CN103821703A - 一种井下液力活塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下液力活塞泵，其包括工作筒（30）、安装在工作筒底端的固定凡尔（43）、横向隔板（45）和位于工作筒（30）内部空间内的双活塞结构；所述双活塞结构包括上游动凡尔（33）、下游动凡尔（39）和空心活塞杆（36）；空心活塞杆（36）流体密封穿过横向隔板（45）从而连通上、下游动凡尔（33、39）。使用本发明，可以将泵下至大斜度和丛式井的末端，解除了大斜度井、丛式井对井下泵下井深度的限制，可以最大限度地发挥油气井自身的生产潜力，提高油气田开发的最终采收率；在增加泵效的同时降低了生产成本。

Description

一种井下液力活塞泵

技术领域

本发明主要涉及油气田生产过程中对液体进行举升泵抽系统，尤其涉及一种使用高压液体作为动力介质的井下液力活塞泵。

技术背景

在油气开采中，常规活塞泵是最为常用的泵抽系统，但这种系统突出的缺陷是：油杆和油管的相互摩擦，从而导致油管穿孔（磨穿）形成井下液体通道短路，严重时会出现油管、抽油杆磨断而造成生产管柱落井的井下事故。此外，有杆泵抽系统理想的工作状态是井下管柱全部处于垂直状态，因此井身越斜，工作过程中出现的管杆偏磨就越严重，因而在大斜度井、丛式井若要使有杆泵系统，均对其下井深度有明确的要求或限制。

而现有的以液体作为动力介质的活塞泵，由于采用的液压传输介质与井筒举升介质不同，在实际运用过程中造成以下几个方面的问题：活塞的下行程动力不足，严重降低泵效；定时或不定时补充液压动力介质，并需要补充同类型的液压动力介质；一旦井下发生液压动力介质漏失，动力介质就会进入到举升通道，与被举升液体混合，在地面就不能对产出液直接进行排放（尤其是采出水达到了可以直接排放标准的气井），需要进行二次分离处理，增加了处理设备和处理成本。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明旨在提供一种适用于大斜度井、丛式井的井下液力活塞泵。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种井下液力活塞泵，包括工作筒、安装在工作筒底端的固定凡尔、横向隔板和位于工作筒内部空间内的双活塞结构；所述双活塞结构包括上游动凡尔、下游动凡尔和空心活塞杆；横向隔板设置在工作筒的中上部，上游动凡尔位于横向隔板的上方，下游动凡尔位于横向隔板的下方，空心活塞杆流体密封穿过横向隔板从而连通上、下游动凡尔。由于本发明的井下液力活塞泵将目前油气田常用的使用抽油杆作为活塞泵动力传输“介质”的方式改为由液体作为井下传输介质，从而避免所有因井下管柱中的抽油杆和油管摩擦造成的问题，从而提高了井下泵抽系统的使用寿命，延长油气井的检泵周期；同时，由于该液力活塞泵完全由液体作为动力传输介质，整个井下管柱系统中除了最末端的活塞以外，可以没有任何其他的运动部件，因此尤其适用于大斜度井、丛式井的生产（由于井斜和/或狗腿度的原因，这类井不适合长期使用以抽油杆做动力传输的泵抽系统），使用该液力活塞泵可以将泵下至大斜度井和丛式井的末端，解除了大斜度井、丛式井对井下泵下井深度的限制，可以最大限度地发挥油气井自身的生产潜力，提高油气田开发的最终采收率。此外，由于本发明的井下液力活塞泵可以使用井下产出液（如为气井，则可为气水分离后的分离水）作为动力介质，增加泵效的同时也降低了生产成本。

优选地是，在横向隔板的上方，工作筒的内壁上设置有流体通道；所述工作筒的顶端还具有上行动力端口和下行动力端口；流体通道的上端为上行动力端口，下端连通上游动凡尔下部腔室；下行动力端口下端连通上游动凡尔上部腔室。

上游动凡尔与隔板之间具有上游动凡尔下部腔室；下游动凡尔与隔板之间具有下游动凡尔上部腔室。下游动凡尔与固定凡尔之间具有固定凡尔上部腔室。

使用本发明的井下液力活塞泵可以将泵下至大斜度和丛式井的末端，解除了大斜度井、丛式井对井下泵下井深度的限制，可以最大限度地发挥油气井自身的生产潜力，提高油气田开发的最终采收率；在增加泵效的同时也降低了生产成本。

附图说明

图1为处于上行工作状态的本发明的井下液力活塞泵示意图；

图2为处于下行工作状态的本发明的井下液力活塞泵示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细描述。

图1和图2示出了本发明的井下液力活塞泵，使用时，利用挠性管液力传输系统将该井下液力活塞泵下入井下套管内的环控内，因而避免了使用抽油杆带来的各种弊端。

本发明的井下液力活塞泵包括工作筒30、安装在工作筒30底端的固定凡尔43、横向隔板45和能够在工作筒30内往复运动的的双活塞结构。横向隔板45设置在工作筒30的中上部从而将工作筒分为上下两个空腔，上游动凡尔33位于上部空腔内，下游动凡尔39位于下部空腔内，固定凡尔43固定在工作筒30的底端。上游动凡尔33和下游动凡尔39通过空心活塞杆36连接，从而将上游动凡尔33的凡尔腔和下游动凡尔39的凡尔腔连通，这样就构成了能够在工作筒30内往复运动的双活塞结构。上游动凡尔33的上游动凡尔座34相当于上活塞，并且上游动凡尔座34与隔板45之间则形成了上游动凡尔33下部腔室35；而下游动凡尔39的下游动凡尔座40则相当于下活塞，并且下游动凡尔座40与隔板45之间则形成了下游动凡尔39上部腔室37。空心活塞杆36与隔板之间流体密封。本发明中的凡尔与普通抽油泵所用的游动凡尔基本相同，这里对其结构不再赘述。

在横向隔板45的上方，工作筒30的内壁上设置有流体通道46。工作筒30的顶部具有上行动力端口16和下行动力端口17，流体可通过上行动力端口16、流体通道46进出上游动凡尔33下部腔室35，流体可通过下行动力端口17进出上游动凡尔33上部腔室31。

图1中，井下液力活塞泵的活塞36处于上行程工作状态，图2中活塞36处于下行程工作状态。下面结合附图1和2详细描述本发明井下液力活塞泵的上行程和下行程工作过程。

上行程：

如图1所示，当高压液体（可以是高压油，一般是井下产出液（油水混合物），如果是气井，也可为气水分离后的分离水）经过工作筒30的流体通道46进入液力活塞泵中上游动凡尔座34的下部腔室35时，并在压力达到一定程度时，由于上游动凡尔座34的上部腔室31的压力小于上游动凡尔座的下部腔室35的压力，上游动凡尔33在压差作用下会向上运动，并通过空心活塞杆36带动下游动凡尔36上行，此时，下游动凡尔39处于关闭状态（凡尔球座于下游动凡尔座40上），下游动凡尔39上部腔室37中的液体受到挤压，通过下游动凡尔的排液孔38进入下游动凡尔39内并沿着空心活塞杆36内的中心通道流至上游动凡尔33内，并顶开上游动凡尔33的凡尔球从而使上游动凡尔33处于开启状态，下游动凡尔39上部腔室37就与上游动凡尔33上部腔室31连通，两个腔室中的液体就随着空心活塞杆36的上行而排出下行动力端口17，并最终被举升至地面，完成液力活塞泵的排液过程。在此过程中，由于下游动凡尔39始终处于关闭状态，固定凡尔43上部腔室41的压力会随着活塞36的向上运动逐渐降低形成负压，工作筒30与套管29之间环空内液体就会向上顶开固定凡尔43的凡尔球，环空中的液体进入固定凡尔43内并通过排液孔42进入上部腔室41中，完成固定凡尔43上部腔室41的吸液过程。

下行程：

如图2所示，当高压液体（可以是高压油，一般为井下产出液，如果是气井，则可为气水分离后的分离水）经下行动力端口17进入上游动凡尔33上部腔室31内时，上游动凡尔33及固定凡尔43处于关闭状态，因此上游动凡尔33上部腔室31内压力上升，而上游动凡尔33下部腔室35内的液体由于失去地面压力源的动力提供，压力逐渐降低，上游动凡尔33上部腔室31的压力大于上游动凡尔33下部腔室35的压力，上游动凡尔33以及下游动凡尔39在压差作用下向下运动，此时，固定凡尔43又处于关闭状态，固定凡尔43上部腔室41中的液体受到挤压，在压力的作用下，下游动凡尔39的凡尔球会被顶开而使下游动凡尔39处于打开状态，固定凡尔43上部腔室41中的液体就会进入到下游动凡尔39内并通过排液孔38进入上部腔室37中，完成液体从吸液腔室向排空腔室的转移。

Claims (4)

1.一种井下液力活塞泵，其包括工作筒（30）、安装在工作筒底端的固定凡尔（43）、横向隔板（45）和位于工作筒（30）内部空间内的双活塞结构；所述双活塞结构包括上游动凡尔（33）、下游动凡尔（39）和空心活塞杆（36）；横向隔板（45）设置在工作筒（30）的中上部，上游动凡尔（33）位于横向隔板（45）的上方，下游动凡尔（39）位于横向隔板（45）的下方，空心活塞杆（36）流体密封穿过横向隔板（45）从而连通上、下游动凡尔（33、39）。

2.如权利要求1所述的井下液力活塞泵，其特征在于：在横向隔板（45）的上方，工作筒（30）的内壁上设置有流体通道（46）；所述工作筒（30）的顶端还具有上行动力端口（16）和下行动力端口（17）；流体通道（46）的上端为上行动力端口（16），下端连通上游动凡尔（33）下部腔室（35）；下行动力端口（17）下端连通上游动凡尔（33）上部腔室（31）。

3.如权利要求1或2所述的井下液力活塞泵，其特征在于：上游动凡尔（33）与隔板（45）之间具有上游动凡尔（33）下部腔室（35）；下游动凡尔（39）与隔板（45）之间具有下游动凡尔（39）上部腔室（37）。

4.如权利要求3所述的井下液力活塞泵，其特征在于：下游动凡尔（39）与固定凡尔（43）之间具有固定凡尔（43）上部腔室（41）。

Images