防砂埋可投撈單膠筒井下節流器的製作方法

2023-08-04 18:58:11 3

專利名稱：防砂埋可投撈單膠筒井下節流器的製作方法
技術領域：
本發明涉及油田天然氣生產技術領域，特別涉及天然氣井中控制採氣生產的井下 節流器，是一種防砂埋可投撈單膠筒井下節流器。
背景技術：
目前，井下節流器在進行天然氣生產控制的天然氣井中已得到應用。中國專利公 開號CN2471929Y，提供了一種「井下節流氣嘴及其節流氣嘴打撈工具」。包括膠筒、座封工 具、中心管、氣嘴套、打撈頭、卡瓦、擋環、陶瓷氣嘴、活塞杆、彈簧、彈簧座、上骨架膠筒、膠筒 滑套、下骨架膠筒、下活塞、錐體、防砂內罩和防砂外罩。需要專用打撈工具進行打撈。能實 現天然氣井降壓節流採氣，達到控制輸出油氣的壓力、產量；井下節流氣嘴打撈工具能在鋼 絲工作範圍內完成打撈、解封和釋放的任務。其中採用了由三塊卡瓦，三塊卡瓦的「外部為 倒齒形、內徑為錐面、中部為內錐面」，「卡瓦分別扣在中心管上部的三個鍵槽內，擋環與中 心管上部螺紋連接，卡瓦可沿中心管鍵槽上下滑動」。中國專利公開號CN201437717U，提供 了一種「井下防砂節流器」。主要由上接頭、上工作筒和下工作筒組成。下工作筒中部外壁螺 紋連接有濾砂總成；下工作筒下端螺紋連接沉砂總成，沉砂總成主要由沉砂管和底堵組成。 濾砂總成安裝座中心孔與下工作筒隔板通孔聯通，在安裝座上固定有堵塞節流總成。解決 了氣井節流氣嘴撈頭上部沉砂的問題，提高投撈成功率。《鑽採工藝》雜，第31卷，第4期， 刊登有「新型井下節流器研製與應用」。新型井下節流器包括丟手頭(投放接頭)、本體、打 撈頭、卡瓦、中心杆、荊棘齒、密封膠筒和推動頭。文章主要內容包括節流器的技術指標和結 構，對本領域技術人員常用的卡瓦結構進行說明和卡瓦受力進行了分析。目前，控制天然氣生產的節流器有很多種，結構不同。現有的節流器仍然存在由於 氣井出砂，出砂積累後能埋沒打撈頭，導致節流器無法打撈；另外，井下節流器中心管過長 密封不嚴導致解卡困難等不足。同時，雙膠筒可投撈式井下節流器存在工作行程長、膠筒上 翻影響打撈作業的不足。

發明內容
本發明的目的是提供一種防砂埋可投撈單膠筒井下節流器，為少量出砂的天然 氣井節流生產而設計，實現在天然氣井有少量出砂的情況下節流器打撈頭不會被砂埋。當 需要打撈時，能使用打撈工具方便地將節流器打撈上來。本發明採用的技術方案是防砂埋可投撈單膠筒井下節流器，主要由投放接頭、投 放剪銷、芯軸、上中心管、打撈頭、螺母、輔助防砂膠圈、卡瓦、密封膠筒、錐體、氣嘴、螺釘、下 筒體、彈簧、調節螺母、導向頭和下中心管組成。芯軸上端套在投放接頭下端的外壁上並有 投放剪銷將芯軸上端固定在投放接頭下端。在芯軸的外壁上螺紋固定有打撈頭。在打撈頭 下部並在芯軸外壁上有凸出的環形臺階，環形臺階上均勻分布有三個凹槽(卡槽)，三個卡 瓦的上端在凹槽內，並且卡瓦懸掛在環形臺階上；芯軸下端外壁為錐形，卡瓦與芯軸下端錐 形外壁配合，能使卡瓦張開並固定在油管內壁上。其特徵在於上中心管的頂端插入投放接頭下端的中心孔內；在打撈頭的壁上有長孔，在芯軸的壁上有長孔，打撈頭的長孔與芯軸的 長孔相對並聯通；在上中心管的壁上有長孔，當上中心管向上滑動後，上中心管的長孔與芯 軸的長孔相對並聯通。所述的打撈頭壁上長孔、芯軸壁上長孔和上中心管壁上長孔(長條 形孔)的縱截面為兩端有半圓弧中間是長方形，長方形的長邊與中心線平行。當中心管向 上移動後，打撈頭上的長孔、芯軸上的長孔和上中心管上的長孔能聯通，沉砂能通過長孔進 入上中心管內，與上升的天然氣一起並被帶出井口。長孔(長條形孔)的製作方法是在管 壁上先鑽出圓孔，然後用圓柱形銑刀銑出長孔(長條形孔)；或採用圓盤銑刀銑出長孔(長 條形孔)，圓盤銑刀與管的中心線平行。技術人員應當能理解長孔(長條形孔)的結構並能 完成製作。在打撈頭的外壁上有環形臺階，在打撈頭的環形臺階上有環形輔助防砂膠圈，螺 母將輔助防砂膠圈固定在打撈頭的環形臺階上。輔助防砂膠圈與油管內壁密封，能阻擋下 沉的砂繼續下落。在芯軸下端外螺紋連接有下筒體，下筒體為圓筒形，下筒體上端外壁有臺階，密封 膠筒套在下筒體臺階上部，密封膠筒下端內壁有圓錐面，密封膠筒的內圓錐面向下。在下筒體的外壁上套有錐體。錐體的為空心圓柱體形，錐體的上端外壁有圓錐面， 當錐體向上滑動並且錐體上的外圓錐面插入密封膠筒內圓錐面後，能使密封膠筒膨脹開。 在下筒體的下端有外螺紋，下筒體外壁上有調節螺母；在下筒體外壁上套有彈簧，並且彈簧 的位置在錐體與調節螺母中間；在下筒體下端外壁上螺紋連接有導向頭，導向頭下端外壁 有圓錐面，導向頭有中心孔；下中心管穿過導向頭中心孔，下中心管的上端在下筒體內；在下中心管的上端面 有一個氣嘴，並且氣嘴在上中心管下端部中心孔內，氣嘴為圓柱體形有中心孔，氣嘴中心 孔、下中心管中心孔和上中心管中心孔在同一條直線上；在下筒體壁上有長孔(長條形孔)；在錐體有螺釘孔，在下中心管上有環形槽，螺 釘固定錐體螺釘孔內並穿過下筒體壁上的長孔，螺釘的內端部在下中心管的環形槽內，通 過螺釘將下中心管與錐體連接在一起。當上中心管、氣嘴和下中心管向上移動時，螺釘在下 筒體長孔內滑動並帶動錐體沿下筒體的外壁向上移動，錐體上端的外圓錐面能插入密封膠 筒的下端的內圓錐面內。為了密封，在氣嘴上端面與上中心管之間有密封圈。為了減少彈簧的扭矩，在彈簧上頂端與錐體之間有環形卸扭環，卸扭環可以採用 平面軸承。在彈簧的外部有環形外筒，環形外筒與錐體為一體結構。為了防止調節螺母鬆動，在下筒體上有壓緊螺母，壓緊螺母與調節螺母同時固定 在下筒體外螺紋上。為了防止砂進入芯軸與上中心管之間的間隙，在芯軸與上中心管之間有防砂密封 圈，防砂密封圈分布在上中心管長孔的上下兩端。簡述本發明防砂埋可投撈單膠筒井下節流器的下入過程、工作過程和打撈過程， 有助於理解本發明。參閱圖1和圖2。1.下入過程將投放接頭1連接在下入工具下端，下入工具上端連接鋼絲，鋼絲另 一端纏繞在地面滾筒上，由地面設備控制滾筒旋轉。首先，在下入時打開井口防噴盒，將本 發明井下節流器放入井口後，關閉井口防噴盒。然後，通過井口鋼絲在井內緩慢下放井下節 流器，在下入過程中切誤下上猛提猛放鋼絲。當井下節流器被下入到預定深度後，緩慢上提
4鋼絲，卡瓦10在重力以及芯軸3下端外壁錐面的共同作用下向外撐出，卡瓦10的卡瓦牙與 油管內壁產生接觸，當上提力達到2500 3000N時，井下節流器已牢固卡定在油管內壁上； 緩慢下放鋼絲，釋放震擊器，產生向上振擊力，確保井下節流器已卡定在油管上後，在震擊 器釋放的情況下上提鋼絲，依靠震擊力瞬間剪斷投放剪銷2。投放剪銷2被剪斷後，彈簧17 釋放壓縮彈力；推動洩扭環15、螺釘14和錐體12，帶動下中心管21、氣嘴13推動上中心管 4上移；並且錐體12的上端進入密封膠筒11內，密封膠筒11在彈簧力與錐體12的作用下 實現膨脹。井下節流器投放、座封工作完成。最後，起出投放工具。2.工作過程井口裝置打開投產後，井下節流器在天然氣井內正常生產。該井下 節流器在氣嘴13節流壓差的作用下，密封膠筒11上部小於下部壓力，使得密封膠筒11再 次膨脹，實現進一步密封。此時卡瓦10需承受因節流壓差所致的來至於芯軸3的軸向作用 力。在正常工作時，輔助防砂膠圈8能防止砂進入到下部的卡瓦10與芯軸3錐面之間造成 堆積。防砂密封圈Bl能防止砂進入上中心管4與芯軸3之間的間隙，減少節流器在後期打 撈時出現的砂埋與砂卡現象。本發明井下節流器最突出的是防止砂埋結構。防止砂埋結構 是在芯軸3、上中心管4和打撈頭5壁上設置有排砂孔，沉積在輔助防砂膠圈8上部的砂， 能隨時進入中心管4內，砂和向上流動的天然氣一起排出井口。沒有累積沉砂，打撈頭5不 能被砂埋沒。3.打撈過程當需要打撈該井下節流器時，首先，下入打撈工具，釋放震擊器，壓 縮上中心管4，彈簧17、錐體12被壓回到位，密封膠筒11回縮。此時打撈頭5沒有被砂埋， 打撈工具抓住打撈頭5，向上震擊打撈頭5，打撈頭5帶動卡瓦10在卡瓦限位環9內滑動， 油管與卡瓦10間逐漸失去接觸，直到打撈頭5移動到位，井下節流器失去卡定作用，向上提 出整套裝置，完成打撈作業。本發明的有益效果本發明防砂埋可投撈單膠筒井下節流器，1、採用了防埋打撈 頭結構，實現了天然氣井少量出砂時能防止砂積累埋沒打撈頭，方便打撈工作進行；2、採用 了防砂密封圈防止砂進入中心管與芯軸之間，防止中心管與芯軸之間阻力過大造成砂卡； 3、採用外彈簧結構，增加彈簧的工作穩定性。防砂埋可投撈單膠筒井下節流器用於天然氣 井井下作業進行天然氣生產調節，能夠滿足天然氣井少量出砂控制生產需要，實現節流降 壓。


圖1是防砂埋可投撈單膠筒井下節流器上半部分結構剖面示意圖。圖2是防砂埋可投撈單膠筒井下節流器上半部分結構剖面示意圖。圖3是圖1的A-A剖面圖。表示打撈頭5的六個長孔、芯軸3的六個長孔和中心 管4的六個長孔的位置關係。圖中，1.投放接頭，2.投放剪銷，3.芯軸，4.上中心管，5.打撈頭，6.螺母，7.墊 片，8.輔助防砂膠圈，9.卡瓦限位環，10.卡瓦，11.密封膠筒，12.錐體，13.氣嘴，14.螺釘， 15.洩扭環，16.下筒體，17.彈簧，18.調節螺母，19.壓緊螺母，20.導向頭，21.下中心管， Bi.防砂密封圈，B2.端面密封圈。
具體實施例方式實施例1 以一個防砂埋可投撈單膠筒井下節流器為例，對本發明作進一步詳細 說明。參閱圖1。防砂埋可投撈單膠筒井下節流器，總長度為635. 5_。主要由投放接頭 1、投放剪銷2、芯軸3、上中心管4、打撈頭5、螺母6、輔助防砂膠圈8、卡瓦10、密封膠筒11、 錐體12、氣嘴13、螺釘14、下筒體16、彈簧17、調節螺母18、導向頭20和下中心管21組成。 芯軸3上端套在投放接頭1下端的外壁上並有四個投放剪銷2將芯軸3上端固定在投放接 頭1下端。在芯軸3的外壁上螺紋固定有打撈頭5。在打撈頭5下部並在芯軸3外壁上有 一個凸出的環形臺階，環形臺階上均勻分布有三個凹槽(卡槽)，三個卡瓦10的上端在凹 槽內，並且卡瓦10懸掛在環形臺階上；卡瓦10外有一個卡瓦限位環9限制卡瓦徑向位移。 芯軸3下端外壁為錐形。上中心管4的頂端插入投放接頭1下端的中心孔內；在打撈頭5的壁上有六個縱 向長孔，在芯軸3的壁上有六個縱向長孔，參閱圖3。打撈頭5的長孔與芯軸3的長孔相對 並聯通。參閱圖1。在上中心管4的壁上有六個縱向長孔，當上中心管4向上滑動後，上中 心管4的長孔與芯軸3的長孔相對並聯通。所述的打撈頭5壁上長孔、芯軸3壁上長孔和 上中心管4壁上長孔(長條形孔)的縱截面為兩端有半圓弧中間是長方形，長方形的長邊 與中心線平行。在芯軸3與上中心管4之間有防砂密封圈Bi，防砂密封圈Bl分布在上中 心管4長孔的上下兩端；中心管4長孔的上端有一道防砂密封圈Bl ；中心管4長孔的下端 有兩道防砂密封圈Bi。在芯軸3內側下部有花鍵槽與上中心管4的花鍵配合。在打撈頭5 的外壁上有一個凸出的環形臺階，在打撈頭5的環形臺階上有一個環形輔助防砂膠圈8，螺 母6將輔助防砂膠圈8固定在打撈頭5的環形臺階上。在螺母6與輔助防砂膠圈8之間有 一個墊片7。參閱圖2。在芯軸3下端外螺紋連接有下筒體16，下筒體16為圓筒形，下筒體16 上端外壁有一個臺階，密封膠筒11套在下筒體16臺階上部，密封膠筒11下端內壁有圓錐 面，密封膠筒11的內圓錐面向下。在下筒體16的外壁上套有錐體12。錐體12的為空心圓柱體形，錐體12的上端外 壁有圓錐面。在下筒體16的下端有外螺紋，下筒體16外壁上有一個調節螺母18 ；在下筒 體16上有一個壓緊螺母19，壓緊螺母19與調節螺母18同時固定在下筒體16外螺紋上。 在下筒體16外壁上套有一個壓縮彈簧17，並且彈簧17的位置在錐體12與調節螺母18中 間；在彈簧17上頂端與錐體12之間有環形卸扭環15，卸扭環15採用平面軸承。在彈簧17 的外部有環形外筒，環形外筒與錐體12為一體結構。在下筒體16下端外壁上螺紋連接有 導向頭20，導向頭20下端外壁有圓錐面，導向頭20有中心孔；下中心管21穿過導向頭20中心孔，下中心管21的上端在下筒體16內；在下中心 管21的上端面有一個氣嘴13，並且氣嘴13在上中心管4下端部中心孔內，氣嘴13為圓柱 體形有直徑為5mm的中心孔，在氣嘴13上端面與上中心管4之間有一道0型密封圈B2。氣 嘴13中心孔、下中心管21中心孔和上中心管4中心孔在同一條直線上；氣嘴13靠下中心 管21將其與上中心管4壓緊。在下筒體16壁上有六個縱向長孔(長條形孔)；在錐體12有六個螺釘孔，在下中 心管21上有一個環形槽，六個螺釘14分別固定錐體12螺釘孔內並穿過下筒體16壁上的長孔，六個螺釘14的內端部在下中心管21的環形槽內，通過六個螺釘14將下中心管21與 錐體12連接在一起。
權利要求
一種防砂埋可投撈單膠筒井下節流器，主要由投放接頭(1)、投放剪銷(2)、芯軸(3)、上中心管(4)、打撈頭(5)、螺母(6)、輔助防砂膠圈(8)、卡瓦(10)、密封膠筒(11)、錐體(12)、氣嘴(13)、螺釘(14)、下筒體(16)、彈簧(17)、調節螺母(18)、導向頭(20)和下中心管(21)組成；芯軸(3)上端套在投放接頭(1)下端的外壁上並有投放剪銷(2)將芯軸(3)上端固定在投放接頭(1)下端，在芯軸(3)的外壁上螺紋固定有打撈頭(5)，在打撈頭(5)下部並在芯軸(3)外壁上有凸出的環形臺階，環形臺階上均勻分布有三個凹槽，三個卡瓦(10)的上端在凹槽內，並且卡瓦(10)懸掛在環形臺階上；芯軸(3)下端外壁為錐形；其特徵在於上中心管(4)的頂端插入投放接頭(1)下端的中心孔內；在打撈頭(5)的壁上有長孔，在芯軸(3)的壁上有長孔，打撈頭(5)的長孔與芯軸(3)的長孔相對並聯通；在上中心管(4)的壁上有長孔，當上中心管(4)向上滑動後，上中心管(4)的長孔與芯軸(3)的長孔相對並聯通，在打撈頭(5)的外壁上有環形臺階，在打撈頭(5)的環形臺階上有環形輔助防砂膠圈(8)，螺母(6)將輔助防砂膠圈(8)固定在打撈頭(5)的環形臺階上；在芯軸(3)下端外螺紋連接有下筒體(16)，下筒體(16)為圓筒形，下筒體(16)上端外壁有臺階，密封膠筒(11)套在下筒體(16)臺階上部，密封膠筒(11)下端內壁有圓錐面，密封膠筒(11)的內圓錐面向下；在下筒體(16)的外壁上套有錐體(12)，錐體(12)的為空心圓柱體形，錐體(12)的上端外壁有圓錐面，在下筒體(16)的下端有外螺紋，下筒體(16)外壁上有調節螺母(18)；在下筒體(16)外壁上套有彈簧(17)，並且彈簧(17)的位置在錐體(12)與調節螺母(18)中間；在下筒體(16)下端外壁上螺紋連接有導向頭(20)，導向頭(20)下端外壁有圓錐面，導向頭(20)有中心孔；下中心管(21)穿過導向頭(20)中心孔，下中心管(21)的上端在下筒體(16)內；在下中心管(21)的上端面有一個氣嘴(13)，並且氣嘴(13)在上中心管(4)下端部中心孔內，氣嘴(13)為圓柱體形有中心孔，氣嘴(13)中心孔、下中心管(21)中心孔和上中心管(4)中心孔在同一條直線上；在下筒體(16)壁上有長孔；在錐體(12)有螺釘孔，在下中心管(21)上有環形槽，螺釘(14)固定錐體(12)螺釘孔內並穿過下筒體(16)壁上的長孔，螺釘(14)的內端部在下中心管(21)的環形槽內，通過螺釘(14)將下中心管(21)與錐體(12)連接在一起。
2.根據權利要求1所述的防砂埋可投撈單膠筒井下節流器，其特徵是在氣嘴(13)上端 面與上中心管(4)之間有密封圈(B2)。
3.根據權利要求1所述的防砂埋可投撈單膠筒井下節流器，其特徵是在彈簧(17)上 頂端與錐體(12)之間有環形卸扭環(15)，在彈簧(17)的外部有環形外筒，環形外筒與錐體 (12)為一體結構。
4.根據權利要求3所述的防砂埋可投撈單膠筒井下節流器，其特徵是卸扭環(15)採 用平面軸承。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的防砂埋可投撈單膠筒井下節流器，其特徵是在下筒體 (16)上有壓緊螺母(19)，壓緊螺母(19)與調節螺母(18)同時固定在下筒體(16)外螺紋上。
6.根據權利要求1、2、3或4所述的防砂埋可投撈單膠筒井下節流器，其特徵是在芯 軸(3)與上中心管(4)之間有防砂密封圈(Bi)，防砂密封圈(Bi)分布在上中心管(4)長孔 的上下兩端。
全文摘要
防砂埋可投撈單膠筒井下節流器，應用於油氣井採氣。上中心管的頂端插入投放接頭下端的中心孔內；打撈頭的長孔與芯軸的長孔相對並聯通；在上中心管的壁上有長孔。在打撈頭的外壁上有環形臺階，在打撈頭的環形臺階上套有環形輔助防砂膠圈。在芯軸下端外螺紋連接有下筒體。在下筒體的外壁上套有錐體。下筒體外壁上有調節螺母；在下筒體外壁上套有彈簧；在下筒體下端外壁上螺紋連接有導向頭；在下中心管的上端面有一個氣嘴；螺釘固定錐體螺釘孔內並穿過下筒體壁上的長孔，通過螺釘將下中心管與錐體連接在一起。效果是具有防沙埋、防砂卡功能，方便打撈；外置彈簧使節流器工作穩定可靠。
文檔編號E21B33/127GK101967966SQ201010291450
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月21日 優先權日2010年9月21日
發明者劉小江, 周玉榮, 張玉華, 徐勇, 晁瓊蕭, 李強, 李蓮明, 梁政, 王磊, 田喜軍, 胡均志, 蔣發光, 許曉偉, 鄧雄, 馬春穩 申請人:中國石油天然氣股份有限公司