CN103161433B - 一种自压缩天然气的抽油泵储能增效装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自压缩天然气的抽油泵储能增效装置，包括由上接头、内管、外管、下接头组成，上接头与抽油泵连接，下接头与尾管连接，其特征在于：同轴的内管和外管构成一个上部密封下部连通的环形空间，作为原油中分离出的天然气的储存空间以及天然气压缩、膨胀的储能、释能空间；外管的下部开有一定数量和内径的气体限压孔，作为内外管环空中多余气体的排出通道；本发明结构简单，无任何运动部件，稳定可靠；现场实施方便，绿色环保，不污染环境和油层；以自压缩天然气作为储能方式，不需附加动力，同时解决了压缩弹簧储能时的使用寿命问题，实用性强；具有气锚作用，可防止分离的气体进泵，减小气体进泵对泵效的影响。

Description

一种自压缩天然气的抽油泵储能增效装置

技术领域

本发明涉及油田机械采油技术领域，特别涉及一种自压缩天然气的抽油泵储能增效装置。

背景技术

目前，抽油泵是油田应用最普遍的举升工具，其泵效直接与油田产量和能耗密切相关。矿场实践表明，抽油井泵效并不高，平均泵效大都低于50%，甚至不少抽油井泵效低于30%。特别是稠油油井，因原油进泵流动阻力很大，泵效更低。因此，提高抽油井泵效对增加原油产量和节约电能消耗具有重要意义。

影响泵效的因素很多，从深井抽油泵工作的三个基本环节(柱塞让出体积、液体进泵、液体从泵内排出)来看，可归纳为以下四个方面：

(1)抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩。根据深井泵的工作特点，抽油杆柱和油管柱在工作过程中因承受交变载荷而发生弹性伸缩，使柱塞冲程小于光杆冲程，减少了柱塞让出的体积，这是造成泵效小于1的重要因素。

(2)泵充不满的影响。固定阀自身的重量，延迟流体进泵；原油粘度高流动阻力大，减小流入泵内的液量；气体进泵、气体泵内膨胀占据液体进泵的空间。

(3)油井供液能力。当泵的排量大于油层供液能力时，液体来不及进入泵内，使进入泵内的液量减少。

(4)漏失影响。柱塞与衬套的间隙以及阀和其他连接部件间的漏失都会使实际排量减少。只要保证泵的制造质量和装配质量，在下泵后的一定时期内，漏失的影响是很小的。

对于一定下泵深度的油井，抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩基本是不变的，可作为不可变因素。另外，油井供液能力与油田能量有关，由油层供液能力和注水能力决定，也可作为不可变因素。因此，对于特定的油井，提高泵的充满程度是提高泵效的有效途径。

为了提高泵的充满程度，专利号为01216152.7的“一种抽油泵增效装置”提出了一种利用油管内液柱压力和储能弹簧，推动压杆上下冲程，以压杆的微小液量损失而获得最大增液效果，提高泵效的技术方案；专利号为200720020591.4的“一种抽油泵增效装置”对该技术方案进行了部分改进，压杆的漏失更小，更利于防砂、防垢和防污染物作用的发挥。专利号为91227181.7的“抽油泵液压充油装置”提供了一种以微小的冲程损失把油管中的液压能转换为向泵内充液的动力，以减少进泵原油中溶解气的逸出，提高泵效的技术方案；专利号为00233760.6的“液压供油泵”对该技术方案进行了部分改进。专利号为200720018615.2的“新型抽油泵增效装置”提出一种可直接接在抽油泵底部，由上接头、密封圈、储能管、弹簧、密封筒、动力活塞、活塞拉杆、中心管、下活塞、下密封塞、球罩、球及下接头组成的新型抽油泵增效装置，该装置利用装在动力活塞上部储能管内的储能弹簧的储能作用，提高泵的充满系数。以上技术方案中存在着一个共同的缺点，即都以压缩弹簧作为储能方式，从而把油管内液柱压能转换为液体进泵的动力。由于弹簧疲劳损伤率很高，严重影响了其使用寿命。

为了解决上述压缩弹簧储能时使用寿命短的问题，专利号为02246062.4的“一种抽油泵增效装置”提出了一种将油管内液柱压能转换为下冲程中环形活塞的重力势能，然后在上冲程中将环形活塞的重力势能转化为液体进泵动力，以提高泵效的技术方案。专利号为200720170125.4的“一种抽油泵增效装置”提出了一种能够保证在地层压力、供液能力不变的前提下，提高液体瞬间流线速度使其压能转变为动能，提高液体流动能力，进而提高泵的充满程度，提高泵效的技术方案。上述两种技术方案都去掉了容易疲劳损伤的弹簧，提高了使用寿命。但无法解决气体进泵、气体泵内膨胀占据液体进泵空间的问题。

以上几种现有技术的共性还在于：结构较为复杂，且存在运动部件，稳定性较差。

通过综合对比分析，可以看出现有技术主要由以下缺点：(1)结构较为复杂，且存在运动部件，稳定性较差；(2)压缩弹簧作为储能方式，弹簧容易疲劳损伤率很高，严重影响其使用寿命；(3)无法解决气体进泵、气体泵内膨胀占据液体进泵空间的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种自压缩天然气的抽油泵储能增效装置，该装置结构简单，无任何运动部件，稳定可靠；该装置以天然气压缩/膨胀作为储能/释能方式，在显著提高泵效的同时，解决采用压缩弹簧储能时的使用寿命问题；该装置能够在抽油泵以下分离部分油气，并将多余的气体排出到油套环空中，防止分离的气体进泵，解决气体进泵、气体泵内膨胀占据液体进泵空间的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种自压缩天然气的抽油泵储能增效装置，包括由上接头、内管、外管、下接头组成，上接头与抽油泵连接，下接头与尾管连接，同轴的内管和外管构成一个上部密封下部连通的环形空间，作为原油中分离出的天然气的储存空间以及天然气压缩、膨胀的储能、释能空间；外管的下部开有一定数量和内径的气体限压孔，作为内外管环空中多余气体的排出通道。

进一步地，内管为中空结构，与抽油泵的液体入口相连通，作为液体进入抽油泵的中心通道管。

进一步地，外管下部气体限压孔的位置在内管下端之上，可防止多余的分离气体进入抽油泵内，从而减小气体进泵对泵效的影响。

采用上述技术方案的自压缩天然气的抽油泵储能增效装置，首先将下冲程过程中从油层流出而不能进入抽油泵内的液体储存在抽油泵储能增效装置内，当上冲程开始时，游动阀关闭，抽油泵泵内液柱压力通过游动阀作用在抽油杆上，则固定阀上的压力逐渐减小并打开使液体进入抽油泵。在这一过程中，储存在抽油泵储能增效装置内外管环空中被压缩的高压气体依靠储存的弹性能量提前使固定阀打开并使液体高速进入抽油泵内，减小了固定阀开启时间，使下冲程过程中进液时间增长，同时加大了液体的进泵速度，泵的吸入过程中有更多液体进入泵内，从而提高了每个冲程的排液量，进而提高了泵效。该装置对原油粘度较高，固定阀打开阻力和原油流动阻力大的情况有更明显的效果。同时该装置还能分离部分原油中的天然气，减小气体进泵对泵效的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的自压缩天然气的抽油泵储能增效装置的结构示意图；

图2为本发明的实施例中自压缩天然气的抽油泵储能增效装置的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示，该装置由上接头(1)、内管(2)、外管(3)、下接头(6)组成；上接头(1)与抽油泵连接；同轴的内管(2)和外管(3)构成一个上部密封下部连通的环形空间(4)，作为原油中分离出的天然气的储存空间以及天然气压缩、膨胀的储能、释能空间；内管(2)为中空结构，与抽油泵的液体入口相连通，作为液体进入抽油泵的中心通道管；外管(3)的长度大于内管(2)的长度，外管(3)下部开有一定数量和内径的气体限压孔(5)，外管(3)下部的气体限压孔(5)位置在内管(2)下端之上，与油套环空相连通；下接头(6)与尾管连接。

本发明的自压缩天然气的抽油泵储能增效装置，首先将下冲程过程中从油层流出而不能进入抽油泵内的液体储存在抽油泵储能增效装置内，当上冲程开始时，游动阀关闭，抽油泵泵内液柱压力通过游动阀作用在抽油杆上，则固定阀上的压力逐渐减小并打开使液体进入抽油泵。在这一过程中，储存在抽油泵储能增效装置内外管环空中被压缩的高压气体依靠储存的弹性能量提前使固定阀打开并使液体高速进入抽油泵内，减小了固定阀开启时间，使下冲程过程中进液时间增长，同时加大了液体的进泵速度，泵的吸入过程中有更多液体进入泵内，从而提高了每个冲程的排液量，进而提高了泵效。该装置对原油粘度较高，固定阀打开阻力和原油流动阻力大的情况有更明显的效果。同时该装置还能分离部分原油中的天然气，减小气体进泵对泵效的影响。

采用图2所示的工作原理图实现储能增效，提高抽油泵的泵效。

参见图2A，在本发明的一个实施例中，抽油泵储能增效装置(5)通过由上接头安装在抽油泵(2)以下，由上接头、内管(12)、外管(11)和下接头组成。气体限压孔(13)位于外管(11)的下部，与油套环空(3)相连通；内管(12)为中空结构，与抽油泵(2)的液体入口相连通，液体通过内管(12)经固定阀(10)流入抽油泵(2)内。

参见图2BCD，在本发明的一个实施例中，抽油泵储能增效装置(5)的工作原理主要包括以下过程：

上冲程时，抽油杆柱(7)带着柱塞(15)向上运动，参见图2B。柱塞(15)上的游动阀(9)受油管(8)内的液柱压力而关闭，抽油泵(2)内压力降低，固定阀(10)在油套环空(3)中液柱压力与抽油泵(2)内压力之差的作用下被打开，储存在抽油泵储能增效装置(5)中的流体便通过抽油泵储能增效装置(5)的内管(12)进入抽油泵(2)内。此时，抽油泵储能增效装置(5)的内外管环空(4)内压力不断降低，当压力低于原油饱和压力时，溶解在原油中的天然气则会分离出来聚集到抽油泵储能增效装置(5)的内外管环空(4)的上部。

下冲程时，抽油杆柱(7)带着柱塞(15)向下运动，参见图2C。固定阀(10)关闭，抽油泵储能增效装置(5)中的流体停止进入抽油泵(2)，而油层(6)内的流体继续流入井内，使油套环空(3)内的动液面(1)升高，则增加的沉没度压力使抽油泵储能增效装置(5)的内外管环空(4)内气体不断受到压缩，气体体积减小，气体压力升高，被压缩的高压气体(16)储存弹性能量。

再次上冲程时，抽油杆柱(7)带着柱塞(15)向上运动，参见图2D。柱塞(15)上的游动阀(9)受油管(8)内的液柱压力而关闭，抽油泵(2)内压力降低，固定阀(10)在油套环空(3)中液柱压力与抽油泵(2)内压力之差的作用下逐渐被打开。在这一过程中，固定阀(10)自身的重量以及高粘原油的流动阻力，使固定阀(10)打开延缓。此时，储存在抽油泵储能增效装置(5)的内外管环空(4)中被压缩的高压气体(16)会迅速膨胀，推动抽油泵储能增效装置(5)中的流体使固定阀(10)快速打开，并在高压气体(16)的弹性膨胀作用下液体高速流入抽油泵(2)内。这样既缩短了固定阀(10)开启时间，使上冲程过程中抽油泵(2)进液时间增长，同时又加快了液体进泵速度，泵的吸入过程中有更多液体进入抽油泵内，从而增加了抽油泵的充满程度，提高了每个冲程的排量，进而提高了泵效。

上述过程往复进行，抽油泵储能增效装置(5)的内外管环空(4)中气体储存越来越多，受压膨胀时的体积也越来越大，当高压气体(16)膨胀的体积超过气体限压孔(13)位置时，则多余的气体会流入油套环空(3)，保证了分离的气体不会进入抽油泵(2)内，具有气锚功能，减小气体进泵对抽油泵泵效的影响，可进一步提高泵效。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (3)

1.一种自压缩天然气的抽油泵储能增效装置，包括由上接头、内管、外管、下接头组成，上接头与抽油泵连接，下接头与尾管连接，其特征在于：同轴的内管和外管构成一个上部密封下部连通的环形空间，作为原油中分离出的天然气的储存空间以及天然气压缩、膨胀的储能、释能空间；外管的下部开有一定数量和内径的气体限压孔，作为内外管环空中多余气体的排出通道，所述自压缩天然气的抽油泵储能增效装置的增效方法包括以下步骤：

上冲程时，抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动阀受油管内的液柱压力而关闭，抽油泵内压力降低，固定阀在油套环空中液柱压力与抽油泵内压力之差的作用下被打开，储存在抽油泵储能增效装置中的流体便通过抽油泵储能增效装置的内管进入抽油泵内，此时，抽油泵储能增效装置的内外管环空内压力不断降低，当压力低于原油饱和压力时，溶解在原油中的天然气则会分离出来聚集到抽油泵储能增效装置的内外管环空的上部；

下冲程时，抽油杆柱带着柱塞向下运动，固定阀关闭，抽油泵储能增效装置中的流体停止进入抽油泵，而油层内的流体继续流入井内，使油套环空内的动液面升高，则增加的沉没度压力使抽油泵储能增效装置的内外管环空内气体不断受到压缩，气体体积减小，气体压力升高，被压缩的高压气体储存弹性能量；

再次上冲程时，抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动阀受油管内的液柱压力而关闭，抽油泵内压力降低，固定阀在油套环空中液柱压力与抽油泵内压力之差的作用下逐渐被打开，在这一过程中，固定阀自身的重量以及高粘原油的流动阻力，使固定阀打开延缓，此时，储存在抽油泵储能增效装置的内外管环空中被压缩的高压气体会迅速膨胀，推动抽油泵储能增效装置中的流体使固定阀快速打开，并在高压气体的弹性膨胀作用下液体高速流入抽油泵内。

2.根据权利要求1所述的一种自压缩天然气的抽油泵储能增效装置，其特征在于：内管为中空结构，与抽油泵的液体入口相连通，作为液体进入抽油泵的中心通道管。

3.根据权利要求1所述的一种自压缩天然气的抽油泵储能增效装置，其特征在于：外管下部气体限压孔的位置在内管下端之上，可防止多余的分离气体进入抽油泵内，从而减小气体进泵对泵效的影响。