一种传动后置的薄膜压感式清管器

技术领域

本发明涉及一种传动后置的薄膜压感式清管器，用于管道排液、泡沫排液等清管施工。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

发明内容

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。

一种传动后置的薄膜压感式清管器，包括皮碗、筒体、缸体、隔膜、芯轴、支座、堵头、导杆，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；缸体远离筒体底座的一端安装隔膜，隔膜为弹性材料组成的圆盘结构；隔膜中间位置连接芯轴，芯轴向缸体外伸出，芯轴的伸出端安装支座；支座整体为圆盘型，支座边缘位置设置堵头；所述堵头堵头整体为细长杆件，堵头一端安装到支座，另一端穿过筒体的底座向外伸出，堵头的伸出端设置多级扩径，堵头与筒体底座接触位置为锥面；筒体的底座与支座之间设置弹簧，所述弹簧套在堵头上；筒体底座中心位置设置通孔。

芯轴穿过隔膜中心孔，隔膜两边设置凸环和挡环；凸环整体为环形结构，凸环紧贴隔膜并安装到靠近支座的一侧，凸环向隔膜的外侧翻边形成蝶形结构；挡环为圆环形，挡环设置在隔膜靠近筒体底座的一侧。

清管器前后端设置挂钩，所述挂钩位于清管器中心位置。

隔膜外侧安装缸盖，缸盖整体为圆环形，缸盖与筒体之间螺栓连接。

格网整体为圆盘型网状结构，格网安装到筒体底座中心通孔位置；端盖为圆环形，端盖将格网压紧在筒体底座上。

堵头从筒体底座的伸出端安装挡流板，挡流板为圆盘型并设置多个轴向通孔。

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）本发明采用隔膜弹性变形，适应活动部分的位移，结构简单，抗污能力强；（5）清管器前端喷射端增加挡流板，挡流板阻挡大颗粒的杂质进入堵头控制的过流孔，同时对过流孔喷射的流体起到阻挡作用，可以达到更好的发泡效果；（6）隔膜到堵头的传动装置设置在清管器的筒体内，清管器前端结构得以简化。

附图说明

图1为本发明阀门关闭状态的结构简图。

图2为本发明阀门打开状态的结构简图。

图3为图2的A-A视图。

图中：1.挂钩；2.挡板；3.隔板；4.皮碗；5.筒体；6.缸盖；7.隔膜；8.凸环；9.挡环；10.缸体；11.弹簧；12.芯轴；13. 堵头；14. 支座；15.挡流板；16.格网；17.端盖。

具体实施方式

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。

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5两端设置皮碗4并用挡板2固定，挡板2和筒体5通过螺栓连接；相邻皮碗4之间设置隔板3。

筒体5底座设置在前端，筒体5内设置缸体10，所述缸体10为圆筒形并安装到筒体5底座中间位置。

缸体10远离筒体5底座的一端安装隔膜7，隔膜7为弹性材料组成的圆盘结构，隔膜7外侧安装缸盖6，缸盖6整体为圆环形，缸盖6与缸体10之间螺栓连接。隔膜7中间位置连接芯轴12，芯轴12向缸体10外端伸出，芯轴12的所述伸出端安装支座14。

支座14整体为圆盘型，支座14边缘位置设置堵头13；所述堵头13堵头整体为细长杆件，堵头13一端安装到支座14，另一端穿过筒体5的底座向外伸出，堵头13的伸出端设置多级扩径；堵头13与筒体5底座接触位置为锥面，堵头13的伸出端安装挡流板15并用螺母固定。所述挡流板15为圆盘型并设置多个轴向通孔。挡流板15阻挡大颗粒的杂质进入堵头13控制的过流孔，同时对过流孔喷射的流体起到阻挡作用，以达到更好的发泡效果。

筒体5的底座与支座14之间设置弹簧11，所述弹簧11套在堵头13上。弹簧11推力保持堵头13向左收回的趋势，以便清管器正常运行时堵头13保持关闭状态。

芯轴12穿过隔膜7中心孔，隔膜7两边设置凸环8和挡环9，所述凸环8和挡环9通过螺母固定到芯轴12上。凸环8整体为环形结构，凸环8紧贴隔膜7并安装到靠近支座14的一侧，凸环8向隔膜7的外侧翻边形成蝶形结构。挡环9为圆环形，挡环9设置在隔膜7靠近筒体5底座的一侧。

筒体5底座中心位置设置通孔，将清管器前端压力引入到缸体10内；格网16整体为圆盘型网状结构，格网16安装到筒体5底座中心通孔位置；端盖17为圆环形，端盖17将格网16压紧在筒体5底座上，端盖17与筒体5底座螺栓连接。

为方便清管器前后端连接其他部件，或者方便清管器收发球施工，在清管器前后端设置挂钩1，所述挂钩1位于清管器中心位置，挂钩1连接到清管器前后端的挡板2上。

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，隔膜7两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，隔膜7压差克服弹簧11作用力带动芯轴12向右伸出，通过芯轴12、支座14带动堵向右移动，从而打开堵头13控制的过流通道。清管器后端气体从堵头13位置喷出，产生发泡作用。导杆起到导引作用，保持堵头13与其过流孔对齐。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；隔膜7自身弹性变形，适应活动部分的位移，结构简单，抗污能力强。