1.一种弹动式双胶筒分步轴向挤压节流装置,该节流装置经卡瓦锁紧体而固定于油管柱的管壁,卡瓦锁紧体、节流本体和弹式助推器自上而下同轴心布置,双密封胶筒套于节流本体的胶筒基管,锥状节流器置入弹式助推器的助推基体,锥状节流器与弹式助推器的助推管和胶筒推套由内而外同轴心布置,实现常规气井和非常规气井的井下节流,其特征在于:一卡瓦锁紧体;所述卡瓦锁紧体采用分体悬臂梁式锯齿状卡瓦构造,它包括卡瓦片和打捞体;各卡瓦片沿轴向放置并呈鼠笼式排列的方式罩于卡瓦推筒的外锥面,卡瓦片沿轴向自上而下依次设有卡瓦接箍、卡瓦颈、卡瓦定位体、基片体和卡瓦齿体,通过卡瓦接箍将卡瓦片与打捞体连为一个整体,且每个卡瓦片形成悬臂梁式卡瓦并呈现锯齿状外形,卡瓦颈采用圆拱状钢片,卡瓦定位体采用锥状钢片,卡瓦齿体的内壁采用半锥面且其外环面加工有等间距分层排列的卡齿,卡瓦齿体上的每个卡齿的上侧齿形面采用拱形平面且每个卡齿的下侧齿形面采用半锥面;打捞体的打捞颈槽与打捞作业的井下打捞工具相配合,打捞体的环腔内壁下部依次设有卡瓦槽孔和卡瓦限位锥面,卡瓦限位锥面实现卡瓦片的径向限位;
一节流本体;所述节流本体采用可移动管式构造,并依据卡瓦推筒实现卡瓦锁紧体的张开与闭合,它包括卡瓦推筒、中心管、胶筒基管、定位端盖和限位销轴,限位销轴实现卡瓦推筒与中心管间的固定连接;卡瓦推筒的外环面沿轴向自上而下依次设有推筒卡环和锥状推移面,推筒卡环上铣有沿周向均布的卡瓦限位槽并实现卡瓦片的周向限位,卡瓦限位槽与卡瓦片的基片体之间构成双平面移动副,卡瓦推筒的锥状推移面与卡瓦片的卡瓦齿体内壁精密配合,卡瓦推筒的环腔内壁沿轴向自上而下依次设有上柱状管移面、锥状止推面和下柱状管移面,卡瓦推筒的锥状止推面与中心管的锥状卡环面相配合;中心管的环腔内壁上部铣有投放卡槽,中心管的投放卡槽与坐封作业的井下投放工具相配合,中心管的外环面下部设有限位卡环并实现中心管的轴向定位,限位卡环的外环面由锥状卡环面和柱状环移面组成,中心管与打捞体和上柱状管移面同时柱状环移面与下柱状管移面之间构成三柱面移动副;胶筒基管的外环面底部设有基管卡环并实现胶筒推套的轴向定位,胶筒基管通过密封性管螺纹与卡瓦推筒相连,定位端盖通过密封性管螺纹与胶筒基管相连并实现弹簧体下端的轴向定位;
一双密封胶筒;所述双密封胶筒采用上下双胶筒,并通过下密封胶筒的分步轴向挤压和上密封胶筒的整体挤压而分别完成坐封后的辅助封隔和主封隔,它包括上密封胶筒、密封压环和下密封胶筒;上密封胶筒的弹性模量大且轴向长度短,下密封胶筒的弹性模量小且轴向长度大,密封压环的环腔内壁与胶筒基管的外环面之间采用间隙配合;
一弹式助推器;所述弹式助推器采用弹动式双层管构造,它包括胶筒推套、助推基体、助推管、弹簧体和○形密封圈;胶筒推套的顶部设有推套滑环,推套滑环与胶筒基管同时胶筒推套与基管卡环之间构成双柱面移动副,助推管的顶端设有助推滑环并实现弹簧体上端的轴向定位,弹簧体置入助推管的外环面与胶筒基管的环腔内壁之间构成的环形空腔,助推管与定位端盖同时助推滑环与胶筒基管和下柱状管移面之间构成三柱面移动副;助推基体将胶筒推套和助推管连为一体并实现锥状节流器的轴向固定,助推基体的节流卡槽内配置锥状节流嘴且节流卡槽的槽壁中部铣有密封环槽,密封环槽内配置○形密封圈,助推基体的变截面导流道由上细导流道和下粗导流道组成,上细导流道和下粗导流道同轴心布置;
一锥状节流器;所述锥状节流器形成稳定的节流场并调整节流前后流体的温度、压力和流速,它包括锥状节流嘴和柱状导流嘴;锥状节流嘴的环腔内壁设为锥状节流孔道,柱状导流嘴的环腔内壁设为柱状导流孔道,柱状导流嘴的柱状导流孔道与锥状节流嘴的锥状节流孔道自上而下同轴心布置,柱状导流孔道将经锥状节流孔道节流后的流体流向调整为均匀轴向流,柱状导流嘴的外环面下部设有导流卡环并实现锥状节流器的轴向定位。
2.根据权利要求1所述的弹动式双胶筒分步轴向挤压节流装置,其特征在于:所述卡瓦锁紧体依据卡瓦片和打捞体实现井下快速坐封和打捞,卡瓦锁紧体的卡瓦片采用瓦片状结构,卡瓦片的卡瓦接箍、卡瓦颈、卡瓦定位体和基片体沿周向的宽度相等并且均小于其卡瓦齿体沿周向的宽度;卡瓦片的卡瓦接箍采用方柱形钢块,卡瓦接箍的上下壁面与打捞体卡瓦槽孔的上端槽壁和下端槽壁之间采用过盈配合,卡瓦接箍的两侧壁面与卡瓦槽孔的两侧壁面之间采用间隙配合,卡瓦片的卡瓦颈外环面所在的柱面与打捞体的环腔内壁紧密贴合,且卡瓦颈内壁所在柱面的直径大于中心管的外径,卡瓦片的卡瓦定位体外环面所在锥面的锥度小于打捞体卡瓦限位锥面所在锥面的锥度,基片体的内壁所在柱面的直径大于卡瓦推筒的卡瓦限位槽槽底面所在柱面的直径,基片体的外环面由半柱面和半锥面组合而成,卡瓦片的卡瓦齿体上的每个卡齿的形状和大小相同,卡瓦齿体上的每个卡齿的上侧齿形面所在的平面与水平面之间呈15°,每个卡齿的下侧齿形面所在锥面的锥度为50°。
3.根据权利要求1所述的弹动式双胶筒分步轴向挤压节流装置,其特征在于:所述卡瓦锁紧体的打捞体采用变截面厚壁筒体,打捞体外环面的上部铣有打捞颈槽,打捞颈槽的槽底面采用圆柱面,打捞体的卡瓦槽孔沿圆周方向均匀分布,每个卡瓦槽孔均采用方柱面通孔,卡瓦槽孔的上端槽壁所在圆面与打捞体环腔内壁的截面变化结合处相平齐,打捞体的卡瓦限位锥面采用圆锥面,卡瓦限位锥面所在锥面的大端圆面与打捞体的下端面相平齐。
4.根据权利要求1所述的弹动式双胶筒分步轴向挤压节流装置,其特征在于:所述节流本体通过中心管将节流后经助推管的流体调整为朝上运移的稳流,限位销轴采用圆柱销;
所述卡瓦推筒采用变径粗管体,其推筒卡环的剖面呈矩形,卡瓦推筒的卡瓦限位槽的数量和位置与打捞体的卡瓦槽孔以及卡瓦片的数量和位置相对应,卡瓦限位槽的槽底面采用圆柱面,且卡瓦限位槽的两侧槽壁与卡瓦片的基片体沿周向的两侧壁面之间精密配合;
卡瓦推筒的锥状推移面所在锥面的锥度等于卡瓦齿体内壁半锥面所在锥面的锥度,而锥状推移面所在锥面的锥高则大于卡瓦齿体内壁半锥面所在锥面的锥高,锥状推移面所在锥面的小端圆面直径等于卡瓦定位体内壁所在锥面的大端圆面直径和基片体内壁所在柱面的直径;卡瓦推筒的上柱状管移面和下柱状管移面采用圆柱面,且其锥状止推面采用圆锥面。
5.根据权利要求1所述的弹动式双胶筒分步轴向挤压节流装置,其特征在于:所述节流本体的中心管采用长细管体,中心管投放卡槽的槽底面采用圆柱面,中心管的外环面顶部与打捞体的环腔内壁、中心管的外环面中上部与卡瓦推筒上柱状管移面所在的柱面同时中心管的柱状环移面与卡瓦推筒下柱状管移面所在的柱面之间精密配合;
所述节流本体的胶筒基管采用短粗管体,且其定位端盖采用厚壁管体,胶筒基管和定位端盖的内外壁面均采用圆柱面,胶筒基管的环腔内壁直径等于卡瓦推筒下柱状管移面所在柱面的直径,胶筒基管的基管卡环的剖面呈矩形。
6.根据权利要求1所述的弹动式双胶筒分步轴向挤压节流装置,其特征在于:所述双密封胶筒的上密封胶筒和下密封胶筒采用圆筒形结构,密封压环的壁厚以及处于初始自由状态的上密封胶筒和下密封胶筒的厚度等于卡瓦推筒的外环面最大直径与胶筒基管的外环面直径之差的二分之一,节流开始时上密封胶筒依靠节流前后流体压差提供的推力完成整体挤压,坐封作业时下密封胶筒先是依靠弹簧体提供的推力完成初次挤压,而后节流开始时下密封胶筒依据节流前后流体压差提供的推力完成二次挤压;
所述双密封胶筒的密封压环采用短环体,密封压环的外环面直径、胶筒推套的外环面直径以及助推基体的外环面最大直径相等。
7.根据权利要求1所述的弹动式双胶筒分步轴向挤压节流装置,其特征在于:所述弹式助推器的胶筒推套在打捞作业中朝下滑移后上密封胶筒和下密封胶筒顺利恢复至初始自由状态而易于解封,胶筒推套采用短粗管体,胶筒推套的推套滑环内壁与胶筒基管的外环面同时胶筒推套的环腔内壁与胶筒基管的基管卡环外环面之间精密配合;
所述弹式助推器的助推管采用长细管体,弹簧体采用压缩弹簧并提供动力,且动力依次经助推管和助推基体传递至胶筒推套,最终由胶筒推套挤压上密封胶筒和下密封胶筒;
助推管的外环面与定位端盖的环腔内壁、助推管助推滑环的外环面同时与胶筒基管的环腔内壁和卡瓦推筒的下柱状管移面之间精密配合,胶筒推套的双柱面移动副配合助推管的三柱面移动副保证弹式助推器沿轴向精准滑移。
8.根据权利要求1所述的弹动式双胶筒分步轴向挤压节流装置,其特征在于:所述弹式助推器的助推基体采用变径厚壁管体,助推基体的外环面上部及其环腔内壁上部均车制密封性管螺纹,助推基体的环腔内壁中部设有节流卡槽,且节流卡槽的槽壁采用圆柱面,助推基体的密封环槽剖面呈矩形,○形密封圈的剖面呈○形,并实现弹式助推器与锥状节流器之间的非金属静密封;助推基体的环腔内壁下部设有变截面导流道,且变截面导流道的上细导流道和下粗导流道的孔壁采用圆柱面,变截面导流道将节流前的流体顺利导入锥状节流器。
9.根据权利要求1所述的弹动式双胶筒分步轴向挤压节流装置,其特征在于:所述锥状节流器采用厚壁管体,同时依据节流前后流体的压差推动弹式助推器朝上滑移,锥状节流嘴和柱状导流嘴的材质选用陶瓷;锥状节流嘴的锥状节流孔道的孔壁采用圆锥面,且锥状节流嘴的锥状节流孔道所在锥面的大端圆面直径和小端圆面直径分别等于助推基体变截面导流道的上细导流道孔壁所在柱面的直径和柱状导流嘴的柱状导流孔道孔壁所在柱面的直径,节流过程中流体的温度逐渐上升、压力剧烈增大且流速从亚音速到超音速再到亚音速不断变化;
所述柱状导流嘴的环腔内壁设有柱状导流孔道,柱状导流孔道的孔壁采用圆柱面并避免紊流现象发生,柱状导流嘴的导流卡环的剖面呈矩形。
10.根据权利要求1~9任一项所述的弹动式双胶筒分步轴向挤压节流装置,其特征在于:所述弹动式双胶筒分步轴向挤压节流装置的坐封作业中,节流本体上行,通过卡瓦推筒的锥状推移面与卡瓦片的卡瓦齿体内壁的精密配合,卡瓦推筒推动卡瓦片沿径向朝外移动且卡瓦锁紧体张开,依据卡瓦齿体的上侧齿形面实现卡瓦锁紧体与油管柱管壁之间的快速自锁;接着,通过井下投放工具瞬间振击节流本体,依靠卡瓦推筒和中心管之间的剪切力剪断限位销轴,而后弹簧体提供动力并推动中心管和助推管沿轴向朝上滑移,且由胶筒推套挤压下密封胶筒而完成初次挤压;最后,节流开始时依靠节流前后流体压差提供的推力,中心管、助推管和胶筒推套一起沿轴向朝上继续滑移,而后由胶筒推套再次挤压下密封胶筒而完成二次挤压,同时通过密封压环挤压上密封胶筒而完成整体挤压。