CN115111146A - 三维曲井的防磨减载抽油装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开三维曲井的防磨减载抽油装置及其使用方法，包括：泵筒、环形阀、游动阀、导向装置、抽油杆和万向接头以及其使用方法。所述的泵筒与油管连接为一体，泵体上部设有导向装置便于井下装配；所述的抽油杆由万向接头分段连接，降低抽油杆在斜井内弯曲处所受循环应力导致的损伤；泵体内部环形阀安装于游动阀上端，从而最大限度降低下冲程时抽油杆所受压应力，降低了抽油杆屈曲程度减少对井壁磨损，延长了泵检周期，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明属于采油工程技术领域，具体涉及三维曲井的防磨减载抽油装置及其使用方法。
背景技术
目前我国在油井生产开采过程中所使用的机械采油设备多为有杆泵。在定向井、斜直井、水平井以及井眼轨迹弯曲的三维曲井中，由于其井眼轨迹的弯曲会对抽油杆造成位移激励，产生侧向力。传统有杆泵在以上特殊油井的采油过程中，会出现杆柱弯曲现象并与抽油管接触发生偏磨，产生极大的摩擦力。而油田进入中后期后动液面下降，也导致悬点静载荷增加。上述情况严重影响了零件使用寿命、缩短了检泵周期，导致采油效率下降、成本上升。
现有技术中，对于三维曲井杆管偏磨和悬点载荷过大问题，目前普遍做法是采取在抽油杆上加装扶正器、增加抽油杆配重、加装液力反馈装置的做法降低偏磨影响，采取抽油杆降载技术、抽油管降载技术、抽油泵降载技术或配套工具降载技术降低悬点载荷。其中，在抽油杆内加装扶正器的解决方案，通过扶正器将抽油杆与油管隔开，但由于加装节点过多使得抽油杆运行阻力增加，悬点载荷增大，增大能耗，杆柱受力关系恶化，有时反而增大了杆柱断裂几率。专利ZL201220448003.8在泵筒下面安装活塞，活塞下面固定加重管。欧洲专利EP2304170B1和国内的专利ZL200420053992.6、ZL200620085231.8都是通过增加抽油杆配重，通过增加抽油杆底端重量抵消部分受力，以克服下行阻力带来的杆柱弯曲和偏磨，但由于载荷限制可加装配重重量有限而效果并不理想，而且该发明更适用于直井中，对于三维曲井效果不佳，而且下部增加悬重相当于增加了抽油机悬点载荷，会降低***效率。专利ZL200920031495.9，ZL201120114471.7，ZL201621032696.7都是通过加装液力反馈装置的解决方案，通过设置下受压截面抵消液柱对抽油杆产生的轴向压力，但是液压反馈式泵的阀座结构复杂，容易失效，应用效果并不理想。杆管转动装置设置在井口光杆上，抽油杆周向旋转可以使得杆柱磨损均匀、延长抽油杆使用寿命，该技术没有真正解决杆柱偏磨问题。
对于三维曲井井况更加复杂，比如轨迹弯曲的垂直井、定向井、水平井、丛式井等，其抽油杆处于三维弯曲状态，与管壁接触点更多，偏磨也更严重，目前来说，以上技术无法做到降低载荷和削弱偏磨的功效。综上所述，现有技术工艺未能经济有效地解决有三维曲井工况下，有杆泵抽油杆偏磨以及悬点载荷过高的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于三维曲井的减磨降载抽油装置抽油装置及其使用方法，能够有效克服抽油杆下行阻力，减少抽油杆受迫弯曲变形，降低抽油杆偏磨，降低悬点载荷，延长杆管泵的使用寿命，提高检泵周期，以及提高有杆泵采油的经济性和安全性。
本发明由连接杆(1)、上连接筒(2)、环形阀塞(3)、环形阀外筒(4)、泵筒(5)、游动阀总成(6)、柱塞(7)、紧固螺母(8)、导向杆(9)、泵筒下接头(10)、导向装置(11)、配重(12)，万向接头(13)、抽油杆(14)组成；其中连接杆(1)随泵筒下入井内，连接杆上端与抽油杆螺纹连接，上连接筒(2)和油管连接，泵筒(5)上接有环形阀外筒(4)，环形阀塞(3)与环形阀外筒(4)的阀座斜面配合，游动阀总成(6)上部固定在连接杆(1)下端，柱塞(7)与游动阀总成(6)下端连接，抽油生产时在泵筒内轴向往复运动，泵筒(5)下端通过泵筒下接头(10)连接导向装置(11)，导向杆(9)与导向装置(11)配合，导向杆(9)下端连接配重(12)，不需要时不添加，重量按实际工况确定，井眼弯曲处相邻抽油杆(14)之间由万向接头(13)连接，其他位置按常规方式链接，抽油杆与连接杆连接处由紧固螺母(8)锁紧。
本发明有益效果
1.由于泵筒底部安装有导向装置，采油作业中柱塞与泵筒偏心度小，两者间的摩擦小，延长了使用寿命；
2.游动环形阀和固定球阀组合结构，能够提高抽油泵的启闭速度。与常规泵相比，启闭时间提高40％以上，启闭行程缩短1-3cm，容积效率提高20-30％；
3.下冲程时，新型抽油泵结构使得柱塞下端面直接与井底流压接触，在抽油泵下行程时柱塞受到的上顶力大大减小。新型抽油泵的上顶力与井底沉没度直接相关，与泵挂深度无关。常规泵的上顶力与泵挂深度直接相关；
4.抽油杆由万向接头连接，减小了三维曲井弯曲处抽油杆的弯曲变形力、摩擦力以及反支力，减小了杆管偏磨。带万向接头不但加强了抽油杆在弯曲井筒段的通过性，而且依然可以传递拉压力以实现抽油泵的往复采排工作；
5.该新型减磨降载抽油装置能够提高三维曲井油井生产的***效率，三维曲井包括定向井、水平井、丛式井、轨迹弯曲的直井以及处于杆管弯曲变形状态的直井；
6.导向杆底部可以安装配重，减小下行程时的上顶力，降低抽油杆柱的中位点，降低杆柱弯曲变形风险。
附图说明
图1是本发明一种用于三维曲井的防磨减载抽油装置的结构示意图。
图2是本发明一种用于三维曲井的防磨减载抽油装置的环形阀结构示意图。
图3是本发明一种用于三维曲井的防磨减载抽油装置的抽油杆装配示意图。
图4是本发明一种用于三维曲井的防磨减载抽油装置的游动阀结构示意图。
图5是本发明一种用于三维曲井的防磨减载抽油装置的万向接头结构示意图。
图6是本发明一种用于三维曲井的防磨减载抽油装置在斜直井工况下的结构示意图。
图7是本发明一种用于三维曲井的防磨减载抽油装置在水平井工况下的结构示意图。
图8是本发明一种用于三维曲井的防磨减载抽油装置在三维曲井工况下的结构示意图。
图中:1-连接杆；2-上连接筒、3-环形阀塞、4-环形阀外筒、5-泵筒、6-游动阀总成、7-柱塞、8-紧固螺母、9-导向杆、10-泵筒下接头、11-导向装置、12-配重、13-万向接头、14-抽油杆，61-紧固螺母、62-游动阀上接头、63-游动阀球、64-游动阀座。
具体实施方式
一种用于三维曲井的防磨减载抽油装置的具体结构参见图1。环形阀具体结构参见图2。上连接筒(2)与抽油管通过螺纹连接。各级抽油杆(14)之间使用万向接头(13)进行连接。连接杆(1)穿过环形阀(3)，通过底端螺纹与游动阀(6)连接。游动阀(6)侧面设有进油孔确保液体流动，游动阀(6)底端通过螺纹与柱塞(7)连接，定位螺母(61)紧固连接杆(1)同时装配时起定位作用，抽油时游动阀在泵筒内作轴向往复运动。泵筒(5)下端与泵筒下接头(10)、导向装置(11)依次通过螺纹连接。导向杆(9)与导向装置(11)配合，导向杆(9)下端连接配重(12)，不需要时不添加。本发明提及的一种用于三维曲井的防磨减载抽油装置采用管式泵结构，安装时泵体随抽油管下入井内，抽油杆(14)安装紧固螺母(8)后下入井内，与连接杆(1)连接在井下进行装配过程参见图3。图6、图7、图8分别为所设计的抽油装置在不同工况条件下的结构示意图。
本发明的一种用于三维曲井的防磨减载抽油装置的工作流程：
下冲程时，环形阀(3)受上液柱压力关闭，游动阀(6)在重力作用下向下移动，随着泵腔容积增加，压力降低，在阀球上下压差作用下打开游动阀，液体流入泵腔内。柱塞受到上顶力小于常规泵，杆柱受压力大大减小，能有效减弱抽油杆的弯曲变形。
上冲程时，游动阀(6)关闭，环形阀(3)打开，柱塞举升产液。此时液柱压力加载至游动阀(6)上方，使抽油杆处于拉伸状态。
在正常工作过程中，各级抽油杆由万向接头(13)连接，避免了因三维曲井弯曲段迫使抽油杆弯曲变形而受到的偏磨，延长了泵检周期，提升了油井生产效率。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.三维曲井的防磨减载抽油装置，其特征在于，该装置包括连接杆(1)、上连接筒(2)、环形阀塞(3)、环形阀外筒(4)、泵筒(5)、游动阀总成(6)、柱塞(7)、紧固螺母(8)、导向杆(9)、泵筒下接头(10)、导向装置(11)、配重(12)，万向接头(13)、抽油杆(14)；其特征在于：上连接筒(2)和油管相连，连接杆(1)上端与抽油杆由螺纹连接，相邻抽油杆(14)之间由万向接头(13)连接，泵筒(5)上接有环形阀外筒(4)，环形阀外筒(4)内部有锥形底座结构，环形阀塞(3)与锥形底座的斜面相配合，二者接触时起到密封的作用，游动阀(6)上部固定在连接杆(1)下端，导向杆(9)与柱塞(7)下端连接，泵筒(5)下端通过泵筒下接头(10)连接导向装置(11)，导向杆(9)与导向装置(11)配合，导向杆(9)下端可以连接配重(12)。
2.根据权利要求1所述的一种用于三维曲井的防磨减载抽油装置，其特征在于，连接杆(1)自上而下依次与环形阀总成(由(3)和(4)组成)、游动阀总成(6)相配合。连接杆(1)穿过环形阀(3)，连接杆(1)下部与游动阀(6)通过自锁螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于三维曲井的防磨减载抽油装置，其特征在于，装配时泵体与抽油管在地面进行装配，泵体随抽油管一同下入井内，上连接筒(2)与抽油管采用自锁螺纹连接。抽油杆(14)下端在井上提前安装紧固螺母(8)，在地面与连接杆(1)进行通过螺纹链接，装配好的抽油泵整体与随着油管下入井内。
4.根据权利要求1所述的一种用于三维曲井的防磨减载抽油装置，其特征在于，所述的抽油杆(14)通过自锁螺纹链接或者万向接头(13)连接成杆柱组合体，下入井下有通过专用导向装置与连接杆(1)通过自锁螺纹链接为一体。
5.根据权利要求1所述的一种用于三维曲井的防磨减载抽油装置，其特征在于，万向接头(12)能够承受拉压扭载荷，在井筒内一般需要安置多个万向接头(12)，万向接头(12)的数量与位置与井眼轨迹相关，一般包括泵出口端、抽油杆中位点以及三维曲井弯曲段等位置。
6.根据权利要求1所述的一种用于三维曲井的防磨减载抽油装置，其特征在于，所述的抽油杆(14)与万向接头(12)的连接中，其特征在于，抽油杆柱在曲井弯曲处弧长长度与布置万向接头的数量成正比。
7.根据权利要求1所述的一种用于三维曲井的防磨减载抽油装置，其特征在于，所述的环形阀塞(3)，其特征在于，其上方环形顶端安装限位部件，以保证环形阀塞(3)能够及时归位，下方的弧面与环形阀底座外筒(4)内的锥形底座的斜面形成线接触密封。
8.根据权利要求1所述的一种用于三维曲井的防磨减载抽油装置，其特征在于，所述的游动阀(6)，其特征在于，其上部与连接杆(1)通过螺纹连接并使用紧固螺母(61)，其下部通过螺纹连接柱塞(7)。
9.根据权利要求1所述的一种用于三维曲井的防磨减载抽油装置，其特征在于，所述的柱塞(7)，其特征在于，所述柱塞上端有游动阀(6)，游动阀(6)和环形阀(3)通过启闭控制抽油泵的进出液，下端连接有导向杆(9)，并通过紧固螺母(8)固定；所述柱塞长度与泵筒(5)长度比值小于0.5。所述柱塞与泵筒长度根据油井生产需求确定；所述导向杆下端可以根据需要与否连接配重装置，配重大小依据实际井况来确定。
10.根据权利要求1所述的一种用于三维曲井的防磨减载抽油装置，其特征在于，所述连接杆长度满足预设关系:
ld＝lb-lz-ln+175(mm)
其中：
ld表示所述导杆长度；
lb表示所述泵筒(5)长度；
lz表示所述柱塞(7)长度；
ln导向杆与柱塞(7)螺纹连接长度。
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|---|---|---|---|---|
| CN116241192A (zh) * | 2023-03-06 | 2023-06-09 | 大庆冬青技术开发有限公司 | 一种抽油杆零失稳采油方法 |
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2022
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