弹动式双胶筒分步轴向挤压节流装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种弹动式双胶筒分步轴向挤压节流装置，应用于气井的井下节流。该节流装置的节流本体依据卡瓦推筒完成卡瓦锁紧体的张开与闭合而实现井下快速坐封和打捞，依靠弹簧体提供的推力完成下密封胶筒的初次挤压，依据节流前后流体的压差推动弹式助推器朝上滑移而实施下密封胶筒的二次挤压和上密封胶筒的整体挤压，并完成下密封胶筒的分步轴向挤压而保证坐封后的封隔，打捞时胶筒推套朝下滑移后上密封胶筒和下密封胶筒顺利恢复至初始自由状态而易于解封，锥状节流器调整节流前后流体的温度、压力和流速，节流后的流体经由中心管调整为朝上运移的稳流，由此实现常规气井和非常规气井的井下节流，并防止井下节流过程中生成天然气水合物。

Elastic double rubber cylinder step axial extrusion throttling device

【技术实现步骤摘要】
弹动式双胶筒分步轴向挤压节流装置
本专利技术涉及一种常规气井和非常规气井用的井下节流装置，特别是涉及一种采用弹簧系统和上下双胶筒的分步轴向挤压和整体挤压相结合的弹动式井下节流装置。
技术介绍
常规气井和非常规气井采用井下节流技术会大大降低节流器下游系统的压力，提高井中气体的携液能力，降低天然气水合物形成的温度，并提高天然气水合物的生成条件，由此使得井口不容易出现天然气水合物。目前，井下节流器主要分为两大类：固定式井下节流器和活动式井下节流器，其中固定式井下节流器一般适用于新井的作业，在下放节流器之前，先将预制好的工作筒安装在井下预定的位置，再利用特定的投放工具和钢丝绳将节流器投放入工作筒内，固定式井下节流器不易失效，然而在气井的实际生产中应用较少，其主要原因为在产能调配环节和节流嘴发生堵塞时，要通过修井作业取出油管柱，操作相对复杂且生产成本较高。活动式井下节流器是利用测试车和钢丝绳而投放至井下预定位置，而后上提钢丝绳，节流器的卡瓦由于自身重力被撑开并卡在油管的内壁上，接着投放工具向上震击并剪断销钉，此时坐封弹簧释放而推动外套管上行，使得密封圈受挤压而沿径向张开，在将钢丝绳起出后，即可开井生产，活动式井下节流器具有坐封可调的特点，并且投放和打捞作业操作简单，可靠性较高，然而现场应用中，存在密封圈易失效、打捞时密封圈不能完全解封而造成打捞困难甚至失败、密封圈断裂或失效以及压力波动时节流器易落井等问题。综上所述，现有活动式井下节流器在现场应用过程中会出现节流器失效、打捞失败等问题，而且井下节流技术的难点问题是提高节流器的安全可靠性，并使节流器的投放和打捞作业便于操作，由此，通过分析活动式节流器的结构原理及现场使用情况，设计出适合常规气井和非常规气井用的井下节流装置。
技术实现思路
为了有效解决常规气井和非常规气井的井下节流问题，并克服现有井下节流技术及其节流装置存在的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供一种适合常规气井和非常规气井用的弹动式双胶筒分步轴向挤压节流装置。该节流装置依据卡瓦锁紧体实现井下快速坐封和打捞，通过双密封胶筒和弹式助推器完成坐封后的封隔和解封，并结合锥状节流器和节流本体形成稳定的节流场，实现常规气井和非常规气井的井下节流，并有效防止井下节流过程中生成天然气水合物。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种弹动式双胶筒分步轴向挤压节流装置，它主要由卡瓦锁紧体、节流本体、双密封胶筒、弹式助推器和锥状节流器几部分组成。该节流装置经卡瓦锁紧体的卡瓦片而固定于油管柱的管壁，并由弹式助推器的助推基体与井下筛管相连接，卡瓦锁紧体、节流本体和弹式助推器自上而下同轴心布置，双密封胶筒套于节流本体的胶筒基管，锥状节流器置入弹式助推器的助推基体，且锥状节流器与弹式助推器的助推管和胶筒推套由内而外同轴心布置。卡瓦锁紧体采用分体悬臂梁式锯齿状卡瓦构造，并依据卡瓦片和打捞体实现井下快速坐封和打捞，它包括卡瓦片和打捞体。卡瓦锁紧体的各卡瓦片沿轴向放置并呈鼠笼式排列的方式罩于卡瓦推筒的外锥面，卡瓦片采用瓦片状结构，卡瓦片沿轴向自上而下依次设有卡瓦接箍、卡瓦颈、卡瓦定位体、基片体和卡瓦齿体，卡瓦片的卡瓦接箍、卡瓦颈、卡瓦定位体和基片体沿周向的宽度相等并且均小于其卡瓦齿体沿周向的宽度。卡瓦片的卡瓦接箍采用方柱形钢块，卡瓦接箍的上下壁面与打捞体卡瓦槽孔的上端槽壁和下端槽壁之间采用过盈配合，卡瓦接箍的两侧壁面与卡瓦槽孔的两侧壁面之间采用间隙配合，由此通过卡瓦接箍将卡瓦片与打捞体连为一个整体，且每个卡瓦片形成悬臂梁式卡瓦。卡瓦片的卡瓦颈采用圆拱状钢片，卡瓦颈外环面所在的柱面与打捞体的环腔内壁紧密贴合，且卡瓦颈内壁所在柱面的直径大于中心管的外径。卡瓦片的卡瓦定位体采用锥状钢片，卡瓦定位体外环面所在锥面的锥度小于打捞体卡瓦限位锥面所在锥面的锥度。基片体的内壁所在柱面的直径大于卡瓦推筒的卡瓦限位槽槽底面所在柱面的直径，基片体的外环面由半柱面和半锥面组合而成。卡瓦片的卡瓦齿体内壁采用半锥面且其外环面加工有等间距分层排列的卡齿，卡瓦齿体上的每个卡齿的形状和大小相同，每个卡齿的上侧齿形面采用拱形平面且上侧齿形面所在的平面与水平面之间呈15°，每个卡齿的下侧齿形面采用半锥面且下侧齿形面所在锥面的锥度为50°，由此每个卡瓦片呈现锯齿状外形。卡瓦锁紧体的打捞体采用变截面厚壁筒体，打捞体外环面的上部铣有打捞颈槽，打捞体的打捞颈槽与打捞作业中的井下打捞工具相配合，打捞颈槽的槽底面采用圆柱面，且打捞颈槽的上端槽壁所在圆面的直径小于其下端槽壁所在圆面的直径。打捞体环腔内壁上部所在柱面的直径小于其环腔内壁下部所在柱面的直径，且打捞体的环腔内壁下部依次设有卡瓦槽孔和卡瓦限位锥面，卡瓦槽孔沿圆周方向均匀分布，每个卡瓦槽孔均采用方柱面通孔，卡瓦槽孔的上端槽壁所在圆面与打捞体环腔内壁的截面变化结合处相平齐；打捞体的卡瓦限位锥面采用圆锥面并实现卡瓦片的径向限位，卡瓦限位锥面所在锥面的大端圆面与打捞体的下端面相平齐。节流本体采用可移动管式构造，并依据卡瓦推筒实现卡瓦锁紧体的张开与闭合，通过中心管将节流后经助推管的流体调整为朝上运移的稳流，它包括卡瓦推筒、中心管、胶筒基管、定位端盖和限位销轴，限位销轴采用圆柱销并实现卡瓦推筒与中心管之间的固定连接。节流本体的卡瓦推筒采用变径粗管体，卡瓦推筒的外环面沿轴向自上而下依次设有推筒卡环和锥状推移面，推筒卡环的剖面呈矩形，推筒卡环上铣有沿周向均布的卡瓦限位槽并实现卡瓦片的周向限位，卡瓦推筒的卡瓦限位槽的数量和位置与打捞体的卡瓦槽孔以及卡瓦片的数量和位置相对应，卡瓦限位槽的槽底面采用圆柱面，且卡瓦限位槽的两侧槽壁与卡瓦片的基片体沿周向的两侧壁面之间精密配合并构成双平面移动副。卡瓦推筒的锥状推移面与卡瓦片的卡瓦齿体内壁精密配合，且锥状推移面所在锥面的锥度等于卡瓦齿体内壁半锥面所在锥面的锥度，而锥状推移面所在锥面的锥高则大于卡瓦齿体内壁半锥面所在锥面的锥高，锥状推移面所在锥面的小端圆面直径等于卡瓦定位体内壁所在锥面的大端圆面直径和基片体内壁所在柱面的直径。卡瓦推筒的环腔内壁沿轴向自上而下依次设有上柱状管移面、锥状止推面和下柱状管移面，上柱状管移面和下柱状管移面采用圆柱面，而锥状止推面则采用圆锥面，且卡瓦推筒的锥状止推面与中心管的锥状卡环面相配合，下柱状管移面的下部钻有销孔并与限位销轴相配合，卡瓦推筒位于下柱状管移面下部的腔壁车制密封性管螺纹。节流本体的中心管采用长细管体，中心管的环腔内壁上部铣有投放卡槽，中心管的投放卡槽与坐封作业中的井下投放工具相配合，投放卡槽的槽底面采用圆柱面。中心管的外环面下部设有限位卡环并实现中心管的轴向定位，限位卡环的外环面由锥状卡环面和柱状环移面组成，限位卡环的外壁上钻有销孔并与限位销轴相配合。中心管的外环面顶部与打捞体的环腔内壁、中心管的外环面中上部与卡瓦推筒上柱状管移面所在的柱面同时中心管的柱状环移面与卡瓦推筒下柱状管移面所在的柱面之间精密配合而构成三柱面移动副。节流本体的胶筒基管采用短粗管体，节流本体的定位端盖采用厚壁管体，胶筒基管和定位端盖的内外壁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弹动式双胶筒分步轴向挤压节流装置，该节流装置经卡瓦锁紧体而固定于油管柱的管壁，卡瓦锁紧体、节流本体和弹式助推器自上而下同轴心布置，双密封胶筒套于节流本体的胶筒基管，锥状节流器置入弹式助推器的助推基体，锥状节流器与弹式助推器的助推管和胶筒推套由内而外同轴心布置，实现常规气井和非常规气井的井下节流，其特征在于：/n一卡瓦锁紧体；所述卡瓦锁紧体采用分体悬臂梁式锯齿状卡瓦构造，它包括卡瓦片和打捞体；各卡瓦片沿轴向放置并呈鼠笼式排列的方式罩于卡瓦推筒的外锥面，卡瓦片沿轴向自上而下依次设有卡瓦接箍、卡瓦颈、卡瓦定位体、基片体和卡瓦齿体，通过卡瓦接箍将卡瓦片与打捞体连为一个整体，且每个卡瓦片形成悬臂梁式卡瓦并呈现锯齿状外形，卡瓦颈采用圆拱状钢片，卡瓦定位体采用锥状钢片，卡瓦齿体的内壁采用半锥面且其外环面加工有等间距分层排列的卡齿，卡瓦齿体上的每个卡齿的上侧齿形面采用拱形平面且每个卡齿的下侧齿形面采用半锥面；打捞体的打捞颈槽与打捞作业的井下打捞工具相配合，打捞体的环腔内壁下部依次设有卡瓦槽孔和卡瓦限位锥面，卡瓦限位锥面实现卡瓦片的径向限位；/n一节流本体；所述节流本体采用可移动管式构造，并依据卡瓦推筒实现卡瓦锁紧体的张开与闭合，它包括卡瓦推筒、中心管、胶筒基管、定位端盖和限位销轴，限位销轴实现卡瓦推筒与中心管间的固定连接；卡瓦推筒的外环面沿轴向自上而下依次设有推筒卡环和锥状推移面，推筒卡环上铣有沿周向均布的卡瓦限位槽并实现卡瓦片的周向限位，卡瓦限位槽与卡瓦片的基片体之间构成双平面移动副，卡瓦推筒的锥状推移面与卡瓦片的卡瓦齿体内壁精密配合，卡瓦推筒的环腔内壁沿轴向自上而下依次设有上柱状管移面、锥状止推面和下柱状管移面，卡瓦推筒的锥状止推面与中心管的锥状卡环面相配合；中心管的环腔内壁上部铣有投放卡槽，中心管的投放卡槽与坐封作业的井下投放工具相配合，中心管的外环面下部设有限位卡环并实现中心管的轴向定位，限位卡环的外环面由锥状卡环面和柱状环移面组成，中心管与打捞体和上柱状管移面同时柱状环移面与下柱状管移面之间构成三柱面移动副；胶筒基管的外环面底部设有基管卡环并实现胶筒推套的轴向定位，胶筒基管通过密封性管螺纹与卡瓦推筒相连，定位端盖通过密封性管螺纹与胶筒基管相连并实现弹簧体下端的轴向定位；/n一双密封胶筒；所述双密封胶筒采用上下双胶筒，并通过下密封胶筒的分步轴向挤压和上密封胶筒的整体挤压而分别完成坐封后的辅助封隔和主封隔，它包括上密封胶筒、密封压环和下密封胶筒；上密封胶筒的弹性模量大且轴向长度短，下密封胶筒的弹性模量小且轴向长度大，密封压环的环腔内壁与胶筒基管的外环面之间采用间隙配合；/n一弹式助推器；所述弹式助推器采用弹动式双层管构造，它包括胶筒推套、助推基体、助推管、弹簧体和○形密封圈；胶筒推套的顶部设有推套滑环，推套滑环与胶筒基管同时胶筒推套与基管卡环之间构成双柱面移动副，助推管的顶端设有助推滑环并实现弹簧体上端的轴向定位，弹簧体置入助推管的外环面与胶筒基管的环腔内壁之间构成的环形空腔，助推管与定位端盖同时助推滑环与胶筒基管和下柱状管移面之间构成三柱面移动副；助推基体将胶筒推套和助推管连为一体并实现锥状节流器的轴向固定，助推基体的节流卡槽内配置锥状节流嘴且节流卡槽的槽壁中部铣有密封环槽，密封环槽内配置○形密封圈，助推基体的变截面导流道由上细导流道和下粗导流道组成，上细导流道和下粗导流道同轴心布置；/n一锥状节流器；所述锥状节流器形成稳定的节流场并调整节流前后流体的温度、压力和流速，它包括锥状节流嘴和柱状导流嘴；锥状节流嘴的环腔内壁设为锥状节流孔道，柱状导流嘴的环腔内壁设为柱状导流孔道，柱状导流嘴的柱状导流孔道与锥状节流嘴的锥状节流孔道自上而下同轴心布置，柱状导流孔道将经锥状节流孔道节流后的流体流向调整为均匀轴向流，柱状导流嘴的外环面下部设有导流卡环并实现锥状节流器的轴向定位。/n...

【技术特征摘要】
1.一种弹动式双胶筒分步轴向挤压节流装置，该节流装置经卡瓦锁紧体而固定于油管柱的管壁，卡瓦锁紧体、节流本体和弹式助推器自上而下同轴心布置，双密封胶筒套于节流本体的胶筒基管，锥状节流器置入弹式助推器的助推基体，锥状节流器与弹式助推器的助推管和胶筒推套由内而外同轴心布置，实现常规气井和非常规气井的井下节流，其特征在于：
一卡瓦锁紧体；所述卡瓦锁紧体采用分体悬臂梁式锯齿状卡瓦构造，它包括卡瓦片和打捞体；各卡瓦片沿轴向放置并呈鼠笼式排列的方式罩于卡瓦推筒的外锥面，卡瓦片沿轴向自上而下依次设有卡瓦接箍、卡瓦颈、卡瓦定位体、基片体和卡瓦齿体，通过卡瓦接箍将卡瓦片与打捞体连为一个整体，且每个卡瓦片形成悬臂梁式卡瓦并呈现锯齿状外形，卡瓦颈采用圆拱状钢片，卡瓦定位体采用锥状钢片，卡瓦齿体的内壁采用半锥面且其外环面加工有等间距分层排列的卡齿，卡瓦齿体上的每个卡齿的上侧齿形面采用拱形平面且每个卡齿的下侧齿形面采用半锥面；打捞体的打捞颈槽与打捞作业的井下打捞工具相配合，打捞体的环腔内壁下部依次设有卡瓦槽孔和卡瓦限位锥面，卡瓦限位锥面实现卡瓦片的径向限位；
一节流本体；所述节流本体采用可移动管式构造，并依据卡瓦推筒实现卡瓦锁紧体的张开与闭合，它包括卡瓦推筒、中心管、胶筒基管、定位端盖和限位销轴，限位销轴实现卡瓦推筒与中心管间的固定连接；卡瓦推筒的外环面沿轴向自上而下依次设有推筒卡环和锥状推移面，推筒卡环上铣有沿周向均布的卡瓦限位槽并实现卡瓦片的周向限位，卡瓦限位槽与卡瓦片的基片体之间构成双平面移动副，卡瓦推筒的锥状推移面与卡瓦片的卡瓦齿体内壁精密配合，卡瓦推筒的环腔内壁沿轴向自上而下依次设有上柱状管移面、锥状止推面和下柱状管移面，卡瓦推筒的锥状止推面与中心管的锥状卡环面相配合；中心管的环腔内壁上部铣有投放卡槽，中心管的投放卡槽与坐封作业的井下投放工具相配合，中心管的外环面下部设有限位卡环并实现中心管的轴向定位，限位卡环的外环面由锥状卡环面和柱状环移面组成，中心管与打捞体和上柱状管移面同时柱状环移面与下柱状管移面之间构成三柱面移动副；胶筒基管的外环面底部设有基管卡环并实现胶筒推套的轴向定位，胶筒基管通过密封性管螺纹与卡瓦推筒相连，定位端盖通过密封性管螺纹与胶筒基管相连并实现弹簧体下端的轴向定位；
一双密封胶筒；所述双密封胶筒采用上下双胶筒，并通过下密封胶筒的分步轴向挤压和上密封胶筒的整体挤压而分别完成坐封后的辅助封隔和主封隔，它包括上密封胶筒、密封压环和下密封胶筒；上密封胶筒的弹性模量大且轴向长度短，下密封胶筒的弹性模量小且轴向长度大，密封压环的环腔内壁与胶筒基管的外环面之间采用间隙配合；
一弹式助推器；所述弹式助推器采用弹动式双层管构造，它包括胶筒推套、助推基体、助推管、弹簧体和○形密封圈；胶筒推套的顶部设有推套滑环，推套滑环与胶筒基管同时胶筒推套与基管卡环之间构成双柱面移动副，助推管的顶端设有助推滑环并实现弹簧体上端的轴向定位，弹簧体置入助推管的外环面与胶筒基管的环腔内壁之间构成的环形空腔，助推管与定位端盖同时助推滑环与胶筒基管和下柱状管移面之间构成三柱面移动副；助推基体将胶筒推套和助推管连为一体并实现锥状节流器的轴向固定，助推基体的节流卡槽内配置锥状节流嘴且节流卡槽的槽壁中部铣有密封环槽，密封环槽内配置○形密封圈，助推基体的变截面导流道由上细导流道和下粗导流道组成，上细导流道和下粗导流道同轴心布置；
一锥状节流器；所述锥状节流器形成稳定的节流场并调整节流前后流体的温度、压力和流速，它包括锥状节流嘴和柱状导流嘴；锥状节流嘴的环腔内壁设为锥状节流孔道，柱状导流嘴的环腔内壁设为柱状导流孔道，柱状导流嘴的柱状导流孔道与锥状节流嘴的锥状节流孔道自上而下同轴心布置，柱状导流孔道将经锥状节流孔道节流后的流体流向调整为均匀轴向流，柱状导流嘴的外环面下部设有导流卡环并实现锥状节流器的轴向定位。


2.根据权利要求1所述的弹动式双胶筒分步轴向挤压节流装置，其特征在于：所述卡瓦锁紧体依据卡瓦片和打捞体实现井下快速坐封和打捞，卡瓦锁紧体的卡瓦片采用瓦片状结构，卡瓦片的卡瓦接箍、卡瓦颈、卡瓦定位体和基片体沿周向的宽度相等并且均小于其卡瓦齿体沿周向的宽度；卡瓦片的卡瓦接箍采用方柱形钢块，卡瓦接箍的上下壁面与打捞体卡瓦槽孔的上端槽壁和下端槽壁之间采用过盈配合，卡瓦接箍的两侧壁面与卡瓦槽孔的两侧壁面之间采用间隙配合，卡瓦片的卡瓦颈外环面所在的柱面与打捞体的环腔内壁紧密贴合，且卡瓦颈内壁所在柱面的直径大于中心管的外径，卡瓦片的卡瓦定位体外环面所在锥面的锥度小于打捞体卡瓦限位锥面所在锥面的锥度，基片体的内壁所在柱面的直径大于卡瓦推筒的卡瓦限位槽槽底面所在柱面的直径，基片体的外环面由半柱面和半锥面组合而成，卡瓦片的卡瓦齿体上的每个卡齿的形状和大小相同，卡瓦齿体上的每个卡齿的上侧齿形面所在的平面与水平面之间呈15°，每个卡齿的下侧齿形面所在锥面的锥度为50°。


3.根据权利要求1所述的弹动式双胶筒分步轴向挤压节流装置，其特征在于：所述卡瓦锁紧体的打捞体采用变截面厚壁筒体，打捞体外环面的上部铣有打捞颈槽，打捞颈槽的槽底面采用圆柱面，打捞体的卡瓦槽孔沿圆周方向均匀分布，每个卡瓦槽孔均采用方柱面通孔，卡瓦槽孔的上端槽壁所在圆面与打捞体环腔内壁的截面变化结合处相平齐，打...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新福，刘春花，王优强，何鸿铭，吴建军，王德祥，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37