多柱塞协同气举排液系统的制作方法

1.本实用新型涉及石油与天然气井筒依靠自身能量或注气气举排液开发领域，更具体的说是一种多柱塞协同气举排液系统。


背景技术：

2.油/气井投产后随着生产时间的延长，井筒内会逐步出现积液，生产开始受到积液影响，需要采取合理的工艺技术来及时排除，以维护气井的正常稳定生产。当地层能量充足时，油气井可采用自喷方式进行生产；当地层能量降低不足以维持自喷生产后，需要补充能量转为人工举升方式开采。常用的人工举升方式有气举、有杆泵和电潜泵等。由于自喷方式生产设备简单、管理方便且成本低，人们总是努力延长油气井的自喷生产期。
3.目前石油与天然气井依靠自身能量排液的技术主要有柱塞气举排液工艺、泡沫排液工艺。
4.柱塞气举技术是在举升气体和被举升液载之间提供了一种固体的密封界面，减少了气体的窜流和液体的回落。常规柱塞气举气体托举着柱塞及柱塞上面的一大段液体从油管下部运动到油管上部并从井口排出到地面。由于液柱存在着与高度成正比的压力，当用气柱托举液柱时，液柱形成的压力将传递到气柱上，气柱承受的压力为井口油压与液柱压力之和。液柱越长，其下部的压力越大，气柱压力越大。常规柱塞气举，当气体托举着柱塞及柱塞上面的一大段液体从油管下部运动到油管上部时，柱塞下面的气柱具有较大的压力。随着液柱排出地面，液柱下面的气柱也随之排出地面，气体的压力被白白释放，也就是气体的膨胀能被白白释放。柱塞托举的液柱越长，下面气柱具有的压力越高，被浪费的膨胀能越多。所以常规柱塞气举具有不能充分利用气体膨胀能、工作需要的气液比大、排液量小、能量消耗大、气/油井只能间歇开井、生产时率低等缺点。一些产气量低、产液量较大的气/油井因而不能采用柱塞气举，或者在采用常规柱塞气举时需消耗更多的地面向井筒内注入气举行柱塞气举。
5.泡沫排液技术存在着需要人工连续或间断向井内加注泡沫剂、需要的气液比大、排液量小、液体排出地面后需要进行消泡处理等缺点。液体中含有油等具有消泡作用的井使用该技术效果受限。


技术实现要素：

6.常规柱塞气举是一大段气柱通过柱塞起密封作用举升柱塞及其上的一大段液柱从油管下部运动到油管上部并从井口排出到地面。而多柱塞协同气举是在油管内安放多个柱塞，这多个柱塞将原一个柱塞举升的一大段液柱和其下的一大段气柱分割为多段液柱和气柱，即一级：液柱+一级柱塞+气柱；二级：液柱+二级柱塞+气柱；三级：液柱+三级柱塞+气柱
…
，油管内由多级液柱、柱塞、气柱串联组成，具体多少级根据井况确定。显然上面级的气柱由于承受液柱压力远小于一大段液柱压力，故其体积将膨胀，气柱占据油管段长度将增加，上面级气柱体积（长度）大于下面级的气体体积（长度）。在液柱总长度相同的情况下，与
常规柱塞气举相比，占据同样剩余油管空间（长度），多级柱塞需要的气体质量要小很多。即随着每一小段液柱排出井口，该小段液柱形成的液柱压力消失，因此下面的所有小段气柱体积将随之膨胀，多柱塞协同气举能让气体充分膨胀，气体膨胀能得到充分利用，故所需气液比下降。在气量相同的情况下，多柱塞协同气举可排出更多的液量，或在排液量相同的情况下，多柱塞协同气举需要的气量大为降低。与泡排工艺相比，多柱塞协同气举不需要人工加注泡沫剂，排出地面的液体不需要进行消泡处理。同时，多柱塞协同气举需要的气液比小，排液量大。本实用新型提供一种多柱塞协同气举排液系统，可解决柱塞气举排液工艺、泡沫排液工艺工作需要的气液比大、排液量小、能量消耗大等问题。
7.本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种多柱塞协同气举排液系统，包括油管和从上到下依次设置在油管内的若干柱塞，所述油管顶部设置有井口捅杆，所述油管底部设置有卡定器，所述柱塞包括：阀体，所述阀体内开设有贯穿阀体上端面的通孔，所述通孔下部连通有阀座孔，所述阀座孔贯穿阀体下端面；与阀体下部相连接的空腔；设置在空腔内的凡尔；以及固定连接在凡尔下部且穿过空腔底部的阀杆。
8.作为本实用新型的一种优选，所述空腔表面设置有若干筛孔。
9.作为本实用新型的一种优选，所述空腔下表面设置有阀杆孔。
10.作为本实用新型的一种优选，所述阀杆孔与阀座孔同心设置。
11.作为本实用新型的一种优选，所述阀杆直径小于通孔直径。
12.作为本实用新型的一种优选，阀杆高度大于通孔、2倍阀座孔以及空腔高度之和。
13.作为本实用新型的一种优选，所述凡尔与阀座孔形状一致。
14.作为本实用新型的一种改进，所述凡尔外表面上通过开设的盲孔设置有防脱落弹簧，所述防脱落弹簧末端设置有防脱凸台。
15.作为本实用新型的一种改进，所述阀座孔内表面上设置有与防脱凸台配合防止凡尔脱落的防脱孔。
16.作为本实用新型的另一种改进，所述防脱落弹簧数量可以为任意个，且均匀分布在凡尔外表面。
17.本实用新型具有以下优点：
18.通过在油管内安放多个柱塞，实现把原一个柱塞时一大段气柱托举一大段液柱的状况分割为多个小段液柱和小段气柱串联而成，即液体载荷分摊在多个柱塞上，顶推柱塞及其上液体向上运动的气柱分散在各个柱塞下,多个柱塞在油管内分别上下、彼此间交接液体载荷协同工作，液体被逐级排出井筒，柱塞下的气柱逐级降压，因此逐级膨胀，由此达到降低气液比的目的，同时气/油井实现连续生产。
19.与常规柱塞气举相比，本实用新型能让气体充分膨胀，气体膨胀能得到充分利用，所需气液比下降，下降幅度可达30%~70%。在气量相同的情况下，多级柱塞可排出更多的液量，或在排液量相同的情况下，多级柱塞需要的气量大为降低。
20.与泡排工艺相比，多级柱塞不需要人工加注泡沫剂，排出地面的液体不需要进行消泡处理。同时，多级柱塞需要段气液比小，排液量大。
21.由此可解决常规柱塞气举排液工艺、泡沫排液工艺工作需要的气液比大、排液量小、能量消耗大等问题。
附图说明
22.图1 为多柱塞协同气举排液系统示意图；
23.图2 为柱塞结构示意图；
24.图3 为上下柱塞接力示意图；
25.图4 为排液系统工作示意图；
26.图5 为排液系统工作示意图续图；
27.图中：1
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油管，10
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井口捅杆，11
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卡定器，2
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柱塞，20
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阀体，201
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通孔，202
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阀座孔，2021
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防脱孔，21
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空腔，211
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筛孔，212
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阀杆孔，22
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凡尔，221
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防脱落弹簧，222
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防脱凸台，23
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阀杆。
具体实施方式
28.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一个实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
30.实施例一：
31.如图1～图3所示，一种多柱塞协同气举排液系统，包括油管1和从上到下依次设置在油管1内的若干柱塞2，油管1内装入两级及两级以上多级柱塞2，级数多少根据井况设定；油管1顶部设置有井口捅杆10，上级柱塞到达井口，柱塞2内的凡尔22会被井口捅杆10顶开；油管1底部设置有卡定器11，最下级柱塞2掉落到油管1下部会与卡定器11产生碰撞，凡尔22重新回到阀座孔202中，此时，凡尔22关闭。
32.柱塞2包括：
33.阀体20，阀体20上下的油管1空间是密封的，阀体20内开设有贯穿阀体20上端面的通孔201，通孔201下部连通有阀座孔202，阀座孔202贯穿阀体20下端面。
34.与阀体20下部相连接的空腔21，空腔21保证了凡尔22的运动空间，既有限制作用也有支撑辅助作用；空腔21表面设置有若干筛孔211，筛孔211的存在也比较关键，当凡尔22打开时，通孔201畅通，柱塞2不具有密封作用，柱塞2会在重力作用下下降，与下一级柱塞碰撞进行开关状态的交换；空腔21下表面设置有阀杆孔212，阀杆孔212与阀座孔202同心设置，所述阀杆23直径小于通孔201直径，阀杆23高度大于通孔201、2倍阀座孔202以及空腔21
高度之和，以保证当上柱塞与下柱塞接触时，上柱塞的阀杆有能穿过下柱塞的通孔并将下柱塞的凡尔顶开处于开启状态的长度。
35.设置在空腔21内的凡尔22，凡尔22与阀座孔202形状一致，两者匹配度较高，匹配度越高，二者密封程度越好，越不容易出现意外，凡尔处于关闭状态时具有密封作用，会在气体的托举下向上运动。
36.以及固定连接在凡尔22下部且穿过空腔21底部的阀杆23，凡尔22与阀杆23连接的整体可通过该阀杆孔212在阀座孔202与空腔21形成空间内上下移动，移动方向为竖直方向。
37.实施例二：
38.如图2所示，基于实施例一，凡尔22外表面上通过开设的盲孔设置有防脱落弹簧221，防脱落弹簧221末端设置有防脱凸台222，阀座孔202内表面上设置有与防脱凸台222配合防止凡尔22脱落的防脱孔2021，此处结构的设计可提高系统运行的稳定性，也提高了容错率，在不具备该结构的情况下，阀体20与凡尔22结合，在压力的作用下，结构为密封状态，可较好的完成排液工作，但在该结构有一定缺陷的情况下，防脱落弹簧221可承担部分压力，保证整个排液系统的稳定。
39.防脱落弹簧221数量可以为任意个，且均匀分布在凡尔22外表面，防脱孔2021数量与防脱落弹簧221数量一致，且均匀分布在凡尔22外表面，多个该结构的设置可进一步提高系统稳定性。
40.实施例三：
41.基于实施例一和实施例二，本实用新型的工作原理如下所述：
42.如图1～图5所示，上下两柱塞相接触时,上柱塞2的阀杆23接触到下柱塞2的凡尔22并被向上顶推直至上柱塞2凡尔22关闭。上柱塞2是在重力作用下下落的，在上柱塞2的凡尔22闭合的同时，在惯性作用下,上柱塞2带着凡尔22继续下行,与凡尔22连接的阀杆23顶开下柱塞2凡尔22，上下两柱塞凡尔开关状态转换，从而达到接力交换液体载荷。
43.在油管1内，油管1底部有积液，排液系统运作时，油管1底部的气体或油管1底部注入的气体会在该系统的作用下，油管1内液、气柱被多级柱塞2分成多段，柱塞2在其气液间起密封作用阻止气体向上窜流和液体回落。在气体推举下柱塞2及其上的液柱向上运动。当最上面的第一级柱塞2上的液柱在气体推举下达到井口排出地面后，第一级柱塞2的凡尔22被安装在井口的捅杆打开，第一级柱塞2中心孔畅通不再有密闭作用，在重力作用下转向下行。第一级柱塞2下行通过第二级柱塞2上的气柱及液柱直至碰撞到第二级柱塞2，通过碰撞，第二级柱塞2凡尔22打开、第一级柱塞2凡尔22重新关闭。第二级柱塞2因凡尔22打开在重力作用下下行，而第一级柱塞2凡尔22关闭后再次具有密闭作用，在气体举升下推动液柱，即推动原第二级柱塞2上的液柱继续上行，第一级柱塞2和第二级柱塞2完成接力交接。同理，第二级柱塞2下行与上行的第三级柱塞2完成接力交接、第三与第四级
…
直至最下面一级柱塞2下落，最下面一级柱塞2下行碰撞到卡定器11并关闭凡尔22，在气体举升下再次推动油管1内卡定器上的液柱上行，最上面第一级柱塞2又到达井口并被再次打开凡尔22而下落，如此循环往复。
44.原一大段液柱、气柱被分割为多段并逐级到达井口排出地面，每排出一小段液柱，其下的各级气柱压力降低，气柱得到逐级膨胀，气体膨胀能因此得到较为充分利用。气体膨
胀能得到充分利用，所需气液比下降，排液量提升。在产出气相同的情况下，多级柱塞可排出更多的液量，或在排液量相同的情况下，多级柱塞需要的气量大为降低。
45.以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。