CN217976161U - 欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀，包括上壳体、下壳体和锥形反射碗；上壳体顶端具有上接头；上壳体内部布置有中心管，且中心管的顶端与上接头密封固定并连通；上壳体的顶部侧壁周向具有多个脱气组件；下壳体顶端与上壳体的底端密封固定对接；锥形反射碗卡接固定在上壳体和下壳体的连接处内部；锥形反射碗周向开设有多个导流孔，导流孔与上壳体和中心管形成的环形脱气腔对应。气液两相混合液从中心管向下喷出后遇到锥形反射碗反射成向上的射流体进入环形脱气腔，气体通过重力分离作用得以分离，分离出的高压气泡顶开脱气组件排出，经过脱气的液体通过锥形反射碗周围的一组导流孔继续向下流动，脱气效果好。

Description

欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀

技术领域

本实用新型涉及煤层气开采技术领域，更具体的说是涉及一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀。

背景技术

在煤层气开发领域，有一种采用在煤层中钻进不进行压裂改造的水平井实现煤层气开采。由于多数煤层是低孔隙度、低渗透率和低储层压力的煤层，钻井过程中钻井液和钻进时产生的煤粉在环空液柱压力的作用下进入煤层的微细裂缝造成堵塞，致使水平井气产量没有商业价值，甚至部分水平井几乎不产气。

为了降低煤层水平井眼钻进时对煤层造成的伤害和污染，目前常用的一种方法是采用清水加少量添加剂的无固相的清洁钻井液钻进煤层，另一种方法是打一口近端对接垂直井，并通过对接井注入压缩空气进入到水平井眼，来降低钻进时的环空液柱压力，实现煤层中水平井眼欠平衡钻进。个别地方也曾尝试微泡泥浆体系钻井液和钻杆加气的方法实现降低环空液柱压力，试图实现煤层中水平井眼欠平衡钻进来降低钻井对煤层的伤害，然而都没有获得水平井较高产气量，甚至造成煤层严重污染和煤层井眼严重垮塌，致使钻井完全失败。

由于煤层的地质特性，在煤层中钻进时容易造成煤层污染和垮塌，成功钻进煤层中水平井并减少对煤层的污染是决定产气量高低的关键因素。无固相清洁钻井液无疑减少固相添加剂对低压煤层的侵入污染，对较高渗透率和空隙压力较高的煤层，该方法对煤层污染程度相对较小，且能够获得理想的气产量，但对储层压力较低的煤层，钻井时产生的煤粉随钻井液的漏失进入煤层并堵塞煤层中的微细裂缝，这对煤层有较大的伤害。微泡无固相钻井液虽然能部分降低环空液柱对煤层的压力，但是钻井液漏失仍然造成对煤层的严重污染，尤其是微泡钻井液使用的化学添加剂，对煤层的伤害更为严重，甚至造成水平井不产气。通过近端对接的垂直井注入压缩空气是实现煤层中水平井欠平衡钻进较为成功的方法，它既可实现煤层中水平井欠平衡钻进，又能避免上述钻杆加气欠平衡钻进导致井眼垮塌的弊端，其缺点是井型结构复杂，施工困难，钻井费用高。

钻杆加气欠平衡钻井工艺虽然能对高阶煤和固结程度高的煤层能实现欠平衡钻进，但对大多数低空隙压力、低阶煤层和松软碎裂煤层是不使用的，原因是这些煤层容易漏失钻井液和垮塌，再加上压缩空气气泡从钻头流出后会迅速涨大形成冲击波，对煤造成持续的冲击，使原本易垮塌的煤层井眼更加不稳定，垮塌更加严重，甚至埋卡钻具，致使钻井无法正常进行。在此结构中，能够有效在煤层之上井眼位置对压缩空气进行分离的脱气阀对在欠平衡状态下顺利钻进水平井起到至关重要的作用。

因此，如何提供一种脱气效果好，在生产时易于根据不同压力规格进行制造的、适用于井下的脱气阀，是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀，包括：上壳体、下壳体和锥形反射碗；

所述上壳体为筒体结构，且顶端具有上接头；所述上壳体内部同轴间隔布置有中心管，且所述中心管的顶端与所述上接头密封固定并连通；所述上壳体的顶部侧壁周向具有多个脱气组件；

所述下壳体为筒体结构，且顶端与所述上壳体的底端密封固定对接，底端具有下接头；

所述锥形反射碗卡接固定在所述上壳体和下壳体的连接处内部，所述锥形反射碗的尖头内部具有与所述中心管对应的锥形凸起，所述锥形凸起与所述中心管存在间隙；所述锥形反射碗周向开设有多个导流孔，所述导流孔与所述上壳体和中心管形成的环形脱气腔对应。

通过上述技术方案，本实用新型提供的脱气阀能够对气液两相混合液进行有效分离，气液两相混合液从中心管向下喷出后遇到锥形反射碗反射成向上的射流体进入环形脱气腔，气体通过重力分离作用得以分离，分离出的高压气泡通过顶开脱气组件排出，经过脱气的液体通过锥形反射碗周围的一组导流孔继续向下流动，脱气效果好；而且可以通过更换不同规格的脱气组件以适应不同压力的气液两相混合液进行脱气，结构简单，连接方便，适用于煤层气开采的井下脱气。

优选的，在上述一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀中，所述脱气组件安装在所述上壳体开设的脱气孔内，包括球座、压盖、钢珠和弹簧；所述球座卡紧在所述脱气孔内，且内部形成阀孔腔体，所述球座朝向所述上壳体内部一侧中央具有进气孔；所述压盖卡紧在所述阀孔腔体朝向所述上壳体外部一侧，所述压盖中央开设有排气孔；所述钢珠位于所述阀孔腔体内部；所述弹簧固定在所述压盖和钢珠之间，且其弹性力迫使所述钢珠顶紧所述进气孔。本实用新型可以通过改变脱气组件的弹簧硬度以适应不同压力的气液两相混合液进行脱气，弹簧的硬度越大，能够满足的脱气压力越大，结构简单，连接方便，适用于煤层气钻杆加气钻井的井下脱气。

优选的，在上述一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀中，所述上壳体的顶端为口径逐渐缩小的变径结构，且其最小口径等于所述上接头的口径尺寸。能够满足外形的使用需求。

优选的，在上述一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀中，所述脱气组件布置在所述变径结构的倾斜面上呈120°相位分布。脱气效果更好。

优选的，在上述一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀中，所述下壳体的底端为口径逐渐缩小的变径结构，且其最小口径等于所述下接头的口径尺寸。能够满足外形的使用需求。

优选的，在上述一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀中，所述下壳体的内壁上方具有用于卡接所述锥形反射碗侧壁的环形卡槽，所述锥形反射碗的侧壁顶沿与所述上壳体的底沿顶紧贴合，所述锥形反射碗的侧壁底沿与所述环形卡槽的底沿顶紧贴合。便于锥形反射碗的连接。

优选的，在上述一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀中，所述上壳体和下壳体之间通过焊接固定或螺纹连接。连接简单方便、稳固可靠。

优选的，在上述一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀中，所述上壳体和下壳体的外壁平滑过渡连接。外形的整体性更强。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀，具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的脱气阀能够对气液两相混合液进行有效分离，气液两相混合液从中心管向下喷出后遇到锥形反射碗反射成向上的射流体进入环形脱气腔，气体通过重力分离作用得以分离，分离出的高压气泡通过顶开脱气组件排出，经过脱气的液体通过锥形反射碗周围的一组导流孔继续向下流动，脱气效果好。

2、本实用新型可以通过改变脱气组件的弹簧硬度以适应不同压力的气液两相混合液进行脱气，弹簧的硬度越大，能够满足的脱气压力越大，结构简单，连接方便，适用于煤层气开采的井下脱气。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型提供的实施例1的脱气阀结构和原理的示意图；

图2附图为本实用新型提供的实施例1的脱气阀结构的分解图；

图3附图为本实用新型提供的实施例1的脱气组件的结构示意图；

图4附图为本实用新型提供的实施例2的上壳体的结构示意图；

图5附图为本实用新型提供的实施例2的上壳体的横截面图；

图6附图为本实用新型提供的实施例2的密封套筒的横截面图；

图7附图为本实用新型提供的实施例2的密封套筒的轴向剖视图；

图8附图为本实用新型提供的实施例2的中心管调节的示意图。

其中：

1-上壳体；

11-上接头；

12-中心管；

121-固定管；122-伸缩管；123-支撑杆；

13-脱气组件；

131-球座；

1311-进气孔；

132-压盖；

1321-排气孔；

133-钢珠；

134-弹簧；

14-环形脱气腔；

15-行程槽；

16-调节环；

17-密封套筒；

171-半壳体；172-插口结构；173-密封防水条；174-上密封圈；175-下密封圈；176-环形限位槽；177-环形锁紧槽；

18-抱箍；

2-下壳体；

21-下接头；

22-环形卡槽；

3-锥形反射碗；

31-导流孔；

32-锥形凸起。

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。

实施例1：

参见附图1和附图2，本实用新型实施例公开了一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀，包括：上壳体1、下壳体2和锥形反射碗3；

上壳体1为筒体结构，且顶端具有上接头11；上壳体1内部同轴间隔布置有中心管12，且中心管12的顶端与上接头11密封固定并连通；上壳体1的顶部侧壁周向具有多个脱气组件13；

下壳体2为筒体结构，且顶端与上壳体1的底端密封固定对接，底端具有下接头21；

锥形反射碗3卡接固定在上壳体1和下壳体2的连接处内部，锥形反射碗3的尖头内部具有与中心管12对应的锥形凸起32，锥形凸起32与中心管12存在间隙；锥形反射碗3周向开设有多个导流孔31，导流孔31与上壳体1和中心管12形成的环形脱气腔14对应。

参见附图3，脱气组件13安装在上壳体1开设的脱气孔内，包括球座131、压盖132、钢珠133和弹簧134；球座131卡紧在脱气孔内，且内部形成阀孔腔体，球座131朝向上壳体1内部一侧中央具有进气孔1311；压盖132卡紧在阀孔腔体朝向上壳体1外部一侧，压盖132中央开设有排气孔1321；钢珠133位于阀孔腔体内部；弹簧134固定在压盖132和钢珠133之间，且其弹性力迫使钢珠133顶紧进气孔1311。

为了进一步优化上述技术方案，上壳体1的顶端为口径逐渐缩小的变径结构，且其最小口径等于上接头11的口径尺寸。

为了进一步优化上述技术方案，脱气组件13布置在变径结构的倾斜面上呈120°相位分布。

为了进一步优化上述技术方案，下壳体2的底端为口径逐渐缩小的变径结构，且其最小口径等于下接头21的口径尺寸。

为了进一步优化上述技术方案，下壳体2的内壁上方具有用于卡接锥形反射碗3侧壁的环形卡槽22，锥形反射碗3的侧壁顶沿与上壳体1的底沿顶紧贴合，锥形反射碗3的侧壁底沿与环形卡槽22的底沿顶紧贴合。

为了进一步优化上述技术方案，上壳体1和下壳体2之间通过焊接固定或螺纹连接。

为了进一步优化上述技术方案，上壳体1和下壳体2的外壁平滑过渡连接。

本实施例的工作原理为：

参见附图1，气液两相混合液，通过图中单独的虚线尖头表示，从中心管12向下喷出后遇到锥形反射碗3反射成向上的射流体进入环形脱气腔14，气相流由图中的带有虚线圆圈的虚线尖头表示，通过重力分离作用得以分离；分离出的高压气泡通过顶开脱气组件13的钢珠134，从进气孔1311进入，由排气孔1321排出；经过脱气的液相流，通过实线箭头表示，通过锥形反射碗3周围的一组导流孔31继续向下流动，以此实现气液的分离。

实施例2：

本实施例主要针对中心管12和上壳体1的侧壁结构进行改进，其他结构均与实施例1相同。

本实施例提供的结构中，中心管12为可伸缩的双层管体结构，上壳体1侧壁具有行程槽15，上壳体1外侧套设有穿过行程槽15至其内部并带动双层管体结构进行伸缩运动的调节架，调节架包括调节环16和支撑杆123；调节架和行程槽15外侧套设有密封套筒17，密封套筒17能够带动调节架沿着行程槽15运动，且能够在紧固状态下实现对行程槽15的密封。本实施例的其他结构均与实施例1相同。

由于气液两相混合液从中心管12向下喷出后遇到锥形反射碗3反射成向上的射流体进入环形脱气腔14，在这个过程中，由于气液两相混合液携带重力冲击作用及其自身的冲击压力，因此，中心管12底沿与锥形反射碗3之间的间距对于冲击力的大小影响较大，同时由于冲击力的影响，对于其液相和气相的分离及脱出效率也会产生较大影响。因此，本实施例旨在通过改进中心管结构，使得中心管12底沿与锥形反射碗3之间的间距可调，进而实现对冲击力的调节，以适应不同的混合比例的气液两相混合液。

在本实施例中，中心管12为可伸缩管体结构，包括固定管121和伸缩管122；固定管121顶端与上接头11密封固定并连通，固定管121的管壁下部为双层结构，伸缩管122插入固定管121管壁下部为双层结构内，以实现能够相对固定管121进行抽插伸缩动作。

伸缩管122外侧壁径向固定有多根支撑杆123；在本实施例中，支撑杆123的数量为4根，且环绕伸缩管122在同一平面内均匀布置。上壳体1的侧壁上轴向开设有与支撑杆123数量相同且对应的行程槽15；四根支撑杆123分别对应穿出四个行程槽15；支撑杆123能够在行程槽15内进行上下滑动，进而带动伸缩管122相对固定管121进行抽插伸缩动作。

上壳体1外侧套设有调节环16，调节环16内壁与四根伸出行程槽15的支撑杆123端头固定。在本实施例中，可以先将固定管121与上接头11焊接固定，然后将伸缩管122插入固定管121底部，然后从行程槽15外侧插入支撑杆123，将支撑杆123与伸缩管122焊接固定，然后再套入调节环16，最后将调节环16与支撑杆123焊接固定。

上壳体1外侧还套设有密封套筒17，密封套筒17包括两个半壳体171，两个半壳体171对接的端面上具有插口结构172，插口结构172之间具有用于密封的密封防水条173；两个半壳体171对接后形成的密封套筒17内壁的顶部和底部固定嵌设有上密封圈174和下密封圈175；两个半壳体171对接后形成的密封套筒17内壁中部具有环形限位槽176，调节环16嵌设卡接在环形限位槽176内；两个半壳体171对接后形成的密封套筒17的外侧壁的顶部和底部具有环形锁紧槽177；环形锁紧槽177内套设有抱箍18，抱箍18将两个半壳体171对接锁紧。

当需要对中心管12的长度进行调节时，松开抱箍18然后带动两个半壳体171上下运动，需要注意的是，在这个过程中，只需要将两个半壳体171之间稍微留出一点缝隙使其能够上下移动即可，此时，插口结构172保持对接且不脱出的状态，然后即可通过环形限位槽176的限制带动调节环16上下运动，进而实现对伸缩管122的伸缩调节，当调节完成后，锁紧抱箍18，通过密封防水条173、上密封圈174和下密封圈175对行程槽15进行密封。

在本实施例中，由于密封套筒17为包括两个半壳体171，所以，上密封圈174和下密封圈175也是断开的半圆结构，由于密封圈为具有弹性的橡胶材质，因此在对接后，能够在抱箍18的锁紧力下实现密封。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀，其特征在于，包括：上壳体(1)、下壳体(2)和锥形反射碗(3)；

所述上壳体(1)为筒体结构，且顶端具有上接头(11)；所述上壳体(1)内部同轴间隔布置有中心管(12)，且所述中心管(12)的顶端与所述上接头(11)密封固定并连通；所述上壳体(1)的顶部侧壁周向具有多个脱气组件(13)；

所述下壳体(2)为筒体结构，且顶端与所述上壳体(1)的底端密封固定对接，底端具有下接头(21)；

所述锥形反射碗(3)卡接固定在所述上壳体(1)和下壳体(2)的连接处内部，所述锥形反射碗(3)的尖头内部具有与所述中心管(12)对应的锥形凸起(32)，所述锥形凸起(32)与所述中心管(12)存在间隙；所述锥形反射碗(3)周向开设有多个导流孔(31)，所述导流孔(31)与所述上壳体(1)和中心管(12)形成的环形脱气腔(14)对应。

2.根据权利要求1所述的一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀，其特征在于，所述脱气组件(13)安装在所述上壳体(1)开设的脱气孔内，包括球座(131)、压盖(132)、钢珠(133)和弹簧(134)；所述球座(131)卡紧在所述脱气孔内，且内部形成阀孔腔体，所述球座(131)朝向所述上壳体(1)内部一侧中央具有进气孔(1311)；所述压盖(132)卡紧在所述阀孔腔体朝向所述上壳体(1)外部一侧，所述压盖(132)中央开设有排气孔(1321)；所述钢珠(133)位于所述阀孔腔体内部；所述弹簧(134)固定在所述压盖(132)和钢珠(133)之间，且其弹性力迫使所述钢珠(133)顶紧所述进气孔(1311)。

3.根据权利要求1或2所述的一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀，其特征在于，所述上壳体(1)的顶端为口径逐渐缩小的变径结构，且其最小口径等于所述上接头(11)的口径尺寸。

4.根据权利要求3所述的一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀，其特征在于，所述脱气组件(13)布置在所述变径结构的倾斜面上呈120°相位分布。

5.根据权利要求1所述的一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀，其特征在于，所述下壳体(2)的底端为口径逐渐缩小的变径结构，且其最小口径等于所述下接头(21)的口径尺寸。

6.根据权利要求1所述的一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀，其特征在于，所述下壳体(2)的内壁上方具有用于卡接所述锥形反射碗(3)侧壁的环形卡槽(22)，所述锥形反射碗(3)的侧壁顶沿与所述上壳体(1)的底沿顶紧贴合，所述锥形反射碗(3)的侧壁底沿与所述环形卡槽(22)的底沿顶紧贴合。

7.根据权利要求1、2、4-6任一项所述的一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀，其特征在于，所述上壳体(1)和下壳体(2)之间通过焊接固定或螺纹连接。

8.根据权利要求7所述的一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀，其特征在于，所述上壳体(1)和下壳体(2)的外壁平滑过渡连接。

9.根据权利要求1、2、4-6和8中任一项所述的一种欠平衡状态下对井眼位置压缩空气进行分离的脱气阀，其特征在于，所述中心管(12)为可伸缩的双层管体结构，所述上壳体(1)侧壁具有行程槽(15)，所述上壳体(1)外侧套设有穿过所述行程槽(15)至其内部并带动所述双层管体结构进行伸缩运动的调节架，所述调节架和所述行程槽(15)外侧套设有密封套筒(17)，所述密封套筒(17)能够带动所述调节架沿着所述行程槽(15)运动，且能够在紧固状态下实现对所述行程槽(15)的密封。

Images