CN108952645A - 用于油井的气体泵送单元 - Google Patents

Abstract

一种用于油井的泵送单元，其独立于常规AIB杆泵操作，这允许调节气体提取以保持油井内的气体压力恒定，因而允许提取油，而不会具有传统泵送***所带来的不便。

Description

用于油井的气体泵送单元

技术领域

本发明涉及的领域是使用在石油工业中的机器、装置和设备，更具体地，涉及一种用于油井的气体提取和传输单元，其允许根据油井气体贡献量而降低油井环空中的压力，从而增加来自油井环空的液体的产量。需要强调的是，这种气体泵送单元完全独立于通常用于石油提取的***，例如AIB(独立泵送单元，西班牙语缩写)杆泵、PCP、电潜泵、“柱塞提升式”泵等，它又允许调控油井内所需的压力。

背景技术

AIB杆泵在石油工业中是众所周知的，公知为允许从油井中开展机械提取原油。杆泵通常使用在许多油田中，根据泵的尺寸，通常在24小时内能够产生5到多于50立方米的原油和水的混合物。泵的尺寸也由要提取的原油的深度和重量确定，其中提取得越深，需要越多能量来移动流体柱的越大长度。连杆曲柄机构将马达的旋转运动转换成移动泵杆的往复垂直移动，并且产生典型的节距移动。因此，AIB杆泵允许从油井中提取原油。

正如上文提到的，原油伴随油田中的水和气体。然而，油井中的气体是采油的主要问题。这可能是由于油井内部气体压力过高而发生。更特别的发生在套管与管道之间的环空中。过高气体压力的存在明显地减少油产量。作为上述结果，已经开发了一些装置，这些装置允许从油井环空中提取气体来降低压力，并且允许原油的正常产量。目前，梁式摇臂压缩机使用在用于气体传输的机械泵送中，其被安装并且与AIB杆泵协同操作，使用大活塞，并且取决于AIB执行的冲程的数量来提取气体。

然而，尽管在现有技术中已经证明使用梁式摇臂压缩机是实用的，但是它们的缺点在于限制油产量。这些缺点之一是取决于AIB的头部的移动来执行气体的提取，因此如果压缩机需要某种类型的维护，首先应该停止AIB来执行所述维护，这会造成时间浪费和产量的损失。而且，尽管油井环空中的气体压力会发生变化，但是常规的压缩机仍会不断的在每个冲程中提取等量的气体，因此油井中的气体压力会显著地变化，从而积极或消极地影响石油的产量。

由于上述原因，具有新的装置、设备、机器或器件是很方便的，在不影响原油产量的条件下，允许从油井中提取气体，又允许根据油井中存在的压力适当提取气体。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种用于油井的泵送单元，其允许独立于AIB杆泵来提取气体。

本发明的另一目的是，提供一种泵送单元，该泵送单元允许维持油井中的恒定气体压力，由于泵送单元具有压力开关、压力传送器以及频率转换器，其根据要提取的气体流量的函数来控制活塞的速度。

本发明的另一目的是，提供泵送单元，由于其结构配置，由于少的维护和修理，其具有更长使用寿命和泵送单元的效率。

本发明的另一目的是，为油井提供气体泵送单元，使得油井中的压力可调控。

本发明的另一目的是，为油井提供气体泵送单元，该气体泵送单元包括至少一个压缩机气缸，该压缩气缸具有连接油井的至少一个气体入口、至少一个气体出口、一个枢转下端以及双作用活塞，双作用活塞的驱动轴连接至驱动马达，驱动马达能够是电动马达、液压马达或者内燃机，所述驱动马达连接至压力传送器，该压力传送器可操作地连接至压力开关，压力开关又可操作地连接至油井。

附图说明

为了更清楚以及理解本发明的目的，本发明已经在几个图中进行了解释，在附图中，本发明已经依靠示例表示在优选实例之一中，其中：

图1示出了根据本发明用于油井的气体泵送单元的示范性示意图，其中，仅依靠示例，连同安装在油井中的相应部件示出本发明。

图2示出了根据本发明的用于油井的气体泵送单元的透视图；以及

图3和图4示出了根据本发明的气体泵送单元的截面图，其中，可以观察到活塞的前进方向，允许气体进入并同时允许压缩/排放气体。

具体实施方式

现在参考附图，可见的是，本发明由一种新的用于油井的气体泵送单元组成，该气体泵送单元独立于AIB杆泵，允许调节气体的提取以保持油井中的气体压力恒定，从而允许提取油而不会带来任何不便。为了示例性的目的并且进一步提高对本发明的理解，图1示出了与油井的相应部分连接的泵送单元。如上所述，由于它是一个示范性的方案，分离距离和图示组件的尺寸未成比例地示出，因此它会被理解为这不是对本发明的限制，实际上它正确地适应场所的需求。

因此，根据图1至图4，本发明的用于油井的泵送单元由一般参考标记1表示，并且包括至少一个压缩机气缸2，至少一个压缩机气缸2具有上部分3和下部分5，上密封盖4安装在上部分3上，下密封盖6安装在下部分5上，两个盖4和6通过相应的螺栓、销钉或者类似固定元件被固定至气缸2。同样地，所述压缩机气缸2包括设置在上部分3中的上气体气缸入口/出口嘴7以及设置在下部分5中的下气体气缸入口/出口嘴8。

在内部，压缩机气缸2包括双作用活塞9，双作用活塞9的驱动轴10穿过上盖4并且具有近端，该近端具有设置有轴承12的连接元件11，连接轴13固定在该轴承12上，所述连接轴13允许所述驱动轴10和相应的连接杆14之间的连接，该连接杆14通过减速器16的轴17连接至驱动马达15-减速器16。驱动马达15可以是内燃机(combustion motor)、液压马达或电驱动马达，但是优选是电动马达，它通过压力传送器41可操作地连接至压力开关18，压力传送器41用于控制所述马达-减速器的速度，压力开关18用于设置或建立启动/停止压力并且可操作地连接至油井，更具体地可操作地连接至套管和提取管道之间的环空。这样，油井中的压力能够调控而没有任何不便，通过现有技术的任何常规设备这是不可能的，这是由于它们利用梁泵冲程操作并且没有方法用来调控油井内所需的压力。

压力传送器41测量环空中的压力并且调节马达的旋转转速，使得活塞在压缩机气缸内以较大或较低的速度移动。这允许根据存在于环空内的气压来提取气体。依靠示例，但不是限制本发明，如果存在于环空的压力超过了允许提取油所需的最大压力极限，压力传送器41将信号发送至马达的变速驱动器，使其在较高转速下旋转，从而在活塞运动中产生更大的速度，从而从环空中提取更大量的气体以减少其内存在的压力。同样，压力传送器的使用，使得能够知道环空中的压力并且在恒定基础上维持理想压力。反过来，由于压力开关和压力传送器的布置，油井内所需的压力可根据该时刻的操作条件进行调控。

就其本身而言，连接杆14提供与活塞9的驱动轴10形成直线的偏心移动，活塞9在压缩机气缸2内纵向移动，以允许气体进入同时允许气体的压缩和排放。当所述驱动轴10执行直线偏心移动时，它会引起压缩机气缸2以倾斜的方式枢转。为了促进压缩机气缸2的倾斜移动，设置枢转下端，枢转下端包括设置有轴承20的下臂19，轴21通过轴承20，轴21的端部固定至设置有轴承(未示出)的相应横向支撑板(未示出)，横向支撑板安装在框架(未示出)上，该框架支撑本发明的单元的总体结构。以这种方式，允许从下端枢转，伴随驱动轴10的偏心直线移动和气缸2的倾斜移动。

另一方面，本发明包括连接环空的至少一个主气体入口22和连接气体生产线和/或相关蓄存器的至少一个主气体出口23。虽然根据图1至图4所示的方向，已经示出的是，主气体入口22在右侧，而主气体出口在左侧，但是这并不意味着本发明限于所述配置，其他布置也可被考虑而且没有任何不便。

主气体入口22分叉并且通入到下气体入口24和上气体入口26，该下气体入口24通过单向止回阀25与气缸2的下部分5的下气体气缸入口/出口8相连，该上气体入口26通过另一单向止回阀27与压缩机气缸2的上部分3的上气体气缸入口/出口7相连。本发明又具有下气体出口28和上气体出口30，下气体出口28通过单向止回阀29与下气体气缸入口/出口8相连，上气体出口30通过另一单向止回阀31与上气体气缸入口/出口7相连，两个气体出口28和30延伸并且连接至主气体出口23。

值得注意的是，上文提到的通入和分叉包括管子或管道32以及弯管33、止回阀、连接器、凸缘、密封件、填料箱等，如最好从图1至图4所示。同样，主气体入口22和主气体出口23具有连接器34并且分别依靠一个或多个导管40(诸如管子(duct)、管道(pipe)、软管等)连接至油井、蓄存器/生产线。更具体地，根据图1，可见的是，主气体入口22与吸气出口35相连，油井环空的气体来自于该吸气出口35，而所述主气体出口23与排放气体入口36相连，该排放气体入口36通向气体生产线和/或相关蓄存器。此外，为了示例性以及辅助性目的，为了更好地理解本发明，通常使用在油井中的这些部分的一些部件已经示出在所述图1中。其中，示出的所述部件是套管37、管道38和杆39。

依靠示例，但是不限制本发明，根据图3所示，当活塞9向上移动时，通过主气体入口22进入的气体将通过下气体入口24和下气体气缸入口/出口8进入气缸2。同时，可见的是，先前在气缸内的气体通过上气体气缸入口/出口7被压缩和排放，通过上气体出口30并且最终通过主气体出口23排放。

另一方面，在图4中，当活塞9向下移动时，通过主气体入口22进入的气体将通过上气体入口26和上气体气缸入口/出口7进入气缸2。同时，根据图3可见的是，先前进入气缸的气体通过下气体气缸入口/出口8压缩和排放，通过下气体出口28并且最终通过主气体出口23排放。

使用单向止回阀25、27、29和31，限定进入和离开气缸的气体流动方向，从而避免气体返回的可能性。同样地，气体循环方向和主气体入口和出口并不限于上面所描述的内容，可以被调节成具有其他配置而不会带来任何不便。

依靠示例，但不限制本发明，附上一些表格，这些表格示出了通过本发明的泵送单元所获得的结果：

排放流量表：标准条件下每天数千立方英尺气体(MSCF/D-每天标准千立方英尺)

计算公式：

8.73x 10^-5x D²x L x RPM x Q＝PS；

应该在绝对压力下进行计算。

转矩表格：(取决于压力差、活塞直径以及活塞有效的冲程)牛顿流量计

计算方程：

#N-m＝4.44x 10^-2x D²x L(Pd-Ps)；

其中，压力差：排放压力Pd-吸气压力Ps

油井测试

在使用本发明的泵送单元之前：

所选择的油井具有的产量在2016年10月为02BO x 0BW，进行以下物理测量：

正如从上面的表格可以看出，压力在没有压缩机或泵送单元的情况下是3psi，通过使用本发明的压缩机或泵送单元变改变为-4psi(负四)，从而得到的是，真空压力差允许更大产量。

使用本发明的泵送单元：

人们可以显著地观察到，在与使用泵送单元之前相同的提取条件下操作24小时，产量从2BOPD(桶油/日)增加至8BOPD，从而获得更好的压力测试。

这样，构成和构建了本发明的用于油井的泵送单元，其独立于AIB杆泵的操作，其又允许根据油井环空中存在的压力来改变活塞移动速度以提取更大或更小量的气体，这是由于压力传送器和压力开关的新颖布置。也就是说，压力是可调控的，这对于现有技术的常规机构是不可能的。需要强调的是在采油期间，气体提取循环是连续的。

此外，本发明的单元的一些优势在于：

使用外部的以及独立的泵送单元取代传统往复式气体压缩机CGBD(机械泵送)，允许进一步减小油井环空中的气体压力，这是由于它的作用不受泵送杆单元几何形状的限制，也不受低GPM(<9)的限制，其中，泵送单元的作用频率的独立性允许其更小：

泵送单元允许维持油井中恒定的气压，由于泵送单元具有压力开关和压力传送器，使得它们可以根据要提取的气流来控制活塞速度，压力可以调控：

更高的气体提取容量；

增加产量，同时减少流动压力；

可回收储量的增加(环内真空)；

泵送单元很易于安装和运输；

在机械泵送单元的对齐和平衡方面不产生失衡；

总体紧凑的泵送单元(小尺寸)降低了事故的风险(没有高空作业)；

共享部件容易获取；

在其制造中使用耐久性材料；

在维修压缩机气缸时，在将近30分钟中用另一备用单元对其替换；

无需停止AIB杆泵；

本发明的单元是环保的，这是由于它不产生过度的噪音；

由于其在油井的位置中占据很少物理空间，因此它是没有妨碍性的；

紧凑型压缩机气缸(更少部件以及具有均匀调整的凸缘)；改进冶金(高质量钢及铝)，(在填充箱、凸缘以及活塞中)持续生成密封；

石墨特氟隆密封件，产生于更高效率和持久性；

压缩机附件(水平止回阀、弯管、球座、管子等)设计成在具有气流的介质中工作；

减小制造成本；以及

由于较少维护和修理，泵送单元具有更长使用寿命和效率，以及其他许多优势。

因此，本发明允许根据我们想要的依靠可变速驱动器来改变活塞驱动量，可变速驱动器驱动马达而不依赖于机械泵的致动频率，而利用现有技术的单元时会发生的是依赖于机械泵的致动频率。本发明的单元又允许压缩机更小，这是由于频率更高所需的压缩机更小，从而由于压力开关以及连接至套管的压力传送器的布置，允许根据期望调节油井内的气体压力，根据期望的调控压力，改变驱动压缩机的马达的速度，从而提取更多或更少的气体。

Claims (10)

1.一种用于油井的气体泵送单元，其中，所述泵送单元包括：

至少一个压缩机气缸，其具有至少一个气体入口、至少一个气体出口、一个枢转下端以及双作用活塞，所述至少一个气体入口与所述油井连接，所述双作用活塞具有驱动轴，所述驱动轴依靠相应的连接杆连接至驱动马达，所述驱动马达连接至压力传送器，所述压力传送器可操作地连接至压力开关，所述压力开关又可操作地连接至所述油井。

2.根据权利要求1所述的气体泵送单元，其中，所述气体入口包括下气体入口和上气体入口，所述下气体入口连接至所述压缩机气缸的下部分，所述上气体入口连接至所述压缩机气缸的上部分，所述下气体入口和所述上气体入口从主气体入口分叉并且延伸，所述主气体入口通过相应的导管与所述油井直接相连，所述导管是从由管子、管道、软管及其组合所组成的组中选择的。

3.根据权利要求2所述的气体泵送单元，其中，所述气体出口包括下气体出口和上气体出口，所述下气体出口连接至所述压缩机气缸的下部分，所述上气体出口连接至所述压缩机气缸的上部分，两个所述出口延伸并且连接至主气体出口。

4.根据权利要求2所述的气体泵送单元，其中，所述压缩机气缸的上部分包括上气体气缸入口/出口，所述上气体气缸入口/出口连接至所述上气体入口以及上气体出口，而所述压缩机气缸的下部分包括下气体气缸入口/出口，所述下气体气缸入口/出口连接至所述下气体入口以及下气体出口。

5.根据权利要求4所述的气体泵送单元，其中，相应的单向止回阀布置在上、下气缸入口/出口以及上、下气体入口/出口之间。

6.根据权利要求1所述的气体泵送单元，其中，所述驱动马达是连接至减速器的电动马达。

7.根据权利要求1所述的气体泵送单元，其中，所述活塞的驱动轴的上端具有设置有轴承的连接元件，连接轴安装在所述轴承上。

8.根据权利要求7所述的气体泵送单元，其中，所述连接杆通过所述连接轴可操作地连接至所述连接元件。

9.根据权利要求1所述的气体泵送单元，其中，所述枢转下端包括下臂，所述下臂设置有轴通过的轴承，该轴具有的端部附接至设置有轴承的相应板，所述相应板安装在框架中。

10.根据权利要求9所述的气体泵送单元，其中，所述泵送单元安装在所述框架上。