气举用柱塞的制作方法

本发明涉及油气井柱塞举升采油采气技术领域，特别涉及一种气举用柱塞。

背景技术：

柱塞举升工艺作为一种较常规的人工举升方式，已经被越来越多的油气田应用于油气井的采油采气工作。在举升过程中，柱塞作为一个固体界面介于液体和气体之间，减少了液体与气体之间的滑脱损失，很大程度地提高了举升效率。

然而在应用过程中，常规衬垫式柱塞虽然较好的解决了密封问题，且可以适应不同的油管尺寸，但在下落过程中由于迎风面较大，同时与油管壁之间的摩擦严重，导致下落阻力大，下落速度较慢，有时无法按预定时间到达井底，通常需要关井后下放柱塞，消除气体向上流动对柱塞下行造成的阻力。

具体的，中国说明书cn204371649u李辰、白晓弘等人发明了一种衬垫式排水采气柱塞，它包括本体和嵌于本体表面的垫块，本体与垫块之间通过弹簧和导向销连接。当柱塞遇到油管变径时，通过垫块压缩弹簧使柱塞缩径从而顺利通过油管变径处，避免柱塞在运行过程中遇卡。但在下行过程中，由于摩擦阻力和迎风面较大，下落速度缓慢，影响了作业效率。

而其他非垫块一体式柱塞虽然下落速度较垫块式柱塞大，但密封能力有限，无法保证柱塞举升液体时不存在液体漏失和气体滑脱的现象，也会导致举升效率降低。此外，这类柱塞为固定尺寸，只适用于油管尺寸一致或变化不大的油气井。当油管内径大于柱塞直径时，液体会发生一定程度的泄露，液体与气体之间存在滑脱损失，而且柱塞下部压力降低可能造成柱塞无法运行至井口；当油管内径小于柱塞直径时，柱塞遇卡。

具体的，中国说明书cn200971772y发明人：杨志、梁政提出了接力式柱塞气举采油气装置。该装置可用于油管内径为上大下小的组合式油管柱。但其柱塞本身不具有变径功能，当所运行油管由于外力作用发生变径时，会导致柱塞遇卡而无法运行。

综上可见，有必要提供一种气举用的柱塞，能够克服现有技术中：柱塞下落速度慢，柱塞密封效果差以及柱塞在油管变径处遇卡等缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种气举用柱塞，可以克服现有柱塞的缺陷，使用时密封效果好、下落速度快、可通过自身变形通过油管变径，整体上工作效率高、适用性广。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种气举用柱塞，包括：

呈中空的管状的基筒，所述基筒具有相背对的上端口和下端口，所述基筒的筒壁上设置有气流孔；所述基筒内填充有预设气体；

设置在所述基筒上端口上的上盖板；

设置在所述基筒下端口上的下盖板；所述下盖板上设置有开口；

套设在所述基筒外的波纹管，所述波纹管的两端分别与所述上盖板和下盖板密封连接；

穿设过所述开口并可滑动地设置在所述基筒内的活动柱；

当所述活动柱向着靠近所述上盖板的方向移动时，所述预设气体被压缩同时所述波纹管的径向尺寸增大。

在一个优选的实施方式中，所述基筒的内壁上设置有导向槽，所述活动柱上设置与所述导向槽相配合的导向销。

在一个优选的实施方式中，所述导向槽中设置有密封橡胶垫，所述导向销的顶面也设置有密封橡胶垫，并且所述导向销的顶面设有润滑液层。

在一个优选的实施方式中，所述导向槽具有预定长度，当所述导向销位于所述导向槽的最顶端时，所述波纹管达到预设直径扩大量。

在一个优选的实施方式中，所述波纹管扩大后的外径与油管内径之间的间隙在0.5毫米至1.5毫米之间。

在一个优选的实施方式中，所述导向槽的个数为多个，沿着所述基筒的周向均匀分布，所述导向销的个数和位置与所述导向槽相匹配。

在一个优选的实施方式中，所述波纹管的两端分别与所述上盖板和下盖板密封连接的方式为：

所述波纹管的上端或下端分别夹设在固定环之间，所述固定环通过螺栓固定在所述上盖板或所述下盖板上。

在一个优选的实施方式中，所述波纹管的材料包括下述中的任意一种：丁腈橡胶、顺丁橡胶。

在一个优选的实施方式中，所述波纹管为螺纹状的可变形管。

在一个优选的实施方式中，所述上盖板上设置有打捞头。

本发明的特点和优点是：本申请实施方式提供的气举用柱塞通过气体填充的方式实现柱塞的变径，从而可顺利通过同一套管柱组合中的不同内径的油管。在上部液体和下部气体的反向作用力下，基筒下部与基筒连接的实心活动柱沿基筒内壁向上运动，压缩充满于波纹管内的气体，使其带动波纹管向柱塞四周膨胀，从而减小柱塞与油管壁之间的间隙，实现密封。当遇到油管变径时，由于气体的可压缩性，柱塞直径会随着油管内径的改变而改变，从而顺利通过不同尺寸的油管。当柱塞运行至井口后，液体和气体对柱塞的作用力消失，柱塞恢复原状，因其自身直径小于油管内径，因此可在不关井的条件下下行至井底。综上，本申请提供的一种气举用柱塞，可以克服现有柱塞的缺陷，使用时密封效果好、下落速度快、可通过自身变形通过油管变径，整体上工作效率高、适用性广。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因此而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

图1是本申请实施方式中一种气举用柱塞的结构示意图；

图2是本申请实施方式中一种气举用柱塞的剖视图。

附图标记说明：

打捞头1，上盖板2，波纹管3，下盖板4，活动柱5，基筒6，气流孔7，预设气体8，导向槽9，导向销10。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种气举用柱塞，可以克服现有柱塞的缺陷，使用时密封效果好、下落速度快、可通过自身变形通过油管变径，整体上工作效率高、适用性广。

请参阅图1至图2，本申请实施方式中提供的气举用柱塞是一种适于柱塞气举用的可变形柱塞，其可以包括：呈中空的管状的基筒6，所述基筒6具有相背对的上端口和下端口，所述基筒6的筒壁上设置有气流孔7；所述基筒6内填充有预设气体8；设置在所述基筒6上端口上的上盖板2；设置在所述基筒6下端口上的下盖板4；所述下盖板4上设置有开口；套设在所述基筒6外的波纹管3，所述波纹管3的两端分别与所述上盖板2和下盖板4密封连接；穿设过所述开口并可滑动地设置在所述基筒6内的活动柱5。当所述活动柱5向着靠近所述上盖板2的方向移动时，所述预设气体8被压缩同时所述波纹管3的径向尺寸增大。

在本实施方式中，所述基筒6可以整体呈中空的管状，其具有相背对的上端口和下端口。所述基筒6内填充有预设气体8。具体的，所述预设气体8可以为氮气，当然，该基筒6内填充的气体并不限于氮气，其还可以为其他惰性气体，具体的，本申请在此并不作具体的限定。在所述基筒6的筒壁上设置有气流孔7，用于流通气体。具体的，该气流孔7的个数可以为多个，沿着所述基筒6的轴向和周向均匀分布。如图2所示，该气流孔7的个数可以为12个，该12个气流孔7可以分为4排，每排3个，均匀分布在所述基筒6的外壁上。

在本实施方式中，所述基筒6的上端口上设置有上盖板2。所述上盖板2可以整体呈圆形，盖设在所述基筒6的上端口上。所述上盖板2上可以设置有打捞头1，该打捞头1，以方便后续施工中对柱塞进行打捞作业。具体的，该打捞头1可以呈回转体，其截面可以呈t形，以便于对柱塞进行打捞。

所述基筒6的下端口上设置有下盖板4。所述下盖板4可以整体呈圆形，盖设在所述基筒6的下端口上。所述下盖板4的中部设置有开口，用于穿设活动柱5。

所述基筒6的外部还套设有波纹管3，所述波纹管3的两端分别与所述上盖板2和下盖板4密封连接。具体的，波纹管3可以零间隙包裹在基筒6的外围，也可以和基筒6保持一定距离，中间形成具有一定空间的腔室。

以所述波纹管3与上盖板2密封连接为例，波纹管3的上端夹在固体环之间，然后通过螺栓将所述固定环固定在上盖板2上。当然，所述波纹管3与所述上盖板2密封连接的方式并不限于上述举例，本申请在此并不作具体的限定。

同样的，所述波纹管3的下端也可以采用上述方式与下盖板4进行密封连接，具体的，本申请在此不再赘述。

所述波纹管3可以由弹性较好，耐油性好，耐磨性较好，耐热性较好的材料制成。例如，所述波纹管3的材料可以为丁腈橡胶、顺丁橡胶，天然橡胶等。当然，所述波纹管3的材料并不限于上述描述，所属领域技术人员在本申请的技术精髓启示下，还可能做出其他的变更，但只要其实现的功能和效果与本申请相同或相似，均应涵盖于本申请保护范围内。

所述波纹管3的形状可以为有利于进行轴向伸缩后导致径向尺寸发生变化的形状。例如，所述波纹管3的形状可以为螺纹状的可变形管。当然所述波纹管3的形状并不限于上述描述，其还可以为其他有利于变形的形状，所属领域技术人员在本申请的技术精髓启示下，还可能做出其他的变更，但只要其实现的功能和效果与本申请相同或相似，均应涵盖于本申请保护范围内。

在本实施方式中，活动柱5穿设过所述开口并可滑动地设置在所述基筒6内。当所述活动柱5向上移动时，可以压缩预设气体8，使得波纹管3径向膨胀；当所述活动柱5向下移动至与下端盖相接触时，可以使得所述波纹管3恢复自然状态。

其中，所述活动柱5可以为实心结构，以增加整个柱塞的重量。具体的，活动柱5整体可以呈实心的柱状，在其上端可以设置有与所述下盖板4配合的限位部。从而限制所述活动柱5的最低位置，防止其从基筒6中滑出。

在本实施方式中，整个气举用柱塞，除了波纹管3外，其余部件均可以采用合金钢材料，以增加柱塞重量，提高柱塞强度。

本申请实施方式提供的气举用柱塞通过气体填充的方式实现柱塞的变径，从而可顺利通过同一套管柱组合中的不同内径的油管。在上部液体和下部气体的反向作用力下，基筒6下部与基筒6连接的实心活动柱5沿基筒6内壁向上运动，压缩充满于波纹管3内的气体，使其带动波纹管3向柱塞四周膨胀，从而减小柱塞与油管壁之间的间隙，实现密封。当遇到油管变径时，由于气体的可压缩性，柱塞直径会随着油管内径的改变而改变，从而顺利通过不同尺寸的油管。当柱塞运行至井口后，液体和气体对柱塞的作用力消失，柱塞恢复原状，因其自身直径小于油管内径，因此可在不关井的条件下下行至井底。综上，本申请提供的一种气举用柱塞，可以克服现有柱塞的缺陷，使用时密封效果好、下落速度快、可通过自身变形通过油管变径，整体上工作效率高、适用性广。

在一个实施方式中，所述基筒6的内壁上设置有导向槽9，所述活动柱5上设置与所述导向槽9相配合的导向销10。其中，所述导向槽9沿着所述基筒6的轴线方向纵长延伸。所述导向销10为设置在所述活动柱5上端部的凸起，该凸起可以卡设在所述导向槽9内，当导向销10运行到导向槽9上端点时停止运动，实现限位。该导向槽9和导向销10配合的机构一方面可以防止活动柱5发生转动，另一方面可对活动柱5的上行程起到限制作用。如果活动柱5发生转动，会对基筒6和活动柱5都造成一定程度的磨损，从而可能导致柱塞失效无法工作。

具体的，所述导向槽9的个数可以为多个，沿着所述基筒6的周向均匀分布，所述导向销10的个数和位置与所述导向槽9相匹配。例如，当所述导出槽的个数为4个时，四个导向槽9可以沿着所述基筒6的圆周方向均匀分布。所述导向销10的个数也可以为4个，沿着所述活动柱5的圆周方向均匀分布。

进一步的，为了保证所述气举用柱塞在使用时的密封性，可以在所述导向槽9中设置密封橡胶垫，所述导向销10的顶面也可以设置密封橡胶垫，并且所述导向销10的顶面涂有润滑液层。此处需要说明的是，虽然通过设置上述密封橡胶垫和涂润滑液层后可以在一定程度上保证导向销10和导向槽9压实密封且可以发生相对运动，但无法做到绝对密封，特别是在使用一段时间后还是存在气体泄漏的可能。因此，后续使用一段时间后，可以定时取出柱塞重新补充入气体。

在一个实施方式中，所述导向槽9具有预定长度，当所述导向销10位于所述导向槽9的最顶端时，所述波纹管3达到预设直径扩大量。

整体上，柱塞最终的膨胀情况取决于柱塞内空间总体积的大小、充入气体的体积以及柱塞上下部的压力差等，具体可根据现场实际情况而定。

一般的，导向槽9的长度不宜太长，防止由于过度压缩导致柱塞外径过大，摩擦阻力过大，柱塞运行艰难，磨损严重。具体的，所述导向槽9的长度可以根据柱塞内空间总体积的和氮气体积而定。所述波纹管3的内径越大，长度越大，则柱塞内空间总体积越大。假设充入的气体刚好保证柱塞不发生膨胀，导向槽9应该适度缩短。

具体的，所述波纹管3扩大后的外径与油管内径之间的间隙在0.5毫米至1.5毫米之间。当所述波纹管3扩大后的外径与油管内径之间的间隙在0.5毫米至1.5毫米之间时，一方面可以保证柱塞在油管中顺利移动，另一方面有利于保证举升效率。

本发明提供的气举用柱塞是一种适于柱塞气举用变形柱塞，可利用地层及井筒自身能量，使柱塞长度缩短而发生变形，实现对上部液体和下部气体的密封，并可随油管尺寸的变化而变化直径，从而顺利通过油管变径。当上下压力卸载后，柱塞恢复原状，可在不关井的条件下下落至井底。基于以上效果，本发明提供的一种适于柱塞气举用变形柱塞可广泛的应用于油气井采油采气，并提高举升效率。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。

以上所述仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。