CN216142733U - 井下排水采气机器人及其截断阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及井下排水采气机器人所使用的变径柱塞或变径截断阀，公开了一种井下排水采气机器人及其截断阀，所述截断阀包括阀体，阀杆、滑块和活塞连接而成的刚性体与阀体滑动连接，弹性胶套与阀体之间套接有扩张套，扩张套的固定端与阀体固定配合，弹性胶套的一端固定在扩张套的固定端，弹性胶套的另一端越过扩张套的另一端后固定在阀体外侧的滑套上，阀体与滑套之间设置弹簧，阀体上设有与滑块配合的导向槽，突出于阀体的滑块与扩张套的活动端配合，扩张套的活动端由多条弹片组成，所述滑块的滑动作用于所述弹片进而作用于所述的弹性胶套。本实用新型改善了井下排水采气机器人的使用稳定性与可靠性。

Description

井下排水采气机器人及其截断阀

技术领域

本实用新型涉及一种井下排水采气工具领域，尤其是一种井下排水采气机器人所使用的变径柱塞或变径截断阀。

背景技术

目前，随着气田的开发，许多天然气气井已进入低压低产阶段，常因地层能量不足、水侵加剧，井管内部液体聚集产生积液，气井无法依靠自身能量将井管内部积液完全排除，积液使得气体井井口压力和产气量不断下降，排水采气是挖掘气井生产潜力，提高天然气采收率的重要措施之一，因此，需要一种适用于低压低产气井的排水采气工具将井内的积液排出气井，以提高低压低产气井的经济效益。

公开号为CN213540351U的中国实用新型专利“井下智能采气排水机器人”中公开的一种用于井下智能采气排水机器人的截调变径柱塞，通过控制是否将流体导入柱塞内部及内部流体压力调节，使得变径胶囊在加压状态下可形成灵活可调的密封面，更灵活地调节胶囊与井壁之间摩阻。然而实际应用过程中发现，该种变径柱塞在碰到不规则的局部变形卡阻时，需要调节压力才能顺利通过，不利于生产效率的提高，同时，变径胶囊靠近引导缓冲器的一端在长期使用后其外圆周可能出现褶皱或过度隆起，而使之与井管内壁之间产生不可控接触，影响了机器人的操控性。

为改善调控便利性，本申请人于2021年6月提出了一种申请号为CN2021212289183的井下排水采气机器人及其智能调控截断滑阀，以变径机构配合阀体、阀芯、变径体和中心流道孔的组合结构，以变径机构作用于变径体的力使其变径段发生形变，取代液压作用于变径胶囊发生形变的方式，则阀芯与阀体的配合精度和密封要求降低，生产和维护成本降低，然而该种结构下变径体的变径段的径向形变仍是同步同幅控制的，有进一步改进的必要。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种改善机器人在井管内壁局部变形部位通过性的井下排水采气机器人及其截断阀。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：井下排水采气机器人的截断阀，包括同轴布置的阀体、阀杆、弹性胶套、滑块和活塞，弹性胶套套接在阀体的外部，通流孔设于阀体上并与弹性胶套在轴向保持有间隔，阀杆上连接滑块与活塞，活塞与阀体滑动配合而滑块同步移动，通过活塞的滑动可封闭或打开所述的通流孔，通过滑块的滑动可致弹性胶套胀开或收缩，所述阀体与弹性胶套之间还套接有扩张套，扩张套的固定端与阀体固定配合，弹性胶套的一端通过第一锁紧机构固定在扩张套的固定端，弹性胶套的另一端越过扩张套的另一端后由第二锁紧机构固定在阀体的外侧，阀体上设有与滑块配合的导向槽，突出于阀体的滑块与扩张套的活动端配合，扩张套的活动端设N条沿圆周方向均布的轴向缝隙而形成N片弹片，N≥2，所述滑块的滑动作用于所述弹片进而作用于所述的弹性胶套。

其工作原理是：机器人随重力下降时，截断阀的弹性胶套不扩张，其外径小于井管内壁内径，顺利下行，当需要机器人上行时，通过控制截断阀内外流道关闭，截断阀的弹性胶套扩张与井管内壁贴合，可使井管中流体截断为上下两部分，截断阀以上的气体压力降低后，截断处上下流体产生压差，从而推动井下排水采气机器人与截断处以上的气体和积液向井管出口移动，这样就能将井管内积液排出井口。

其控制原理是：通过活塞控制阀体上的通流孔的启闭从而控制截断阀的内流道启闭，阀体的外圆周装配有扩张套与弹性胶套，驱动机构推动活塞将阀体的通流孔关闭后，截断阀的内流道即关闭，随着滑块与活塞同步移动，滑块外圆周面逐渐与扩张套的内壁形成滑动配合面，并产生接触挤压导致扩张套扩张，扩张套扩张后，各弹片同时挤压弹性胶套内壁，使弹性胶套被挤压处的直径变大，从而关闭截断阀的外流道，当活塞反向移动将阀体上的通流孔打开时，滑块同步反向移动，滑块逐渐失去对扩张套的挤压力，扩张套恢复初始状态，不再对弹性胶套产生挤压，弹性胶套恢复至初始状态，截断阀的内外流道均打开。

其改善性体现在：滑块与扩张套选择以金属材料制成，弹性胶套选择以橡胶材料制成，弹性胶套通过滑块作用于扩张套，扩张套形变扩张后，再通过扩张套作用于弹性胶套，弹性胶套的外径变化即可通过移动滑块挤压扩张套进行控制，控制弹性胶套的外径变化易于井下排水采气机器人在井管中移动。由于滑块经由具有多个弹片的扩张套对弹性胶套施予压力，当通过局部有变形、结垢、腐蚀等的井管内壁时，该局部位置对应的弹片及局部弹性胶套可发生弹性变形即可消除井管内壁局部变形的影响，通常无须滑块动作即可轻松通过绝大部分卡阻位置，有效改善了机器人的通过性。此外，滑块与扩张套之间为金属滑动摩擦，摩擦系数小，这样驱动机构的推力也相应的小，井下排水采气机器人的能量消耗就相应地减小。扩张套控制弹性胶套的扩张与收缩，扩张套与弹性胶套均具有弹性，在外流道关闭时，扩张套加上弹性胶套的弹性可大大降低因井管内壁圆周不规则或凹坑、凸点对弹性胶套与井管内壁之间的挤压压力产生的影响，避免弹性胶套与井管内壁之间的挤压力及摩擦力产生骤增，从而延长弹性胶套的使用寿命，同时保证了井下排水采气机器人的使用稳定性与可靠性。

相较于申请人之前的同类技术，本发明创造增加了扩张套结构，因此需要对弹性胶套在阀体的固定结构作相应的改变。所述第一锁紧机构包括第一锁紧螺母和第一压紧盖帽，所述扩张套的固定端设有尾槽，所述弹性胶套的端部由第一压紧盖帽锁定于所述尾槽内，第一锁紧螺母与阀体螺纹连接。利用尾槽结构配合锁紧螺母和压紧盖帽将弹性胶套及扩张套固定在阀体上，同时，阀体的外圆周上设置作用于扩张套的固定端的定位轴肩。

所述第二锁紧机构包括第二锁紧螺母、第二压紧盖帽和与阀体滑动配合的滑套，滑套位于阀体的外侧，滑套与阀体之间设置有第一密封圈，第二锁紧螺母、第二压紧盖帽装配于滑套的外侧，所述弹性胶套的端部由第二压紧盖帽和滑套压紧固定，第二锁紧螺母与滑套螺纹连接；滑套与阀体之间设置有套接于阀体外侧的弹簧。如此，弹性胶套一端固定，另一端可随滑块移动。井下排水采气机器人在井管内的受到环境压力与温度是交变的，这样容易引起弹性胶套的膨胀或者收缩，当弹性胶套收缩时，弹性胶套的一端随滑块向轴向收缩方向移动，避免胶套因拉力过大而使其端部固定配合处拉脱；当弹性胶套膨胀时，弹性胶套的一端随滑块向轴向伸张方向移动，避免弹性胶套因膨胀导致外圆周出现褶皱或过度隆起而使弹性胶套与井管内壁之间产生不可控接触，从而进一步地保证井下排水采气机器人在使用中的稳定性和可靠性。

进一步的是，所述弹簧位于设置于阀体上的外圆凸台与滑套之间，所述外圆凸台作为滑块的限位止点，从而有效控制整个阀的设计长度。

所述第二锁紧螺母通过定位销钉固定在滑套上，保证利用第二压紧盖帽和第二锁紧螺母可靠地将弹性胶套固定在滑套上。

所述活塞与阀体之间设置有第二密封圈，第二密封圈和滑块分别位于所述通流孔的两侧，可避免泄压，提高可靠性。

具体地，为便于零件加工或组装，设计所述活塞为圆柱形回转体形状并开设有连接槽与平衡孔，所述滑块的外轮廓为回转体形状并开设有肋板与扇形孔；所述阀体为空心回转体形状，阀体的一端按圆周方向开设有多个通流孔，阀体的另一端开设供所述滑块的肋板移动的导向槽。需要说明的是，前述称零件为回转体形状指零件基体为回转体，但在设置具体的功能性结构后已经不再是回转体。

为便于组装，所述的活塞与阀杆螺纹连接。

为便于组装，所述的滑块与阀杆通过螺母和弹性垫圈连接。

本实用新型的井下排水采气机器人，包括依次连接的捕捞定心器、变径截断阀、电动缸、控制系统、传感系统、电池组、引导缓冲器，所述变径截断阀采用上述任一种截断阀，截断阀的活塞端与电动缸连接，截断阀的另一端与捕捞定心器连接。

本实用新型的有益效果是：改善了井下排水采气机器人的使用稳定性与可靠性。

附图说明

图1是本实用新型井下排水采气机器人的整体结构图。

图2是本实用新型截断阀的示意图（内外流道打开）。

图3是图2的结构处于另一状态的示意图（内外流道关闭）。

图4是图2中阀体的轴测图。

图5是图2中第一锁紧螺母的轴测图。

图6是图2中第一压紧盖帽的剖面图。

图7是图2中弹性胶套的剖面图。

图8是图2中扩张套的剖面图。

图9是图2中扩张套的轴测图。

图10是图2中阀杆的轴测图。

图11是图2中滑块的主视图。

图12是图2中滑块的轴测图。

图13是图2中第二压紧盖帽的剖面图。

图14是图2中滑套的剖面图。

图15是图2中活塞的轴测图。

图16是图2中第二锁紧螺母的轴测图。

图中标记为：1-捕捞定心器，2-截断阀，3-电动缸，4-控制系统，5-传感系统，6-电池组，7-引导缓冲器，20-井管内壁，21-阀体，22-第一锁紧螺母，23-第一压紧盖帽，24-弹性胶套，25-扩张套，26-阀杆，27-滑块，28-弹簧，29-第二压紧盖帽，30-定位销钉，31-滑套，32-活塞，33-第二密封圈，34-第二锁紧螺母，35-第一密封圈，36-弹性垫圈，37-螺母，38-外流道，39-内流道，210-导向槽，211-外圆凸台，212-通流孔，250-尾槽，251-弹片，270-扇形孔，271-肋板，320-平衡孔，321-连接槽，340-定位销孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1、图2、图3和图4所示，本实用新型井下排水采气机器人由捕捞定心器1、截断阀2、电动缸3、控制系统4、传感系统5、电池组6及引导缓冲器7组成，并依照上述顺序依次连接，截断阀2的活塞端与电动缸3连接，截断阀2的另一端与捕捞定心器1连接。

如图2、图3和图4所示，本实用新型井下排水采气机器人的截断阀包括包括同轴布置的阀体21、阀杆26、弹性胶套24、滑块27和活塞32，弹性胶套24套接在阀体的外部，通流孔212设于阀体21上并与弹性胶套24在轴向保持有间隔，阀杆26上连接滑块27与活塞32，活塞32与阀体21滑动配合而滑块27同步移动，通过活塞32的滑动可封闭或打开所述的通流孔212，通过滑块27的滑动可致弹性胶套24胀开或收缩，所述阀体21与弹性胶套24之间还套接有扩张套25，扩张套25的固定端与阀体21固定配合，弹性胶套24的一端通过第一锁紧机构固定在扩张套25的固定端，弹性胶套24的另一端越过扩张套25的另一端后由第二锁紧机构固定在阀体21的外侧，阀体21上设有与滑块27配合的导向槽210，突出于阀体21的滑块27与扩张套25的活动端配合，扩张套25的活动端设N条沿圆周方向均布的轴向缝隙而形成N片弹片251，N≥2，所述滑块27的滑动作用于所述弹片251进而作用于所述的弹性胶套24。

实施例：

如图1～图16所示，某井下排水采气机器人的截断阀包括阀体21、第一锁紧螺母22、第一压紧盖帽23、弹性胶套24、扩张套25、阀杆26、滑块27、弹簧28、第二压紧盖帽29、定位销钉30、滑套31、活塞32、第二密封圈33、第二锁紧螺母34、第一密封圈35、弹性垫圈36、螺母37。活塞32与阀杆26通过螺纹连接；滑块27与阀杆26通过螺母37、弹性垫圈36连接，活塞32、滑块27与阀杆26形成刚性整体并可沿阀体21轴向滑动；扩张套25套装于阀体21的外圆周；通过第一锁紧螺母22压紧第一压紧盖帽23，使弹性胶套24的一端被压紧固定于扩张套25的一端，同时也将扩张套25固定于阀体21外圆周，通过第二锁紧螺母34压紧第二压紧盖帽29，使弹性胶套24另一端被压紧固定于第二压紧盖帽29与滑套31之间并且可随滑套31移动；滑块27与阀体21为滑动配合；弹簧28位于滑套31与阀体21的外圆凸台211之间；第二锁紧螺母34通过定位销钉30固定防松；滑套31与阀体21之间安装第一密封圈35；活塞32与阀体21之间安装第二密封圈33。第一密封圈35、第二密封圈33均可采用O形圈。

活塞32通过连接槽321与电动缸3连接，由电动缸3推动活塞32移动，活塞32、阀杆26与滑块27为相互连接而成的刚性体，整体同步移动。图2所示状态为截断阀的初始状态，此时内外流道全部开启，井下排水采气机器人可在重力作用下沿井管下落。当电动缸3推动活塞32向滑块27方向移动时，活塞32逐渐将阀体21圆周上布置的通流孔212关闭，内流道39即关闭，在滑块27与活塞32同步移动的过程中，滑块27的外圆周面逐渐与扩张套25内壁接触，随着滑块27移动距离增加，滑块27外圆周面对扩张套25内壁形成接触挤压，使扩张套25扩张，扩张套25扩张后挤压弹性胶套24内壁，使弹性胶套24被挤压处的直径扩张变大，弹性胶套24被挤压处直径扩张到一定程度后会与井管内壁20接触，从而将截断阀的外流道38关闭，此时截断阀的内、外流道关闭，井管内部流体被截断，井管中流体被截断阀分成上下两部分，上部流体压力因管井口排气而压力降低，导致截断阀上下形成压差，从而推动井下排水采气机器人向上移动，上部分流体中的积液被排出井管。

如图2～图16所示，弹性胶套24的两端均具有向轴心的凸台结构以便用于固定，通过第一锁紧螺母22、第一压紧盖帽23及扩张套25的固定端，将弹性胶套24这一端的凸台压紧于第一压紧盖帽23与扩张套25的尾槽250之间的空腔中，通过第二锁紧螺母34、第二压紧盖帽29及滑套31，将弹性胶套24的另一端的凸台固定于滑套31与第二压紧盖帽29之间的空腔中。在结构上，让弹性胶套24两端压紧处有一定的压缩量，保证弹性胶套24的两端固定不易脱出。弹簧28位于阀体21的外圆凸台211与滑套31的端面之间的空腔中，初始状态为压缩状态，通过弹簧28的推力作用，使弹性胶套24有一定的预拉力，防止其在井下排水采气机器人沿井管下落时摩擦起皱。另外，受井管内部交变温度与交变压力的作用，弹性胶套24在圆周及轴向上会出现一定的收缩或者膨胀，通过弹簧28与滑套31的设置，在弹性胶套24收缩时，滑套31向弹性胶套24轴向收缩的方向移动，避免弹性胶套24过度受拉而产生其固定端被拉脱的风险，在弹性胶套24膨胀时，弹簧28推动滑套31沿弹性胶套24轴向膨胀方向移动，吸收弹性胶套24在轴向上的膨胀变形量，防止弹性胶套24外表起皱或过度隆起。

如图8、图9所示，扩张套25为回转体形状零件，圆周均匀开设了若干缝隙，使扩张套25圆周形成若干弹片251，同时在材料选用上，扩张套25使用高强度金属材料，材料经过热处理后具有高强度、弹性好的特点。上述应用，使扩张套25给弹性胶套24提供了良好的弹性支撑，在井管中，能为弹性胶套24提供一定的保护，并且改善井下排水采气机器人在升降过程中的通过性。

如图2、图3、图4、图11、图12所示，阀体21圆周均匀设置若干通流孔212，阀体21中心为空心结构，同时滑块27是肋板271连接结构，肋板271之间具有扇形孔270，肋板271配合于阀体21上面的导向槽210，所以阀体21与滑块27之间也具有流道，图2所示状态下，在井管中，截断阀以下的部分流体可以通过阀体21圆周的通流孔212向阀体21中心流动并且通过滑块27的扇形孔270，最后排向截断阀上部。

如图1、图15所示，活塞32端部设置连接槽321以便于与电动缸3连接，其轴向上设置若干平衡孔320并按圆周分布，截断阀2的活塞端与电动缸3相连接并在连接处形成腔室，活塞32动作时，平衡孔320使活塞轴向两端的压力平衡，避免产生压差导致移动困难。

如图16所示，第二锁紧螺母34的外圆面上设置定位销孔340以与定位销钉30相配合。

本实用新型可对井下压力、温度进行连续动态测量，同时控制系统能智能地控制调整截断阀内外流道的开启与截断，从而实现在井下管道中智能往复行走排水的功能。

Claims (10)

1.井下排水采气机器人的截断阀，包括同轴布置的阀体（21）、阀杆（26）、弹性胶套（24）、滑块（27）和活塞（32），弹性胶套（24）套接在阀体的外部，通流孔（212）设于阀体（21）上并与弹性胶套（24）在轴向保持有间隔，阀杆（26）上连接滑块（27）与活塞（32），活塞（32）与阀体（21）滑动配合而滑块（27）同步移动，通过活塞（32）的滑动可封闭或打开所述的通流孔（212），通过滑块（27）的滑动可致弹性胶套（24）胀开或收缩，其特征是：所述阀体（21）与弹性胶套（24）之间还套接有扩张套（25），扩张套（25）的固定端与阀体（21）固定配合，弹性胶套（24）的一端通过第一锁紧机构固定在扩张套（25）的固定端，弹性胶套（24）的另一端越过扩张套（25）的另一端后由第二锁紧机构固定在阀体（21）的外侧，阀体（21）上设有与滑块（27）配合的导向槽（210），突出于阀体（21）的滑块（27）与扩张套（25）的活动端配合，扩张套（25）的活动端设N条沿圆周方向均布的轴向缝隙而形成N片弹片（251），N≥2，所述滑块（27）的滑动作用于所述弹片（251）进而作用于所述的弹性胶套（24）。

2.如权利要求1所述的井下排水采气机器人的截断阀，其特征是：所述第一锁紧机构包括第一锁紧螺母（22）和第一压紧盖帽（23），所述扩张套（25）的固定端设有尾槽（250），所述弹性胶套（24）的端部由第一压紧盖帽（23）锁定于所述尾槽（250）内，第一锁紧螺母（22）与阀体（21）螺纹连接。

3.如权利要求1或2所述的井下排水采气机器人的截断阀，其特征是：所述第二锁紧机构包括第二锁紧螺母（34）、第二压紧盖帽（29）和与阀体（21）滑动配合的滑套（31），滑套（31）位于阀体（21）的外侧，滑套（31）与阀体（21）之间设置有第一密封圈（35），第二锁紧螺母（34）、第二压紧盖帽（29）装配于滑套（31）的外侧，所述弹性胶套（24）的端部由第二压紧盖帽（29）和滑套（31）压紧固定，第二锁紧螺母（34）与滑套（31）螺纹连接；滑套（31）与阀体（21）之间设置有套接于阀体（21）外侧的弹簧（28）。

4.如权利要求3所述的井下排水采气机器人的截断阀，其特征是：所述弹簧（28）位于设置于阀体（21）上的外圆凸台（211）与滑套（31）之间，所述外圆凸台（211）作为滑块（27）的限位止点。

5.如权利要求3所述的井下排水采气机器人的截断阀，其特征是：所述第二锁紧螺母（34）通过定位销钉（30）固定在滑套（31）上。

6.如权利要求1或2所述的井下排水采气机器人的截断阀，其特征是：所述活塞（32）与阀体（21）之间设置有第二密封圈（33），第二密封圈（33）和滑块(27)分别位于所述通流孔(212)的两侧。

7.如权利要求1或2所述的井下排水采气机器人的截断阀，其特征是：所述活塞（32）为在圆柱形回转体形状并开设有连接槽（321）与平衡孔（320），所述滑块（27）的外轮廓为回转体形状并开设有肋板（271）与扇形孔（270）；所述阀体（21）为空心回转体形状，阀体（21）的一端按圆周方向开设有多个通流孔（212），阀体（21）的另一端开设供所述滑块（27）的肋板（271）移动的导向槽（210）。

8.如权利要求1或2所述的井下排水采气机器人的截断阀，其特征是：所述的活塞（32）与阀杆（26）螺纹连接。

9.如权利要求1或2所述的井下排水采气机器人的截断阀，其特征是：所述的滑块（27）与阀杆（26）通过螺母（37）和弹性垫圈（36）连接。

10.井下排水采气机器人，包括依次连接的捕捞定心器（1）、变径截断阀、电动缸（3）、控制系统（4）、传感系统（5）、电池组（6）、引导缓冲器（7），其特征是：所述变径截断阀采用上述任一权利要求所述的截断阀，截断阀的活塞端与电动缸（3）连接，截断阀的另一端与捕捞定心器（1）连接。

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