一種分體式柱塞鋼絲排液裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種分體式柱塞鋼絲排液裝置，該裝置分為上下兩部分，上部分包括從上至下依次螺紋連接的鋼絲繩連接器、上加重桿、上篩管、阻尼器、下篩管，下部分包括翅環(huán)、聯(lián)接桿、柱塞和下加重桿，聯(lián)接桿的上端穿過翅環(huán)后與下篩管相連，柱塞包括柱塞套和柱塞桿，柱塞套下端和柱塞桿的下端相接后密封，聯(lián)接桿的下端插入柱塞套后與柱塞桿上端連接，柱塞桿下端與下加重桿連接，柱塞套外徑小于油管內(nèi)徑，所述柱塞套密度小于下加重桿的密度。本發(fā)明用鋼絲繩來驅(qū)動柱塞，無需考慮井內(nèi)能量是否充足，且柱塞不容易被卡，采用的阻尼器，有效防止井內(nèi)壓力較高使柱塞加速上移導(dǎo)致鋼絲繩打扭、彎曲，保證鋼絲繩的使用壽命；排液效率高，可徹底清除井底積液。
【專利說明】
一種分體式柱塞鋼絲排液裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于天然氣井排水采氣領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種分體式柱塞鋼絲排液裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]柱塞排液由于其工藝簡單、容易安裝和檢修及可以有效地利用地層能量進(jìn)行排采等優(yōu)點而受到關(guān)注，各科研單位都在積極地研制。長慶井下作業(yè)公司在2015年研發(fā)的“無底座分體式柱塞套”，專利號為:CN 205089591 U。該分體式柱塞套主要有柱塞體和柱塞套組成，通過對行程及運(yùn)行時間的控制使其在井下相遇并合為一體，形成一個氣液分離接口，再打開井口釋放井內(nèi)天然氣壓力，由于兩端壓差的作用，柱塞上移，其上部的液體被排出。
[0003]但是在試驗及應(yīng)用的過程中出現(xiàn)如下問題:1、柱塞套與油管之間的間隙較小，柱塞在運(yùn)行過程中容易遇卡;2、井內(nèi)能量不足，無法將柱塞及其上部液體舉升到井口；3、無法精確探測液面深度，所以柱塞下入的深度存在較大的偏差。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決柱塞在運(yùn)行過程中容易遇卡及井內(nèi)能量不足導(dǎo)致柱塞及積液無法被舉升到井口的問題。
[0005]為此，本發(fā)明提供了一種分體式柱塞鋼絲排液裝置，該裝置分為上下兩部分，上部分包括從上至下依次螺紋連接的鋼絲繩連接器、上加重桿、上篩管、阻尼器、下篩管，下部分包括翅環(huán)、聯(lián)接桿、柱塞和下加重桿，所述聯(lián)接桿的上端穿過翅環(huán)后與下篩管相連，所述柱塞包括柱塞套和柱塞桿，所述柱塞套下端和柱塞桿的下端相接后密封，所述聯(lián)接桿的下端插入柱塞套后與柱塞桿上端連接，柱塞桿下端與下加重桿連接，所述柱塞套外徑小于油管內(nèi)徑，所述柱塞套密度小于下加重桿的密度；所述阻尼器包括滑筒、上接頭、球架、鋼球及下接頭，所述滑筒上端設(shè)置有與上篩管連接的外螺紋，所述滑筒外從上至下套設(shè)有上接頭、球架及下接頭，所述球架與上接頭和下接頭均螺紋連接；所述滑筒下部外壁上設(shè)置有上大下小的錐形凹槽，所述上接頭內(nèi)壁下部設(shè)有凸臺，所述下接頭內(nèi)有通孔，上端設(shè)置有內(nèi)螺紋，所述通孔的直徑小于內(nèi)螺紋直徑，所述球架為金屬圓筒，其下部外壁周向上均勻分布有圓形孔，各圓形孔之間設(shè)置有沿軸向外部過流槽，所述鋼球放置在圓形孔上與滑筒下部外壁的錐形凹槽相接，所述圓形孔直徑小于鋼球的直徑， 所述滑筒上套裝有彈簧，該彈簧一端坐在上篩管的下端面上，另一端坐在上接頭的凸臺上。
[0006]所述下篩管為一金屬圓筒，筒壁上開有孔眼，下端固定連接帶外螺紋的堵頭，堵頭的中心位置開有圓孔，所述聯(lián)接桿上端穿過圓孔，通過承力螺帽和背帽與下篩管連接。
[0007]所述聯(lián)接桿由上小下大的凸肩分為兩段，所述翅環(huán)由圓筒和圓筒外壁均勻分布的三個三角形金屬板組成，該翅環(huán)套裝在聯(lián)接桿的上端，卡在下篩管的下端面和聯(lián)接桿的凸肩之間。
[0008]所述柱塞桿外徑呈三段階梯狀，從上到下依次增大，最下端的外徑大于柱塞套的內(nèi)徑。
[0009]所述柱塞套呈圓筒狀，材質(zhì)為尼龍或聚四氟乙烯。
[0010]所述上加重桿和下加重桿均為截面是圓形的金屬桿。
[0011]所述鋼絲繩連接器的上端設(shè)置有打撈頭，該打撈頭與鋼絲繩連接器螺紋連接。
[0012]所述滑筒與上篩管及下接頭有相同的通徑。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:(1)用鋼絲繩來驅(qū)動柱塞，無需考慮井內(nèi)能量是否充足，且柱塞不容易被卡；(2)排液效率高，不需要關(guān)井儲能，可徹底清除井底積液；(3)設(shè)計了阻尼器，有效防止井內(nèi)壓力較高使柱塞加速上移導(dǎo)致鋼絲繩打扭、彎曲，保證鋼絲繩的使用壽命。
[0014]下面將結(jié)合附圖做進(jìn)一步詳細(xì)說明?！靖綀D說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是為阻尼器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為球架的截面圖；圖4為翅環(huán)的截面圖。
[0016]圖中:1、鋼絲繩連接器;2、上加重桿;3、上篩管;4、阻尼器;5、下篩管;6、背帽；7、承力螺帽；8、翅環(huán);9、聯(lián)接桿；10、柱塞套；11、柱塞桿；12、下加重桿；13、滑筒；14、上接頭；15、 彈簧;16、球架;17、鋼球;18、下接頭;19、外部過流槽;20、圓形孔。【具體實施方式】 [〇〇17] 實施例1:本實施例提供了一種如圖1所示的分體式柱塞鋼絲排液裝置，該裝置分為上下兩部分， 上部分包括從上至下依次螺紋連接的鋼絲繩連接器1、上加重桿2、上篩管3、阻尼器4、下篩管5,下部分包括翅環(huán)8、聯(lián)接桿9、柱塞和下加重桿12,所述聯(lián)接桿9的上端穿過翅環(huán)8后與下篩管5相連，所述柱塞包括柱塞套10和柱塞桿11，所述柱塞套10下端和柱塞桿11的下端相接后密封，所述聯(lián)接桿9的下端插入柱塞套10后與柱塞桿11上端連接，柱塞桿11下端與下加重桿12連接，所述柱塞套10外徑小于油管內(nèi)徑，所述柱塞套10密度小于下加重桿12的密度； 所述阻尼器4包括滑筒13、上接頭14、球架16、鋼球17及下接頭18,所述滑筒13上端設(shè)置有與上篩管3連接的外螺紋，所述滑筒13外從上至下套設(shè)有上接頭14、球架16及下接頭18， 所述球架16與上接頭14和下接頭18均螺紋連接；所述滑筒13下部外壁上設(shè)置有上大下小的錐形凹槽，所述上接頭14內(nèi)壁下部設(shè)有凸臺，所述下接頭18內(nèi)有通孔，上端設(shè)置有內(nèi)螺紋，所述通孔的直徑小于內(nèi)螺紋直徑，所述球架為金屬圓筒16,其下部外壁周向上均勻分布有圓形孔20,各形圓孔之間設(shè)置有沿軸向外部過流槽19,所述鋼球17放置在圓形孔20上與滑筒13下部外壁的錐形凹槽相接，所述圓形孔20直徑小于鋼球17的直徑，所述滑筒13上套裝有彈簧15,該彈簧15—端坐在上篩管3的下端面上，另一端坐在上接頭14的凸臺上。阻尼器4結(jié)構(gòu)見圖2所示，球架16結(jié)構(gòu)見圖3所示。
[0018]鋼絲繩連接器1起到連接鋼絲繩和下部結(jié)構(gòu)的作用，其下端設(shè)置有內(nèi)螺紋，用于和上加重桿2連接，上加重桿2通過其上端的外螺紋和鋼絲繩連接器1連接，上加重桿2作用在于防止上行過程中由于井內(nèi)壓力較高使柱塞加速上移而引起鋼絲繩打扭、彎曲，從而保證鋼絲繩的使用壽命，下端通過螺紋和上篩管3連接。上接頭14內(nèi)壁上設(shè)置的凸臺，用于限制滑筒13上行的滑動距離，下接頭18內(nèi)通孔的直徑小于內(nèi)螺紋直徑，用于限制滑筒13下行的滑動距離；鋼球17安裝在球架16上的圓形孔20及滑筒13錐形凹槽組成的空間內(nèi)，隨著滑筒 13的上下滑動，滑筒13上的錐形凹槽驅(qū)動鋼球17在徑向上移動。
[0019]本實施例中柱塞套10呈圓筒狀，材質(zhì)為尼龍或聚四氟乙烯;上加重桿2和下加重桿 12均為截面是圓形的金屬桿。
[0020]參閱圖1，本實施例提供的分體式柱塞套10鋼絲排液裝置工作過程如下:在下行過程中，滑筒13受到鋼絲繩拉力的作用，阻尼器4外殼受到重力的作用，兩個力的方向相反，所以滑筒13相對球架16向上滑動，滑筒13上的錐形凹槽與球架16之間的徑向間隙增大，使鋼球17縮回球架16內(nèi)部，此時處于解封狀態(tài)，柱塞能順利下降，當(dāng)進(jìn)入液體時，由于柱塞套10 的密度較小，下加重桿12的下降速度大于柱塞套10的下降速度，因此柱塞套10相對于聯(lián)接桿9向上滑動，然后柱塞套10的上端頂在翅環(huán)8上，而翅環(huán)8推著柱塞套10向下移動，此時，柱塞套10和聯(lián)接桿9之間形成一個環(huán)形空間，井內(nèi)液體從此環(huán)形空間到達(dá)柱塞套10上部，當(dāng)柱塞下入到井內(nèi)合適的深度，柱塞套10在壓力及重力作用下向下移動與柱塞桿11相接后密封，柱塞套10和柱塞桿11合為一體，形成一個氣液分離接口，把上部液體和下部的氣液隔開，此時井內(nèi)氣流克服井口壓力及柱塞套10上部液柱壓力，穿過柱塞套10與油管環(huán)隙，推動柱塞套10及其上部液體處于平衡狀態(tài)，即，柱塞套10上部的液體不會因重力的作用流到其下部，氣流在該環(huán)隙處形成了一個氣密封。
[0021]之后上行，在上行過程中，鋼絲以一定的速度和拉力向上提升柱塞，此時阻尼器4 處于解封狀態(tài)，當(dāng)提至鋼絲的拉力不再下降并保持穩(wěn)定后，說明柱塞及上部液體的重量與井內(nèi)氣流產(chǎn)生的節(jié)流阻力達(dá)到了動平衡狀態(tài)，直至將柱塞上提到井口排出液體。
[0022]當(dāng)柱塞上行至排出部份液體后，柱塞上部壓力減小，上下壓差增大，柱塞上行速度加快，使鋼絲由受拉狀態(tài)變?yōu)槭芡屏Φ臓顟B(tài)，有將鋼絲頂盤在井口油管內(nèi)的風(fēng)險。此時，由于下壓差抵消了阻尼器4外殼的重力作用，在彈簧15的作用下，所以球架16相對滑筒13向上滑動，滑筒13上的錐形凹槽與球架16之間的徑向間隙減小，使鋼球17壓回球架16圓形孔20， 此時處于坐封狀態(tài)，即阻尼器4起到阻尼作用，使裝置的下部分，只能拉著上移，不能推著上移，該阻尼器4的性能，保證了鋼絲不會在井內(nèi)打紐，造成事故。隨著柱塞的上升，液體從井口排出，井內(nèi)氣體將柱塞推送到井口，阻擋在防噴管中，完成一個循環(huán)。[〇〇23] 實施例2:在實施例1的基礎(chǔ)上，本實施例提供了一種分體式柱塞鋼絲排液裝置，所述下篩管5為一金屬圓筒，筒壁上開有孔眼，下端固定連接帶外螺紋的堵頭，堵頭的中心位置開有圓孔， 所述聯(lián)接桿9上端穿過圓孔，通過承力螺帽7和背帽6與下篩管5連接，見圖1。
[0024]所述聯(lián)接桿9由上小下大的凸肩分為兩段，所述翅環(huán)8由圓筒和圓筒外壁均勻分布的三個三角形金屬板組成，該翅環(huán)8套裝在聯(lián)接桿9的上端，卡在下篩管5的下端面和聯(lián)接桿 9的凸肩之間。見圖4所示。[〇〇25]所述柱塞桿11外徑呈三段階梯狀，從上到下依次增大，最下端的外徑大于柱塞套10的內(nèi)徑。以實現(xiàn)柱塞套10在柱塞桿11上的坐封。
[0026]鋼絲繩連接器1的上端設(shè)置有打撈頭，該打撈頭與鋼絲繩連接器1螺紋連接。所述滑筒13與上篩管3及下接頭18有相同的通徑。使液體通道上下暢通。
[0027]為了達(dá)到排水采氣的目的，鋼絲最大上提速度的計算，當(dāng)上提鋼絲打破動態(tài)平衡后，柱塞會在井內(nèi)上升氣流的密封作用和鋼絲上提拉力的作用下，將井內(nèi)液體抽出井外。若上提速度大于產(chǎn)氣量在油管內(nèi)形成的流速時，則柱塞上下會形成壓差，柱塞上部的液體會流入下部，使氣流失去對柱塞的密封作用，當(dāng)上提柱塞的速度小于氣流在油管中的流動速度時，柱塞下部的壓力大于柱塞上部的壓力，氣體在柱塞與油管壁之間起到密封作用。該氣流速度與氣井產(chǎn)量成為函數(shù)關(guān)系。
[0028]設(shè)油管的橫載面為S，氣井的產(chǎn)量為Q，則理想狀態(tài)下，柱塞上升的速度應(yīng)為壓縮狀態(tài)下的產(chǎn)量除以油管的過流面積。
[0029]V=Q/24/60/60/((P+H/100)*10V(3.14/4*D~2)=Q/678240*(P+H/100)/D~2，式中V是柱塞勻速上升的速度，m/s;Q是天然氣井的產(chǎn)量，m3/d，D是采氣管徑，m;如，當(dāng)天然氣產(chǎn)量為10000方，油管內(nèi)徑為〇.〇62m，井口氣壓為2MPa，柱塞懸浮在井內(nèi)液柱高度為254m時，柱塞在井內(nèi)勻速上升的速度計算如下:V=10000/678240*(2+254/100)/ 0.062'2=17.4m/s；同理，當(dāng)天然氣產(chǎn)量為5000方時，柱塞在井內(nèi)勻速上升的速度計算如下:V=5000/ 678240*(2+126/100)/0.062'2=6.25m/s；當(dāng)天然氣產(chǎn)量為2000方/天時，柱塞在井內(nèi)勻速上升的速度計算如下:V=2000/678240* (2+50.3/100)/0.062'2=1.9m/s；鋼絲拉力計算，由于柱塞及其上部液體在井內(nèi)處于懸浮狀態(tài)，要使柱塞勻速上升，則柱塞上承受的拉力則為其上部液體的重量，設(shè)重量為G，單位為kg，設(shè)柱塞以上部液柱高度為 H，單位為m，對于27/8”油管計算公式如下:G=3H。
[0030]加重桿重量計算，加重桿是置于井口的防噴管內(nèi)，依靠自身重量，克服井內(nèi)壓力對向外的推力而下入井內(nèi)。因此，鋼絲的截面積與井內(nèi)壓力所形成的力的大小，就是加重桿的重量；由于加重桿向下運(yùn)行時，要承受防噴盒上鋼絲與密封件的摩擦力，因靜摩擦力大于動摩擦力。
[0031]G=3.14/4P*d2+0.36 PH*S式中:G—加重桿重量，kg; P—采氣井口壓力，kg/cm2; d—鋼絲直徑，cm;橡膠與鋼材之間的磨擦系數(shù)為0 ? 36; H一密封環(huán)厚度，cm; S—鋼絲周長，cm 〇
[0032]上提所需時間計算，T=H/V，當(dāng)液面的位置在3000米時，每次抽汲所需的時間為:T= 3000/4/60=13分鐘。[〇〇33]排液能力計算，假設(shè)氣井產(chǎn)量為5000方/天，柱塞在液面內(nèi)最大下入深度為200米， 每天工作10小時，每45分鐘只抽汲一次，井深為3000米，當(dāng)天抽出液量為= 10*60/45*2*0.3=8 m3〇
[0034]綜上所述，本發(fā)明用鋼絲繩來驅(qū)動柱塞，無需考慮井內(nèi)能量是否充足，且柱塞不容易被卡，采用的阻尼器4,有效防止井內(nèi)壓力較高使柱塞加速上移導(dǎo)致鋼絲繩打扭、彎曲，保證鋼絲繩的使用壽命;排液效率高，不需要關(guān)井儲能，可徹底清除井底積液。
[0035]本實施例沒有詳細(xì)敘述的部件和結(jié)構(gòu)屬本行業(yè)的公知部件和常用結(jié)構(gòu)或常用手段，這里不一一敘述。
[0036]以上例舉僅僅是對本發(fā)明的舉例說明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的保護(hù)范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設(shè)計均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種分體式柱塞鋼絲排液裝置，其特征在于:該裝置分為上下兩部分，上部分包括從 上至下依次螺紋連接的鋼絲繩連接器(1)、上加重桿(2)、上篩管(3)、阻尼器(4)、下篩管 (5)，下部分包括翅環(huán)(8)、聯(lián)接桿(9)、柱塞和下加重桿(12)，所述聯(lián)接桿(9)的上端穿過翅 環(huán)(8)后與下篩管(5)相連，所述柱塞包括柱塞套(10)和柱塞桿(11)，所述柱塞套(10)下端 和柱塞桿(11)的下端相接后密封，所述聯(lián)接桿(9)的下端插入柱塞套(10)后與柱塞桿(11) 上端連接，柱塞桿(11)下端與下加重桿(12)連接，所述柱塞套(10)外徑小于油管內(nèi)徑，所述 柱塞套(10)密度小于下加重桿(12)的密度；所述阻尼器(4)包括滑筒(13)、上接頭(14)、球架(16)、鋼球(17)及下接頭(18)，所述滑 筒(13)上端設(shè)置有與上篩管(3)連接的外螺紋，所述滑筒(13)外從上至下套設(shè)有上接頭 (14)、球架(16)及下接頭(18)，所述球架(16)與上接頭(14)和下接頭(18)均螺紋連接；所述滑筒(13)下部外壁上設(shè)置有上大下小的錐形凹槽，所述上接頭(14)內(nèi)壁下部設(shè)有 凸臺，所述下接頭(18)內(nèi)有通孔，上端設(shè)置有內(nèi)螺紋，所述通孔的直徑小于內(nèi)螺紋直徑，所 述球架(16)為金屬圓筒，其下部外壁周向上均勻分布有圓形孔(20)，各圓形孔(20)之間設(shè) 置有沿軸向外部過流槽(19)，所述鋼球(17)放置在圓形孔(20)上與滑筒(13)下部外壁的錐 形凹槽相接，所述圓形孔(20)直徑小于鋼球(17)的直徑，所述滑筒(13)上套裝有彈簧(15)， 該彈簧(15)—端坐在上篩管(3)的下端面上，另一端坐在上接頭(14)的凸臺上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分體式柱塞鋼絲排液裝置，其特征在于:所述下篩管(5) 為一金屬圓筒，筒壁上開有孔眼，下端固定連接帶外螺紋的堵頭，堵頭的中心位置開有圓 孔，所述聯(lián)接桿(9)上端穿過圓孔，通過承力螺帽(7)和背帽(6)與下篩管(5)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分體式柱塞鋼絲排液裝置，其特征在于:所述聯(lián)接桿(9) 由上小下大的凸肩分為兩段，所述翅環(huán)(8)由圓筒和圓筒外壁均勻分布的三個三角形金屬 板組成，該翅環(huán)(8)套裝在聯(lián)接桿(9)的上端，卡在下篩管(5)的下端面和聯(lián)接桿(9)的凸肩 之間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分體式柱塞鋼絲排液裝置，其特征在于:所述柱塞桿(11) 外徑呈三段階梯狀，從上到下依次增大，最下端的外徑大于柱塞套(10)的內(nèi)徑。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的一種分體式柱塞鋼絲排液裝置，其特征在于:所述柱 塞套(10)呈圓筒狀，材質(zhì)為尼龍或聚四氟乙烯。6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的一種分體式柱塞鋼絲排液裝置，其特征在于:所述上 加重桿(2)和下加重桿(12)均為截面是圓形的金屬桿。7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的一種分體式柱塞鋼絲排液裝置，其特征在于:所述鋼 絲繩連接器(1)的上端設(shè)置有打撈頭，該打撈頭與鋼絲繩連接器(1)螺紋連接。8.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的一種分體式柱塞鋼絲排液裝置，其特征在于:所述滑 筒(13)與上篩管(3)及下接頭(18)有相同的通徑。
【文檔編號】E21B43/08GK105952421SQ201610483783
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】鄧?yán)^學(xué), 劉培潤, 焦崢輝, 韓靜靜, 景志明, 費節(jié)高, 呂希祥
【申請人】中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司