CN104632591B - 一种自循环液驱采油泵及采油控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明及一种自循环液驱采油泵及采油控制系统，包括油井套管、动力液管、采油泵、封隔器以及动力液泵站和动力液回收处理装置。本发明采用无杆采油，自循环液力驱动，弹簧储能实现阀芯联动换向，从而使采油泵的上、下腔往复呼吸采油，克服了传统采油方式只适用于竖直油井采油的技术不足，其适用于各类非垂直油井的井下采油和集群采油，具有通用性好、适应性强、磨损小、工作寿命长，节能、节电、节地的优点；通过动力液回收处理装置将采集出的原油作为动力液输入动力液泵站，使原油变成压力液从而驱动采油泵采集原油，节约了动力液成本；反冲洗提升采油泵维修，无需大型维修设备，且维修时间短、用工少，节约人力和物力。

Description

一种自循环液驱采油泵及采油控制系统

技术领域

本发明涉及一种采油井中使用的采油泵及控制系统，尤其涉及一种适合于水平井、斜井、“S”型井中使用的采油泵及控制系统，特别是这种采油泵以及控制系统的结构，属于石油装备设计制造技术领域。

背景技术

现有的油田采油方式通常有两种，一种是自喷井采油，另一种是人工采油。自喷井采油利用高地层压力将油液自喷到地面，属于高产井；人工采油最常见的有：1、悬梁式采油机机械采油；2、螺杆泵采油；3、电潜泵采油。机械采油只适用于垂直井，但近年随着油田资源环境及地质地貌影响，垂直井已不能满足油田现状的需要，因此新的井型不断出现，诸如：水平井、斜井、“S”型井等。而常规的采油方式根本就不能满足新井型的采油条件，其中悬梁式采油机采油会导致抽油杆在水平井、斜井和“S”型井中出现严重的偏磨现象；螺杆泵采油，其定子寿命短、检泵次数多，采油效率低下；电潜泵采油只能用于浅井采油，且工作周期短，直线电机只能在地下120oC的高温环境中连续工作一至两个月。这几种采油方式的工作周期都维持不到半年就要停产维修更换，每次维修成本均高达10～20万元，还需要利用众多大型维修设备将上千米的油管抽出以便提泵维修更换，所花费的时间至少在十个工作日以上，不但影响生产，而且耗费大量的人力、财力。因此寻找一种新的采油方式，以适应水平井、斜井和“S”型井的采油需要，已成为当务之急。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自循环液驱采油泵及采油控制系统，以同时满足垂直井、水平井、斜井、“S”型井的采油需要。

为了实现上述目的，本发明釆取以下技术方案实施：一种自循环液驱采油泵及采油控制系统，包括油井套管、动力液管、采油泵、封隔器以及动力液泵站和动力液回收处理装置，动力液管置入在油井套管内；采油泵中的泵壳上端与动力液管的下端相连接，其置入在井下并通过封隔器固定，从而形成油井套管与采油泵和动力液管之间的环形采油通道；采油泵包括一泵壳、两泵筒、一活塞、两吸液单向阀、两出液单向阀和一换向阀总成，其中换向阀总成又包括一阀体、一进液阀芯和一出液阀芯；动力液泵站通过动力液管向采油泵内供入动力液；动力液回收处理装置向动力液泵站输入动力液，其特征在于：

所述阀体的两端分别连接一只泵筒，形成整体后插入在泵壳内，并形成密封配合；

所述活塞为亚铃形的双头活塞，双头活塞外径分别间隙配合在阀体两端的泵筒内，并将泵筒分隔成采油泵的上腔和下腔，双头活塞中的活塞杆与阀体中心部的孔间隙配合，并构成双头活塞的内端与阀体两端之间的上、下工作室；

所述一吸液单向阀和一出液单向阀设置在采油泵的上腔内，另一吸液单向阀和另一出液单向阀设置在采油泵的下腔内，其中两只吸液单向阀的入口分别和油井相通，出口分别与上腔和下腔相通，出液单向阀的入口分别与上腔和下腔相通，出口与油井套管内的环形采油通道相通，由此使上腔和下腔构成呼吸腔；

所述进液阀芯和出液阀芯间隙配合在阀体内并呈平行且对称于活塞杆轴线的形式设置在活塞杆的两侧，且两阀芯的上、下端分别通过阀芯推板固定连接形成联动整体；

所述进液阀芯上设有两进液通路，出液阀芯上设有两出液通路；

所述阀芯推板与双头活塞的内端之间分别设有一只储能弹簧；

所述阀体的壁部设有两只进液孔和两只出液孔；

所述阀体上两只进液孔其中一只与进液阀芯上的一进液通路相通并构成进液孔到上工作室或下工作室的进液流道，阀体上两只出液孔其中一只与出液阀芯上的一出液通路相通并构成下工作室或上工作室到出液孔的出液流道，另外的一只进液孔和一只出液孔分别被进液阀芯和出液阀芯上的实体部分所堵塞；

所述出液阀芯在两出液通路之间设有两环形槽，环形槽的截面形状可以是弧形的也可以是梯形的；

所述阀体相对于出液阀芯其中一环形槽径向中心截面的位置上设有对称并垂直于出液阀芯轴线的两只通孔，且通孔的后部为螺纹孔；

所述两只通孔中分别置有一只钢球，钢球的后部置有压簧，压簧的后部通过螺钉旋入螺纹孔对压簧实施预压并使钢球嵌入在出液阀芯上的环形槽中，从而形成进液阀芯和出液阀芯相对于阀体的弹性定位；

所述泵壳的壁部设有一轴向流道和两径向出液通孔，轴向流道的上端口与动力液管相通，轴向流道的下端口与阀体上的两只进液孔相通，两径向出液通孔一端分别与阀体上的两只出液孔相通，另一端与油井套管内的环形采油通道相通；

所述动力液回收处理装置通过管路与油井套管中的环形采油通道相连接，并通过过滤器将采集出的井液作为动力液输入动力液泵站。

本发明的有益贡献是：

1、无杆油井举升，自循环液力驱动，弹簧储能实现进、出液阀芯联动换向，从而使采油泵的上、下腔往复呼吸采油，适用于各类非垂直油井的井下采油和集群采油，通用性好、适应性强，且磨损小、工作寿命长，节能、节电、节地；

2、通过动力液回收处理装置将采集出的井液作为动力液输入动力液泵站，使井液变成动力液从而驱动采油泵采集原油，节约了动力液成本；

3、通过环形采油通道反向加压，直接反冲提升采油泵实现维修，无需大型维修设备，且维修时间短、用工少，节约人力和物力。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图；

附图2为附图1中K-K截面剖视结构放大图。

在附图1和2中：1油井套管、2封隔器、3和10吸液单向阀、4和9出液单向阀、5泵壳、6阀体、7活塞杆、8上活塞、8’下活塞、11动力液管、12和12’泵筒、13和13’储能弹簧、14和14’阀芯推板、15出液阀芯、16进液阀芯、17动力液回收处理装置、18过滤器、19动力液泵站、20和20’螺钉、21和21’压簧、22和22’钢球、A1和A2进液孔、P1和P2出液孔、a上工作室、b下工作室、c上腔、d下腔、e环形采油通道、f轴向流道。

具体实施方式

如附图1所示，本发明工作时，动力液回收处理装置17将油井套管1内环形采油通道e中采集到的井液一部分通过过滤器18过滤后送入动力液泵站19，动力液泵站19将动力液经动力液管11、泵壳5内的轴向流道f、采油泵换向阀总成中阀体6上的进液孔A1、进液阀芯16上的一进液通路输入到阀体6上端与上活塞8内端构成的上工作室a内，从而使上工作室a中充满动力液并迫使由上活塞8、下活塞8’和活塞杆7组成的双头活塞上行，继而使阀芯推板14’与下活塞8’之间的储能弹簧13’受压储能。与此同时，由阀体6下端与下活塞8’内端构成的下工作室b内的井液经出液阀芯15上的出液通路、阀体6上的出液孔P2、泵壳5壁部的出液通孔流入到油井套管1内的环形采油通道e中，由此构成上工作室a和下工作室b之间的液压回路。在这个液压回路的作用下，泵筒12’下腔d内的吸液单向阀3打开，出液单向阀4关闭，下腔d内不断充满井液；泵筒12上腔c内的吸液单向阀10关闭，出液单向阀9打开，上腔c内的井液被压入到油井套管1内的环形采油通道e中。当双头活塞继续上行，储能弹簧13’进一步受压储能并达到能够克服嵌入在出液阀芯15环形槽中钢球22和22’后部压簧21和21’的预压力时，钢球22和22’从环形槽中滑出，从而使进液阀芯16和出液阀芯15与阀体6之间的弹性定位脱开，并使进液阀芯16和出液阀芯15沿储能弹簧13’的弹性回复力方向运动，直止钢球22和22’滑入另一环形槽中，使进液阀芯16和出液阀芯15重新弹性定位在阀体6的另一位置上实现换向，换向后的动力液经阀体6上的进液孔A2、进液阀芯16上的另一进液通路而输入到阀体6下端与下活塞8’内端构成的下工作室b内，从而使下工作室b中充满动力液并迫使由上活塞8、下活塞8’和活塞杆7组成的双头活塞下行，上工作室a内的储能弹簧13受压储能。与此同时，由阀体6上端与上活塞8内端构成的上工作室a内的井液经出液阀芯14上的另一出液通路、阀体6上的出液孔P1、泵壳5壁部的出液通孔流入油井套管1内的环形采油通道e中，由此构成下工作室b和上工作室a之间的液压回路。在这个液压回路的作用下，泵筒12上腔c内的吸液单向阀10打开，出液单向阀9关闭，上腔c内不断充满井液；泵筒12’下腔d内的吸液单向阀3关闭，出液单向阀4打开，下腔d内的井液被压入到油井套管1内的环形采油通道e中。当双头活塞继续下行，储能弹簧13进一步受压储能并达到能够克服嵌入在出液阀芯15另一环形槽中钢球22和22’后部压簧21和21’的预压力时，钢球22和22’从另一环形槽中滑出，从而使进液阀芯16和出液阀芯15与阀体6之间的弹性定位脱开，并使进液阀芯16和出液阀芯15沿储能弹簧13’的弹性回复力方向运动，直止钢球22和22’滑入原来的环形槽中，使进液阀芯16和出液阀芯15重新弹性定位在阀体6的原来位置上实现再次换向。由此不断往复，实现采油泵的不间断采油。

如附图2所示，调整螺钉20和20’对钢球22和22’后部压簧21和21’的预紧力，可实现控制进液阀芯16、出液阀芯15换向定位时所需的力。

维修采油泵时，可通过油井套管1内的环形采油通道e和泵壳5底部的径向孔（图中未示出），向泵壳5底部实施反向加压，直接反冲提升采油泵，无需再拆卸其它零部件，从而实现方便快捷地取出维修。

Claims (7)

1.一种自循环液驱采油泵，包括油井套管、动力液管、采油泵、封隔器以及动力液泵站和动力液回收处理装置，动力液管置入在油井套管内；采油泵中的泵壳上端与动力液管的下端相连接，其置入在井下并通过封隔器固定，从而形成油井套管与采油泵和动力液管之间的环形采油通道；采油泵包括一泵壳、两泵筒、一活塞、两吸油单向阀、两出油单向阀和一换向阀总成，其中换向阀总成又包括一阀体、一进液阀芯和一出液阀芯；动力液泵站通过动力液管向采油泵内供入压力液；动力液回收处理装置向动力液泵站输入动力液，其特征在于：

所述阀体的两端分别连接一只泵筒，形成整体后插入在泵壳内，并形成密封配合；

所述活塞为亚铃形的双头活塞，双头活塞外径分别间隙配合在阀体两端的泵筒内，并将泵筒分隔成采油泵的上腔和下腔，双头活塞中的活塞杆与阀体中心部的孔间隙配合，并构成双头活塞的内端与阀体两端之间的上、下工作室；

所述一吸油单向阀和一出油单向阀设置在采油泵的上腔内，另一吸油单向阀和另一出油单向阀设置在采油泵的下腔内，其中两只吸油单向阀的入口分别和油井相通，出口分别与上腔和下腔相通，出油单向阀的入口分别与上腔和下腔相通，出口与油井套管内的环形采油通道相通，由此使上腔和下腔构成呼吸腔；

所述进液阀芯和出液阀芯间隙配合在阀体内并呈平行且对称于活塞杆轴线的形式设置在活塞杆的两侧，且两阀芯的上、下端分别通过阀芯推板固定连接形成联动整体；

所述阀芯推板与双头活塞的内端之间分别设有一只储能弹簧；

所述阀体相对于出液阀芯其中一环形槽径向中心截面的位置上设有对称并垂直于出液阀芯轴线的两只通孔，且通孔的后部为螺纹孔；

所述动力液回收处理装置通过管路与油井套管中的环形采油通道相连接，并通过过滤器将采集出的原油作为动力液输入动力液泵站。

2.如权利要求1所述的一种自循环液驱采油泵，其特征在于所述进液阀芯上设有两进液通路，出液阀芯上设有两出液通路。

3.如权利要求1所述的一种自循环液驱采油泵，其特征在于阀体的壁部设有两只进液孔和两只出液孔。

4.如权利要求1、2、3任一项所述的一种自循环液驱采油泵，其特征在于所述阀体上两只进液孔其中一只与进液阀芯上的一进液通路相通并构成进液孔到上工作室或下工作室的进液流道，阀体上两只出液孔其中一只与出液阀芯上的一出液通路相通并构成下工作室或上工作室到出液孔的出液流道，另外的一只进液孔和一只出液孔分别被进液阀芯和出液阀芯上的实体部分所堵塞。

5.如权利要求1或2所述的一种自循环液驱采油泵，其特征在于所述出液阀芯在两出液通路之间设有两环形槽，环形槽的截面形状为弧形。

6.如权利要求1所述的一种自循环液驱采油泵，其特征在于所述两只通孔中分别置有一只钢球，钢球的后部置有压簧，压簧的后部通过螺栓旋入螺纹孔对压簧实施预压并使钢球嵌入在出液阀芯上的环形槽中，从而形成进液阀芯和出液阀芯相对于阀体的弹性定位。

7.如权利要求1或3所述的一种自循环液驱采油泵，其特征在于所述泵壳的壁部设有一轴向流道和两径向出液通孔，轴向流道的上端口与动力液管相通，轴向流道的下端口与阀体上的两只进液孔相通，两径向出液通孔一端分别与阀体上的两只出液孔相通，另一端与油井套管内的环形采油通道相通。