專利名稱:石油倍程抽油泵的制作方法
技術領域:
本發明涉及一種石油開采用抽油泵,特別是適用于油田中后期開采石油的能夠通過自身結構在井下增加抽汲沖程的倍程抽油泵。
油田開采到中后期,原油含水不斷增加,為保證原油產量,目前采取的措施主要是長沖程、大泵徑、大排量抽油。由于抽油泵泵徑同時受到井身結構尺寸和抽油桿強度的限制,欲增大排量,最有效的途徑是增加抽油泵沖程和適當減少沖次來提高抽油泵的泵效、系統效率和使用壽命。為此,各油田近年來對長沖程、低沖次的大型抽油機的需求越來越大,而長沖程抽油機龐大、笨重、耗用鋼材多、造價高,造成地面投資加大且安裝、維修也不方便,給油田中后期開采帶來一系列困難。為了不改變原抽油井的配套設備,即在地面抽油機沖程不增加、井內抽油管、桿柱及井下工具不改變的情況下,直接通過抽油泵的自身結構在井下增加抽汲沖程來實現長沖程、大泵徑、大排量抽油的目的,本所已于1989年10月7日申清了“倍程抽油泵”專利(專利號ZL89217899)。在現有技術中,除本所的“倍程抽油泵”專利外,至今尚未發現類似技術。“倍程抽油泵”專利尚屬一種發明思想和方案,要使之轉變為實用產品,還需要進行反復試驗和諸多改進。
本發明的目的是根據油田中后期采取長沖程、大泵徑和大排量抽油的采油工藝需求,針對本所專利“倍程抽油泵”的結構特征及其存在的缺陷,經過長期的試驗、改進和完善,提供一種完全實用化的石油倍程抽油泵,使其在不改變原抽油井配套設備即不改變原抽油井的地面抽油機、井內抽油管、桿柱及井下工具的情況下,通過其自身結構能在井下直接增加抽汲沖程的抽油泵,以滿足油田中后期開采石油的工藝需求。
本發明的目的是通過研制、改進和完善專用的倍程機構和選用與之配套的長沖程抽油泵的技術方案實現的。具體方案是倍程機構由固定件總成和游動件總成構成;游動件總成由上游動件總成和下游動件總成構成;固定件總成上端與座掛在井口的上部油管柱連接,其下端直接或通過下部油管柱與長沖程抽油泵的泵筒連接;上游動件總成上端與和抽油光桿相連接的上部抽油桿柱連接,下游動件總成下端直接或通過下部抽油桿柱與長沖程抽油泵的柱塞連接,上、下游動件總成之間可以相對游動;上游動件總成與固定件總成之間構成有上、下兩組“動—靜”摩擦密封副,下游動件總成與上游動件總成之間構成有上、下兩組“動—動”摩擦密封副;在上游動件總成上端具有出油閥,在上游動件總成上和在上“動—靜”摩擦密封副之下具有補油閥,在上游動件總成的下部具有油流孔,在下游動件總成的下部也具有油流孔;上、下“動—靜”摩擦密封副的直徑分別為Φ1和Φ2,上、下“動—動”摩擦密封副的直徑分別為Φ3和Φ4,四組摩擦密封副的直徑之間的關系是Φ2=Φmax、Φ4=Φmin、Φ1≥Φ3或Φ1≤Φ3。倍程機構的增程原理是在上游動件總成與固定件總成之間及上、下“動—靜”摩擦密封副之間形成有油腔A,在上、下游動件總成之間及上、下“動—動”摩擦密封副之間形成有油腔B,上游動件總成下部的油流孔從底部將A腔和B腔連通;上游動件總成上的補油閥在倍程抽油泵作上沖程運動時關閉和作下沖程運動過程中開啟;上游動件總成通過抽油桿與抽油光桿連接,其沖程即為抽油機沖程S機;下游動件總成與長沖程抽油泵柱塞連接,其沖程即為長沖程抽油泵沖程S泵;上游動件總成以沖程S機相對于固定件總成作上沖程運動時,補油閥關閉,封閉在A腔內的油液只能向B腔內轉移,從而推動下游動件總成以沖程SR相對于上游動件總成向上運動,根據連筒器內封閉液體不可壓縮原理,A腔內減少的油液量等于B腔內增加的油液量,于是有關系式π(Φ22-Φ12)S機/4=π(Φ32-Φ42)SR/4,即SR=S機(Φ22-Φ12)/(Φ32-Φ42),而下游動件總成相對于固定件總成的沖程即S泵應滿足關系S泵=S機+SR,從而實現了倍程機構增程的目的。另外,為了減少上、下游動件總成在作下沖程運動過程中的下行阻力,可在下游動件總成下部與固定件總成底部增加一組“動—靜”摩擦密封副,其直徑Φ5滿足關系式Φ5=Φ4,且固定件總成底部具有油流孔。
本發明與現有技術相比具有如下優點和積極效果依靠自身結構,利用液體不可壓縮性質,配置合理的不同截面積的柱塞--泵筒摩擦密封副,構成結構緊湊、工作性能好的倍程抽油泵,在油井內實現自動增程,提高系統效率,用原井短沖程抽油機實現長沖程大排量提液,可充分挖掘現廣泛使用的常規型抽油機的潛力,減少地面設備投資費用;倍程抽油泵的倍程機構工作介質直接采用井液,并配有自動補償機構,保證工作介質在機構內漏失后的自動補償及各摩擦密封副的自潤滑,采用結構合理、優質高效的補油閥和緩沖器等,選用防腐耐磨材料和表面處理方法及可靠間隙值的摩擦副,并根據油井具體條件合理配置不同的抽汲參數及管、桿柱等,以保證倍程抽油泵在油井內高效、平穩、長壽命地工作;利用倍程抽油泵的增程作用,在地面抽油機沖程為2.1~3m情況下,不改變油井常規使用的有桿抽油設備,可使井下長沖程抽油泵的有效工作行程增加到5.2~6.5m,其排液量提高一倍以上,且工作壽命與現用深井泵相同;與使用長沖程大型抽油機比較,其減速器輸出軸扭矩可大幅度下降,具有一定的節能效果,與使用排液量相當的中、小型電潛泵比較,其作業費可大大降低,同時可節約大量的配套用購置費,具有較高的經濟效益和生命力。
本發明采用了2個附圖,其中
圖1是本發明的一種原理示意圖;圖2是本發明的一種實施例結構示意圖。
本發明的技術內容通過下面的實施例及其附圖進一步詳加說明如下參照圖1和圖2,本發明由倍程機構(1)和長沖程抽油泵(2)構成;倍程機構(1)由固定件總成(3)和游動件總成(4)構成;游動件總成(4)由上游動件總成(5)和下游動件總成(6)構成;固定件總成(3)上端與座掛在井口的上部油管柱連接,其下端與長沖程抽油泵(2)的泵筒(21)直接連接或通過下部油管柱(7)連接;上游動件總成(5)上端與和抽油光桿相連的上部抽油桿柱連接,下游動件總成(6)下端與長沖程抽油泵(2)的柱塞(22)直接連接或通過下部抽油桿柱(8)連接,上、下游動件總成(5;6)之間可以相對游動;上游動件總成(5)與固定件總成(3)之間構成有上、下兩組“動--靜”摩擦密封副(53、302;57、306),下游動件總成(6)與上游動件總成(5)之間構成有上、下兩組“動--動”摩擦密封副(61、55;63、58);在上游動件總成(5)上端具有出油閥(51),在上游動件總成(5)上和在上“動--靜”摩擦密封副(53、302)之下具有補油閥(54),在上游動件總成(5)的下部具有油流孔(561),在下游動件總成(6)的下部具有油流孔(641);上、下“動--靜”摩擦密封副(53、302;57、306)的直徑分別為Φ1和Φ2,上、下“動--動”摩擦密封副(61、55;63、58)的直徑分別為Φ3和Φ4,四組摩擦密封副(53、302;57、306;61、55;63、58)的直徑之間的關系是Φ2=Φmax、Φ4=Φmin、Φ1≥Φ3或Φ1≤Φ3。
參照圖1和圖2,為了減少上、下游動件總成(5;6)在作下沖程運動過程中的下行阻力,可在下游動件總成(6)下部與固定件總成(3)底部增加一組“動--靜”摩擦密封副(63、308),其直徑Φ5滿足關系Φ5=Φ4,且固定件總成(3)底部和在摩擦密封副(63、308)之上具有油流孔(312)。
參照圖2和圖1,倍程機構(1)的固定件總成(3)由油管接頭(301)、上泵筒(302)、泵筒上接頭(303)、外筒(304)、泵筒中接頭(305)、下泵筒(306)、泵筒下接頭(307)以及還可由底泵筒(308)和泵筒底接頭(309)依次串接構成;其中,外筒(304)內徑與下泵筒(306)內徑相同,外筒(304)與下泵筒(306)之間采用泵筒中接頭(305)和套筒(310)密封連接,外筒(304)與泵筒中接頭(305)之間采用由壬組件(311)連接,泵筒中接頭(305)與下泵筒(306)之間為螺紋連接,其它固定件之間都是螺紋連接,油管接頭(301)與上部油管柱螺紋連接,泵筒下接頭(307)或泵筒底接頭(309)與長沖程抽油泵(2)的泵筒上接頭(23)直接連接或通過下部油管柱(7)連接,泵筒下接頭(307)在具有摩擦密封副(63、308)情況下具有油流孔(312);倍程機構(1)的游動件總成(4)由上游動件總成(5)和下游動件總成(6)構成上游動件總成(5)由出油閥(51)、上接頭(52)、上柱塞(53)、補油閥(54)、上泵筒(55)、中間接頭(56)、下柱塞(57)和下泵筒(58)及壓套(59)依次串、并接構成,其中,下柱塞(57)與下泵筒(58)并接,即下泵筒(58)套裝在下柱塞(57)內,中間接頭(56)和壓套(59)分別與下柱塞(57)的上端和下端螺紋連接,與此同時,中間接頭(56)和壓套(59)又分別將下泵筒(58)的上端和下端壓緊,其它上游動件之間都是螺紋連接,出油閥(51)的閥罩(511)與上部抽油桿柱螺紋連接,中間接頭(56)具有油流孔(561),另外,補油閥(54)由閥座體(541)、閥球(542)、閥座(543)、閥座接頭(544)、頂桿(545)、壓簧(546)和銷釘(547)構成,閥座體(541)既是閥罩又是連接接頭,通過兩端螺紋分別與上游動件總成(5)的上柱塞(53)和上泵筒(55)連接,閥座體(541)同時具有軸向油流孔(548)和徑向油流孔(549),抽汲的井液經軸向油流孔(548)由C腔進入E腔,閥座接頭(544)上也具有徑向油流孔(550),當A腔壓力低于C腔壓力時,井液可通過閥座接頭(544)的徑向油流孔(550)經閥球(542)和閥座體(541)的徑向油流孔(549)由C腔進入A腔,頂桿(545)的底座(551)具有滑槽(552),通過橫穿滑槽的銷釘(547)與閥座接頭(544)連接,頂桿(545)只能在壓簧(546)和下游動件總成(6)的上柱塞(61)之作用下作軸向移動,當下游動件總成(6)超行程運行至頂桿(545)的底座(551)處時,可上頂頂桿(545)以頂開閥球(542)卸掉A腔壓力;下游動件總成(6)由上柱塞(61)、柱塞上接頭(62)、下柱塞(63)和柱塞下接頭(64)依次串接構成,所有下游動件之間都是螺紋連接,柱塞上接頭(62)為錐體,其與上游動件總成(5)的中間接頭(56)構成緩沖器,以防止下游動件總成(6)的碰撞,柱塞下接頭(64)與長沖程抽油泵(2)的上游動閥(24)閥罩(241)直接連接或通過下部抽油桿柱(8)連接,柱塞下接頭(64)具有油流孔(641);上游動件總成(5)的上柱塞(53)和下柱塞(57)分別與固定件總成(3)的上泵筒(302)和下泵筒(306)構成上、下“動--靜”摩擦密封副(53、302;57、306),下游動件總成(6)由上柱塞(61)和下柱塞(63)分別與上游動件總成(5)的上泵筒(55)和下泵筒(58)構成上、下“動--動”摩擦密封副(61、55;63、58),下游動件總成(6)的下柱塞(63)還可與固定件總成(3)的底泵筒(308)構成“動--靜”摩擦密封副(63、308);在上游動件總成(5)與固定件總成(3)之間及上、下“動--靜”摩擦密封副(53、302;57、306)之間形成有油腔A,在上、下游動件總成(5;6)之間及上、下“動--動”摩擦密封副(61、55;63、58)之間形成有油腔B,上游動件中間接頭(56)上的油流孔(561)從底部將A腔和B腔連通;在上、下游動件總成(5;6)內腔及上游動件出油閥(51)與長沖程抽油泵(2)的下游動閥(25)之間形成有油腔C;在長沖程抽油泵(2)的下游動閥(25)與固定閥(26)之間形成有油腔D;在上游動件出油閥(51)之上為油腔E。
倍程抽油泵的工作過程是在上沖程過程中,在抽油機動力拖動下,上游動件總成(5)相對于固定件總成(3)以沖程S機向上運動,A腔體積減小,A腔內壓力大于C腔內壓力,補油閥(54)關閉,A腔內的封閉油液向B腔轉移,從而推動下游動件上柱塞(61)并帶動下游動件總成(6)相對于上游動件總成(5)以沖程SR向上運動,而下游動件總成(6)則帶動長沖程抽油泵(2)的柱塞(22)相對于固定件總成(3)以沖程S泵向上運動,與此同時,長沖程抽油泵(2)的下游動閥(25)關閉,其柱塞(22)向上舉升的井液頂開上游動件出油閥(51)進入E腔并被舉升出井口,長沖程抽油泵(2)的固定閥(26)在泵的沉沒壓力作用下開啟,井下油液被吸入D腔;在下沖程過程開始時,在E腔的液柱重力作用下,上游動件出油閥(51)關閉以形成液壓反饋力幫助抽油桿柱下行,此時,上游動件總成(5)相對于固定件總成(3)以沖程S機向下運動,A腔體積增大,A腔內壓力小于C腔內壓力,補油閥(54)開啟,自C腔向A腔補充油液,與此同時,下游動件總成(6)相對于上游動件總成(5)以沖程SR向下運動,B腔體積減小到最小化,而下游動件總成(6)則相對于固定件總成(3)以沖程S泵向下運動,在此過程中,長沖程抽油泵(2)的下游動閥(25)迅速打開讓D腔內油液排入,當D腔內壓力大于C腔內壓力時,長沖程抽油泵(2)的上游動閥(24)打開,D腔內油液排入C腔,當C腔內壓力大于E腔內壓力時,上游動件出油閥(51)打開,C腔內油液排入E腔,從而完成下沖程過程。
權利要求
1.一種石油倍程抽油泵,具有長沖程抽油泵(2),其特征在于1)具有倍程機構(1);2)倍程機構(1)由固定件總成(3)和游動件總成(4)構成;3)游動件總成(4)由上游動件總成(5)和下游動件總成(6)構成;4)固定件總成(3)上端與座掛在井口的上部油管柱連接,其下端與長沖程抽油泵(2)的泵筒(21)連接;5)上游動件總成(5)上端與和抽油光桿相連的上部抽油桿柱連接,下游動件總成(6)下端與長沖程抽油泵(2)的柱塞(22)連接,上、下游動件總成(5;6)之間可以相對游動;6)上游動件總成(5)與固定件總成(3)之間構成有兩組摩擦密封副(53、302;57、306),下游動件總成(6)與上游動件總成(5)之間構成有兩組摩擦密封副(61、55;63、58);7)在上游動件總成(5)上和在上摩擦密封副(53、302)之下具有補油閥(54),在上游動件總成(5)的上、下部分別具有油流孔(512,561),在下游動件總成(6)下部具有油流孔(641);8)四組摩擦密封副(53、302;57、306;61、55;63、58)的對應直徑(Φ1;Φ2;Φ3;Φ4)之間的關系是Φ2=Φmax、Φ4=Φmin、Φ1≥Φ3或Φ1≤Φ3。
2.按照權利要求1所述的倍程抽油泵,其特征在于下游動件總成(6)與固定件總成(3)之間還可構成一組摩擦密封副(63、308),在固定件總成(3)底部和在摩擦密封副(63、308)之上具有油流孔(312),摩擦密封副(63、308)的直徑Φ5滿足關系Φ5=Φ4。
3.按照權利要求1所述的倍程抽油泵,其特征在于上游動件總成(5)上端具有出油閥(51)。
4.按照權利要求1所述的倍程抽油泵,其特征在于固定件總成(3)由油管接頭(301)、上泵筒(302)、泵筒上接頭(303)、外筒(304)、泵筒中接頭(305)、下泵筒(306)、泵筒下接頭(307)以及還可由底泵筒(308)和泵筒底接頭(309)依次串接構成;其中,外筒(304)內徑與下泵筒(306)內徑相同,外筒(304)與下泵筒(306)之間采用泵筒中接頭(305)和套筒(310)密封連接,外筒(304)與泵筒中接頭(305)之間采用由壬組件(311)連接,泵筒中接頭(305)與下泵筒(306)之間為螺紋連接,其它固定件之間都是螺紋連接,泵筒下接頭(307)在具有摩擦密封副(63、308)情況下具有油流孔(312)。
5.按照權利要求1所述的倍程抽油泵,其特征在于固定件總成(3)的油管接頭(301)與上部油管柱螺紋連接,其泵筒下接頭(307)或泵筒底接頭(309)與長沖程抽油泵(2)的泵筒上接頭(23)直接連接或通過下部油管柱(7)連接。
6.按照權利要求1所述的倍程抽油泵,其特征在于上游動件總成(5)由出油閥(51)、上接頭(52)、上柱塞(53)、補油閥(54)、上泵筒(55)、中間接頭(56)、下柱塞(57)和下泵筒(58)及壓套(59)依次串、并接構成;其中,下柱塞(57)與下泵筒(58)并接,即下泵筒(58)套裝在下柱塞(57)內,中間接頭(56)和壓套(59)分別與下柱塞(57)的上端和下端螺紋連接,與此同時,中間接頭(56)和壓套(59)又分別將下泵筒(58)的上端和下端壓緊,其它上游動件之間都是螺紋連接,出油閥(51)的閥罩(511)與上部抽油桿柱螺紋連接,中間接頭(56)具有油流孔(561)。
7.按照權利要求1所述的倍程抽油泵,其特征在于上游動件總成(5)的補油閥(54)由閥座體(541)、閥球(542)、閥座(543)、閥座接頭(544)、頂桿(545)、壓簧(546)和銷釘(547)構成;其中,閥座體(541)既是閥罩又是連接接頭,通過兩端螺紋分別與上游動件總成(5)的上柱塞(52)和上泵筒(55)連接,閥座體(541)同時具有軸向油流孔(548)和徑向油流孔(549),閥座接頭(544)也具有徑向油流孔(550),頂桿(545)的底座(551)上具有滑槽(552),銷釘(547)穿過滑槽(552)與閥座接頭(544)連接,頂桿(545)在壓簧(546)和下游動件總成(6)的上柱塞(61)作用下作軸向運動以控制補油閥(54)的啟閉。
8.按照權利要求1所述的倍程抽油泵,其特征在于下游動件總成(6)由上柱塞(61)、柱塞上接頭(62)、下柱塞(63)和柱塞下接頭(64)依次串接構成;所有下游動件之間都是螺紋連接,柱塞下接頭(64)與長沖程抽油泵(2)的上游動閥(24)閥罩(241)直接連接或通過下部抽油桿柱(8)連接,柱塞下接頭(64)具有油流孔(641)。
9.按照權利要求1所述的倍程抽油泵,其特征在于下游動件總成(6)的柱塞上接頭(62)為錐體,其與上游動件總成(5)的中間接頭(56)構成緩沖器,以防止下游動件總成(6)的碰撞。
10.按照權利要求1所述的倍程抽油泵,其特征在于上游動件總成(5)的上柱塞(53)和下柱塞(57)分別與固定件總成(3)的上泵筒(302)和下泵筒(306)構成上、下“動--靜”摩擦密封副(53、302;57、306),下游動件總成(6)由上柱塞(61)和下柱塞(63)分別與上游動件總成(5)的上泵筒(55)和下泵筒(58)構成上、下“動--動”摩擦密封副(61、55;63、58),下游動件總成(6)的下柱塞(63)還可與固定件總成(3)的底泵筒(308)構成‘動--靜”摩擦密封副(63、308);在上游動件總成(5)與固定件總成(3)之間及上、下“動--靜”摩擦密封副(53、302;57、306)之間形成有油腔A,在上、下游動件總成(5;6)之間及上、下“動--動”摩擦密封副(61、55;63、58)之間形成有油腔B,上游動件中間接頭(56)上的油流孔(561)從底部將A腔和B腔連通;在上、下游動件總成(5;6)內腔及上游動件出油閥(51)與長沖程抽油泵(2)的下游動閥(25)之間形成有油腔C;在長沖程抽油泵(2)的下游動閥(25)與固定閥(26)之間形成有油腔D;在上游動件出油閥(51)之上為油腔E。
全文摘要
一種石油倍程抽油泵,由倍程機構(1)和長沖程抽油泵(2)構成,倍程機構(1)由固定件總成(3)、上游動件總成(5)和下游動件總成(6)構成,固定件總成(3)上端與上部油管柱連接,下端與長沖程抽油泵(2)的泵筒(21)連接,上游動件總成(5)上端與上部抽油桿柱連接,下游動件總成(6)下端與長沖程抽油泵(2)的柱塞(22)連接,上、下游動件總成(5;6)之間可相對游動;該泵通過其自身結構在井下直接增加抽汲沖程而實現長沖程、大泵徑和大排量抽油,從而提高了泵效、系統效率和使用壽命。
文檔編號F04B47/00GK1138667SQ96103800
公開日1996年12月25日 申請日期1996年4月15日 優先權日1996年4月15日
發明者周立人, 韓規劃 申請人:中國石油天然氣總公司江漢機械研究所