CN101956694B - 防煤粉管式排采泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防煤粉管式排采泵，用于抽吸煤层气井内液体，特别是能防止煤粉埋泵、卡泵并延长检泵周期。它是由泵筒总成、柱塞总成、进液阀总成和固定装置组成。半球形阀球增大泵阀的流道面积，提高井液进泵速度，利于井液携带煤粉出泵，防止煤粉卡泵；复位弹簧配合定位销增强阀球的复位能力，减少漏失，实现低沉没度下泵阀的顺利开启；防煤粉槽可暂时容纳煤粉，减小煤粉对柱塞和泵筒的磨损；防煤粉槽底部设有射流孔，利用槽中储存的井液冲洗阀罩内的煤粉，实现排采泵的自冲洗功能，防止进液阀堵死造成堵泵；搅拌器伴随进液阀柱塞的往复运动，带动叶片旋转，不断地搅动筛管内的井液和沉积的煤粉，防止煤粉颗粒在筛管内快速沉降，造成煤粉埋泵。

Description

防煤粉管式排采泵

技术领域

本发明涉及一种煤层气井排采中用于抽吸井液的排采泵，特别是涉及一种能防止煤粉埋泵、卡泵和延长检泵周期的管式排采泵。

背景技术

目前，我国钻煤层气井3000多口，投入排采1500多口，且每年将以1000口的速度增加，研制煤层气开采专用的排采泵具有广阔的市场应用前景。当前煤层气开采仍然采用的是采油采气方面的技术和经验，还没有形成自己的体系，90％以上的煤层气井均使用的是开采常规油气时常用的抽油泵，由于煤层气井自身井浅(通常在500～1000米)、沉没度较低(稳定生产时仅为20～30米)、产能较小(稳定生产时产气量2000方/天左右，产水量常小于10方/天)、冲程小和冲次低等实际情况，与石油天然气矿场差别较大，使得所移植抽油泵的使用效果并不理想，现场使用中存在设备不配套、磨损严重等问题，主要体现在：(1)煤层气井下泵时，泵的沉没度较低，导致泵阀打开困难，泵的充满系数和泵效较低，并且容易发生卡泵；(2)井液中煤粉颗粒较多并伴有煤焦等黏性物，泵下端液体入泵流速较低，煤粉颗粒在泵筒外和泵腔中易沉积，造成埋泵；(3)抽吸井液中，泵阀不能快速复位，造成泵阀堵死。由此造成检泵周期过短，严重影响了煤层气井的正常、经济排采和高产，降低了煤层气的投资效益。

发明内容

为了克服现有煤层气井所移植排采泵的不足，本发明的目的是提供一种更适合煤层气开采使用的防煤粉管式排采泵。该排采泵通过特殊的结构，实现泵阀的快速复位和自冲洗以及泵下部结构的往复运动，防止煤粉卡泵、堵泵和埋泵。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种防煤粉管式排采泵，主要由泵筒总成、柱塞总成、进液阀总成和固定装置四部分组成。上冲程中，柱塞上行，进液阀在井筒中沉没压力的作用下打开，井液流经进液阀进入泵筒内，而柱塞以下的泵腔容积增大，出液阀在上下压差的作用下关闭，柱塞以上的井液随柱塞向上运动，举升至地面。下冲程中，柱塞下行，泵腔内压增大，出液阀打开，进液阀关闭，井液流经出液阀进入柱塞以上的泵腔中，由此柱塞上下往复运动一次，排采泵完成了一个抽吸周期。

泵筒总成主要包括泵筒外筒、定筒、射流孔、上泵筒接箍等。泵筒是泵最主要的零件，由里而外依次分为定筒和泵筒外筒两部分，其内孔表面化学镀处理，镀层厚度大于0.065毫米，镀层与基体金属牢固结合，并与柱塞高精度配合；泵筒外筒的内孔尺寸比柱塞外孔尺寸略大一点，泵筒外筒长需保证柱塞在上冲程死点处能越出泵筒一定长度，把泵筒中沉积的煤粉带出泵筒外面，保护泵筒工作面；泵筒外筒的两端带有螺纹，其上端与上泵筒接箍连接，下端与下泵筒接箍连接，并以额定的上扣扭矩保证上下泵筒接箍内孔端面与泵筒端面的密封。泵筒外筒、定筒与柱塞外筒形成一个容积腔，即防煤粉槽，可以暂时容纳进入柱塞和泵筒间隙的煤粉颗粒，减小煤粉等固体颗粒对柱塞和泵筒的磨损，并且在定筒下半部分加工有射流孔，射流孔的孔眼位于进液阀阀罩内，分三层布置，每层均布排列，层间孔眼交错排列，孔眼的剖面呈平行四边形，夹角为75°左右，由此柱塞在上下冲程中，通过防煤粉槽中储存的井液冲洗进液阀罩内沉积的煤粉等固体颗粒，实现排采泵进液阀的自冲洗功能。

柱塞总成主要包括上下出液阀阀罩、上下出液阀球、上下出液阀阀座，柱塞外筒、内筒、上下出液阀弹簧、上下出液阀定位销组成。柱塞也是排采泵的主要零件，由里而外依次分为内筒和柱塞外筒两部分，柱塞表面喷焊处理，喷焊层与基体金属牢固结合，柱塞外筒和内筒与泵筒外筒和定筒高精度配合，其中，柱塞外筒和泵筒外筒的配合间隙设计为0.100～0.163毫米，柱塞外筒和定筒的配合间隙设计为0.075～0.138毫米，定筒和内筒的配合间隙设计为0.050～0.113毫米。柱塞上部的上出液阀阀罩表面磷化处理，下端与柱塞上端的阀座相连，内装有上出液阀球、上出液阀定位销和上出液阀弹簧，上端加工有外螺纹，通过排采杆接箍与排采杆柱相连，阀罩壁上加工有流道，流道设计成流线型，降低井液流经阀罩时的压力损失。柱塞下部的下出液阀阀罩表面磷化处理，上端通过螺纹与柱塞内筒相连，内装有下出液阀球、下出液阀阀座、下出液阀定位销和下出液阀弹簧，阀罩顶壁加工有流道，流道截面呈圆形，均布排列。上下出液阀球采用半球形结构，上下出液阀阀座采用柱状结构，中间分别加工有截面为圆形的流道，出液阀球的球面与出液阀阀座上端的密封面进行精密研磨处理，出液阀球磨后进行退磁处理，与出液阀阀座配研后的密封带宽不小于2毫米；上下出液阀定位销采用阶梯轴结构，上端与阀罩顶壁连接并与其内孔精密配合，形成移动副，下端与阀球端面连接形成轴肩，来定位贯穿其中的上下出液阀弹簧；上下出液阀弹簧通过上下出液阀定位销的导向作用实现伸缩，分别辅助上下出液阀球的快速复位。

进液阀总成与固定装置主要由进液阀球、进液阀阀座与阀罩、进液阀柱塞、进液阀弹簧、搅拌器、压紧接头、导向装置、下泵筒接箍、筛管组成，通过导向装置和固定装置使进液阀总成不能上下窜动。进液阀阀罩表面磷化处理，上端与泵筒定筒的内螺纹连接，内装有进液阀球、进液阀阀座、进液阀柱塞和进液阀弹簧，阀罩顶壁加工有流道，流道截面呈圆形，均布排列，下端与导向装置相连接。进液阀球采用半球形结构，进液阀阀座采用柱状结构，中间加工有截面为圆形的流道，进液阀球的球面与进液阀阀座上端的密封面进行精密研磨处理，进液阀球磨后进行退磁处理，与进液阀阀座配研后的密封带宽不小于2.5毫米；进液阀柱塞采用阶梯轴结构，上端与阀罩顶面连接并与其中间的孔道精密配合，形成移动副，下端与阀球上端面连接形成轴肩，来定位贯穿其中的进液阀弹簧；进液阀弹簧通过进液阀柱塞的导向作用实现伸缩，辅助进液阀柱塞的上下运动和进液阀球的快速复位，实现低沉没度下泵阀的开启。导向装置四周加工有均布排列的圆形流道，中间孔道与搅拌器上端的导向杆精密配合，形成移动副，辅助搅拌器的上下运动。固定装置位于导向装置的下部，其外部为下泵筒接箍，通过管螺纹与筛管上端相连；其内部为压紧接头，采用阶梯轴结构，中间加工有截面为圆形的流道，下端加工有外螺纹，与下泵筒接箍连接，从而将进液阀总成和导向装置与泵筒固定在一起。搅拌器采用四叶开启涡轮式结构，上端的导向杆穿过导向装置中间孔道后，与进液阀球下端面连接，伴随进液阀柱塞的往复运动，带动搅拌器的叶片旋转，不断地搅动排采泵底部筛管内的井液和沉积的煤粉，防止煤粉颗粒在筛管内快速沉降。

本发明所能达到的技术效果是，采用半球形进液阀球和出液阀球的结构，可以增大泵阀的流道面积，提高井液的进泵速度，防止煤粉颗粒在泵筒内沉积，并有利于煤粉颗粒在液力的作用下携带出泵，防止煤粉卡泵；采用复位弹簧加定位销和进液阀柱塞的结构，可以提高阀球的复位能力，减少漏失，降低泵阀的打开难度，实现低沉没度下泵阀的顺利开启；泵筒外筒长保证柱塞在上冲程死点处越出泵筒一定长度，带出泵筒中沉积的煤粉，同时采用防煤粉槽，暂时容纳进入柱塞和泵筒间隙的煤粉，减小煤粉等固体颗粒对柱塞和泵筒的磨损；防煤粉槽底部有射流孔，利用槽中储存的井液冲洗阀罩内的煤粉等固体颗粒，实现排采泵的自冲洗功能，防止煤粉在阀罩内沉积使得进液阀堵死，而造成煤粉堵泵；搅拌装置的往复运动，带动叶片旋转，不断地搅动筛管内的井液和沉积的煤粉，防止煤粉颗粒在筛管内快速沉降，通过泵抽吸将井液和煤粉一起抽出，防止煤粉颗粒埋泵，最终达到延长检泵周期的目的。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是根据本发明所提出的防煤粉管式排采泵的典型结构简图。

图2是防煤粉管式排采泵中泵筒总成与柱塞总成的结构简图。

图3是防煤粉管式排采泵中进液阀总成与固定装置的结构简图。

图4是防煤粉管式排采泵的工作原理简图。

图中1-排采杆，2-泵筒总成，3-柱塞总成，4-固定装置，5-进液阀总成，6-上泵筒接箍，7-上出液阀弹簧，8-泵筒外筒，9-上出液阀阀座，10-柱塞外筒，11-内筒，12-定筒，13-下出液阀阀座，14-下泵筒接箍，15-射流孔，16-下出液阀球，17-下出液阀弹簧，18-下出液阀阀罩，19-下出液阀定位销，20-上出液阀阀罩，21-上出液阀球，22-上出液阀定位销，23-进液阀阀罩，24-进液阀柱塞，25-导向装置，26-压紧接头，27-筛管，28-搅拌器，29-进液阀球，30-进液阀阀座，31-进液阀弹簧。

具体实施方式

在图1中，防煤粉管式排采泵由上而下依次为排采杆1、柱塞总成3、泵筒总成2、进液阀总成5和固定装置4，根据煤层气井实际开采要求，可以在上泵筒接箍6的顶部增装加长短节，在下泵筒接箍14与筛管27间增装气锚、尾管等井下器具。

在图1中，下泵前，仔细检查柱塞总成3在泵筒总成2内的灵活度，并保持柱塞和泵筒的润滑与清洁，同时检查各螺纹连接处是否牢固，有无松动、损伤和锈蚀。下泵时，首先将泵筒总成2、固定装置4和进液阀总成5随排采管一起下到井中的设计深度，然后再将柱塞总成3随排采杆1下入井内。起泵时，首先将柱塞总成3随排采杆1取出，然后起出排采管就可以把泵筒总成2取出。

在图2中，排采泵的泵筒总成2直接接在排采管柱下端，包括泵筒外筒8和定筒12，泵筒总成2的上部为上泵筒接箍6，上泵筒接箍6下端与泵筒外筒8的上端连接，其上端通过管螺纹与排采管下端连接，从而将整个排采泵固定在排采管柱上。泵筒总成2的下部为下泵筒接箍14，下泵筒接箍14上端与泵筒外筒8的下端连接，其下端通过管螺纹与筛管27等井下器具连接。

在图2中，柱塞总成3随排采杆1下入泵筒内，包括柱塞外筒10和内筒11，柱塞总成3上部的上出液阀阀罩20上端加工有外螺纹，与排采杆接箍下端相连，排采杆接箍上端通过螺纹与排采杆1下端相连，从而将柱塞总成3固定在排采杆柱上。

在图2中，泵筒和柱塞高精度配合，由里而外依次为内筒11、定筒12、柱塞外筒10和泵筒外筒8。组装前，泵筒总成2和柱塞总成3各部件去毛刺并清洗干净；组装时，先将各部件涂上厌氧胶，然后检查化学镀泵筒与喷焊柱塞构成的摩擦副，避免相同表面处理方式的泵筒与柱塞配合，最后进行装配；组装后，柱塞置于泵筒内往复拉动和转动，应轻快灵活无阻滞。试验和检验合格后，泵筒外筒8的外表面应喷漆处理。

在图3中，进液阀总成5的下部依次安装导向装置25和固定装置4，导向装置25的中间孔道与搅拌器28上端的导向杆精密配合，辅助搅拌器28的上下往复运动，固定装置4内部的压紧接头26通过外部的下泵筒接箍14与筛管27连接在一起，进液阀总成5和固定装置4装配前的各零件清洗干净，最终旋紧时，普通螺纹应涂螺纹密封胶。

在图4中，上冲程运动过程中，排采杆1带动柱塞总成3向上运动，上出液阀弹簧7和下出液阀弹簧17分别沿上出液阀定位销22和下出液阀定位销19方向伸长，上出液阀球21和下出液阀球16分别落回上出液阀阀座9和下出液阀阀座13，出液阀关闭，泵筒外筒8、柱塞外筒10和定筒12形成的防煤粉槽中压力减小，进液阀柱塞24向上运动带动搅拌器28同时向上运动，进液阀弹簧31沿导向装置25方向收缩，进液阀球29在压差与进液阀弹簧31的作用下离开进液阀阀座30，进液阀顺利打开，井液由筛管27中先后流经压紧接头26、导向装置25、进液阀阀座30和进液阀阀罩23的流道进入泵筒内，并且一部分井液由射流孔15进入防煤粉槽中。同时，柱塞总成3和出液阀以上的井液伴随排采杆1向上运动，举升至地面上来，上冲程结束时完成筛管27中井液进泵和柱塞总成3上井液出井的过程。

在图4中，下冲程运动过程中，排采杆1带动柱塞总成3向下运动，上出液阀弹簧7和下出液阀弹簧17分别沿上出液阀定位销22和下出液阀定位销19方向收缩，上出液阀球21和下出液阀球16在压差与上出液阀弹簧7和下出液阀弹簧17的作用下分别离开上出液阀阀座9和下出液阀阀座13，出液阀顺利打开，泵筒外筒8、柱塞外筒10和定筒12所形成的防煤粉槽压力增大，进液阀柱塞24向下运动带动搅拌器28同时向下运动，进液阀弹簧31沿导向装置25方向伸长，进液阀球29落回进液阀阀座30，进液阀关闭，井液从防煤粉槽底部的射流孔15进入进液阀阀罩23内，冲洗煤粉等固体颗粒，使煤粉不易在阀罩内沉积，然后井液由定筒12中先后流经进液阀阀罩23、下出液阀阀座13、下出液阀阀罩18、上出液阀阀座9和上出液阀阀罩20的流道进入柱塞以上的泵腔内。同时，排采杆1向下运动浸入一个冲程长度的排采管中，井口排出排采杆1冲程长度体积的井液，下冲程结束时完成泵筒中井液出泵和柱塞总成3上排采杆1冲程长度体积井液出井的过程。

Claims (6)

1.一种防煤粉管式排采泵，由上而下依次为柱塞总成、泵筒总成、进液阀总成和固定装置四部分，泵筒总成、固定装置和进液阀总成随排采管一起下到井中的设计深度，柱塞总成装在排采杆柱下部并随杆柱作往复运动，上冲程中，出液阀弹簧沿出液阀定位销伸长，出液阀球落回出液阀阀座，防煤粉槽中压力减小，进液阀弹簧收缩，进液阀柱塞带动搅拌器向上运动，井液流经射流孔进入防煤粉槽，下冲程中，防煤粉槽中压力增大，井液由防煤粉槽的射流孔进入进液阀，冲洗进液阀阀罩内煤粉，然后流经出液阀进入柱塞以上的泵腔，其特征是：泵筒由里而外依次分为定筒和泵筒外筒两部分，泵筒外筒的两端带有螺纹，其上端与上泵筒接箍连接，下端与下泵筒接箍连接，并以额定的上扣扭矩保证上下泵筒接箍内孔端面与泵筒端面的密封，泵筒外筒、定筒与柱塞外筒形成一个容积腔，即防煤粉槽，并且在定筒下部加工有射流孔，射流孔的孔眼位于进液阀阀罩内，分三层布置，每层均布排列，层间孔眼交错排列，孔眼的剖面呈平行四边形，夹角为75°左右；柱塞由里而外依次分为内筒和柱塞外筒两部分，柱塞外筒和内筒与泵筒外筒和定筒高精度配合，上下出液阀球采用半球形结构，上下出液阀阀座中间分别加工有截面为圆形的流道，出液阀球的球面与出液阀阀座上端的密封面进行精密研磨处理，上下出液阀定位销采用阶梯轴结构，上端与阀罩顶壁连接并与其内孔精密配合，形成移动副，下端与阀球端面连接形成轴肩，定位贯穿其中的上下出液阀弹簧；进液阀球采用半球形结构，进液阀球的球面与进液阀阀座上端的密封面进行精密研磨处理，进液阀柱塞采用阶梯轴结构，上端与阀罩顶面连接并与其中间的孔道精密配合，形成移动副，下端与阀球上端面连接形成轴肩，定位贯穿其中的进液阀弹簧，进液阀阀罩下端依次与导向装置和固定装置相连，导向装置四周加工有均布排列的圆形流道，中间孔道与搅拌器上端的导向杆精密配合，形成移动副，固定装置外部为下泵筒接箍，通过管螺纹与筛管上端相连，内部为压紧接头，采用阶梯轴结构，中间加工有截面为圆形的流道，下端加工有外螺纹，与下泵筒接箍连接，搅拌器采用四叶开启涡轮式结构，上端的导向杆穿过导向装置中间孔道后，与进液阀球下端面连接。

2.根据权利要求1所述的防煤粉管式排采泵，其特征是：泵筒外筒和定筒的内孔表面进行化学镀处理，柱塞外筒和内筒表面进行喷焊处理。

3.根据权利要求1所述的防煤粉管式排采泵，其特征是：柱塞外筒和泵筒外筒的配合间隙为0.100～0.163毫米，柱塞外筒和定筒的配合间隙为0.075～0.138毫米，定筒和内筒的配合间隙为0.050～0.113毫米。

4.根据权利要求1所述的防煤粉管式排采泵，其特征是：出液阀球和进液阀球磨后分别进行退磁处理，出液阀球与出液阀阀座配研后的密封带宽不小于2毫米，进液阀球与进液阀阀座配研后的密封带宽不小于2.5毫米。

5.根据权利要求1所述的防煤粉管式排采泵，其特征是：泵筒总成的上部为上泵筒接箍，通过管螺纹与排采管下端连接，下部为下泵筒接箍，通过管螺纹与筛管连接。 

6.根据权利要求1所述的防煤粉管式排采泵，其特征是：柱塞总成上部的上出液阀阀罩上端加工有外螺纹，通过排采杆接箍连接于排采杆下端。 

Images