一种套管控压装置的制作方法

本发明涉及一种油田开采用配件，更具体地，涉及一种套管控压装置。

背景技术：

在油田的采油过程中，有天然气同时被采上来。天然气在进口与石油分离，进入油井的套管内，套管通过管路与地面的增油装置连通，在套管内保持一定的气压，多余的天然气经过该装置再次油气分离而回收。目前使用的增油装置是固定安装在井架上，装置中的活塞杆与抽油机游梁连接作为动力源，由于套管内的天然气压力不固定，所以当套管内没有天然气或者天然气压力较低时，与游梁连接的活塞杆带动活塞持续运行，会对套管内抽真空，反而会增加出油阻力。

因此，如何使套管内的天然气保持在一定的压力值范围内，是保证采油时正常运行的关键。

技术实现要素：

针对现有的技术存在上述问题，本发明提出了一种能够维持套管内天然气压力值在一定范围内的套管控压装置。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：提供一种套管控压装置，包括：

用于与游梁连接而联动的第一活塞，所述第一活塞包括第一活塞套和位于所述第一活塞套内的第一活塞杆，所述第一活塞杆底部封住所述第一活塞套的截面，顶部与所述游梁连接而随之上下移动；

第二活塞，位于所述第一活塞下方，包括第二活塞套和位于所述第二活塞套内的第二活塞杆，所述第二活塞杆底部封住所述第二活塞套的截面，顶部伸入所述第一活塞套内并与所述第一活塞杆的底部接触，且所述第二活塞杆下移到最大位移时其顶部与所述第一活塞杆的底部留置有一定距离；

所述第二活塞的靠近所述第二活塞杆底部的一端设有进气口和出气口。

其中，所述套管控压装置还包括气压分流管道和助力活塞组件，所述气压分流管道具有从套管接入天然气的进气孔，并通过管路分别与所述第二活塞的进气口和所述助力活塞组件的进气口连接。

其中，所述气压分流管道，包括管道和开设在所述管道上的进气孔，所述进气孔一侧的管道内设有通过旋转而密封管道内截面的密封挡板，所述进气孔另一侧的管道内沿一内截面设置有密封壁，所述密封壁上开设的一通气孔上设有垫片，通过所述垫片的开合可使所述管道内气流连通或者密封；所述气压分流管道还包括预紧力调节组件，其从外部穿过所述管道的壁面而抵顶在所述密封挡板上；所述气压分流管道还包括阀杆组件，其一端抵顶在所述密封挡板上，另一端指向所述垫片上并可被调节而移动至所述密封挡板而将其合上。

其中，所述管道成u形，所述进气孔设置在u形的底部，所述密封挡板和所述密封壁分别位于两段平行的管道局部内。

其中，所述预紧力调节组件和阀杆组件分别垂直于所述管道局部的轴线方向而穿过所述管道的壁面。

其中，所述密封壁为在所述管道内倾斜设置的倾斜曲面。

其中，所述预紧力调节组件弹性地抵顶在所述密封挡板上。

其中，所述管道上设有第一通孔；所述预紧力调节组件包括穿过所述第一通孔并固定的活塞套，还包括位于所述活塞套内依次设置的活塞顶杆、第一弹簧和调节旋钮；所述活塞顶杆一端与所述第一弹簧的一端接触，另一端伸入所述管道内并抵顶在所述密封挡板上；所述调节旋钮一端与所述第一弹簧的另一端接触，另一端位于所述管道外以便操作；其中所述调节旋钮与所述活塞套内壁为螺纹连接。

其中，所述管道上设有第二通孔；所述阀杆组件包括穿过所述第二通孔并固定的固定套，还包括位于所述固定套内的阀杆；所述固定套的面向所述管道内壁的一端设有密封圈，面向所述管道外部的一端设有台阶面，所述阀杆的外周设有限位凸台，使得所述阀杆只能在所述密封圈和所述台阶面之间进行轴向移动。

其中，所述阀杆外还套有第二弹簧，所述第二弹簧一端与所述限位凸台抵接，另一端与所述固定套的台阶面抵接。

其中，所述阀杆一端伸入所述进气孔一侧的所述管道内，另一端通过螺纹配合连接有阀芯，所述阀芯伸入所述进气孔另一侧的所述管道内，并直指向所述垫片。

其中，所述密封挡板一端与所述管道的内壁铰接从而可随气流旋转摆动。

其中，所述助力活塞组件具有位于所述第二活塞下方的助力连杆，其顶部伸入所述第二活塞内与所述第二活塞杆的底部接触，并在其受到来自所述气压分流管道输入的气流压力时上移而推动所述第二活塞杆上移。

其中，所述助力活塞组件还包括并排设置的第三活塞和第四活塞，二者分别具有第三活塞杆和与之平齐的第四活塞杆，其共同与所述助力连杆的底部接触，且所述第三活塞和第四活塞底部均设有与所述气压分流管道连通的进气口。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的套管控压装置具有多级控压，压力阈值包括气压分流管道的预紧力、第二活塞进入第一活塞杆行程的压力两级，且预紧力值和第二活塞推动第一活塞杆的压力值均可调，前者通过调节调节旋钮34的旋进旋出，后者通过调节第一活塞杆102和第二活塞杆202之间的距离，非常简易操作。由此，可以精确地控制和调节，保证套管400内气压值的稳定，从而保证套管400内出油效率。

附图说明

图1是本发明一实施例的套管控压装置的结构示意图；

图2是图1所示套管控压装置的局部的剖面图；

图3是图1所示套管控压装置装置与套管配合时的油路、气路连接图；

图4是图1所示套管控压装置中的气压分流管道的三维结构图；

图5是图4所示实施例中的气压分流管道的剖面图。

图中，各附图标记对应的零部件名称为：

1、管道；10、进气孔；11、第一通孔；12、第二通孔；13、密封挡板；14、密封壁；15、垫片；3、预紧力调节组件；31、活塞套；32、活塞顶杆；33、第一弹簧；34、调节旋钮；4、阀杆组件；41、固定套；42、密封圈；43、第二弹簧；44、阀杆；45、阀芯；80、游梁；100、第一活塞；101、第一活塞套；102、第一活塞杆；200、第二活塞；201、第二活塞套；202、第二活塞杆；203、上法兰盘；204、呼吸孔；205、下法兰盘；206、进气口；207、出气口；300、助力活塞组件；310、助力连杆；320、第三活塞；321、第三活塞套；322、第三活塞杆；323、进气口；324、出气口；330、第四活塞；331、第四活塞套；332、第四活塞杆；333、进气口；334、出气口；400、套管；500、气压分流管道；s1、集气管路；s2、集油管路。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1至3所示，本发明的套管控压装置包括第一活塞100、第二活塞200，通过二者之间的连接关系，可以实现对套管内天然气气压的一级控制。

具体地，如图1、图2所示，第一活塞100与游梁通过一定的连接机构连接，其具有第一活塞套101和位于第一活塞套101内的第一活塞杆102。第一活塞杆102一端细长，其顶部并伸出第一活塞套101而通过前述连接机构与游梁80的末端连接，从而随着游梁80的小角度摆动而上下移动。第一活塞杆102的另一端为底部，成圆盘状，位于第一活塞套101内，且形状和面积与第一活塞套101的横截面基本相同，从而将其封闭。

如图2所示，第二活塞200位于第一活塞100的下方，具有第二活塞套201、第二活塞杆202、上法兰盘203、下法兰盘205。其中，第二活塞杆202位于第二活塞套201内，一端细长且顶部伸出第二活塞套201而进入到第一活塞套101内，另一端为底部，成圆盘形，位于第二活塞套201内，且形状和面积与第二活塞套201的横截面基本相同，从而将其封闭。

在第二活塞套201的靠近顶部的一端盖有上法兰盘203，其将第二活塞套201的端面盖住，且上法兰盘203上开设有呼吸孔204。因此，当第二活塞杆202上移而挤压第二活塞套201上部空间内的空气时，空气受挤压后可以从呼吸孔逸出。

在第二活塞套201的靠近底部的一端盖有下法兰盘205，用于将第二活塞套201的底部端面盖住，并且下法兰盘205上开设有进气口206和出气口207，分别与套管400的集气管路s1和集油管路s2连接，使得套管400内的天然气通过集气管路s1进入进气口206，在包括第二活塞200在内的控压装置内部进行压力控制和调节，然后从出气口207溢出并进入集油管路s2后被收集。

一级控压是通过设置第一活塞和第二活塞之间的距离来实现的，具体地，当第一活塞杆102位于第一活塞套101内最底部的位置也即其下移最大位移、同时第二活塞杆202也位于第二活塞套201内最底部的位置也即下移最大位移时，第二活塞杆202的顶部到第一活塞杆的底部表面之间仍然存在一定距离。该距离根据需要套管内气体压力值来推算，当需要套管400内气体压力值较高时，距离相对长，反之则短。

如此，则当套管400内的天然气量少、相应气压值低时，从进气口206进入第二活塞200的气体尚不能推动第二活塞杆202上移，或者只能推动其上移一小段距离，而不足以使其抵达第一活塞杆102并推动第一活塞杆102运动，使得气压值保持在一定范围内。而当气压值超过该范围时，气体推动第二活塞杆202上移至其第二第一活塞杆102，然后推动第一活塞杆102上移，然后第一活塞杆102在游梁80的带动下下移，随后第二活塞杆202也被下移，将多余气体从第二活塞200的出气口207排出，气压值下降。如此循环，直至气压值又降至阈值范围以下。

为了进一步精细化控制套管内天然气的气压，本发明还包括二级控压机构，由气压分流管道500和助力活塞组件300及他们之间必要的管路构成。

如图3所示，套管400的出气孔通过集气管路s1与气压分流管道500的进气孔10连接，气压分流管道500的出气方向分为上管路和下管路，其中上管路与第二活塞200的进气口206连通，下管路与助力活塞组件的进气口连通。第二活塞200的出气口207与助力活塞组件的出气口均与套管的集油管路s2连通。

本实施例中，助力活塞组件300包括助力连杆310、第三活塞320、第四活塞330组成。

如图2、图3所示，助力连杆310位于第二活塞200下方，其顶部伸入第二活塞200内与第二活塞杆202的底部接触。第三活塞320和第四活塞330位于助力连杆310的底部正下方且并排设置，第三活塞320具有第三活塞套321和第三活塞杆322，第四活塞330具有第四活塞套331和第四活塞杆332，其结构相同，也与前述的第一活塞100、第二活塞200的结构相似，这里不再赘述。

并且，第三活塞杆322和与之平齐的第四活塞杆332共同抵在助力连杆310的底部下表面上，使得第三、第四活塞杆是与助力连杆310联动的，即前二者上移，则后者随之上移；后者下移，前二者随之下移。第三活塞320下端端盖上设有进气口323和出气口324，第四活塞330下端端盖上也设有进气口333和出气口334。进气口323、324均与气压分流管道500的下管路连通，出气口324、334均与套管400的集油管路s2连通。

气压分流管道500具有根据不同气压值切换管路的作用，具体地，当气流足够大时，气体只从上管路通过，从而进入第二活塞200。当气流不够大时，气体分两路从上管路和下管路同时通过，上管路气体进入第二活塞200，下管路气体进入第三活塞320和第四活塞330，两个管路都形成向上的推力，推动第二活塞杆202上移，直到第二活塞杆202到达第一活塞杆102的行程范围内，第一活塞杆102下移时会带动第二活塞杆202、助力连杆310、第三活塞杆322、第四活塞杆332下移，从而将各个活塞内的气体排出，进入集油管路s2，从而完成二级控压过程。

下面对气压分流管道500的具体结构做进一步说明。

如图4、图5示，一种实施例中的气压分流管道包括管道1和开设在管道1上的进气孔10，还包括对从进气孔10进入管道1的气流进行控制尤其是分流的分流组件。通过分流组件的调节，实现在不同的气流阈值条件下切换为单向或双向气流，并且气流阈值可调，能够适用多种应用条件和环境。

具体地，在以进气孔10为界的管道1两侧(本文的一侧、另一侧是在管道的轴线长度方向上以进气孔10为界限划分的)的管内壁上，分别设有可开可关的密封截面，分流组件即通过对两个密封界面的开关调节来实现单向/双向气流的调节。本实施例中，其中一侧管道1内的密封截面为密封挡板13，且该密封挡板13采用铰链连接的方式装在管道1内从而可旋转，也即随气流的冲力而摆动。为了减小气流阻力，优选当密封挡板13旋转至密封管道1而截断气流时，其相对于管道轴向或者说是气流方向成一定的倾斜角度，例如互成30度至60度中的某一角度，而非垂直。类似地，进气孔10另一侧管道1内的密封界面为倾斜设置的密封壁14，其可以为与管道1内壁一体成型的倾斜曲面。在密封壁14上开设有一通气孔，通气孔上盖有垫片15，垫片15同样铰接在通气孔上，可随气流达到一定流速和流量时打开，并可在分流组件的外力下而闭合，从而阻断气流、密封管道。当然，垫片15也可以是其他方式安装在通气孔上，只要其可轻易地开合即可，例如其是个弹性件，不变形时气流连通而被按压后气流被阻断等，本文不作限制。

本发明的分流组件包括预紧力调节组件3和阀杆组件4，其中阀杆组件4用于调节密封挡板以及垫片的开/合，从而实现两个气流管路的调节并使二者之间形成一定的联动关系，使得单向或双向气流输出可在一定条件下切换；而预紧力调节组件3用来对该单双向气流的切换阈值进行设定和调整，从而增加了一个调节变量，使得整个分流组件的调整范围扩大，从而适用范围更广。

在实际应用中，为了降低阀杆组件4的结构复杂程度，尽最大限度地缩短阀杆组件4的连接距离和避免采用异形阀杆组件，本发明的管道1优选为u形，如图4、5所示，进气孔10设置在u形的底部弧形处，进气孔10两侧为两个平行的管道局部，密封挡板13和密封壁14、垫片15分别位于这两个管道局部内。如此，则阀杆组件4位于u形的内侧，一端垂直于管道局部的轴线方向地穿过一侧管壁去控制密封挡板13，另一端同样垂直地穿过另一侧管壁去控制垫片15，此时距离最短，且可为直杆形结构，从而简化设计。显然，预紧力调节组件3也垂直于所述管道局部的轴线方向，其结构设计是最简最优的。

下面即以u形管道为例，来说明本发明的阀杆组件4的具体结构。当管道并非为u形时，只要基于本专利的发明构思，本领域普通技术人员很容易基于以下实施例做适应性调整，这些调整均应作为本发明的保护范围之列。

如图4、图5所示，阀杆组件3一端从管道1外壁穿入管道内并抵顶在密封挡板13上，另一端从管道外壁穿入管道内并指向垫片15，并当密封挡板13受强气流作用而向下按压阀杆组件时，另一端会下降至于垫片15接触而按压垫片15使其密封通气孔。

一种具体地实现方式是，阀杆组件4包括固定套41、密封圈42、第二弹簧43、阀杆44和阀芯45。

其中，管道1上设有第二通孔12，固定套41穿过第二通孔12并固定于其中，阀杆44为一根细长杆，其穿过固定套41而一端伸入管道1内并与密封挡板13接触。其中阀杆的外径小于固定套41的内径，且固定套41的面向管道1内壁的一端设有密封圈42，面向管道1外部的一端设有台阶面，阀杆44的外周设有限位凸台，限位凸台使得阀杆44只能在密封圈43和台阶面之间进行轴向移动，改移动距离应保证阀杆44移至最下方即限位凸台到达固定套41的台阶面时，阀杆组件4的最下端能抵顶在垫片15上，从而封闭下管道；而移至最上方即限位凸台达到密封圈42时，阀杆组件4的最下端离开垫片15使下管道气流管路打开。

为了让阀杆44能上下移动时自如地复位，阀杆44外还套有第二弹簧43，第二弹簧43一端与限位凸台抵接，另一端与固定套41的台阶面抵接，并且第二弹簧43一直处于被压缩的状态。

阀杆44一端伸入进气孔10一侧的管道内，另一端通过螺纹配合连接有阀芯45，阀芯45伸入另一侧的管道内，并直指向垫片15。由于垫片15面积较小，将阀芯45的末端设计成圆锥形，可以直接准确地对向垫片15。

在不考虑预紧力调节组件时，如果从进气孔10进入的气流较小时，密封挡板13被吹开，但又不足以带动阀杆44下移至按压下面的垫片15，从而实现双管路或称双向气流；而当气流足够大而推动密封挡板13下移以打开更大的流通面积时，阀杆14被按压直至按压垫片15，此时下管道的气流被阻断，则切换成了单管路或称单向气流。

并且，如果在进气孔10的气流很小而需要实现单向导通，例如实现上管道导通时，因为气压太低，密封挡板13旋转摆动的角度太小而不能使得阀杆下移而按压下管道的垫片15时，由于阀杆与阀芯是螺纹连接，可以通过旋转阀芯45使得阀芯45，则阀芯45的下端面与垫片15的相对距离变小，则密封挡板13只需要旋转一个很小的角度即可使阀芯45堵住下管道，实现上管路的气流流通。

下面来介绍预紧力调节组件3的具体结构。预紧力，是指密封挡板13刚开始能够转动(摆动)所需克服的力。本实施例中，预紧力调节组件3通过第一弹簧33而弹性地抵顶在所述密封挡板上，以提供密封挡板13需要克服的预紧力。

如图4至5所示，预紧力调节组件3包括活塞套31、活塞顶杆32、第一弹簧33、调节旋钮34。其中，管道1上设有第一通孔11，活塞套31穿过第一通孔11并固定于其中，活塞顶杆32、第一弹簧33和调节旋钮34依次位于活塞套31内，活塞顶杆32一端与第一弹簧33的一端接触，另一端伸入管道1内并抵顶在密封挡板13上；调节旋钮34一端与第一弹簧33的另一端接触，另一端位于管道1外以便操作；调节旋钮34与活塞套31内壁为螺纹连接，因此调节旋钮34可以相对于固定的活塞套31旋进旋出，从而改变第一弹簧33的压缩量，进而改变活塞顶杆32所受到的向上的支撑力。该支撑力扣除活塞顶杆32自身的重力，即为密封挡板13所要克服的预紧力。

在实际的应用中，首先根据所适用的外部气流条件，确定气流推开密封挡板13以实现上管道气流流通所需要的力，也即预紧力，小于该预紧力时，气流将在下管路流通；当气流超过预紧力，上管路也将被打开，实现双管路流通；气流继续加大时，密封挡板13被推开至一定程度，阀杆44下移至阀芯45按压垫片15而阻断下管路，此时实现上管路流通。

上述气压分流管道500，通过预紧力调节和阀杆组件实现了上管路、双管路、下管路各种气流流通的可能性并能够自动自如切换，同时通过调节旋钮与活塞套的螺纹配合实现预紧力可调，通过阀芯和阀杆的螺纹配合实现单双管路切换阈值可调，使得整个气压分流管道的调节维度众多，可控范围大，可以适用于各种应用条件下。

再对整个气流管路进行说明。参照图3，打开节流阀，套管400内天然气经过单向阀进入气压分流管道500，根据气压分流管道500所调定的预紧力，在气压大于该预紧力但又不是很大时，气体分成两路从上管路和下管路流出，上管路的气体进入第二活塞200形成向上的推力，下管路的气体进入第三活塞320和第四活塞330形成向上的推力，顶起助力连杆310，从而对第二活塞200起到向上的助力作用。随着第二活塞的第二活塞杆202上升而进入第一活塞杆102的行程范围，第一活塞杆102在游梁80的带动下向下移动，从而推动第二活塞杆202向下，进而带动第三活塞杆322、第四活塞杆332向下，将第二活塞套201、第三活塞套321和第四活塞套331内的气体排出，进入集油管路。若套管400的气体进入气压分流管道500的气压较大时，气体只从上管路过，则由第二活塞200进气、排气。且第二活塞200还必须到达第一活塞杆101，才能进行排气的动作。

因此，本发明的套管控压装置具有多级控压，压力阈值包括气压分流管道的预紧力、第二活塞进入第一活塞杆行程的压力两级，且预紧力值和第二活塞推动第一活塞杆的压力值均可调，前者通过调节调节旋钮34的旋进旋出，后者通过调节第一活塞杆102和第二活塞杆202之间的距离，非常简易操作。由此，可以精确地控制和调节，保证套管400内气压值的稳定，从而保证套管400内出油效率。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了套管、活塞、控压、管道、预紧力、阀杆、阀芯等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。