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申请/专利权人：中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司江汉油田分公司石油工程技术研究院

摘要：本发明公开了一种适应复杂井筒结构的组合式快速柱塞，包括多组弹块式柱塞，相邻组弹块式柱塞之间通过连接管连接，最上端的弹块式柱塞连接打捞头，最下端的弹块式柱塞连接卸载逃逸装置，在多组弹块式柱塞形成的管柱内部设有内活动杆，所述内活动杆包括上撞杆和下撞杆，每个弹块式柱塞的弹块上固设有径向滑销，在内活动杆上对应每组弹块式柱塞设有内收机构，在内收机构上设有与径向滑销端头相配置的内收槽，通过内收槽与径向滑销端头的相互嵌合，实现弹块式柱塞外径收缩变小。本发明可以改变传统柱塞要依靠关井才能使柱塞下行至井底的状态，实现气井连续生产，提高气井柱塞的举升效率，适应低产页岩气井高效生产。

主权项：1.一种适应复杂井筒结构的组合式快速柱塞，其特征在于：包括多组弹块式柱塞，相邻组弹块式柱塞之间通过连接管连接，最上端的弹块式柱塞连接打捞头，最下端的弹块式柱塞连接卸载逃逸装置，在多组弹块式柱塞形成的管柱内部设有内活动杆，所述内活动杆包括上撞杆和下撞杆，每个弹块式柱塞的弹块上固设有径向滑销，在内活动杆上对应每组弹块式柱塞设有内收机构，在内收机构上设有与径向滑销端头相配置的内收槽，通过内收槽与径向滑销端头的相互嵌合，实现弹块式柱塞外径收缩变小，所述卸载逃逸装置包括泄压套、阀杆、卸载弹簧、调整螺母，所述泄压套内部设置有一锥形泄压孔，该锥形泄压孔的锥面与阀杆相适配；阀杆外周套装有卸载弹簧，所述卸载弹簧的一端与锥形泄压孔的端面相抵接，下端与安设在阀杆下端的调整螺母端面相抵接，最下端的撞杆伸入阀杆的中心孔内并与其密封配置，在泄压套上设有泄压孔，所述泄压套的下端与下接头相连，所述内收槽为燕尾槽，径向滑销的端头形状与燕尾槽相配置，所述弹块式柱塞包括柱塞本体，在柱塞本体上至少设有一组弹块，每组弹块包括沿柱塞本体周向方向均匀布置的多个弹块，所述弹块内壁与柱塞本体外壁之间抵接复位弹簧，弹块的两端通过其两端的连接件压装在柱塞本体的两端凹槽内，每组弹块对应设置一组径向滑销，在柱塞本体上对应每组径向滑销设有径向通孔，径向滑销的外端头伸出径向通孔外，并与径向通孔滑移配置，所述内收机构为安设在内活动杆上的花键，在花键的周向设有多个燕尾槽，燕尾槽的数量与弹块式柱塞上的径向滑销的数量相同，滑销外端为一楔形凸台，滑销的楔形凸台的两侧为翼侧面，翼侧面的上下端为向弹块侧倾斜的斜面，所述燕尾槽的下端为与滑销翼侧面相配合的向外倾斜的斜面。

全文数据：一种适应复杂井筒结构的组合式快速柱塞技术领域本发明涉及一种页岩气开采工具，尤其涉及一种适应复杂井筒结构的组合式快速柱塞。背景技术柱塞排采是一种充分利用地层能量实现气井排水采气的举升方式。在实施柱塞排采的页岩气井内，柱塞的作用主要是作为液体和气体的界面，依靠来自于气井自身形成的油套压差，使柱塞能够从井底运行至井口并带出井筒内积液，降低井底流压。通常情况下，柱塞与油管采取过盈配合，上下运行主要是通过地面装置控制气动阀打开或关闭气井实现，即气动阀开启气井生产时，柱塞带液上行至井口，气动阀关闭气井时，柱塞上下压力平衡，并依靠自身重量克服井内流体的托举力，下行至油管设定位置，在这一过程中，柱塞始终与油管保持贴合。由地面装置控制气井开关实现柱塞运行状态切换的这一控制方式带来了两个实际问题：一是需要关闭气井才可以使柱塞下行至油管设定位置，在一定程度上缩短了气井持续生产时间；二是柱塞即使在关闭气井的状况下下行，也会因油管内的气井的托举作用，导致柱塞会下行缓慢，也影响力整个技术的生产效率。发明内容本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种适应复杂井筒结构的组合式快速柱塞，以提高气井柱塞的举升效率，适应低产页岩气井高效生产。本发明所采用的技术方案为：适应复杂井筒结构的组合式快速柱塞，其特征在于：包括多组弹块式柱塞，相邻组弹块式柱塞之间通过连接管连接，最上端的弹块式柱塞连接打捞头，最下端的弹块式柱塞连接卸载逃逸装置，在多组弹块式柱塞形成的管柱内部设有内活动杆，所述内活动杆包括上撞杆和下撞杆，每个弹块式柱塞的弹块上固设有径向滑销，在内活动杆上对应每组弹块式柱塞设有内收机构，在内收机构上设有与径向滑销端头相配置的内收槽，通过内收槽与径向滑销端头的相互嵌合，实现弹块式柱塞外径收缩变小。按上述技术方案，所述内收槽为燕尾槽，径向滑销的端头形状与燕尾槽相配置。按上述技术方案，所述弹块式柱塞包括柱塞本体，在柱塞本体上至少设有一组弹块，每组弹块包括沿柱塞本体周向方向均匀布置的多个弹块，所述弹块内壁与柱塞本体外壁之间抵接复位弹簧，弹块的两端通过其两端的连接件压装在柱塞本体的两端凹槽内，每组弹块对应设置一组径向滑销，在柱塞本体上对应每组径向滑销设有径向通孔，径向滑销的外端头伸出径向通孔外，并与径向通孔滑移配置。按上述技术方案，所述内收机构为安设在内活动杆上的花键，在花键的周向设有多个燕尾槽，燕尾槽的数量与弹块式柱塞上的径向滑销的数量相同，滑销外端为一楔形凸台，滑销的楔形凸台的两侧为翼侧面，翼侧面的上下端为向弹块侧倾斜的斜面，所述燕尾槽的下端为与滑销翼侧面相配合的向外倾斜的斜面。按上述技术方案，上撞杆的上部设有限位凸台，与打捞头的台阶孔相配置，下撞杆的下部设有限位凸台，与卸载逃逸装置的台阶孔相配置。按上述技术方案，锁爪8的上端为带有内螺纹的环形件，在环形件的下端沿周向设有多个爪手，爪手的下端内壁设有向中心线方向凸起的凸台，与撞杆上的凹槽相配置。按上述技术方案，所述内活动杆包括依次相连的上撞杆、套环、储存管、联动杆、下撞杆，设有两组弹块式柱塞，第一组弹块式柱塞对应设置在上撞杆处，在上撞杆处设有内收机构，在联动杆处设置第二组弹块式柱塞，并对应设置内收机构。按上述技术方案，存储管内部为一个空腔结构，用于存储井下的测试仪器，实现对对井筒内温度、压力等数据的测试与记录。按上述技术方案，在撞杆上设有长圆形径向长孔，其开孔长度与撞杆最大下行距离相适配，在长圆形径向通孔内穿装有防转销，所述防转销的两端穿装在柱塞本体上设置的贯穿孔内。按上述技术方案，所述卸载逃逸装置包括泄压套、阀杆、卸载弹簧、调整螺母，所述泄压套内部设置有一锥形泄压孔，该锥形泄压孔的锥面与阀杆相适配；阀杆外周套装有卸载弹簧，所述卸载弹簧的一端与锥形泄压孔的端面相抵接，下端与安设在阀杆下端的调整螺母端面相抵接，最下端的撞杆伸入阀杆的中心孔内并与其密封配置，在泄压套上设有泄压孔，所述泄压套的下端与下接头相连。本发明所取得的有益效果为：1、本发明可以使所有使用该柱塞的气井，在柱塞快速上行到井口后，通过柱塞的冲击，使最上端的撞杆被迫下行，从而切换柱塞的密封状态，实现依靠重力在正在生产的气井内快速下行至井底；在柱塞快速到达井底后，通过柱塞的冲击，使下撞杆被迫上行，从而使弹块恢复与油管的密封状态，实现依靠柱塞上下压差，使柱塞带液并快速上行至井口，如此往复气井就可以改变传统柱塞要依靠关井才能使柱塞下行至井底的状态，实现气井连续生产。2、通过设置卸载逃逸装置，使柱塞上部的液柱压力超过调载弹簧的预定设计压力，阀杆即会向下压缩弹簧，并使柱塞上部流体可以通过泄压套上设置的泄压孔，泄入到柱塞下部油管内，直到调载弹簧能够克服液柱压力使密封阀杆恢复密封状态，以实现卸载的目的，从而实现大液量气井内进行少量多次带液效。3、通过设置存储管可以实现在柱塞内安装多种测试仪器，以便于测试和记录井下各种数据，由于柱塞可以在井内多次上行和下行，并可以在井口被捕捉，因此可以改变原来只依靠通过下入钢丝或者连续油管进行井下数据测试的方式，极大的降低作业成本。附图说明图1为本发明的结构图。图2为滑销与花键的局部放大图。图3为滑销与花键还未相互作用时的横截面视图。图4为滑销与花键相互作用是的横截面视图。1、上撞杆；2、打捞头；3、上防转销；4、弹块；5、滑销；6、复位弹簧；7、上本体；8、上锁爪；9、连接管；10、套环；11、存储管；12、联动杆；13、连接套；14、下锁爪；15、下本体；16、中支环；17、下防转销；18、泄压套；19、下撞杆；20、卸载弹簧；21、阀杆；22、调整螺母；23、下接头。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步说明。如图1所示，本实施例提供了一种适应复杂井筒结构的组合式快速柱塞，包括多组弹块式柱塞，每组弹块式柱塞包括至少一个弹块式柱塞，相邻组弹块式柱塞之间通过连接管9连接，最上端的弹块式柱塞连接打捞头2，最下端的弹块式柱塞连接卸载逃逸装置。在多组弹块式柱塞形成的管柱内部设有内活动杆，内活动杆包括上撞杆和下撞杆，每个弹块式柱塞的弹块上固设有径向滑销，在内活动杆上上对应每个弹块式柱塞设有内收机构，在内收机构上设有与径向滑销端头相配置的内收槽，通过内收槽与径向滑销端头的相互嵌合，实现弹块式柱塞外径收缩变小。所述弹块式柱塞包括柱塞本体，在柱塞本体上至少设有一组弹块，每组弹块包括沿柱塞本体周向方向均匀布置的多个弹块，所述弹块内壁与柱塞本体外壁之间抵接复位弹簧，弹块的两端通过其两端的连接件嵌设在柱塞本体的两端凹槽内，每组弹块对应设置一组径向滑销，在柱塞本体上对应每组径向滑销设有径向通孔，径向滑销的外端头伸出径向通孔外，并与径向通孔滑移配置。本实施例以设有两组弹块式柱塞为例进行说明，第一组弹块式柱塞的柱塞本体上设有一组弹块，第二组弹块式柱塞的柱塞本体上设有两组弹块，为了便于区分，本实施例将第一组中的弹块式柱塞命名为上弹块式柱塞，第二组中的弹块式柱塞命名为下弹块式柱塞。第一组弹块式柱塞与第二组弹块式柱塞之间通过连接管9连接。其中，内活动杆包括依次相连的上撞杆、套环、储存管、联动杆、下撞杆，设有两组弹块式柱塞，第一组弹块式柱塞对应设置在上撞杆处，在上撞杆处设有内收机构，在联动杆处设置第二组弹块式柱塞，并对应设置内收机构。其中内收机构与弹块的组数数量相对应。所述弹块式柱塞包括柱塞本体7，柱塞本体7的上部设置有外螺纹实现与打捞头2螺纹连接，下部设置有外螺纹实现与连接管9连接；在柱塞本体7周向方向均匀布置有4个弹块4，所述弹块4内壁与上柱塞本体7外壁之间抵接两组复位弹簧6呈对称设置，弹块4的两端嵌设在柱塞本体的两端凹槽内，并分别通过打捞头2和连接管9压装在凹槽内。所述弹块4外表面与油管可以实现有效贴合，使柱塞可以最大程度的密封油管；所述弹块4与柱塞本体7之间安装有复位弹簧6，在工作状态下，复位弹簧6被压缩并产生弹性力有效支撑弹块4，使弹块4可以有效结合油管内壁；弹块4的两端通过打捞头2和连接管9实现限位。每个弹块式柱塞的弹块4上固设有径向滑销5，在柱塞本体7上设有径向通孔，径向滑销5的外端头伸出径向通孔外，并与径向通孔滑移配置。在上撞杆1上设有限位凸台，与打捞头2的台阶孔相抵接，最下端的撞杆19的下端设有限位凸台，与卸载逃逸装置的台阶孔相配置。所述内收机构为安设在撞杆1上的花键24，在花键24的周向设有多个燕尾槽25，燕尾槽25的数量与弹块式柱塞上的径向滑销5的数量相同。花键的开口与滑销外端的形状相适配。本实施例中，滑销5外端为一楔形凸台，滑销的楔形凸台的两侧为翼侧面27，翼侧面27的上下端为向弹块侧倾斜的斜面28，所述燕尾槽的下端为与滑销翼侧面相配合的向外倾斜的斜面26。所述的楔形凸台在上撞杆1下行时，燕尾槽的下端斜面与滑销翼侧面的斜面相互配合，在斜面的作用下，对滑销产生一个径向方向的力，从而使滑销向组合式柱塞中心线方向移动，使弹块4能够联动的向内压缩弹簧，并实现收缩，当滑销的翼侧面的斜面与花键的斜面配合完成后，滑销的中部翼侧面滑入等宽的燕尾槽中，通过组合式柱塞上所有花键与滑销的配合运动，实现整个柱塞外径的收缩变小，这一外径变小的结果会在上撞杆复位以后恢复到初始状态。本实施例中，在柱塞本体7的下端还螺纹连接有锁爪8，锁爪8的上端为带有内螺纹的环形件，在环形件的下端沿周向设有多个爪手，爪手的下端内壁设有向中心线方向凸起的凸台，与撞杆上的凹槽相配置，由于各个爪手是间隔设置的，爪手形成的锁爪的下端具有一定的弹性力。上撞杆1的限位凸台与打捞头2的台阶孔相抵接时，处于上死点，即限位凸台上表面与打捞头内部端面接触，所述上撞杆1处于上死点后，锁爪8的凸起与上撞杆1上的凹槽相配合，即锁爪8的凸起处正好处于上撞杆的凹槽内，因锁爪可以产生一定的弹性力，可以避免上撞杆产生移动；所述上撞杆1在顶部受到撞击后，会产生一个向下的力，使上撞杆1的凹槽能够撑开锁爪的爪手，并下行一定距离，这一距离可以使上撞杆上的花键与滑销产生配合，从而实现通过撞击上撞杆实现弹块收缩。在上撞杆1上设有长圆形径向长孔，其开孔长度与上撞杆最大下行距离相适配，在长圆形径向通孔内穿装有防转销3，所述防转销3的两端穿装在柱塞本体7上设置的贯穿孔内。本实施例中，上撞杆1下部设置有外螺纹，与套环10、存储管11依次连接。所述套环10内部设置有内螺纹与上撞杆1下部设置的外螺纹实现紧固连接，存储管11内部为一个空腔结构，用于存储井下的测试仪器，实现对对井筒内温度、压力等数据的测试与记录。所述连接管下部依次连接有连接套13，通过连接套13连接第二组弹块式柱塞后再连接泄压套18，第二组弹块式柱塞的结构与第一组中弹块式柱塞的结构相同，即每一组柱塞的弹块与下本体之间均安装有弹簧，弹块上设置的滑销均与相应的花键相适配，可以在上撞杆受到撞击时，使滑销向内移动一定距离，并带动弹块实现收缩；第二组弹块式柱塞的两弹块式柱塞之间通过中支环将两弹块压装在下本体的凹槽内，在下本体上部还设置有一内螺纹孔，实现与下锁爪14紧固连接；所述下本体中部还设置有一贯穿孔，该贯穿孔内安装有下防转销17，所述下防转销17的两端穿装在中支环的安装孔上。本实施例中，存储管11下部依次安装有联动杆12、下撞杆。所述联动杆上从上之下分别设置有凹槽、花键、凸台等，所述花键数量与组合式柱塞的组数相同；所述联动杆上部设置有一凹槽并与下锁爪适配，即在上撞杆处于上死点处时，下锁爪的凸起处正好处于联动杆的凹槽内，因锁爪可以产生一定的弹性力，可以避免联动杆产生移动；所述上撞杆在顶部受到撞击后，会产生一个向下的力，使联动杆的凹槽能够撑开锁爪，并下行一定距离，这一距离可以使联动杆上的花键与组合柱塞的滑销产生配合，从而实现通过撞击上撞杆实现全部弹块收缩。本实施例中，在打捞头上设有与内部通道相连通的过流孔29，所述卸载逃逸装置包括泄压套18、阀杆21、卸载弹簧20、调整螺母22，所述泄压套18内部设置有一锥形泄压孔，该锥形泄压孔的锥面与阀杆21相适配；阀杆21外周套装有卸载弹簧20，所述卸载弹簧20的一端与锥形泄压孔的端面相抵接，下端与调整螺母22端面相抵接，所述调整螺母22安装在泄压套18下部设置的内螺纹处，并通过调整螺纹的安装位置，实现对卸载弹簧进行压缩，并改变弹簧力的大小，通过改变弹簧力大小，实现对阀杆下推力的调整；所述泄压套18下本体内的螺纹还连接有下接头23。最下端的撞杆19伸入阀杆21的中心孔内并与其密封配置，在泄压套18上设有泄压孔。本发明所介绍的适应复杂井筒结构的组合式快速柱塞通过在内部依次安装上撞杆、存储管、联动杆、下撞杆的方式，实现了通过撞击上撞杆1顶部，使全部弹块收缩，切换柱塞弹块原有的密封状态，即通过撞击上撞杆，使全部弹块收缩不在紧密贴合油管内壁，从而实现了柱塞上下压力的快速平衡，并降低油管内气体的托举作用。其带来的显著好处就是，可以使所有使用该柱塞的气井，在柱塞快速上行到井口后，通过柱塞的冲击，使上撞杆被迫下行，从而切换柱塞的密封状态，实现依靠重力在正在生产的气井内快速下行至井底；在柱塞快速到达井底后，通过柱塞的冲击，使下撞杆被迫上行，从而使弹块恢复与油管的密封状态，实现依靠柱塞上下压差，使柱塞带液并快速上行至井口，如此往复气井就可以改变传统柱塞要依靠关井才能使柱塞下行至井底的状态，实现气井连续生产。本发明通过设置泄压套、下撞杆、卸载弹簧、阀杆、调整螺母，使柱塞上部的液柱压力超过调载弹簧的预定设计压力柱塞上部的液体从打捞头上的过流孔流入内部，阀杆即会向下压缩卸载弹簧，并使柱塞上部流体可以通过泄压套上设置的泄压孔，泄入到柱塞下部油管内，直到卸载弹簧能够克服液柱压力使密封阀杆恢复密封状态，以实现卸载的目的，从而实现大液量气井内进行少量多次带液效。本发明通过设置存储管可以实现在柱塞内安装多种测试仪器，以便于测试和记录井下各种数据，由于柱塞可以在井内多次上行和下行，并可以在井口被捕捉，因此可以改变原来只依靠通过下入钢丝或者连续油管进行井下数据测试的方式，极大的降低作业成本。

权利要求：1.一种适应复杂井筒结构的组合式快速柱塞，其特征在于：包括多组弹块式柱塞，相邻组弹块式柱塞之间通过连接管连接，最上端的弹块式柱塞连接打捞头，最下端的弹块式柱塞连接卸载逃逸装置，在多组弹块式柱塞形成的管柱内部设有内活动杆，所述内活动杆包括上撞杆和下撞杆，每个弹块式柱塞的弹块上固设有径向滑销，在内活动杆上对应每组弹块式柱塞设有内收机构，在内收机构上设有与径向滑销端头相配置的内收槽，通过内收槽与径向滑销端头的相互嵌合，实现弹块式柱塞外径收缩变小。2.根据权利要求1所述的组合式快速柱塞，其特征在于：所述内收槽为燕尾槽，径向滑销的端头形状与燕尾槽相配置。3.根据权利要求1或2所述的组合式快速柱塞，其特征在于：所述弹块式柱塞包括柱塞本体，在柱塞本体上至少设有一组弹块，每组弹块包括沿柱塞本体周向方向均匀布置的多个弹块，所述弹块内壁与柱塞本体外壁之间抵接复位弹簧，弹块的两端通过其两端的连接件压装在柱塞本体的两端凹槽内，每组弹块对应设置一组径向滑销，在柱塞本体上对应每组径向滑销设有径向通孔，径向滑销的外端头伸出径向通孔外，并与径向通孔滑移配置。4.根据权利要求3所述的组合式快速柱塞，其特征在于：所述内收机构为安设在内活动杆上的花键，在花键的周向设有多个燕尾槽，燕尾槽的数量与弹块式柱塞上的径向滑销的数量相同，滑销外端为一楔形凸台，滑销的楔形凸台的两侧为翼侧面，翼侧面的上下端为向弹块侧倾斜的斜面，所述燕尾槽的下端为与滑销翼侧面相配合的向外倾斜的斜面。5.根据权利要求1或2所述的组合式快速柱塞，其特征在于：上撞杆的上部设有限位凸台，与打捞头的台阶孔相配置，下撞杆的下部设有限位凸台，与卸载逃逸装置的台阶孔相配置。6.根据权利要求1或2所述的组合式快速柱塞，其特征在于：锁爪8的上端为带有内螺纹的环形件，在环形件的下端沿周向设有多个爪手，爪手的下端内壁设有向中心线方向凸起的凸台，与撞杆上的凹槽相配置。7.根据权利要求1或2所述的组合快速柱塞，其特征在于：所述内活动杆包括依次相连的上撞杆、套环、储存管、联动杆、下撞杆，设有两组弹块式柱塞，第一组弹块式柱塞对应设置在上撞杆处，在上撞杆处设有内收机构，在联动杆处设置第二组弹块式柱塞，并对应设置内收机构。8.根据权利要求7所述的组合式快速柱塞，其特征在于：存储管内部为一个空腔结构，用于存储井下的测试仪器，实现对对井筒内温度、压力等数据的测试与记录。9.根据权利要求1或2所述的组合快速柱塞，其特征在于：在撞杆上设有长圆形径向长孔，其开孔长度与撞杆最大下行距离相适配，在长圆形径向通孔内穿装有防转销，所述防转销的两端穿装在柱塞本体上设置的贯穿孔内。10.根据权利要求1或2所述的组合快速柱塞，其特征在于：所述卸载逃逸装置包括泄压套、阀杆、卸载弹簧、调整螺母，所述泄压套内部设置有一锥形泄压孔，该锥形泄压孔的锥面与阀杆相适配；阀杆外周套装有卸载弹簧，所述卸载弹簧的一端与锥形泄压孔的端面相抵接，下端与安设在阀杆下端的调整螺母端面相抵接，最下端的撞杆伸入阀杆的中心孔内并与其密封配置，在泄压套上设有泄压孔，所述泄压套的下端与下接头相连。

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