CN100337033C - 一种无杆液压抽油系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种应用于油田采油的液压抽油系统和抽油泵。特征是采用一条管线为井下抽油泵提供液压动力，乏动力液从原管道返回。与现有的水力活塞泵相比，克服了现有技术乏动力液与井液混合的缺点。本发明液压抽油泵的柱塞下部连接游动凡尔，游动凡尔下部悬挂有拉杆和悬重。将悬重连接在游动凡尔下，具有拉动活塞下行的作用。

Description

一种无杆液压抽油系统

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域中的一种无杆液压抽油系统，特别是采用地面液压动力系统产生高压动力，通过井内环空通道，传递到井下液压抽油泵，驱动液压抽油泵工作的液压抽油系统。

背景技术

在油田抽油技术领域中，分为有杆采油和无杆采油。以液压为动力的水力活塞泵属于无杆采油，它具有泵挂深、扬程高、排量大等优点，得到采油现场的应用。目前，现场所应用比较多的是开式水力活塞泵采油系统。开式水力活塞泵采油系统有二条通道与地面相连通。第一条是动力液通过油管到井下活塞泵的通道；第二条是井液与乏动力液混合后输送到地面的环空通道。其不足之处是该采油系统必须配合使用井下封隔器，这样使井下管线复杂化。其次，最大的缺点是井液与乏动力液混合输送到地面后，必须经过油、水分离，分离后的原油才能做为动力液加压后输送到井下，为活塞泵提供动力。油、水分离处理的费用相当昂贵，这是阻碍井下水力活塞泵推广应用的最大障碍。第三，现有水力活塞泵的换向机构设置在井下活塞泵内，换向机构磨损，维修时必须将活塞泵从井下起出，工作难度大。

另外，中国专利申请号为03203725.2，是本公司申请的一种液压抽油泵，该液压抽油泵由外筒、固定凡尔、游动凡尔、上缸筒、下缸筒组成。上缸筒下部有动力液进出口，上缸筒内有上活塞，动力液推动上活塞向上运动。在外筒上有井液进出口，下缸筒下部也有井液进出口。井液进出口的作用是平衡上活塞压力。上活塞向下运动是依靠活塞上部井液的压力，推动上活塞向下运动。上活塞上、下往复运动，达到抽油的目的。这一技术方案在井下液压抽油泵技术领域是一个先例。本公司申请的液压抽油泵(03203725.2)的上活塞向下运动是靠活塞上部井液的压力。在制造、实验过程中发现，要实现利用井液的压力推动活塞向下运动方案结构复杂，密封件多。解决活塞向下运动问题还有一个更可靠、更简便的新结构设计方案。

发明内容

本发明的目的是：为克服现有的井下水力活塞泵液压系统，在采油过程中，必须有井下封隔器配合使井下复杂的不足；克服现有液压抽油系统的井液与乏动力液混合输送到地面，经油水分离才能做为动力液加压后输送到井下的不足；克服现有的液压抽油系统换向机构设置在井下活塞泵内，换向机构维修复杂等缺点，提供一种无杆液压抽油系统，使其不采用井下封隔器；井液与动力液分路输送，节约动力液与井液分离的费用；换向机构设置在地面，由地面液压控制机构控制抽油泵活塞往复运动。

本发明所要解决的另一个技术问题是：克服液压抽油泵活塞向下运动依靠活塞上部井液的压力推动，其结构复杂的不足，提供一种与液压抽油系统配套使用液压抽油泵，提高采油效果。

本发明解决其技术问题的技术方案是：

液压抽油系统是由水箱、高压三柱塞泵、安全阀、蓄能器、换向阀、单向节流阀、单向阀、液压抽油泵，以及管线所组成。水箱上有进水管和出水管。高压三柱塞泵的入口连接水箱出水管。高压三柱塞泵的出口分别连接两条管线。一条是通过安全阀与水箱回水管连接；一条是通过单向阀与换向阀动力口(P)连接，在单向阀与换向阀动力口(P)之间的管线上有蓄能器。换向阀回水口(T)通过管线连接回水管线。换向阀工作口(A)通过单向节流阀与井口动力管线连接，井口动力管线连接外油管与内油管之间的环空通道，为抽油泵提供液压动力。抽油泵上部连接有内油管和外油管。单向节流阀的作用是调节通过的流量，以改变抽油泵活塞的工作速度。抽油泵上部连接有两层油管，即大直径油管中套有小直径油管。换向阀的阀芯与凸轮式间歇往复运动装置连接，控制换向阀换向。

液压抽油泵是由上泵筒、下泵筒、固定凡尔、游动凡尔等组成，上泵筒内有上液缸，上液缸下部有动力液孔道。上液缸内有活塞，活塞周围有密封环。活塞下部连接筒状柱塞。柱塞下部连接游动凡尔。柱塞外部有柱塞缸。下泵筒连接在上泵筒下部。下泵筒下部连接有固定凡尔。本发明的贡献部分是：在游动凡尔下部悬挂有拉杆，拉杆下部固定有悬重。拉杆的作用是连接游动凡尔和悬重。悬重外形为柱状，重量在250-850公斤之间。悬重在下泵筒内，悬重与下泵筒之间有井液通道。

本发明液压抽油系统的有益效果是：利用一条管线为井下环空提供液压动力；乏动力液从动力液进入的通道，原路返回。高压动力液和乏动力液共用一条通道，克服了原有技术中乏动力液与井液混合的缺点。本发明在采油过程中，不使用封隔器，克服了井下管道复杂的缺点。液压阀和换向控制机构设置在地面，克服水力活塞泵了换向机构设置在井下的活塞泵内，换向机构使用寿命短，不易维修的缺点。

本发明液压抽油泵安装在油井内，距地面2000米左右深的井下，长时间运行实验，活塞向上运动靠地面液压动力，而向下运动靠悬重释放势能，活塞上、下运动顺利。在井下抽油泵技术领域，从没有人采用在活塞、柱塞下设置悬重的技术方案，实现游动凡尔向下运动。本发明是一个创举，打破了传统做法。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图1是液压抽油系统和抽油泵的安装示意图，是本发明的一个实施例。

附图2是液压抽油泵的纵剖面图，也是其结构示意图。是液压动力进入推动活塞向上运动的工作流程示意图。虚线箭头是动力液流动的方向，实线箭头所指示的方向是井液流动的方向。

附图3也是液压抽油泵的纵剖面图。是液压动力返回地面，悬重在重力作用下拉动活塞下行的工作流程示意图。虚线箭头是动力液流动的方向，实线箭头所指示的方向是井液流动的方向。

图中，1.水箱，2.管线，3.安全阀，4.单向阀，5.高压三柱塞泵，6.蓄能器，7.换向阀，8.往复运动装置，9.单向节流阀，10.液压抽油泵，11.上液缸，12.活塞，13.密封环，14.柱塞，15.动力液孔道，16.上泵筒，17.静密封圈，18.游动凡尔，19.柱塞缸，20.拉杆，21.悬重，22.下泵筒，23.固定凡尔，24.套管，25.外油管，26.内油管，27.井口法兰，28.动力管线，29.产液管线。

具体实施方式

无杆液压抽油系统实施例：水箱1是长方体形，内部容积为3m3。高压三柱塞泵5额定压力为31.5MPa，排量为50L/min。安全阀3的通径为25毫米。蓄能器6是囊式蓄能器，内部容积为40L。换向阀7是水介质两位三通换向阀7。换向阀芯与凸轮式间歇往复运动装置8连接，带动换向阀7换向。水箱1上一个进水管线2和一个出水管线2，管线2内径为32毫米。高压三柱塞泵5的入口连接水箱1的出水管线2。高压三柱塞泵5的出口连接两条管线。一条是连接安全阀3，并通过安全阀3与水箱1回水管线连接；一条是通过单向阀4与换向阀7的动力口(P口)连接，在单向阀4与换向阀7动力口(P口)之间的管线上有囊式蓄能器6。换向阀7回水口(T口)接回水管线。换向阀7工作口(A口)通过单向节流阀9与井口动力管线28连接，井口动力管线28连接井下内油管26与外油管25之间的环空通道。液压抽油泵10上部连接有内油管26和外油管25。还可以将液压抽油系统地面部分安装在一个橇座上，使之成为一个整体，现场移动方便。

抽油泵实施例：上泵筒16外径110毫米，长度3800毫米。上泵筒16与下液缸22之间有连接体，连接体内有限位台阶。限位台阶内有静密封圈17。上泵筒16、下液缸22和连接体是通过螺纹连接的。在本实施例中，下泵筒16下部有固定凡尔23。上液缸11在上泵筒16内。上液缸11外径为73毫米，长度3500毫米。上液缸11的下部有4个动力液孔道15，每个动力液孔道15直径为10毫米。上液缸11下部连接柱塞缸19，柱塞缸19内部有柱塞14。柱塞缸19长度为3500毫米。活塞12外径为60毫米。活塞12外径上有6个密封环13。活塞12与柱塞14为一整体。柱塞14下部连接游动凡尔18。在游动凡尔18下部悬挂有拉杆20，拉杆20直径为25毫米，长度1600毫米。拉杆20下部采用螺纹固定有悬重21。悬重21外形为圆柱状，外径60毫米，重量为400公斤。悬重21在下泵筒22内，下泵筒22内径69毫米，悬重21与下泵筒22之间有4.5毫米的间隙，是井液的通道。固定凡尔23、游动凡尔18是现有技术中抽油泵的必须部件，多数采用球形凡尔。本发明采用现有技术的固定凡尔23、游动凡尔18，不详细描述。

简单描述液压抽油泵10的安装，可以更好地理解本发明。附图1，将本发明抽油泵10安装在油井下数百米或上千米深处，其外部为套管24。液压抽油泵10的上部连接外油管25，外油管25内是内油管26。外油管25与内油管26之间的环空是动力液通过的通道；内油管26中心是井液上升的通道。内、外油管25、26连接到井口法兰27上，动力管线28和产液管线29与法兰27连接。液压抽油泵的安装是一般技术人员和工人能做到的。

简述液压抽油泵10的工作原理：地面高压动力液经内油管26与外油管25之间的环空，并通过上液缸11下部的动力液孔道15进入活塞12下部，推动活塞12向上运动。活塞12带动柱塞14、游动凡尔18和悬重21向上行。此时，游动凡尔18自动关闭，并推动上液缸11内的井液向上流动。同时，固定凡尔23自动打开，井液通过固定凡尔23进入下液缸22(附图2)。完成第一个工作程序，即排液过程。在排液过程中，悬重21位置升高，悬重21的势能增加。当地面液压动力站换向，乏动力液从上液缸11下部动力液孔道15返回内油管26与外油管25之间环空，悬重21释放势能，活塞14在悬重21的重力作用下向下运动，活塞12、柱塞14、游动凡尔18和悬重21下行。此时，游动凡尔18自动打开，固定凡尔23自动关闭，下缸筒22内的井液经游动凡尔18进入上液缸11内(附图3)。完成第二个工作程序，即进液过程。在地面液压动力作用下，排液和进液过程不断交替进行，井液通过液压抽油泵被采出。

Claims (3)

1、一种无杆液压抽油系统，是由水箱(1)、高压三柱塞泵(5)、安全阀(3)、蓄能器(6)、换向阀(7)、单向节流阀(9)、单向阀、液压抽油泵(10)，以及管线(2)所组成，水箱(1)上有进水管线和出水管线，高压三柱塞泵(5)的入口连接水箱(1)出水管，高压三柱塞泵(5)的出口分别连接两条管线，一条是通过安全阀(3)与水箱(1)的回水管线连接；一条是通过单向阀(4)与换向阀(7)的动力口(P)连接，在单向阀(4)与换向阀(7)动力口(P)之间的管线上有蓄能器(6)，换向阀(7)回水口(T)通过管线连接回水管线，换向阀(7)工作口(A)通过单向节流阀(9)与井口动力管线(28)连接，井口动力管线(28)连接井下外油管(25)与内油管(26)之间的环空通道，抽油泵(10)上部连接有内油管(26)和外油管(25)；

抽油泵(10)由上泵筒(16)、下泵筒(22)、固定凡尔(23)、游动凡尔(18)组成，上泵筒(16)内有上液缸(11)，上液缸(11)下部有动力液孔道(15)，上液缸(11)内有活塞(12)，活塞(12)周围有密封环(13)，活塞(12)下部连接筒状柱塞(14)，柱塞(14)下部连接游动凡尔(18)，柱塞(14)外部有柱塞缸(19)，下泵筒(22)连接在上泵筒(16)下部，下泵筒(22)下部有固定凡尔(23)，其特征在于：在游动凡尔(18)下部悬挂有拉杆(20)，拉杆(20)下部固定有悬重(21)，悬重(21)外形为柱状，重量在250-850公斤之间，悬重(21)在下泵筒(22)内，悬重(21)与下泵筒(22)之间有井液通道。

2、如权利要求1所述的一种无杆液压抽油系统，其特征在于：所述的悬重(21)外形为圆柱形。

3、如权利要求1或2所述的一种无杆液压抽油系统，其特征在于：

所述的活塞(12)与柱塞(14)为一整体。

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