CN106401925B - 一种井下气液换能增压泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下气液换能增压泵，属石油天然气开采井下设备技术领域。该增压泵包括油管、封隔器、壳体、活塞组件和过滤器。壳体顶部装有油管，油管上设置有封隔器，壳体底部装有过滤器，壳体内偏心设置换向阀，换向阀下方安装有活塞组件。该增压泵结构紧凑，能满足井下空间要求，工作时无需外加动力，依靠油气井中气体提供的能量可对液体进行大幅度增压，从而实现低压低产油气井、煤气井和出水气井的稳定、高效开发。解决了现有工艺排水、原油举升过程成本高、能耗大的问题，特别适用于低产气井、含气油井、和煤层气井中不同井深的井下增压作业使用。

Description

一种井下气液换能增压泵

技术领域

本发明涉及一种井下气液换能增压泵，属石油天然气开采井下设备技术领域。

背景技术

有效举升井筒产液是实现油气田和煤气田高效、稳定开发的前提；对于中后期气井或煤层气，井筒积液使产气层被“压死”而停产的情况，排水采气措施必不可少。目前，排水采气方法有泡排、气举和泵抽（杆式泵、螺杆泵和潜油泵）等。泡排方法是采用从地面井口向井筒内间歇或连续性加入可产生泡沫的化学剂，使其在井底附近与产出水混合产生泡沫，从而降低井筒内流体密度达到携液目的，但排液效果受泡排剂、产出液性质和地层能量的影响较大，适用性不强。

气举工艺排液方法是将地面高压气体（地面压缩机或高压气源）从油套环空注入，经油管上的气举阀进入油管达到举升井筒积液的目的；泵抽工艺是把抽吸泵直接下入到井底积液段进行排液。但它们都需要从外界输入介质或能量来增大产出液的举升能力，受气源、井深限制，致使整个系统复杂、成本高，且对于含气油井，泵抽原油前先开采或放喷井筒上方的气体，气体压能对油液举升未能起促进作用。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种利用井内原有气体的能量增压液体，使井筒产液“自喷”，从而无需外部能量，以解决现有工艺排水、原油举升过程成本高、能耗大的问题，达到完全利用储层天然能量实现油气稳定、高效开采的目的，且适用于低产气井、含气油井、和煤层气井中不同井深的井下气液换能增压泵。

本发明的技术方案是：

一种井下气液换能增压泵，包括油管、封隔器、壳体、活塞组件和过滤器，其特征在于：壳体顶部装有油管，油管上设置有封隔器，壳体底部装有过滤器，壳体内偏心设置换向阀，换向阀下方安装有活塞组件，活塞组件一侧的壳体内设置有举升管和引流管，举升管和引流管的一端延伸至过滤器内，并分别与活塞组件连通；举升管的另一端与油管连通，引流管的另一端穿出壳体并延伸至封隔器上方。

所述的封隔器上设置有定压阀。所述的壳体上设置有进气孔。

所述的举升管和引流管的下端分别安装有多个单向阀。

所述的活塞组件由活塞杆、动力活塞A、动力活塞B、动力活塞C、引流活塞、举升活塞、端盖A、端盖B、端盖C、端盖D、端盖 E、端盖F和端盖G构成，动力活塞A、动力活塞B、动力活塞C、引流活塞、举升活塞分别包括活塞缸和活塞阀；活塞杆上由上至下依次安装有动力活塞A、动力活塞B、动力活塞C、引流活塞和举升活塞。动力活塞A的顶部通过活塞缸螺纹安装有端盖A，端盖A与换向阀螺纹连接，所述的换向阀为二位五通阀， 换向阀上设置有气体入口、引流接口A、引流接口B、引流接口C和引流接口D；引流接口A、引流接口B、引流接口C和引流接口D分别与气体入口连通。端盖A上设置有引流接口E、引流接口F和端盖单向阀A，端盖单向阀A分别与气体入口和引流接口F连通，引流接口E与动力活塞A连通。所述的端盖单向阀A上设置有撞杆A.

动力活塞A的底部通过活塞缸螺纹安装有端盖B，动力活塞B的顶部通过活塞缸螺纹安装有端盖C，动力活塞B的底部通过活塞缸螺纹安装有端盖D, 动力活塞A与动力活塞B之间通过端盖B和端盖C相互螺纹连接；所述的端盖B上设置有引流接口G、引流接口H和端盖单向阀B，端盖单向阀B上设置有撞杆B；端盖C上设置有引流接口M和引流接口N；引流接口G与动力活塞A连通，引流接口M与动力活塞B连通，引流接口H与引流接口N之间通过端盖单向阀B连通。所述的引流接口H上设置有排气管，排气管的一端延伸至封隔器上方，排气管并通过连通支管与引流接口B连通。所述的引流接口N上设置有连通管A，连通管A的一端与引流接口A连通，连通管A并通过连通支管与引流接口F连通。

动力活塞C的底部通过活塞缸螺纹安装有端盖E，动力活塞B与动力活塞C之间通过端盖D相互螺纹连接；动力活塞C与引流活塞之间通过端盖E相互螺纹连接。端盖D上设置有引流接口O和引流接口Q，引流接口O与动力活塞C连通，引流接口Q与动力活塞B连通，引流接口O上设置有连通管B，连通管B的一端与引流接口C连通，连通管B并通过连通支管分别与引流接口M和引流接口E连通。

端盖E上设置有引流接口R，引流接口R与动力活塞C连通，引流接口R上设置有连通管C，连通管C的一端与引流接口D连通，连通管C并通过连通支管分别与引流接口Q和引流接口G连通。

引流活塞的底部通过活塞缸螺纹安装有端盖F，引流活塞与举升活塞通过端盖F相互螺纹连接；举升活塞的底部通过活塞缸螺纹安装有端盖G。端盖F设置有引流接口K和引流接口W，引流接口K与举升活塞连通，引流接口W与引流活塞连通，端盖G上设置有引流接口Z，引流接口Z与举升活塞连通，引流接口Z和引流接口K分别通过连通支管与举升管连通；引流接口W通过连通支管与引流管连通。

本发明的有益效果在于：

该井下气液换能增压泵结构紧凑，能满足井下空间要求，工作时无需外加动力，依靠油气井中气体提供的能量可对液体进行大幅度增压，从而实现低压低产油气井、煤气井和出水气井的稳定、高效开发。解决了现有工艺排水、原油举升过程成本高、能耗大的问题，特别适用于低产气井、含气油井、和煤层气井中不同井深的井下增压作业使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的剖视结构示意图；

图3为本发明的活塞组件的结构示意图；

图4为图2中的A处放大示意图；

图5为图2中的B处放大示意图；

图6为图2中的C处放大示意图；

图7为图2中的D处放大示意图。

图中：1、油管，2、封隔器，3、壳体，4、活塞组件，5、过滤器，6、定压阀，7、进气孔，8、换向阀，9、活塞杆，10、动力活塞A，11、动力活塞B，12、动力活塞C，13、引流活塞，14、举升活塞，15、端盖A，16、端盖B，17、端盖C，18、端盖D，19、端盖 E，20、端盖F，21、端盖G，22、气体入口，23、引流接口A，24、引流接口B，25、引流接口C，26、引流接口D，27、引流接口E，28、引流接口F，29、端盖单向阀A，30、撞杆A，31、引流接口G，32、引流接口H，33、端盖单向阀B，34、撞杆B，35、引流接口M，36、引流接口N，37、排气管，38、连通管A，39、引流接口O，40、引流接口Q，41、连通管B，42、引流接口R，43、连通管C，44、引流接口K，45、引流接口W，46、引流接口Z，47、举升管，48、引流管。

具体实施方式

该井下气液换能增压泵包括油管1、封隔器2、壳体3、活塞组件4和过滤器5，壳体3顶部装有油管1，油管1上设置有封隔器2，封隔器2上设置有定压阀6；壳体上端设置有进气孔7。壳体3底部装有过滤器5，壳体3内偏心设置换向阀8，换向阀8下方安装有活塞组件4。

活塞组件4由活塞杆9、动力活塞A10、动力活塞B11、动力活塞C12、引流活塞13、举升活塞14、端盖A15、端盖B16、端盖C17、端盖D18、端盖 E19、端盖F20和端盖G21构成。动力活塞A10、动力活塞B11、动力活塞C12、引流活塞13、举升活塞14、分别包括活塞缸和活塞阀。活塞杆9上由上至下依次安装有动力活塞A10、动力活塞B11、动力活塞C12、引流活塞13、举升活塞14。动力活塞A10的顶部通过活塞缸螺纹安装有端盖A15，端盖A15与换向阀8螺纹连接。换向阀8为二位五通阀， 换向阀8上设置有保持常开状态的气体入口22、引流接口A23、引流接口B24、引流接口C25和引流接口D26；引流接口A23、引流接口B24、引流接口C25和引流接口D26分别与气体入口22连通，气体入口22为常开状态。

端盖A15上设置有引流接口E27、引流接口F28和端盖单向阀A29，端盖单向阀A29分别与气体入口22和引流接口F28连通，引流接口E27与动力活塞A10连通；端盖单向阀A29上设置有撞杆A30，以控制端盖单向阀A29的启闭。

动力活塞A10的底部通过活塞缸螺纹安装有端盖B16，动力活塞B11的顶部通过活塞缸螺纹安装有端盖C17，动力活塞B11的底部通过活塞缸螺纹安装有端盖D18, 动力活塞A10与动力活塞B11之间通过端盖16B和端盖C17相互螺纹连接。端盖B16上设置有引流接口G31、引流接口H32和端盖单向阀B33，端盖单向阀B33上设置有撞杆B34，以控制端盖单向阀B33的启闭。

端盖C17上设置有引流接口M35和引流接口N36；引流接口G31与动力活塞A10连通，引流接口M35与动力活塞B11连通，引流接口H32与引流接口N36之间通过端盖单向阀B33连通。引流接口H32上设置有排气管37，排气管37的一端延伸至封隔器2上方，排气管37并通过连通支管与引流接口B24连通。

引流接口N36上设置有连通管A38，连通管A38的一端与引流接口A23连通，连通管A38并通过连通支管与引流接口F28连通。动力活塞C12的底部通过活塞缸螺纹安装有端盖E19，动力活塞B11与动力活塞C12之间通过端盖D18相互螺纹连接。动力活塞C12与引流活塞13之间通过端盖E19相互螺纹连接。

端盖D18上设置有引流接口O39和引流接口Q40，引流接口O39与动力活塞C12连通，引流接口Q40与动力活塞B11连通，引流接口O39上设置有连通管B41，连通管B41的一端与引流接口C25连通，连通管B41并通过连通支管分别与引流接口M35和引流接口E27连通。

端盖E19上设置有引流接口R42，引流接口R42与动力活塞C12连通，引流接口R42上设置有连通管C43，连通管C43的一端与引流接口D26连通，连通管C43并通过连通支管分别与引流接口Q40和引流接口G31连通。

引流活塞13的底部通过活塞缸螺纹安装有端盖F20，引流活塞13与举升活塞14通过端盖F20相互螺纹连接；举升活塞14的底部通过活塞缸螺纹安装有端盖G21。端盖F20上设置有引流接口K44和引流接口W45，引流接口44K与举升活塞14连通，引流接口W45与引流活塞13连通，端盖G21上设置有引流接口Z46，引流接口Z46与举升活塞14连通。

活塞组件4一侧的壳体3内设置有举升管47和引流管48，举升管47和引流管48的一端延伸至过滤器5内，举升管47和引流管48的下端分别安装有多个单向阀。举升管48的另一端与油管1连通，引流管48的另一端穿出壳体3并延伸至封隔器2上方。引流接口Z46和引流接口K44分别通过连通支管与举升管47连通；引流接口W45通过连通支管与引流管48连通。

该增压泵排气管37的排气口高于引流管48决定的液位。动力活塞的作用是利用压差产生往复运动，为引流活塞13和举升活塞14提供动力；引流活塞13的作用是抽吸封隔器2上部环空出现的积液并引流回泵底部，以保证封隔器2上部环空始终处于无液柱的低压状态；举升活塞14的作用是抽吸和排采地层液到地面。

封隔器2坐封在套管内壁，由此把井筒隔离成上下独立的空间。上部空间连通井口，形成油管内和油管环空的两个低压流道。下部空间连通井底，自上而下充满来自储层的压力气体和液体。封隔器2上安装有定压阀6，用于控制气体压力不高于设置值。当压力过高时，定压阀6开启，一部分气体直接进入上部的油套环空，自由上升至井口。

该增压泵工作时，首先坐封悬挂在套管内壁，然后储层的压力气体和液体分别从泵的进气口7、过滤器5连续流入，使换向阀8和活塞组件4自动工作，从而把地层液体源源不断地举升至井口。在储层气体和液体分别流入动力活塞腔和举升活塞腔时，由于动力活塞直径大于举升活塞的，气体作为高压源作用在动力活塞一侧的推力超过举升活塞处的阻力，活塞组件4被推动一起运动，同时压缩举升活塞腔中的液体对其增压，并开启单向阀，将其举升至油管内，完成一次举升。通过换向阀8的自动换向，储层气体作为高压源交替作用在动力活塞两侧，并推动活塞组件4往复运动，实现增压泵的连续工作。

换向阀和活塞组件的运动过程为：气体入口22高压源经换向阀8芯部流道与引流接口C25连通，引流接口C25再经过连通管B41进入动力活塞A10上端。此时，换向阀8上的引流接口B24低压端与引流接口D26连通，引流接口D26经连通管C进入动力活塞的端盖 E19，由于动力活塞处于上部高压、下部低压状态，因此向下运行，并带动其下部串联的引流活塞13和举升活塞14下移，并将引流活塞13下方腔室的液体引回泵底，同时将举升活塞14下方腔室的液体举升至封隔器2上方油管1内，举升活塞14上方的腔室进液。这一过程中，当动力活塞A10的活塞运行到下端点位置时，撞击到端盖B16上的撞杆34时，端盖单向阀B33打开，连通引流接口H32和引流接口N36，使得引流接口N36高压被释放到低压状态，此时，换向阀8上端的引流接口A23为低压、气体入口22仍为高压，换向阀8的阀芯上移，从而使气体入口22与引流接口D26连通并成为高压源端。由于引流接口D26与动力活塞的端盖 E19连通，动力活塞C12的下端面转化为高压，其上端面的引流接口O39此时与引流接口B24连通并成为低压端，在上低、下高压力作用下，动力活塞转换为上行，并带动其下部串联的引流活塞13和举升活塞14上移，由此将封隔器2上方环空的积液通过引流管48引流回引流活塞13的下方腔室，同时将举升活塞14上方腔室的液体通过举升管47举升至封隔器2上方油管1内。当动力活塞A10的活塞运行到上端点位置时，撞击端盖A15上的撞杆30，端盖单向阀A29打开，连通气体入口22和引流接口A28，使得引流接口A28处于高压状态，换向阀8上端的引流接口A23也为高压。由于换向阀8的阀芯上端面大于下端面，气体入口22高压源对换向阀8阀芯的作用力向下，阀芯下行，从而使气体入口22与引流接口A25连通并成为高压源端。至此，换向阀8和活塞组件4又回到了初始状态，并重复上述过程。

该增压泵充分利用储层气体能量使换向阀8和活塞组件4自动工作，将其能量转换给井下液体，大幅提高了液体压力，达到“自喷”的效果，从而有效解决现有人工举升成本高、能耗大的问题，实现油气稳定、高效开采的目的，且特别适用于低产气井、含气油井和煤层气井中不同井深的井下增压作业。

Claims (8)

1.一种井下气液换能增压泵，包括油管（1）、封隔器（2）、壳体（3）、活塞组件（4）和过滤器（5），其特征在于：壳体（3）顶部装有油管（1），油管（1）上设置有封隔器（2），壳体（3）底部装有过滤器（5），壳体（3）内偏心设置换向阀（8），换向阀（8）下方安装有活塞组件（4），活塞组件（4）一侧的壳体（3）内设置有举升管（47）和引流管（48），举升管（47）和引流管（48）的一端延伸至过滤器（5）内并分别与活塞组件（4）连通；举升管（47）的另一端与油管（1）连通，引流管（48）的另一端穿出壳体（3）并延伸至封隔器（2）上方；其特征在于：所述的活塞组件（4）由活塞杆（9）、动力活塞A（10）、动力活塞B（11）、动力活塞C（12）、引流活塞（13）、举升活塞（14）、端盖A（15）构成，动力活塞A（10）、动力活塞B（11）、动力活塞C（12）、引流活塞（13）、举升活塞（14）分别包括活塞缸和活塞阀；活塞杆（9）上由上至下依次安装有动力活塞A（10）、动力活塞B（11）、动力活塞C（12）、引流活塞（13）和举升活塞（14）；动力活塞A（10）的顶部通过活塞缸螺纹安装有端盖A（15），端盖A（15）与换向阀（8）螺纹连接；所述的换向阀（8）为二位五通阀， 换向阀（8）上设置有气体入口（22）、引流接口A（23）、引流接口B（24）、引流接口C（25）和引流接口D（26）；引流接口A（23）、引流接口B（24）、引流接口C（25）和引流接口D（26）分别与气体入口（22）连通；端盖A（15）上设置有引流接口E（27）、引流接口F（28）和端盖单向阀A（29），端盖单向阀A（29）分别与气体入口（22）和引流接口F（28）连通，引流接口E（27）与动力活塞A（10）连通；所述的端盖单向阀A（29）上设置有撞杆A（30）。

2.根据权利要求1所述的一种井下气液换能增压泵，其特征在于：所述的封隔器（2）上设置有定压阀（6）；壳体（3）上设置有进气孔（7）；所述的举升管（47）和引流管（48）的下端分别安装有多个单向阀。

3.根据权利要求1所述的一种井下气液换能增压泵，其特征在于：动力活塞A（10）的底部通过活塞缸螺纹安装有端盖B（16），动力活塞B（11）的顶部通过活塞缸螺纹安装有端盖C（17），动力活塞B（11）的底部通过活塞缸螺纹安装有端盖D（18）, 动力活塞A（10）与动力活塞B（11）之间通过端盖B（16）和端盖C（17）相互螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的一种井下气液换能增压泵，其特征在于：所述的端盖B（16）上设置有引流接口G（31）、引流接口H（32）和端盖单向阀B（33），端盖单向阀B（33）上设置有撞杆B（34）；端盖C（17）上设置有引流接口M（35）和引流接口N（36）；引流接口G（31）与动力活塞A（10）连通，引流接口M（35）与动力活塞B（11）连通，引流接口H（32）与引流接口N（36）之间通过端盖单向阀B（33）连通；所述的引流接口H（32）上设置有排气管（37），排气管（37）的一端延伸至封隔器（2）上方，排气管（37）并通过连通支管与引流接口B（24）连通；所述的引流接口N（36）上设置有连通管A（38），连通管A（38）的一端与引流接口A（23）连通，连通管A（38）并通过连通支管与引流接口F（28）连通。

5.根据权利要求1所述的一种井下气液换能增压泵，其特征在于：动力活塞C（12）的底部通过活塞缸螺纹安装有端盖E（19），动力活塞B（11）与动力活塞C（12）之间通过端盖D（18）相互螺纹连接；动力活塞C（12）与引流活塞（13）之间通过端盖E（19）相互螺纹连接；端盖D（18）上设置有引流接口O（39）和引流接口Q（40），引流接口O（39）与动力活塞C（12）连通，引流接口Q（40）与动力活塞B（11）连通，引流接口O（39）上设置有连通管B（41），连通管B（41）的一端与引流接口C（25）连通，连通管B（41）并通过连通支管分别与引流接口M（35）和引流接口E（27）连通。

6.根据权利要求5所述的一种井下气液换能增压泵，其特征在于：端盖E（19）上设置有引流接口R（42），引流接口R（42）与动力活塞C（12）连通，引流接口R（42）上设置有连通管C（43），连通管C（43）的一端与引流接口D（26）连通，连通管C（43）并通过连通支管分别与引流接口Q（40）和引流接口G（31）连通。

7.根据权利要求5所述的一种井下气液换能增压泵，其特征在于：引流活塞（13）的底部通过活塞缸螺纹安装有端盖F（20），引流活塞（13）与举升活塞（14）通过端盖F（20）相互螺纹连接；举升活塞（14）的底部通过活塞缸螺纹安装有端盖G（21）。

8.根据权利要求7所述的一种井下气液换能增压泵，其特征在于：端盖F（20）上设置有引流接口K（44）和引流接口W（45），引流接口K（44）与举升活塞（14）连通，引流接口W（45）与引流活塞（13）连通，端盖G（21）上设置有引流接口Z（46），引流接口Z（46）与举升活塞（14）连通，引流接口Z（46）和引流接口K（44）分别通过连通支管与举升管（47）连通；引流接口W（45）通过连通支管与引流管（48）连通。