一种前置旋转阀的射流式清管装置

1.本发明涉及一种前置旋转阀的射流式清管装置，用于管道排液、泡沫排液等清管施工。


背景技术：

2.天然气开采中难免遇到气井出水的问题，即便是通过站场设备的分离，天然气输送管线仍然面临积液问题。另一方面，长距离管道输气过程中，由于弯头、管道起伏、阀门等的影响，气体状态产生显著变化，从而导致管内天然气产生凝液。管内液体会逐渐聚居在低洼区段，造成半管、满管的堵塞，降低管线输送能力，严重时甚至会封堵管线，导致管线无法正常运营。
3.目前管线运营方通常根据管道压降变化来安排清管作业，即管线压降增加到一定程度后，采用清管器将管内液体推扫出管道。清管器在后端气体的推动下向前运行，在起伏管道等复杂工况下，清管器前后端压差波动剧烈，清管器前端积液容易泄流到清管器后端。经过长距离的磨损，清管器皮碗难以达到较好的密封效果，加速了前端液体的回流。这样造成常规清管器排液效果欠佳，往往需要多次清管才能达到管道压降控制的目的。另一方面，对于大量积液的管道，常规清扫型清管器进行排液作业容易发生清管器卡顿和水击等故障，极大的影响气田正常生产和运营。
4.基于以上背景，相关学者提出了管内泡沫排水的施工工艺，即在管内注入一定量的发泡剂，清管器开设过流孔，气体从清管器前端喷射而出，将添加了发泡剂的液体转化为泡沫向前输送。在清管器遇到大量积液的低洼地段，气体持续喷射而出，将其前端积液逐渐排出。
5.对于清管器泡沫排液施工，过去采用在清管器骨架或皮碗上开设过流孔的方式，清管器后端气体向前喷射并与液体混合产生泡沫。另外，专利cn2013201672736公布了一种清除集气管道积液的水力旋流清管器，该方案在清管器前端设置多个倾斜的射流喷嘴。
6.清管器前后端压差主要由皮碗与管道的接触力决定，在相对清洁的管道内运行时，其前后端压差通常在0.3~0.7bar范围之内。在积液量较少的情况下，后端气体能够轻松的推动清管器和前端积液向前运行。由于管内气体的可压缩性，清管器及其前端液体运行状态复杂多变，会产生速度波动和压差波动。这样，清管器前端液体容易从顶部位置的过流孔回流到清管器后端。另一方面，由于清管器前后端压差相对较小，在前端积液静压作用下，清管器底部位置的过流孔/射流孔难以正常工作，气流主要从清管器顶部位置的过流孔/射流孔流向前端；这样造成泡排作业过程中发泡效果不好，同时对管道底部冲刷效果不好。
7.专利cn2019106639929、cn2019106639312、cn2019106639327等，公开了定向射流型清管器，通过不倒翁原理，将清管器前端位于低部的射流孔打开，实现定向朝着管道低部喷射的目的。但是上述方案中，射流通道始终保持打开状态，管内复杂工况下，清管器前端射流孔堵塞会直接影响射流效果；并且，由于流道始终打开，再清管器卡堵时，难以有效建
立压差驱动清管器越障。
8.专利us 20040194809al公开了一种带单向阀的清管器，该方案中射流通道和单向阀压力传递通道相同，射流喷嘴位于清管器前端中心位置。专利us 20040194809al存在以下问题：（1）管内复杂工况下，清管器前端射流孔堵塞会直接影响单向阀的开启动作；（2）由于单向阀压力采集通道和射流通道合二为一，射流通道不能单独设计，射流通道过小；（3）单向阀打开状态，射流通道及喷嘴的节流效应，会引起单向阀前后端压差变化，造成单向阀振动及射流不规律等问题。
9.基于以上背景，将射流清管器的压力采集和射流两个部分分开设计，用于管道泡沫排液施工，解决介质回流问题，解决单向阀式清管器压力感应通道容易堵塞的问题、流道过小、节流效应引起单向阀振动及射流不规律等问题，具有现实意义和应用前景。


技术实现要素：

10.本发明的目的：解决流道常开的射流清管器介质回流问题，解决单向阀式射流清管器压力感应通道容易堵塞、流道小、节流效应引起单向阀振动及射流不规律等问题。
11.其技术方案如下。
12.一种前置旋转阀的射流式清管装置，包括后挡板、皮碗、筒体、转阀、缸体、活塞、弹簧、喷嘴，其特征在于：筒体整体为带底座的圆筒形，筒体两端设置皮碗；筒体底座中间位置设置引压孔；筒体底座前端设置喷嘴，并在喷嘴安装位置设置通孔；筒体内设置缸体，所述缸体为圆筒形并安装到筒体底座中间位置；转阀包括圆筒形的主体，所述主体套在缸体外；转阀还包括底板，所述底板为圆盘形并与筒体的底座贴合；转阀的底板在筒体底座通孔位置设置通孔；转阀远离底板的一端与后挡板接触，后挡板与筒体连接；后挡板设置过流孔，所述过流孔与筒体内腔连通；缸体内安装活塞，活塞与筒体底座之间设置弹簧；活塞设置纵向滑槽，缸体在活塞所述纵向滑槽的位置设置限位销；活塞设置螺旋槽，缸体在所述螺旋槽对应位置设置环形开口槽；销钉穿过所述环形开口槽，一端固定到转阀上，另一端嵌入活塞的螺旋槽。
13.清管器前后端设置挂钩，所述挂钩位于清管器中心位置。
14.至少2个喷嘴在筒体圆周方向均匀布置。
15.本发明具有的有益效果是：（1）射流通道通过压力开启，压力可调；（2）压力感应通道和射流通道分开设计，互不干扰，避免喷嘴节流效应引起单向阀压力波动，造成抖动和射流不规律等问题；（3）压力感应通道和射流通道分开，两者尺寸可以灵活设计，有利于提高射流通道截面积，提高射流流量；（4）本发明采用活塞驱动转阀旋转，转阀直接控制射流通道的开合，控制单元到喷嘴流道简单可靠；（5）活塞移动通过螺旋槽转化为转阀旋转，清管器前后端压差通过螺旋槽放大，压力感应系统更加灵敏。
附图说明
16.图1为本发明的结构简图。
17.图2为图1的a-a剖视图。
18.图3为图1的b-b剖视图。
19.图中：1.挂钩；2.后挡板；3.隔板；4.皮碗；5.筒体；6.转阀；7.缸体；8.活塞；9.弹簧；10.前挡板；11.喷嘴。
具体实施方式
20.本发明不受下述实施实例的限制，可以根据本发明的技术方案和实际情况来确定具体的实施方式。上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布局方向来确定的。
21.本发明所述装置设置在管道内，装置通过皮碗4与管道接触。筒体5整体为带底座的圆筒形，筒体5前后端设置皮碗4并分别用前挡板10和后挡板2固定，前挡板10和后挡板2与筒体5通过螺栓连接；相邻皮碗4之间设置隔板3。
22.筒体5底座设置在前端，筒体5内设置缸体7，所述缸体7为圆筒形并安装到筒体5底座中间位置。筒体5底座中间位置设置引压孔。
23.转阀6包括圆筒形的主体，所述转阀6的主体套在缸体7外并与缸体7的外圆柱面配合；转阀6还包括底板，所述底板为圆盘形并与转阀6的主体连接，所述底板与筒体5的底座贴合。筒体5底座前端设置喷嘴11，至少2个喷嘴11在筒体5圆周方向均匀布置。筒体5在喷嘴11安装位置设置通孔，所述通孔与喷嘴11连通；转阀6的底板在筒体5底座通孔位置设置通孔，转阀6底板与筒体5底座圆周方向对齐后，转阀6底板的通孔，与筒体5底座的通孔连通。
24.后挡板2设置在本发明所述装置的后端，转阀6远离底板的一端与后挡板2接触，后挡板2与筒体5螺栓连接，后挡板2将转阀6进行轴向限位，限制转阀6轴向移动。后挡板2设置过流孔，所述过流孔与筒体5内腔连通。
25.缸体7内安装活塞8，活塞8整体为圆柱体，活塞8与筒体5底座之间设置弹簧9。当清管器压差增大，克服弹簧9推力，然后驱动活塞8向前移动。
26.活塞8设置纵向滑槽，缸体7在活塞8所述纵向滑槽的位置设置限位销，所述限位销限制活塞8的转动，保持活塞8直线运动。
27.活塞8设置螺旋槽，缸体7在所述螺旋槽对应位置设置环形开口槽；销钉穿过所述环形开口槽，所述销钉一端固定到转阀6上，另一端嵌入活塞8的螺旋槽。这样，活塞8直线运动，通过活塞8螺旋槽、缸体7的环形开口槽以及销钉的配合，转换成转阀6的旋转运动。
28.为方便清管器连接其他部件，或者方便清管器收发球施工，在清管器前端设置挂钩1，所述挂钩1位于清管器中心位置，挂钩1连接到筒体5底座上。
29.本发明的原理是：清管器在天然气管道内运行，管内积液聚集在清管器前端，当清管器阻力增大，其前后端驱动压差增加，活塞8两边受到清管器两端压力差作用。当清管器前后端压力差足够大时，活塞8压差克服弹簧9作用力向右移动，活塞8的环槽通过销钉带动转阀6旋转，从而打开转阀6前端底板通孔，所述通孔与喷嘴11连通；清管器后端气体从喷嘴11位置喷出，产生发泡作用。这样，压力感应通道和射流通道分开设计，互不干扰，避免喷嘴11节流效应引起单向阀压力波动，造成单向阀抖动和射流不规律等问题。压力感应通道和射流通道分开布置，两者尺寸可以灵活设计，引压孔可靠，同时有利于提高射流通道截面积，提高射流流量；转阀6旋转开启，结构简单，抗污能力强。