CN106703771A - 一种石油油井采油叶片泵举升装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于石油油井采油技术领域，特别涉及一种石油油井采油叶片泵举升装置。包括单板锚定器、泵扶正器、旋砂器、叶片泵、沉砂器、花键传动筒组件、高温注气阀、抽油杆、油管、井筒套管、采油树、驱动头及光杆，其中井筒套管设置于地表面的下方，井筒套管内设有由下至上依次连接的单板锚定器、泵扶正器、旋砂器、叶片泵、沉砂器、花键传动筒组件、高温注气阀及油管，抽油杆插设于油管内、且下端与高温注气阀连接，采油树位于地表面的上方，光杆的插设于采油树内、且与抽油杆的上端连接，光杆与驱动头连接、可通过驱动头的驱动而转动。适用于稀油、稠油、高凝油热采，在高温、含气井不气锁，对于含砂井泵下有旋砂过滤器，使用范围广。

Description

一种石油油井采油叶片泵举升装置
技术领域
本发明属于石油油井采油技术领域，特别涉及一种石油油井采油叶片泵举升装置。
背景技术
中国石油天然气总公司总结采油设备，从七十年代末到现在至今，四十多年所有采油设备都在不断改进和更新，唯独采油举升设备，没有改进、没有新产品替代，仍然采用往复采油泵，螺杆泵、离心采油泵等。往复泵应用一百多年，占国内采油设备80％，往复泵在地面积大，受上下往复运动的交变载荷，机械损失大，泵效率低。对于含气高温油井气锁严重。现有螺杆泵应用四十多年，泵占国内采油设备10％以下，螺杆泵定子是橡胶材料，不耐高温，对于稠油、高凝油吞吐热采工艺不能应用；对于含砂多的油井，磨损严重，适应范围窄。离心采油泵占国内采油设备5％以下，适用于稀油，不能举升稠油，使用于大排量油井，投资大费用高，不适应大面积推广。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种石油油井采油叶片泵举升装置。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种石油油井采油叶片泵举升装置，包括单板锚定器、泵扶正器、旋砂器、叶片泵、沉砂器、花键传动筒组件、高温注气阀、抽油杆、油管、井筒套管、采油树、驱动头及光杆，其中井筒套管设置于地表面的下方，所述井筒套管内设有由下至上依次连接的单板锚定器、泵扶正器、旋砂器、叶片泵、沉砂器、花键传动筒组件、高温注气阀及油管，所述抽油杆插设于所述油管内、且下端与所述高温注气阀连接，所述采油树位于地表面的上方，所述光杆的插设于所述采油树内、且与所述抽油杆的上端连接，所述光杆与驱动头连接、可通过所述驱动头的驱动而转动。
所述高温注气阀包括注气阀体、花键轴及注气阀门组件，其中注气阀体的上端部设有多个注气阀口，所述注气阀门组件容置于所述注气阀体内、且与所述注气阀体的内壁滑动配合，所述花键轴插设于所述注气阀门组件内、且可带动所述注气阀门组件上下移动，从而实现所述注气阀口的打开或关闭；所述花键轴的上端与所述抽油杆连接，所述注气阀体的上端通过上接头与所述油管连接，所述上接头的外侧连接有注气阀罩，所述注气阀罩罩于所述注气阀口的外侧、且下端为敞开式结构。
所述注气阀门组件包括均为中空结构的注气阀门和阀门座，所述注气阀门与阀门座螺纹连接、且与所述注气阀体的内壁滑动配合，所述花键轴贯穿于所述注气阀门和所述阀门座的中空腔体内，所述花键轴上设有用于与所述阀门座定位连接的花键轴连接部件，所述阀门座的外圆周上设有用于与所述注气阀体定位连接的阀门定位连接部件，所述阀门座上设有进液口。
所述叶片泵为单作用叶片泵，所述单作用叶片泵包括主轴、泵体、转子、定子及叶片，其中主轴可转动地安装在所述泵体内，所述定子与所述泵体的内壁固定连接，所述转子套装在所述主轴上、且与所述定子之间形成环隙，所述环隙的两侧分别为低压吸油区和高压排油区，所述转子上沿周向对称设有多个叶片槽，各叶片槽内分别插设有一叶片，对称设置的两个所述叶片槽之间设有与所述环隙连通的导油顶紧结构，所述导油顶紧结构使两个对称设置的叶片与所述定子的内壁抵接。
所述导油顶紧结构包括液压推杆、导油通道及贯穿孔，其中导油通道将所述叶片槽的底部与所述环隙连通，所述贯穿孔贯穿所述主轴、且连通对称设置的两个所述叶片槽，所述液压推杆容置于所述贯穿孔内、且可沿径向移动，所述转子的外圆周上设有多个排砂槽，各排砂槽分别位于相邻两个所述叶片之间。
所述叶片泵为双作用叶片泵，所述双作用叶片泵包括主轴、泵体、上凸轮、转子、定子、下凸轮及叶片，其中主轴通过上轴承部件和下轴承部件安装在泵体内，所述定子与所述泵体的内壁固定连接，所述转子套设于所述主轴上、且与所述定子之间形成环隙，所述环隙的一直径两侧均设有低压吸油区和高压排油区，所述转子的外圆周上设有多个叶片槽，各叶片槽内均插设有一叶片，各叶片槽的底部与设置于所述上轴承部件上的出液口连通，所述上凸轮和下凸轮套设于所述主轴上、且分别与所述上轴承部件和所述下轴承部件固定连接；各所述叶片通过所述上凸轮和下凸轮或进入所述叶片槽底部的高压油的推动下与所述定子的内壁抵接。
所述上轴承部件的上轴承座上设有出液口，所述上凸轮与所述上轴承座固定连接，所述上轴承座上设有与所述出液口和所述叶片槽底部连通的高压进油孔；所述下轴承部件的下轴承座上设有进液口，所述下凸轮与所述下轴承座连接，所述转子的外圆周上设有多个排砂槽，各排砂槽分别位于相邻两个所述叶片槽之间。
所述单板锚定器包括锚定器主轴、锚定刀板组件及两个中心定位块，其中锚定器主轴的上端与油管连接，所述锚定刀板组件及两个所述中心定位块沿周向设置于锚定器主轴的外表面上、且均与井筒套管的内壁接触，所述锚定刀板组件包括第一固定部件、弹簧板、锚定刀板及第二固定部件，其中锚定刀板的后端两侧分别设有锚定刀板安装孔，所述锚定刀板的后端中间位置设有与两个所述锚定刀板安装孔同轴的弹簧板定位孔，所述第一固定部件和所述第二固定部件的一端分别与所述锚定刀板两端的所述锚定刀板安装孔转动连接，另一端均与所述锚定器主轴固定连接，所述弹簧板穿过所述弹簧板定位孔、且两端分别与所述第一固定部件和所述第二固定部件连接，所述锚定刀板前端的刀刃通过所述弹簧板的扭矩力与所述井筒套管的内壁抵接。
所述旋砂器包括旋砂器主轴、旋砂器体及旋砂叶片，其中旋砂器体的上端与所述叶片泵的泵体连接，下端与所述泵扶正器连接，所述旋砂器主轴设置于所述旋砂器体内、且与所述叶片泵的主轴连接，所述旋砂器主轴的外表面上沿轴向设有多个旋砂叶片，所述旋砂器体的下端设有排砂口。
所述沉砂器包括防砂短节挡垫、防砂短节、防砂管、防砂套及防砂套座，其中防砂管、防砂套及防砂短节由内到外依次嵌套，所述防砂套座套设于所述防砂管的下端、且与所述防砂套底部连接，所述防砂短节挡垫设置于所述防砂短节的上端、且通过所述防砂短节内壁上设有的止口轴向限位，所述防砂短节挡垫的中心通孔直径小于所述防砂套的直径，所述防砂短节挡垫的下端设有喇叭口，所述喇叭口与所述防砂短节与所述防砂套之间的环隙连通。
本发明的优点及有益效果是：
1.本发明是全金属结构，适用于稀油、稠油、高凝油热采，使用温度达350度，在高温，含气井不气锁，对于含砂井泵下有旋砂过滤器，使用范围广，在高温吞吐油井不用提泵，可以连续注气，节省修井费用，节省作业时间，减轻工人劳动强度。采油装置为旋转运动，动力驱动直接装在井口法兰上，占地面积小。一次性投资少是往复泵的1/5，本发明采油装置是全金属结构定子与转子是间隙配合，没有过盈转子转动灵活，泵效率高。
2.本发明的单板锚定器，通过锚定板与弹簧板连接，保持有足够弹力让锚定板的刀刃至始至终都能紧贴在油井套管内壁上，可以随着井内油管受热自然伸缩，锚定可靠。
3.本发明泵下旋砂器，是采用离心原理，在旋砂主轴上设计圆周均部多条螺旋叶片，通过主轴旋转动力将砂子分离到旋砂器体内壁，从选砂器排沙口流到井下。
4.本发明在叶片泵的上、下设有油管扶正器，充分保证叶片泵在井筒内不弯曲、不变形、处于井筒中心部位。
5.本发明采用全金属制作，使用温度范围广，最高可达350度，在应用于稠油吞吐油井，需要装上注气阀，在稀油井去掉注气阀。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中高温注气阀的结构示意图；
图3为本发明中高温注气阀的注气阀门打开状态的结构示意图；
图4为本发明实施例一中单作用叶片泵的结构示意图；
图5为图4的A-A剖视图；
图6为本发明实施例一中转子的结构示意图；
图7为图6的B-B剖视图；
图8为本发明实施例二中双作用叶片泵的结构示意图；
图9为图8的C-C剖视图；
图10为本发明实施例二中转子的结构示意图；
图11为图10的D-D剖视图；
图12为本发明中单板锚定器的结构示意图；
图13为图12的G-G剖视图；
图14为本发明中锚定刀板的结构示意图；
图15为本发明中单板锚定器的防转轴的结构示意图；
图16为本发明中防转轴上板簧孔的结构示意图；
图17为本发明中单板锚定器的压块的结构示意图；
图18为本发明中锚定器主轴的结构示意图；
图19为图18中X-X剖视图；
图20为图18中Y-Y剖视图；
图21为图18的F向视图；
图22为本发明中旋砂器的结构示意图；
图23为本发明中沉砂器的结构示意图。
其中：1为单板锚定器，101为锚定器主轴，1011为锚定刀板安装槽，1012为压块安装槽，103为第一压块，104为第一紧固螺钉，105为第一防转轴，106为弹簧板，107为锚定刀板，108为第二紧固螺钉，109为第二防转轴，110为第二压块，111为中心定位块，112为定位块紧固螺钉，113为锚定刀板限位面，151为防转轴板簧孔，152为圆柱形端，153为方形端，171为刀刃，172为锚定刀板安装孔，173为弹簧板定位孔，2为泵扶正器，3为旋砂器，301为旋砂器主轴，302为挡垫，303为旋砂器体，304为旋砂叶片，305为排砂口，4为叶片泵，41为主轴，43为泵体，45为减磨压盖，46为紧固螺母，47为上减磨垫，48为下减磨环，410为上滑动轴承，411为上轴承座，412为平键，413为转子，414为定子，415为下轴承座，416为下滑动轴承，418为孔用挡圈，419为中间连接套，420为叶片，421为高压进油孔，422为上凸轮，423为固定平键，424为出液口，425为进液口，426为排砂槽，427为下凸轮，428为叶片槽，429为内止口，430为凸轮定位销，42、44、49、417为紧固螺钉，5为沉砂器，501为防砂短节挡垫，502为防砂短节，503为防砂管，504为防砂套，505为防砂套座，6为花键传动筒组件，7为高温注气阀，71为上注气阀体，72为花键轴，73为注气阀口，74为注气阀门，75为密封环，76为花键轴卡簧，77为注气阀门卡簧，78为注气阀罩，79为下注气阀体，710为阀门座，711为上接头，8为油管扶正器，9为抽油杆扶正器，10为抽油杆，11为油管，12为井筒套管，13为采油树，14为一级密封，15为二级密封，16为刹车片，17为驱动头，18为旋转卡，19为吊卡，20为光杆，A为阀门座下止口，B为下注气阀体内止口，C为上接头内止口，D为注气阀门上端面，F为低压吸油区，E为高压排油区，M是地表面，N是出油口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明提供的一种石油油井采油叶片泵举升装置，包括单板锚定器1、叶片泵4、花键传动筒组件6、高温注气阀7、抽油杆10、油管11、井筒套管12、采油树13、驱动头17及光杆20，其中井筒套管12设置于地表面M的下方，井筒套管12内设有由下至上依次连接的单板锚定器1、叶片泵4、花键传动筒组件6、高温注气阀7及油管11，抽油杆10插设于油管11内、且下端与高温注气阀7连接，采油树13位于地表面M的上方，光杆20的插设于采油树13内、且与抽油杆10的上端连接，光杆20与驱动头17连接、可通过驱动头17的驱动而转动。
如图2-3所示，所述高温注气阀，包括注气阀体、花键轴72及注气阀门组件，其中注气阀体的上端部设有注气阀口73，注气阀门组件容置于注气阀体内、且与注气阀体的内壁滑动连接，花键轴72插设于注气阀门组件内、且可带动注气阀门组件上下移动，从而实现注气阀口73的打开或关闭。
所述注气阀体包括螺纹连接的上注气阀体71和下注气阀体79，上注气阀体71上设有注气阀口73，下注气阀体79的底部设有用于注气阀门组件轴向限位的下注气阀体内止口B。
本发明的一实施例中，上注气阀体71上对称设有多个注气阀口73，注气阀口73为沿轴向开设的长方形结构。
所述注气阀门组件包括均为中空结构的注气阀门74和阀门座710，注气阀门74与阀门座710螺纹连接、且与注气阀体的内壁滑动配合，注气阀门74的两端通过密封环75与注气阀体的内壁密封配合。花键轴72贯穿于注气阀门74和阀门座710的中空腔体内，花键轴72上靠近下端的位置设有用于与阀门座710定位连接的花键轴连接部件，阀门座710上设有进液口。
本发明的一实施例中，所述花键轴连接部件为花键轴卡簧76，花键轴卡簧76可与阀门座710底部设有的通孔卡接。
花键轴72上靠近上端部设有锥形密封面，注气阀门74的上端面设有锥形密封槽，通过花键轴72的锥形密封面与注气阀门74的锥形密封槽配合，实现注气阀门74内腔的密封。
进一步地，阀门座710的外圆周上设有用于与注气阀体定位连接的阀门定位连接部件，当注气阀门74处于关闭注气阀口73的位置时，阀门定位连接部件与注气阀体定位连接。
本发明的一实施例中，所述阀门定位连接部件为注气阀门卡簧77，当注气阀门74处于关闭注气阀口73的位置时，注气阀门卡簧77与下注气阀体79的内壁上设有的环槽卡接，同时注气阀门74的两端的密封环75位于注气阀口73的两侧。密封环75采用径向弹簧密封环，根据压力不同，注气阀门74的两端采用多个径向弹簧密封环，保证密封可靠。
上注气阀体71的上端设有中空结构的上接头711，上接头711的内侧设有用于注气阀门组件轴向限位的上接头内止口C。上接头711的外侧连接有注气阀罩78，注气阀罩78罩于注气阀口73的外侧、且下端为敞开式结构。
所述高温注气阀的工作原理是：
所述高温注气阀装在采油叶片泵的上端，当需要往井下注气时，花键轴72受抽油杆的重力向移动，花键轴72的锥形密封面压在注气阀门74上端的锥形密封槽上，注气阀门74一起向下移动，直到阀门座下止口A和下注气阀体内止口B相接触为止，此时注气阀口73被打开，如图3所示。高压蒸气将从注气阀口73进入地下稠油、高凝油层内，在高温气体的作用下，融化地下稠油、高凝油。
每次注气大约15天左右，为了进一步将稠油、高凝油融化，提高举升效率，需要闷井一周时间。由于高温、高压注气融化地下原油消耗了一部分热量和压力，地下仍有一定压力。需要打开井口阀门开始采油，井下压力高于地面计量站系统压力，井下原油会自动喷出来，由于井下压力高，喷出的液体流速高，携砂严重，不允许喷出的液体进入泵腔内，喷出的液体从泵上的注气阀口73流出。
当井下压力小于地面计量站系统压力，开始人工举升液体时，抽油杆带动花键轴72向上移动，当花键轴72上的花键轴卡簧76移动至阀门座710底部的通孔处时，花键轴卡簧76与该通孔卡接，从而花键轴72通过花键轴卡簧76带动注气阀门74向上移动，直到注气阀门上端面D与上接头内止口C相接触，注气阀门74处入关闭状态，如图2所示。此时，注气阀门74两端的密封环75位于注气阀口73的两侧，起到密封作用；注气阀门卡簧77与下注气阀体79的内壁上设有的环槽卡接，实现所述注气阀门组件的定位。
综上所述，上提和下放花键轴72是一轮完整注气工作流程。在需要高温注气时，注气阀门74在注气阀体内上下移动，达到关闭和开启注气阀口73的目的，保证举升液体和注气正常工作。
叶片泵4可采用单作用叶片泵或双作用叶片泵。
实施例一
如图4-7所示，所述叶片泵4为单作用叶片泵，单作用叶片泵包括主轴41、泵体43、转子413、定子414及叶片420，其中主轴41可转动地安装在泵体43内，定子414与泵体43的内壁固定连接，转子413套装在主轴41上、且与定子414之间形成环隙，所述环隙的两侧分别为低压吸油区E和高压排油区F。转子413上沿周向对称设有多个叶片槽428，各叶片槽428内分别插设有一叶片420，对称设置的两个叶片槽428之间设有与环隙连通的导油顶紧结构，导油顶紧结构使两个对称设置的叶片420与定子414的内壁抵接。
各叶片槽428均沿径向开设，叶片420可在叶片槽428内沿径向移动。
导油顶紧结构包括液压推杆421、导油通道422及贯穿孔427，其中导油通道422将叶片槽428的底部与环隙连通，贯穿孔427贯穿主轴41、且连通对称设置的两个叶片槽428，液压推杆421容置于贯穿孔427内、且可沿径向移动。各贯穿孔427经过主轴41的轴心。
转子413的外圆周上设有位于相邻两个叶片420之间的多个排砂槽26，导油通道422的外侧端位于排砂槽26内。
进一步地，主轴41的两端分别通过上轴承部件和下轴承部件安装在泵体43内，上轴承部件、下轴承部件及泵体43围合成工作腔。
上轴承部件包括上滑动轴承410和上轴承座411，下轴承部件包括下滑动轴承416和下轴承座415，上轴承座411和下轴承座415均与泵体43固定连接，主轴41通过上滑动轴承410和下滑动轴承416分别与上轴承座411和下轴承座415连接，上轴承座411和下轴承座415上分别设有出液口424和进液口425。
上轴承座411的上端通过与泵体43螺纹连接的紧固螺母46轴向限位，上轴承座411与主轴41之间设有位于上滑动轴承410上方的减磨部件。
所述减磨部件包括上减磨垫47、下减磨垫48及减磨压盖45，所述上减磨垫47和下减磨垫48套设于主轴41上、且分别位于主轴41上设有的轴肩的两侧，减磨压盖45设置于上减磨垫47的上方、且与上轴承座411固定连接。
主轴41旋转通过平键412带动转子413顺时针旋转，叶片420在液压推杆421和由导油通道422进入的高压油的作用下，在叶片槽428内往复运动，叶片420外缘始终紧贴在定子414的内表面上，保证液体不泄漏，泵效率高。
单作用叶片泵的工作原理是：
主轴41旋转通过平键412带动转子413顺时针旋转，叶片420在由导油通道422进入的高压油及液压推杆421的作用下，叶片420的外缘始终紧贴在定子414的内表面上滑动，液体从下轴承座415的进液口425进到工作腔的低压吸油区F内。当转子413转动使液体进入到高压排油区E内，液体从上轴承座411的出液口424进到油管内，转子每转一周，为一个工作循环次数，一次进液，一次出液。主轴41连续运转，低压吸油区F不断吸进液体，高压排油区E不断排出液体，将油井内液体从油管和抽油杆的空间举升到地面计量站内。
单作用叶片泵根据油井深度，举升液体高度不同，所产生的压力不同，叶片泵可以串联多级使用，提高举升压力，减少泵磨损，延长泵使用寿命。叶片泵多级串联组合时，每级泵的外壳螺纹连接，径向固定，各轴之间采用花键套连接。
实施例二
如图8-11所示，所述叶片泵4为双作用叶片泵，包括主轴41、泵体43、上凸轮422、转子413、定子414、下凸轮427及叶片420，其中主轴41通过上轴承部件和下轴承部件安装在泵体43内，定子414与泵体43的内壁固定连接，转子413套设于主轴41上、且与定子414之间形成环隙，环隙的一直径两侧均设有低压吸油区F和高压排油区E，转子413的外圆周上设有多个叶片槽428，各叶片槽428内均插设有一叶片420，各叶片槽428的底部与设置于上轴承部件上的出液口424连通。上凸轮422和下凸轮427套设于主轴41上、且分别与上轴承部件和下轴承部件固定连接；各叶片420通过上凸轮422和下凸轮427或进入叶片槽428底部的高压油的推动下与定子414的内壁抵接。
叶片槽428沿径向开设于转子413的外圆周上，叶片420在叶片槽428内可沿径向移动。进一步地，转子413的外圆周上设有多个排砂槽426，各排砂槽426分别位于相邻两个叶片槽428之间。
如图3所示。
所述上轴承部件包括上滑动轴承410和上轴承座411，上轴承座411与泵体43的内壁连接，上滑动轴承410套装在主轴41上、且与上轴承座411连接，上轴承座411上对称设有两个出液口424，上凸轮422与上轴承座411固定连接。上轴承座411上设有与出液口424和叶片槽428底部连通的高压进油孔421。转子413的两端设有內止口429，上凸轮422和下凸轮427与转子413两端的內止口429间隙配合。
上轴承座411与主轴41之间设有位于上滑动轴承410上方的减磨部件。所述减磨部件包括减磨压盖45、上减磨垫47及下减磨垫48，其中上减磨垫47和下减磨垫48套设于主轴41上、且分别位于主轴41上设有的轴肩的两侧，减磨压盖45设置于上减磨垫47的上方、且与上轴承座411固定连接。
所述下轴承部件包括下轴承座415和下滑动轴承416，下轴承座415与泵体43的内壁抵接，下滑动轴承416套装在主轴41上、且与下轴承座415连接，下轴承座415上对称设有两个进液口425，下凸轮427与下轴承座415连接。
环隙的一直径两侧的两个低压吸油区F对称设置，两个高压排油区E对称设置。两个进液口425分别与两个低压吸油区F相对应，两个出液口424分别与两个高压排油区E相对应。
双作用叶片泵的工作原理是：
主轴41旋转通过平键14带动转子413顺时针旋转，叶片420在通过转子413两端上凸轮422、下凸轮427和叶片420底部的液压的作用下，叶片420始终紧贴在定子414的内表面上滑动，转子413从0度转到90度为低压吸油区F，液体从下轴承座415上的进液口425进到泵腔内。转子413从90度转到180度为高压排油区E，液体从上轴承座411上的出液口424进入油管内。转子413从180度转到270度为另一低压吸油区F，液体从下轴承座415上的另一进液口425进到泵腔内。转子413从270度转到360度为另一高压排油区E，液体从上轴承座411上的另一出液口424进入油管内。转子每转一圈，形成两次吸油，两次排油，泵连续运转，低压吸油区F不断吸油，高压排油区E不断排油，将油井内液体从油管和抽油杆的空间举升到地面计量站内。
双作用叶片泵根据油井深度，举升液体高度不同，所产生的压力不同，叶片泵可以串联多级使用，提高举升压力，减少泵磨损，延长泵使用寿命。叶片泵多级串联组合时，每级泵的外壳螺纹连接，径向固定，各轴之间采用花键套连接。
如图12-13所示，所述单板锚定器包括锚定器主轴101、锚定刀板组件及两个中心定位块111，其中锚定器主轴101的上端与油管连接，锚定刀板组件及两个中心定位块111沿周向设置于锚定器主轴101的外表面上、且均与井筒套管12的内壁接触，锚定刀板组件对井筒套管12的内壁具有预紧力。
锚定刀板组件包括第一固定部件、弹簧板106、锚定刀板107及第二固定部件，其中锚定刀板107的后端两侧分别设有锚定刀板安装孔172，锚定刀板107的后端中间位置设有与两个锚定刀板安装孔172同轴的弹簧板定位孔173，如图14所示。第一固定部件和第二固定部件的一端分别与锚定刀板107两端的锚定刀板安装孔172转动连接，另一端均与锚定器主轴101固定连接，弹簧板106穿过弹簧板定位孔173、且两端分别与第一固定部件和第二固定部件连接，锚定刀板107前端的刀刃171通过弹簧板106的扭矩力与井筒套管12的内壁抵接。
所述第一固定部件和第二固定部件结构相同，均包括压块和防转轴，所述防转轴上沿轴向设有防转轴板簧孔151，防转轴的一端与锚定刀板安装孔172转动连接、且通过防转轴板簧孔151与弹簧板106插接，另一端与压块连接、且周向固定，压块与锚定器主轴101固定连接。
如图15所示，防转轴的两端分别为圆柱形端152和方形端153，圆柱形端152与锚定刀板安装孔172转动配合，方形端153与压块上设有的方形孔131插接，如图17所示。
如图16所示，防转轴板簧孔151的横截面为条形孔，条形孔与方形端153的端面中心线的夹角α为20-40°。
具体为：所述第一固定部件包括第一压块103和第一防转轴105，所述第二固定部件包括第二压块110和第二防转轴109。
如图18-21所示，锚定器主轴101的外表面上设有锚定刀板安装槽101及位于锚定刀板安装槽101两端的压块安装槽102，压块安装槽102的底面与锚定刀板安装槽101的底面夹角β为20-40°。锚定刀板安装槽101的一侧设有锚定刀板限位面113，锚定刀板限位面113用于限制锚定刀板107的转动角度。锚定刀板限位面113与锚定刀板安装槽101的底面的夹角小于90度，使锚定刀板107沿油管内泵轴的旋转方向倾斜。
两个中心定位块111通过定位块紧固螺钉112安装在锚定器主轴101上设有定位块安装槽内、且两个中心定位块111的中心线夹角为60-90°。锚定刀板107与井筒套管12内壁的贴合点距两个中心定位块111的中心的距离相等。两个中心定位块111保证锚定器在井筒的中心内，不漏偏斜，不打滑，锚定可靠。单板锚定器从地面向下看，顺时针旋转为锚定。
所述单板锚定器的工作原理是：
锚定器主轴101上端与泵扶正器螺纹连接，主要是防止叶片泵的扭矩导致井内油管脱扣。当抽油杆旋转工作，叶片泵扭矩力导致油管反转，油管脱扣，采油泵力距传递到单板锚定器时，锚定刀板107装在锚定器主轴101上，锚定器主轴101上还装有两块中心定位块111，两块中心定位块111与锚定刀板107形成三角定心，始终保证锚定刀板107紧贴在井筒套管12的内壁上，并有一定的预紧力。当油管带动锚定器主轴101旋转时，锚定刀板107的刀刃171就咬住井筒套管12的内壁Q点上，不管在井筒内壁任何位置，锚定刀板107的刀刃171都会在井筒内壁Q点咬住，不打滑，锚定可靠。
当采油举升泵停止工作，采油泵没有力距，锚定刀板107的力矩会自动卸掉。在高温热采吞吐油井上使用，在高温注气时，油管受热伸长，单板锚定器可以在井筒内自由上下移动，对锚定器锚定效果没有任何影响。只要采油泵给单板锚定力矩就会自动锚定。
如图22所示，所述旋砂器3包括旋砂器主轴301、旋砂器体303及旋砂叶片304，其中旋砂器体303的上端与所述叶片泵4的泵体43连接，下端与泵扶正器2连接，旋砂器主轴301设置于旋砂器体303内、且与叶片泵4的主轴41连接，旋砂器主轴301的外表面上沿轴向焊接有多个旋砂叶片304，旋砂器体303的下端设有排砂口305。
旋砂叶片304将上升液体中砂粒甩向旋砂器体303的内壁，砂粒顺着排砂口305流回到井筒内壁沉到井底，减少上升液体中砂子，同时也减少泵腔磨损，也避免了叶片泵4因砂粒卡死。
如图23所示，沉砂器5包括防砂短节挡垫501、防砂短节502、防砂管503、防砂套504及防砂套座505，其中防砂管503、防砂套504及防砂短节502由内到外依次嵌套，防砂套座505套设于防砂管503的下端、且与防砂套504底部连接，防砂短节挡垫501设置于防砂短节502的上端、且通过防砂短节502内壁上设有的止口轴向限位，防砂短节挡垫501的中心通孔直径小于防砂套504的直径，防砂短节挡垫501的下端设有喇叭口，喇叭口与防砂短节502与防砂套504之间的环隙连通。从上方落入的杂质，由防砂短节挡垫501的中心通孔落入防砂管503和防砂套504之间的环隙，阻挡杂质进入叶片泵4内。同时从下方抽出的液体经过防砂短节502与防砂套504之间的环隙，并通过防砂短节挡垫501下端的喇叭口和中心通孔进入上方的油管11内。
上端油管扶正器8与下端泵扶正器2主要是保证叶片泵4在井筒套管12内不弯曲。
驱动头17采用变频调速电机，可以根据井内油层厚度适当调解驱动头17的转速，保证出油量稳定。驱动头17采用双级密封盒，密封材料耐高温350度，密封可靠。驱动头17通过法兰与采油树13连接，采油树13与油管11连接，油管11与油管扶正器8连接，油管扶正器8与高温注汽阀7连接。整个油管11及叶片泵4的重量与井口采油树13连接，所以整体结构是自然下垂，没有重力压在油管11上，不会使油管11弯曲。叶片泵4的内部转动结构通过抽油杆10与光杆20连接。
抽油杆10下到底以后，上提抽油杆10，拧紧旋转卡18和吊卡19，由驱动头17的主轴带动光杆20、抽油杆10、花键轴72、花键传动筒组件6带动叶片泵4的主轴41转动，从而带动叶片泵4的转子413顺时针旋转，达到举升目的。
由于油管11是整体螺纹连接吊挂在采油树13上，所有螺纹都是右旋螺纹，抽油杆10在顺时针旋转时，产生了一个反扭矩，容易造成井内油管脱扣。因此。设计了单板锚定器1装在叶片泵4的下端，保证油管不会受反力矩作用脱扣，锚定可靠。
本发明的工作原理是：
本发明是整个管柱悬挂在井口采油树13上，总重量由井口支撑，抽油杆10悬挂在驱动头17上，重量由驱动头17支撑。采油树13上装有变频调速驱动头17，根据井内压面高度调节叶片泵4的转速。驱动头17通过旋转卡18带动光杆20、抽油杆10，抽油杆10下端连接花键轴14，花键轴14插在花键传动筒组件6内带动叶片泵4的主轴41，通过叶片泵4的主轴41带动转子413在上轴承座411、定子414、下轴承座415构成的工作腔内旋转，叶片420在工作腔内做径向运动，形成吸油区、排油区，将原油通过油管11和抽油杆10的空间举升到井口，在驱动头17、一级密封14和二级密封15封堵下，原油经采油树13进入地面计量站。
在稠油和高凝油热采吞吐油井工作时，由于地下油温低，原油处于高稠和固体，需要高温注气降粘时，从油管11内注入高温蒸气，为了不让高温蒸汽进到泵腔内，减少泵腔损坏，在叶片泵4的上方设有高温注气阀7。需要将高温注气阀7打开时，将驱动头17上面的吊卡19松开，再慢慢松开旋转卡18使光杆20、抽油杆10自然下落。当花键轴72锥面压到注气阀门74的锥面上时，受抽油杆10的重压力作用，注气阀门74向下移动到一定位置，打开注气阀口73开始注入高温蒸汽到地下稠油里面。
正常每口井注气时间是15天左右，注完气需要闷井1周时间，进一步让地下稠油融化，提高举升效率。由于高温、高压注气，化开地下原油消耗了一部分热量和压力，地下仍有一定压力。需要开始打开井口阀门开始采油，井下压力高于地面计量站系统压力，井下原油会自动喷出来，由于井下压力高，喷出的液体流速高，携砂严重，不允许喷出的液体进入泵腔内，喷出的液体仍然从注气阀口73流出。
当井下压力小于地面计量站系统压力，开始人工举升液体时将光杆20上提350毫米，光杆20带动抽油杆10、花键轴72一起向上移动，花键轴卡簧76带动注气阀门74同时向上移动，直到关闭注气阀口73。拧紧旋转卡18和吊卡19，开始起动叶片泵4运转举升液体。以上操作过程为一轮注气作业。通常每口井间隔3-4个月就进行一轮注气，每次的操作过程都是一样的。
如果不是稠油高温注气油井，也不需要安装注气阀，直接将叶片泵4连接到油管上，作业时泵按设计要求直接下到位置，就可以直接起动运转举升液体。
综上所述，本发明是全金属结构，适用于稀油、稠油、高凝油热采，使用温度达350度，在高温，含气井不气锁，对于含砂井泵下有旋砂过滤器，使用范围广，在高温吞吐油井不用提泵，可以连续注气，节省修井费用，节省作业时间，减轻工人劳动强度。采油装置为旋转运动，动力驱动直接装在井口法兰上，占地面积小。一次性投资少是往复泵的1/5，采油装置是全金属结构定子与转子是间隙配合，没有过盈转子转动灵活，泵效率高。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种石油油井采油叶片泵举升装置，其特征在于，包括单板锚定器(1)、泵扶正器(2)、旋砂器(3)、叶片泵(4)、沉砂器(5)、花键传动筒组件(6)、高温注气阀(7)、抽油杆(10)、油管(11)、井筒套管(12)、采油树(13)、驱动头(17)及光杆(20)，其中井筒套管(12)设置于地表面(M)的下方，所述井筒套管(12)内设有由下至上依次连接的单板锚定器(1)、泵扶正器(2)、旋砂器(3)、叶片泵(4)、沉砂器(5)、花键传动筒组件(6)、高温注气阀(7)及油管(11)，所述抽油杆(10)插设于所述油管(11)内、且下端与所述高温注气阀(7)连接，所述采油树(13)位于地表面(M)的上方，所述光杆(20)的插设于所述采油树(13)内、且与所述抽油杆(10)的上端连接，所述光杆(20)与驱动头(17)连接、可通过所述驱动头(17)的驱动而转动。
2.根据权利要求1所述的石油油井采油叶片泵举升装置，其特征在于，所述高温注气阀(7)包括注气阀体、花键轴(72)及注气阀门组件，其中注气阀体的上端部设有多个注气阀口(73)，所述注气阀门组件容置于所述注气阀体内、且与所述注气阀体的内壁滑动配合，所述花键轴(72)插设于所述注气阀门组件内、且可带动所述注气阀门组件上下移动，从而实现所述注气阀口(73)的打开或关闭；所述花键轴(72)的上端与所述抽油杆(10)连接，所述注气阀体的上端通过上接头(711)与所述油管(11)连接，所述上接头(711)的外侧连接有注气阀罩(78)，所述注气阀罩(78)罩于所述注气阀口(73)的外侧、且下端为敞开式结构。
3.根据权利要求2所述的石油油井采油叶片泵举升装置，其特征在于，所述注气阀门组件包括均为中空结构的注气阀门(74)和阀门座(710)，所述注气阀门(74)与阀门座(710)螺纹连接、且与所述注气阀体的内壁滑动配合，所述花键轴(72)贯穿于所述注气阀门(74)和所述阀门座(710)的中空腔体内，所述花键轴(72)上设有用于与所述阀门座(710)定位连接的花键轴连接部件，所述阀门座(710)的外圆周上设有用于与所述注气阀体定位连接的阀门定位连接部件，所述阀门座(710)上设有进液口。
4.根据权利要求1所述的石油油井采油叶片泵举升装置，其特征在于，所述叶片泵(4)为单作用叶片泵，所述单作用叶片泵包括主轴(41)、泵体(43)、转子(413)、定子(414)及叶片(420)，其中主轴(41)可转动地安装在所述泵体(43)内，所述定子(414)与所述泵体(43)的内壁固定连接，所述转子(413)套装在所述主轴(41)上、且与所述定子(414)之间形成环隙，所述环隙的两侧分别为低压吸油区(F)和高压排油区(E)，所述转子(413)上沿周向对称设有多个叶片槽(428)，各叶片槽(428)内分别插设有一叶片(420)，对称设置的两个所述叶片槽(428)之间设有与所述环隙连通的导油顶紧结构，所述导油顶紧结构使两个对称设置的叶片(420)与所述定子(414)的内壁抵接。
5.根据权利要求4所述的石油油井采油叶片泵举升装置，其特征在于，所述导油顶紧结构包括液压推杆(421)、导油通道(422)及贯穿孔(427)，其中导油通道(422)将所述叶片槽(428)的底部与所述环隙连通，所述贯穿孔(427)贯穿所述主轴(41)、且连通对称设置的两个所述叶片槽(428)，所述液压推杆(421)容置于所述贯穿孔(427)内、且可沿径向移动，所述转子(413)的外圆周上设有多个排砂槽(426)，各排砂槽(426)分别位于相邻两个所述叶片(420)之间。
6.根据权利要求1所述的石油油井采油叶片泵举升装置，其特征在于，所述叶片泵(4)为双作用叶片泵，所述双作用叶片泵包括主轴(41)、泵体(43)、上凸轮(422)、转子(413)、定子(414)、下凸轮(427)及叶片(420)，其中主轴(41)通过上轴承部件和下轴承部件安装在泵体(43)内，所述定子(414)与所述泵体(43)的内壁固定连接，所述转子(413)套设于所述主轴(41)上、且与所述定子(414)之间形成环隙，所述环隙的一直径两侧均设有低压吸油区(F)和高压排油区(E)，所述转子(413)的外圆周上设有多个叶片槽(428)，各叶片槽(428)内均插设有一叶片(420)，各叶片槽(428)的底部与设置于所述上轴承部件上的出液口(424)连通，所述上凸轮(422)和下凸轮(427)套设于所述主轴(41)上、且分别与所述上轴承部件和所述下轴承部件固定连接；各所述叶片(420)通过所述上凸轮(422)和下凸轮(427)或进入所述叶片槽(428)底部的高压油的推动下与所述定子(414)的内壁抵接。
7.根据权利要求6所述的石油油井采油叶片泵举升装置，其特征在于，所述上轴承部件的上轴承座(411)上设有出液口(424)，所述上凸轮(422)与所述上轴承座(411)固定连接，所述上轴承座(411)上设有与所述出液口(424)和所述叶片槽(428)底部连通的高压进油孔(421)；所述下轴承部件的下轴承座(415)上设有进液口(425)，所述下凸轮(427)与所述下轴承座(415)连接，所述转子(413)的外圆周上设有多个排砂槽(426)，各排砂槽(426)分别位于相邻两个所述叶片槽(428)之间。
8.根据权利要求1所述的石油油井采油叶片泵举升装置，其特征在于，所述单板锚定器(1)包括锚定器主轴(101)、锚定刀板组件及两个中心定位块(111)，其中锚定器主轴(101)的上端与油管连接，所述锚定刀板组件及两个所述中心定位块(111)沿周向设置于锚定器主轴(101)的外表面上、且均与井筒套管(12)的内壁接触，所述锚定刀板组件包括第一固定部件、弹簧板(106)、锚定刀板(107)及第二固定部件，其中锚定刀板(107)的后端两侧分别设有锚定刀板安装孔(172)，所述锚定刀板(107)的后端中间位置设有与两个所述锚定刀板安装孔(172)同轴的弹簧板定位孔(173)，所述第一固定部件和所述第二固定部件的一端分别与所述锚定刀板(107)两端的所述锚定刀板安装孔(172)转动连接，另一端均与所述锚定器主轴(101)固定连接，所述弹簧板(106)穿过所述弹簧板定位孔(173)、且两端分别与所述第一固定部件和所述第二固定部件连接，所述锚定刀板(107)前端的刀刃(171)通过所述弹簧板(106)的扭矩力与所述井筒套管(12)的内壁抵接。
9.根据权利要求1所述的石油油井采油叶片泵举升装置，其特征在于，所述旋砂器(3)包括旋砂器主轴(301)、旋砂器体(303)及旋砂叶片(304)，其中旋砂器体(303)的上端与所述叶片泵(4)的泵体(43)连接，下端与所述泵扶正器(2)连接，所述旋砂器主轴(301)设置于所述旋砂器体(303)内、且与所述叶片泵(4)的主轴(41)连接，所述旋砂器主轴(301)的外表面上沿轴向设有多个旋砂叶片(304)，所述旋砂器体(303)的下端设有排砂口(305)。
10.根据权利要求1所述的石油油井采油叶片泵举升装置，(图23)其特征在于，所述沉砂器(5)包括防砂短节挡垫(501)、防砂短节(502)、防砂管(503)、防砂套(504)及防砂套座(505)，其中防砂管(503)、防砂套(504)及防砂短节(502)由内到外依次嵌套，所述防砂套座(505)套设于所述防砂管(503)的下端、且与所述防砂套(504)底部连接，所述防砂短节挡垫(501)设置于所述防砂短节(502)的上端、且通过所述防砂短节(502)内壁上设有的止口轴向限位，所述防砂短节挡垫(501)的中心通孔直径小于所述防砂套(504)的直径，所述防砂短节挡垫(501)的下端设有喇叭口，所述喇叭口与所述防砂短节(502)与所述防砂套(504)之间的环隙连通。
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