CN212837711U - 一种井下防冻堵负压收气装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种井下防冻堵负压收气装置，负压收气装置主要由游动阀、游动阀罩和密封阀罩组成，游动阀位于游动阀罩内，密封阀罩包括密封阀和调压弹簧，调压弹簧的顶端连接密封阀，密封阀抵接或脱离阀孔。现场使用时下放到液面以上的位置，通过装置内外的压差使油套环空的伴生气进入油管内，减小了油套环空的套管气，有效将气体回收，节约资源，保护环境；井下防冻堵负压收气装置下到井筒内后，井筒内的高温油流经过井下防冻堵负压收气装置，负压收气装置与油流大面积接触，吸收油中的热量，对密封阀及调压弹簧起到加温作用，有效解决伴生气快速泄放低温冰冻问题，预防冬季气温低造成的装置冻堵等情况的发生。

Description

一种井下防冻堵负压收气装置

技术领域

本实用新型属于油田伴生气回收技术领域，具体涉及一种井下防冻堵负压收气装置，特别适用于油田井筒内套管伴生气的回收。

背景技术

目前，国内油井井口伴生气回收主要采用以下三种方法:

（1）铺设管网集气

在井组与站点之间利用管线将井组伴生气通过自压的方式输送至站点，不需要额外动力及配套，但铺设成本高、外协难度大，存在破漏安全风险等问题。

（2）使用压缩机增压回收

在井场利用压缩机将井组伴生气增压输送至下游站点，但存在设备成本高、故障率高等问题。

（3）井口安装定压放气阀

利用装置将套管气与集油管线连接，当套管伴生气压力大于油管线回压时，放气阀凡尔打开，伴生气进入集油管线，油气混输，实现伴生气资源的回收利用，但该工艺存在冬季外界环境温度低、放气阀凡尔冰冻失效的问题，同时不适用于套压低于回压的油井，此外，修井作业时需要重复拆除和安装地面输气管线，大量连接丝扣、密封点、高压软管的寿命等存在较大的气体泄漏风险和偷盗隐患；此外，由于井口流程尺寸增大，部分油井防盗箱无法继续使用。

实用新型内容

本实用新型实施方式的目的在于提供一种井下防冻堵负压收气装置，以克服上述技术缺陷。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种井下防冻堵负压收气装置，包括上下开口且贯通的筒状壳体，壳体的内腔设置有与其同轴的短油杆，短油杆的上下端分别固接上限位钉和下限位钉，两个限位钉之间设有套设在短油杆上的游动阀和游动阀罩，游动阀位于游动阀罩内，游动阀罩的环形罩壁开设有出液口，环形罩壁的下部滑动密封抵接于壳体的内壁，且环形罩壁的底端面中心的供短油杆穿过的孔作为进液口；

游动阀罩下方的壳体的内腔设有密封阀罩，密封阀罩的内腔被水平隔板分为上下两个腔室，水平隔板的中心开设有连通上下腔室的阀孔，其中的上腔室开设有连通壳体外部与上腔室的进气口，下腔室开设有连通下腔室与壳体内腔的排气口，下腔室内置有密封阀和调压弹簧，调压弹簧的底端固定于下腔室的底面，调压弹簧的顶端连接密封阀，密封阀抵接或脱离阀孔。

进一步地，游动阀罩包括上下均开口的环形罩筒，环形罩筒的上开口沿径向水平朝中心轴线延伸形成供短油杆通过的孔，该孔竖直向上延伸形成供短油杆穿过的通道，通道与短油杆之间留有0.05mm～0.06mm的间隙；

环形罩筒的筒壁沿周向开设有至少两个关于中心轴线对称布置的出液口；

环形罩筒的下开口固接有与其同轴的圆环板状的支撑座，支撑座的内环直径小于游动阀的最大外径，支撑座的外环直径大于环形罩筒的直径，且支撑座的外环的环形侧壁滑动密封抵接于壳体的内壁。

进一步地，壳体的内腔自上至下分为三段，分别是上直筒段、缩径段和下直筒段，其中的缩径段自上至下逐渐缩径，支撑座的外环可沿缩径段上下密封滑动，且支撑座的外环与缩径段是过盈配合。

优选地，游动阀是倒T形的回转体结构，它的中心开设供短油杆穿过的通道，该通道与短油杆之间留有0.05mm～0.06mm的间隙。

优选地，密封阀罩是由壳体的内壁、两块上下平行的水平板、位于两块水平板之间的侧板围绕组成的中空结构，其中侧板远离短油杆；

密封阀罩整体位于壳体的下直筒段。

进一步地，壳体的上端是用于与油管连接的上螺纹，壳体的下端是用于与油管连接的下螺纹。

优选地，壳体的下直筒段的内径小于壳体的上直筒段的内径。

本实用新型的有益效果如下：

（1）井下防冻堵负压收气装置串接于油管，现场使用时下放到液面以上的位置，通过装置内外的压差使油套环空的伴生气进入油管内，减小了油套环空的气体（套管气），有效将气体回收，节约资源，保护环境。

（2）井下防冻堵负压收气装置下到井筒内后，井筒内的高温油流经过井下防冻堵负压收气装置，负压收气装置与油流大面积接触，吸收油中的热量，对密封阀及调压弹簧起到加温作用，有效解决伴生气快速泄放低温冰冻问题，预防冬季气温低造成的装置冻堵等情况的发生。

（3）现场使用时，抽油杆下方连接短油杆，使得在采油的下冲程中，井下防冻堵负压收气装置上部油管内液体作用于游动阀上，游动阀下部油管内的空间形成负压腔，此时，密封阀的上下形成一定压差，密封阀在压差的作用下下行开启通道，油管外部气体很容易进入油管内，增强了收气能力。

为让本实用新型的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是井下防冻堵负压收气装置的结构示意图。

附图标记说明：

1.上螺纹；2.上限位钉；3.短油杆；4.游动阀罩；5.出液口；6.游动阀；7.壳体；8.缩径段；9.支撑座；10.进液口；11.密封阀罩；12.进气口；13.阀孔；14.密封阀；15.排气口；16.调压弹簧；17.下限位钉；18.下螺纹。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

需说明的是，在本实用新型中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的井下防冻堵负压收气装置的上、下、左、右。

现参考附图介绍本实用新型的示例性实施方式，然而，本实用新型可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本实用新型，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本实用新型的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本实用新型的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

第一实施方式：

本实用新型的第一实施方式涉及一种井下防冻堵负压收气装置，参见图1，包括上下开口且贯通的筒状壳体7，壳体7的内腔设置有与其同轴的短油杆3，短油杆3的上下端分别固接上限位钉2和下限位钉17，两个限位钉之间设有套设在短油杆3上的游动阀6和游动阀罩4，游动阀6位于游动阀罩4内，游动阀罩4的环形罩壁开设有出液口5，环形罩壁的下部滑动密封抵接于壳体7的内壁，且环形罩壁的底端面中心的供短油杆3穿过的孔作为进液口10；

游动阀罩4下方的壳体7的内腔设有密封阀罩11，密封阀罩11的内腔被水平隔板分为上下两个腔室，水平隔板的中心开设有连通上下腔室的阀孔13，其中的上腔室开设有连通壳体7外部与上腔室的进气口12，下腔室开设有连通下腔室与壳体7内腔的排气口15，下腔室内置有密封阀14和调压弹簧16，调压弹簧16的底端固定于下腔室的底面，调压弹簧16的顶端连接密封阀14，密封阀14抵接或脱离阀孔13。

在实际使用时，建议将井下防冻堵负压收气装置安装在井口管挂与动液面之间，确保不发生冻堵。

井下防冻堵负压收气装置的工作原理如下：

首先，根据油井伴生气产气能力、套管憋压能力及地面集油管线生产回压情况，通过调节调压弹簧16的压缩行程，预先设定密封阀14的开启压力。

然后，将井下防冻堵负压收气装置串接于油管并下放到油井液面以上的位置，短油杆3连接抽油杆下入油管内，上限位钉2下压游动阀罩4的上部，带动游动阀6、游动阀罩4整体下行，随着下行，游动阀罩4的环形罩壁的下部固接的支撑座9的外壁与壳体7的内壁渐渐固定并且密封，装置下井完成；

若油套环空的压力小于油管回压和调压弹簧16设定的压力：

上冲程中，游动阀6下部液体整体上行，经过进液口10后顶开游动阀6从出液口5排出，此时，调压弹簧16伸长推动密封阀14上移与阀孔13密封，关闭通道，防止装置内部油流进入油套环空；

下冲程中，游动阀6的上部油管内液体作用于游动阀6上，游动阀6与环形罩壁的下部形成密封，随着杆柱下行，带动游动阀6的下部液体下行，游动阀6下部油管内的空间形成负压腔，此时，油套环空伴生气经过进气口12进入密封阀罩11内，密封阀14上下两端形成一定压差，在压差作用下，密封阀14下压调压弹簧16，调压弹簧16收缩下行，密封阀14离开阀孔13下行，伴生气通过排气口15进入装置内部。

若油套环空的压力大于油管回压和调压弹簧16设定的压力：

密封阀14上下一直存在压差，则在上、下冲程中调压弹簧16均处于压缩状态，伴生气进入装置内，而游动阀6产生的负压在下冲程起到了增大压差，提高收气效果的作用，因此，在这种情况下，上下冲程均可回收伴生气，直至油套环空的压力小于油管回压和调压弹簧16设定的压力时重复上段文字所述过程。

最后，油井起管柱时，抽油杆带动短油杆3上行，下限位钉17上顶游动阀6，带动游动阀罩4上行起出，井下防冻堵负压收气装置随油管起出。

本实施方式中，短油杆3是相对于抽油杆的长度，称为短油杆3。

通过井下防冻堵负压收气装置的压差可以使油套环空的伴生气进入油管内，减小了油套环空的气体（套管气），有效将气体回收，节约资源，保护环境；井筒内的油流经过装置，可以预防冬季气温低造成的装置冻堵等情况的发生；下冲程中，上部油管内液体作用于游动阀上，游动阀下部油管内的空间形成负压腔，此时，密封阀的上下形成一定压差，密封阀在压差的作用下下行开启通道，油管外部气体很容易进入油管内，增强了收气能力。

第二实施方式：

本实用新型涉及一种井下防冻堵负压收气装置，参见图1，包括上下开口且贯通的筒状壳体7，壳体7的内腔设置有与其同轴的短油杆3，短油杆3的上下端分别固接上限位钉2和下限位钉17，两个限位钉之间设有套设在短油杆3上的游动阀6和游动阀罩4，游动阀6位于游动阀罩4内，游动阀罩4的环形罩壁开设有出液口5，环形罩壁的下部滑动密封抵接于壳体7的内壁，且环形罩壁的底端面中心的供短油杆3穿过的孔作为进液口10；

游动阀罩4下方的壳体7的内腔设有密封阀罩11，密封阀罩11的内腔被水平隔板分为上下两个腔室，水平隔板的中心开设有连通上下腔室的阀孔13，其中的上腔室开设有连通壳体7外部与上腔室的进气口12，下腔室开设有连通下腔室与壳体7内腔的排气口15，下腔室内置有密封阀14和调压弹簧16，调压弹簧16的底端固定于下腔室的底面，调压弹簧16的顶端连接密封阀14，密封阀14抵接或脱离阀孔13。

参见图1，游动阀罩4包括上下均开口的环形罩筒，环形罩筒的上开口沿径向水平朝中心轴线延伸形成供短油杆3通过的孔，该孔竖直向上延伸形成供短油杆3穿过的通道，通道与短油杆3之间留有0.05mm～0.06mm的间隙，既为短油杆3上下滑动起到导向作用，同时也不会使大量液体自该通道流过，确保液体的单向流；

为了增大液体的出液速度，环形罩筒的筒壁沿周向开设有至少两个关于中心轴线对称布置的出液口5；

环形罩筒的下开口固接有与其同轴的圆环板状的支撑座9，支撑座9的内环直径小于游动阀6的最大外径，支撑座9的外环直径大于环形罩筒的直径，且支撑座9的外环的环形侧壁滑动密封抵接于壳体7的内壁。

本实施方式的井下防冻堵负压收气装置的工作原理如下：

首先，根据油井伴生气产气能力、套管憋压能力及地面集油管线生产回压情况，通过调节调压弹簧16的压缩行程，预先设定密封阀14的开启压力。

然后，将井下防冻堵负压收气装置串接于油管并下放到油井液面以上的位置，短油杆3连接抽油杆下入油管内，上限位钉2下压游动阀罩4的上部，带动游动阀6、游动阀罩4整体下行，随着下行，支撑座9与壳体7的内壁渐渐固定并且密封，装置下井完成；

若油套环空的压力小于油管回压和调压弹簧16设定的压力：

上冲程中，游动阀6下部液体整体上行，经过进液口10后顶开游动阀6从出液口5排出，此时，调压弹簧16伸长推动密封阀14上移与阀孔13密封，关闭通道，防止装置内部油流进入油套环空；

下冲程中，游动阀6的上部油管内液体作用于游动阀6上，游动阀6与支撑座9形成密封，随着杆柱下行，带动游动阀6的下部液体下行，游动阀6下部油管内的空间形成负压腔，此时，油套环空伴生气经过进气口12进入密封阀罩11内，密封阀14上下两端形成一定压差，在压差作用下，密封阀14下压调压弹簧16，调压弹簧16收缩下行，密封阀14离开阀孔13下行，伴生气通过排气口15进入装置内部。

若油套环空的压力大于油管回压和调压弹簧16设定的压力：

密封阀14上下一直存在压差，则在上、下冲程中调压弹簧16均处于压缩状态，伴生气进入装置内，而游动阀6产生的负压在下冲程起到了增大压差，提高收气效果的作用，因此，在这种情况下，上下冲程均可回收伴生气，直至油套环空的压力小于油管回压和调压弹簧16设定的压力时重复上段文字所述过程。

最后，油井起管柱时，抽油杆带动短油杆3上行，下限位钉17上顶游动阀6，带动游动阀罩4上行起出，井下防冻堵负压收气装置随油管起出。

游动阀6座在支撑座9上，上下活动行程10mm。

其中，本实施方式提供了最优的游动阀罩4的结构，如图1所示，但并不仅限于此，图1所示的结构仅是本实施方式在实际应用中经过多次改进确认的最优结构，但也可以是其他结构。

第三实施方式：

本实用新型涉及一种井下防冻堵负压收气装置，参见图1，包括上下开口且贯通的筒状壳体7，壳体7的内腔设置有与其同轴的短油杆3，短油杆3的上下端分别固接上限位钉2和下限位钉17，两个限位钉之间设有套设在短油杆3上的游动阀6和游动阀罩4，游动阀6位于游动阀罩4内，游动阀罩4的环形罩壁开设有出液口5，环形罩壁的下部滑动密封抵接于壳体7的内壁，且环形罩壁的底端面中心的供短油杆3穿过的孔作为进液口10；

游动阀罩4下方的壳体7的内腔设有密封阀罩11，密封阀罩11的内腔被水平隔板分为上下两个腔室，水平隔板的中心开设有连通上下腔室的阀孔13，其中的上腔室开设有连通壳体7外部与上腔室的进气口12，下腔室开设有连通下腔室与壳体7内腔的排气口15，下腔室内置有密封阀14和调压弹簧16，调压弹簧16的底端固定于下腔室的底面，调压弹簧16的顶端连接密封阀14，密封阀14抵接或脱离阀孔13。

参见图1，游动阀罩4包括上下均开口的环形罩筒，环形罩筒的上开口沿径向水平朝中心轴线延伸形成供短油杆3通过的孔，该孔竖直向上延伸形成供短油杆3穿过的通道，通道与短油杆3之间留有0.05mm～0.06mm的间隙，既为短油杆3上下滑动起到导向作用，同时也不会使大量液体自该通道流过，确保液体的单向流；

为了增大液体的出液速度，环形罩筒的筒壁沿周向开设有至少两个关于中心轴线对称布置的出液口5；

环形罩筒的下开口固接有与其同轴的圆环板状的支撑座9，支撑座9的内环直径小于游动阀6的最大外径，支撑座9的外环直径大于环形罩筒的直径，且支撑座9的外环的环形侧壁滑动密封抵接于壳体7的内壁。

参见图1，壳体7的内腔自上至下分为三段，分别是上直筒段、缩径段8和下直筒段，其中的缩径段8自上至下逐渐缩径，支撑座9的外环可沿缩径段8上下密封滑动，且支撑座9的外环与缩径段8是过盈配合。

如图1所示，缩径段8呈斜面，该斜面优选采用有韧性的金属制成，其作用是为支撑座9和缩径段8提供可靠密封，而缩径段8的长度是支撑座9的滑动长度，为支撑座9的滑动提供限位和导向。

如图1所示，游动阀6是倒T形的回转体结构，它的中心开设供短油杆3穿过的通道，该通道与短油杆3之间留有0.05mm～0.06mm的间隙。

以上是游动阀6的最优结构，倒T形结构的水平段可以座在支撑座9上，其作用是封闭/关闭进液口10，而倒T形结构的竖直段的作用是沿着短油杆3滑动，同时也起到了限位和导向的作用。

参见图1，密封阀罩11是由壳体7的内壁、两块上下平行的水平板、位于两块水平板之间的侧板围绕组成的中空结构，其中侧板远离短油杆3；

密封阀罩11整体位于壳体7的下直筒段。

密封阀罩11的结构如图1所示，它的作用是为负压腔的形成提供必要条件。

壳体7的上端是用于与油管连接的上螺纹1，壳体7的下端是用于与油管连接的下螺纹18。应用时，通过上螺纹1和下螺纹18串接于油管。

优选地，壳体7的下直筒段的内径小于壳体7的上直筒段的内径。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (7)

1.一种井下防冻堵负压收气装置，包括上下开口且贯通的筒状壳体（7），其特征在于：所述壳体（7）的内腔设置有与其同轴的短油杆（3），短油杆（3）的上下端分别固接上限位钉（2）和下限位钉（17），两个限位钉之间设有套设在短油杆（3）上的游动阀（6）和游动阀罩（4），所述游动阀（6）位于游动阀罩（4）内，游动阀罩（4）的环形罩壁开设有出液口（5），环形罩壁的下部滑动密封抵接于壳体（7）的内壁，且环形罩壁的底端面中心的供短油杆（3）穿过的孔作为进液口（10）；

所述游动阀罩（4）下方的壳体（7）的内腔设有密封阀罩（11），密封阀罩（11）的内腔被水平隔板分为上下两个腔室，所述水平隔板的中心开设有连通上下腔室的阀孔（13），其中的上腔室开设有连通壳体（7）外部与上腔室的进气口（12），下腔室开设有连通下腔室与壳体（7）内腔的排气口（15），所述下腔室内置有密封阀（14）和调压弹簧（16），调压弹簧（16）的底端固定于下腔室的底面，调压弹簧（16）的顶端连接密封阀（14），密封阀（14）抵接或脱离阀孔（13）。

2.如权利要求1所述的井下防冻堵负压收气装置，其特征在于：所述游动阀罩（4）包括上下均开口的环形罩筒，环形罩筒的上开口沿径向水平朝中心轴线延伸形成供短油杆（3）通过的孔，该孔竖直向上延伸形成供短油杆（3）穿过的通道，所述通道与短油杆（3）之间留有0.05mm～0.06mm的间隙；

环形罩筒的筒壁沿周向开设有至少两个关于中心轴线对称布置的出液口（5）；

环形罩筒的下开口固接有与其同轴的圆环板状的支撑座（9），支撑座（9）的内环直径小于游动阀（6）的最大外径，支撑座（9）的外环直径大于环形罩筒的直径，且支撑座（9）的外环的环形侧壁滑动密封抵接于壳体（7）的内壁。

3.如权利要求2所述的井下防冻堵负压收气装置，其特征在于：所述壳体（7）的内腔自上至下分为三段，分别是上直筒段、缩径段（8）和下直筒段，其中的缩径段（8）自上至下逐渐缩径，支撑座（9）的外环可沿所述缩径段（8）上下密封滑动，且所述支撑座（9）的外环与所述缩径段（8）是过盈配合。

4.如权利要求1或3所述的井下防冻堵负压收气装置，其特征在于：所述游动阀（6）是倒T形的回转体结构，它的中心开设供短油杆（3）穿过的通道，该通道与短油杆（3）之间留有0.05mm～0.06mm的间隙。

5.如权利要求3所述的井下防冻堵负压收气装置，其特征在于：所述密封阀罩（11）是由壳体（7）的内壁、两块上下平行的水平板、位于两块水平板之间的侧板围绕组成的中空结构，其中侧板远离短油杆（3）；

密封阀罩（11）整体位于壳体（7）的下直筒段。

6.如权利要求1所述的井下防冻堵负压收气装置，其特征在于：所述壳体（7）的上端是用于与油管连接的上螺纹（1），壳体（7）的下端是用于与油管连接的下螺纹（18）。

7.如权利要求3所述的井下防冻堵负压收气装置，其特征在于：所述壳体（7）的下直筒段的内径小于壳体（7）的上直筒段的内径。

Images