CN104405344B - 一种助抽器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于抽油泵的助抽器。所述助抽器包括：筛管，用于过滤油井产出液；进液筒，包括上段、中段和下段，进液筒的下段与筛管的上端相连接；旋转混合器，设置在进液筒内，旋转混合器包括旋转轴及设置在旋转轴上的叶片；油管，所述油管的上端与抽油泵的泵座相连接，油管的下端与进液筒的上段相连接；流速变化装置，设置在油管内，流速变化装置包括至少一级流速变送器；喷射器，设置在油管的顶端，位于泵座内；喷射器包括喷射筒及设置在喷射筒外侧的螺旋板。本发明在地层压力、供液能力不变的前提下，不用电，即可提高油井产出液瞬间线速度，使其压能变动能，加快液体流速，改变液体流态，提高泵的充满系数，增加产量。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种用于抽油泵的助抽器。
背景技术
目前，我国90％以上的油井为抽油泵开采，只是泵型、泵径大小不同，而不管采用哪种泵径，其泵效平均低于50％。影响泵效的主要原因是：(1)气体影响；油流状态为环状流，中间是气，一圈是油，固定阀底部形成气锁，凡尔打开后，气体先进泵，占据大部分空间，油再进泵，严重影响泵的充满系数；(2)摩擦阻力；由于原油粘度大、摩阻大，影响液体进泵量，造成泵效低；(3)油管过流面积过大，造成液体上升线速度低，温度下降快，进泵量少，导致油井产量无法达到设计泵效；(4)孔隙度和渗透率极差的井，地层能量供液不足。
针对气体影响，通常采用下述两种方式解决：a、产气量较少的油井，将泵挂加深至油层，在油气未分离时，使液体混合进泵；b、产气量较大的油井，安装多级气锚，使油气分路采出。针对摩擦阻力影响，通常采用下述两种方式解决：a、掺水生产，形成水包油，降低摩阻增加流速；b、加药生产，打破稠油晶核分子式，降低摩阻；c、蒸汽掺热，降低摩阻。但是对于液体线速度低的问题，国内外未见解决办法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于抽油泵的助抽器，可以利用机械装置在地层压力、供液能力不变的前提下，不用电即可提高液体瞬间线速度，使其压能变动能，加快液体流动，改变液体流态，提高泵的充满系数，增加油井产量。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种助抽器，用于抽油泵，所述助抽器包括：
筛管，用于过滤油井产出液；
进液筒，包括上段、中段和下段，所述进液筒的上段的横截面积随所述油井产出液流动方向渐渐缩小，所述进液筒的下段与所述筛管的上端相连接；
旋转混合器，设置在所述进液筒内，所述旋转混合器包括旋转轴及设置在旋转轴上的叶片，所述叶片在所述油井产出液受地层压力的推动下围绕所述旋转轴旋转，将所述油井产出液中的油、气、水混合并旋转上升；
油管，所述油管的上端与所述抽油泵的泵座相连接，所述油管的下端与所述进液筒的上段相连接，所述进液筒的中段的内径大于所述油管的内径；
流速变化装置，设置在所述油管内，所述流速变化装置的下端与所述进液筒的上端相连通；所述流速变化装置包括至少一级流速变送器，所述流速变送器的内腔的横截面积随所述油井产出液流动方向渐渐缩小；
喷射器，设置在所述油管的顶端，位于所述泵座内；所述喷射器包括喷射筒及设置在所述喷射筒外侧的螺旋板；所述油井产出液经过所述流速变化装置后通过所述喷射筒进入所述抽油泵，对所述泵座上方的固定凡尔球进行喷射；所述螺旋板在所述油井产出液的压力下旋转，并使所述油井产出液产生螺旋剪切力，沿所述固定凡尔球的圆周切线方向旋转进入所述抽油泵内。
进一步地，所述泵座的内腔靠近所述固定凡尔球的一段为内径渐小的锥台状。
进一步地，所述抽油泵还包括设置在固定凡尔球上方、与所述泵座相配合的凡尔罩，所述凡尔罩上均匀分布三个长圆形的过油孔，所述过油孔的面积占所述凡尔罩表面积的五分之二。
进一步地，所述旋转混合器至少包括第一组叶片和第二组叶片，所述第一组叶片和所述第二组叶片从上至下依次设置在所述旋转轴上，所述第一组叶片和所述第二组叶片分别包括三片叶片。
进一步地，所述第一组叶片中的三个叶片在径向方向上均匀分布，所述第二组叶片中的三个叶片在径向方向上均匀分布，且所述第一组叶片的三个叶片和所述第二组叶片的三个叶片在径向方向上同时均匀分布。
进一步地，所述喷射筒的内径随所述油井产出液流动方向渐渐缩小。
进一步地，所述筛管上设有若干个走油孔，所述走油孔的中心线与所述筛管的中心线之间的夹角为30°～40°。
进一步地，所述筛管内层设有防砂滤网，所述防砂滤网由4层空芯圆柱形不锈钢丝组成，所述4层空芯圆柱形不锈钢丝的间隙从外到内依次减小。
本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明根据能量守恒原理，经筛管、进液筒、旋转混合器、流速变化装置和喷射器这些机械装置，在地层压力、供液能力不变的前提下，不用电，提高油井产出液瞬间线速度，使其压能变动能，加快液体流动，改变液体流态，提高泵的充满系数，增加产量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的助抽器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的助抽器与抽油泵连接处的结构示意图；
图3为本发明实施例中喷射器的结构示意图；
图4为图3的俯视图；
图5为本发明实施例中旋转混合器的结构示意图；
图6为图5的俯视图；
图7为本发明实施例中流速变送器的结构示意图；
图8为本发明实施例中凡尔罩上过油孔的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供一种助抽器，用于抽油泵，所述助抽器包括：筛管6、进液筒4、旋转混合器5、油管2、流速变化装置3和喷射器1。
其中，筛管6，用于过滤油井产出液。
进液筒4，包括上段、中段和下段，所述进液筒4的上段的横截面积随所述油井产出液流动方向渐渐缩小，所述进液筒4的下段与所述筛管6的上端相连接。
旋转混合器5，设置在所述进液筒4内，如图5和图6所示，所述旋转混合器5包括旋转轴51及设置在旋转轴上的叶片52，所述叶片52在所述油井产出液受地层压力的推动下围绕所述旋转轴51旋转，将所述油井产出液中的油、气、水混合并旋转上升。旋转混合器5的目的在于：(1)加快液体流速；(2)改变液体流态，使原段塞流、环状流、雾状流、层流等经过螺旋混合、形成混合流；混合后利用油水比重差、气液密度差以水带油、以气带液降低摩阻，增加流速；液体脱气少，泵的大部分空间被混合液充满；(3)液体旋转后，形成涡流剪切力，将液体中蜡质小晶体切碎，降低摩阻。
油管2，所述油管2的上端与所述抽油泵的泵座7相连接，所述油管2的下端与所述进液筒4的上段相连接，所述进液筒4的中段的内径大于所述油管2的内径，由于所述进液筒4的内径较大，形成大压强的进液筒，增加了油井产出液的进泵量。
流速变化装置3，设置在所述油管2内，所述流速变化装置3的下端与所述进液筒4的上端相连通；如图7所示，所述流速变化装置3包括至少一级流速变送器31，所述流速变送器的内腔的横截面积随所述油井产出液流动方向渐渐缩小。本实施例中，流速变化装置3包括两级流速变送器，也就是说，有两个流速变送器串接在一起。若地层供液能力不足、油井泵效低、日产液量低时，油管过流面积就过剩、液体流速降低、进而造成扬程降低。流速变化装置3是在同等压力下，经无能耗液压组件，提高了液体聚焦力。压能与动能多次转变，加快了液体瞬间线速度，使液体形成射流进泵，加大了液体冲击力，提高了进泵量。
喷射器1，设置在所述油管2的顶端，位于所述泵座7内；如图3和图4所示，所述喷射器1包括喷射筒11及设置在所述喷射筒11外侧的螺旋板12；所述油井产出液经过所述流速变化装置3后通过所述喷射筒11进入所述抽油泵，对所述泵座7上方的固定凡尔球8进行喷射，提前顶开固定凡尔球8；所述螺旋板12在所述油井产出液的压力下旋转，并使所述油井产出液产生螺旋剪切力，形成大角度，沿所述固定凡尔球8的圆周切线方向旋转进入所述抽油泵内，降低油井产出液阻力，这等于提前打开了固定凡尔球，加大油井产出液进泵量。
进一步地，如图2所示，所述泵座7的内腔靠近所述固定凡尔球8的一段为内径渐小的锥台状，即泵座的内壁为斜坡状，这样的结构与现有技术中台阶式的结构相比，由于减少了油井产出液流动阻力，所以提高了油井产出液的液体流速，增加了油井产出液进泵量，提高油井泵效。
进一步地，所述抽油泵还包括设置在固定凡尔球8上方、与所述泵座7相配合的凡尔罩9。如图8所示，所述凡尔罩9上均匀分布三个长圆形的过油孔91，所述过油孔91的面积占所述凡尔罩9表面积的五分之二，比现有技术中的过油孔的面积多出三分之一。这种形状的过油孔提高了油井产出液的进泵量，从而提高油井泵效。
进一步地，所述旋转混合器5至少包括第一组叶片和第二组叶片，所述第一组叶片和所述第二组叶片从上至下依次设置在所述旋转轴51上，所述第一组叶片和所述第二组叶片分别包括三片叶片。本实施例中采用三组叶片。
进一步地，所述第一组叶片中的三个叶片在径向方向上均匀分布，所述第二组叶片中的三个叶片在径向方向上均匀分布，且所述第一组叶片的三个叶片和所述第二组叶片的三个叶片在径向方向上同时均匀分布。本实施例中采用三组共9个叶片，每组中的3个叶片均匀分布，即，每两个叶片的中心线的夹角为120°；9个叶片在径向方向上均匀分布，每个叶片的中心线夹角为40°。
进一步地，所述喷射筒11的内径随所述油井产出液流动方向渐渐缩小，可以加快油井产出液瞬间线速度，加快进泵速度和进泵量，提高泵效。
进一步地，所述筛管6上设有若干个走油孔，所述走油孔的中心线与所述筛管6的中心线之间的夹角为30°～40°，油井产出液进泵不改变流向，阻力小，使液体分子间碰撞小，不易脱气，可降低滑脱损失。由于液体摩阻小，固定凡尔底部不易形成气锁。
进一步地，所述筛管6内层设有防砂滤网，所述防砂滤网由4层空芯圆柱形不锈钢丝组成，所述4层空芯圆柱形不锈钢丝的间隙从外到内依次减小，可阻挡不同力度砂粒进入泵腔。层与层之间，上下相通，上为过油通道，下为沉沙通道，降低游动凡尔和固定凡尔的磨损，延长了检泵周期。
进一步地，如油井胶质、沥青质、含蜡量高，需热洗化防的井，应采用封隔器，可使抽油泵上油套环形空间的液体与抽油泵下液体分开。在抽油机上行时与流动凡尔配合，油套环形空间液柱的压强由封隔器承担，油管内的液柱压强，由游动凡尔承受，整体液柱压强，不作用在地层上，泵底就形成负压，在地层压力不变的前提下，形成了半负压采油，加快了液体流入井底的速度，加大了油井供液量。
进一步地，抽油泵还包括洗井单流阀。洗井单流阀与封隔器的配合，可以加大油井生产压差。油井洗井时，洗井液被洗井单流阀隔断，洗井液不进入地层，不会对地层造成水敏，不压井、不用排液、当天洗井当天见油、不影响油井产量、节省了洗井液量和洗井时间。不洗井时，产油通道与洗井通道相连接，油井可正常测试动液面。
进一步地，抽油泵还包括液体储存器。当抽油机下行时，液体储存器内的气体，在比重差的作用下，通过洗井旁通孔进入油套环形空间。而油套环空内的液体在重力差的作用下，回至液体储存器内。当抽油机上行时，液体储存器内的纯液体首先进泵，占据了泵的大部分空间，提高了泵的充满系数。
本实施例提供的助抽器在使用过程中，油井产出液经筛管进入大压强的进液筒，在地层压力及旋转混合器的作用下，油井产出液产生旋转上升，使油、气、水混合并聚焦于流速变化装置入口。混合液经流速变化装置提高了聚焦力，形成射流经过喷射器进入抽油泵。油井产出液在流经本实施例提供的助抽器时流速变化比较显著，大致经历了4次增速减速的过程，在流速变送装置和喷射器之间，流速的变化最为剧烈。流速的多次变化有利于形成细胞状油水两相流或气液两相流。
对本实施例提供的助抽器流场进行数值模拟后，可以得出，流体从旋转混合器入口处流入时速度方向垂直于入口端面，大小设为0.15m/s，只有螺旋线周围的流场发生了显著的改变，随着螺旋线的的进一步作用，流场不断发生着改变，到达旋转混合器出口端，流场相对刚进入时已经发生很大的变化，最大处达到0.25m/s左右，形成了螺旋流动。观察流速变化装置和喷射器附近迹线分布，可以发现流体在整个流动过程中均表现出明显的螺旋流动，这种螺旋流动甚至一直延续到喷射器的出口，有利于形成较大的涡流剪切力，加大液体进泵量。
本发明与现有技术相比，包括如下优点：
(1)本发明不改变地层渗透能力，不破坏地层，只是根据能量守恒原理，经筛管、进液筒、旋转混合器、流速变化装置和喷射器这些机械装置，在地层压力、供液能力不变的前提下，不用电，提高液体瞬间线速度，使其压能变动能，加快液体流动，改变液体流态，避免了油井各种损失，提高泵的充满系数，增加产量，以达到降低成本的目的。
(2)抽油泵的固定凡尔开闭时间是一定值，流速变送装置通过提高流体瞬间线速度使液体产生射流作用，就等于提前打开和延缓关闭了油井固定凡尔，行成了液体射流进泵的效果，也就加快了进泵速度和进泵量，达到了提高泵效的目的。
(3)本发明对管式抽油泵的泵座及固定凡尔罩进行改进，进一步降低了油井产出液进泵阻力，加大了进泵量，提高了泵效。
(4)本发明在高稠油和低粘度油井中使用都能不同程度的提高泵的充满系数，达到提高产量的目的，在未增加耗能的情况下，增加了提液量和产油量，实际上相当于提高了蒸汽吞吐热效率，节约了抽油机电耗。
(5)本发明不受下入深度制约，对于稠油井、水平井、定向井、出盐井、掺水掺油井、带多级气锚井、尾管加深至开采层位井，均可提高日产液量。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种助抽器，用于抽油泵，其特征在于，所述助抽器包括：
筛管，用于过滤油井产出液；
进液筒，包括上段、中段和下段，所述进液筒的上段的横截面积随所述油井产出液流动方向渐渐缩小，所述进液筒的下段与所述筛管的上端相连接；
旋转混合器，设置在所述进液筒内，所述旋转混合器包括旋转轴及设置在旋转轴上的叶片，所述叶片在所述油井产出液受地层压力的推动下围绕所述旋转轴旋转，将所述油井产出液中的油、气、水混合并旋转上升；
油管，所述油管的上端与所述抽油泵的泵座相连接，所述油管的下端与所述进液筒的上段相连接，所述进液筒的中段的内径大于所述油管的内径；
流速变化装置，设置在所述油管内，所述流速变化装置的下端与所述进液筒的上端相连通；所述流速变化装置包括至少一级流速变送器，所述流速变送器的内腔的横截面积随所述油井产出液流动方向渐渐缩小；
喷射器，设置在所述油管的顶端，位于所述泵座内；所述喷射器包括喷射筒及设置在所述喷射筒外侧的螺旋板；所述油井产出液经过所述流速变化装置后通过所述喷射筒进入所述抽油泵，对所述泵座上方的固定凡尔球进行喷射；所述螺旋板在所述油井产出液的压力下旋转，并使所述油井产出液产生螺旋剪切力，沿所述固定凡尔球的圆周切线方向旋转进入所述抽油泵内。
2.如权利要求1所述的助抽器，其特征在于，所述泵座的内腔靠近所述固定凡尔球的一段为内径渐小的锥台状。
3.如权利要求1所述的助抽器，其特征在于，所述抽油泵还包括设置在固定凡尔球上方、与所述泵座相配合的凡尔罩，所述凡尔罩上均匀分布三个长圆形的过油孔，所述过油孔的面积占所述凡尔罩表面积的五分之二。
4.如权利要求1所述的助抽器，其特征在于，所述旋转混合器至少包括第一组叶片和第二组叶片，所述第一组叶片和所述第二组叶片从上至下依次设置在所述旋转轴上，所述第一组叶片和所述第二组叶片分别包括三片叶片。
5.如权利要求4所述的助抽器，其特征在于，所述第一组叶片中的三个叶片在径向方向上均匀分布，所述第二组叶片中的三个叶片在径向方向上均匀分布，且所述第一组叶片的三个叶片和所述第二组叶片的三个叶片在径向方向上同时均匀分布。
6.如权利要求1所述的助抽器，其特征在于，所述喷射筒的内径随所述油井产出液流动方向渐渐缩小。
7.如权利要求1所述的助抽器，其特征在于，所述筛管上设有若干个走油孔，所述走油孔的中心线与所述筛管的中心线之间的夹角为30°～40°。
8.如权利要求1所述的助抽器，其特征在于，所述筛管内层设有防砂滤网，所述防砂滤网由4层空芯圆柱形不锈钢丝组成，所述4层空芯圆柱形不锈钢丝的间隙从外到内依次减小。
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