CN1056436C

CN1056436C - 石油倍程抽油泵

Info

Publication number: CN1056436C
Application number: CN96103800A
Authority: CN
Inventors: 周立人; 韩规划
Original assignee: CNPC Jianghan Machinery Research Institute Co Ltd
Current assignee: CNPC Jianghan Machinery Research Institute Co Ltd
Priority date: 1996-04-15
Filing date: 1996-04-15
Publication date: 2000-09-13
Anticipated expiration: 2016-04-15
Also published as: CN1138667A

Abstract

一种石油倍程抽油泵，由倍程机构(1)和长冲程抽油泵(2)构成，倍程机构(1)由固定件总成(3)、上游动件总成(5)和下游动件总成(6)构成，固定件总成(3)上端与上部油管柱连接、下端与长冲程抽油泵(2)的泵筒(21)连接，上游动件总成(5)上端与上部抽油杆柱连接，下游动件总成(6)下端与长冲程抽油泵(2)的柱塞(22)连接，上、下游动件总成(5；6)之间可相对游动；该泵通过其自身结构在井下直接增加抽汲冲程而实现长冲程、大泵径和大排量抽油，从而提高了泵效、***效率和使用寿命。

Description

石油倍程抽油泵

本发明涉及一种石油开采用抽油泵，特别是适用于油田中后期开采石油的能够通过自身结构在井下增加抽汲冲程的倍程抽油泵。

油田开采到中后期，原油含水不断增加，为保证原油产量，目前采取的措施主要是长冲程、大泵径、大排量抽油。由于抽油泵泵径同时受到井身结构尺寸和抽油杆强度的限制，欲增大排量，最有效的途径是增加抽油泵冲程和适当减少冲次来提高抽油泵的泵效、***效率和使用寿命。为此，各油田近年来对长冲程、低冲次的大型抽油机的需求越来越大，而长冲程抽油机庞大、笨重、耗用钢材多、造价高，造成地面投资加大且安装、维修也不方便，给油田中后期开采带来一系列困难。为了不改变原抽油井的配套设备，即在地面抽油机冲程不增加、井内抽油管、杆柱及井下工具不改变的情况下，直接通过抽油泵的自身结构在井下增加抽汲冲程来实现长冲程、大泵径、大排量抽油的目的，本所已于1989年10月7日申请了“倍程抽油泵”专利(专利号ZL89217899)。在现有技术中，除本所的“倍程抽油泵”专利外，至今尚未发现类似技术。“倍程抽油泵”专利尚属一种发明思想和方案，要使之转变为实用产品、还需要进行反复试验和诸多改进。

本发明的目的是根据油田中后期采取长冲程、大泵径和大排量抽油的采油工艺需求，针对本所专利“倍程抽油泵”的结构特征及其存在的缺陷，经过长期的试验、改进和完善，提供一种完全实用化的石油倍程抽油泵，使其在不改变原抽油井配套设备即不改变原抽油井的地面抽油机、井内抽油管、杆柱及井下工具的情况下，通过其自身结构能在井下直接增加抽汲冲程的抽油泵，以满足油田中后期开采石油的工艺需求。

本发明的目的是通过研制、改进和完善专用的倍程机构和选用与之配套的长冲程抽油泵的技术方案实现的。具体方案是：倍程机构由固定件总成和游动件总成构成；游动件总成由上游动件总成和下游动件总成构成；固定件总成上端与座挂在井口的上部油管柱连接，其下端直接或通过下部油管柱与长冲程抽油泵的泵筒连接；上游动件总成上端与和抽油光杆相连接的上部抽油杆柱连接，下游动件总成下端直接或通过下部抽油杆柱与长冲程抽油泵的柱塞连接，上、下游动件总成之间可以相对游动；上游动件总成与固定件总成之间构成有上、下两组“动—静”摩擦密封副，下游动件总成与上游动件总成之间构成有上、下两组“动—动”摩擦密封副；在上游动件总成上端具有出油阀，在上游动件总成上和在上“动—静”摩擦密封副之下具有补油阀，在上游动件总成的下部具有油流孔，在下游动件总成的下部也具有油流孔；上、下“动—静”摩擦密封副的直径分别为Ф₁和Ф₂，上、下“动—动”摩擦密封副的直径分别为Ф₃和Ф₄，四组摩擦密封副的直径之间的关系是：Ф₂＝Ф_max、Ф₄＝Ф_min、Ф₁≥Ф₃或Ф₁≤Ф₃。倍程机构的增程原理是：在上游动件总成与固定件总成之间及上、下“动—静”摩擦密封副之间形成有油腔A，在上、下游动件总成之间及上、下“动—动”摩擦密封副之间形成有油腔B，上游动件总成下部的油流孔从底部将A腔和B腔连通；上游动件总成上的补油阀在倍程抽油泵作上冲程运动时关闭和作下冲程运动过程中开启；上游动件总成通过抽油杆与抽油光杆连接，其冲程即为抽油机冲程S_机；下游动件总成与长冲程抽油泵柱塞连接，其冲程即为长冲程抽油泵冲程S_泵；上游动件总成以冲程S_机相对于固定件总成作上冲程运动时，补油阀关闭，封闭在A腔内的油液只能向B腔内转移，从而推动下游动件总成以冲程S_R相对于上游动件总成向上运动，根据连筒器内封闭液体不可压缩原理，A腔内减少的油液量等于B腔内增加的油液量，于是有关系式π(Ф₂ ²-Ф₁ ²)S_机/4＝π(Ф₃ ²-Ф₄ ²)S_R/4，即S_R＝S_机(Ф₂ ²-Ф₁ ²)/(Ф₃ ²-Ф₄ ²)，而下游动件总成相对于固定件总成的冲程即S_泵应满足关系S_泵＝S_机+S_R，从而实现了倍程机构增程的目的。另外，为了减少上、下游动件总成在作下冲程运动过程中的下行阻力，可在下游动件总成下部与固定件总成底部增加一组“动—静”摩擦密封副，其直径Ф₅满足关系式Ф₅＝Ф₄，且固定件总成底部具有油流孔。

本发明与现有技术相比具有如下优点和积极效果：依靠自身结构，利用液体不可压缩性质，配置合理的不同截面积的柱塞--泵筒摩擦密封副，构成结构紧凑、工作性能好的倍程抽油泵，在油井内实现自动增程，提高***效率，用原井短冲程抽油机实现长冲程大排量提液，可充分挖掘现广泛使用的常规型抽油机的潜力，减少地面设备投资费用；倍程抽油泵的倍程机构工作介质直接采用井液，并配有自动补偿机构，保证工作介质在机构内漏失后的自动补偿及各摩擦密封副的自润滑，采用结构合理、优质高效的补油阀和缓冲器等，选用防腐耐磨材料和表面处理方法及可靠间隙值的摩擦副，并根据油井具体条件合理配置不同的抽汲参数及管、杆柱等，以保证倍程抽油泵在油井内高效、平稳、长寿命地工作；利用倍程抽油泵的增程作用，在地面抽油机冲程为2.1～3m情况下，不改变油井常规使用的有杆抽油设备，可使井下长冲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，且工作寿命与现用深井泵相同：与使用长冲程大型抽油机比较，其减速器输出轴扭矩可大幅度下降，具有一定的节能效果，与使用排液量相当的中、小型电潜泵比较，其作业费可大大降低，同时可节约大量的配套用购置费，具有较高的经济效益和生命力。

本发明采用了2个附图，其中

图1是本发明的一种原理示意图；

图2是本发明的一种实施例结构示意图。

本发明的技术内容通过下面的实施例及其附图进一步详加说明如下：

参照图1和图2，本发明由倍程机构(1)和长冲程抽油泵(2)构成；倍程机构(1)由固定件总成(3)和游动件总成(4)构成；游动件总成(4)由上游动件总成(5)和下游动件总成(6)构成；固定件总成(3)上端与座挂在井口的上部油管柱连接，其下端与长冲程抽油泵(2)的泵筒(21)直接连接或通过下部油管柱(7)连接；上游动件总成(5)上端与和抽油光杆相连的上部抽油杆柱连接，下游动件总成(6)下端与长冲程抽油泵(2)的柱塞(22)直接连接或通过下部抽油杆柱(8)连接，上、下游动件总成(5；6)之间可以相对游动；上游动件总成(5)与固定件总成(3)之间构成有上、下两组“动--静”摩擦密封副(53、302：57、306)，下游动件总成(6)与上游动件总成(5)之间构成有上、下两组“动--动”摩擦密封副(61、55；63、58)；在上游动件总成(5)上端具有出油阀(51)，在上游动件总成(5)上和在上“动--静”摩擦密封副(53、302)之下具有补油阀(54)，在上游动件总成(5)的下部具有油流孔(561)，在下游动件总成(6)的下部具有油流孔(641)；上、下“动--静”摩擦密封副(53、302；57、306)的直径分别为Ф₁和Ф₂，上、下“动--动”摩擦密封副(61、55；63、58)的直径分别为Ф₃和Ф₄，四组摩擦密封副(53、302；57、306；61、55；63、58)的直径之间的关系是Ф₂＝Ф_max、Ф₄＝Ф_min、Ф₁≥Ф₃或Ф₁≤Ф₃。

参照图1和图2，为了减少上、下游动件总成(5；6)在作下冲程运动过程中的下行阻力，可在下游动件总成(6)下部与固定件总成(3)底部增加一组“动--静”摩擦密封副(63、308)，其直径Ф₅满足关系Ф₅＝Ф₄，且固定件总成(3)底部和在摩擦密封副(63、308)之上具有油流孔(312)。

参照图2和图1，倍程机构(1)的固定件总成(3)由油管接头(301)、上泵筒(302)、泵筒上接头(303)、外筒(304)、泵筒中接头(305)、下泵筒(306)、泵筒下接头(307)以及还可由底泵筒(308)和泵筒底接头(309)依次串接构成；其中，外筒(304)内径与下泵筒(306)内径相同，外筒(304)与下泵筒(306)之间采用泵筒中接头(305)和套筒(310)密封连接，外筒(304)与泵筒中接头(305)之间采用由壬组件(311)连接，泵筒中接头(305)与下泵筒(306)之间为螺纹连接，其它固定件之间都是螺纹连接，油管接头(301)与上部油管柱螺纹连接，泵筒下接头(307)或泵筒底接头(309)与长冲程抽油泵(2)的泵筒上接头(23)直接连接或通过下部油管柱(7)连接，泵筒下接头(307)在具有摩擦密封副(63、308)情况下具有油流孔(312)；倍程机构(1)的游动件总成(4)由上游动件总成(5)和下游动件总成(6)构成：上游动件总成(5)由出油阀(51)、上接头(52)、上柱塞(53)、补油阀(54)、上泵筒(55)、中间接头(56)、下柱塞(57)和下泵筒(58)及压套(59)依次串、并接构成，其中，下柱塞(57)与下泵筒(58)并接，即下泵筒(58)套装在下柱塞(57)内，中间接头(56)和压套(59)分别与下柱塞(57)的上端和下端螺纹连接，与此同时，中间接头(56)和压套(59)又分别将下泵筒(58)的上端和下端压紧，其它上游动件之间都是螺纹连接，出油阀(51)的阀罩(511)与上部抽油杆柱螺纹连接，中间接头(56)具有油流孔(561)，另外，补油阀(54)由阀座体(541)、阀球(542)、阀座(543)、阀座接头(544)、顶杆(545)、压簧(546)和销钉(547)构成，阀座体(541)既是阀罩又是连接接头，通过两端螺纹分别与上游动件总成(5)的上柱塞(53)和上泵筒(55)连接，阀座体(541)同时具有轴向油流孔(548)和径向油流孔(549)，抽汲的井液经轴向油流孔(548)由C腔进入E腔，阀座接头(544)上也具有径向油流孔(550)，当A腔压力低于C腔压力时，井液可通过阀座接头(544)的径向油流孔(550)经阀球(542)和阀座体(541)的径向油流孔(549)由C腔进入A腔，顶杆(545)的底座(551)具有滑槽(552)，通过横穿滑槽的销钉(547)与阀座接头(544)连接，顶杆(545)只能在压簧(546)和下游动件总成(6)的上柱塞(61)之作用下作轴向移动，当下游动件总成(6)超行程运行至顶杆(545)的底座(551)处时，可上顶顶杆(545)以顶开阀球(542)卸掉A腔压力；下游动件总成(6)由上柱塞(61)、柱塞上接头(62)、下柱塞(63)和柱塞下接头(64)依次串接构成，所有下游动件之间都是螺纹连接，柱塞上接头(62)为锥体，其与上游动件总成(5)的中间接头(56)构成缓冲器，以防止下游动件总成(6)的碰撞，柱塞下接头(64)与长冲程抽油泵(2)的上游动阀(24)阀罩(241)直接连接或通过下部抽油杆柱(8)连接，柱塞下接头(64)具有油流孔(641)；上游动件总成(5)的上柱塞(53)和下柱塞(57)分别与固定件总成(3)的上泵筒(302)和下泵筒(306)构成上、下“动--静”摩擦密封副(53、302；57、306)，下游动件总成(6)由上柱塞(61)和下柱塞(63)分别与上游动件总成(5)的上泵筒(55)和下泵筒(58)构成上、下“动--动”摩擦密封副(61、55；63、58)，下游动件总成(6)的下柱塞(63)还可与固定件总成(3)的底泵筒(308)构成“动--静”摩擦密封副(63、308)；在上游动件总成(5)与固定件总成(3)之间及上、下“动--静”摩擦密封副(53、302；57、306)之间形成有油腔A，在上、下游动件总成(5；6)之间及上、下“动--动”摩擦密封副(61、55；63、58)之间形成有油腔B，上游动件中间接头(56)上的油流孔(561)从底部将A腔和B腔连通；在上、下游动件总成(5；6)内腔及上游动件出油阀(51)与长冲程抽油泵(2)的下游动阀(25)之间形成有油腔C；在长冲程抽油泵(2)的下游动阀(25)与固定阀(26)之间形成有油腔D；在上游动件出油阀(51)之上为油腔E。

倍程抽油泵的工作过程是：在上冲程过程中，在抽油机动力拖动下，上游动件总成(5)相对于固定件总成(3)以冲程S_机向上运动，A腔体积减小，A腔内压力大于C腔内压力，补油阀(54)关闭，A腔内的封闭油液向B腔转移，从而推动下游动件上柱塞(61)并带动下游动件总成(6)相对于上游动件总成(5)以冲程S_R向上运动，而下游动件总成(6)则带动长冲程抽油泵(2)的柱塞(22)相对于固定件总成(3)以冲程S_泵向上运动，与此同时，长冲程抽油泵(2)的下游动阀(25)关闭，其柱塞(22)向上举升的井液顶开上游动件出油阀(51)进入E腔并被举升出井口，长冲程抽油泵(2)的固定阀(26)在泵的沉没压力作用下开启，井下油液被吸入D腔；在下冲程过程开始时，在E腔的液柱重力作用下，上游动件出油阀(51)关闭以形成液压反馈力帮助抽油杆柱下行，此时，上游动件总成(5)相对于固定件总成(3)以冲程S_机向下运动，A腔体积增大，A腔内压力小于C腔内压力，补油阀(54)开启，自C腔向A腔补充油液，与此同时，下游动件总成(6)相对于上游动件总成(5)以冲程S_R向下运动，B腔体积减小到最小化，而下游动件总成(6)则相对于固定件总成(3)以冲程S_泵向下运动，在此过程中，长冲程抽油泵(2)的下游动阀(25)迅速打开让D腔内油液排入，当D腔内压力大于C腔内压力时，长冲程抽油泵(2)的上游动阀(24)打开，D腔内油液排入C腔，当C腔内压力大于E腔内压力时，上游动件出油阀(51)打开，C腔内油液排入E腔，从而完成下冲程过程。

Claims

1.一种石油倍程抽油泵，具有长冲程抽油泵(2)，其特征在于：

1)具有倍程机构(1)；

2)倍程机构(1)由固定件总成(3)和游动件总成(4)构成；

3)游动件总成(4)由上游动件总成(5)和下游动件总成(6)构成；

4)固定件总成(3)上端与座挂在井口的上部油管柱连接，其下端与长冲程抽油泵(2)的泵筒(21)连接；

5)上游动件总成(5)上端与和抽油光杆相连的上部抽油杆柱连接，下游动件总成(6)下端与长冲程抽油泵(2)的柱塞(22)连接，上、下游动件总成(5；6)之间可以相对游动；

6)上游动件总成(5)与固定件总成(3)之间构成有两组摩擦密封副(53、302；57、306)，下游动件总成(6)与上游动件总成(5)之间构成有两组摩擦密封副(61、55；63、58)；

7)在上游动件总成(5)上和在上摩擦密封副(53、302)之下具有补油阀(54)，在上游动件总成(5)的上、下部分别具有油流孔(512，561)，在下游动件总成(6)下部具有油流孔(641)；

8)四组摩擦密封副(53、302；57、306；61、55；63、58)的对应直径(Ф₁；Ф₂；Ф₃；Ф₄)之间的关系是Ф₂＝Ф_max、Ф₄＝Ф_min、Ф₁≥Ф₃或Ф₁≤Ф₃。

2.按照权利要求1所述的倍程抽油泵，其特征在于下游动件总成(6)与固定件总成(3)之间还可构成一组摩擦密封副(63、308)，在固定件总成(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)的直径Ф₅满足关系Ф₅＝Ф₄。

3.按照权利要求1所述的倍程抽油泵，其特征在于上游动件总成(5)上端具有出油阀(51)。

4.按照权利要求1所述的倍程抽油泵，其特征在于固定件总成(3)由油管接头(301)、上泵筒(302)、泵筒上接头(303)、外筒(304)、泵筒中接头(305)、下泵筒(306)、泵筒下接头(307)以及还可由底泵筒(308)和泵筒底接头(309)依次串接构成；其中，外筒(304)内径与下泵筒(306)内径相同，外筒(304)与下泵筒(306)之间采用泵筒中接头(305)和套筒(310)密封连接，外筒(304)与泵筒中接头(305)之间采用由壬组件(311)连接，泵筒中接头(305)与下泵筒(306)之间为螺纹连接，其它固定件之间都是螺纹连接，泵筒下接头(307)在具有摩擦密封副(63、308)情况下具有油流孔(312)。

5.按照权利要求1所述的倍程抽油泵，其特征在于固定件总成(3)的油管接头(301)与上部油管柱螺纹连接，其泵筒下接头(307)或泵筒底接头(309)与长冲程抽油泵(2)的泵筒上接头(23)直接连接或通过下部油管柱(7)连接。

6.按照权利要求1所述的倍程抽油泵，其特征在于上游动件总成(5)由出油阀(51)、上接头(52)、上柱塞(53)、补油阀(54)、上泵筒(55)、中间接头(56)、下柱塞(57)和下泵筒(58)及压套(59)依次串、并接构成：其中，下柱塞(57)与下泵筒(58)并接，即下泵筒(58)套装在下柱塞(57)内，中间接头(56)和压套(59)分别与下柱塞(57)的上端和下端螺纹连接，与此同时，中间接头(56)和压套(59)又分别将下泵筒(58)的上端和下端压紧，其它上游动件之间都是螺纹连接，出油阀(51)的阀罩(511)与上部抽油杆柱螺纹连接，中间接头(56)具有油流孔(561)。

7.按照权利要求1所述的倍程抽油泵，其特征在于上游动件总成(5)的补油阀(54)由阀座体(541)、阀球(542)、阀座(543)、阀座接头(544)、顶杆(545)、压簧(546)和销钉(547)构成；其中，阀座体(541)既是阀罩又是连接接头，通过两端螺纹分别与上游动件总成(5)的上柱塞(52)和上泵筒(55)连接，阀座体(541)同时具有轴向油流孔(548)和径向油流孔(549)，阀座接头(544)也具有径向油流孔(550)，顶杆(545)的底座(551)上具有滑槽(552)，销钉(547)穿过滑槽(552)与阀座接头(544)连接，顶杆(545)在压簧(546)和下游动件总成(6)的上柱塞(61)作用下作轴向运动以控制补油阀(54)的启闭。

8.按照权利要求1所述的倍程抽油泵，其特征在于下游动件总成(6)由上柱塞(61)、柱塞上接头(62)、下柱塞(63)和柱塞下接头(64)依次串接构成；所有下游动件之间都是螺纹连接，柱塞下接头(64)与长冲程抽油泵(2)的上游动阀(24)阀罩(241)直接连接或通过下部抽油杆柱(8)连接，柱塞下接头(64)具有油流孔(641)。

9.按照权利要求1所述的倍程抽油泵，其特征在于下游动件总成(6)的柱塞上接头(62)为锥体，其与上游动件总成(5)的中间接头(56)构成缓冲器，以防止下游动件总成(6)的碰撞。

10.按照权利要求1所述的倍程抽油泵，其特征在于上游动件总成(5)的上柱塞(53)和下柱塞(57)分别与固定件总成(3)的上泵筒(302)和下泵筒(306)构成上、下“动--静”摩擦密封副(53、302；57、306)，下游动件总成(6)由上柱塞(61)和下柱塞(63)分别与上游动件总成(5)的上泵筒(55)和下泵筒(58)构成上、下“动--动”摩擦密封副(61、55；63、58)，下游动件总成(6)的下柱塞(63)还可与固定件总成(3)的底泵筒(308)构成‘动--静”摩擦密封副(63、308)；在上游动件总成(5)与固定件总成(3)之间及上、下“动--静”摩擦密封副(53、302；57、306)之间形成有油腔A，在上、下游动件总成(5；6)之间及上、下“动--动”摩擦密封副(61、55；63、58)之间形成有油腔B，上游动件中间接头(56)上的油流孔(561)从底部将A腔和B腔连通；在上、下游动件总成(5；6)内腔及上游动件出油阀(51)与长冲程抽油泵(2)的下游动阀(25)之间形成有油腔C；在长冲程抽油泵(2)的下游动阀(25)与固定阀(26)之间形成有油腔D；在上游动件出油阀(51)之上为油腔E。