[发明专利]一种井下自动无级节流装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及天然气开采技术领域，具体涉及一种井下自动无级节流装置及方法。

背景技术

在天然气开采过程中，为满足地面设备的耐压要求，需要对天然气进行节流降压操作。目前，应用最广的节流装置及方法共分两种：1、井口节流。天然气通过井口节流装置后，压力骤降，体积突增。然而在突然降压引起的气体膨胀与焦耳-汤普森冷却效应的作用下，天然气温度也随之骤降，极大的提高了水合物生成，乃至冰堵发生的概率，造成地面设备堵塞，局部高压，热传导效率降低。2、井下节流。井下节流工艺可充分利用地温加热节流降温后的天然气，降低水合物产生概率。然而，现应用于天然气开采的井下节流装置，在单次下井的情况下，仅能实施一次节流操作。这就需要在关井停产的状态下，动用大量人员与专用设备投捞井下节流装置，且投捞工艺复杂、周期长、成功率低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种井下自动无级节流装置及方法，在充分利用地温加热天然气的同时，实现对天然气产量的实时与自动、无级调节，保证科学的天然气生产制度。

本发明目的是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提出了一种井下自动无级节流装置，主要包括：阀芯、套筒、阀套、弹簧、母接头、通孔、闸板、O型橡胶密封圈、阀套环空、节流孔、阀芯通道。下部阀芯外径与套筒内径相等，并紧密连接。其中，阀芯自下而上均为空心，且上部阀芯周向上布置有若干节流孔，节流降压后的天然气可经此流向上部油管柱。阀芯与阀套之间设有O型橡胶密封圈，用于共同密封未形成有效流通通道的节流孔。利用弹簧连接阀套与带有通孔的闸板，闸板外径与套筒内径相等，并紧密连接。利用阀套、弹簧及O型橡胶密封圈调节开放的节流孔数量，由此实现自动、无级节流。母接头与上部油管柱连接。

本发明所述阀芯、套筒、阀套均由硬质合金制成，延缓天然气对上述部件的冲蚀。

对于酸性气井，本发明所述部件均由耐蚀材料制成，延缓酸性气体对各部件的腐蚀。

另一方面，本发明提出了一种井下自动无级节流方法，所述方法为：首先，基于钻井、测井、试井数据，确定天然气压力；其次，根据油田总体开发方案，制定单口气井的生产制度，并据此确定单排节流孔尺寸、单排节流孔数量及节流孔总排数；最后，依据阀套力的平衡方程，设计弹簧劲度系数及相邻两排节流孔的间隔。

阀套上行时力的平衡方程：

kx＝PS-f(1)

阀套下行时力的平衡方程：

kx＝PS+f(2)

式中k——弹簧劲度系数，N/m；

x——相邻两排节流孔的间隔，m；

P——天然气压力，Pa；

S——阀套内顶面积，m²；

f——阀套与O型橡胶密封圈间的摩擦力，N。

本发明利用弹簧弹力与天然气压力、阀套与O型橡胶密封圈间的摩擦力的平衡关系，调节开放的节流孔数量，实现天然气的自动、无级节流。

在阀套内顶面与阀芯上端面接触时，仍有节流孔处于开放状态，以进行后期开采及井底排液。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明能依据实时天然气压力，自动、无级调节开放的节流孔数量，保障生产制度的顺利实施；

(2)本发明无需关井停产即可进行井下自动、无级节流，且无需专用设备，作业工艺简单。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式限制本发明的公开范围。另外，图中各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性，以帮助对本发明的理解，并不具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。

图1为本发明装置结构示意图。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明具体实施方式，仅用于本发明解释，而不能以任何方式理解为对本发明的限制。

如附图所示，本发明提出的一种井下自动无级节流装置，主要包括：阀芯1、套筒2、阀套3、弹簧4、母接头5、通孔6、闸板7、O型橡胶密封圈8、阀套环空9、节流孔10、阀芯通道11。

为使本发明的发明目的、技术方案及优点更加清晰，下面结合附图1对本发明的具体实施方式进行阐述。