CN112302591A - 涡流排水采气装置和管柱 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种涡流排水采气装置和管柱,该涡流排水采气装置包括上接头;固定设置在上接头下端的涡流杆,其上端外壁上置有螺旋式凹槽;套设在凹槽之下的涡流杆的下端外壁上的第一卡挂件,其中该涡流排水采气装置构造为后置式,可以将能与其配合的第二卡挂件先下入到井筒内,在需要排水采气时,才下入该涡流排水采气装置,该装置与第二卡挂件配合能产生旋流流道,并不需要外部能量,而且利用该装置的工艺不污染地层,环境友好。
Description
技术领域
本发明涉及天然气气井井下工具技术领域,具体涉及一种涡流排水采气装置和管柱。
背景技术
排水采气工艺技术是挖掘有水气藏气井生产潜力,提高气藏采收率的重要措施之一。
现有技术中,可以利用电潜泵、射流泵、螺杆泵等设备以完成排水采气,但是这种工艺需要外部能量且所述利用的装置结构复杂;还可以使用泡沫排水采气,但是这种工艺对地层造成污染。
由此,需要一种结构简单且不会造成地层污染的涡流排水采气装置是亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部,本发明提出了一种涡流排水采气装置和管柱。该涡流排水采气装置构造为后置式,可以将能与其配合的第二卡挂件先下入到井筒内,在需要排水采气时,才下入该涡流排水采气装置。而先下入的第二卡挂件为筒状,并不影响管柱内通径和后期作业。同时,该装置与第二卡挂件配合能产生旋流流道,并不需要外部能量,而且利用该装置的工艺不污染地层,环境友好。
根据本发明的第一方面,提出了一种涡流排水采气装置,包括:
上接头,
固定设置在上接头下端的涡流杆,其上端外壁上置有螺旋式凹槽,
套设在凹槽之下的涡流杆的下端外壁上的第一卡挂件。
在一个实施例中,在凹槽的间隔壁上嵌入式设置遇液膨胀密封条。
在一个实施例中,在间隔壁上设置用于容纳遇液膨胀密封条的容纳槽,并在容纳槽的开口端设置由两槽壁上未闭合式相对延伸的加持部。
在一个实施例中,涡流杆具有:
其外壁上设置有螺旋式凹槽的第一段,
与第一段固定连接的第二段,第二段的外壁的直径尺寸相对于第一段减小,
其中,第二段的上段与第一卡挂件间隙式配合,而下段与第一卡挂件通过第一剪切销连接。
在一个实施例中,在第一段与第二段之间设置过渡斜面。
在一个实施例中,第二段构造为能与所述第一卡挂件的内腔连通的筒状,且其侧壁上构造有内外连通的连通孔。
在一个实施例中,第一卡挂件包括与第二段的下段连接的第一卡挂件本体、由第一卡挂件本体轴向向上延伸的周向间隔的弹性爪和设置在弹性爪的外周壁上的第一卡挂部。
在一个实施例中,在第一卡挂件本体的内壁上嵌入式设置棘齿环。
在一个实施例中,第一卡挂件的上端面与侧壁面之间设置朝向外侧的第一斜面。
根据本发明的第二方面,提供一种管柱,包括一个或者多个第二卡挂件,并且至少一个第二卡挂件能与上述的涡流排水采气装置的第一卡挂件实现卡接配合,以使得涡流杆能与第二卡挂件配合以在凹槽处形成螺旋流道。
与现有技术相比,本发明的优点在于,该涡流排水采气装置具有螺旋的凹槽,以在下入后与第二卡挂件形成螺旋流道,从而井下流体在向上运动时,能被改变运动方式,将紊流转化为有序的涡流,分离气液两相、降低管道压力、减小流体能量衰减速度,有效降低油管的流动摩阻与滑脱损失。而且,该装置与第二卡挂件一起形成排水采气设置,在排水过程中不需要外部能量,操作简便,更不会造成井底污染。同时,在施工过程中,可以将能与其配合的第二卡挂件先下入到井筒内,在需要排水采气时,才下入该涡流排水采气装置。而第二卡挂件为筒状,且第二卡挂件内径和与其连接的油管的内径一致,不影响管柱内通径和后期气井作业。还有,该涡流排水采气装置通过卡挂连接而与先下入的管柱配合,结构简单,连接可靠。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述,在图中:
图1显示了根据本发明的一个实施例的涡流排水采气装置的送入到位状态示意图;
图2显示了根据本发明的一个实施例的涡流排水采气装置的提出送放头后状态示意图;
图3显示了根据本发明的一个实施例的涡流排水采气装置的打捞涡流杆状态示意图;
图4显示了根据本发明的一个实施例的涡流排水采气装置的打捞第一卡挂件工作状态示意图;
在附图中,相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步说明。
图1显示了根据本发明的涡流排水采气装置100。如图1所示,该装置100包括上接头1、涡流杆2和第一卡挂件4。其中,上接头1主要起连接作用,用于与其它工具连接。涡流杆2固定设置在上接头1的下端,其上端外壁上置有螺旋式凹槽21。在排水采气施工过程中,将装置100下入到井筒后,该凹槽21用于与第二卡挂件200的外壁形成螺旋流道(后文详述)。第一卡挂件4套设在凹槽21之下的涡流杆2的下端外壁上,用于与第二卡挂件200配合,从而实现卡接以限定涡流排水采气装置100的位置。
本发明还涉及管柱。如图1所示,管柱包括第二卡挂件200。该第二卡挂件200为筒状结构,并在其内壁上构造有第二卡挂部201。在施工过程中,第二卡挂件200跟随管柱先被下入到井筒中。根据施工需要,可以在管柱上设置一个或者多个第二卡挂件200,以在采油气过程中,下入例如涡流排水采气装置100类似的工具与第二卡挂件200实现卡接配合。这种方式还能保证在不同时期下入不同的工具以与井下的合适位置的第二卡挂件200匹配,或者在同一时期下入多个不同的工具以与位于不同位置的第二卡挂件200匹配。
施工过程中,筒状的第二卡挂件200设置在管柱上,并随着管柱被先下入到井筒内。在压裂施工完成后,根据油气井生产管理需要,将涡流排水采气装置100下入到管柱内部。这种方式使得涡流排水采气装置100不会影响其它气井作业。同时,由于涡流排水采气装置100后下入,则不影响管柱的全通径。另外,由于涡流排水采气装置100与第二卡挂件200通过卡挂连接,有助于保证连接稳定性,降低对井斜的要求。还有,在下入涡流排水采气装置100后,涡流杆2与第二卡挂件200配合,以在凹槽21处形成螺旋流道,使得通过的流体产生涡流效益,从而分离气液两相、降低管道压降、减少流体能量衰减速度,可以使原有的垂直向上紊流流态变为使流体流动截面积减小的螺旋状向上的涡流层流,有效降低油管的流动摩阻与滑脱损失,从而提高气井的采收率。再有,根据本发明,可以在管柱上设置多个第二卡挂件200,而在后期下入多个装置100以分别与相应的第二卡挂件200配合,从而延长和调节螺旋流道的长度,以满足采气需要。
在一个实施例中,在凹槽21的间隔壁22上嵌入式设置遇液膨胀密封条23。优选地,密封条23由水溶性聚氨酯膨胀剂制得的膨胀橡胶制成。在装置100下入过程中,密封条23并未充分膨胀,使得装置100能顺利下入到管柱的内腔中。而在装置100下入到位后,该密封条23充分膨胀,以密封间隔壁22与第二卡挂件200之间的空隙,从而保证螺旋流道的密封性,进而保证排水采气效果。
结构上,在间隔壁22上设置螺旋式延伸的容纳槽24,用于容纳遇液膨胀密封条23。优选地,在容纳槽24的开口端槽壁上设置加持部(图中未示出),该加持部在两端槽壁上相对式延伸但未闭合。也就是,容纳槽24的截面为“T”字型,且靠近开口端比较窄。相匹配地,截面为“T”字型的密封条23嵌入到该容纳槽24内。该设置方式能保证容纳槽24与密封条23的连接牢度,避免密封条23脱落而影响密封效果。例如,为了进一步加强连接牢固度,还可将密封条23粘结在容纳槽24内。
在一个实施例中,涡流杆2具有第一段26和第二段27。其中,凹槽21设置在第一段26的外壁上。而第二段27位于第一段26的下端并与其固定连接。并且第二段27的外壁的直径尺寸相对于第一段26的外壁直径尺寸减小。第二段27向下延伸,其上部分段与第一卡挂件4间隙式配合,而下部分段与第一卡挂件4通过第一剪切销8连接。在装置100下入过程中,上述设置的第二段27与第一卡挂件4的弹性爪42之间具有间隙,并不影响弹性爪42径向回缩。同时。由于第二段27与第一卡挂件4通过第一剪切销8连接,在上提涡流杆2的过程中,可以剪断第一剪切销8,从而解除涡流杆2与第一卡挂件4的固定连接。
优选地,在第一段26与第二段27之间设置过渡斜面28。这种设置方式一方面能避免应力集中,进而避免涡流杆2在该处出现断裂。另一方面,过渡斜面28起到了引流作用,用以将之下的流体引入到螺旋流道处,从而更好地实现排水采气的效果。
在一个实施例中,第二段27构造为筒状,且在其侧壁上构造有内外连通的连通孔29。第二段27的下端与第一卡挂件4的内腔连通。流体通过第一卡挂件4的内腔进入到第二段27的内腔,并通过连通孔29进入到第二段27与弹性爪42的环空内,之后通过过渡斜面28的引导以进入到螺旋流道处。这种设置能增加流通面积,从而保证流体的有效流动,以提高采气效率。
在一个实施例中,第一卡挂件4包括第一卡挂件本体41、弹性爪42和第一卡挂部43。其中,第一卡挂件本体41为筒状,套设在涡流杆2的下端外侧。弹性爪42由第一卡挂件本体41轴向向上延伸。在周向上,间隔式设置多个弹性爪42。并且,弹性爪42与第二段27间隙式套接。第一卡挂部43设置在弹性爪42的外周壁上,并构造为径向突出的凸起。优选地,为了增加卡挂稳定性,在轴向上设置多个间隔的第一卡挂部43,例如两个。相对应地,第二卡挂部201构造为凹槽,用于与第一卡挂部43配合。在装置100下入过程中,第一卡挂部43受力使得弹性爪42径向收缩,以保证装置100顺利下入。当第一卡挂部43到达匹配的第二卡挂部201位置处,在自身弹力作用下,弹性爪42径向扩张,使得第一卡挂部43进入到第二卡挂部201内并配合完成卡挂,以将装置100固定。上述卡挂结构简单,易于实现。另外,由于上述结构特征,改变第一卡挂部43和相应的第二卡挂部201的数量、位置和大小等结构,可以实现第一卡挂件4和第二卡挂件200的卡接配合唯一对应性。可以将具有不同设置的第二卡挂部201的多个第二卡挂件200下入井筒,在后期施工过程中,可以下入装置100以与合适位置的第二卡挂件200匹配。由此,可以下入多个装置100,以增加排水采气效果。
上接头1的外壁上设置有第一台阶面11,以使得上接头1的上段截面面积大于下段截面面积,如图3所示。该第一台阶面11用于与打捞工具400实现卡接配合,以在打算将装置100提出井筒时,将上接头1和涡流杆3提出。
在第一卡挂件本体41的内壁上嵌设有棘齿座44。需要说明的是,为了生产工艺简单,第一卡挂件本体41可以包含轴向上下设置的两部分,以形成用于卡接棘齿座44的凹槽。该棘齿座44能与打捞装置300的棘齿303匹配,以将第一卡挂件4提出井筒,如图4所示。也就是说,在不需要进行排水采气时,可以将装置100提出井筒,以实现全通径,利于后期工艺工序顺利实施。
在弹性爪42的上端面与外侧面之间设置朝向上的第一斜面45。该第一斜面45用于在打捞中与打捞装置300配合(后续详细论述)。
装置100还包括设置在上接头1的上端的送放头3。送放头3与上接头1通过第二剪切销9连接。在将装置100送入到位后,上提送入工具,第二剪切销9被剪断,则将送放头3提出井筒,如图2所示。
本发明还涉及打捞装置300。如图4所示,打捞装置300包括打捞头301和打捞芯轴302。打捞头301用于与外部结构相连接,使得外部结构(例如连续油管)能携带打捞装置300下放到井筒内的预定位置。打捞芯轴302与打捞头301固定连接,同时,打捞芯轴302还能够与位于第二卡挂件200内的第一卡挂件4相锁止配合。上提打捞装置300以将第一卡挂件4提出井筒。
具体地,在打捞芯轴302的下端外壁上设置棘齿303。为保证能与棘齿座44顺利配合以及连接的稳定性,在打捞芯轴302的下端外壁上设置多个棘齿303。多个棘齿303沿着打捞芯轴302的延伸方向并排设置。
在打捞头301的下端面上设置安装槽304。打捞芯轴302的上端能延伸到安装槽304内,例如可以通过螺纹连接。安装槽304的侧壁与打捞芯轴302的外壁间隙配合。安装槽304的下端面与内壁面之间设置第二斜面305。在下入打捞装置300过程中,第二斜面305***到第一斜面45与第二卡挂件200形成的环空内,随着打捞装置300的不断下入,第二斜面305施力于第一斜面45,并促动弹性爪42径向收缩,以使得弹性爪42的上端收拢到安装槽304内,同时,第一卡挂部43由第二卡挂部201内脱出解除卡接限定。
下面根据图1到4详细论述涡流排水采气装置100以及相关管柱的工作过程。
首先,将第二卡挂件200设置在管柱上,然后将管柱下入到井筒内。在下入到位后,由于第二卡挂件200呈筒状,其并不影响其它气井操作。
在需要排水采气时,通过连续油管将涡流排水采气装置100下入到管柱内。在涡流排水采气装置100下入过程中,弹性爪42径向收缩,并不妨碍涡流排水采气装置100下入。而当第一卡挂部43到达所匹配的第二卡挂部201位置处,在自身弹力作用下,弹性爪42径向扩张,使得第一卡挂部43与第二卡挂部201配合完成卡挂,以将涡流排水采气装置100固定,如图1所示。此时,密封条23遇液膨胀,从而封隔涡流杆2与第二卡挂件200之间的环空。
接着,上提送入工具,当压力达到一定值时,第二剪切销9被剪断,如图2所示。则送放头3被提出井筒。此时,第一卡挂件4设置在预定位置。流体通过螺旋流道上升。
在不需要排水采气时,先下入打捞工具400。如图3所示,该打捞工具400的打捞齿401与上接头1的第一台阶面11实现卡接。在上提过程中,第一剪切销8被剪断,上接头1带动涡流杆2被提出。
之后,再利用打捞装置300,将第一卡挂件4打捞出管柱,以实现全通径。具体地,下入打捞装置300,并下压打捞装置300。在打捞装置300下移过程中,打捞装置300的棘齿303与装置100的棘齿座44配合,形成锁止结构。同时,第二斜面305施力于第一斜面45,促动弹性爪42径向收缩,解除第一卡挂件4与第二卡挂件200的卡接限定。由此,可以通过上提打捞装置300将第一卡挂件4提出井筒。至此,装置100均被提出,以实现全通径。
本申请中,方位用语“上”、“下”与涡流排水采气装置100的实际工作方位为参照。
以上仅为本发明的优选实施方式,但本发明保护范围并不局限于此,任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内,可容易地进行改变或变化,而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种涡流排水采气装置,其特征在于,包括:
上接头,
固定设置在所述上接头下端的涡流杆,其上端外壁上置有螺旋式凹槽,
套设在所述凹槽之下的所述涡流杆的下端外壁上的第一卡挂件。
2.根据权利要求1所述的涡流排水采气装置,其特征在于,在所述凹槽的间隔壁上嵌入式设置遇液膨胀密封条。
3.根据权利要求2所述的涡流排水采气装置,其特征在于,在所述间隔壁上设置用于容纳所述遇液膨胀密封条的容纳槽,并在所述容纳槽的开口端设置由两槽壁上未闭合式相对延伸的加持部。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的涡流排水采气装置,其特征在于,所述涡流杆具有:
其外壁上设置有螺旋式凹槽的第一段,
与所述第一段固定连接的第二段,所述第二段的外壁的直径尺寸相对于所述第一段减小,
其中,所述第二段的上段与所述第一卡挂件间隙式配合,而下段与所述第一卡挂件通过第一剪切销连接。
5.根据权利要求4所述的涡流排水采气装置,其特征在于,在所述第一段与所述第二段之间设置过渡斜面。
6.根据权利要求4或5所述的涡流排水采气装置,其特征在于,所述第二段构造为能与所述第一卡挂件的内腔连通的筒状,且其侧壁上构造有内外连通的连通孔。
7.根据权利要求4到6中任一项所述的涡流排水采气装置,其特征在于,所述第一卡挂件包括与所述第二段的下段连接的第一卡挂件本体、由所述第一卡挂件本体轴向向上延伸的周向间隔的弹性爪和设置在所述弹性爪的外周壁上的第一卡挂部。
8.根据权利要求7所述的涡流排水采气装置,其特征在于,在所述第一卡挂件本体的内壁上嵌入式设置棘齿环。
9.根据权利要求8所述的涡流排水采气装置,其特征在于,所述第一卡挂件的上端面与侧壁面之间设置朝向外侧的第一斜面。
10.一种管柱,其特征在于,包括一个或者多个第二卡挂件,并且至少一个所述第二卡挂件能与根据权利要求1到9中任一项所述的涡流排水采气装置的第一卡挂件实现卡接配合,以使得所述涡流杆能与所述第二卡挂件配合以在凹槽处形成螺旋流道。
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