为内径不同的两段，其中小管径段靠近阀体的进气孔，大管径段靠近阀体的出气孔，两管段之间通过圆锥面过渡，该圆锥面的锥角与阀塞锥面的锥角一致；如图13所示，在阀体靠近两端的位置均开有4 个通气孔，其中靠近阀塞端的4个通气孔所在位置设计有环形凹槽，环形凹槽外表面的直径较其两侧的圆柱面直径小2mm，以便于在工作过程中，气体通过该凹槽与连接管通孔形成的环形进气通道自由的向4个通气孔通入气体，既能减少气体压力损失，又能避免由于杂质堵塞单一通道造成气体不能进入发泡器的问题；如图11所示，在上述阀体的环形凹槽的两侧分别开有两道O型圈沟槽，其上装有第二O型橡胶密封圈，通过该密封圈实现单向阀外壁与连接管通孔内壁之间的轴向密封；如图14所示，所述阀塞的一端开有两个O型圈沟槽，另一端为一圆柱杆结构，中间的位置为一锥台结构，该锥台锥面的角度与阀体管内壁过渡段锥面的锥角一致；如图1所示，单向阀的整体结构设计成相对于工艺管柱倒立安装的形式，能够避免井下的细小固体杂质对阀塞造成的卡塞，影响发泡器的工作性能。

如图4-5所示，可投捞发泡芯体卡定在配套油管内部，承接管13尾部的台肩对发泡芯体起到承接作用，投捞及防反窜结构的卡块2在拉伸弹簧4的拉力作用下张开，卡定在卡定管的梯形沟槽内部，因而实现了可投捞发泡芯体在配套油管内部的承接及卡定。如图16所示，所述可投捞发泡芯体包括投捞及防反窜结构以及泡沫发生结构，两部分之间通过芯体接头7连接，其中可投捞发泡芯体外部的第三O型橡胶密封圈能够与配套油管内壁配合，保证发泡管外围的轴向密封效果，保证从单向阀进入的气体完全进入到发泡芯体内部，实现与发泡剂的混合发泡。

如图19所示，投捞及防反窜结构包括提捞头、卡块、拉伸弹簧、销轴以及进液筛盖。进液筛盖通过螺纹配合连接在提捞头的底端，卡块通过销轴定位在提捞头矩形通孔内部，并通过拉伸弹簧将两个卡块的一端合并在一起，卡块的另一端则相对于提捞头的中轴线自然张开，当可投捞发泡芯体下放到配套油管位置时，卡块能够与配套油管中的卡定管配合实现卡定。

如图20所示，提捞头的上端为与打捞矛的钩爪相配合的凸缘结构，中间位置设计有与卡块相配合而设计的矩形通孔，在矩形通孔的两侧对称设计有方形平槽，方形平槽的中心位置设计有与所述销轴相配合的贯通圆孔，在提捞头下端相邻的两个圆柱面上分别设计有与芯体接头和进液筛盖相配合的外螺纹，提捞头的中心设计为圆形通孔，工作时发泡剂从该圆形通孔流入发泡芯体的泡沫发生结构。如图23所示，卡块的两端为圆弧面，中间位置为圆形通孔，卡块的两端不等高，相对较低的一端设计有圆柱凸台，其作用是固定拉伸弹簧的挂钩。如图24所示，进液筛盖的一端为与提捞头相配合的外螺纹，另一端的中心位置为与螺旋搅拌体相配合的螺纹孔，在螺纹孔的周围均布有3个弧形进液通道。

如图21所示，发泡管与连接管间通过芯体接头螺纹连接，连接管底部连接芯体底座，螺旋搅拌体的一端连接投捞及防反窜结构的进液筛盖，另一端穿过芯体底座，通过底座螺母实现固定。发泡器工作时，气体从发泡管的进气孔进入，发泡剂经过提捞头的圆形进液通道进入，气液两相在发泡管进气孔位置实现初步混合形成初混泡沫，初混泡沫经过变螺距导流片与发泡管形成的渐缩流道时流速逐渐提高，泡沫流的湍动效果逐渐增强，到达螺旋导流片尾部时速度达到最大，高速的初混泡沫流继续经过搅拌桨片，搅拌桨片特殊的螺旋状布置以及倾角能够在保证初混泡沫流在有较高的流速，较低的压力损失的同时，增大了泡沫的剪切细化效果，提高了泡沫的质量。

如图22所示，所述螺旋搅拌体是泡沫发生结构的主要部件，该部件包括连接杆变螺距导流片以及搅拌桨片，所述连接杆的两端为与进液筛盖8以及底座螺母15相配合的外螺纹，变螺距导流片以及搅拌桨片焊接在连接杆之上。所述变螺距导流片共4圈，最大螺距为30mm，最小螺距为4mm-5mm，大螺距靠近连接杆的端部，小螺距靠近连接杆的中间位置，与搅拌桨片相邻；所述搅拌桨片的厚度为1mm-2mm，其外侧为与发泡管内壁相配合的弧面，桨叶共12组，每组 4片，按照螺旋导流片的旋向方向等距螺旋排列在连接杆上，相邻的两叶桨片之间的距离为4-6mm，桨叶相对于连接杆的横截面有9°-11°的倾角。如图25所示，所述发泡管的两端为与芯体接头相配合的外螺纹，其靠近上端的位置均布有8 个直径为5mm的进气孔。如图16所示，所述连接管为两端为外螺纹的管状结构，其一端与发泡管通过芯体接头连接，另一端与芯体底座连接。如图26所示，所述芯体接头内壁的中间位置为一台肩，台肩的两侧分别为与发泡管以及连接管相螺纹配合的外螺纹，在芯体接头外部的两侧设计有O型密封圈沟槽。所述芯体底座的一端为与连接管相配合的内螺纹，另一端为与连接杆相配合的通孔，在通孔的周围均匀布置有3个弧形泡沫排出孔。

本装置应用时，装配有单向阀结构的配套油管部分连接在特定的工艺管柱上，注泡沫作业时，首先需要将封隔器26坐封，然后将偏心堵塞器捞出，向油管中投入可投捞式发泡芯体，可投捞发泡芯体到达工艺管柱中配套油管的位置时，可投捞发泡芯体的防反窜结构将自动与配套油管配合实现卡定，以防止发泡芯体轴向窜动；可投捞发泡芯体实现卡定以后，向油套环空中注入气体，向工艺管柱内部注入发泡剂，高压气体能够推动单向阀的阀塞19上移，打开单向阀进气通道，气体进入发泡器内部实现与发泡剂的初步混合；初混泡沫经过发泡器的发泡结构实现高效稳定发泡，所生成的泡沫经过偏心配产器注入到生产层；注泡沫工作结束后，阀塞在阀弹簧的弹力作用下进入阀体的小管径段内，阀塞外围的第一O型橡胶密封圈能够保证阀塞与阀体管径内壁之间的轴向密封；当进行采油作业时，需要向油管中下放带有撞击杆的打捞器打捞发泡芯体，撞杆会撞击可投捞发泡芯体的卡块，卡块在撞杆的挤压作用下克服拉伸弹簧拉力实现闭合，打捞器的钩爪会挂住提捞头的外边缘，将发泡芯体提捞出工艺管柱外；下放带有死咀的偏心堵塞器堵塞偏心配产器的偏孔，从而保证了油管管柱内部与外部的分隔，即可进行正常的采油作业，因此可实现在一趟管注内完成注泡沫和采油二个工艺，减少工艺转换过程中起下管柱的作业时间及作业费。

本种可投捞式井下泡沫发生器实现井下发泡的工作流程如下：

按照如图2所示的工艺管柱图将扶正器30、电潜泵29、固定球阀28、泄油器27、偏心配产器26(带有死咀)、封隔器25、可投捞式井下泡沫发生器以及各分段油管依次连接组配形成工艺管柱。工艺管柱下井后，将封隔器坐封，其中，封隔器的坐封位置位于生产层之上，封隔器坐封以后，打捞偏心堵塞器，然后向油管内下放可投捞发泡芯体结构，当可投捞发泡芯体到达配套油管位置时，防反窜结构会自动与配套油管配合实现卡定。

注泡沫作业时，向油套环空注入气体，向油管注入发泡剂，高压气体推动单向阀阀塞上移打开进气通道，气体进入发泡器内部与发泡剂混合形成初混泡沫，初混泡沫继续经过泡沫发生结构形成高质量的驱油泡沫，所生成的泡沫通过偏心配产器进入油套环空，最后注入到生产层。

注泡作业结束后，进行采油作业时，需要在井口下放带有撞击杆的打捞矛，打捞矛到达提捞头位置时，撞杆会撞击卡块使其闭合，此时可投捞发泡芯体脱离配套油管，打捞矛的钩齿会挂住提捞头顶端的凸缘结构，将可投捞发泡芯体提捞出工艺管柱外，最后下放带有死咀的偏心堵塞器堵住偏心配产器的偏孔，即可以进行正常的采油作业。

Claims (1)

1.一种可投捞式井下泡沫发生器，包括配套油管和可投捞发泡芯体两部分，其特征在于：

所述配套油管部分包括卡定管(5)、第一连接管(11)、承接管(13)以及单向阀结构；其中卡定管(5)与承接管(13)分别通过外螺纹连接在第一连接管(11)的两端；所述卡定管(5)的两端分别开有与油管和第一连接管(11)相配合的外螺纹，所述卡定管(5)的内部有与可投捞发泡芯体的卡块(2)相配合的梯形沟槽；所述第一连接管(11)的两端分别开有与卡定管(5)和承接管(13)相配合的内螺纹；在第一连接管(11)内侧的中间位置有供所述单向阀结构安装的厚壁台肩结构，在所述厚壁台肩结构中均匀分布有两个用于安装所述单向阀结构的通孔，在所述通孔的下端开有与所述单向阀结构相配合的内螺纹；第一连接管(11)的管壁外侧均匀分布有两个与所述通孔相通的进气孔，所述进气孔的中心线与所述通孔的中心线在同一平面内；所述承接管(13)为多段不等径空心圆柱结构，其两端分别开有与第一连接管(11)和油管相连接的外螺纹，用于承接可投捞发泡芯体部分；

所述单向阀结构包括阀体(16)、阀端盖(21)、阀塞(19)以及阀弹簧(20)；其中，所述阀体(16)的一端外壁上开有外螺纹，端面上开有供螺纹上紧用的矩形槽，所述阀体的另一端为深盲孔结构，深盲孔结构的底端开有与阀端盖(21)相配合的内螺纹；在靠近阀体(16)两端的位置处分别均匀分布有四个通气孔，其中靠近阀塞(19)一端的通气孔的外侧为一环形沟槽，以利于气体通过连接管进入阀体(16)内部，降低压力损失；阀体(16)的管壁内侧有与阀塞(19)相配合的锥面，锥面的一侧为与阀塞(19)上的第一O型橡胶密封圈(18)配合实现密封的小管径段，锥面的另一侧则是直径较大的用于作为气体流道的大管径段；阀体(16)的外部有两个O型圈沟槽，通过阀体外部的第二O型橡胶密封圈(17)实现所述单向阀结构与第一连接管(11)之间的密封；

所述阀塞(19)的一端开有两个O型圈沟槽，以使得阀塞(19)外部的第一O型橡胶密封圈(18)能够置入，实现阀塞(19)与阀体(16)小管径段之间的密封；阀塞(19)的另一端为圆柱杆，用于固定阀弹簧(20)；

当第一连接管(11)与卡定管(5)通过螺纹连接以后，两个部件之间有一个环形空间，以使得安装在所述第一连接管(11)上的单向阀结构的通气孔与该环形空间相通，从而使所述单向阀结构可自由地向可投捞发泡芯体内部导入气体；

所述可投捞发泡芯体部分包括投捞及防反窜结构以及泡沫发生结构；

所述投捞及防反窜结构包括提捞头(1)、卡块(2)、拉伸弹簧(4)、销轴(3)以及进液筛盖(8)；所述提捞头(1)的上端为与打捞矛相配合的凸缘结构，中间位置有矩形通孔，在所述矩形通孔的两侧沿着矩形通孔的竖直中分面对称开有两个方形平槽，所述方形平槽的中心位置开有与所述销轴(3)相配合的贯通圆孔，在提捞头(1)下端相邻的两个圆柱面上开有与芯体接头(7)和进液筛盖(8)相配合的外螺纹；所述卡块(2)的两端为弧面，中间位置为圆形通孔，卡块(2)的两端不等高，相对较低的一侧有圆形凸台；

所述泡沫发生结构包括螺旋搅拌体(10)、发泡管(9)、第二连接管(12)、芯体接头(7)、芯体底座(14)以及底座螺母(15)；所述螺旋搅拌体(10)包括连接杆(10-1)、变螺距导流片(10-2)以及搅拌桨片(10-3)：所述连接杆(10-1)的两端为与进液筛盖(8)以及底座螺母(15)相配合的外螺纹，变螺距导流片(10-2)以及搅拌桨片(10-3)焊接在连接杆(10-1)之上；所述变螺距导流片(10-2)片至少4圈，最大螺距为30mm，最小螺距范围在4mm-5mm之间，其中导流片的大螺距部分靠近连接杆(10-1)的端部，导流片的小螺距部分靠近连接杆(10-1)的中间位置，与搅拌桨片(10-3)相邻；所述搅拌桨片(10-3)的厚度范围在1mm至2mm之间，所述搅拌桨片的外侧为与发泡管(9)内壁相配合的弧面，搅拌桨片(10-3)的数量范围在8组-12组之间，每组数量大于4片，按照变螺距导流片(10-2)的旋向方向等距螺旋排列在连接杆(10-1)上，相邻的两叶桨片之间的距离范围在4mm-6mm之间，桨叶相对于连接杆的横截面有9°-11°的倾角；

所述投捞及防反窜结构与泡沫发生结构之间通过芯体接头(7)螺纹连接。

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