一种位置控制部件及柱塞的制作方法

本发明涉及天然气和石油开采技术领域，尤其涉及一种位置控制部件及柱塞。

背景技术：

油气井中，问题排出井底的积液，通常会用到柱塞。柱塞具有沿周向布置的多个封隔片，这些封隔片在弹性件的作用下紧贴油气井的井道内壁，形成密封。在开井状态下，柱塞上行并将位于其上方的积液向上举升，以排出至油气井外。在关井状态下，柱塞下行至井底。如此往复，实现对井底积液的不断举升。传统柱塞的一大问题在于，在封隔片与井道内壁的摩擦力以及柱塞下方的流体向上的推力的作用下，柱塞向下回落的阻力很大，因此必须关井以平衡柱塞上下的压力，以确保柱塞能够下行至井底。但是，在关井状态下油气井无法生产，这大大降低了油气井的生产效率。

技术实现要素：

本发明的第一个目的在于提供一种位置控制部件，其能够对封隔片的径向位置进行控制且允许流体通过，当其运用于柱塞是，有助于柱塞快速下行回到井底。

本发明的第二个目的在于提供一种阻塞，其具备上述的位置控制部件。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

一种位置控制部件，包括：柱状的本体，本体具备相对的第一端和第二端；以及多个设置于本体外周面，且围绕本体间隔布置的鳍片；其中，相邻的鳍片之间形成供流体通过的通流空间，鳍片具有位置控制表面，沿第二端至第一端的方向，位置控制表面逐渐靠近本体。

进一步的，控制表面靠近第一端的端部与本体的外周面连接。

进一步的，本体上开设有收纳槽，收纳槽位于鳍片与第一端之间；控制表面靠近第一端的端部与收纳槽的内侧面连接。

进一步的，鳍片还具有位置维持表面，位置维持表面与本体的轴线平行，位置维持表面与控制表面靠近第二端的端部连接。

进一步的，本体上开设有沿其轴向贯通的贯通孔。

一种柱塞，包括：芯管；围绕芯管布置，并被构造为沿径向往复运动的多个封隔片，封隔片上设置有内抵靠部；作用于封隔片，并被构造为对封隔片施加径向向外的弹性力的第一弹性复位件；沿径向可活动的贯穿芯管的联动件，联动件上设置有在径向上位于内抵靠部外侧的外抵靠部；上述任意一种位置控制部件，控制部件设置于芯管内；与位置控制部件连接，并被构造为带动位置控制部件沿轴向在收缩位置和扩张位置之间运动的驱动机构；作用于联动件的第二弹性复位件，第二弹性复位件被构造为对联动件施加径向向内的弹性力，以使位置控制部件在收缩位置和扩张位置之间运动的过程中，联动件抵顶于位置控制表面；其中，在位置控制部件从扩张位置运动至收缩位置的过程中，第二弹性复位件带动联动件径向向内运动，外抵靠部与内抵靠部抵靠并带动封隔片径向向内运动；在位置控制部件从收缩位置运动至扩张位置的过程中，位置控制部带动联动件径向向外运动，第一弹性复位件使封隔片具备径向向外运动的趋势。

进一步的，联动件包括联动杆和滚球；联动杆贯穿芯管；滚球可转动的设置于联动杆径向向内的一端，滚球被构造为与位置控制表面滚动配合；外抵靠部设置于联动杆径向向外的一端。

进一步的，联动杆径向向内的一端开设有容纳孔，滚球部分位于容纳孔内，容纳孔的边缘设置有内凸部；内凸部被构造为阻止滚球脱离容纳孔。

进一步的，封隔片上开设有沿径向方向延伸的通孔；通孔靠近芯管的一端径向向内凸出形成环状的内抵靠部；联动件径向向外的一端径向向外凸出形成环状的外抵靠部。

进一步的，内抵靠部与通孔远离芯管的一端的距离大于联动件在径向上的最大运动距离。

本发明的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

当本发明实施例提供的柱塞需要下行时，位置控制部件从扩张位置运动至收缩位置。位置控制部件从扩张位置运动至收缩位置的过程中，第二弹性复位件带动联动件径向向内运动，外抵靠部与内抵靠部抵靠并带动封隔片径向向内运动。这样，使得封隔片径向向内收缩至靠内的位置，此时柱塞的最大外径小于油气井井道的内径，消除了封隔片与井道内壁的摩擦，并且在柱塞与井道内壁之间形成了供流体通过的空间，进而大大降低了柱塞的下行阻力，使得柱塞能够在不关井的状态下下行至井底。另外，由于位置控制部件通过鳍片上的位置控制表面控制封隔片的径向位置，因此相邻的鳍片之间能够形成供流体通过的通流空间。当柱塞在下行过程中允许流体通过芯管时，通流空间的存在能够增加芯管的流通面积，从而在更大程度上降低了柱塞的下行阻力，使得柱塞能够更快的下行至井底。

当本发明实施例提供的柱塞需要上行时，位置控制部件从收缩位置运动至扩张位置。在位置控制部件从收缩位置运动至扩张位置的过程中，位置控制部带动联动件径向向外运动，第一弹性复位件使封隔片具备径向向外运动的趋势。如此，即可确保封隔片能够在第一弹性复位件的作用下与井道内壁紧密接触，形成密封。柱塞在其下方流体压力的作用下上行。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例中需要使用的附图作简单介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施方式，不应被看作是对本发明范围的限制。对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的情况下，能够根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的柱塞的剖面结构示意图，其中位置控制部件位于收缩位置；

图2为本发明实施例提供的柱塞的剖面结构示意图，其中位置控制部件位于扩张位置；

图3为本发明实施例提供的柱塞中，位置控制部件的结构示意图；

图4为图1的a处放大图。

图中：010-柱塞；110-芯管；111-通过孔；112-内定位槽；113-联动孔；113a-外定位部；120-封隔片；121-螺纹孔；122-外定位槽；123-内抵靠部；124-通孔；130-第一弹性复位件；140-联动件；141-外抵靠部；142-内定位部；143-联动杆；143a-容纳孔；144-滚球；150-位置控制部件；151-本体；151a-第一端；151b-第二端；151c-收纳槽；151d-贯通孔；152-鳍片；152a-位置控制表面；152b-位置维持表面；153-通流空间；160-驱动机构；160a-上端部；160b-下端部；170-第二弹性复位件；180-上堵头；180a-上通流孔；190-下堵头；190a-下通流孔；191-封隔盘；210-导向件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

本发明的描述中，“油气井”可以指石油井，也可以指天然气井。当“油气井”为天然气井时，其可以是用于采集常规天然气的天然气井，也可以是用于采集非常规天然气(页岩气、煤层气等)的天然气井。

实施例1：

请参照图1和图2，本实施例提供一种柱塞010。柱塞010包括芯管110、封隔片120、第一弹性复位件130、联动件140、位置控制部件150、驱动机构160、第二弹性复位件170、上堵头180和下堵头190。

芯管110为圆形管件，上堵头180和下堵头190也为圆形管状。上堵头180和下堵头190分别与芯管110的上下两端螺纹连接。上堵头180的周缘开设有多个连通芯管110的内部空间的上通流孔180a。下堵头190的周缘开设有多个连通芯管110的内部空间的下通流孔190a。流体能够通过下通流孔190a进入芯管110内，并通过上通流孔180a流出至芯管110外。当柱塞010沿油气井的井道下行时，柱塞010下方的流体通过下通流孔190a进入芯管110内，然后通过上通流孔180a流出至芯管110外到达柱塞010上方。这样，能够大大降低柱塞010下行时的阻力。然而当柱塞010上行时，上述结构会导致柱塞010上方的流体泄漏至柱塞010下方，影响举升效率。为此，在下堵头190内设置有封隔盘191。封隔盘191能够在下堵头190内沿轴向运动，并且封隔盘191与下堵头190的内周面基本密封接触。当封隔盘191运动至下通流孔190a的上方时(如图2所示)，封隔盘191将下通流孔190a与芯管110之间的连通阻断。当封隔盘191运动至下通流孔190a的下方时(如图1所示)，下通流孔190a与芯管110重新连通。当柱塞010上行时，封隔盘191运动至下通流孔190a的上方，这样能够阻止柱塞010上方的流体泄漏至柱塞010下方，避免了举升效率的降低。当柱塞010下行时，封隔盘191运动至下通流孔190a的下方，以降低柱塞010的下行阻力。驱动机构160带动封隔盘191运动。

多个封隔片120设置在上堵头180和下堵头190之间，并且多个封隔片120围绕芯管110布置。封隔片120上沿轴向间隔开设有两个螺纹孔121。在芯管110上开设有与螺纹孔121一一对应的通过孔111。导向件210为圆柱状。导向件210可径向活动的贯穿通过孔111。导向件210位于芯管110外的一端设置有外螺纹，并与封隔片120上的螺纹孔121螺纹连接。导向件210位于芯管110内的一端的直径大于通过孔111的内径，使得导向件210无法脱离芯管110。封隔片120能够径向向外运动直至导向件210位于芯管110内的一端抵靠于芯管110的内壁。

封隔片120的径向内表面上，沿轴向间隔开设有两个外定位槽122。在芯管110的外周面开设有与外定位槽122一一对应的内定位槽112。第一弹性复位件130设置在封隔片120与芯管110之间。第一弹性复位件130一端位于内定位槽112内，另一端位于外定位槽122内，从而使得第一弹性复位件130能够被良好的定位。第一弹性复位件130始终处于被压缩的状态，使得封隔片120始终具备径向向外运动的趋势。当柱塞010在井道内工作时，在第一弹性复位件130的作用下，封隔片120的外表面贴于井道的内周面，形成密封，从而在上行的过程中实现对液体的举升。当封隔片120受到径向向内的挤压时，封隔片120能够克服第一弹性复位件130的弹性力径向向内运动，使得封隔片120能够通过井道中内径缩小的部位。在本实施例中，第一弹性复位件130为弹簧，在其他实施方式中，第一弹性复位件130也可以为橡胶柱或其他能够提供弹性力的装置。

封隔片120上设置有内抵靠部123。具体的，在本实施例中，封隔片120上开设有沿径向方向延伸的通孔124。通孔124靠近芯管110的一端径向向内凸出形成环状的内抵靠部123。

在芯管110上开设有与通孔124基本同轴的联动孔113。联动孔113沿径向贯穿芯管110的管壁。柱状的联动件140可径向活动的贯穿联动孔113。联动件140的一端穿过内抵靠部123位于通孔124内，联动件140的另一端位于芯管110内。联动件140位于通孔124内的一端径向向外凸出形成环状的外抵靠部141。外抵靠部141与内抵靠部123相对。在径向上，外抵靠部141位于内抵靠部123的外侧。在联动件140径向向内运动时，外抵靠部141能够与内抵靠部123抵靠。

第二弹性复位件170作用于联动件140，对联动件140施加径向向内的弹性力。第二弹性复位件170的弹性力大于第一弹性复位件130的弹性力。在无其他外力影响的情况下，第二弹性复位件170带动联动件140径向向外运动。在联动件140径向向外运动的过程中，外抵靠部141与内抵靠部123抵靠，拉动封隔片120径向向内运动至极限。当联动件140受径向向外的力并克服第二弹性复位件170的弹性力径向向外运动时，封隔片120能够在第一弹性复位件130的作用下径向向外运动。在封隔片120径向向外运动后，如果封隔片120受径向向内的压力，封隔片120也能够克服第一弹性复位件130的弹性力径向向内运动，此时内抵靠部123脱离外抵靠部141。具体的，在本实施例中，第二弹性复位件170为弹簧，第二弹性复位件170套设在联动件140上。联动件140位于芯管110内的一端径向向内凸出形成环状的内定位部142。在联动孔113靠近封隔片120的一端径向向内凸出形成环状的外定位部113a。第二弹性复位件170的两端分别抵顶于内定位部142和外定位部113a。

位置控制部件150用于控制联动件140的径向位置，进而对封隔片120的径向位置进行控制。图3为本实施例提供的柱塞010中，位置控制部件150的结构示意图。请结合参照图1-图3，位置控制部件150包括柱状的本体151。本体151具备相对的第一端151a和第二端151b。本体151设置在芯管110内，本体151与芯管110同轴设置。第一端151a靠近上堵头180，第二端151b靠近下堵头190。位置控制部件150还包括多个鳍片152。多个鳍片152设置于本体151的外周面，且多个鳍片152围绕本体151等间距布置。鳍片152具有位置控制表面152a。位置控制表面152a为相对于本体151的轴线倾斜的斜面，沿第二端151b至第一端151a的方向，位置控制表面152a逐渐靠近本体151。相邻的鳍片152之间形成供流体通过的通流空间153。

位置控制部件150用于在驱动机构160的带动下沿轴向在靠近下堵头190的收缩位置和靠近上堵头180的扩张位置之间运动。在位置控制部件150在收缩位置和扩张位置之间运动的过程中，在第二弹性复位件170的作用下联动件140位于芯管110内的一端抵顶于位置控制表面152a。在位置控制部件150向收缩位置运动的过程中，第二弹性复位件170带动联动件140径向向外运动。在联动件140径向向外运动的过程中，外抵靠部141与内抵靠部123抵靠，拉动封隔片120径向向内运动。在位置控制部件150向扩张位置的过程中，位置控制表面152a径向向外挤压联动件140，使得联动件140克服第二弹性复位件170的弹性力径向向外运动。此时，封隔片120能够在第一弹性复位件130的作用下径向向外运动。在封隔片120径向向外运动后，如果封隔片120受径向向内的压力，封隔片120也能够克服第一弹性复位件130的弹性力径向向内运动。

在柱塞010到达井底后，驱动机构160带动封隔盘191运动至下通流孔190a的上方，以阻止柱塞010上方和下方的流体通过芯管110沟通。驱动机构160带动位置控制部件150运动至扩张位置。此时，封隔片120在第一弹性复位件130的作用下紧贴井道内壁形成密封，以阻止柱塞010上方和下方的流体通过柱塞010和井道内壁之间的空间沟通。在柱塞010下方流体的推力下柱塞010上行，将柱塞010上方的积液向上举升，直至积液通过井口排出至油气井外。

在柱塞010到达井口后，驱动机构160带动封隔盘191运动至下通流孔190a的下方，使得柱塞010下方的流体能够通过下通流孔190a、芯管110和上通流孔180a流动至柱塞010上方。驱动机构160带动位置控制部件150运动至收缩位置。此时，第二弹性复位件170带动联动件140径向向外运动。在联动件140径向向外运动的过程中，外抵靠部141与内抵靠部123抵靠，拉动封隔片120径向向内运动，使得柱塞010的最大外径小于井道的内径，柱塞010和井道内壁之间形成了供流体通过的空间。另外，封隔片120能够不与井道内壁密封接触，降低了封隔片120与井道内壁之间的摩擦力。在柱塞010下行时，柱塞010下方的流体能够通过柱塞010和井道内壁之间的空间以及芯管110流至柱塞010的上方，大大降低了柱塞010的下行阻力，使得柱塞010能够在不关井的情况下下行，大大降低提高了油气井的生产效率。或者可以使得柱塞010能够在关井的情况下快速下行至井底，大大减少了油气井的关井时间，提高了油气井的生产效率。另外，由于相邻的鳍片152之间形成有通流空间153，增大了芯管110的流通面积，从而进一步降低了柱塞010的下行阻力，使得柱塞010能够更加快速的下行，有助于提升油气井的生产效率。

在本实施例中，位置控制表面152a靠近第一端151a的端部与本体151的外周面连接。即位置控制表面152a靠近第一端151a的端部平滑的过渡至本体151的外周面。进一步的，在本体151上开设有收纳槽151c，收纳槽151c位于鳍片152与第一端151a之间。收纳槽151c的内侧面构成本体151的外周面的一部分。位置控制表面152a靠近第一端151a的端部与收纳槽151c的内侧面连接，即位置控制表面152a靠近第一端151a的端部平滑的过渡至收纳槽151c的内侧面。当位置控制部件150运动至收缩位置时，联动件140位于芯管110内的一端进入收纳槽151c并与收纳槽151c的内侧面抵顶。在位置控制部件150向扩张位置运动的过程中，联动件140位于芯管110的一端在收纳槽151c的内侧面的挤压下逐渐脱离收纳槽151c并与位置控制表面152a接触。

鳍片152还具备位置维持表面152b。位置维持表面152b与本体151的轴线平行，并且位置维持表面152b由位置控制表面152a靠近第二端151b的一端向第二端151b延伸得到。当位置控制部件150运动至扩张位置时，联动件140位于芯管110的一端抵顶于位置维持表面152b。由于位置维持表面152b与本体151的轴线平行，因此位置控制部件150的微量运动将不会影响联动件140的径向位置，从而使联动件140的径向位置得到稳定的保持。

在本实施例中，本体151上开设有沿其轴向贯穿的贯通孔151d。贯通孔151d的设置能够进一步增加芯管110的流通面积，降低柱塞010的下行阻力。贯通孔151d也可以用于供柱塞010中设置的通信线缆或供电线缆穿过。

请参照图4，在本实施例中，联动件140包括联动杆143和滚球144。外抵靠部141设置在联动杆143位于芯管110外的一端，内定位部142设置在联动杆143位于芯管110内的一端。滚球144设置在联动杆143位于芯管110内的一端。位置控制部件150在扩张位置和收缩位置之间运动时，滚球144与位置控制表面152a滚动配合，降低了位置控制部件150的运动阻力。具体的，联动杆143位于芯管110内的一端开设有容纳孔143a，滚球144一部分位于容纳孔143a内，滚球144另一部分位于容纳孔143a外以与位置控制表面152a接触。在容纳孔143a的边缘设置有内凸部，内凸部被构造为阻止滚球144脱离容纳孔143a。内凸部可以通过敲击使容纳孔143a的边缘变形实现，也可以通过焊接等方式在容纳孔143a的边缘增加材料实现。

在本实施例中，内抵靠部123与通孔124远离芯管110的一端的距离大于联动件140在径向上的最大运动距离。如此，能够避免联动件140在径向上凸出于封隔片120的径向外表面，提高了柱塞010的工作可靠性。

驱动机构160带动封隔盘191和位置控制部件150运动。驱动机构160可以采用多种形式实现，例如，驱动机构160可以为直线电机或电磁铁机构。在本实施例中，驱动机构160通过与设置在油气井内的碰撞部撞击带动封隔盘191和位置控制部件150运动。驱动机构160为沿轴向延伸的杆状部件，驱动机构160穿过贯通孔151d与位置控制部件150固定连接，驱动机构160还贯穿封隔盘191并与封隔盘191固定连接。驱动机构160包括相对的上端部160a和下端部160b。上端部160a可轴向滑动的贯穿上堵头180，下端部160b可轴向滑动的贯穿下堵头190。当柱塞010运动至井底时，下端部160b与设置在井底的碰撞部发生撞击，从而带动位置控制部件150运动至扩张位置，带动封隔盘191运动至下通流孔190a的上方。当柱塞010运动至井口时，上端部160a与设置在井口的碰撞部发生撞击，从而带动位置控制部件150运动至收缩位置，带动封隔盘191运动至下通流孔190a的下方。

以上所述仅为本发明的部分实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。