CN108343404A - 一种天然气井智能节流器 - Google Patents

Abstract

本发明属于开采天然气的工具技术领域，具体涉及一种天然气井智能节流器，包括投放头、投放销钉、打捞头、提拉外管、节流控制调节单元、机械锚定坐封单元、坐封销钉和密封环，投放头通过投放销钉连接在打捞头的上部，提拉外管外套于打捞头的下部，节流控制调节单元连接在投放头的下部且位于打捞头和提拉外管的内侧，机械锚定坐封单元依次通过坐封销钉和密封环连接在节流控制调节单元的下部；解决了目前国内外的节流器均为固定气嘴节流器，在改变气井工作制度时，需取出节流器更换气嘴，增加了作业费用，影响正常生产，且存在作业事故隐患，本发明在更改工作制度时，可利用调节气嘴开度完成工作，简化工艺技术。

Description

一种天然气井智能节流器

技术领域

本发明属于开采天然气的工具技术领域，具体涉及一种天然气井智能节流器。

背景技术

在天然气开采生产过程中，需要在气井的井口装置中安装一个气嘴，以控制气井的产气量，达到平稳生产的目的。同时井下节流工艺技术是经井下气嘴节流后，利用地层热量加热防止产生冻堵现象，可有效阻止天然气采气过程中水合物的生成。但目前国内外的节流器均为固定气嘴节流器，在改变气井工作制度时，需要取出节流器更换气嘴。这种生产工艺一方面增加了作业费用，影响正常生产，并且存在作业事故隐患。

发明内容

本发明的目的是设计一种气嘴开度可调的井下智能可调节流器，在更改工作制度时，可利用调节气嘴开度完成工作，简化工艺技术,同时在节流器中存在节流前后压力温度传感器，可为测量地层参数提供数据。

为此，本发明提供了一种天然气井智能节流器，包括投放头、投放销钉、打捞头、提拉外管、节流控制调节单元、机械锚定坐封单元、坐封销钉和密封环，投放头通过投放销钉连接在打捞头的上部，提拉外管外套于打捞头的下部，节流控制调节单元连接在投放头的下部且位于打捞头和提拉外管的内侧，机械锚定坐封单元依次通过坐封销钉和密封环连接在节流控制调节单元的下部。

所述的节流控制调节单元包括无线天线、天线罩、无线模块及电路板模块、电路板外护管、上管接头、穿线管、上传感器座、电源、电源外护管、电机、电机安装架、电机外护管、限位开关、触发螺母、传动丝杠、轴承座、过气环、调节丝杠、气嘴、下管接头、下传感器座、压力温度传感器和连接固环，所述的天线罩、电路板外护管、上传感器座、电源外护管、电机外护管、轴承座、气嘴、下传感器座、压力温度传感器和连接固环从上向下依次连接，无线天线连接在天线罩内侧，无线模块及电路板模块连接上传感器座且位于电路板外护管内侧，电源连接在上传感器座和电机之间且电源位于电源外护管内侧，电机安装在电机安装架上，电机下部的输出轴连接传动丝杠，传动丝杠上设置触发螺母和限位开关，触发螺母连接限位开关，电机、电机安装架、限位开关、触发螺母和传动丝杠位于电机外护管内侧，气嘴的下端向内倾斜与轴承座之间形成锥形截面间隙，调节丝杠连接传动丝杠的下部且调节丝杠位于轴承座和气嘴之间形成的锥形截面间隙内，过气环外套在轴承座的下部，压力温度传感器从下向上依次通过下管接头、穿线管和上管接头连接无线模块及电路板模块。

所述的机械锚定坐封单元包括提拉挡环、卡瓦座、卡瓦、锥体、胶筒、隔环、上中心管、胶筒座、中心管连接体、锁定盖、锁爪、限位环、下中心管、活塞、解卡杆、密封体、密封盖、坐封推杆和过滤体，所述的锥体和提拉挡环均连接在密封环的下端，卡瓦座和卡瓦从上向下依次连接在锥体的外侧，坐封销钉的下部从上向下依次连接上中心管、中心管连接体和下中心管，上中心管套接胶筒、隔环和胶筒座，隔环上下两端均连接一个胶筒，胶筒位于锥体和胶筒座之间，胶筒座下部连接锁定盖，锁爪和限位环从上向下依次连接在中心管连接体上且锁爪和限位环均位于锁定盖的内侧，锁定盖和锁爪锁定连接，锁定盖、活塞和密封盖从上向下依次连接，密封体连接在活塞的下端且位于密封盖的内侧，解卡杆连接在下中心管内，坐封推杆安装在密封盖上且坐封推杆上端连接解卡杆，过滤体连接在密封盖的下端。

所述的节流控制调节单元还包括至推轴承，至推轴承连接在轴承座。

所述的锁定盖和锁爪均设有锁齿，所述锁齿为单向齿。

所述的解卡杆下端设有分瓣爪，下中心管内设有凹槽，分瓣爪嵌在凹槽内。

所述的过滤体外侧设有割缝。

所述的气嘴和轴承座之间的锥形截面的锥面角度不大于10°，轴承座和气嘴的连接处角度为90°。

本发明的有益效果：

天然气井智能节流器在节流器上集成控制部分，利用控制电机可调节节流气嘴口大小，控制调节产气制度；

天然气井智能节流器采用可调气嘴，只需一次下井，后期无需投捞更换节流气嘴，减少下井次数、提高生产效率、降低施工作业风险；

天然气井智能节流器上集成控制及检测模块，可测得节流气嘴前后压力及温度参数，根据参数计算分析自动调节节流气嘴口大小；

天然气井智能节流器上存在无线通信模块，可实现人工更改参数设置及节流气嘴口开度，同时可提取历史数据；

节流气嘴口采用锥面缝隙节流，锥面角度不大于10°，与控制器连接处角度为90°，充分考虑冲蚀速率与角度及材料关系，最大化降低冲蚀速率。

附图说明

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1是天然气井智能节流器的上半部分剖面结构示意图；

图2是天然气井智能节流器的下半部分剖面结构示意图。

附图标记说明：1、投放头；2、投放销钉；3、无线天线；4、天线罩；5、打捞头；6、无线模块及电路板模块；7、电路板外护管；8、上管接头；9、穿线管；10、上传感器座；11、提拉外管；12、电源；13、电源外护管；14、电机；15、电机安装架；16、电机外护管；17、限位开关；18、触发螺母；19、传动丝杠；20、至推轴承；21、轴承座；22、过气环；23、调节丝杠；24、气嘴；25、下管接头；26、下传感器座；27、压力温度传感器；28、连接固环；29、坐封销钉；30、密封环；31、提拉挡环；32、卡瓦座；33、卡瓦；34、锥体；35、胶筒；36、隔环；37、上中心管；38、胶筒座；39、中心管连接体；40、锁定盖；41、锁爪；42、限位环；43、下中心管；44、活塞；45、解卡杆；46、密封体；47、密封盖；48、坐封推杆；49、过滤体。

具体实施方式

实施例1：

如图1和图2所示，一种天然气井智能节流器，包括投放头1、投放销钉2、打捞头5、提拉外管11、节流控制调节单元、机械锚定坐封单元、坐封销钉29和密封环30，投放头1通过投放销钉2连接在打捞头5的上部，提拉外管11外套于打捞头5的下部，节流控制调节单元连接在投放头1的下部且位于打捞头5和提拉外管11的内侧，机械锚定坐封单元依次通过坐封销钉29和密封环30连接在节流控制调节单元的下部；所述的节流控制调节单元包括无线天线3、天线罩4、无线模块及电路板模块6、电路板外护管7、上管接头8、穿线管9、上传感器座10、电源12、电源外护管13、电机14、电机安装架15、电机外护管16、限位开关17、触发螺母18、传动丝杠19、轴承座21、过气环22、调节丝杠23、气嘴24、下管接头25、下传感器座26、压力温度传感器27和连接固环28，所述的天线罩4、电路板外护管7、上传感器座10、电源外护管13、电机外护管16、轴承座21、气嘴24、下传感器座26、压力温度传感器27和连接固环28从上向下依次连接，无线天线3连接在天线罩4内侧，无线模块及电路板模块6连接上传感器座10且位于电路板外护管7内侧，电源12连接在上传感器座10和电机14之间且电源12位于电源外护管13内侧，电机14安装在电机安装架15上，电机14下部的输出轴连接传动丝杠19，传动丝杠19上设置触发螺母18和限位开关17，触发螺母18连接限位开关17，电机14、电机安装架15、限位开关17、触发螺母18和传动丝杠19位于电机外护管16内侧，气嘴24的下端向内倾斜与轴承座21之间形成锥形截面间隙，调节丝杠23连接传动丝杠19的下部且调节丝杠23位于轴承座21和气嘴24之间形成的锥形截面间隙内，过气环22外套在轴承座21的下部，压力温度传感器27从下向上依次通过下管接头25、穿线管9和上管接头8连接无线模块及电路板模块6；无线天线3用于与通信仪对接，完成数据无线对接；无线模块及电路板模块6安装在上传感器座10上，用于控制无线信号接收发射、信号采集及电机控制功能；电源12安装在电源外护管13内与电机外护管16相连，用于为电机14及电路板提供电源；电机14安装在电机安装架15上电机输出轴与传动丝杠19相连，传动丝杠19上存在触发螺母18用于触发限位开关17以限制调节丝杠23位置；调节丝杠23通过轴承座21与气嘴24之间形成锥形截面间隙，通过电机控制调节杆与气嘴之间的间隙，等效形成不同节流口径到达调节功能；压力温度传感器27通过下管接头25、穿线管9和上管接头8将信号线接至无线模块及电路板模块6上，用于检测节流前压力，本发明的无线模块及电路板模块6、电源12、电机14、压力温度传感器27均为现有技术，本发明在节流器上集成控制部分，利用控制电机可调节节流气嘴24口大小，控制调节产气制度，采用可调气嘴24，只需一次下井，后期无需投捞更换节流气嘴，减少下井次数、提高生产效率、降低施工作业风险；集成控制及检测模块，可测得节流气嘴前后压力及温度参数，根据参数计算分析自动调节节流气嘴口大小，准确度高，天然气井智能节流器上存在无线通信模块，可实现人工更改参数设置及节流气嘴口开度，同时可提取历史数据，智能化程度高。

实施例2：

如图1和图2所示，在实施例1的基础上，：所述的机械锚定坐封单元包括提拉挡环31、卡瓦座32、卡瓦33、锥体34、胶筒35、隔环36、上中心管37、胶筒座38、中心管连接体39、锁定盖40、锁爪41、限位环42、下中心管43、活塞44、解卡杆45、密封体46、密封盖47、坐封推杆48和过滤体49，所述的锥体34和提拉挡环31均连接在密封环30的下端，卡瓦座32和卡瓦33从上向下依次连接在锥体34的外侧，坐封销钉29的下部从上向下依次连接上中心管37、中心管连接体39和下中心管43，上中心管37套接胶筒35、隔环36和胶筒座38，隔环36上下两端均连接一个胶筒35，胶筒35位于锥体34和胶筒座38之间，胶筒座38下部连接锁定盖40，锁爪41和限位环42从上向下依次连接在中心管连接体39上且锁爪41和限位环42均位于锁定盖40的内侧，锁定盖40和锁爪41锁定连接，锁定盖40、活塞44和密封盖47从上向下依次连接，密封体46连接在活塞44的下端且位于密封盖47的内侧，解卡杆45连接在下中心管43内，坐封推杆48安装在密封盖47上且坐封推杆48上端连接解卡杆45，过滤体49连接在密封盖47的下端；中心管由上中心管37、中心管连接体39、下中心管43组成，锁定盖40和锁爪41锁定连接起锁定限位作用，锁定盖40、活塞44、密封体46及密封盖47共同形成两个密封活塞腔体，用于提供节流器坐封力。

进一步的，所述的节流控制调节单元还包括至推轴承20，至推轴承20连接在轴承座21；至推轴承20用于承受轴向力其安装在轴承座21内，防止电机14因承受轴向力而损坏，延长使用寿命。

进一步的，所述的锁定盖40和锁爪41均设有锁齿，所述锁齿为单向齿；起锁定限位作用，结构简单，稳定性强。

进一步的，所述的解卡杆45下端设有分瓣爪，下中心管43内设有凹槽，分瓣爪嵌在凹槽内；用于机械限定下井后活塞力，结构简单且起到很好的限定作用。

进一步的，所述的过滤体49外侧设有割缝；过滤体49存在割缝，形成过滤网避免泥沙对节流器的堵塞。

进一步的，所述的气嘴24和轴承座21之间的锥形截面的锥面角度不大于10°，轴承座21和气嘴24的连接处角度为90°。充分考虑冲蚀速率与角度及材料关系，最大化降低冲蚀速率。

本发明的使用过程为：

1、投放坐封

向井下安装节流器时，将钢丝绳通过投送器与投放头1连接在一起，节流控制调节单元和机械锚定坐封单元通过坐封销钉29连接，解卡杆45下端存在分瓣爪卡入下中心管43凹槽内，利用投送器将节流器下放到预定位置时加快下放，当达到脱开速度时急刹车，此时钢丝绳将节流器拉住，打捞头5、提拉外管11、卡瓦座32、卡瓦33在惯性作用下下滑，卡瓦33即可固定悬挂在油管内壁上，同时解卡杆45下端分瓣爪从凹槽中滑出，在压力作用下，锁定盖40、活塞44、密封盖47、坐封推杆48上移，使锁定盖40上锁齿与锁爪41连接，胶筒35压缩封隔油管；

2、开度调节

节流器通过电机14控制调节丝杠23与气嘴24之间产生的锥形截面缝隙大小进行开度调节，电机14控制分自动和手动两种方式，

自动：在节流控制部分存在压力温度传感器27可检测节流前后压力温度参数，通过内部数据分析处理节流气嘴口大小是否需要调节，在需要调节时控制电机14，利用传动丝杠19带动调节丝杠23，使调节丝杠23与气嘴24截面缝隙改变；

手动：当需要人为读取井下压力温度数据或进行气嘴口开度调节时，下通信仪通过与节流器上端无线通信模块进行对接，提取井下节流前后压力温度数据，并通过上位机对节流口开度进行调节；

3、打捞

起出节流器时，将钢丝绳通过投捞器与投放头1相连，先利用震击器向下震击使得节流器座本体下移，让开卡瓦33限定，然后向上提拉钢丝绳，卡瓦座32向上移动到提拉挡环31，继续向上提拉锥体让开胶筒35位置，胶筒35在膨胀力作用下恢复，即可将节流器从井下起出来。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种天然气井智能节流器，其特征在于：包括投放头（1）、投放销钉（2）、打捞头（5）、提拉外管（11）、节流控制调节单元、机械锚定坐封单元、坐封销钉（29）和密封环（30），投放头（1）通过投放销钉（2）连接在打捞头（5）的上部，提拉外管（11）外套于打捞头（5）的下部，节流控制调节单元连接在投放头（1）的下部且位于打捞头（5）和提拉外管（11）的内侧，机械锚定坐封单元依次通过坐封销钉（29）和密封环（30）连接在节流控制调节单元的下部。

2.如权利要求1所述的天然气井智能节流器，其特征在于：所述的节流控制调节单元包括无线天线（3）、天线罩（4）、无线模块及电路板模块（6）、电路板外护管（7）、上管接头（8）、穿线管（9）、上传感器座（10）、电源（12）、电源外护管（13）、电机（14）、电机安装架（15）、电机外护管（16）、限位开关（17）、触发螺母（18）、传动丝杠（19）、轴承座（21）、过气环（22）、调节丝杠（23）、气嘴（24）、下管接头（25）、下传感器座（26）、压力温度传感器（27）和连接固环（28），所述的天线罩（4）、电路板外护管（7）、上传感器座（10）、电源外护管（13）、电机外护管（16）、轴承座（21）、气嘴（24）、下传感器座（26）、压力温度传感器（27）和连接固环（28）从上向下依次连接，无线天线（3）连接在天线罩（4）内侧，无线模块及电路板模块（6）连接上传感器座（10）且位于电路板外护管（7）内侧，电源（12）连接在上传感器座（10）和电机（14）之间且电源（12）位于电源外护管（13）内侧，电机（14）安装在电机安装架（15）上，电机（14）下部的输出轴连接传动丝杠（19），传动丝杠（19）上设置触发螺母（18）和限位开关（17），触发螺母（18）连接限位开关（17），电机（14）、电机安装架（15）、限位开关（17）、触发螺母（18）和传动丝杠（19）位于电机外护管（16）内侧，气嘴（24）的下端向内倾斜与轴承座（21）之间形成锥形截面间隙，调节丝杠（23）连接传动丝杠（19）的下部且调节丝杠（23）位于轴承座（21）和气嘴（24）之间形成的锥形截面间隙内，过气环（22）外套在轴承座（21）的下部，压力温度传感器（27）从下向上依次通过下管接头（25）、穿线管（9）和上管接头（8）连接无线模块及电路板模块（6）。

3.如权利要求2所述的天然气井智能节流器，其特征在于：所述的机械锚定坐封单元包括提拉挡环（31）、卡瓦座（32）、卡瓦（33）、锥体（34）、胶筒（35）、隔环（36）、上中心管（37）、胶筒座（38）、中心管连接体（39）、锁定盖（40）、锁爪（41）、限位环（42）、下中心管（43）、活塞（44）、解卡杆（45）、密封体（46）、密封盖（47）、坐封推杆（48）和过滤体（49），所述的锥体（34）和提拉挡环（31）均连接在密封环（30）的下端，卡瓦座（32）和卡瓦（33）从上向下依次连接在锥体（34）的外侧，坐封销钉（29）的下部从上向下依次连接上中心管（37）、中心管连接体（39）和下中心管（43），上中心管（37）套接胶筒（35）、隔环（36）和胶筒座（38），隔环（36）上下两端均连接一个胶筒（35），胶筒（35）位于锥体（34）和胶筒座（38）之间，胶筒座（38）下部连接锁定盖（40），锁爪（41）和限位环（42）从上向下依次连接在中心管连接体（39）上且锁爪（41）和限位环（42）均位于锁定盖（40）的内侧，锁定盖（40）和锁爪（41）锁定连接，锁定盖（40）、活塞（44）和密封盖（47）从上向下依次连接，密封体（46）连接在活塞（44）的下端且位于密封盖（47）的内侧，解卡杆（45）连接在下中心管（43）内，坐封推杆（48）安装在密封盖（47）上且坐封推杆（48）上端连接解卡杆（45），过滤体（49）连接在密封盖（47）的下端。

4.如权利要求3所述的天然气井智能节流器，其特征在于：所述的节流控制调节单元还包括至推轴承（20），至推轴承（20）连接在轴承座（21）。

5.如权利要求4所述的天然气井智能节流器，其特征在于：所述的锁定盖（40）和锁爪（41）均设有锁齿，所述锁齿为单向齿。

6.如权利要求5所述的天然气井智能节流器，其特征在于：所述的解卡杆（45）下端设有分瓣爪，下中心管（43）内设有凹槽，分瓣爪嵌在凹槽内。

7.如权利要求6所述的天然气井智能节流器，其特征在于：所述的过滤体（49）外侧设有割缝。

8.如权利要求7所述的天然气井智能节流器，其特征在于：所述的气嘴（24）和轴承座（21）之间的锥形截面的锥面角度不大于10°，轴承座（21）和气嘴（24）的连接处角度为90°。