CN106014910B - 复合式双作用杆式抽油泵及其采油方法 - Google Patents

复合式双作用杆式抽油泵及其采油方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及的是复合式双作用杆式抽油泵及其采油方法，其中的复合式双作用杆式抽油泵包括抽油杆、游梁式抽油泵、螺杆泵驱动装置、螺杆泵，游梁式抽油泵的泵筒内有活塞，活塞上端连接抽油杆，活塞垂向通孔上端口处设置游动凡尔，活塞下端连接螺杆泵驱动装置的丝杠，泵筒上设置有侧吸入凡尔；泵筒与螺杆泵的外筒通过接箍连接，螺杆泵驱动装置的泵传动轴连接螺杆；螺母挡板设置在侧吸入凡尔下方，丝杠从螺母挡板中心穿过并插入到扭矩筒中，无自锁螺母固定在丝杠上且位于螺母挡板与扭矩筒之间，扭矩筒下端固定泵传动轴，泵传动轴下端连接螺杆。本发明上下冲程内完成两次汲油和两次排油，大幅度地提高了单井的产液量，增大了泵的排量。

Description

复合式双作用杆式抽油泵及其采油方法
技术领域
本发明涉及油田上石油开采领域使用的抽油泵，具体涉及复合式双作用杆式抽油泵及其采油方法。
背景技术
随着我国国民经济的高速发展，国家对油气资源的需求不断增多。目前，游梁式抽油机泵大多数都是单作用的，即在一个行程内完成一次汲油或排油过程，排量小，效率低。同时，随着油田进入开发后期，油井含水量逐渐增加，各油田为了稳产，往往采取加大抽油泵的排液量，以增加单井日产液量。为此，油田多采用电动潜油泵和大直径管式泵。电潜泵与管式泵相比，存在能耗高、效率低、价格昂贵、作业费用高等缺点，增加了原油成本。大直径管式泵虽有诸多优点，但受井身结构或套管变形的限制，泵径不能无限制增大，因此泵的排量也就受到限制。
发明内容
本发明的一个目的是提供复合式双作用杆式抽油泵，这种复合式双作用杆式抽油泵用于解决现有游梁式抽油机泵大多数都是单作用的，存在排量小、效率低的问题，本发明的另一个目的是提供这种复合式双作用杆式抽油泵采油方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种复合式双作用杆式抽油泵包括抽油杆、游梁式抽油泵、螺杆泵驱动装置、螺杆泵，游梁式抽油泵由泵筒、活塞、游动凡尔、侧吸入凡尔构成，泵筒内有活塞，活塞上端连接抽油杆，活塞上有垂向通孔，垂向通孔上端口处设置游动凡尔，活塞下端连接螺杆泵驱动装置的丝杠，泵筒上设置有侧吸入凡尔；泵筒与螺杆泵的外筒通过接箍连接，螺杆泵驱动装置位于外筒内，螺杆泵驱动装置的泵传动轴连接螺杆；螺杆泵驱动装置包括丝杠、螺母挡板、无自锁螺母、扭矩筒、泵传动轴，螺母挡板设置在侧吸入凡尔下方，螺母挡板具有垂向通孔，丝杠从螺母挡板中心穿过并插入到扭矩筒中，无自锁螺母固定在丝杠上且位于螺母挡板与扭矩筒之间，扭矩筒下端固定泵传动轴，泵传动轴下端连接螺杆。
上述方案中垂向通孔的上端具有弧形凡尔座，游动凡尔处在弧形凡尔座中。
上述方案中螺杆泵为单螺杆泵，单螺杆泵由外筒、衬套、螺杆构成，扭矩筒与外筒之间设置扭矩筒扶正器，扭矩筒扶正器具有垂向通孔；泵传动轴外设置有止推轴承，止推轴承安装在止推轴承底座上，泵传动轴通过活动联轴节与螺杆连接，止推轴承底座具有垂向通孔。
上述方案中螺母挡板固定在接箍内，不仅对泵筒、外筒的强度不会造成减弱，而且安装方便，便于维修。
上述方案中止推轴承采用防水轴承。
上述复合式双作用杆式抽油泵采油的方法：
1）将所述复合式双作用杆式抽油泵通过抽油杆柱下放到油管内设计位置；
2）通过地面游梁式抽油机带动抽油杆开始上下往复工作；
3）上冲程中，活塞上行，游动凡尔关闭，油管内的液体液面逐渐升高，井口排出液体，同时，侧吸入凡尔打开，井液在沉没压力和泵内压力的压差作用下，进入泵筒内，丝杠在活塞的带动下上行，无自锁螺母上提，离开扭矩筒上的键槽，扭矩筒停止转动，螺杆泵停止工作，无自锁螺母被螺母挡板阻挡后，开始自转；
4）下冲程中，活塞下行，泵筒上的侧吸入凡尔关闭，丝杠下行，带动无自锁螺母下行，与扭矩筒上的键槽咬合，停止下行，随着丝杠的继续下行，带动无自锁螺母旋转，无自锁螺母将扭矩传给扭矩筒，带动泵传动轴、活动联轴节及螺杆旋转，螺杆泵开始工作，地层产出液通过螺杆泵吸入口被吸入密封腔室，随着密封腔室的向上运移，地层产出液被送至螺杆泵上方出口处，液体通过止推轴承底座上的通孔、螺母挡上的通孔，继续上行，由于泵筒内液体被压缩，活塞上的游动凡尔被打开，泵筒内液体被排出泵筒，井口排出液体。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明充分利用游梁式抽油机泵与单螺杆泵的结合，在几乎不增加抽油机悬点载荷的情况下，上下冲程内完成两次汲油和两次排油，大幅度地提高了单井的产液量，增大了泵的排量，充分地利用了抽油机的机械功率，有效地降低了采油成本。
2、本发明充分利用了下冲程时抽油杆柱的自身重力，通过螺杆泵驱动装置，巧妙地转换为螺杆泵的驱动力，完成下冲程抽油；上冲程时又完全停止工作，节省了能量消耗，极大地提高了系统效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1抽油杆；2泵筒；3游动凡尔；4活塞；5丝杠；6侧吸入凡尔；7接箍；8螺母挡板；9无自锁螺母；10扭矩筒扶正器；11扭矩筒；12止推轴承；13泵传动轴；14止推轴承底座；15活动联轴节；16螺杆；17衬套；18螺杆泵吸入口；19筛网。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
如图1所示，这种复合式双作用杆式抽油泵包括抽油杆1、游梁式抽油泵、螺杆泵驱动装置、螺杆泵，抽油杆1通过接箍7与上面的抽油杆柱连接，游梁式抽油泵由泵筒2、活塞4、游动凡尔3、侧吸入凡尔6构成，泵筒2通过卡簧卡在油管内，泵筒2内有活塞4，活塞4上端通过螺纹与抽油杆1连接，活塞4上有垂向通孔，垂向通孔的上端具有弧形凡尔座，游动凡尔3处在弧形凡尔座中，活塞4下端连接螺杆泵驱动装置的丝杠5，丝杠5通过螺纹与活塞4连接，抽油杆1与丝杠5的接头通过密封圈与活塞4实现密封；泵筒2设置有侧吸入凡尔6，侧吸入凡尔6设置在泵筒2下端，侧吸入凡尔6与泵筒2为整体加工部件，游梁式抽油机泵主要用于在上冲程过程中，将油套环形空间的油通过侧吸入凡尔6吸入到泵筒2内。泵筒2与螺杆泵的外筒通过接箍7连接，螺杆泵驱动装置位于外筒内，螺杆泵驱动装置的泵传动轴13连接螺杆。
螺杆泵驱动装置包括丝杠5、螺母挡板8、无自锁螺母9、扭矩筒11、泵传动轴13，无自锁螺母9通过螺纹旋拧在丝杠5上，螺母挡板8设置在侧吸入凡尔6下方，螺母挡板8具有垂向通孔，丝杠5从螺母挡板8中心穿过并插入到扭矩筒11中，无自锁螺母9固定在丝杠5上且位于螺母挡板8与扭矩筒11之间，无自锁螺母9通过键槽在下冲程时与扭矩筒11配合传递扭矩；扭矩筒11通过螺纹与泵传动轴13连接，泵传动轴13下端连接螺杆16；螺母挡板8固定在接箍7内，螺母挡板8和接箍7整体加工而成。丝杠5接在活塞4下端，在螺母挡板8以及无自锁螺母9间上下往复运动，丝杠5上行时，带动无自锁螺母9上提，与扭矩筒11脱离，无自锁螺母9自转至螺母挡板8停止，扭矩筒11停止转动，螺杆泵停止工作，丝杠5下行时，带动无自锁螺母9下行，与扭矩筒11咬合停止下行，丝杠5继续下行，丝杠5带动无自锁螺母9旋转，无自锁螺母9将扭矩传给扭矩筒11，带动螺杆泵传动轴旋转，吸入地层产出液，由于泵筒内液体增加，侧吸入凡尔6关闭，活塞4上的游动凡尔3打开，泵筒2内液体排出泵筒2，井口排出液体。
螺杆泵为油田常用的单螺杆泵，依靠螺杆16与衬套17相互啮合在吸入腔和排出腔产生容积变化来输送采出液。单螺杆泵由外筒、衬套17、螺杆16构成，扭矩筒11与外筒之间设置扭矩筒扶正器10，扭矩筒扶正器10焊接在扭矩筒11上，扭矩筒扶正器10具有垂向通孔，泵传动轴13外设置有止推轴承12，止推轴承底座14焊接在泵筒2内壁上，止推轴承底座14具有垂向通孔，止推轴承12放置在止推轴承底座14内，承托泵传动轴13的轴向力，活动联轴节15通过螺纹与泵传动轴13连接，螺杆16焊接在活动联轴节15上，衬套17浇铸在泵筒2内，螺杆泵吸入口18处设置吸入口筛网19，筛网19焊接在外筒底端，防止部分砂砾进入泵内。单螺杆泵驱动装置主要是在下冲程过程中，将抽油杆的重力势能部分地转换为单螺杆泵的驱动动能，用于驱动螺杆泵在下冲程过程吸油。
本发明中常规游梁式抽油机泵的采油过程是上冲程中，活塞4上行，游动凡尔3在油管内液柱压力及游动凡尔3自身重力的作用下关闭，油管内的液体液面逐渐升高，井口排出液体，同时，由于泵腔体积增大，压力减小，侧吸入凡尔6打开，井液在沉没压力和泵内压力的压差作用下，进入泵筒2内；下冲程中，活塞4下行，泵筒2上的侧吸入凡尔6在泵内液体压力与泵筒2外沉没压力作用下关闭，由于泵内液体被压缩，活塞4上的游动凡尔3被打开，液体进入活塞4上方的油管，井口排出液体。
本发明中螺杆泵的采油过程是螺杆泵驱动装置在上冲程中，丝杠5在活塞4的带动下上行，无自锁螺母9上提，离开扭矩筒11上的键槽，扭矩筒11停止转动，螺杆泵停止工作，无自锁螺母9被螺母挡板8阻挡后，开始自转。下冲程中，丝杠5下行，带动无自锁螺母9下行，与扭矩筒11上的键槽咬合，停止下行，随着丝杠5的继续下行，带动无自锁螺母9旋转，无自锁螺母9将扭矩传给扭矩筒11，带动泵传动轴13、活动联轴节15及螺杆16旋转，螺杆泵开始工作，地层产出液经过筛网19并通过螺杆泵吸入口18被吸入密封腔室，随着密封腔室的向上运移，地层产出液被送至螺杆泵上方出口处，液体通过止推轴承底座14上的通孔、螺母挡板8上的通孔，继续上行，顶开活塞4上的游动凡尔3，进入到油管内，井口排出液体。
复合式双作用杆式抽油泵的工作原理为：
1）复合式双作用杆式抽油泵在地面组装好后，通过抽油杆下放到设计深度，通过卡簧固定在油管上；
2）上冲程，即当活塞4上行，活塞4上的游动凡尔3由于油管内液柱压力及凡尔自身重力作用，处于关闭状态，油管内的液体液面逐渐升高，井口排出液体，同时，由于泵腔体积增大，压力减小，侧吸入凡尔6打开，地层产出液在沉没压力和泵内压力的压差作用下，进入泵筒2；
3）上冲程，即活塞4带动丝杠5上行，无自锁螺母9上提，与扭矩筒11脱离，直至螺母挡板8，开始自转，由于扭矩筒11与无自锁螺母9脱离，扭矩筒11停止转动，螺杆泵停止工作。
4）下冲程，即当活塞4下行，由于泵筒2内的液体被压缩，压力增大，泵筒2上的侧吸入凡尔6关闭，活塞4上的游动凡尔3打开。
5）下冲程，即活塞4带动丝杠5下行，丝杠5带动无自锁螺母9下行，与扭矩筒11键槽咬合并停止下行，丝杠5继续下行，带动无自锁螺母9旋转，无自锁螺母9将扭矩传给扭矩筒11，带动螺杆泵传动轴、活动联轴节15及螺杆16旋转，螺杆泵工作，吸入地层产出液，同时，由于泵筒2内液体增加，活塞4上的游动凡尔3打开，泵筒2内液体排出泵筒2，井口排出液体。
上述复合式双作用杆式抽油泵采油的方法：
1）在地面将上述各部件按照图1组装好，通过抽油杆柱下方到油管内设计位置；
2）通过地面游梁式抽油机带动抽油杆1开始上下往复工作；
3）上冲程中，活塞4上行，游动凡尔3在油管内液柱压力及凡尔自身重力的作用下关闭，油管内的液体液面逐渐升高，井口排出液体，同时，由于泵腔体积增大，压力减小，侧吸入凡尔6打开，井液在沉没压力和泵内压力的压差作用下，进入泵筒2内，丝杠5在活塞4的带动下上行，无自锁螺母9上提，离开扭矩筒11上的键槽，扭矩筒11停止转动，螺杆泵停止工作，无自锁螺母9被螺母挡板8阻挡后，开始自转；
4）下冲程中，活塞4下行，泵筒2上的侧吸入凡尔6在泵内液体压力与泵筒2外沉没压力作用下关闭，丝杠5下行，带动无自锁螺母9下行，与扭矩筒11上的键槽咬合，停止下行，随着丝杠5的继续下行，带动无自锁螺母9旋转，无自锁螺母9将扭矩传给扭矩筒11，带动泵传动轴13、活动联轴节15及螺杆16旋转，螺杆泵开始工作，地层产出液通过螺杆泵吸入口18被吸入密封腔室，随着密封腔室的向上运移，地层产出液被送至螺杆泵上方出口处，液体通过止推轴承底座14上的通孔、螺母挡板8上的通孔，继续上行，由于泵内液体被压缩，活塞4上的游动凡尔3被打开，液体进入活塞4上方的油管，井口排出液体。
本发明采用双作用原理改变普通抽油泵上下冲程只完成一次汲油和一次排油的过程，利用游梁式抽油机泵与单螺杆泵的结合，在不增加抽油机悬点载荷的情况下，在上下冲程中可完成两次汲油和两次排油，充分利用了抽油机的机械功率，较大幅度地提高了单井的产液量，增大泵的排量，提高泵的系统效率，是目前亟需发展的一种采油设备。

Claims (6)

1.一种复合式双作用杆式抽油泵，其特征在于：这种复合式双作用杆式抽油泵包括抽油杆（1）、游梁式抽油泵、螺杆泵驱动装置、螺杆泵，游梁式抽油泵由泵筒（2）、活塞（4）、游动凡尔（3）、侧吸入凡尔（6）构成，泵筒（2）内有活塞（4），活塞（4）上端连接抽油杆（1），活塞（4）上有垂向通孔，垂向通孔上端口处设置游动凡尔（3），活塞（4）下端连接螺杆泵驱动装置的丝杠（5），泵筒（2）上设置有侧吸入凡尔（6）；泵筒（2）与螺杆泵的外筒通过接箍（7）连接，螺杆泵驱动装置位于外筒内，螺杆泵驱动装置的泵传动轴（13）连接螺杆（16）；螺杆泵驱动装置包括丝杠（5）、螺母挡板（8）、无自锁螺母（9）、扭矩筒（11）、泵传动轴（13），螺母挡板（8）设置在侧吸入凡尔（6）下方，螺母挡板（8）具有垂向通孔，丝杠（5）从螺母挡板（8）中心穿过并插入到扭矩筒（11）中，无自锁螺母（9）固定在丝杠（5）上且位于螺母挡板（8）与扭矩筒（11）之间，扭矩筒（11）下端固定泵传动轴（13），泵传动轴（13）下端连接螺杆（16）。
2.根据权利要求1所述的复合式双作用杆式抽油泵，其特征在于：所述的垂向通孔的上端具有弧形凡尔座，游动凡尔（3）处在弧形凡尔座中。
3.根据权利要求1或2所述的复合式双作用杆式抽油泵，其特征在于：所述的螺杆泵为单螺杆泵，单螺杆泵由外筒、衬套（17）、螺杆（16）构成，扭矩筒（11）与外筒之间设置扭矩筒扶正器（10），扭矩筒扶正器（10）具有垂向通孔；泵传动轴（13）外设置有止推轴承（12），止推轴承（12）安装在止推轴承底座（14）上，泵传动轴（13）通过活动联轴节（15）与螺杆（16）连接，止推轴承底座（14）具有垂向通孔。
4.根据权利要求3所述的复合式双作用杆式抽油泵，其特征在于：所述的螺母挡板（8）固定在接箍（7）内。
5.根据权利要求4所述的复合式双作用杆式抽油泵，其特征在于：所述的止推轴承（12）采用防水轴承。
6.一种权利要求5所述的复合式双作用杆式抽油泵，其特征在于：所述复合式双作用杆式抽油泵采油的方法：
一、将所述复合式双作用杆式抽油泵通过抽油杆柱下放到油管内设计位置；
二、通过地面游梁式抽油机带动抽油杆（1）开始上下往复工作；
三、上冲程中，活塞（4）上行，游动凡尔（3）关闭，油管内的液体液面逐渐升高，井口排出液体，同时，侧吸入凡尔（6）打开，井液在沉没压力和泵内压力的压差作用下，进入泵筒（2）内，丝杠（5）在活塞（4）的带动下上行，无自锁螺母（9）上提，离开扭矩筒（11）上的键槽，扭矩筒（11）停止转动，螺杆泵停止工作，无自锁螺母（9）被螺母挡板（8）阻挡后，开始自转；
四、下冲程中，活塞（4）下行，泵筒（2）上的侧吸入凡尔（6）关闭，丝杠（5）下行，带动无自锁螺母（9）下行，与扭矩筒（11）上的键槽咬合，停止下行，随着丝杠（5）的继续下行，带动无自锁螺母（9）旋转，无自锁螺母（9）将扭矩传给扭矩筒（11），带动泵传动轴（13）、活动联轴节（15）及螺杆（16）旋转，螺杆泵开始工作，地层产出液通过螺杆泵吸入口（18）被吸入密封腔室，随着密封腔室的向上运移，地层产出液被送至螺杆泵上方出口处，液体通过止推轴承底座（14）上的通孔、螺母挡板（8）上的通孔，继续上行，由于泵筒内液体被压缩，活塞（4）上的游动凡尔（3）被打开，泵筒（2）内液体被排出泵筒（2），井口排出液体。
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