CN107687413B - 上行注入有杆泵同井采注装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了上行注入有杆泵同井采注装置,由以下两个部件结合而成:(1)可实现工作井内产出的原液在井下分离为主要成分性质相异的不同分离产物的分离部件;(2)可在其所含运动组件上行过程中实现以下两方面功能的抽汲部件:①向分离部件提供原液分离所需动力和分离产物临时存储空间;②对上一个工作循环产生的不同分离产物同时增压。本发明用于有杆泵开采井、具备使井内产出物在井下进行成分分离,在工作杆柱上行时将期望成分含量较多的分离产物采出、将非期望成分含量较多的分离产物同步回注,使得采出和注入动作能通过地面提升设备获得充足的动力、采注流量比能通过装置内工作腔室容积比直接有效的控制。

Description

上行注入有杆泵同井采注装置
技术领域
本发明涉及石油开采技术,具体地说是上行注入有杆泵同井采注装置。
背景技术
随着油田开发进入中后期,高含水油井越来越多。高含水造成油井采液能耗升高,地面污水处理量增大、处理费用升高,油井经济开采年限缩短、停产井增多等问题。为保持产油量并缓解以上问题,行业内技术人员提出了油水在井下分离,同井择层回注产出水的生产工艺。对于占主要地位的有杆泵开采井,现有油水分离同井采注技术主要有以下两种实现方式:(1)依靠沉没压力使产出液进入分离器分离,利用抽油泵在上行程时抽取分离液并举升高含油液,利用杆柱自重在下行程时压缩高含水液向回注层注入;(2)抽油泵对产出液增压将其注入分离器,然后依靠分离器出口剩余压力作为回注动力,或回注及举升动力。以上实现方式存在两个问题,一是下行注入方式在高压回注层注入困难,易造成杆柱弯曲、缓下、杆管偏磨加剧等问题;二是分离器分流比受回注或举升压力影响而变动,无法准确控制分流比和采、注流量。
经过检索,没有检索到相同的技术文件,不过检索到有一些能解决类似问题的公开文件,比如申请号:201120018949.6,申请日:2011-01-17专利公开了一种地面驱动单螺杆泵井下油水分离同井采注装置,由改进后的井口装置、双流道单螺杆泵装置、油水旋流分离装置以及井下坐封工艺管柱串联组成。改进后的井口装置是将井口四通与输油管线连通,把井口三通的排出闸门关闭,油套环空作为分离后富油液体的举升流道;双流道单螺杆泵装置有由外层外壳和单螺杆泵构成的外部流道。该装置的机组较为简单、成本低,可以有效解决油井产水过多造成的生产成本高、环境污染等问题。
上述公开技术所采用的技术方案与本申请完全不同。
发明内容
本发明的目的在于提供上行注入有杆泵同井采注装置,用于有杆泵开采井的、具备使井内产出物在井下进行成分分离,在工作杆柱上行时将期望成分含量较多的分离产物采出、将非期望成分含量较多的分离产物同步回注,使得采出和注入动作能通过地面提升设备获得充足的动力、采注流量比能通过装置内工作腔室容积比直接有效的控制。
为了达成上述目的,本发明采用了如下技术方案,上行注入有杆泵同井采注装置,其特征在于,包括外筒、泵筒总成、柱塞总成、隔离管、分离器,所述泵筒总成包括自上而下依次连接的上泵筒、中泵筒、下泵筒,所述柱塞总成包括自上而下依次连接的上柱塞、中柱塞、下柱塞,所述上柱塞、中柱塞、下柱塞分别运行于上泵筒、中泵筒、下泵筒内,所述下泵筒下端连接分离器,所述分离器和下泵筒的外围空套有隔离管,所述隔离管上端连接中泵筒,所述上泵筒、中泵筒、隔离管外侧空套有外筒,其中上泵筒上端与外筒连接。
所述柱塞总成内部为柱塞空腔,所述上柱塞上端开孔将柱塞空腔与上部工作管柱内空间连通,所述下柱塞下端开口,开口处设置单流阀。
所述中泵筒开设侧孔将中泵筒内腔与外筒内腔连通,所述外筒下端开口,开口处设置单流阀。
所述下泵筒开设侧孔将下泵筒内腔与隔离管内腔连通,所述隔离管下端开口,开口处设置单流阀。
所述分离器轴向两端均开设出口,出口处设置单流阀,分离器径向方向开设原液入口,原液入口穿越过隔离管和外筒,连通到外筒外部。
所述上柱塞上端连接抽油杆。
相较于现有技术,本发明具有以下有益效果:
本发明,由以下两个部件结合而成:(1)可实现工作井内产出的原液在井下分离为主要成分性质相异的不同分离产物的分离部件;(2)可在其所含运动组件上行过程中实现以下两方面功能的抽汲部件:①向分离部件提供原液分离所需动力和分离产物临时存储空间;②对上一个工作循环产生的不同分离产物同时增压。
其中分离部件具备至少一个原液入口和两个分离产物出口。两个出口分别为期望成分含量较多的分离产物出口和非期望成分含量较多的分离产物出口。
其中抽汲部件由与工作管柱连接的静止组件和与工作杆柱连接的运动组件组成。静止组件和运动组件将抽汲部分内部划分为四个工作腔室:其中三个主要腔室的容积大小随运动组件的移动而改变;另外一个腔室与连接在整个装置上侧的工作管柱的内部空间相通。
分离部件与抽汲部件的结合方式为:分离部件集成于抽汲部件内,其入口开设于抽汲部件的外壁,工作时分离部件入口浸没在工作井内产出的原液中;分离部件的两个分离产物出口分别和抽汲部件内三个变容积腔室中的两个相连,且分离产物仅可从分离产物出口向变容积腔室单向流通;抽汲部件内的第三个变容积腔室在工作时连接至工作井内回注层的注入口,且被注入物仅可从变容积腔室向回注层注入口单向流通;与分离产物出口相连的两个变容积腔室,还分别和连接至装置上侧工作管柱内部空间的腔室、连接至回注层注入口的腔室相连,且仅可从与分离产物出口相连的变容积腔室分别向连接至装置上侧工作管柱内部空间的腔室、连接至回注层注入口的腔室单向导通。
整套装置安装至工作井内,浸没在产出原液内一定深度。装置由地面设备提供动力,通过工作杆柱带动抽汲部件内的运动组件上下往复运动,运动组件每往复运动一次为一个工作循环。
在每个工作循环的上行程时:(1)抽汲部件通过运动组件运动使腔室容积发生变化,在分离部件的分离产物出口生成低压环境,在回注层注入口生成高压环境,并通过连接至装置上侧工作管柱内部空间的腔室的上移来推动工作管柱内的液体上行至地面;(2)分离部件在产出原液对其入口造成的高压环境和抽汲部件对其出口造成的低压环境的共同作用下,吸入产出原液并对其进行分离。分离产物进入抽汲部件内容积增大的腔室暂存。
在每个工作循环的下行程时:(1)抽汲部件的运动组件反向运动,使其内部三个变容积腔室的容积反向变化,在分离部件的分离产物出口生成高压环境,在回注层注入口生成低压环境;(2)分离部件在抽汲部件造成的高压环境作用下,其分离产物出口关闭;(3)抽汲部件内非期望成分含量较多的分离产物由暂存腔室向与回注层注入口相连的腔室转移,期望成分含量较多的分离产物向连接至装置上侧工作管柱内部空间的腔室转移。
下个工作循环的上行程开始后,抽汲部件重新在分离部件的分离产物出口生成低压环境,在回注层注入口生成高压环境,驱动分离部件分离原液,将上个工作循环产生的非期望成分含量较多的分离产物注入回注层,将装置上侧油管空间内流体推举至地面。
随着上、下冲程的往复循环,井内产出原液即可被不断分离,分离产物被分别举升、回注。
总之本发明的特点为:
1、本发明在工作杆柱上行时同步实施举升和回注动作,避免了下行注入方式在高压注入层中注入困难、杆柱弯曲、杆管磨损加剧的问题;
2、本发明通过抽汲部件内各空腔容积比例控制原液分离时的分流比,可消除回注压力或举升压力对分离部件分流比的影响、避免分离部件功能失常、准确有效的控制采注流量比例。
附图说明
图1为本发明的上行注入有杆泵同井采注装置的结构示意图。
图中:1、上泵筒;2、上柱塞;3、外筒;4、中泵筒;5、中柱塞;6、隔离管;7、下泵筒;8、下柱塞;9、单流阀;10、单流阀;11、分离器;12、单流阀;13、原液入口;14、空腔;15、空腔;16、空腔;17、空腔;18、空腔;19、单流阀;20、单流阀。
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容,配合附图说明如下,然而附图仅提供参考与说明之用,并非用来对本发明加以限制。
如附图1所示,抽汲部件的运动组件M包含上柱塞2、中柱塞5、下柱塞8和向运动组件内部单向开启的单流阀9;上柱塞2、中柱塞5、下柱塞8依次连接,内部空间相通形成空腔21,单流阀9设置于运动组件内部合适位置。运动组件顶部开有孔C,孔C将运动组件内部柱塞空腔21和整个装置上部工作管柱内空间D连接起来。在本实施例中,中柱塞5的外径规格大于上柱塞2、下柱塞8的外径规格。
抽汲部件的静止组件包含上泵筒1、中泵筒4、下泵筒4、隔离管6和外筒3,以及由隔离管6内部向其外部单向开启的单流阀19、由外筒3内部向其外部单向开启的单流阀20。上泵筒1、4、7依次连接,上泵筒1和4连接处开有侧孔A,中泵筒4和7连接处开有侧孔B;隔离管6连接于中泵筒4和7的连接处,侧孔B位于隔离管6的内部;下泵筒4下端与分离部件11的分离产物上出口连接,该出口设置单流阀10;隔离管6下端与单流阀19连接,分离部件11的主体包含在隔离管6内部;外筒3设置于泵筒和隔离管的外部,底部与单流阀20连接,单流阀20与回注层注入口连接。在本实施例中,中泵筒4的内径规格大于上泵筒1、下泵筒4的内径规格。
分离部件11含有原液入口13、分离产物上、下出口。原液入口13从分离部件11内部引出,穿过隔离管6和外筒3,浸没于工作井内的产出液中,将整个装置外部空间和分离部件11的内部空间连接起来;分离产物上、下出口分别设置单流阀10和单流阀12,具有单向开启功能,开启方向为从分离部件11的内部指向外部。
上柱塞2、中柱塞5、上泵筒1、中泵筒4之间形成空腔17;中柱塞5、下柱塞8、中泵筒4、下泵筒4之间形成空腔16;下柱塞8、下泵筒4、分离产物出口单流阀10之间为空腔14;隔离管6、下泵筒4、分离部件11之间为空腔15;外筒3内部、隔离管6外部为空腔18。
整个装置应用时,将其连接在工作管柱下部,下放安装于工作井内合适位置;抽汲部件的运动组件连接在工作杆柱下部,由地面设备拖动,进行往复运动。
工作时,(1)在上行程过程中:①运动组件M向上运动,单流阀9关闭,空腔14、16容积增大,压力降低;空腔16通过侧孔B与空腔15相通,空腔15内压力也降低;②分离产物出口的单流阀10、12外侧压力降低,与分离部件11内部形成压差;在压差作用下,分离产物出口的单流阀10、12开启;分离部件11内部压力下降,与原液入口13处形成压差;压差使工作井内产出原液经入口13进入分离部件11内部进行分离,分离产物由出口的单流阀10、12排出;③由出口单流阀10排出的分离产物进入空腔14,由出口单流阀12排出的分离产物经空腔15,由侧孔B进入空腔16;④与空腔14、16容积增大的同时,空腔17容积缩小,压力增大,其内部流体经侧孔A进入空腔18,空腔18内压力升高。由于此时空腔15容积在增大,处于低压状态,因此单流阀19关闭。当空腔18内压力高于回注层注入压力时,单流阀20开启,空腔17内流体被注入回注层。
(2)下行程过程中:①运动组件M反向运动,空腔14、16容积减小,压力增大,空腔15与空腔16相连,压力也增大,单流阀9开启,分离产物出口的单流阀10、12关闭;同时空腔17容积增大,压力减小,空腔18与空腔17相连,压力也减小,单流阀19开启;单流阀20在回注层压力作用下关闭;②单流阀9开启后,空腔14与空腔21导通,空腔14内分离产物经空腔21由孔C进入装置上部工作管柱内空间D;同时空腔16内分离产物由侧孔B经空腔15、单流阀19进入空腔18,最终由孔A进入空腔17;
进入下一个上行程后,空腔17容积再次缩小,将由分离产物出口单流阀12排出的含非期望成分较多的分离产物增压注入回注层,运动组件M将由分离产物出口单流阀10排出的含期望成分较多的分离产物增压排到地面;同时空腔14和16再次扩容,驱动分离部件11对井内产出原液进行分离。
以上过程持续循环,井内产出液即被不断分离、举升、回注。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,非用以限定本发明的专利范围,其他运用本发明的专利精神的等效变化,均应俱属本发明的专利范围。

Claims (3)

1.上行注入有杆泵同井采注装置,其特征在于,包括外筒、泵筒总成、柱塞总成、隔离管、分离器,所述泵筒总成包括自上而下依次连接的上泵筒、中泵筒、下泵筒,所述柱塞总成包括自上而下依次连接的上柱塞、中柱塞、下柱塞,所述上柱塞、中柱塞、下柱塞分别运行于上泵筒、中泵筒、下泵筒内,所述下泵筒下端连接分离器,所述分离器和下泵筒的外围空套有隔离管,所述隔离管上端连接中泵筒,所述上泵筒、中泵筒、隔离管外侧空套有外筒,其中上泵筒上端与外筒连接;所述柱塞总成内部为柱塞空腔,所述上柱塞上端开孔将柱塞空腔与上部工作管柱内空间连通,所述下柱塞下端开口,开口处设置单流阀;所述中泵筒开设侧孔将中泵筒内腔与外筒内腔连通,所述外筒下端开口,开口处设置单流阀;所述下泵筒开设侧孔将下泵筒内腔与隔离管内腔连通,所述隔离管下端开口,开口处设置单流阀。
2.根据权利要求1所述的上行注入有杆泵同井采注装置,其特征在于,所述分离器轴向两端均开设出口,两端的出口处均设置单流阀,分离器径向方向开设原液入口,原液入口穿越过隔离管和外筒并连通到外筒外部。
3.根据权利要求1所述的上行注入有杆泵同井采注装置,其特征在于,所述上柱塞上端连接抽油杆。
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