CN102588354B - 一种气举负压泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油天然气井气举井用井下工具技术领域，具体涉及一种气举负压泵，包括内工作筒和外工作筒组成的泵体，泵体的两端分别为上接头和下接头，泵体上开有进气孔，泵体内安装一个喷嘴，内工作筒内同一轴线上由上接头至下接头方向依次安装有扩散管、喉管、喷嘴套、十字形总成，扩散管由上接头至下接头方向管的口径由大到小，喉管与喷嘴套之间有腔室；该泵能解决压力较低的深井由于注气压力作用在油层上，导致不能放大生产压差的问题，也能解决压力和产能较高的高产井由于注气压力和工作阀以下的液柱压力使油层产生过高的回压，导致生产压差不能更进一步放大的问题，可在注气压力、注气量及成本不变的情况下大大提高气举井的产量。

Description

一种气举负压泵

技术领域：

本发明涉及石油天然气井气举井用井下工具技术领域，具体涉及一种气举负压泵。

背景技术：

气举采油和其他机采方式相比有很多优点，如适应性强，即对于深井、浅井、高油气比井、高含砂井、斜井、水平井都能适用，管理方便，成本相对较低。但由于连续气举井的油层流压等于环空中的注气压力加工作阀处的动液面所产生的压力，油管中压力等于工作阀下面的液柱所产生的压力加工作以上混气柱压力再加回压，导致目前的气举采油和传统的有杆泵采油相比也存在不足之处：

对于压力较低的深井，有时注气压力几乎和流压相等，这样由于注气压力作用在油层上，就不能放大生产压差，不但影响了油井的产量，而且注气比很高，严重影响了举升效率；对于压力较低的浅井根本无法正常生产。

对于压力和产能较高的高产井，由于注气压力和工作阀以下的液柱压力直接作用在油层上，就会对油层产生过高的回压，使生产压差不能更进一步放大，这样也严重地影响气举井的产量和举升效率。

所以为了充分发挥气举采油工艺的长处，克服该种工艺的上述弊端，需要对气举采油进行改进。

发明内容：

本发明的目的是提供一种气举负压泵，通过泵内设有扩散管以及与扩散管联通的腔室等结构，可把泵以上混气柱的压力或者注气压力与泵下面的液柱隔开，使混气柱的压力和注气压力不能作用在地层上，彻底或基本克服了注气压力所产生的回压对油层所造成的不利影响，进一步提高了气举井的举升效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种气举负压泵，包括内工作筒和外工作筒组成的泵体，泵体的两端分别为上接头和下接头，上接头连接投捞头接头，泵体上开有进气孔，泵体内安装一个喷嘴，所述内工作筒内同一轴线上由上接头至下接头方向依次安装有扩散管、喉管套、喷嘴套、十字形总成，所述喷嘴套内安装喷嘴，所述扩散管由上接头至下接头方向管的口径由大到小，所述喉管套与喷嘴套之间有腔室。

本发明提供的另一优选的一种气举负压泵技术方案中，所述外工作筒下接头端安装有外筒座，所述外筒座处筒的内径小于内工作筒的内径，所述内工作筒固定设置在外筒座上。

本发明提供的再一优选的一种气举负压泵技术方案中，所述扩散管到上接头出口之间的内工作筒内安装有扩散管挡环，所述扩散管挡环的内径等于扩散管的最大口径，所述扩散管挡环的外径等于内工作筒内径。

本发明提供的又一优选的一种气举负压泵技术方案中，所述喉管通过喉管套固定在内工作筒内，所述喉管、喉管套以及内工作筒的轴线均重合，所述喉管的内径等于扩散管的最小口径。

本发明提供的又一优选的一种气举负压泵技术方案中，所述喷嘴套到喉管套之间的内工作筒上设有挡环Ⅰ，沿泵体轴线的横切剖面上所述喷嘴套与挡环Ⅰ之间形成圆环形腔室。

本发明提供的又一优选的一种气举负压泵技术方案中，所述内工作筒内进气孔位置处固定安装有圆环形十字形总成，所述十字形总成的外径等于内工作筒的内径，所述十字形总成的内径大于喷嘴的最大口径，所述十字形总成环体上开有与进气孔对应的孔。

本发明提供的又一优选的一种气举负压泵技术方案中，所述十字形总成到外筒座之间的内工作筒内依次安装有挡环Ⅱ和挡环丝堵，所述挡环Ⅱ和挡环丝堵的外径等于内工作筒的内径。

本发明提供的又一优选的一种气举负压泵技术方案中，所述喉管的直径范围为6～20mm，所述喷嘴的直径范围为3.2～6.4mm，所述进气孔的注气压力范围为7.0～12.0Mpa。

本发明提供的又一优选的一种气举负压泵技术方案中，所述喉管的直径为6mm，所述喷嘴的最小直径为4.5mm。

由于采用了上述技术方案，本发明得到的有益效果是：

1、本发明气举负压泵克服了连续气举的弊端，该种泵可把泵以上的混气柱压力或者注气压力与泵下面的液柱隔开，使注气压力或者泵以上的混气柱压力不能作用在工作阀下面的液柱上即油层上，大大降低了油井的流压，即降低了油层的回压，这样就放大了油层的生产压差，因此可在注气压力、注气量及成本不变的情况下大大提高气举井的产量。

2、本发明对于油层压力和产量较低的低产能井可不下气举阀，而只下一台气举负压泵进行连续气举，这样一方面节约了成本，另一方面由于消除了注气压力对地层造成的回压，而且有时还会在油层附近产生一定的负压(低于1个大气压即低于0.1MPa)最大限度度地放大了生产压差，可使油井在无阻流量下进行生产，达到最高的产能，大大提高了产量和举升效率。

3、本发明对于油层压力和产量相对较低的深井，可下几级排液阀，把气举负压泵作为工作阀下到油层附近，泵下面再下一级封隔器，这样一方面可防止举空浪费注气量，另一方面由于消除了注气压力对地层所造成的回压，甚至可在油层附近产生负压(低于1个大气压即低于0.1MPa)，使油井在无阻流量下进行生产，最大限度地放大了生产压差，因此可在不增加注气量的情况下可大大提高这类油井的产量和举升效率。

4、本发明对于压力和产量相对高油层较深的气举井，可根据具体情况下几级排液阀，并适当提高原工作阀的位置，即可把负压泵下到原工作阀以上适当的位置。由于该种泵隔开了混气柱压力或者注气压力与泵以下液柱之间的接触，就消除了注气压力对地层所造成的回压，有效地降低了井底流压，放大了生产压差，可在注气压力、注气量及成本基本不变的情况下大大提高该类井的产量。

附图说明

图1为一种气举负压泵整体结构剖视图；

图2为一种气举负压泵腔室部分放大剖视图；

其中，1-投捞头接头，2-内工作筒，3-外工作筒，4-扩散管挡环，5-扩散管，6-喉管套，7-喉管，8-腔室，9-挡环Ⅰ，10-喷嘴套，11-喷嘴，12-十字形总成，13-进气孔，14-挡环Ⅱ，15-挡环丝堵，16-外筒座。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1-2所示，本发明的一种气举负压泵，包括内工作筒2和外工作筒3组成的泵体，外工作筒3下接头端安装有外筒座16，外筒座16处筒的内径小于内工作筒2的内径，内工作筒2固定设置在外筒座3上。泵体的两端分别为上接头和下接头，上接头设有投捞头接头1，泵体上开有一个进气孔13，泵体内安装有一个喷嘴11，所述内工作筒2内同一轴线上由上接头至下接头方向依次固定安装有扩散管5、喉管套6、喷嘴套10、十字形总成12，喷嘴套10内设有喷嘴11，所述扩散管5由上接头至下接头方向管的口径由大到小；喉管套6与喷嘴套10之间有腔室8，所述喷嘴套10到喉管套6之间的内工作筒2上安装有挡环Ⅰ9，沿泵体轴线的横切剖面上所述喷嘴套10与挡环Ⅰ9之间形成圆环形腔室8。

所述扩散管5到上接头出口之间的内工作筒内2设有扩散管挡环4，所述扩散管挡环4的内径等于扩散管5的最大口径，所述扩散管挡环4的外径等于内工作筒2内径。

所述喉管7通过喉管套6固定在内工作筒2内，所述喉管7、喉管套6以及内工作筒2的轴线均重合，所述喉管7的内径等于扩散管5的最小口径。

所述内工作筒2内进气孔13位置处固定安装有圆环形十字形总成12，所述十字形总成12的外径等于内工作筒2的内径，所述十字形总成12的内径大于喷嘴11的最大口径，十字形总成12环体上开有与进气孔13对应的孔，十字形总成12到外筒座16之间的内工作筒2内依次安装有挡环Ⅱ14和挡环丝堵15，所述挡环Ⅱ14和挡环丝堵15的外径等于内工作筒2的内径。

所述喉管7的直径范围为6-20mm，所述喷嘴11的最小直径范围为3.2～6.4mm，所述进气孔13的注气压力范围为7.0～12.0Mpa，本例中所述进气孔13的注气压力在7.0～12.0Mpa之间时，优选喉管7的直径为6mm，所述喷嘴11的最小直径为4.5mm。

本发明的一种气举负压泵，工作原理如下：

从图1-2中可看出，当注入的高压气体通过十字形总成12进入喷嘴11以很高的速度喷出时，就在腔室8形成了一定的负压，这样从地层产出的流体(油，气和水)就会通过十字形总成12中的通道和高速气流一起被吸入负压腔室8，在腔室8进行能量交换后再进入扩散管5，把动能转换为势能(即把速度能转化为压力能)。由于压力增加，从地层所产出的流体(油，气和水)就被举到了地面。

从该种泵的管柱结构图中可明显看出，该种泵可把泵以上混气柱的压力及注气压力与泵下面的液柱隔开。使混气柱的压力和注气压力不能作用在地层上，因此这种泵不仅可基本消除或完全消除注气压力对油层所产生回压，而且对与压力较低的油井，可把泵下到油层附近，甚至能产生一定的负压，使生产压差大大增加，彻底或基本克服了注气压力所产生的回压对油层所造成的不利影响。这样可在注气量和注气压力(成本基本不变)基本不变的情况下使油井的产量大幅度提高，同时也大大提高了举升效率。

由于目前最普遍使用的非平衡式压力操作气举阀在进行连续气举时，必须有一定的打开压力才能正常工作，而且流压(即油管中的混气柱压力+井口回压，在套管中是注气压力+工作阀下面的液柱压力)和地层始终是连通的，这样就会对地层造成很大的回压(如注气气压力为5.0MPa时)，而地层压力在原来液柱压力的基础上又有增加了5.0mpa，而且产量越高由于流压梯度高，流压就越高，注气压力也越高，对地层所产生的回压就越大，这样生产压差就不能进一步放大，产量也就不能进一步提高。

本发明的地面试验如下：

为了证明该泵的优越性，和优选出泵的最佳参数，我们在地面用两种方法进行了试验，一种方法是把该泵放到地面的水筒里，使泵内的压力为零(模拟地层压力为零)。然后改变喉管7和喷嘴11的直径，计量在注气压力为0.1MPA时的日产水量。再把泵放到4米高的位置，用10米长的1寸管皮管和地面水筒相连(模拟地层压力为—0.04MPA)。然后改变喉管7和喷嘴11的直径，计量在注气压力为0.5～1.0MPA时各种不同参数的日产水量变化，这样可优选出一个最佳匹配参数，但由于受到条件的限制，在地面只能用1.00Mpa以下的注气压力。地面试验数据如下表：

固定式气举负压泵地面试验数据表

上表中，将喉管7直径分1号、2号和3号三种规格，其中，设定1号直径为6mm，2号为14mm，3号为20mm，从上表可明显看出：当用1号喉管7和直径为4.5mm的喷嘴11时，日产量最高，当注气压力为1.0MPA时，最高产量可达120m³。当喷嘴11直径从4.5mm曾加到6.4mm时，日产水量不变。因此我们决定采用1号喉管7和4.5MM喷嘴11的组合方式。

本发明实际运用时的效益分析

1.对于低产井

1)假设某口井的井底静压为25.0MPa，流压为5.0MPA，日产液20吨，含水50％，产液指数I＝20/20＝1.0(吨/MPA)，日产油为10吨，如下负气举压泵，流压可降到1.0MPa，(或零)，如流压按1.0MPa计算，则日产液量Ql为：

Ql＝1.0*24＝24(吨)，

日增油QO＝(24-20)*50％＝2.0(吨)

2)如每年按生产350天计算，每吨油按1200元计算，则所创的年效益为：

1200*2*350＝84.0(万元)

2.对于压力和产能相对较高的高产井

1)假设某口高产井的井底静压为34.0MPA，井底流压为24.0MPA，原日产液量为100吨。含水80％，这样可计算采液指数I为：

I＝100/(34-24)＝10(吨/MPa)

日产油为QO＝100*80％＝20(吨)

2)如果下气举负压泵，由于消除了或基本消除了注气压力的影响，可使流压下降6.0MPa，这样所增加的日产油量Ql为：

Ql＝10.0*6.0*(1-0.8)＝60*0.2＝(12吨)。

3)如果按较保守的数据计算，即每天增油按3.0吨计算，每吨油按1200元计算，每年按生产350天计算，则每年所创效益为：

1200*3*350＝126(万元)

总之使用该气举负压泵可以消除注气压力对地层所造成的回压，放大了生产压差，有时可在最大的无阻流量下进行生产，因此可大大提高气举井的产量，一般情况下，在基本不增加注气量和注气压力(不增加成本)的情况下日增液可达10％到50％，一般情况下可实现单井年增效益进百万元，是值得在现场推广应用的一种最为先进的气举井下工具。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种气举负压泵，包括内工作筒(2)和外工作筒(3)组成的泵体，所述泵体的两端分别为上接头和下接头，上接头连接投捞头接头(1)，泵体上开有进气孔(13)，其特征在于：所述内工作筒(2)内同一轴线上由上接头至下接头方向依次安装有扩散管(5)、喉管套(6)、喷嘴套(10)、十字形总成(12)，所述喷嘴套(10)内安装喷嘴(11)，所述喉管套(6)与喷嘴套(10)之间有腔室(8)；喉管(7)通过喉管套(6)固定在内工作筒(2)内，所述喉管(7)、喉管套(6)以及内工作筒(2)的轴线均重合，所述喉管(7)的内径等于扩散管(5)的最小口径；所述喉管(7)的直径范围为6～20mm，所述喷嘴(11)的最小直径范围为3.2～6.4mm，所述进气孔(13)的注气压力范围为7.0～12.0MPa；

所述喷嘴套(10)到喉管套(6)之间的内工作筒(2)上设有挡环I(9)，沿泵体轴线的横切剖面上所述喷嘴套(10)与挡环I(9)之间形成圆环形腔室(8)；

所述内工作筒(2)内进气孔(13)位置处固定安装有圆环形十字形总成(12)，所述十字形总成(12)的外径等于内工作筒(2)的内径，所述十字形总成(12)的内径大于喷嘴(11)的最大口径，所述十字形总成(12)环体上开有与进气孔(13)对应的孔；

所述外工作筒(3)下接头端安装有外筒座(16)，所述外筒座(16)处筒的内径小于内工作筒(2)的内径，所述内工作筒(2)固定设置在外筒座(3)上。

2.如权利要求1所述的一种气举负压泵，其特征在于：所述扩散管(5)到上接头出口之间的内工作筒内(2)安装有扩散管挡环(4)，所述扩散管挡环(4)的内径等于扩散管(5)的最大口径，所述扩散管挡环(4)的外径等于内工作筒(2)内径。

3.如权利要求1所述的一种气举负压泵，其特征在于：所述十字形总成(12)到外筒座(16)之间的内工作筒(2)内依次安装有挡环II(14)和挡环丝堵(15)，所述挡环II(14)和挡环丝堵(15)的外径等于内工作筒(2)的内径。

4.如权利要求1所述的一种气举负压泵，其特征在于：所述喉管(7)的直径为6mm，所述喷嘴(11)的最小直径为4.5mm。