一種井下自動(dòng)無(wú)級(jí)節(jié)流裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及天然氣開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種井下自動(dòng)無(wú)級(jí)節(jié)流裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在天然氣開(kāi)采過(guò)程中，為滿(mǎn)足地面設(shè)備的耐壓要求，需要對(duì)天然氣進(jìn)行節(jié)流降壓操作。目前，應(yīng)用最廣的節(jié)流裝置及方法共分兩種:1、井口節(jié)流。天然氣通過(guò)井口節(jié)流裝置后，壓力驟降，體積突增。然而在突然降壓引起的氣體膨脹與焦耳-湯普森冷卻效應(yīng)的作用下，天然氣溫度也隨之驟降，極大的提高了水合物生成，乃至冰堵發(fā)生的概率，造成地面設(shè)備堵塞，局部高壓，熱傳導(dǎo)效率降低。2、井下節(jié)流。井下節(jié)流工藝可充分利用地溫加熱節(jié)流降溫后的天然氣，降低水合物產(chǎn)生概率。然而，現(xiàn)應(yīng)用于天然氣開(kāi)采的井下節(jié)流裝置，在單次下井的情況下，僅能實(shí)施一次節(jié)流操作。這就需要在關(guān)井停產(chǎn)的狀態(tài)下，動(dòng)用大量人員與專(zhuān)用設(shè)備投撈井下節(jié)流裝置，且投撈工藝復(fù)雜、周期長(zhǎng)、成功率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種井下自動(dòng)無(wú)級(jí)節(jié)流裝置及方法，在充分利用地溫加熱天然氣的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣產(chǎn)量的實(shí)時(shí)與自動(dòng)、無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，保證科學(xué)的天然氣生產(chǎn)制度。
[0004]本發(fā)明目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—方面，本發(fā)明提出了一種井下自動(dòng)無(wú)級(jí)節(jié)流裝置，主要包括:閥芯、套筒、閥套、彈簧、母接頭、通孔、閘板、O型橡膠密封圈、閥套環(huán)空、節(jié)流孔、閥芯通道。下部閥芯外徑與套筒內(nèi)徑相等，并緊密連接。其中，閥芯自下而上均為空心，且上部閥芯周向上布置有若干節(jié)流孔，節(jié)流降壓后的天然氣可經(jīng)此流向上部油管柱。閥芯與閥套之間設(shè)有O型橡膠密封圈，用于共同密封未形成有效流通通道的節(jié)流孔。利用彈簧連接閥套與帶有通孔的閘板，閘板外徑與套筒內(nèi)徑相等，并緊密連接。利用閥套、彈簧及O型橡膠密封圈調(diào)節(jié)開(kāi)放的節(jié)流孔數(shù)量，由此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、無(wú)級(jí)節(jié)流。母接頭與上部油管柱連接。
[0006]本發(fā)明所述閥芯、套筒、閥套均由硬質(zhì)合金制成，延緩天然氣對(duì)上述部件的沖蝕。
[0007]對(duì)于酸性氣井，本發(fā)明所述部件均由耐蝕材料制成，延緩酸性氣體對(duì)各部件的腐蝕。
[0008]另一方面，本發(fā)明提出了一種井下自動(dòng)無(wú)級(jí)節(jié)流方法，所述方法為:首先，基于鉆井、測(cè)井、試井?dāng)?shù)據(jù)，確定天然氣壓力；其次，根據(jù)油田總體開(kāi)發(fā)方案，制定單口氣井的生產(chǎn)制度，并據(jù)此確定單排節(jié)流孔尺寸、單排節(jié)流孔數(shù)量及節(jié)流孔總排數(shù)；最后，依據(jù)閥套力的平衡方程，設(shè)計(jì)彈簧勁度系數(shù)及相鄰兩排節(jié)流孔的間隔。
[0009]閥套上行時(shí)力的平衡方程: kx = PS-f (I)
閥套下行時(shí)力的平衡方程: kx = PS+f (2) 式中k一一彈簧勁度系數(shù)，N/m ;
X一一相鄰兩排節(jié)流孔的間隔，m ;
P——天然氣壓力，Pa ；
S——閥套內(nèi)頂面積，m2; f一一閥套與O型橡膠密封圈間的摩擦力，No
[0010]本發(fā)明利用彈簧彈力與天然氣壓力、閥套與O型橡膠密封圈間的摩擦力的平衡關(guān)系，調(diào)節(jié)開(kāi)放的節(jié)流孔數(shù)量，實(shí)現(xiàn)天然氣的自動(dòng)、無(wú)級(jí)節(jié)流。
[0011]在閥套內(nèi)頂面與閥芯上端面接觸時(shí)，仍有節(jié)流孔處于開(kāi)放狀態(tài)，以進(jìn)行后期開(kāi)采及井底排液。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)本發(fā)明能依據(jù)實(shí)時(shí)天然氣壓力，自動(dòng)、無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)開(kāi)放的節(jié)流孔數(shù)量，保障生產(chǎn)制度的順利實(shí)施；
(2)本發(fā)明無(wú)需關(guān)井停產(chǎn)即可進(jìn)行井下自動(dòng)、無(wú)級(jí)節(jié)流，且無(wú)需專(zhuān)用設(shè)備，作業(yè)工藝簡(jiǎn)單。
【附圖說(shuō)明】
[0013]在此描述的附圖僅用于解釋目的，而不意圖以任何方式限制本發(fā)明的公開(kāi)范圍。另外，圖中各部件的形狀和比例尺寸等僅為示意性，以幫助對(duì)本發(fā)明的理解，并不具體限定本發(fā)明各部件的形狀和比例尺寸。
[0014]圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]結(jié)合附圖和本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的描述，能更加清楚地了解本發(fā)明的細(xì)節(jié)。但是，在此描述的本發(fā)明【具體實(shí)施方式】，僅用于本發(fā)明解釋?zhuān)荒芤匀魏畏绞嚼斫鉃閷?duì)本發(fā)明的限制。
[0016]如附圖所示，本發(fā)明提出的一種井下自動(dòng)無(wú)級(jí)節(jié)流裝置，主要包括:閥芯1、套筒2、閥套3、彈簧4、母接頭5、通孔6、閘板7、O型橡膠密封圈8、閥套環(huán)空9、節(jié)流孔10、閥芯通道11。
[0017]為使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清晰，下面結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行闡述。
[0018]基于鉆井、測(cè)井、試井?dāng)?shù)據(jù)，確定天然氣壓力；根據(jù)油田總體開(kāi)發(fā)方案，制定單口氣井的生產(chǎn)制度，并據(jù)此確定單排節(jié)流孔10尺寸、單排節(jié)流孔10數(shù)量及節(jié)流孔10總排數(shù)；依據(jù)閥套的力平衡方程，設(shè)計(jì)彈簧4勁度系數(shù)及相鄰兩排節(jié)流孔10的間隔；加工、裝配完成所有部件；通過(guò)母接頭5連接本發(fā)明裝置與上部油管柱；將本發(fā)明裝置下至預(yù)設(shè)井深；天然氣經(jīng)閥芯通道11流入閥芯I內(nèi)部，并作用于閥芯I內(nèi)頂面；開(kāi)采早期，天然氣壓力高，且當(dāng)天然氣壓力超過(guò)彈簧4彈力與閥套3的上行摩擦力之和時(shí)，閥套3與O型橡膠密封圈向上移動(dòng)，上部節(jié)流孔10逐步打開(kāi)，天然氣經(jīng)節(jié)流孔10流入閥套環(huán)空9，再經(jīng)通孔6，流至上部油管柱；隨著開(kāi)采的不斷進(jìn)行，天然氣壓力回落，且當(dāng)彈簧4彈力超過(guò)天然氣壓力與閥套3的下行摩擦力之和時(shí)，閥套3與O型橡膠密封圈向下移動(dòng)，上部節(jié)流孔10逐步關(guān)閉；而當(dāng)天然氣壓力足夠低時(shí)，閥套3內(nèi)頂面與閥芯I上端面接觸，此時(shí)處于開(kāi)放狀態(tài)的節(jié)流孔10可用于后期開(kāi)采及井底排液。
[0019]以上所述只是本發(fā)明的較佳實(shí)施舉例而已，上述舉例說(shuō)明并不對(duì)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容作任何形式的限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了本說(shuō)明書(shū)后依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，對(duì)以上【具體實(shí)施方式】所作的任何簡(jiǎn)單修改或變形，及可能利用上述技術(shù)內(nèi)容加以變更或修飾的等效實(shí)施例，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)，而不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種井下自動(dòng)無(wú)級(jí)節(jié)流的裝置，其特征在于: 本發(fā)明裝置主要包括:閥芯(I)、套筒(2)、閥套(3)、彈簧(4)、母接頭(5)、閘板(7)、0型橡膠密封圈(8)、節(jié)流孔(10);其中，閥芯(I)周向上布置有若干節(jié)流孔(10)，節(jié)流降壓后的天然氣可經(jīng)此流向上部油管柱；閥芯(I)與閥套(3)之間設(shè)有O型橡膠密封圈(8)，用于共同密封未形成有效流通通道的節(jié)流孔(10);利用彈簧連接閥套(3)與帶有通孔的閘板(7);利用閥套(3)、彈簧及O型橡膠密封圈(8)調(diào)節(jié)開(kāi)放的節(jié)流孔(10)數(shù)量，由此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、無(wú)級(jí)節(jié)流；母接頭(5)與上部油管柱連接。 閥芯(I)、套筒(2)、閥套(3)均由硬質(zhì)合金制成，延緩天然氣對(duì)上述部件的沖蝕； 對(duì)于酸性氣井，本發(fā)明所述部件均由緩蝕材料制成，延緩酸性氣體對(duì)各部件的腐蝕。2.根據(jù)權(quán)利要求1，一種井下自動(dòng)無(wú)級(jí)節(jié)流的方法，其特征在于: 根據(jù)油田總體開(kāi)發(fā)方案，制定單口氣井的生產(chǎn)制度，并據(jù)此確定單排節(jié)流孔(10)尺寸、單排節(jié)流孔(10)數(shù)量及節(jié)流孔(10)總排數(shù)； 依據(jù)閥套(3)的力平衡方程，設(shè)計(jì)彈簧(4)勁度系數(shù)及相鄰兩排節(jié)流孔(10)的間隔，如式(1)、式(2)所示 閥套(3)上行時(shí)力的平衡方程: kx = PS-f(I) 閥套(3)下行時(shí)力的平衡方程: kx = PS+f(2) 式中k一一彈簧勁度系數(shù)，N/m ; X一一相鄰兩排節(jié)流孔的間隔，m ; P——天然氣壓力，Pa ； S——閥套內(nèi)頂面積，m2; f一一閥套與O型橡膠密封圈間的摩擦力，No 利用彈簧⑷彈力與天然氣壓力、閥套⑶與O型橡膠密封圈⑶間的摩擦力的平衡關(guān)系，調(diào)節(jié)開(kāi)放的節(jié)流孔(10)數(shù)量，實(shí)現(xiàn)天然氣的自動(dòng)、無(wú)級(jí)節(jié)流； 閥套(3)內(nèi)頂面與閥芯(I)上端面接觸時(shí)，仍有節(jié)流孔(10)處于開(kāi)放狀態(tài)，以進(jìn)行后期開(kāi)采及井底排液。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種井下自動(dòng)無(wú)級(jí)節(jié)流裝置及方法，該裝置包括：閥芯、套筒、閥套、彈簧、閘板、O型橡膠密封圈、閥套環(huán)空、節(jié)流孔、閥芯通道。下部閥芯外徑與套筒內(nèi)徑相等，并緊密連接。其中，閥芯自下而上均為空心，且上部閥芯周向上布置有若干節(jié)流孔，連通閥芯通道與閥套環(huán)空。閥芯與閥套之間設(shè)有O型橡膠密封圈。利用彈簧連接閥套與帶有通孔的閘板，閘板外徑與套筒內(nèi)徑相等，并緊密連接。母接頭與上部油管柱連接。利用彈簧、閥套及O型橡膠密封圈調(diào)節(jié)開(kāi)放的節(jié)流孔數(shù)量。本發(fā)明能依據(jù)實(shí)時(shí)天然氣壓力，自動(dòng)、無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)有效節(jié)流孔數(shù)量，保障生產(chǎn)制度的順利實(shí)施，且無(wú)需關(guān)井停產(chǎn)及專(zhuān)用設(shè)備，作業(yè)工藝簡(jiǎn)單、可靠。
【IPC分類(lèi)】E21B43/12
【公開(kāi)號(hào)】CN105201466
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510730806
【發(fā)明人】林元華, 馬尚余, 鄧寬海, 張勇, 劉喬平, 王其軍, 朱紅鈞, 曾德智, 韓禮紅, 馮耀榮
【申請(qǐng)人】西南石油大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年11月2日