适于定向井和水平井的柱塞举升用新型柱塞的制作方法

本发明属于油气田采油采气井柱塞举升工艺所用柱塞，尤其涉及适于定向井和水平井的柱塞举升用新型柱塞。

背景技术：

柱塞举升作为较常规的人工举升工艺措施，已经应用于部分油气田。和常规连续气举相比，柱塞举升工艺在液体和气体之间增加了一个固体界面，防止液体的漏失及气体的滑脱，从而提高举升效率。但是常规棒状柱塞只适用于直井或狗腿度较小的斜井，无法通过定向井或水平井的大狗腿度井段，从而无法使用柱塞举升工艺，导致这部分井可供选择的举升工艺减少。同时，常规柱塞要求油管尺寸从上至下较为一致或变化不大，但很多井由于下入油管规格差异或挤压变形等因素的存在，使得油管发生一定程度的变径，从而导致常规柱塞工艺应用受限或无法使用柱塞举升工艺。

关于定向井和水平井所用柱塞的研究较少，李辰等人发明了一种衬垫式排水采气柱塞，包括本体和位于本体下端部与本体通过丝扣连接的导向头，本体的外表面嵌有垫块，垫块和本体之间通过导向销和弹簧连接，但是该柱塞只适用于直井或狗腿度较小的斜井。zimmerman等人发明了一种适用于大斜度井的球形柱塞，该球形柱塞表面设置有许多贯穿球体的小孔或在球体表面设置螺旋式凹槽，但该球形柱塞为固定尺寸，在小管径处会遇卡，在大管径处液体发生漏失，举升效果变差。本发明专利将柱塞外形设置为球形，可以通过任何狗腿度的斜井段从而顺利到达井底，实现对井底液体的有效携带，包括定向井和水平井。球形柱塞表面设置有6个弧形垫块，均匀的覆盖于球形基体表面，并和球形基体保持一定的距离，通过弹簧和导向销与球形基体连接。在外力的作用下，通过弧形垫块压缩弹簧，可使球形柱塞变径，从而顺利通过不同内径的油管，同时可以保证密封效果。在举升过程中，液体可以沿着球形柱塞表面的凹槽流动，使球形柱塞不断处于滚动状态，减轻柱塞与油管壁之间的摩擦，延长

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适于定向井和水平井的柱塞举升用新型柱塞，旨在解决定向井和水平井无法使用常规棒状柱塞进行人工举升、柱塞无法通过小管径油管等问题。

适于定向井和水平井的柱塞举升用新型柱塞，该装置由球形基体、弧形垫块、导向销及弹簧组成，可代替常规棒状柱塞下入定向井和水平井进行人工举升。

所述适于定向井和水平井的柱塞举升用新型柱塞为合金钢材料，由球形基体和弧形垫块通过弹簧和导向销连接组成，弧形垫块总共有6个，分为上下两组均匀的覆盖在球形基体表面，并与球形基体保持一定距离，在外力作用下可通过垫块压缩弹簧使球形柱塞发生变径。

所述球形基体表面设置有18个导向孔和6和弹簧孔，分别用来安装导向销和弹簧，所述导向孔和弹簧孔的轴线均指向球形基体的球心方向。所述球形基体上下两级及球体中间部位设置有t形卡槽，配合导向销，将弧形垫块固定在球形基体表面固定位置。

所述弧形垫块内表面设置有和球形基体对应的导向孔和弹簧孔，方便通过导向销和弹簧与球形基体连接。所述弧形垫块上下两端设置为台阶状，可与球形基体上下两级及中间的t形卡槽啮合，使垫块无法脱离球形基体。

本发明从新的角度出发，以解决定向井和水平井柱塞举升工艺的难题为目的，通过将柱塞形状改为球形，使其可以通过任何狗腿度的油气井，增加了柱塞举升的应用范围。通过柱塞表面的弹簧垫块结构，可以使柱塞实现变径，使其适应不同管径大小的油管，并达到密封效果，防止液体的泄露和气体的滑脱。上下垫块组之间的沟槽错开一定的角度，防止液体通过沟槽漏失，提高举升效率。同时液体在球形柱塞表面的沟槽中流动可使柱塞不断处于滚动状态，减少了与油管壁的摩擦损失，增加柱塞的使用寿命。

附图说明

图1是本发明适于定向井和水平井的柱塞举升用新型柱塞的结构示意图；

图2是本发明适于定向井和水平井的柱塞举升用新型柱塞的剖面图；

图3是本发明适于定向井和水平井的柱塞举升用新型柱塞球形基体的结构示意图；

图4是本发明适于定向井和水平井的柱塞举升用新型柱塞弧形垫块的结构示意图。

图5是本发明适于定向井和水平井的柱塞举升用新型柱塞的简易剖面图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1～4所示，其中，图1是本发明适于定向井和水平井的柱塞举升用新型柱塞的结构示意图；图2是本发明适于定向井和水平井的柱塞举升用新型柱塞的剖面图；图3是本发明适于定向井和水平井的柱塞举升用新型柱塞球形基体的结构示意图；图4是本发明适于定向井和水平井的柱塞举升用新型柱塞弧形垫块的结构示意图。

适于定向井和水平井的柱塞举升用新型柱塞，包括球形基体1，弧形垫块2，中支环3，上下支点4，弹簧5，插销孔6，插销7，弹簧孔8；

所述适于定向井和水平井的柱塞举升用新型柱塞为合金钢材料，包括球形基体和弧形垫块两大部分，弧形垫块和球形基体之间通过弹簧和导向销连接，弧形垫块分为上下两组分别均匀的覆盖于球形基体表面，并与球形基体保持一定距离。

所述球形基体外表面设置有18个导向孔和6个弹簧孔，其轴线均通过球形基体的球心。所述弧形垫块的内表面对应位置处同样设置有导向孔和弹簧孔，轴线与球形基体表面的孔轴线重合。所述球形基体上下两级及中间设置有t型支点卡槽，方便对弧形垫块进行固定。

当球形柱塞在油管中运行时，正常情况下柱塞与油管壁之间保持0～1mm的间隙，当遇到管径缩小时，管壁施加一个挤压力在球形柱塞上，挤压力通过弧形垫块压缩弹簧使球形柱塞直径缩小，从而顺利通过油管变径处，当管壁恢复正常时，在弹簧的作用下弧形垫块弹起，柱塞恢复原状。

所述弧形垫块共包括上下两组，每组3个，通过弹簧和导向销与球形基体连接。所述弧形垫块的上下边缘设置为台阶状，可与球形基体的中支环和上下支点配合，同时在导向销的作用下，将弧形垫块固定在球形基体表面的某一固定位置。

所述导向孔相应的包含6组，包括第一导向孔、第二导向孔和第三导向孔，三个导向孔呈三角形分布于球形基体的外表面及弧形垫块的内表面，弹簧孔位于三角形的正中心。所述导向销与球形基体之间为间隙配合，与弧形垫块之间为过盈配合。

所述适于定向井和水平井的柱塞举升用新型柱塞的垫块结构可实现对柱塞上部液体和下部气体的隔离密封，防止液体的泄露和气体的滑脱，所述球形柱塞表面设置有沟槽，液体可沿沟槽流动从而使球形柱塞不断处于滚动状态，减小了与管壁之间的摩擦损失，上下沟槽错开一定的角度，防止液体沿沟槽发生泄漏，提高了举升效率。

所述适于定向井和水平井的柱塞举升用新型柱塞可应用于狗腿度较大的各类采油采气井，包括定向井和水平井，拓宽了柱塞举升的应用范围。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：

1)适于定向井和水平井的柱塞举升用新型柱塞可顺利通过任何狗腿度的斜井段，包括定向井和水平井，应用不受井型限制；

2)垫块结构可使球形柱塞发生变径，从而顺利通过油管变径处，同时保证对柱塞上部液体和下部气体的隔离密封；

3)液体在球形柱塞表面沟槽中流动可使柱塞不断处于滚动状态，减少柱塞与油管壁之间的摩擦损失；

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。