CN109113670B - 一种电动密封式涡流导流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡流导流装置，属于排水采气井下装置领域。包括：螺旋导流器、连接套、锚定机构，螺旋导流器包括弹性件，锚定机构包括电机、外筒、芯轴、锥形滑套和锚块，在弹性体受到外筒的第一段的挤压下，弹性体向外延伸并密封螺旋导流器与油管内壁之间的间隙，使得井下流体全部通过涡流导流装置，提高了涡流导流装置的排水采气效率；在涡流导流装置下入井中后，启动电机，电机带动芯轴转动，带动锥形滑套在芯轴上向下运动，由于锥形滑套和锚块通过斜面滑动配合，将锥形滑套竖直方向的位移转化成锚块水平方向的位移，锚块沿外筒径向向外顶出，将涡流导流装置锚定在油管中，使得该涡流导流装置可固定在油管的任意位置。

Description

一种电动密封式涡流导流装置

技术领域

本发明涉及排水采气井下装置领域，特别涉及一种电动密封式涡流导流装置。

背景技术

在气井开采过程中，随着开采时间的不断增加，地层能量逐渐降低，含水率提高，在气液两相流动过程中，溶解气极易产生滑脱效应，举升难度不断加大。为满足气井排水采气的要求，近年来开发的井下涡流排水采气工艺技术，其基本设计原理是将油管中的多相介质流体流态由原来的垂直向上紊流流态改变为沿着井管的内壁方向涡流向上环膜分层的流态运动。当气液两相流进入涡流导流装置时，流体沿着涡流面旋转，同时分离不同密度的多相介质，密度较大的水甩向管壁最外侧，水、原油、气体由外向内分布，形成分层流态，这种流态气体不需要拖着液滴向上流动，使得多相流流动所耗费的能量减少了，降低了井筒回压。

现有的涡流导流装置设置有锚定结构，常用的锚定结构包括设置在涡流导流装置的一端的相配合的卡簧和弹簧板，需要将涡流导流装置在油管中进行锚定时，将涡流导流装置通过投放工具串下放至油管中预定位置后，上提涡流导流装置，使卡簧弹开，从而使与卡簧相配合的弹簧板展开，再下放涡流导流装置，通过展开的弹簧板将涡流导流装置锚定在油管的接箍处。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

现有的涡流导流装置在油管中进行锚定时，只能依靠上提下放涡流导流装置来使涡流导流装置上锚定在油管的接箍处，操作过程中需要找准接箍位置进行锚定，操作不方便；

同时，为保证涡流导流装置能够在油管中能够顺利下入，现有的涡流导流装置的螺旋体最大外径必须小于油管内径4mm以上，井下流体必然会有一部分直接经过涡流导流装置螺旋体与油管内壁的间隙，使得多相介质流体不能全部通过涡流导流装置，造成排水采气过程中压力损失大，排液能力低的问题。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种电动密封式涡流导流装置，用于密封涡流导流装置螺旋体与油管内壁的间隙，使得电动密封式涡流导流装置可以锚定在油管内的任意位置。

具体而言，包括以下的技术方案：

一种电动密封式涡流导流装置，其特征在于所述电动密封式涡流导流装置包括：螺旋导流器、锚定机构和连接在所述螺旋导流器与所述锚定机构之间的连接套；

所述螺旋导流器包括套筒、弹性体、螺旋体本体和安装在所述螺旋体本体上的螺旋导流带，所述螺旋体本体设置在所述套筒内，所述连接套的上端穿入所述套筒中，且与所述螺旋体本体的下端连接，所述连接套在所述套筒内的部分开设有若干第一通孔，所述第一通孔与所述套筒的腔体连通；

所述锚定机构包括芯轴、外筒、锥形滑套、若干锚块和电机，所述锥形滑套套设在所述芯轴上，所述芯轴的下端与所述电机的转动轴同轴连接；

所述外筒上沿所述外筒的周向设有若干第二通孔，每个所述第二通孔内安装有一个所述锚块，所述锚块的内侧面与所述锥形滑套滑动配合，所述锚块的外侧面设有锚牙；

所述外筒的第一段的外筒壁从上至下向外延伸，且套设在所述连接套的下端上，所述第一段的外壁上开设有若干导流槽，所述连接套开设有若干个第三通孔，所述导流槽与所述第三通孔一一对应连通；

所述弹性体设置在所述套筒的下端，所述弹性体的内筒壁从上至下向外延伸，与所述外筒的第一段的外筒壁的形状对应互补。

进一步地，所述锚定机构还包括轴销，所述轴销连接所述外筒的筒壁与所述连接套。

进一步地，所述连接套的下端设置有挂钩，所述锥形滑套开设有钩槽，所述挂钩适于在所述连接套被下压时与所述钩槽配合。

进一步地，所述锚定机构还包括自锁圈，所述自锁圈固定在所述外筒的第一段的内壁面上，且所述自锁圈的内侧侧面设有锚牙，在所述连接套下滑后与所述连接套上开设的牙槽配合。

进一步地，所述套筒包括筒体和压帽，所述压帽设置在所述筒体的下端与所述弹性体之间。

进一步地，所述锚定机构还包括弹性缓冲器件，每个所述第二通孔的孔壁上开设有向上或向下延伸的凹槽，所述弹性缓冲器件和对应锚块的一部分设置在所述凹槽内，所述弹性缓冲器件向内挤压对应锚块的所述部分。

进一步地，每个所述锚块一部分的锚牙向外向上延伸，另一部分的锚牙向外向下延伸。

进一步地，所述电动密封式涡流导流装置还包括：电源和时间设定器，所述电源分别与所述电机和所述时间设定器连接。

进一步地，所述螺旋导流器还包括打捞头，所述打捞头设置在所述螺旋导流器的未连接所述连接套的一端。

进一步地，所述电机的传动轴通过销钉与所述芯轴连接。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果：

将电动密封式涡流导流装置下入到油管中预定位置后，启动电机，电机带动芯轴转动，使与芯轴螺纹配合的锥形滑套在芯轴上向下运动，由于锥形滑套和锚块通过斜面滑动配合，所以将锥形滑套竖直方向的位移转化成锚块水平方向的位移，将锚块沿外筒径向向外顶出，通过锚块将电动密封式涡流导流装置锚定在油管中，实现电动密封式涡流导流装置可以锚定在油管中的任意位置，不需要和油管接箍处配合，同时，在弹性体受到外筒的第一段的挤压下，弹性体向外延伸并密封螺旋导流器与油管内壁之间的间隙，使得井下流体全部通过电动密封式涡流导流装置，提高了电动密封式涡流导流装置的排水采气效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的电动密封式涡流导流装置的结构示意图；

图2位本发明一实施例提供的锚块的径向剖面的结构示意图。

图中附图标记分别表示为：

1、螺旋导流器；

101、套筒；

101a、筒体；

101b、压帽；

102、弹性体；

103、螺旋体本体；

104、螺旋导流带；

2、连接套；

201、第一通孔；

201、第三通孔；

203、挂钩；

3、锚定机构；

301、芯轴；

302、外筒；

303、锥形滑套；

304、锚块；

304a、锚块本体；

304b、锚块轴；

305、电机；

305a、电机本体；

305b、转动轴；

306、第二通孔；

307、导流槽；

308、钩槽；

309、轴销；

310、自锁圈；

311、弹性缓冲器件；

312、销钉；

313、内筒；

314、联轴器；

315、螺栓；

4、电源；

5、时间设定器；

6、打捞头；

7、连接头。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种电动密封式涡流导流装置，其结构示意图，如图1所示，包括螺旋导流器1、锚定机构3和连接在螺旋导流器1与锚定机构3之间的连接套2。

螺旋导流器1包括套筒101、弹性体102、螺旋体本体103和安装在螺旋体本体103上的螺旋导流带104。其中，螺旋体本体103为圆柱体，螺旋导流带104缠绕在螺旋体本体103的侧壁上，螺旋体本体103设置在套筒101内，连接套2的上端穿入套筒101中，且与螺旋体本体103的下端连接。连接套2在套筒101内的部分开设有若干第一通孔201，第一通孔201与套筒101的腔体连通。当油管内的流体通过第一通孔201进入螺旋导流器1中时，螺旋导流带104使得流体沿着涡流面旋转，同时分离不同密度的多相流体。由于密度不同，使得多相流体可以在旋转中被分离，其中，密度较大的水被甩向管壁最外侧，其次是原油，在最内侧的是气体，进而形成涡流分层流态。这种流态下的气体不需要携带液滴一起向上流动，使得多相流体流动所耗费的能量减少，降低了井筒回压。

需要说明的是，连接套2与螺旋体本体103的下端连接的方式可以为螺纹连接或焊接。在其他实施例中，本领域的技术人员也可以采用其他合适的连接方式。

弹性体102设置在套筒101的下端，弹性体102的内筒壁从上至下向外延伸，与外筒302的第一段的外筒壁的形状对应互补，当螺旋导流器1与外筒302的第一段接触时，弹性体102受到外筒302的第一段的挤压，使得弹性体102向外延伸并密封螺旋导流器1与油管内壁之间的间隙,使得井下流体全部通过电动密封式涡流导流装置，提高了电动密封式涡流导流装置的排水采气效率。

如图1所示，锚定机构3包括芯轴301、外筒302、锥形滑套303、若干锚块304和电机305，锥形滑套303套设在芯轴301上，芯轴301的下端与电机305的转动轴305b同轴连接。

外筒302上沿外筒的周向设有若干第二通孔306，每个第二通孔306内安装有一个锚块304，锚块304的内侧面与锥形滑套303滑动配合，锚块304的外侧面设有锚牙。

外筒302的第一段的外筒壁从上至下向外延伸，且套设在连接套2的下端上，第一段的外壁上开设有若干导流槽307，连接套2开设有若干个第三通孔201，导流槽307与第三通孔201一一对应连通。

需要说明的是，导流槽307的数量为2-4个，均匀开设在外筒302第一端的外筒壁上，便于控制流入螺旋导流器1中流体的流量。

将电动密封式涡流导流装置下入到油管中预定位置后，启动电机305，电机305带动芯轴301转动，使与芯轴301螺纹配合的锥形滑套303在芯轴301上向下运动，由于锥形滑套303和锚块304的锚块本体304a通过斜面滑动配合，所以将锥形滑套303竖直方向的位移转化成锚块304水平方向的位移，从而将锚块304沿外筒302径向向外顶出，由此通过锚块304将电动密封式涡流导流装置锚定在油管中，实现电动密封式涡流导流装置可以锚定在油管中的任意位置，不需要和油管接箍处配合，操作简便，提高了工作效率。

在本发明实施例的电动密封式涡流导流装置中，锚定机构还包括销轴309，销轴309连接外筒302的筒壁与连接套2，如图1所示，销轴309的数量为2～4个。

需要说明的是，销轴309设有承载压力阈值，当销轴309的承载压力大于承载压力阈值时，销轴309被剪断。在本实施例中，当震击器下击螺旋导流器1，当震击器的下击力达到销轴309的承载压力阈值时，销轴309被剪断，使得外筒302的筒壁与连接套2断开连接。

在本发明实施例的电动密封式涡流导流装置中，连接套2的下端设置有挂钩203，锥形滑套303开设有钩槽308，挂钩203适于在连接套2被下压时与钩槽308配合，用于在上提螺旋导流器1时，可以通过挂钩203上提锥形滑套303，进而使得锚块304回缩，解除锚块304的锚定。

需要说明的是，挂钩203的数量的取值范围为2-3个，挂钩203优选为J型，易于与沟槽308配合。

在本发明实施例的电动密封式涡流导流装置中，锚定机构3还包括自锁圈310，自锁圈310固定在外筒302的第一段的内壁面上，且自锁圈310的内侧侧面设有锚牙，在连接套2下滑后与连接套2上开设的牙槽配合。

具体地，在外筒302的第一段的内筒壁上开设有凹槽，自锁圈310的一部分适于嵌入到凹槽中，自锁圈310的另一部分设置在连接套2与外筒302的第一端的内壁面之间，使得自锁圈310呈现出固定在外筒302的第一段的内壁面上的状态，当轴销309未被剪断，螺旋导流器1不能带动连接套2下滑，自锁圈310上的锚牙没有与连接套2上开设的牙槽配合，此时自锁圈310与连接套2的外壁相接触；当轴销309被剪断，螺旋导流器1带动连接套2一同下滑，连接套2上的牙槽滑落到自锁圈310所在的位置，使得自锁圈310上的锚牙可以与连接套2上开设的压槽配合，将外筒302的第一段的位置与连接套2的位置相对固定。

在本发明实施例的电动密封式涡流导流装置中，套筒101包括筒体101a和压帽101b，筒体101a在与压帽101b相连的一端向内延伸与连接套2相接触，压帽101b设置在筒体101a的下端与弹性体102之间，筒体101a用于保护螺旋导流器1，压帽101b用于与弹性体102配合，实现螺旋导流器1与连接套2之间更好地密封。

如图2所示，在本实施例的电动密封式涡流导流装置中，锚块304包括锚块本体304a和锚块轴304b，锚块本体304a的一端设有与锥形滑套303滑动配合的斜面，锚块本体304a的另一端设有锚牙，锚牙可以与油管的内筒壁配合。

在本发明实施例的电动密封式涡流导流装置中，锚定机构3还包括弹性缓冲器件311，每个第二通孔306的孔壁上开设有向上或向下延伸的凹槽，弹性缓冲器件311和对应锚块304的锚块轴304b设置在凹槽内，弹性缓冲器件311向内挤压锚块304的锚块轴304b，使得锚块轴304b向外筒302中心轴的方向压紧在凹槽中。

需要说明的是，向上延伸的凹槽与向下延伸的凹槽为圆形，且一一对应，凹槽数量与弹性缓冲器件311的数量相同。

在本发明实施例的电动密封式涡流导流装置中，弹性缓冲器件311可以为弹簧或者弹性塑胶垫等弹性装置，结构简单且容易安装。

在本发明实施例的电动密封式涡流导流装置中，锚定机构还包括内筒313，内筒313设置在外筒302中，位于锚块本体304a的下端，用于保护芯轴301与电机305的传动轴305b的连接处。

在本发明实施例的电动密封式涡流导流装置中，每个锚块304一部分的锚牙方向向外向上延伸，另一部分的锚牙方向向外向下延伸，且两部分的锚牙数量相同。具体地，在本实施例中，如图2所示，每个锚块304上半部分的锚牙方向向外向上延伸，锚块304下半部分锚牙方向向外向下延伸，且所有锚牙的高度相同，保证电动密封式涡流导流装置在锚定状态时，在上下两个方向均有较好地稳定性。

在本发明实施例的电动密封式涡流导流装置中，锚块304的数量为2-4个，当锚块304锚定在油管内壁上时，每个锚块304之间的区域可以使得流体流通，如果锚块304的数量过多，易导致装置制作安装复杂，影响流体的流通；如果锚块304的数量过少，会影响锚定机构3的固定。

在本发明实施例的电动密封式涡流导流装置中，芯轴301的下端通过联轴器314与电机305同轴连接，且芯轴301和联轴器314通过法兰连接，再利用螺栓315将法兰紧固，保证了连接的稳定，通过联轴器314可以使得电机305在带动芯轴301转动时的工作效率更高。

在本发明实施例的电动密封式涡流导流装置中，电机305的传动轴通过销钉312与芯轴301连接，使得电机305与芯轴301之间的连接稳定。

在本发明实施例的电动密封式涡流导流装置中，电动密封式涡流导流装置还包括电源4和时间设定器5，电源4分别与电机305和时间设定器5连接，为电机305和时间设定器5提供电力支持，时间设定器5可以预设时间，当电动密封式涡流导流装置下放到预定位置后，可以利用时间设定器5预设启动时间启动电源4，使得电源4带动电机305工作，进而带动芯轴301旋转，锥形滑套303推动锚块304向外运动，使得锚块304坐卡于油管内壁，当时间设定器5达到预定设计时间，电源4和电机305都停止工作。

在本发明实施例的电动密封式涡流导流装置中，螺旋导流器还包括打捞头6，打捞头6设置在螺旋导流器1的未连接连接套2的一端，同时，在打捞头6与螺旋体本体103之间设置有连接头7，通过钢丝绳连接投送工具，投送工具可以卡扣住连接头7，拉动钢丝绳将涡流导流装置上提。

在实际使用过程中，在气井生产一段时间后，井下出现积液增多的情况，此时需要采用涡流排水采气工艺进行作业。

当涡流排水采气工艺作业开始时，首先，根据井况，设定时间设定器5的预设启动时间，通过钢丝连接震击器和投送工具，投送工具与电动密封式涡流导流装置上端的打捞头6连接，将电动密封式涡流导流装置投入到油管内的预设位置，时间设定器5在预设启动时间启动电源4，电源4为电机305提供电力支持，使得电机305开始工作，电机305的转动轴305b带动芯轴301旋转向下运动，由于锥形滑套303和锚块304通过斜面滑动配合，使得锥形滑套303竖直方向的位移转化为锚块304在水平方向的位移，将锚块304沿外筒302径向向外顶出，通过锚块304将电动密封式涡流导流装置锚定在油管中。

其次，通过震击器下击打捞头6，使得螺旋导流器1下移，当震击力大于轴销309承载的压力阈值后，轴销309被剪断，连接套2带动螺旋导流器1一同下移，当下移到锥形滑套303处，挂钩203进入钩槽308中。

再次，继续下击震击器，使得自锁圈310上的锚牙与连接套2内壁上开设的牙槽配合，实现外筒302与连接套2之间的锁定，此时，弹性体102与外筒302的第一段紧密接触，在弹性体102受到外筒302的第一段的挤压下，弹性体102逐渐向外延伸并密封螺旋导流器1与油管内壁之间的间隙，使得井下的流体向上通过锚块304之间的区域，从导流槽307流入到电动密封式涡流导流装置中，通过第三通孔201，进入到连接套2中，再通过第一通孔201流入到螺旋导流器1中的空腔中，实现井下流体沿着涡流面不断旋转分离。

最后，在电动密封式涡流导流装置锚定后，上提钢丝使震击器和投送工具与电动涡流导流装置脱开，将电动密封式涡流导流装置留置在油管中工作。

当涡流排水采气工艺作业结束时，需要起出该电动密封式涡流导流装置，首先，通过震击器上击剪断销钉312，钢丝带动螺旋导流器1和连接套2上移，使得锚块304不再与油管内壁相锚定。

其次，震击器继续上击，解除自锁圈310与连接套2之间的锁定，钢丝继续带动螺旋导流器1和连接套2上移。

再次，震击器继续上击，使得弹性体102向内回缩，不再密封螺旋导流器1与油管内壁之间的间隙，此时，利用投送工具卡住连接头7，通过拉动钢丝将电动密封式涡流导流装置从井中取出。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电动密封式涡流导流装置，其特征在于，所述电动密封式涡流导流装置包括：螺旋导流器、锚定机构、电源、时间设定器以及连接在所述螺旋导流器与所述锚定机构之间的连接套；

所述螺旋导流器包括套筒、弹性体、螺旋体本体和安装在所述螺旋体本体上的螺旋导流带，所述螺旋体本体设置在所述套筒内，所述连接套的上端穿入所述套筒中，且与所述螺旋体本体的下端连接，所述连接套在所述套筒内的部分开设有若干第一通孔，所述第一通孔与所述套筒的腔体连通；

所述锚定机构包括芯轴、外筒、锥形滑套、若干锚块和电机，所述锥形滑套套设在所述芯轴上，所述芯轴的下端与所述电机的转动轴同轴连接；

所述外筒上沿所述外筒的周向设有若干第二通孔，每个所述第二通孔内安装有一个所述锚块，所述锚块的内侧面与所述锥形滑套滑动配合，所述锚块的外侧面设有锚牙；

所述外筒的第一段的外筒壁从上至下向外延伸，且套设在所述连接套的下端上，所述第一段的外壁上开设有若干导流槽，所述连接套开设有若干个第三通孔，所述导流槽与所述第三通孔一一对应连通；

所述弹性体设置在所述套筒的下端，所述弹性体的内筒壁从上至下向外延伸，与所述外筒的第一段的外筒壁的形状对应互补；

所述电源分别与所述电机和所述时间设定器连接。

2.根据权利要求1所述的电动密封式涡流导流装置，其特征在于，所述锚定机构还包括轴销，所述轴销连接所述外筒的筒壁与所述连接套。

3.根据权利要求1所述的电动密封式涡流导流装置，其特征在于，所述连接套的下端设置有挂钩，所述锥形滑套开设有钩槽，所述挂钩适于在所述连接套被下压时与所述钩槽配合。

4.根据权利要求1所述的电动密封式涡流导流装置，其特征在于，所述锚定机构还包括自锁圈，所述自锁圈固定在所述外筒的第一段的内壁面上，且所述自锁圈的内侧侧面设有锚牙，在所述连接套下滑后与所述连接套上开设的牙槽配合。

5.根据权利要求1所述的电动密封式涡流导流装置，其特征在于，所述套筒包括筒体和压帽，所述压帽设置在所述筒体的下端与所述弹性体之间。

6.根据权利要求1所述的电动密封式涡流导流装置，其特征在于，所述锚定机构还包括弹性缓冲器件，每个所述第二通孔的孔壁上开设有向上或向下延伸的凹槽，所述弹性缓冲器件和对应锚块的一部分设置在所述凹槽内，所述弹性缓冲器件向内挤压对应锚块的所述部分。

7.根据权利要求1所述的电动密封式涡流导流装置，其特征在于，每个所述锚块一部分的锚牙向外向上延伸，另一部分的锚牙向外向下延伸。

8.根据权利要求1所述的电动密封式涡流导流装置，其特征在于，所述螺旋导流器还包括打捞头，所述打捞头设置在所述螺旋导流器的未连接所述连接套的一端。

9.根据权利要求1所述的电动密封式涡流导流装置，其特征在于，所述电机的传动轴通过销钉与所述芯轴连接。

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