一种连续油管尾端多功能采气工具的制作方法

本申请涉及石油天然气开采技术领域，尤其涉及一种连续油管尾端多功能采气工具。

背景技术：

与石油开采相似，采用连续油管开采天然气已得到普遍应用。采气生产初期，在连续油管尾端安装节流器，控制天然气压力和流量，节流降压，达到安全稳定生产；待地下产能持续降低后，提出连续油管，去除尾端节流器，再将连续油管入井，实现大通道采气。气井生产后期地层压力严重不足，井筒积液，再次提出连续油管，在其尾端安装缓冲机构，然后在连续油管中投放柱塞，排水采气，增加天然气产量。

目前，现有的连续油管尾端采气工具如节流器通过卡瓦连接在连续油管尾端，堵塞罩扣接在卡瓦护套外，节流器装在卡瓦护套内。节流器外壁设有节流器密封圈。当连续油管增大内压时，堵塞罩下滑，掉落井底。当连续油管内压再次增大时，节流器克服密封圈摩擦力滑落井底。初期实现节流状态采气，后期利用液力打掉节流器，实现全通径采气。

然而这种连续油管尾端采气工具仍存在以下缺点：

一、井筒积液后，必须提出连续油管在其尾端安装缓冲工具，否则无法投放柱塞实现排水采气；

二、被液力打掉的堵塞罩和节流器落入井底，会对气井后续作业造成障碍，如需打捞或钻磨掉零件，作业费用高，施工周期长；

三、节流器与节流器座之间依靠橡胶密封圈的摩擦力来维持，打开堵塞罩时，内压有可能使节流器提前掉落造成作业事故。

为克服上述缺点，亟需一种功能全面的油管尾端采气工具，以满足各种不同采气环境的需求。实现在气井生产寿命周期内，不提出连续油管、不安装以及更换工具、高效和安全采气的目的。

技术实现要素：

本申请提供了一种连续油管尾端多功能采气工具，以解决现有的采气工具不能满足不同采气环境需求、采气程序复杂问题。

本申请采用的技术方案如下：

一种连续油管尾端多功能采气工具，包括：

依次螺纹连接的上接头、中间接头以及下接头；

所述上接头、中间接头以及下接头均为管状；

所述上接头内设置有缓冲组件，所述中间接头内设置有节流组件，所述节流组件末端设置堵塞组件；

所述缓冲组件包括缓冲管和缓冲弹簧，所述缓冲管一端与所述缓冲弹簧的一端相连，所述节流组件包括预紧弹簧和内筒，所述缓冲弹簧设置在所述内筒与所述上接头之间的环形空间，所述预紧弹簧设置在所述内筒与所述中间接头之间的环形空间；

所述节流组件还包括活塞单元、节流器、剪环以及压帽，所述活塞单元套设在所述节流器外壁与中间接头内壁之间，所述活塞单元一端连接所述预紧弹簧，所述活塞单元两端由所述内筒与所述剪环所固定，所述节流器为上下底面贯穿的圆柱体，所述剪环为脆性圆环，所述剪环外圆周嵌入接头内壁的凹槽中固定；

所述压帽为具有轴部贯穿孔的环状结构，所述压帽与所述活塞单元螺纹连接，所述堵塞组件的一端嵌入所述压帽的贯穿孔中；

所述堵塞组件包括堵塞、堵塞弹簧、可溶帽以及锁紧螺母，所述堵塞弹簧设置在所述活塞单元与所述可溶帽之间，所述可溶帽套设在所述堵塞上，所述可溶帽与所述压帽螺纹连接，所述锁紧螺母贴紧所述可溶帽与所述堵塞螺纹连接；

所述下接头为末端封闭的中空腔体，且所述下接头管壁上设置有导流缝。

可选的，所述活塞单元还包括内活塞单元和外活塞单元，所述内活塞单元由所述内筒和内剪环所固定，所述内剪环为脆性圆环，所述外活塞单元由所述内筒和所述剪环所固定，所述内剪环外圆周嵌入外活塞单元的环形凹槽中。

可选的，所述活塞单元朝向连续油管一端的通道口设置为漏斗形。

可选的，还包括封堵球，所述封堵球用于施加压力使所述节流组件进入所述下接头的空腔中。

可选的，还包括柱塞，所述柱塞置于所述缓冲管朝连续油管一侧。

可选的，所述节流器与所述压帽之间、所述压帽与所述堵塞之间均有密封垫，所述可溶帽与所述锁紧螺母之间设置圆环形的挡板。

可选的，还包括橡胶垫圈，所述橡胶垫圈镶嵌于螺纹连接的接口处以及所述堵塞的端头侧壁上。

可选的，所述可溶帽具有孔隙结构，所述压帽上具有圆孔，所述圆孔一端为所述可溶帽。

可选的，所述连续油管尾端多功能采气工具与连续油管的连接方式为多道u型槽压紧且有密封环。

可选的，所述缓冲管上端连接有带锥型内孔的缓冲头，所述下接头末端由锥型引导头封闭。

采用上述技术方案的有益效果是：

本申请的连续油管尾端多功能采气工具，通过上、中间以及下接头依次螺纹连接，将节流组件设置在中间接头内部，使用脆性材料的剪环对节流组件进行固定和阻挡，在节流组件末端的节流嘴通道由堵塞组件堵塞，堵塞组件与节流组件通过可溶帽与压帽螺纹连接。由于可溶帽的水溶解性，可溶帽在水中会逐渐溶解，同时堵塞组件受到堵塞弹簧的力作用，堵塞组件会掉入下接头空腔里，此时，天然气会从节流组件进入油管被开采出来，实现节流采气。当地层气压明显不足时，投入封堵球，撞击节流组件，脆性材料的剪环受力破碎，节流组件会掉入下接头的空腔中，此时，天然气实现大通道采气。后期当地层压力持续下降，地下水进入连续油管形成积液时，从井口投入柱塞，柱塞由缓冲器组件承接。当井口释放压力，柱塞会携带积液和天然气上行，并将积液和天然气排出。关闭井口，柱塞下落，如此循环可以降低井筒积液并采出天然气，实现了柱塞排水采气。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请的一个实施例的结构示意图；

图2为本申请的另一个实施例的结构示意图；

图3为本申请的一个实施例的局部结构示意图；

图4为本申请的一个实施例下接头局部结构示意图；

图5为本申请的实施例节流采气示意图；

图6为本申请的实施例大通道采气示意图；

图7为本申请的实施例柱塞排水采气示意图。

图示标记说明：1-上接头、11-缓冲管、12-缓冲弹簧、2-中间接头、21-内筒、22-预紧弹簧、23-活塞单元、231-外活塞单元、232-内活塞单元、24-节流器、241-密封垫、25-压帽、26-剪环、261-内剪环、3-下接头、31-堵塞弹簧、32-可溶帽、33-挡板、34-锁紧螺母、35-堵塞、36-橡胶垫圈、4-封堵球、5-柱塞。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

参见图1和图4，以便于理解本申请一个实施例的结构。

本申请提供的一种连续油管尾端多功能采气工具，包括：

依次螺纹连接的上接头、中间接头以及下接头；

上述上接头、中间接头以及下接头均为管状；

上述上接头内设置有缓冲组件，上述中间接头内设置有节流组件，上述节流组件末端设置堵塞组件；

上述缓冲组件包括缓冲管和缓冲弹簧，缓冲管一端与上述缓冲弹簧的一端相连，上述节流组件包括预紧弹簧和内筒，上述缓冲弹簧设置在内筒与上接头之间的环形空间，预紧弹簧设置在内筒与中间接头之间的环形空间；

上述节流组件还包括活塞单元、节流器、剪环以及压帽，活塞单元套设在节流器外壁与中间接头内壁之间，活塞单元一端连接上述预紧弹簧，活塞单元两端由上述内筒与剪环所固定，节流器为上下底面贯穿的圆柱体，剪环为脆性圆环，剪环外圆周嵌入接头内壁的凹槽中固定；

上述压帽为具有轴部贯穿孔的环状结构，压帽与活塞单元螺纹连接，堵塞组件的一端嵌入压帽的贯穿孔中；

上述堵塞组件包括堵塞、堵塞弹簧、可溶帽以及锁紧螺母，堵塞弹簧设置在活塞单元与可溶帽之间，可溶帽套设在堵塞上，可溶帽与压帽螺纹连接，锁紧螺母贴紧可溶帽与堵塞螺纹连接；

上述下接头为末端封闭的中空腔体，且下接头管壁上设置有导流缝。

上述实施例中，与连续油管末端连接的部分采用了三段式，即上接头、中间接头以及下接头，三种接头均为管状是为了适应天然气开采中普遍使用的油管，由于油管通常为管状，所以本实施例采用管状接头；上接头与连续油管螺纹连接，上接头的内部空腔设置有缓冲组件，缓冲组件是为了在油管中投入柱塞时，缓解柱塞对油管内部以及油管尾端采气工具的冲击力，由于天然气开采的地层往往具有一定的深度，柱塞投入后下落落差较大，形成较大的势能-动能转化，使柱塞具有较大的冲击力度，缓冲组件一定程度上克服了这种冲击对油管以及采气工具的影响。

本申请中，将顺油管朝地面方向称为上，朝井下方向称为下。缓冲组件包括缓冲管和缓冲弹簧，安装完成时，缓冲管在缓冲弹簧的上部设置，当投放柱塞时，柱塞在重力作用下落至缓冲管上，压缩缓冲弹簧从而实现柱塞的投放到位。

中间接头内部空腔设置节流组件，节流组件包括：预紧弹簧、内筒、活塞单元、节流器、剪环以及压帽。设置预紧弹簧是为了给活塞单元施加向下的预紧压力，预紧弹簧本身处于压缩状态。这样设置由于剪环已经承受一个向下的力，投封堵球时，将剪环打掉将只需要原有冲击力的一部分，使活塞单元落入下接头的空腔中变得更容易实现。

内筒为圆环形管状结构，用于将预紧弹簧以及缓冲弹簧约束在一定的空间中，便于弹簧在伸缩变形时不易跑偏，能够稳定的发挥弹簧的性能。

活塞单元套设在节流器外，压帽与活塞单元螺纹连接，这样节流器被压帽所固定，限制在活塞单元的贯穿通道中。此外，压帽、活塞单元以及节流器都具有上下底面贯穿通道，并且节流器的贯穿通道径向直径更小，在节流采气中，天然气的采出速度直接受节流器贯穿通道直径的影响。这将有利于节流采气中对开采速度的调控。

堵塞组件包括堵塞、堵塞弹簧、可溶帽以及锁紧螺母，堵塞插入压帽的贯穿通道中，起到密封压帽尾端的作用。可溶帽套设在堵塞上并由锁紧螺母螺纹拧紧固定。因此，堵塞、可溶帽和锁紧螺母形成一个紧固整体。可溶帽与压帽螺纹连接，将前述紧固整体固定在压帽尾端。堵塞弹簧设置在活塞单元与可溶帽之间，处于压缩状态，便于施加于可溶帽一个向下的作用力。参见图5，当本申请的各组件安装于井下预定位置时，地下水浸入下接头腔体中，由于可溶帽的水溶解性，可溶帽与压帽的接触边缝处也开始溶解，可溶帽与压帽的螺纹连接失效，溶解进行到一定程度时，可溶帽与压帽分离开，此时，紧固整体与压帽的固定解除，由于堵塞弹簧的弹力作用，紧固整体开始脱离出压帽并掉进下接头的腔体中。此时，节流通道打开，为节流采气准备好条件。

下接头为末端封闭的中空腔体，中空腔体有利于容纳掉落的堵塞组件和节流组件，因此，中空腔体的长度应该满足足够容纳的要求；下接头管壁上设置有导流缝，导流缝为地下流体进入油管的通道，导流缝的设置是满足采气的需要。

可选的，上述活塞单元还包括内活塞单元和外活塞单元，内活塞单元由内筒和内剪环所固定，内剪环为脆性圆环，外活塞单元由内筒和剪环所固定，内剪环外圆周嵌入外活塞单元的环形凹槽中。

本实施例中，将活塞单元设置成内活塞单元和外活塞单元两部分，并且内活塞单元由内剪环固定，外活塞单元依然由剪环所固定。参见图6，当节流采气结束后，需要去除节流器实现大通道采气时，通过井口向连续油管内投放封堵球，封堵球会封堵内活塞单元的通道孔。在压力下，推动内活塞剪断内剪环，使节流器及内活塞单元落入下接头的空腔内，此时，外活塞内径全通道畅通，天然气通过该通道进入连续油管，实现大通道采气。

另外，如果投封堵球对其施加压力推动内活塞受阻时，继续加大压力，外活塞单元将剪断剪环向下移动，预紧弹簧释放预紧力，将外活塞单元、外活塞单元以及节流器推至下接头孔腔内，同样也实现了大通道采气。

可选的，上述活塞单元朝向连续油管一端的通道口设置为漏斗形。

参见图2和图3，便于理解本实施例中具体的活塞单元的结构。本实施例中，将活塞单元朝向连续油管一端的通道口设置为漏斗形，是为了配合本申请中封堵球的使用。漏斗形的结构，口径由大变小，封堵球会自然下落至口径小的一侧，将活塞单元的通道封闭，此时，施加一定的流体压力，将压力传导至封堵球，由于封堵球将活塞单元的通道封闭，压力将直接传导至活塞单元，更加容易控制活塞单元乃至节流组件克服剪环的阻力而进入下接头的腔体中。漏斗形的设计，是一种双重保障，当封堵球不能直接将活塞单元冲击进下接头空腔中时，使用流体压力传导的方式以保证活塞单元顺利进入下接头空腔。有效实现大通道采气。本申请中所述的漏斗形，意指所有口径由大变小的结构形状，并非机械地认为只是唯一一种漏斗形状。

可选的，还包括封堵球，上述封堵球用于施加压力使节流组件进入下接头的空腔中。

参见图6，本实施例中，封堵球用于节流采气结束后进入大通道采气阶段之前。往连续油管投入封堵球，利用封堵球下落的冲击力撞击节流组件的活塞单元，使节流组件掉入下接头的空腔中，当然，上述节流组件中不包括内筒，内筒始终与中间接头保持固定状态，在本申请中，描述节流组件掉入下接头空腔时，均不包括内筒；若封堵球的冲击力不足，节流组件无法使剪环破碎，剪环依然阻挡节流组件进入下接头空腔，此时，使用流体给连续油管施加一定压力，压力传导至封堵球，由于封堵球封堵活塞单元的通道口，压力将直接传导至活塞单元，当加压到一定程度，剪环破碎，节流组件最终将掉入下接头空腔中，实现大通道采气。

可选的，还包括柱塞，柱塞置于上述缓冲管朝连续油管一侧。

参见图7，柱塞是天然气开采行业中普遍使用的一个器械，是排水采气阶段的关键。将柱塞由连续油管投放井底，柱塞下落至缓冲管，进而压缩缓冲弹簧，实现了柱塞的安全投放，将冲击对柱塞损伤进一步降低。如图7所示，当井口打开释放来自井底的压力时，柱塞会携带积液和天然气上行，将积液和天然气从井口排出；关闭井口，柱塞回落至缓冲管上。如此往复循环可以减少井筒积液并采出天然气，这就是柱塞气举采气过程，也是本申请中柱塞排水采气阶段。

可选的，上述节流器与上述压帽之间、上述压帽与上述堵塞之间均有密封垫，所述可溶帽与所述锁紧螺母之间设置圆环形的挡板。

本实施例中，密封垫起到完全密封的效果，避免了流体的泄漏乱窜，使天然气开采更加可控和高效。在可溶帽与锁紧螺母之间设置圆环形的挡板，有利于锁紧螺母将可溶帽与堵塞固定的更紧密，挡板的受力面积较大，锁紧螺母拧紧时，推动挡板给可溶帽施加压力，可溶帽受力更加均匀，紧固效果更好。

可选的，还包括橡胶垫圈，上述橡胶垫圈镶嵌于螺纹连接的接口处以及堵塞的端头侧壁上。

螺纹接口处由于长时间的明显或轻微的晃动，通常容易产生密封不严的问题。在本申请中出现螺纹连接的地方加装橡胶垫圈，即使存在一定量的晃动或松动，都不易出现密封性问题。橡胶垫圈本身具有一定的伸缩性，压迫橡胶垫圈使其镶嵌于螺纹接口处，橡胶垫圈的张力会形成自封闭，具有很好的密封效果。同样的，堵塞的端头插入压帽的中空部分，起到密封的作用，在堵塞的端头侧壁的凹槽中镶嵌橡胶垫圈，由于橡胶垫圈受到挤压，具有舒张性，紧紧贴住压帽，使密封效果更好。

可选的，上述可溶帽具有孔隙结构，上述压帽上具有圆孔，上述圆孔一端为上述可溶帽。

本实施例中，可溶帽的空隙结构与溶解时间直接相关，通过预设空隙结构，工作人员可以掌握可溶帽在水中的溶解时间，这在工程安装和采气工艺中非常重要，成为能否顺利安装和采气的关键一环。压帽上的圆形通孔，有利于地下水直接与可溶帽连通，加速可溶帽的溶解，同时，由于圆形通孔设置在压帽上，能加速压帽与可溶帽的螺纹连接的失效，实现本申请的目的。

可选的，上述连续油管尾端多功能采气工具与连续油管的连接方式为多道u型槽压紧且有密封环。

本实施例中，将连续油管尾端多功能采气工具与连续油管的连接方式设置为多道u型槽压紧，防止天然气开采过程中由于流体压力、流体类型等的动态变化产生松动，多道u型槽有利于连接的更紧密，同时设置密封环，可有效防止流体泄漏或地层流体浸入。

可选的，上述缓冲管上端连接有带锥型内孔的缓冲头。

本实施例中，缓冲管上设置缓冲头，有利于承接柱塞下落时的冲击力，进一步保护本申请的各部分不被撞击损坏。在缓冲头设置为具锥型内孔结构，使柱塞下落时冲击面为斜面凹槽，进一步分散冲击力，在实际应用中效果良好，防止因冲击损坏缩短部件寿命，节约了经济成本。

可选的，上述下接头末端由锥型引导头封闭。

锥形引导头有利于在采油工艺中将连续油管尾端多功能采气工具以及连续油管顺利安装到预定位置，锥形的设计可防止在安装过程中受到阻力过大，从而使连续油管尾端多功能采气工具遭受损坏。

本申请的连续油管尾端多功能采气工具，随连续油管一次性下入到井底，堵塞组件将节流组件封堵，可溶帽与地下水反应，可溶帽与压帽连接处溶解，待溶解至一定时间后，在堵塞弹簧的弹力作用下，堵塞组件掉入下接头空腔中，此时采气通道打开，天然气通过下接头缝隙进入腔体，再通过节流组件进入连续油管，实现节流采气；地层压力下降后，投入封堵球乃至加液压打掉内活塞或外活塞实现大通道采气；地层压力进一步下降，井筒积液后从井口投入柱塞，即可实现间歇式排水采气。在气井生产寿命周期内，不提出连续油管、不更换或安装工具，井底无金属落物，可实现长期、高效、安全采气生产。本申请一次下井，实现多个功能，既能满足节流采气、大通道采气、也能满足柱塞排水采气的需求。无需多次起下油管和更换工具，节省作业时间和费用，并且堵塞组件打开、大通道打开都设置了双重保障结构，同时也解决了堵塞或大通道打开失效问题，可靠性高。全部落物收纳于下接头空腔，不落入井底，有利于后续作业。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。