液力抽油泵
技术领域:
本发明涉及石油无杆采油技术领域,特别涉及一种依靠地面泵站提供动力液,在井下实现自动换向的液力抽油泵。
技术背景
常规游梁式抽油机效率低,但多年来因其性能可靠,管理方便等特点始终在石油开采领域中占据主导地位。随着定向井和水平井技术的快速发展,以及油田进入后期采油,原油粘度增加,含水上升,出砂增多,油井液面下降,使采油难度逐年提高。常规游梁式抽油机带动的有杆抽油泵不能适应定向井、水平井和采油进入后期油井采油。常规抽油机在斜井采油中,因抽油杆与油管产生摩擦造成整机效率下降到不足20%;更严重的是因抽油杆偏磨造成抽油杆脱断或油管磨漏,导致检泵频繁。有关专家断定,依靠提高抽油杆强度的办法来解决本技术问题的希望非常渺茫。加上有杆抽油泵无法在深井中发挥作用,采油领域的有杆抽油泵面临着严重挑战。无杆采油泵,如电潜泵、喷射泵等均有自身固有的无法消除的缺陷,致使难以在斜井采油中发挥主导作用。
本来在井下实现换向的液力抽油泵是研制无杆抽油泵最佳技术路线,但80年代从美国引进的水力活塞泵设计方案存在严重不足,在泵内管路流阻就高达3.8-5.3Mpa,相当于下泵深度2000-3000m时的液体管内往返流阻;另外换向阀和控制机构与动力缸同步运动,这种控制方式致命的缺陷是:既使动力缸的运动速度再低,换向阀的动密封再耐磨、耐蚀性能再强,较短的动密封面也很难达到连续工作几个月的工作寿命。对此当初该泵的设计者已有认识,但并未从根本上解决问题。为了适应泵的短寿方便打捞,专门设计了反循环装置,把泵从井下冲出来。最终方便了检修,却导致本来有限的空间变得更小了,最后只能靠提高驱动缸的运动速度到1.2-2.5m/s来获得所需排量。然而,换向阀的密封面始终处在快速运动时的磨损和液体冲蚀没有解决。其结果不言而喻,造成该泵节能优势未能充分体现,还在应用中受到以下种种限制:例如采用配制简单、投资小、直接用原油作动力液的开式回路时,规定了作为动力液的原油含水<10%、含砂量<0.01%、粘度<300厘泊。如此严格的技术指标,使水力活塞泵几乎处于没有井可达到的困境;在采用闭式回路时为了实现对专门配制的高质量动力液的独立循环而不受外部影响,又必须增加几千米的耐高压同心管或平行管;同时用净水配制的动力液应加入定量的润滑剂和防腐剂,才能缓解摩擦付的磨损和腐蚀以延长使用寿命。
综上所述现有的水力活塞泵从八十年代引进几年之后,便基本退出市场就不足为怪了。
近两年国内外已有多个地面控制的无杆液压抽油泵专利申请,例如:公告号1231654。这种无杆液压抽油泵虽有其优点,但不足之处也显而易见:1、只能单井实施控制,管理不便;2、配置设备复杂,操作麻烦;3、采用液压油作动力液,运行费用高;4、液压元件在野外环境下工作可靠性难以保证;5、井下信号传递滞后,泵的无效行程加大等,因此这种无杆液压抽油泵的使用前景仍不乐观。
面对以上国内外采油设备的现状,急待研究一种可靠性能好、使用面宽、运行成本低,使用寿命长的井下控制液力抽油泵,在斜井、深井和稠油井采油中发挥主导作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种液力抽油泵,利用地面泵站输送的原油作动力,在井下实现驱动缸的自动换向和往复运动,带动排液缸运动把油抽上来,是斜井、深井和稠油井开采的理想设备。并且在工作状态下具有活塞运动速度低,换向阀阀芯在大部分时间处于非磨损状态,运转功率小,可靠性好、运行成本低,使用寿命长和节能优势大的特点。
本发明的技术方案是:液力抽油泵包括上接头(1)、泵壳(2)、换向阀(3)、控制机构(4)、驱动缸(5)、排出吸入凡尔总成(6)、排液缸(7)、空心活塞杆(8)、排出吸入凡尔总成(9)和下接头(10)。
上接头(1)下端与泵壳(2)螺纹连接并密封;上接头(1)中心孔与换向阀(3)的“P”口相通,上接头(1)下端面与换向阀(3)上端面之间有密封圈;
换向阀(3)是两位四通滑阀,有“O”、“P”、“A”、“B”四个口,换向阀(3)的阀盖中心孔上端可安有单向阀,阀体中心孔有4道凹槽自上而下第一个凹槽与“O”口连通,第二个凹槽与“B”口连通,第三个凹槽与“P”口连通,第四个凹槽与“A”口连通;中心孔内装有芯部带通孔的阀芯和阀芯外套;阀芯上端外壁有两道V形槽,阀芯上端外侧从下而上有钢球、定位套和弹簧;阀芯壁上有两处径向通孔,通过两处径向通孔将阀芯外部上下两道凹槽与中心孔沟通;阀芯中间外壁有凹槽,通过阀芯外套壁上的中间两处圆周上的径向多个小孔与阀体上的“P”口和“B”口沟通,“B”口又与驱动缸(5)的上腔相通;阀芯下端凹槽通过阀芯外套壁上的圆周小孔把阀体上的“A”口与阀芯中心孔沟通;阀芯上端凹槽通过阀芯外套壁上的圆周小孔把阀体上的“O”口与阀芯中心孔沟通,阀芯下端的环形空腔与“O”口相通。
驱动缸(5)或(5′)的缸筒内径上端与换向阀(3)的阀体下端外径配合并装有两道密封,两道密封之间有换向阀(3)的“A”口流道通过;驱动缸(5、5′)有独立的活塞,活塞与空心活塞杆(8)用丝扣相连。
空心活塞杆(8)的中心孔与下端小孔形成下端限位台阶,中心大孔与驱动缸(5)的活塞中心孔形成上端限位台阶。
控制机构(4)有限位杆,限位杆大直径以下的小直径部分自上而下依次装有限位套、弹簧、固定套、卡簧、固定套、弹簧、限位套和尾端锁紧螺母,中心有通孔的限位杆上端穿过阀体与阀芯连接;限位杆大直径以下部分穿入空心活塞杆(8)孔内。也可去掉固定套、卡簧、固定套和一个弹簧。
排液缸(7、7′)有独立的排液缸筒和排液活塞,排液活塞与空心活塞杆(8)用丝扣或键、键槽、压帽相连。
排出吸入凡尔总成(6)上端外径与驱动缸(5)或(7′)的缸筒内径配合并密封,中心孔上端与空心活塞杆(8)的外径密封,下端外径与排液缸(7)的内径密封,凡尔体内的吸入凡尔(13)的出口与排出凡尔(14)的入口均与排液缸(7)的上腔相通。最大外径部位有凹槽,凹槽两侧外径与泵壳(2)的内径密封。
排出吸入凡尔总成(9)上端外径与排液缸(7)或(7′)的缸筒内径密封,下端外径与泵壳(2)的内径密封,凡尔体内的吸入凡尔(12)的出口与排出凡尔(11)的入口与排液缸(7)或(7′)的下腔相通。
下接头(10)与泵壳(2)螺纹连接并密封。
利用地面提供动力液,在井下实现自动换向的液力抽油泵,根据套管损坏与否和地层原油含气量多少,采用两种不同回路。第一种回路为:直接用油管输送动力液,而乏动力液和产液直接从油管、套管环空输送到地面。第一种回路为:动力液均由空心抽油杆输到换向阀和驱动缸,而乏动力液和产液则从油管与空心抽油杆的环空输送到地面。
本发明液力抽油泵采用相同的控制原理,可以设计出两种不同的回路的液力抽油泵。每一种回路的液力抽油泵可以采用一级驱动缸或两级驱动缸的结构并分别带动采用一个排液缸或两个排液缸排液。这样本发明能设计出8种结构相近但使用工况不同的液力抽油泵,即每种回路均有四种设计:单驱单泵、双驱单泵、单驱双泵和双驱双泵液力抽油泵,下面分别叙述各自的结构特征。
第一种回路的单驱单泵结构液力抽油泵,其特征在于:有一级驱动缸(5)和一个排液缸(7)的单驱单泵结构液力抽油泵。
上接头(1)下端与泵壳(2)螺纹连接并密封;上接头(1)中心孔与换向阀(3)的“P”口相通,上接头(1)下端面与换向阀(3)上端面之间有密封圈;
换向阀(3)是两位四通滑阀,有“O”、“P”、“A”、“B”四个口,换向阀(3)的阀盖中心孔上端可安有单向阀,阀体中心孔有4道凹槽自上而下第一个凹槽与“O”口连通,第二个凹槽与“B”口连通,第三个凹槽与“P”口连通,第四个凹槽与“A”口连通;中心孔内装有芯部带通孔的阀芯和阀芯外套;阀芯上端外壁有两道V形槽,阀芯上端外侧从下而上有钢球、定位套和弹簧;阀芯壁上有两处径向通孔,通过两处径向通孔将阀芯外部上下两道凹槽与中心孔沟通;阀芯中间外壁有凹槽,通过阀芯外套壁上的中间两处圆周上的径向多个小孔与阀体上的“P”口和“B”口沟通,“B”口又与驱动缸(5)的上腔相通;阀芯下端凹槽通过阀芯外套壁上的圆周小孔把阀体上的“A”口与阀芯中心孔沟通;阀芯上端凹槽通过阀芯外套壁上的圆周小孔把阀体上的“O”口与阀芯中心孔沟通,阀芯下端的环形空腔与“O”口相通,“O”口通过泵壳(2)上的径向通孔与井筒连通。
驱动缸(5)的缸筒上下两端壁的圆周有多个径向通孔,缸筒内径上端与换向阀(3)的阀体下端外径配合并装有两道密封,两道密封之间有换向阀(3)的“A”口流道通过,“A”口通过缸筒外径的“T”形凹槽与动力缸(5)下腔相通;驱动缸(5)的活塞与空心活塞杆(8)用丝扣相连。
空心活塞杆(8)的中心孔与下端小孔形成下端限位台阶,中心大孔与驱动缸(5)的活塞中心孔形成上端限位台阶。
控制机构(4)有限位杆,限位杆大直径以下的小直径部分自上而下依次装有限位套、弹簧、固定套、卡簧、固定套、弹簧、限位套和尾端锁紧螺母,中心有通孔的限位杆上端穿过阀体与阀芯连接;限位杆大直径以下部分穿入空心活塞杆(8)孔内。也可去掉固定套、卡簧、固定套和一个弹簧。
排出吸入凡尔总成(6)上端外径与驱动缸(5)的缸筒内径配合并密封,中心孔上端与空心活塞杆(8)的外径密封,下端外径与排液缸(7)的内径密封,凡尔体内的吸入凡尔(13)的出口与排出凡尔(14)的入口均与排液缸(7)的上腔相通,排出凡尔(14)的出口与泵壳(2)壁上的径向通孔与井筒相通,吸入凡尔(13)的入口经“X”通道与井底油层相通。最大外径部位有凹槽,凹槽两侧外径与泵壳(2)的内径密封。
排液缸(7)有排液缸筒和排液活塞。缸筒外壁与泵壳(2)内壁之间有间隙构成原油通道“X”,排液缸(7)的排液活塞通过空心活塞杆(8)与驱动缸(5)连接。排液缸(7)的活塞下端有一个穿过下端排出吸入凡尔总成(9)中心孔的尾杆。
排出吸入凡尔总成(9)的下端外径凹槽两侧分别与壳体(2)的内径密封。凡尔体中心孔与排液缸(7)下腔相通,排出吸入凡尔总成(9)的上端外径与排液缸(7)的内径密封,吸入凡尔(12)的入口与通道“X”相连通。排出凡尔(11)与泵壳(2)上的径向孔连通。排出吸入凡尔总成(9)的下端中心孔与排液缸(7)的活塞下端尾杆外径密封。
下接头(10)上端外径与泵壳(2)下端内径丝扣相连。
第一种回路的双驱单泵结构液力抽油泵,其特征在于:为两级驱动缸(5、5′)和一个排液缸(7)的双驱单泵结构的液力抽油泵,两级驱动缸(5、5′)共用一个缸筒,驱动缸的缸筒内有两个活塞,两个活塞间的隔板(17)通过卡键与缸筒内径连接,卡键两侧装有密封圈,泵中的换向阀(3)、控制机构(4)与单驱单泵结构完全相同。
换向阀(3)的“O”口始终通过泵壳(2)上的径向通孔与井筒相通。
空心活塞杆(8)的上端壁上有多个轴向小孔,小孔上端与驱动缸(5)上腔相通,小孔下端与第二级驱动缸(5′)的上腔相通。
驱动缸(5、5′)的缸筒两端外径与壳体(2)内径密封,缸筒外径中间有凹槽“T”,缸筒上下端和中间圆周径向有多个通孔通过凹槽“T”,使换向阀的“A”口分别与驱动缸(5、5′)的下腔相通。
排出凡尔(14、11)的出口分别通过泵壳(2)壁上的两处径向通孔与井筒相通。吸入凡尔(13、12)的入口经通道“X”和排出吸入凡尔总成(9)的小孔与井底油层相通。
排液缸(7)的活塞下端有一个穿过排出吸入凡尔总成(9)中心的尾杆,尾杆外径与排出吸入凡尔总成(9)的下端中心孔密封。
第一种回路的单驱双泵结构液力抽油泵,其特征在于:为一级驱动缸(5)和两个排液缸(7、7′)的单驱双泵结构液力抽油泵,泵中的换向阀(3)、控制机构(4)与单驱单泵结构完全相同。
换向阀(3)的“O”口始终通过泵壳(2)上的径向通孔与井筒接通。
驱动缸(5)的缸筒两端外径与泵壳(2)的内径密封,缸筒外径中间有凹槽“T”,通过凹槽“T”和缸筒上下两端壁上的径向多个通孔把换向阀的“A”口与驱动缸(5)的下腔连通。
两个排液缸(7、7′)有独立的排液缸筒和排液活塞,排液缸筒与壳体(2)内径之间留有原油通道“X”,原油通道“X”通过排出吸入凡尔总成(15、16、9)上的小孔与泵下端油层相通。排出吸入凡尔总成(6、15、16)上的排出凡尔(14、14′、14″、11)分别与壳体(2)壁上的径向通孔与井眼相通,吸入凡尔(13、13′、13″)的入口通过通道“X”与井眼相通,吸入凡尔(12)的入口直接与井眼相通;
排出吸入凡尔总成(15)上端外径与排液缸(7)的缸筒内径密封,中心孔下端部位与空心活塞杆(8)的外径密封,凡尔体上装有吸入凡尔(13′)和排出凡尔(14′),吸入凡尔(13′)的出口和排出凡尔(14′)的入口均与排液缸(7)的下腔相通,最大外径部位有凹槽,凹槽两侧外径与泵壳(2)的内径密封;
排出吸入凡尔总成(16)下端外径与排液缸(7′)的缸筒内径密封,中心孔上端部位与空心活塞杆(8)的外径密封,凡尔体上装有吸入凡尔(13″)和排出凡尔(14″),吸入凡尔(13″)的出口和排出凡尔(14″)的入口均与排液缸(7′)的上腔相通,最大外径部位有凹槽,凹槽两侧外径与泵壳(2)的内径密封。
第一种回路的双驱双泵结构液力抽油泵,其特征在于:为两级驱动缸(5、5′)和两个排液缸(7、7′)的双驱双泵结构液力抽油泵,泵中的换向阀(3)、控制机构(4)与单驱单泵结构完全相同。
换向阀(3)、控制机构(4)与单驱单泵中的结构完全相同。
有两级驱动缸(5、5′)和两个排液缸(7、7′)。换向阀(3)的“O”口始终通过泵壳(2)上的径向通孔与井筒接通。
驱动缸(5、5′)的缸筒、活塞、隔板(17)、空心活塞杆(8)的有关内容与权利要求3完全相同;排液缸(7、7′)中的活塞、缸筒及有关的排出吸入凡尔总成(6、15、16、9)中的内容均与权利要求4完全相同。
第二种回路的液力抽油泵,其特征在于:为一级驱动缸(5)和一个排液缸(7)的单驱单泵结构液力泵。
扶正接头(18)中间带有通孔,外缘有两处分别设有三个棱形并可与油管内径配合,下端小直径直接插入上接头(1)的中心孔或换向阀(3)盖上的中心孔,并通过端面限位和密封。
上接头(1)下端与泵壳(2)螺纹连接并密封;上接头(1)中心孔与换向阀(3)的“P”口相通,上接头(1)下端面与换向阀(3)上端面之间有密封圈;
换向阀(3)是两位四通滑阀,有“O”、“P”、“A”、“B”四个口,换向阀(3)的阀盖中心孔上端可安有单向阀,阀体中心孔有4道凹槽自上而下第一个凹槽与“O”口连通,第二个凹槽与“B”口连通,第三个凹槽与“P”口连通,第四个凹槽与“A”口连通;中心孔内装有芯部带通孔的阀芯和阀芯外套;阀芯上端外壁有两道V形槽,阀芯上端外侧从下而上有钢球、定位套和弹簧;阀芯壁上有两处径向通孔,通过两处径向通孔将阀芯外部上下两道凹槽与中心孔沟通;阀芯中间外壁有凹槽,通过阀芯外套壁上的中间两处圆周上的径向多个小孔与阀体上的“P”口和“B”口沟通,“B”口又与驱动缸(5)的上腔相通;阀芯下端凹槽通过阀芯外套壁上的圆周小孔把阀体上的“A”口与阀芯中心孔沟通;阀芯上端凹槽通过阀芯外套壁上的圆周小孔把阀体上的“O”口与阀芯中心孔沟通,阀芯下端的环形空腔与“O”口相通,“O”口始终与产液通道“C”相通。
驱动缸(5)的缸筒内径上端与换向阀(3)的阀体下端外径配合并装有两道密封,两道密封之间有换向阀(3)的“A”口流道通过;驱动缸(5)的活塞与空心活塞杆(8)用丝扣相连,缸的下腔通过缸筒壁上的多个轴向小孔与换向阀(3)的“A”口连通。
空心活塞杆(8)的中心孔与下端小孔形成下端限位台阶,中心大孔与驱动缸(5)的活塞中心孔形成上端限位台阶。
控制机构(4)有限位杆,限位杆大直径以下的小直径部分自上而下依次装有限位套、弹簧、固定套、卡簧、固定套、弹簧、限位套和尾端锁紧螺母,中心有通孔的限位杆上端穿过阀体与阀芯连接;限位杆大直径以下部分穿入空心活塞杆(8)孔内。也可去掉固定套、卡簧、固定套和一个弹簧。
排出吸入凡尔总成(6)上端外径与驱动缸(5)的缸筒内径配合并密封,中心孔上端与空心活塞杆(8)的外径密封,下端外径与排液缸(7)的内径密封,凡尔体内的吸入凡尔(13)的出口与排出凡尔(14)的入口均与排液缸(7)的上腔相通,吸入凡尔(13)的入口通过泵壳(2)壁上的多个径向小孔与井眼相通,排出凡尔(14)的出口与产液通道“C”相通。最大外径部位有凹槽,凹槽两侧外径与泵壳(2)的内径密封。
排液缸(7)有排液缸筒和排液活塞。缸筒外壁与泵壳(2)内壁之间有间隙构成原油通道“C”,排液缸(7)的排液活塞通过空心活塞杆(8)与驱动缸(5)连接。排液缸(7)的活塞下端有一个穿过下端排出吸入凡尔总成(9)中心孔的尾杆。
排出吸入凡尔总成(9)的下端外径凹槽两侧分别与壳体(2)的内径密封。凡尔体中心孔与排液缸(7)下腔相通,排出吸入凡尔总成(9)的上端外径与排液缸(7)的内径密封,吸入凡尔(12)的入口通过凡尔体上的小孔与井眼相通,排出凡尔(11)的出口与产液流道“C”相通。排出吸入凡尔总成(9)的下端中心孔与排液缸(7)的活塞下端尾杆外径密封;
驱动缸(5)下腔通过缸筒壁上的多个小孔与换向阀(3)的“A”口相通。流道“C”为产液和乏动力液通道,最终产液和乏动力液经流道“C”返到地面。换向阀(3)的“O”口与流道“C“相通;
排出吸入凡尔总成(6、9)上的吸入凡尔(13、12)的入口通过凡尔体外径上的凹槽和壳体(2)壁上的径向多个小通孔与井眼相通。排出吸入凡尔总成(9)上的吸入凡尔(12)的入口也可直接与泵下端的井眼相通。
排出吸入凡尔总成(6、9)上的排出凡尔(14、11)的出口均与流道“C“相通;
排出吸入凡尔总成(6、9)上的排出、吸入凡尔(14)和(13)、(11)和(12)成90°交叉排列;排出、吸入凡尔(11)和(12)也可上下排列。
下接头(10)上端外径与泵壳(2)下端内径丝扣相连。
第二种回路的双驱单泵结构液力抽油泵,其特征在于:为两级驱动缸(5、5′)和一个排液缸(7)的双驱单泵结构液力泵。
两级驱动缸(5、5′)共用一个缸筒,驱动缸(5)的活塞通过空心活塞杆(8)与驱动缸(5′)中的活塞、排液缸(7)的活塞相连。驱动缸(5、5′)的空心活塞杆壁上有多个轴向小孔,通过这些小孔将上端驱动缸的上腔和下端驱动缸的上腔连通。驱动缸(5、5′)的两个活塞之间有通过卡键与缸筒相连的隔板(17),卡键两侧有密封。
所述的空心活塞杆(8)的上端壁上轴向有多个小孔,小孔上端与驱动缸(5)的上腔相通,小孔下端与驱动缸(5′)的上腔相通。
排出吸入凡尔总成(6)的吸入凡尔(13)的出口和排出凡尔(14)的入口均与排液缸(7)的上腔连通;排出吸入凡尔总成(9)的吸入凡尔(12)的出口和排出凡尔(11)的入口均与排液缸(7)的下腔连通。
排液缸(7)的活塞下端有一个尾杆穿过排出吸入凡尔总成(9)的中心孔,中心孔与尾杆外径密封。
第二种回路的单驱双泵结构液力抽油泵,其特征在于:为一级驱动缸(5)和两个排液缸(7、7′))的单驱双泵结构液力泵。
驱动缸(5)的活塞通过空心活塞杆(8)与排液缸(7、7′)的活塞相连。通过驱动缸(5)的缸筒壁上有多个轴向小孔把换向阀(3)的“A”口与驱动缸下腔连通。
排出吸入凡尔总成(6)的吸入凡尔(13)的出口和排出凡尔(14)的入口均与排液缸(7)的上腔相通;排出吸入凡尔总成(15)的吸入凡尔(13′)的出口和排出凡尔(14′)的入口均与排液缸(7)的下腔相通;
排出吸入凡尔总成(16)的吸入凡尔(13″)的出口和排出凡尔(14″)的入口均与排液缸(7′)的上腔相通;排出吸入凡尔总成(9)的吸入凡尔(12)的出口和排出凡尔(11)的入口均与排液缸(7′)的下腔相通;
排出吸入凡尔总成(6、15、16、9)上的吸入凡尔(13、13′、13″、12)的入口通过凡尔体外径上的凹槽和壳体(2)壁上的径向多个小通孔与井眼相通。排出吸入凡尔总成(9)上的吸入凡尔(12)的入口也可直接与泵下端的井眼相通。
第二种回路的双驱双泵结构液力抽油泵,其特征在于:为两级驱动缸(5、5′)和两个排液缸(7、7′)的双驱双泵结构液力抽油泵。
四个活塞通过空心活塞杆(8)连接起来,两级驱动缸(5、5′)共用一个缸筒。通过驱动缸(5、5′)的缸筒壁上轴向多个小孔把换向阀(3)的“A”口分别与驱动缸(5、5′)的下腔连通,其中的两个活塞之间有通过卡键与缸筒相连的隔板(17),卡键两侧有密封;
排出吸入凡尔总成(6)的吸入凡尔(13)的出口和排出凡尔(14)的入口均与排液缸(7)的上腔相通;排出吸入凡尔总成(15)的吸入凡尔(13′)的出口和排出凡尔(14′)的入口均与排液缸(7)的下腔相通;
排出吸入凡尔总成(16)的吸入凡尔(13″)的出口和排出凡尔(14″)的入口均与排液缸(7′)的上腔相通;排出吸入凡尔总成(9)的吸入凡尔(12)的出口和排出凡尔(11)的入口均与排液缸(7′)的下腔相通;
排出吸入凡尔总成(6、15、16、9)上的吸入凡尔(13、13′、13″、12)的入口通过凡尔体外径上的凹槽和壳体(2)壁上的径向多个小通孔与井眼相通。排出吸入凡尔总成(9)上的吸入凡尔(12)的入口也可直接与泵下端的井眼相通。
参阅图1。图1用来说明该液力抽油泵第一种回路的单驱单泵工作原理。动力液从上接头(1)进入泵内换向阀(3)“P”口,换向阀(3)的“P”口与“B”口相通,把动力液引入驱动缸(5)的上腔,此时驱动缸活塞向下运动,并带动排液缸(7)的活塞同步运动,排液缸(7)的下腔压力升高,下端排出凡尔(11)打开,产液经泵壳(2)壁上的孔排出,而上端吸入凡尔(12)关闭;排液缸(7)的上腔压力下降,同时上端吸入凡尔(13)开启,原油通过下端排出吸入凡尔总成(9)的小孔和“X”流道进入上腔,而上端排出凡尔(14)在排液压力作用下自动关闭。当空心活塞杆(8)上端限位台阶接触控制机构(4)上端限位套时,开始压缩上部弹簧,并最终使换向阀(3)的阀芯拉向下端,此时换向阀(3)的“P”口又与“A”口相通,驱动缸(5)的下腔开始进入动力液,这样液力抽油泵便进入向上运动时的吸入和排液过程。在驱动缸(5)向上运动过程中,当空心活塞杆(8)下端限位台阶接触控制机构(4)下端限位套时,开始压缩下部弹簧,并最终使换向阀(3)的阀芯推到上端,此时换向阀(3)“P”口又与“B”口相通,又重新回到驱动缸(5)上腔进液及排液缸(7)上腔吸入和排液过程。
根据液力抽油泵第一种回路单驱单泵的工作原理,本领域的技术人员参阅其它附图和结构说明,能理解相同回路的单驱单泵结构、单驱双泵结构、双驱单泵结构和双驱双泵结构的工作原理;同样也能理解第二种回路中四种结构的工作原理。不详细叙述。
本发明的有益效果是:本发明液力抽油泵的活塞运动速度只要在0.2-0.3m/s左右时,便可达到现有液力抽油泵在1.5-2.5m/s运动速度时的排量;同时换向阀阀芯在大部分时间里处于非磨损状态并且在换向过程中阀的动密封面几乎无冲蚀;功率消耗仅为现有抽油泵的三分之一左右;另外动力源采用≤16Mpa的离心泵集中向多口井提供动力液;动力液采用油井产出液,无特殊质量要求;井口配置简单、流量可调。本液力抽油泵的泵挂深度不受限制、使用寿命长、运行成本低是现有抽油泵无法相比的。
附图说明
图1是液力抽油泵的剖面示意图,是第一种回路第一实施方案,即单驱单泵实施方案。
图2是液力抽油泵的剖面示意图,是第一种回路第二实施方案,即双驱单泵实施方案。
图3是液力抽油泵的剖面示意图,是第一种回路第三实施方案,即单驱双泵实施方案。
图4是液力抽油泵的剖面示意图,是第一种回路第四实施方案,即双驱双泵实施方案。
图5是液力抽油泵的剖面示意图,是第二种回路第一实施方案,即单驱单泵实施方案。
图6是液力抽油泵的剖面示意图,是第二种回路第二实施方案,即双驱单泵实施方案。
图7是液力抽油泵的剖面示意图,是第二种回路第三实施方案,即单驱双泵实施方案。
图8是液力抽油泵的剖面示意图,是第二种回路第四实施方案,即双驱双泵实施方案。
具体实施方式
实施例1:参阅附图1。在第一种回路中:有一级驱动缸5和一个排液缸7的单驱单泵结构液力抽油泵,包括上接头1、泵壳2、换向阀3、控制机构4、驱动缸5、排出吸入凡尔总成6、排液缸7、空心活塞杆8、排出吸入凡尔总成9和下接头10。
将液力抽油泵的外径定为φ114毫米,驱动缸5缸径为φ70毫米,排液缸7为φ75毫米,两个缸的工作行程均为700毫米,则泵的总长为3600毫米左右。
上接头1下端与泵壳2螺纹连接并密封;上接头1中心孔与换向阀3的“P”口相通,上接头1下端面与换向阀3上端面之间有密封圈;
换向阀3是两位四通滑阀,有“O”、“P”、“A”、“B”四个口,换向阀3的阀盖中心孔上端可安有单向阀,阀体中心孔有4道凹槽自上而下第一个凹槽与“O”口连通,第二个凹槽与“B”口连通,第三个凹槽与“P”口连通,第四个凹槽与“A”口连通;中心孔内装有芯部带通孔的阀芯和阀芯外套;阀芯上端外壁有两道V形槽,阀芯上端外侧从下而上有钢球、定位套和弹簧;阀芯壁上有两处径向通孔,通过两处径向通孔将阀芯外部上下两道凹槽与中心孔沟通;阀芯中间外壁有凹槽,通过阀芯外套壁上的中间两处圆周上的径向多个小孔与阀体上的“P”口和“B”口沟通,“B”口又与驱动缸5的上腔相通;阀芯下端凹槽通过阀芯外套壁上的圆周小孔把阀体上的“A”口与阀芯中心孔沟通;阀芯上端凹槽通过阀芯外套壁上的圆周小孔把阀体上的“O”口与阀芯中心孔沟通,阀芯下端的环形空腔与“O”口相通,换向阀3的“O”口始终通过泵壳2上的径向通孔与井眼相通。
驱动缸5的缸筒内径上端与换向阀3的阀体下端外径配合并装有两道密封,两道密封之间有换向阀3的“A”口流道通过;驱动缸5的活塞与空心活塞杆8用丝扣相连。
空心活塞杆8的中心孔与下端小孔形成下端限位台阶,中心大孔与驱动缸5的活塞中心孔形成上端限位台阶。
控制机构4有限位杆,限位杆大直径以下的小直径部分自上而下依次装有限位套、弹簧、固定套、卡簧、固定套、弹簧、限位套和尾端锁紧螺母,中心有通孔的限位杆上端穿过阀体与阀芯连接;限位杆大直径以下部分穿入空心活塞杆8孔内。也可去掉固定套、卡簧、固定套和一个弹簧。
排出吸入凡尔总成6上端外径与驱动缸5的缸筒内径配合并密封,中心孔上端与空心活塞杆8的外径密封,下端外径与排液缸7的内径密封,凡尔体内的吸入凡尔13的出口与排出凡尔14的入口均与排液缸7的上腔相通。最大外径部位有凹槽,凹槽两侧外径与泵壳2的内径密封。
排液缸7有排液缸筒和排液活塞。缸筒外壁与泵壳2内壁之间有间隙构成原油通道“X”,排液缸7的排液活塞通过空心活塞杆8与驱动缸5连接。排液缸7的活塞下端有一个穿过排出吸入凡尔总成9中心孔的尾杆。
排出吸入凡尔总成9的下端外径凹槽两侧分别与壳体2的内径密封。凡尔体中心孔与排液缸7下腔相通,排出吸入凡尔总成9的上端外径与排液缸7的内径密封,吸入凡尔12与通道“C”相连通。排出凡尔11与泵壳2排液孔相连通。排出吸入凡尔总成9的下端中心孔与排液缸7的活塞下端尾杆外径密封。
下接头10上端外径与泵壳2下端内径丝扣相连。
实施例2:参阅附图2。在第一种回路中:为两级驱动缸5、5′和一个排液缸7的双驱单泵结构的液力抽油泵,两级驱动缸5、5′共用一个缸筒,驱动缸的缸筒内有两个活塞,两个活塞间的隔板17通过卡键与缸筒内径连接,卡键两侧装有密封圈。
包括上接头1、泵壳2、换向阀3、控制机构4、驱动缸5、5′、隔套17、排出吸入凡尔总成6、排液缸7、空心活塞杆8、排出吸入凡尔总成9和下接头10。
将液力抽油泵的外径定为φ114毫米,驱动缸5、5′缸径为φ70毫米,排液缸7为φ75毫米,三个缸的工作行程均为700毫米,则泵的总长为4250毫米左右。
换向阀3、控制机构4、排出吸入凡尔总成6、9与实施例1完全相同。
空心活塞杆8的上端壁上有多个轴向小孔,小孔上端与驱动缸5上腔相通,小孔下端与第二级驱动缸5′的上腔相通。
驱动缸5、5′的缸筒两端外径与壳体2内径密封,缸筒外径中间有凹槽“T”,缸筒上下端和中间圆周径向有多个通孔通过凹槽“T”,使换向阀的“A”口分别与驱动缸5、5′的下腔相通。
排出凡尔14、11的出口分别通过泵壳2壁上的两处径向通孔与井筒相通。吸入凡尔13、12的入口经通道“X”和排出吸入凡尔总成9的小孔与井底油层相通。
排液缸7的活塞下端有一个穿过排出吸入凡尔总成9中心的尾杆,尾杆外径与排出吸入凡尔总成9的下端中心孔密封。
实施例3:参阅附图3。在第一种回路中:为一级驱动缸5和两个排液缸7、7′的单驱双泵结构液力抽油泵。
包括上接头1、泵壳2、换向阀3、控制机构4、驱动缸5、排出吸入凡尔总成6、排液缸7、7′、排出吸入凡尔总成15、16、空心活塞杆8、排出吸入凡尔总成9和下接头10。
将液力抽油泵的外径定为φ114毫米,驱动缸5缸径为φ70毫米,排液缸7、7′为φ75毫米,三个缸的工作行程均为700毫米,则泵的总长为4160毫米左右。
换向阀3、控制机构4、排出吸入凡尔总成6、9与实施例1完全相同,其中吸入凡尔12也可置于凡尔体中间。
换向阀3的“O”口始终通过泵壳2上的径向通孔与井筒接通。
驱动缸5的缸筒两端外径与泵壳2的内径密封,缸筒外径中间有凹槽“T”,通过凹槽“T”和缸筒上下两端壁上的径向多个通孔把换向阀的“A”口与驱动缸5的下腔连通。
两个排液缸7、7′之间增加了排出吸入凡尔总成15、16,两个缸有独立的排液缸筒和排液活塞,排液缸筒与壳体2内径之间留有原油通道“X”,原油通道“X”通过排出吸入凡尔总成15、16、9上的小孔与泵下端油层相通。排出吸入凡尔总成6、15、16上的排出凡尔14、14′、14″、11分别与壳体2壁上的径向通孔与井眼相通,吸入凡尔13、13′、13″的入口通过通道“X”与井眼相通,吸入凡尔12的入口直接与井眼相通。
实施例4:参阅附图4。在第一种回路中:为两级驱动缸5、5′和两个排液缸7、7′的双驱双泵结构液力抽油泵。
包括上接头1、泵壳2、换向阀3、控制机构4、驱动缸5、5′、隔套17、排出吸入凡尔总成6、排液缸7、7′、空心活塞杆8、排出吸入凡尔总成15、16、排出吸入凡尔总成9和下接头10。
将液力抽油泵的外径定为φ114毫米,驱动缸5、5′缸径为φ70毫米,排液缸7、7′为φ75毫米,四个缸的工作行程均为700毫米,则泵的总长为5200毫米左右。
换向阀3、控制机构4、排出吸入凡尔总成6、15、16、9与实施例3完全相同。
有两级驱动缸5、5′和两个排液缸7、7′。换向阀3的“O”口始终通过泵壳2上的径向通孔与井筒接通。
驱动缸5、5′的缸筒、活塞、隔板17、空心活塞杆8的有关内容与权利要求3完全相同;排液缸7、7′中的活塞、缸筒及有关的排出吸入凡尔总成6、15、16、9中的内容均与权利要求4完全相同。
实施例5:参阅附图5。在第二种回路中:为一级驱动缸5和一个排液缸7的单驱单泵结构液力抽油泵。
包括上接头1、扶正接头18、泵壳2、换向阀3、控制机构4、驱动缸5、排出吸入凡尔总成6、排液缸7、空心活塞杆8、排出吸入凡尔总成9和下接头10。
将液力抽油泵的外径定为φ114毫米,驱动缸5缸径为φ70毫米,排液缸7为φ75毫米,两个缸的工作行程均为700毫米,则泵的总长为3600毫米左右。
扶正接头18中间带有通孔,外缘有两处分别设有三个棱形并可与油管内径配合,下端小直径直接插入上接头1的中心孔或换向阀3盖上的中心孔,并通过端面限位和密封。
上接头1下端与泵壳2螺纹连接并密封;上接头1中心孔与换向阀3的“P”口相通,上接头1下端面与换向阀3上端面之间有密封圈;
换向阀3是两位四通滑阀,有“O”、“P”、“A”、“B”四个口,换向阀3的阀盖中心孔上端可安有单向阀,阀体中心孔有4道凹槽自上而下第一个凹槽与“O”口连通,第二个凹槽与“B”口连通,第三个凹槽与“P”口连通,第四个凹槽与“A”口连通;中心孔内装有芯部带通孔的阀芯和阀芯外套;阀芯上端外壁有两道V形槽,阀芯上端外侧从下而上有钢球、定位套和弹簧;阀芯壁上有两处径向通孔,通过两处径向通孔将阀芯外部上下两道凹槽与中心孔沟通;阀芯中间外壁有凹槽,通过阀芯外套壁上的中间两处圆周上的径向多个小孔与阀体上的“P”口和“B”口沟通,“B”口又与驱动缸5的上腔相通;阀芯下端凹槽通过阀芯外套壁上的圆周小孔把阀体上的“A”口与阀芯中心孔沟通;阀芯上端凹槽通过阀芯外套壁上的圆周小孔把阀体上的“O”口与阀芯中心孔沟通,阀芯下端的环形空腔与“O”口相通,换向阀3的“O”口始终与排油通道“C”相通。
驱动缸5的缸筒内径上端与换向阀3的阀体下端外径配合并装有两道密封,两道密封之间有换向阀3的“A”口流道通过,“A”口又通过缸筒壁上的多个轴向小孔与驱动缸5的下腔相通,驱动缸5的活塞与空心活塞杆8用丝扣相连。
空心活塞杆8的中心孔与下端小孔形成下端限位台阶,中心大孔与驱动缸5的活塞中心孔形成上端限位台阶。
控制机构4有限位杆,限位杆大直径以下的小直径部分自上而下依次装有限位套、弹簧、固定套、卡簧、固定套、弹簧、限位套和尾端锁紧螺母,中心有通孔的限位杆上端穿过阀体与阀芯连接;限位杆大直径以下部分穿入空心活塞杆8孔内。也可去掉固定套、卡簧、固定套和一个弹簧。
排液缸7有排液缸筒和排液活塞。缸筒外壁与泵壳2内壁之间有间隙构成排油通道“C”,排液缸7的排液活塞通过空心活塞杆8与驱动缸5连接。排液缸7的活塞下端有一个穿过下端排出吸入凡尔总成9中心孔的尾杆。
排出吸入凡尔总成9的下端外径凹槽两侧分别与壳体2的内径密封。凡尔体中心孔与排液缸7下腔相通,下端排出吸入凡尔总成9的上端外径与排液缸7的内径密封,吸入凡尔12与通道“C”相连通。排出凡尔11与泵壳2排液孔相连通。排出吸入凡尔总成9的下端中心孔与排液缸7的活塞下端尾杆外径密封。
驱动缸5下腔通过缸筒壁上的多个小孔与换向阀3的“A”口相通。流道“C”为产液和乏动力液通道,最终产液和乏动力液经流道“C”返到地面。换向阀3的“O”口与流道“C“相通。
排出吸入凡尔总成6、9上的吸入凡尔13、12的入口通过凡尔体外径上的凹槽和壳体2壁上的径向多个小通孔与井眼相通。排出吸入凡尔总成9上的吸入凡尔12的入口也可直接与泵下端的井眼相通。
排出吸入凡尔总成6、9上的排出凡尔14、11的出口均与流道“C“相通。排出、吸入凡尔14和13、11和12成90°交叉排列;排出、吸入凡尔11和12也可上下排列。
排出吸入凡尔总成6的吸入凡尔13的出口和排出凡尔14的入口与排液缸7的上腔相通。
排出吸入凡尔总成9的吸入凡尔12的出口和排出凡尔11的入口均与排液缸7的下腔相通。
排液缸7的活塞下端有一个尾杆穿过排出吸入凡尔总成9的中心孔,中心孔与尾杆外径密封。
下接头10上端外径与泵壳2下端内径丝扣相连。
实施例6:参阅附图6。在第二种回路中:为两级驱动缸5、5′和一个排液缸7的双驱单泵结构液力抽油泵。
包括上接头1、扶正接头18、泵壳2、换向阀3、控制机构4、驱动缸5、隔套17、排出吸入凡尔总成6、排液缸7、空心活塞杆8、排出吸入凡尔总成9和下接头10。
将液力抽油泵的外径定为φ114毫米,驱动缸5、5′缸径为φ70毫米,排液缸7为φ75毫米,三个缸的工作行程均为700毫米,则泵的总长为4250毫米左右。
换向阀3、控制机构4、排出吸入凡尔总成6、9与实施例5完全相同。
两级驱动缸5、5′共用一个缸筒,驱动缸5的活塞通过空心活塞杆8与驱动缸5′中的活塞、排液缸7的活塞相连。驱动缸5、5′的空心活塞杆壁上有多个轴向小孔,通过这些小孔将上端驱动缸的上腔和下端驱动缸的上腔连通。驱动缸5、5′的两个活塞之间有通过卡键与缸筒相连的隔板17,卡键两侧有密封。
所述的空心活塞杆8的上端壁上轴向有多个小孔,小孔上端与驱动缸5的上腔相通,小孔下端与驱动缸5′的上腔相通。
排出吸入凡尔总成6的吸入凡尔13的出口和排出凡尔14的入口均与排液缸7的上腔连通;排出吸入凡尔总成9的吸入凡尔12的出口和排出凡尔11的入口均与排液缸7的下腔连通。
排液缸7的活塞下端有一个尾杆穿过排出吸入凡尔总成9的中心孔,中心孔与尾杆外径密封。
实施例7:参阅附图7。在第二种回路中:为一级驱动缸5和两个排液缸7、7′的单驱双泵结构液力抽油泵。
包括上接头1、扶正接头18、泵壳2、换向阀3、控制机构4、驱动缸5、排出吸入凡尔总成6、排液缸7、7′、空心活塞杆8、排出吸入凡尔总成15、16、排出吸入凡尔总成9和下接头10。
将液力抽油泵的外径定为φ114毫米,驱动缸5缸径为φ70毫米,排液缸7、7′为φ75毫米,三个缸的工作行程均为700毫米,则泵的总长为4200毫米左右。
换向阀3、控制机构4、排出吸入凡尔总成6、9与实施例1、5完全相同,排出吸入凡尔总成9中的排出凡尔11和吸入凡尔12也可上下排列。
驱动缸5的活塞通过空心活塞杆8与排液缸7、7′的活塞相连。通过驱动缸5的缸筒壁上有多个轴向小孔把换向阀3的“A”口与驱动缸下腔连通。
排出吸入凡尔总成6的吸入凡尔13的出口和排出凡尔14的入口均与排液缸7的上腔相通;排出吸入凡尔总成15的吸入凡尔13′的出口和排出凡尔14′的入口均与排液缸7的下腔相通。
排出吸入凡尔总成16的吸入凡尔13″的出口和排出凡尔14″的入口均与排液缸7′的上腔相通;排出吸入凡尔总成9的吸入凡尔12的出口和排出凡尔11的入口均与排液缸7′的下腔相通。
排出吸入凡尔总成6、15、16、9上的吸入凡尔13、13′、13″、12的入口通过凡尔体外径上的凹槽和壳体2壁上的径向多个小通孔与井眼相通。排出吸入凡尔总成9上的吸入凡尔12的入口也可直接与泵下端的井眼相通。
排出吸入凡尔总成6、15、16、9上的排出凡尔14、14′、14″、11的出口均与流道“C“相通。
排出吸入凡尔总成6、15、16、9上的排出、吸入凡尔14和13、14′和13′、14″和13″、11和12成90°交叉排列;排出、吸入凡尔11和12也可上下排列。
实施例8:参阅附图8。在第二种回路中:为两级驱动缸5、5′和两个排液缸7、7′的双驱双泵结构液力抽油泵。
包括上接头1、扶正接头18、泵壳2、换向阀3、控制机构4、驱动缸5、5′、隔套17、排出吸入凡尔总成6、排液缸7、7′、空心活塞杆8、排出吸入凡尔总成15、16、排出吸入凡尔总成9和下接头10。
将液力抽油泵的外径定为φ114毫米,驱动缸5、5′缸径为φ70毫米,排液缸7、7′为φ75毫米,四个缸的工作行程均为700毫米,则泵的总长为5600毫米左右。
换向阀3、控制机构4、排出吸入凡尔总成6、15、16、9与实施例7完全相同。
四个活塞通过空心活塞杆8连接起来,两级驱动缸5、5′共用一个缸筒。通过驱动缸5、5′的缸筒壁上轴向多个小孔把换向阀3的“A”口分别与驱动缸5、5′的下腔连通,其中的两个活塞之间有通过卡键与缸筒相连的隔板17,卡键两侧有密封。
排出吸入凡尔总成6的吸入凡尔13的出口和排出凡尔14的入口均与排液缸7的上腔相通;排出吸入凡尔总成15的吸入凡尔13′的出口和排出凡尔14′的入口均与排液缸7的下腔相通;
排出吸入凡尔总成16的吸入凡尔13″的出口和排出凡尔14″的入口均与排液缸7′的上腔相通;排出吸入凡尔总成9的吸入凡尔12的出口和排出凡尔11的入口均与排液缸7′的下腔相通。