一种高压气井可分离式自动分级降压装置

1.本发明涉及天然气开采技术领域，尤其涉及一种高压气井可分离式自动分级降压装置。


背景技术：

2.天然气井开采过程因井下高温高压环境使得产量难以控制，因此需要节流降压处理。井口节流降压是常用的方式，然而采用该方式易因井口温度和压力变化生成的水合物堵塞井口而影响产量，且该方式易发生天然气泄露产生危险并进一步影响产量。
3.井下节流降价装置可在井筒内完成天然气的降压和节流，能够很大程度避免井口降压存在的问题。由于气井中环境复杂，随着开采过程的推进，井下压力的波动较大，需要及时调节节流器的节流降压等级。现有的井下节流器多仅能一次降压，当井下压力急剧变化时无法快速响应以调节节流降压等级，影响天然气的稳定开采。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提供了一种高压气井可分离式自动分级降压装置，通过装置两端的压差和压缩弹簧的回复力自动控制内滑套的位置，进而实现各级采气槽的通闭，天然气进入不同采气槽会因流经的节流采气通道数量不同而得到不同等级的降压。
5.本发明的技术方案是一种高压气井可分离式自动分级降压装置，包括壳体、回收盖和导气筒，所述壳体顶部与回收盖底部固定连接，所述回收盖套设在导气筒上，所述壳体内套设有内滑套，所述内滑套顶端连接有弹簧支撑，所述弹簧支撑与回收盖之间设置有上压缩弹簧，所述壳体底部通过剪切销钉连接有支撑套，所述支撑套内设置有支撑柱，所述支撑柱上部下侧与内滑套底部上侧之间设置有下压缩弹簧，所述支撑柱与导气筒之间依次设置有多级节流导气组件，所述多级节流导气组件侧壁由上至下开设有多个第一采气槽，所述内滑套与壳体侧壁上分别开设有多个与多级节流导气组件侧壁的第一采气槽适配的第二采气槽和第三采气槽，所述内滑套通过上下移动可以控制多级节流导气组件侧壁的不同第一采气槽的开闭。
6.进一步的，所述回收盖上套设有外滑套，所述外滑套与回收盖之间通过剪切销钉固定连接。
7.进一步的，所述外滑套外侧设置有胶筒架和卡瓦，所述胶筒架和卡瓦通过螺钉分别与回收盖、壳体固定连接，所述外滑套侧壁上开设有直口槽，所述胶筒架与回收盖、卡瓦与壳体间连接的螺钉位于直口槽内，所述胶筒架下部固定连接有胶筒，所述胶筒与卡瓦下部的外滑套上设置有斜凸面，所述斜凸面的角度不超过15
°
。
8.进一步的，所述回收盖侧壁开设有两组导气槽，所述回收盖侧壁的导气槽与外滑套上的直口槽连通，两组所述导气槽分别与放置上压缩弹簧的区域和放置下压缩弹簧的区域连通。
9.进一步的，所述上压缩弹簧和下压缩弹簧均有多组，与放置所述下压缩弹簧的区
域连通的导气槽依次沿回收盖、导气筒、多级节流导气组件、支撑柱连通，所述支撑柱与导气筒内的导气槽均通过对应的环状导气槽连通。
10.进一步的，所述多级节流导气组件为三级节流导气组件，所述三级节流导气组件包括由下至上依次层叠的下支撑筒、中支撑筒、上支撑筒和顶部支撑筒，所述下支撑筒、中支撑筒、上支撑筒和顶部支撑筒上均开设有第一采气槽，所述下支撑筒、中支撑筒、上支撑筒、顶部支撑筒上的第一采气槽由下至上依次缩短。
11.进一步的，所述下支撑筒放置在支撑柱上，所述下支撑筒内通过凸台设置有下节流通道，所述中支撑筒内通过凸台设置有中节流通道，所述上支撑筒内通过凸台设置有上节流通道。
12.进一步的，所述上节流通道、中节流通道、下节流通道中间均开设有节流采气通道，所述节流采气通道上方有环形倒角，倒角斜面为15～45
°
，所述上节流通道、中节流通道、下节流通道外壁面设有斜面，斜面不小于15
°
。
13.进一步的，所述导气筒、顶部支撑筒、上节流通道、中节流通道、下节流通道中部贯通。
14.进一步的，所述支撑套底面开设有辐射状的通槽，所述通槽数量不少于4个。
15.本发明的有益效果是：
16.1、本发明具有多级降压功能，通过装置两端的压差和压缩弹簧的回复力自动控制内滑套的位置，进而实现多级节流导气组件侧壁上的不同第一采气槽的通闭，使天然气进入不同采气槽会因流经的节流通道数量不同而得到不同等级的降压处理，可根据气井压力的变化自动改变天然气采气通道，进而改变气体的降压等级，装置响应速度快，使装置一次投放便能完成气井各阶段的稳定开采工作；
17.2、本发明安装回收方便，通过外滑套的上下滑动即可实现装置的定位、井筒密封与回收解封工作，操作简单快捷；
18.3、当装置因特殊原因发生堵塞且回收失败时，可敲击导气筒使内部部件完全掉落井中，因内部部件间非刚性连接，因此掉落后发生解体，使采气通道完全开放，防止气井堵塞造成停产风险。
附图说明
19.图1为本发明的结构示意图(展示支撑筒第一采气槽剖面的状态)；
20.图2为本发明的结构示意图(展示支撑筒导气孔剖面的连接状态)；
21.图3为本发明中外滑套的结构示意图；
22.图4为本发明中导气筒的结构示意图；
23.图5为本发明中顶部支撑筒的结构示意图；
24.图6为本发明中支撑柱的结构示意图；
25.图7为本发明中内滑套的结构示意图；
26.图8为本发明中支撑套的结构示意图；
27.图9为本发明中多级节流导气组件的剖面结构示意图；
28.图中：1、外滑套；2、回收盖；3、导气筒；4、上压缩弹簧；5、胶筒架；6、胶筒；7、卡瓦；8、壳体；9、顶部支撑筒；10、弹簧支撑；11、内滑套；12、上节流通道；13、上支撑筒；14、中节流
通道；15、中支撑筒；16、下节流通道；17、下支撑筒；18、支撑柱；19、下压缩弹簧；20、支撑套；21、导气槽；22、第一采气槽：23、第二采气槽；24、第三采气槽。
具体实施方式
29.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
30.因此，以下对在附图中提供的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选定实施例。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。
31.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。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”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，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。
33.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.如图1-9所示，本发明提供了一种高压气井可分离式自动分级降压装置，包括壳体8、回收盖2和导气筒3，所述壳体8顶部与回收盖2底部固定连接，所述回收盖2套设在导气筒3上，所述壳体8内套设有内滑套11，所述内滑套11顶端连接有弹簧支撑10，所述弹簧支撑10与回收盖2之间设置有上压缩弹簧4，所述壳体8底部通过剪切销钉连接有支撑套20，所述支撑套20内设置有支撑柱18，所述支撑柱18上部下侧与内滑套11底部上侧之间设置有下压缩弹簧19，所述支撑柱18与导气筒3之间依次设置有多级节流导气组件，所述多级节流导气组件侧壁由上至下开设有多个第一采气槽22，所述内滑套11与壳体8侧壁上分别开设有多个与多级节流导气组件侧壁的第一采气槽22适配的第二采气槽23和第三采气槽24，所述内滑套11通过上下移动可以控制多级节流导气组件侧壁的不同第一采气槽22的开闭。
36.所述回收盖2上套设有外滑套1，所述外滑套1与回收盖2之间通过剪切销钉固定连接。所述外滑套1外侧设置有胶筒架5和卡瓦7，所述胶筒架5和卡瓦7通过螺钉分别与回收盖2、壳体8固定连接，所述外滑套1侧壁上开设有直口槽，所述胶筒架5与回收盖2、卡瓦7与壳体8间连接的螺钉位于直口槽内，所述胶筒架5下部固定连接有胶筒6，所述胶筒6与卡瓦7下部的外滑套1上设置有斜凸面，所述斜凸面的角度不超过15
°
。斜凸面为锥面，用于撑开胶筒
6和卡瓦7。
37.即外滑套1可以在回收盖2上上下滑动，而外滑套1外侧的胶筒架5和卡瓦7通过螺钉分别与回收盖2、壳体8固定连接，且其连接的螺钉位于外滑套1的开口槽内，外滑套1在回收盖2上的移动，不会被螺钉阻挡。外滑套1的上下滑动主要用于整个装置在井筒内的密封和回收解封。
38.所述回收盖2侧壁开设有两组导气槽21，所述回收盖2侧壁的导气槽21与外滑套1上的直口槽连通，两组所述导气槽21分别与放置上压缩弹簧4的区域和放置下压缩弹簧19的区域连通。上压缩弹簧4与下压缩弹簧19均有多组，对应的均匀分布在内滑套11上下端的四周，而上压缩弹簧4和下压缩弹簧19均分别位于对应的放置空间内，导气槽21的设置，使放置上压缩弹簧4的空间与下压缩弹簧19的空间均与井筒上部的外界低压环境连通。而内滑套11底部通过支撑套20的通槽与井筒下部的高压环境连通，使内滑套11上下形成压力差，便于井筒内的高压气体推动内滑套11上下移动，从而使内滑套11连通不同区域的第一采气槽22。
39.外滑套1与回收盖2、回收盖2与导气筒3、导气筒3与弹簧支撑10、弹簧支撑10与壳体8、壳体8与内滑套11、导气筒3与顶部支撑筒9、顶部支撑筒9与上支撑筒13、上支撑筒13与中支撑筒15、中支撑筒15与下支撑筒17、下支撑筒17与支撑柱18、支撑柱18与内滑套11等部件之间均设置有密封圈，保证了各部件之间的密封效果，使气体只能通过第一采气槽22、导气槽21连通，保证了密封效果和降压效果。
40.所述上压缩弹簧4和下压缩弹簧19均有多组，与放置所述下压缩弹簧19的区域连通的导气槽21依次沿回收盖2、导气筒3、多级节流导气组件、支撑柱18连通，所述支撑柱18与导气筒3内的导气槽21均通过对应的环状导气槽连通。环状导气槽将放置下压缩弹簧19的空间连通，使放置下压缩弹簧19的空间内的压力相同，便于内滑套11的平稳移动。
41.所述多级节流导气组件为三级节流导气组件，所述三级节流导气组件包括由下至上依次层叠的下支撑筒17、中支撑筒15、上支撑筒13、顶部支撑筒9，所述下支撑筒17、中支撑筒15、上支撑筒13、顶部支撑筒9上均开设有第一采气槽22，所述下支撑筒17、中支撑筒15、上支撑筒13、顶部支撑筒9上的第一采气槽22由下至上依次缩短。
42.所述下支撑筒17放置在支撑柱18上，所述下支撑筒17内通过凸台设置有下节流通道16，所述中支撑筒15内通过凸台设置有中节流通道14，所述上支撑筒13内通过凸台设置有上节流通道12。
43.所述上节流通道12、中节流通道14、下节流通道16中间均开设有节流采气通道，所述节流采气通道上方有环形倒角，倒角斜面为15～45
°
，所述上节流通道12、中节流通道14、下节流通道16外壁面设有斜面，斜面不小于15
°
。本发明中采用的是三级节流采气通道，即在上节流通道12、中节流通道14、下节流通道16中均设置节流采气通道，也可以根据现场条件在顶部支撑筒9内加设节流采气通道，也可以减少上节流通道12、中节流通道14、下节流通道16中的节流采气通道。而上节流通道12、中节流通道14、下节流通道16的结构基本相同，均为内径下小上大的倒锥形结构，节流采气通道中间的节流孔内径较小，高压天然气流经该节流采气通道会造成压力水头减小，达到节流效果。
44.所述导气筒3、顶部支撑筒9、上节流通道12、中节流通道14、下节流通道16中部贯通。所述支撑套20底面开设有辐射状的通槽，所述通槽数量不少于4个。
45.本发明具体的使用过程：
46.1、安装时
47.安装时使用工具将高压气井可分离式自动分级降压装置放入井筒，当到达指定位置后，猛然上提外滑套1，此时可以采用工具将回收盖2顶住，避免回收盖2跟着外滑套1移动，将外滑套1与回收盖2连接的剪切销钉剪断，外滑套1外侧壁面的斜凸台对应的撑起连接在胶筒65上的胶筒6和卡瓦7，实现井筒密封与装置的固定。
48.2、工作时
49.内滑套11与支撑柱18之间形成的区域通过导气槽21依次连通下支撑筒17、中支撑筒15、上支撑筒13、顶部支撑筒9、导气筒3、回收盖2、外滑套1，最后与装置上端外侧低压区域连通。壳体8、回收盖2、导气筒3及弹簧支撑10之间形成的区域通过回收盖2上的导气槽21及外滑套1上的直口槽与装置上端外侧低压区域连通。而内滑套11底面处于高压环境。
50.当气井压力很大时，装置底部高压气体推动内滑套11上移较大距离，上压缩弹簧4和下压缩弹簧19收缩量最大，此时内滑套11仅最下排第二采气槽23与壳体8最下排第三采气槽24连通，天然气需依次经过下节流通道16、中节流通道14、上节流通道12，最后从导气筒3中间采气通道流出，节流降压等级高。
51.当气井压力减小时，因受到上压缩弹簧4和下压缩弹簧19的回复力影响，弹簧收缩量减小，内滑套11下移一定距离，此时内滑套11仅下两排第二采气槽23与壳体8下两排第三采气槽24连通，天然气需依次经过中节流通道14、上节流通道12，最后从导气筒3中间采气通道流出，节流降压等级中等。
52.当气井压力进一步减小时，因受到上压缩弹簧4和下压缩弹簧19的回复力影响，弹簧收缩量进一步减小，内滑套11进一步下移一定距离，此时内滑套11下三排第二采气槽23与壳体8下三排第三采气槽24连通，天然气需经过上节流通道12，最后从导气筒3中间采气通道流出，节流降压等级低。
53.当气井压力很小时，因受到上压缩弹簧4和下压缩弹簧19的回复力影响，弹簧收缩量达到最小状态，内滑套11下移到底部限位处，此时内滑套11所有第二采气槽23与壳体8所有第三采气槽24连通，天然气直接从导气筒3中间采气通道流出，节流降压等级最低。
54.3、回收时
55.回收时，使用工具抓住回收盖2，并敲击向下外滑套1，外滑套1下移，胶筒6与卡瓦7顺着外滑套1的斜面收回，向装置中部靠拢，装置解除密封与固定。此时上提回收盖2，可避免胶筒6与卡瓦7再次张开，使装置回收顺畅，完成回收作业。
56.4、堵塞且无法回收时
57.若因特殊情况发生装置堵塞，气井无法继续采气，且装置无法完成回收作业或回收失败时，可通过工具向下震击导气筒3，此时可采用工具固定回收盖2，避免回收盖2跟着导气筒3运动，此时支撑套20受到向下的震击力剪断，剪断其与壳体8相连的剪切销钉，导气筒3、顶部支撑筒9、上节流通道12、上支撑筒13、中节流通道14、中支撑筒15、下节流通道16、下支撑筒17、支撑柱18、下压缩弹簧19、支撑套20、滑套将掉落到气井中，因各部件非刚性连接当掉入井中后会解体散落井中，避免了因节流器堵塞而发生停产风险。
58.本发明具有多级降压功能，通过装置两端的压差和压缩弹簧的回复力自动控制内滑套11的位置，进而实现多级节流导气组件侧壁上的不同第一采气槽22的通闭，使天然气
进入不同第一采气槽22会因流经的节流通道数量不同而得到不同等级的降压处理，可根据气井压力的变化自动改变天然气采气通道，进而改变气体的降压等级，装置响应速度快，使装置一次投放便能完成气井各阶段的稳定开采工作；本发明安装回收方便，通过外滑套1的上下滑动即可实现装置的定位、井筒密封与回收解封工作，操作简单快捷；当装置因特殊原因发生堵塞且回收失败时，可敲击导气筒3使内部部件完全掉落井中，因内部部件间非刚性连接，因此掉落后发生解体，使采气通道完全开放，防止气井堵塞造成停产风险。
59.当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种高压气井可分离式自动分级降压装置，其特征在于：包括壳体(8)、回收盖(2)和导气筒(3)，所述壳体(8)顶部与回收盖(2)底部固定连接，所述回收盖(2)套设在导气筒(3)上，所述壳体(8)内套设有内滑套(11)，所述内滑套(11)顶端连接有弹簧支撑(10)，所述弹簧支撑(10)与回收盖(2)之间设置有上压缩弹簧(4)，所述壳体(8)底部通过剪切销钉连接有支撑套(20)，所述支撑套(20)内设置有支撑柱(18)，所述支撑柱(18)上部下侧与内滑套(11)底部上侧之间设置有下压缩弹簧(19)，所述支撑柱(18)与导气筒(3)之间依次设置有多级节流导气组件，所述多级节流导气组件侧壁由上至下开设有多个第一采气槽(22)，所述内滑套(11)与壳体(8)侧壁上分别开设有多个与多级节流导气组件侧壁的第一采气槽(22)适配的第二采气槽(23)和第三采气槽(24)，所述内滑套(11)通过上下移动可以控制多级节流导气组件侧壁的不同第一采气槽(22)的开闭。2.根据权利要求1所述的高压气井可分离式自动分级降压装置，其特征在于：所述回收盖(2)上套设有外滑套(1)，所述外滑套(1)与回收盖(2)之间通过剪切销钉固定连接。3.根据权利要求2所述的高压气井可分离式自动分级降压装置，其特征在于：所述外滑套(1)外侧设置有胶筒架(5)和卡瓦(7)，所述胶筒架(5)和卡瓦(7)通过螺钉分别与回收盖(2)、壳体(8)固定连接，所述外滑套(1)侧壁上开设有直口槽，所述胶筒架(5)与回收盖(2)、卡瓦(7)与壳体(8)间连接的螺钉位于直口槽内，所述胶筒架(5)下部固定连接有胶筒(6)，所述胶筒(6)与卡瓦(7)下部的外滑套(1)上设置有斜凸面，所述斜凸面的角度不超过15
°
。4.根据权利要求3所述的高压气井可分离式自动分级降压装置，其特征在于：所述回收盖(2)侧壁开设有两组导气槽(21)，所述回收盖(2)侧壁的导气槽(21)与外滑套(1)上的直口槽连通，两组所述导气槽(21)分别与放置上压缩弹簧(4)的区域和放置下压缩弹簧(19)的区域连通。5.根据权利要求4所述的高压气井可分离式自动分级降压装置，其特征在于：所述上压缩弹簧(4)和下压缩弹簧(19)均有多组，与放置所述下压缩弹簧(19)的区域连通的导气槽(21)依次沿回收盖(2)、导气筒(3)、多级节流导气组件、支撑柱(18)连通，所述支撑柱(18)与导气筒(3)内的导气槽(21)均通过对应的环状导气槽连通。6.根据权利要求1所述的高压气井可分离式自动分级降压装置，其特征在于：所述多级节流导气组件为三级节流导气组件，所述三级节流导气组件包括由下至上依次层叠的下支撑筒(17)、中支撑筒(15)、上支撑筒(13)和顶部支撑筒(9)，所述下支撑筒(17)、中支撑筒(15)、上支撑筒(13)、顶部支撑筒(9)上均开设有第一采气槽(22)，所述下支撑筒(17)、中支撑筒(15)、上支撑筒(13)、顶部支撑筒(9)上的第一采气槽(22)由下至上依次缩短。7.根据权利要求6所述的高压气井可分离式自动分级降压装置，其特征在于：所述下支撑筒(17)放置在支撑柱(18)上，所述下支撑筒(17)内通过凸台设置有下节流通道(16)，所述中支撑筒(15)内通过凸台设置有中节流通道(14)，所述上支撑筒(13)内通过凸台设置有上节流通道(12)。8.根据权利要求7所述的高压气井可分离式自动分级降压装置，其特征在于：所述上节流通道(12)、中节流通道(14)、下节流通道(16)中间均开设有节流采气通道，所述节流采气通道上方有环形倒角，倒角斜面为15～45
°
，所述上节流通道(12)、中节流通道(14)、下节流通道(16)外壁面设有斜面，斜面不小于15
°
。9.根据权利要求7所述的高压气井可分离式自动分级降压装置，其特征在于：所述导气
筒(3)、顶部支撑筒(9)、上节流通道(12)、中节流通道(14)、下节流通道(16)中部贯通。10.根据权利要求7所述的高压气井可分离式自动分级降压装置，其特征在于：所述支撑套(20)底面开设有辐射状的通槽，所述通槽数量不少于4个。

技术总结
本发明公开了一种高压气井可分离式自动分级降压装置，包括壳体、回收盖和导气筒，壳体顶部与回收盖底部固定连接，壳体内套设有内滑套，内滑套顶端连接有弹簧支撑，弹簧支撑与回收盖之间设置有上压缩弹簧，壳体底部通过剪切销钉连接有支撑套，支撑套内设置有支撑柱，支撑柱上部下侧与内滑套底部上侧之间设置有下压缩弹簧，支撑柱与导气筒之间依次设置有多级节流导气组件，多级节流导气组件侧壁开设有多个第一采气槽，内滑套与壳体侧壁上分别开设有第二采气槽和第三采气槽。通过装置两端的压差和压缩弹簧的回复力自动控制内滑套的位置，进而实现各级采气槽的通闭，天然气进入不同采气槽会因流经的节流采气通道数量不同而得到不同等级的降压。同等级的降压。同等级的降压。


技术研发人员：赵武 蒋亦伟 姜冲 张凯 于淼 郭鑫
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：2022.04.24
技术公布日：2022/7/5