CN105201466A - 一种井下自动无级节流装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种井下自动无级节流装置及方法，该装置包括：阀芯、套筒、阀套、弹簧、闸板、O型橡胶密封圈、阀套环空、节流孔、阀芯通道。下部阀芯外径与套筒内径相等，并紧密连接。其中，阀芯自下而上均为空心，且上部阀芯周向上布置有若干节流孔，连通阀芯通道与阀套环空。阀芯与阀套之间设有O型橡胶密封圈。利用弹簧连接阀套与带有通孔的闸板，闸板外径与套筒内径相等，并紧密连接。母接头与上部油管柱连接。利用弹簧、阀套及O型橡胶密封圈调节开放的节流孔数量。本发明能依据实时天然气压力，自动、无级调节有效节流孔数量，保障生产制度的顺利实施，且无需关井停产及专用设备，作业工艺简单、可靠。

Description

一种井下自动无级节流装置及方法

技术领域

本发明涉及天然气开采技术领域，具体涉及一种井下自动无级节流装置及方法。

背景技术

在天然气开采过程中，为满足地面设备的耐压要求，需要对天然气进行节流降压操作。目前，应用最广的节流装置及方法共分两种：1、井口节流。天然气通过井口节流装置后，压力骤降，体积突增。然而在突然降压引起的气体膨胀与焦耳-汤普森冷却效应的作用下，天然气温度也随之骤降，极大的提高了水合物生成，乃至冰堵发生的概率，造成地面设备堵塞，局部高压，热传导效率降低。2、井下节流。井下节流工艺可充分利用地温加热节流降温后的天然气，降低水合物产生概率。然而，现应用于天然气开采的井下节流装置，在单次下井的情况下，仅能实施一次节流操作。这就需要在关井停产的状态下，动用大量人员与专用设备投捞井下节流装置，且投捞工艺复杂、周期长、成功率低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种井下自动无级节流装置及方法，在充分利用地温加热天然气的同时，实现对天然气产量的实时与自动、无级调节，保证科学的天然气生产制度。

本发明目的是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提出了一种井下自动无级节流装置，主要包括：阀芯、套筒、阀套、弹簧、母接头、通孔、闸板、O型橡胶密封圈、阀套环空、节流孔、阀芯通道。下部阀芯外径与套筒内径相等，并紧密连接。其中，阀芯自下而上均为空心，且上部阀芯周向上布置有若干节流孔，节流降压后的天然气可经此流向上部油管柱。阀芯与阀套之间设有O型橡胶密封圈，用于共同密封未形成有效流通通道的节流孔。利用弹簧连接阀套与带有通孔的闸板，闸板外径与套筒内径相等，并紧密连接。利用阀套、弹簧及O型橡胶密封圈调节开放的节流孔数量，由此实现自动、无级节流。母接头与上部油管柱连接。

本发明所述阀芯、套筒、阀套均由硬质合金制成，延缓天然气对上述部件的冲蚀。

对于酸性气井，本发明所述部件均由耐蚀材料制成，延缓酸性气体对各部件的腐蚀。

另一方面，本发明提出了一种井下自动无级节流方法，所述方法为：首先，基于钻井、测井、试井数据，确定天然气压力；其次，根据油田总体开发方案，制定单口气井的生产制度，并据此确定单排节流孔尺寸、单排节流孔数量及节流孔总排数；最后，依据阀套力的平衡方程，设计弹簧劲度系数及相邻两排节流孔的间隔。

阀套上行时力的平衡方程：

kx＝PS-f(1)

阀套下行时力的平衡方程：

kx＝PS+f(2)

式中k——弹簧劲度系数，N/m；

x——相邻两排节流孔的间隔，m；

P——天然气压力，Pa；

S——阀套内顶面积，m²；

f——阀套与O型橡胶密封圈间的摩擦力，N。

本发明利用弹簧弹力与天然气压力、阀套与O型橡胶密封圈间的摩擦力的平衡关系，调节开放的节流孔数量，实现天然气的自动、无级节流。

在阀套内顶面与阀芯上端面接触时，仍有节流孔处于开放状态，以进行后期开采及井底排液。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明能依据实时天然气压力，自动、无级调节开放的节流孔数量，保障生产制度的顺利实施；

(2)本发明无需关井停产即可进行井下自动、无级节流，且无需专用设备，作业工艺简单。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式限制本发明的公开范围。另外，图中各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性，以帮助对本发明的理解，并不具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。

图1为本发明装置结构示意图。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明具体实施方式，仅用于本发明解释，而不能以任何方式理解为对本发明的限制。

如附图所示，本发明提出的一种井下自动无级节流装置，主要包括：阀芯1、套筒2、阀套3、弹簧4、母接头5、通孔6、闸板7、O型橡胶密封圈8、阀套环空9、节流孔10、阀芯通道11。

为使本发明的发明目的、技术方案及优点更加清晰，下面结合附图1对本发明的具体实施方式进行阐述。

基于钻井、测井、试井数据，确定天然气压力；根据油田总体开发方案，制定单口气井的生产制度，并据此确定单排节流孔10尺寸、单排节流孔10数量及节流孔10总排数；依据阀套的力平衡方程，设计弹簧4劲度系数及相邻两排节流孔10的间隔；加工、装配完成所有部件；通过母接头5连接本发明装置与上部油管柱；将本发明装置下至预设井深；天然气经阀芯通道11流入阀芯1内部，并作用于阀芯1内顶面；开采早期，天然气压力高，且当天然气压力超过弹簧4弹力与阀套3的上行摩擦力之和时，阀套3与O型橡胶密封圈向上移动，上部节流孔10逐步打开，天然气经节流孔10流入阀套环空9，再经通孔6，流至上部油管柱；随着开采的不断进行，天然气压力回落，且当弹簧4弹力超过天然气压力与阀套3的下行摩擦力之和时，阀套3与O型橡胶密封圈向下移动，上部节流孔10逐步关闭；而当天然气压力足够低时，阀套3内顶面与阀芯1上端面接触，此时处于开放状态的节流孔10可用于后期开采及井底排液。

以上所述只是本发明的较佳实施举例而已，上述举例说明并不对本发明的实质内容作任何形式的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质，对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，及可能利用上述技术内容加以变更或修饰的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (2)

1.一种井下自动无级节流的装置，其特征在于：

本发明装置主要包括：阀芯(1)、套筒(2)、阀套(3)、弹簧(4)、母接头(5)、闸板(7)、O型橡胶密封圈(8)、节流孔(10)；其中，阀芯(1)周向上布置有若干节流孔(10)，节流降压后的天然气可经此流向上部油管柱；阀芯(1)与阀套(3)之间设有O型橡胶密封圈(8)，用于共同密封未形成有效流通通道的节流孔(10)；利用弹簧连接阀套(3)与带有通孔的闸板(7)；利用阀套(3)、弹簧及O型橡胶密封圈(8)调节开放的节流孔(10)数量，由此实现自动、无级节流；母接头(5)与上部油管柱连接。

阀芯(1)、套筒(2)、阀套(3)均由硬质合金制成，延缓天然气对上述部件的冲蚀；

对于酸性气井，本发明所述部件均由缓蚀材料制成，延缓酸性气体对各部件的腐蚀。

2.根据权利要求1，一种井下自动无级节流的方法，其特征在于：

根据油田总体开发方案，制定单口气井的生产制度，并据此确定单排节流孔(10)尺寸、单排节流孔(10)数量及节流孔(10)总排数；

依据阀套(3)的力平衡方程，设计弹簧(4)劲度系数及相邻两排节流孔(10)的间隔，如式(1)、式(2)所示

阀套(3)上行时力的平衡方程：

kx＝PS-f(1)

阀套(3)下行时力的平衡方程：

kx＝PS+f(2)

式中k——弹簧劲度系数，N/m；

x——相邻两排节流孔的间隔，m；

P——天然气压力，Pa；

S——阀套内顶面积，m²；

f——阀套与O型橡胶密封圈间的摩擦力，N。

利用弹簧(4)弹力与天然气压力、阀套(3)与O型橡胶密封圈(8)间的摩擦力的平衡关系，调节开放的节流孔(10)数量，实现天然气的自动、无级节流；

阀套(3)内顶面与阀芯(1)上端面接触时，仍有节流孔(10)处于开放状态，以进行后期开采及井底排液。