一種可以實現(xiàn)氣井不關井連續(xù)生產的柱塞采氣裝置的制作方法

本發(fā)明涉及的是一種應用于油氣田開發(fā)領域中可以實現(xiàn)油氣不關井連續(xù)生產的分體式柱塞采氣裝置。

背景技術：

氣井生產時會產出一些液體，當井筒內氣體的流速大于攜液臨界流速時，液體以液滴的形式被氣體攜帶到地面。當氣體流速較低，不能提供足夠的能量使井筒中的流體流出井口時，液體將與氣體呈反方向流動并積存于井底，最后會導致井底積液。隨著積液加劇，氣藏的采氣速度下降，單井產量迅速遞減，氣井自噴能力減弱，甚至井底嚴重積液而停產，使開采難度增大，而解決積液氣井的有效方式是排水采氣。

柱塞氣舉是一種利用儲層能量來攜帶液體的排水采氣的方式，是將柱塞作為密封界面阻止井筒內的氣體竄流和液體回落，由此來提高氣體的舉升效率。但是常規(guī)的柱塞氣舉工藝有一個較大的缺陷：主要體現(xiàn)在生產不連續(xù)、下落阻力大、工作周期較長和舉升效率下降等方面。在柱塞的工作過程中，開井時依賴井下壓力上升，在活塞上下形成一定壓力差，舉升活塞及以上的氣體和液體，實現(xiàn)排水同時采氣目的。在閉井時活塞上下表面壓力達到平衡，靠自身重力作用落到井底。同時柱塞回落過程中，由于過流面積小柱塞下落時受到的阻力較大，關井時間長，使舉升效率下降。并且由于工藝過程需要開關井，使得地面控制機構復雜，造成生產過程不連續(xù)。因此，迫切需要設計出一種性能優(yōu)良、結構可靠的新型柱塞，可以實現(xiàn)氣井的連續(xù)生產，提高排水效率。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決背景技術中所提到的技術問題，本發(fā)明提供一種可以實現(xiàn)氣井不關井連續(xù)生產的柱塞采氣裝置，該種柱塞采氣裝置可以實現(xiàn)氣井不關井連續(xù)生產，并且結構簡單、設計巧妙，易于拆卸和安裝，能夠有效排除井底積液，提高油氣的產出效率。

本發(fā)明的技術方案是：該種可以實現(xiàn)氣井不關井連續(xù)生產的柱塞采氣裝置，包括油管、套管以及防噴器和坐定器，套管位于油管內，兩者之間留有環(huán)形間隙，在油管和套管的上端連接防噴器，坐定器位于套管的底端，其獨特之處在于：

所述柱塞采氣裝置還包括位于套管內的推桿、具有上柱塞體空心軸的上柱塞體、異形彈簧固定裝置、異形彈簧、異型彈簧膠套、鋼球、小球固定夾板、夾板支撐彈簧、夾板固定圈以及固定圈配套螺栓、鋼球、小球固定夾板、夾板支撐彈簧、夾板固定圈、固定圈配套螺栓下柱塞體、緩沖膠墊、膠墊維持鋼圈以及緩沖彈簧。

異形彈簧固定裝置、異形彈簧、異形彈簧膠套、鋼球、小球固定夾板、夾板支撐彈簧、夾板固定圈以及固定圈配套螺栓；鋼球、小球固定夾板、夾板支撐彈簧、夾板固定圈、固定圈配套螺栓相互連接后構成一個整體，位于所述上柱塞體的下部環(huán)形擋板內；其中，所述小球固定夾板通過夾板固定圈和螺栓固定，以實現(xiàn)自動夾持和松開鋼球；所述彈簧固定裝置與上柱塞體空心軸之間通過螺紋連接，所述異形彈簧套裝在所述上柱塞體空心軸上，通過所述異形彈簧固定裝置限位在空心軸上，但可沿上柱塞體空心軸的軸向上下小幅度運動，所述異形彈簧膠套套裝在所述異形彈簧的外側；鋼球的半徑大于上活塞體空心軸。

所述的下柱塞體的主體為倒置的空心圓柱體，在中空的圓柱體的下端延伸出一個空心的錐形圓臺，所述錐形圓臺的環(huán)周區(qū)域開有四個過流孔洞，所述錐形圓臺的底部中央開有一個垂向貫穿的中心通孔，所述中心通孔的直徑略小于鋼球的直徑；上柱塞體與下柱塞體之間通過螺紋連接。

所述推桿的頂端通過配套螺栓固定在靠近井口處的油管外部，所述推桿的直徑小于所述上活塞體中空軸的直徑，所述推桿的長度為所述上活塞體長度的1.5倍至2倍之間；所述推桿的頂端為圓形擋片，所述圓形擋片的四周開有過流孔，以實現(xiàn)不完全遮蔽油管的目的；

所述緩沖膠墊、膠墊維持鋼圈依次放置在所述下活塞體的底端，所述緩沖膠墊采用橡膠材質，直徑與油管直徑相同；所述緩沖彈簧固定在油管的底部，處于坐定器的上方，所述彈簧采用彈簧鋼材料。

本發(fā)明具有如下有益效果：本裝置采用的組合式柱塞，在上行階段，組合式活塞運行到油管底部的時候，因為緩沖膠墊的密封作用，下柱塞體的外圍四個孔被緩沖膠墊遮擋，這樣下柱塞體中心孔成為唯一的過流孔，此時鋼球處在中心孔之上，這樣氣壓就集中的作用在鋼球之上，使鋼球順利上行，并在上行過程中觸動小球固定夾板，鋼球自動被抱緊，這樣不至于上行過程中球與上柱塞體空心軸分離，此時過流面積被全部封住，柱塞上方的液體不會回落。而在下行階段，當組合式柱塞上行到最大高度后，這時推桿起作用，推動鋼球下行，由柱塞內部中空，鋼球往下運動時，使活塞球與活塞柱分離，柱塞的橫截面積減小，上下相通，這樣就會使柱塞主體在下行時遇到的阻力減小，從而可以使柱塞在自身重力的作用下自由下行，這樣就可以在連續(xù)不關井的條件下實現(xiàn)活塞的自動上下行，實現(xiàn)氣井的連續(xù)生產。利用本裝置還可以完成柱塞的打撈檢修，即在原推桿的基礎上設計了一個十字結構的彈簧打撈頭，當此打撈頭由上空心軸進入柱塞體內時，小球仍可以被推掉，此時推桿端頭的彈簧張開，可以卡在夾板處，可以實時對柱塞進行打撈檢修作業(yè)。

綜上所述：本種裝置結構簡單、設計巧妙、易于拆卸和安裝，通過組合式柱塞和推桿作用，減小了柱塞下行時的阻力面面積，減小了活塞下行時的阻力，實現(xiàn)在不關井的前提下柱塞能夠順利下行，提高生產效率，具有很大的實用價值。

附圖說明：

圖1 本裝置的結構爆炸視圖

圖2 本裝置的爆炸視圖對應的裝配結構剖視圖

圖3 是標號10-14的部件組裝后的小球抱緊結構裝配圖

圖4 是標號10-14的部件組裝后的小球抱緊結構爆炸視圖

圖5 是在推桿下端連接打撈頭彈簧板后的結構示意圖。

圖6 是通過螺栓固定的推桿的結構示意圖。

圖7 是油、套管示意圖。

圖8 是主活塞體部分的剖視結構示意圖。

圖9 是上柱塞體的結構示意圖。

圖10 是異型彈簧固定裝置的結構示意圖。

圖11 是異型彈簧的結構示意圖。

圖12 是異型彈簧膠套的結構示意圖。

圖13 是鋼球的結構示意圖。

圖14 是鋼球固定夾板的結構示意圖。

圖15 是夾板固定圈的結構示意圖。

圖16 是下柱塞體的結構示意圖。

圖17 是緩沖膠墊及其維持鋼圈的結構示意圖。

圖18 是井底緩沖彈簧的結構示意圖。

圖19 是柱塞上升切面的結構示意圖。

圖20 是井口推桿的作用示意圖。

圖21 是打撈裝置的作用示意圖。

圖中1-推桿固定螺栓；2-推桿； 3-油管；4-套管；5-防噴器； 6-異形彈簧固定裝置；7-異型彈簧；8-異型彈簧膠套；9-上柱塞體空心軸；10-鋼球； 11-夾板支撐彈簧；12-小球固定夾板；13-夾板固定圈；14-固定圈配套螺栓；15-下柱塞體；16-緩沖膠墊；17-膠墊維持鋼圈；18-緩沖彈簧；19-坐定器；20-柱塞打撈裝置；21-上柱塞體；22-打撈頭彈簧板；23-打撈頭彈簧。

具體實施方式：

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明：

由圖1至圖21所示，該種可以實現(xiàn)氣井不關井連續(xù)生產的柱塞采氣裝置，包括油管3、套管4以及防噴器5和坐定器19，套管4位于油管3內，兩者之間留有環(huán)形間隙，在油管3和套管4的上端連接防噴器5，坐定器19位于套管4的底端，其獨特之處在于：

所述柱塞采氣裝置還包括位于套管4內的推桿2、具有上柱塞體空心軸9的上柱塞體21、異形彈簧固定裝置6、異形彈簧7、異型彈簧膠套8、鋼球10、小球固定夾板12、夾板支撐彈簧11、夾板固定圈13以及固定圈配套螺栓14、鋼球10、小球固定夾板12、夾板支撐彈簧11、夾板固定圈13、固定圈配套螺栓14、下柱塞體15、緩沖膠墊16、膠墊維持鋼圈17以及緩沖彈簧18。

本種柱塞采氣裝置采用了一種組合式活塞和推桿結構，組合式活塞的鋼球的半徑要大于上活塞體空心軸和下柱塞體中心孔的直徑，這樣在組合式柱塞上行的過程中，鋼球足以完全遮住上活塞體空心軸，在組合式柱塞上行到最大高度后，因為推桿長度足夠長，這樣就可以把同時上升的鋼球推掉，從而球的又不至于從柱塞內掉落，從而減小了柱塞下行時阻力面的面積，從而能夠減小柱塞體的下行阻力，使氣體產出后，在不關井的條件下使活塞柱順利下行。

如圖3、圖4所示，異形彈簧固定裝置6、異形彈簧7、異形彈簧膠套8、鋼球10、小球固定夾板12、夾板支撐彈簧11、夾板固定圈13以及固定圈配套螺栓14；鋼球10、小球固定夾板12、夾板支撐彈簧11、夾板固定圈13、固定圈配套螺栓14相互連接后構成一個整體，位于所述上柱塞體21的下部環(huán)形擋板內。小球固定夾板12基于船式開關設計，通過夾板固定圈13和螺栓14固定，能夠自動夾持鋼球和松開鋼球，并且夾板能保持在兩個極限狀態(tài)，而不會停留在中間的不穩(wěn)定位置，能夠防止鋼球在柱塞上行過程中由于壓力的不穩(wěn)定波動而從上柱塞體過流孔處脫離；所述彈簧固定裝置與上柱塞體空心軸之間通過螺紋連接，所述異形彈簧套裝在所述上柱塞體空心軸上，通過所述異形彈簧固定裝置限位在空心軸上，但可沿上柱塞體空心軸的軸向上下小幅度運動，所述異形彈簧膠套套裝在所述異形彈簧的外側；異形彈簧的設計主要是用于在柱塞上行過程中堵塞柱塞與油管間的環(huán)形空間，防止氣體漏失和液體滑脫，而且由于欖形彈簧的設計能夠使彈簧在受到相應力時產生形變，可以拉伸減小最大處的直徑，在活塞舉升過程中遇到輕微變徑或者遇障能夠順利通過而不會卡住最終導致活塞舉升失敗。

鋼球的半徑大于上活塞體空心軸9。

結合圖3，圖8，圖19，圖20，圖21，活塞內的鋼球的半徑要大于上活塞體空心軸和下柱塞體中心孔的直徑，當井底積壓時，此時組合活塞處在下方，鋼球落在下柱塞體中心孔之處，柱塞與下方的緩沖膠墊緊密接觸，下柱塞體環(huán)部的四個過流孔被緩沖膠墊遮蔽，此時下方壓力全部作用在鋼球上，推動小球上行，要求下活塞體不要過長，這樣更好保證鋼球能上行到鋼球夾板處，當小球上行到鋼球夾板處時，由于船式開關的原理，夾板能自動抱緊小球，因為下方壓力的存在，小球并不會落下來，此時小球完全堵住柱塞的上空心軸，整個油管過流面積被封住，再加上異型彈簧的存在，足以保證柱塞上方物質被順利舉升，且不至于回落。在組合式柱塞上行到最大高度后，因為推桿長度足夠長，這樣就可以把同時上升的鋼球推掉，又重新掉落到下柱塞體的中心孔處，從而球的又不至于從柱塞內掉落，因為下柱塞體周圍四個小孔的存在，當小球被推離之后，此時上下相通，從而減小了柱塞下行時阻力面的面積，從而能夠減小柱塞體的下行阻力，使氣體產出后，在不關井的條件下使活塞柱順利下行。

所述的下柱塞體15的主體為倒置的空心圓柱體，在中空的圓柱體的下端延伸出一個空心的錐形圓臺，所述錐形圓臺的環(huán)周區(qū)域開有四個過流孔洞，所述錐形圓臺的底部中央開有一個垂向貫穿的中心通孔，所述中心通孔的直徑略小于鋼球10的直徑；

上柱塞體21與下柱塞體15之間通過螺紋連接；

所述推桿2的頂端通過配套螺栓1固定在靠近井口處的油管外部，所述推桿的直徑小于所述上活塞體中空軸的直徑，所述推桿的長度為所述上活塞體長度的1.5倍至2倍之間；所述推桿2的頂端為圓形擋片，所述圓形擋片的四周開有過流孔，以實現(xiàn)不完全遮蔽油管的目的。

所述緩沖膠墊、膠墊維持鋼圈依次放置在所述下活塞體的底端，所述緩沖膠墊采用橡膠材質，直徑與油管直徑相同；所述緩沖彈簧固定在油管的底部，處于坐定器19的上方，所述彈簧采用彈簧鋼材料。緩沖膠墊16主要作為柱塞和井底緩沖彈簧之間的介質，對柱塞進行軟性緩沖，同時封閉下柱塞體的過流孔洞，使下柱塞體中心孔成為唯一氣體過流的通道，膠墊維持鋼圈在緩沖膠墊內，用于保持下柱塞體主過流孔洞與油管空間的暢通，保證鋼球上下壓差能夠將鋼球推到鋼球固定裝置并觸發(fā)相應機構的運動。利用緩沖彈簧后，當活塞柱下行到底部，也可防止組合式活塞下行過程由于阻力過小造成的下行速度加快，從而防止對油管底部裝置的破壞。結合圖17和圖18可知，油管下方放置的緩沖墊能夠保護柱塞及井底設備，極大緩解或避免柱塞下行過程中的沖擊力對自身以及井底的設備的撞擊。

另外，本種柱塞采氣裝置還可以在推桿2的下端連接有一個十字結構的打撈頭彈簧板22，打撈頭彈簧板22的活動端與推桿2的下端之間通過打撈頭彈簧23進行連接構成柱塞打撈裝置20。結合圖5和圖6，此打撈裝置用于檢修作業(yè)，由組合式彈簧板和彈簧組成十字結構打撈頭，在外力作用下由于形變可以進入直徑較小的上柱塞體，并卡在上柱塞體的中央孔洞處。防噴器關閉井口后，可以對柱塞進行打撈檢修作業(yè)。柱塞打撈裝置是由推桿改進而來，主要用于打撈檢修作業(yè)。這種由組合式彈簧板和彈簧組成十字結構打撈頭，在外力作用下由于形變可以進入直徑較小的上柱塞體，并卡在上柱塞體的中心孔處。

實際應用時，緩沖膠墊采用橡膠材質，膠墊維持鋼圈放置在下活塞體底端，直徑與油管直徑相同。緩沖彈簧固定在油管的底部，處于坐定器上方，彈簧采用彈簧鋼材料。井底坐定器，直徑與油管直徑相同，在本申請的附圖中作了簡化畫法，此結構其實是通過卡瓦卡定在油管的預定深度，不過要接近油管的底部從而控制柱塞在井下的下落位置。

緩沖膠墊、膠墊維持鋼圈、緩沖彈簧、緩沖膠墊和坐定器的直徑均與油管相同，當這些結構放置在井底時，可直接通過鋼絲投撈作業(yè)下入油管底部，緩沖裝置可直接安放在坐定器上部。

下面給出本裝置的工作過程：分為柱塞的上行和柱塞的下行兩部分。

柱塞的上行：在組合式活塞運行到油管底部的時候，因為緩沖膠墊的密封作用，下柱塞體的外圍四個孔被緩沖膠墊遮擋，這樣下柱塞體中心孔成為唯一的過流孔，此時鋼球處在中心孔之上，這樣氣壓就集中的作用在鋼球球之上，使鋼球順利上行，并在上行過程中觸動小球固定夾板，鋼球自動被抱緊，這樣不至于上行過程中球與上柱塞體空心軸分離，此時上時的過流面積被全部封住，柱塞上方的液體不會回落。異形彈簧的設計主要也是用于在柱塞上行過程中堵塞柱塞與油管間的環(huán)形空間。

柱塞的下行：當組合柱塞整體上行到油管頂部時，推桿發(fā)揮作用，將鋼球推離固定夾板，而后重新落回下柱塞體中心孔處。在柱塞整體下行的過程中，處在下柱塞體中心孔處的鋼球不足以遮擋住外圍的四個過流孔，這樣盡可能的增大了下行的過流面積，從而實現(xiàn)柱塞的順利下行。