CN109356832B - 双筒双塞双动阀式塞阀一体泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双筒双塞双动阀式塞阀一体泵，应用于水平井和稠油井抽吸工况。该塞阀一体泵采用上长泵筒与下长泵筒一体、上动柱塞体与动排液阀一体和动进液阀与下动柱塞体一体的三位一体方式，并结合上长泵筒和下长泵筒的双长泵筒、上动柱塞体和下动柱塞体的双动柱塞及动排液阀和动进液阀的双动液阀的双筒双塞双动阀式构造，防止砂卡泵和液阀漏失，实现柱塞和泵筒自行扶正及注采一体作业等；依据双筒体内流压的变化，上塞阀器的动排液阀自行启闭且下塞阀器的动进液阀结合导阀杆和助启弹簧而顺利启闭，依据弹性套环的弹性径向变形实时减小上动柱塞体和上长泵筒的环空间隙，依据旋齿除砂器和涡轮扶正器的涡流导砂作用及时刮除并排出泵内砂粒。

Description

双筒双塞双动阀式塞阀一体泵

技术领域

本发明涉及一种油气井和非常规气井用的抽吸泵设备，特别是涉及一种适用于水平井和稠油井的双筒双塞双动阀式塞阀一体泵。

背景技术

目前，油气开采和非常规气排采常用的井下抽吸泵设备有：双管泵、自旋转柱塞泵、防气防砂泵和旋流柱塞抽油泵。其中，双管泵具有两根管柱，一根管柱提供动力液，且另一根管柱作为排液的生产管柱，同时双管泵的顶部设有转换装置，该转换装置由油磨光杆、密封部件和液流转换头组成。自旋转柱塞泵的柱塞与泵筒间采用刚性连接，抽油杆柱与柱塞间采用旋转接头连接，且泵筒的外部设有螺旋槽与泵腔相连通。防气防砂泵的防砂功能依据其特殊设计的捞砂工具，且捞砂工具的安装位置位于两个泵筒之间，柱塞在上下冲程中均经过捞砂工具的安装位置。旋流柱塞抽油泵是在普通抽油泵柱塞的上方设计了专门的旋转装置，泵筒的上部设有锥形腔且泵筒的顶部采用三翼形内表面，柱塞内装有特殊的叶片且叶片上开有小孔。这些常规抽油泵应用于水平井和稠油井时，会出现柱塞和泵筒间砂粒磨损和偏磨、阀漏失、阀开启困难和关闭不严等问题，且应用于稠油井时无法满足注采一体作业的要求。

目前，水平井和稠油井所采用的井下抽吸泵设备主要有：带液力平衡补偿液缸泵和带导向功能固定阀泵。带液力平衡补偿液缸泵是将常规抽油泵和液力平衡补偿液缸组合在一起，且抽油泵和液力平衡补偿液缸通过拉杆连为一体，带导向功能固定阀泵的特点是固定凡尔可以实现导向功能。由于水平井的井斜角度大同时稠油井的产液粘度大，现场这些抽油泵仍然存在阀坐封滞后、阀关闭不严和阀漏失以及砂卡泵等问题，同时柱塞和泵筒之间没有扶正器，砂粒磨损和偏磨现象也较为严重，且应用于稠油井时仍然无法满足注采一体作业的要求。

发明内容

为了有效解决油气开采和非常规气排采井下抽吸技术问题并克服现有水平井和稠油井用抽吸泵设备存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种油气开采和非常规气排采中水平井和稠油井专用的双筒双塞双动阀式塞阀一体泵。该塞阀一体泵采用双长泵筒、双动柱塞、双动液阀、涡轮搅拌扶正体、旋齿轴流除砂筒体以及柱塞和液阀一体化构造，有效防止砂卡泵和液阀漏失，并实现柱塞和泵筒自行扶正、双动液阀顺利启闭、泵内砂粒顺利排出以及稠油井的注采一体作业等。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种双筒双塞双动阀式塞阀一体泵，它主要由双筒体、上塞阀器、下塞阀器、涡轮扶正器和旋齿除砂器组成，双筒体的上长泵筒和下长泵筒由上而下依次同轴心布置，上塞阀器置入上长泵筒同时旋齿除砂器和下塞阀器置入下长泵筒并由上而下依次同轴心布置，上长泵筒、上塞阀器和涡轮扶正器沿径向由外至内依次同轴心布置。该塞阀一体泵的上部经上长泵筒固定于油管柱的底端，且其下部由下长泵筒固定于尾管的顶端，同时上塞阀器和下塞阀器通过涡轮扶正器与抽油杆柱相连并随抽油杆柱作上下往复运动。

该塞阀一体泵采用三位一体的方式，双筒体采用上长泵筒和下长泵筒一体化的构造，上塞阀器采用上动柱塞体和动排液阀一体化的构造，同时下塞阀器采用动进液阀和下动柱塞体一体化的构造。

该塞阀一体泵采用双筒双塞双动阀式的特殊构造，依据变径筒接箍的连接，上长泵筒和下长泵筒组成双长泵筒，同时依据涡轮扶正器和旋齿除砂器的连接，上动柱塞体和下动柱塞体组成双动柱塞，且动排液阀和动进液阀组成双动液阀。

双筒体采用上长泵筒和下长泵筒一体化的双长泵筒，并依据上长泵筒下筒腔室内流压大小的变化而实现动进液阀和动排液阀的启闭，同时通过变径筒接箍实现涡轮扶正器的下限位，它包括上长泵筒、下长泵筒和变径筒接箍。

上长泵筒采用等径粗筒体，且下长泵筒采用等径细筒体，上长泵筒的顶端部通过外管螺纹与油管柱相连，且下长泵筒的底端部通过外管螺纹与尾管相连，由此将油管柱、双筒体和尾管连成一体。上长泵筒的轴向长度大于涡轮扶正器的轴向长度、塞阀一体泵的冲程长度及其防冲距之和，下长泵筒的轴向长度大于旋齿除砂器的轴向长度、下塞阀器的轴向长度、塞阀一体泵的冲程长度及其防冲距之和。上长泵筒的环腔通过上塞阀器分为上筒腔室和下筒腔室，上长泵筒的上筒腔室与抽油杆柱和油管柱间的环形空间相连通，且上长泵筒的下筒腔室与下长泵筒的环腔相连通，并存储经动进液阀吸入的产液。上冲程中，上长泵筒下筒腔室内的流压下降，动进液阀开启，而动排液阀关闭；下冲程中，上长泵筒下筒腔室内的流压升高，动进液阀关闭，而动排液阀开启。

变径筒接箍通过其环腔内壁上部和下部的内管螺纹将上长泵筒和下长泵筒连成一体，同时变径筒接箍的环腔内壁中部设有柱状箍流道，且其柱状箍流道采用柱面并实现上长泵筒和下长泵筒环腔的变径，由此上长泵筒和下长泵筒组成的双长泵筒分别与上动柱塞体和下动柱塞体组成的双动柱塞相配合。稠油井由采油作业转为注热作业时，只需通过抽油杆柱上提上塞阀器和下塞阀器，并使下动柱塞体进入上长泵筒的环腔同时上动柱塞体进入油管柱的管腔；而稠油井由注热作业转为采油作业时，只需通过抽油杆柱下放上塞阀器和下塞阀器，并使下动柱塞体重新进入下长泵筒的环腔同时上动柱塞体重新进入上长泵筒的环腔，从而实施稠油井的注采一体作业。

上塞阀器采用上动柱塞体和动排液阀一体化的构造，上动柱塞体由弹性套环和上动柱塞的动柱塞组成，依据弹性套环的弹性径向变形而实时减小上动柱塞体和上长泵筒的环空间隙，从而有效防止砂卡泵。

上动柱塞采用动柱塞和液阀座一体的构造，上动柱塞的动柱塞外环面上铣有宽环形凹沟且其宽环形凹沟内配置弹性套环，上动柱塞中动柱塞的轴向长度小于动排液阀罩的轴向长度。上动柱塞的液阀座环腔内壁依次设有上柱状塞流道和锥状密封面，上动柱塞的上柱状塞流道采用柱面且其上柱状塞流道的直径等于动排液阀罩的内径，同时上动柱塞的锥状密封面采用圆锥面。

弹性套环采用整体式轴瓦，上冲程中，上动柱塞体随涡轮扶正器朝上滑动，且动排液阀关闭，上动柱塞受上长泵筒的上筒腔室内液柱压力作用而受压，并压缩弹性套环而产生弹性径向变形，以此实时减小上动柱塞体和上长泵筒的环空间隙并防止落入砂粒。

动排液阀由动排液阀体、动排液阀罩和上动柱塞的液阀座组成，并随涡轮扶正器的往复运动而自行启闭，有效防止动排液阀漏失。

动排液阀体采用厚壁筒体，其环腔内壁与涡轮杆的外环面之间采用过盈配合，从而将动排液阀体与涡轮杆连为一体，同时动排液阀体的外环面上部磨削成排液阀锥面，动排液阀体的排液阀锥面与上动柱塞的锥状密封面之间精密配合而构成排液阀密封环带，且排液阀密封环带的宽度大于动排液阀体高度的二分之一。

动排液阀罩采用长管体，动排液阀罩的底端设有柱状卡箍，动排液阀罩的柱状卡箍与上动柱塞的环腔内壁之间采用过盈配合，从而将动排液阀罩与上动柱塞体连为一体，并随涡轮扶正器一起上下往复滑动。动排液阀罩的外环面与上动柱塞的环腔内壁之间构成环形空间，且动排液阀罩的罩壁上钻有沿轴向等间距分层排列的排液孔，各层排液孔沿周向均布，各排液孔采用圆形孔眼，且各排液孔朝上倾斜布置，由此产液经由排液孔射入动排液阀罩与上动柱塞的环形空间再排入上长泵筒的上筒腔室。

下塞阀器采用下动柱塞体和动进液阀一体化的构造，下动柱塞体由下动柱塞和减磨环组成，下动柱塞体的外环面与下长泵筒的环腔内壁之间精密配合，同时上动柱塞体的外环面与上长泵筒的环腔内壁之间精密配合而构成双重柱面移动副，由此实现塞阀一体泵中双动柱塞和双长泵筒的自行扶正。

下动柱塞采用半封闭式长筒体，其上部通过外管螺纹实现动进液阀座在动进液阀罩内的轴向固定，下动柱塞的外环面上铣有沿轴向等间距分层排列的窄环形凹沟，且下动柱塞的窄环形凹沟内配置减磨环。下动柱塞的环腔内壁依次设有下柱状塞流道和锥状塞流道，下动柱塞的下柱状塞流道采用柱面且其锥状塞流道采用圆锥面。下动柱塞的筒顶部中央钻有圆形孔眼且其圆形孔眼的四周钻有沿周向均布的塞流孔，下动柱塞的塞流孔采用柱面，产液依次经下动柱塞的锥状塞流道和下柱状塞流道并由各塞流孔送入动进液阀。

减磨环采用剖分式轴瓦，减磨环的材质选用粉末冶金且其通体孔隙内浸入润滑油，以便最大程度地减小下动柱塞与下长泵筒之间的磨损，减磨环与下动柱塞的窄环形凹沟之间采用镶嵌的方式进行配合，减磨环的外径大于下动柱塞的外环面直径。

动进液阀由动进液阀体、动进液阀座、动进液阀罩、导流罩、导阀杆和助启弹簧组成，并通过导阀杆的牵引和助启弹簧的弹力而顺利启闭，有效防止动进液阀漏失。

动进液阀座采用短筒体，其环腔内壁依次设有倒锥状密封面和变截面座流道，动进液阀座的倒锥状密封面采用倒圆锥面，且动进液阀座的变截面座流道采用阶梯回转面。导阀杆采用等径短杆体，其上端设有阀杆接头并与动进液阀体连为一体，且导阀杆的外环面与下动柱塞的圆形孔眼之间精密配合而构成柱面移动副。助启弹簧采用拉伸弹簧并套于导阀杆外，助启弹簧的弹力等于动进液阀体重力和导阀杆重力的合力，助启弹簧的上端和下端分别通过动进液阀体的阀锥体下端面和下动柱塞的筒顶端面进行定位。

动进液阀体由半球体和阀锥体组合而成，动进液阀体的阀锥体下端面上车制内螺纹，且其阀锥体所在锥面的大端圆面直径等于其半球体的球径，同时动进液阀体的阀锥体所在的锥面与动进液阀座的倒锥状密封面之间精密配合而构成进液阀密封环带，进液阀密封环带的宽度大于动进液阀体的阀锥体锥高的三分之一。

动进液阀罩采用长筒体，其外环面与下长泵筒的环腔内壁之间采用间隙配合，动进液阀罩的环腔内壁依次设有阀罩凹沟和柱状罩卡环，动进液阀罩的柱状罩卡环内配置动进液阀座，且动进液阀罩的阀罩凹沟由两个圆锥面和一个柱面组合而成，动进液阀罩中阀罩凹沟的两个圆锥面的小端圆面直径均大于动进液阀体半球体的球径。

导流罩采用半封闭式盒体，导流罩的外环面车制螺纹并将下塞阀器和旋齿除砂器连成一体，导流罩的环腔内壁依次设有锥状罩流面和柱状罩流面，导流罩的锥状罩流面采用圆锥面且其锥状罩流面所在圆锥面的大端圆面直径等于柱状罩流面所在柱面的直径。导流罩的盒底部中央钻有柱状导流道且其柱状导流道的下端磨削成球状止阀面，导流罩的球状止阀面采用圆球面且球状止阀面所在圆球面的球径等于动进液阀体半球体的球径，并实现动进液阀体的上限位。导流罩的柱状导流道四周钻有沿周向均布的罩流孔，导流罩的罩流孔采用柱面，产液依次经动进液阀座的变截面座流道和倒锥状密封面、动进液阀罩的阀罩凹沟和动进液阀体间的变截面流道以及导流罩的柱状导流道和各罩流孔并由导流罩的柱状罩流面和锥状罩流面流入排液筒。

旋齿除砂器采用旋齿轴流除砂筒体，依据其旋齿除砂体及时刮除并排出上长泵筒内沉积的砂粒，同时通过排液筒将下长泵筒内的产液排入上长泵筒，它包括旋齿除砂体和排液筒。

旋齿除砂体采用短筒体，其外壁上铣有沿周向均布的旋齿，旋齿的齿线为沿旋齿除砂体外环面展开的螺旋线，旋齿在垂直于其齿线的法面端面呈等腰梯形，且旋齿法面端面的宽边朝外，旋齿除砂体的筒体以及旋齿的上下两端均磨削成锥度相等的圆锥面，同时旋齿的齿顶面位于同一柱面，且旋齿齿顶面所在的柱面与下长泵筒的环腔内壁之间采用间隙配合，由此旋齿除砂体的旋齿可以及时刮除上长泵筒下筒腔室内沉积的砂粒，且刮下的砂粒随产液经旋齿间的齿隙而顺利排至上长泵筒。

排液筒由上而下依次设置排液接头、排液筒体和排液接箍，排液筒的排液接头将旋齿除砂器和涡轮扶正器连成一体，排液筒的排液接箍外环面直径小于下长泵筒的内径，并实现旋齿除砂体的下限位。排液筒的排液筒体采用半封闭式筒体，排液筒体的环腔内壁直径等于导流罩的锥状罩流面所在圆锥面的小端圆面直径，同时排液筒体的外环面与旋齿除砂体的环腔内壁之间精密配合而构成柱面移动副。排液筒体的筒壁上钻有沿轴向等间距分层排列的筒液孔，各层筒液孔沿周向均布，各筒液孔采用圆形孔眼，由此产液经排液筒的环腔并由各筒液孔排入上长泵筒的下筒腔室。

涡轮扶正器采用涡轮搅拌扶正体，依据涡轮叶片的涡流导砂作用顺利排出双筒体内的砂粒，并通过变径杆接箍和涡轮叶片实现上塞阀器的上下限位，它包括涡轮叶片、涡轮杆、扶正叶片和变径杆接箍。

涡轮杆采用变径杆体，涡轮杆的上部杆体顶端通过外螺纹与变径杆接箍相连，且涡轮杆的上部杆体上部设有扶正叶片。涡轮杆的下部杆体杆径大于其上部杆体的杆径，涡轮杆的下部杆体中下部设有涡轮叶片，而涡轮杆的下部杆体顶端磨削成杆锥面，且涡轮杆的杆锥面所在的锥面与动排液阀体的排液阀锥面所在锥面位于同一圆锥面上，以便于将经由动排液阀体的产液顺利导入动排液阀罩。

涡轮叶片沿周向均布，涡轮叶片的叶片线为沿涡轮杆下部杆体外环面展开的螺旋线，涡轮叶片在垂直于其叶片线的法面端面呈长条形，涡轮叶片的叶片顶面位于同一柱面，且涡轮叶片的叶片顶面所在柱面的直径小于上长泵筒的内径同时大于旋齿除砂体的环腔内壁直径，实现旋齿除砂体的上限位，由此涡轮叶片搅拌上长泵筒下筒腔室内的产液并形成涡流，而后依据涡流导砂作用产液携砂粒顺利排出。

扶正叶片沿周向均布，扶正叶片由矩形薄板和三角形薄板组合而成，扶正叶片中矩形薄板的叶片顶面位于同一柱面，且扶正叶片的叶片顶面所在的柱面与动排液阀罩的环腔内壁之间精密配合而构成移动副，由此实现涡轮扶正器和上塞阀器的自行扶正。扶正叶片中三角形薄板的叶片侧面位于同一倒圆锥面，且扶正叶片的叶片侧面所在倒圆锥面的锥度等于动排液阀罩排液孔的倾斜角。

变径杆接箍采用厚壁筒体，其外环面上设有六角形卡钳面，同时变径杆接箍的环腔内壁车制变径内螺纹并将涡轮扶正器和抽油杆柱连成一体。

本发明所能达到的技术效果是，该塞阀一体泵采用上长泵筒与下长泵筒一体、上动柱塞体与动排液阀一体及动进液阀与下动柱塞体一体的三位一体方式，并结合上长泵筒和下长泵筒的双长泵筒、上动柱塞体和下动柱塞体的双动柱塞及动排液阀和动进液阀的双动液阀的双筒双塞双动阀式构造，防止砂卡泵和液阀漏失，并实现柱塞和泵筒自行扶正、双动液阀顺利启闭及注采一体作业等；双筒体依据上长泵筒下筒腔室内流压大小的变化而实现动进液阀和动排液阀的启闭，旋齿除砂器依据旋齿除砂体及时刮除并排出上长泵筒内的砂粒，涡轮扶正器依据涡轮叶片的涡流导砂作用顺利排出双筒体内的砂粒；上塞阀器的上动柱塞体依据弹性套环的弹性径向变形而实时减小上动柱塞体和上长泵筒的环空间隙，动排液阀随涡轮扶正器的往复运动而自行启闭，且动进液阀通过导阀杆的牵引和助启弹簧的弹力而顺利启闭。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于以下实施例。

图1是根据本发明所提出的双筒双塞双动阀式塞阀一体泵的典型结构简图。

图2是双筒双塞双动阀式塞阀一体泵中双筒体的结构简图。

图3是双筒双塞双动阀式塞阀一体泵中上塞阀器的结构简图。

图4是双筒双塞双动阀式塞阀一体泵中涡轮扶正器的结构简图。

图5是双筒双塞双动阀式塞阀一体泵中旋齿除砂器的结构简图。

图6是双筒双塞双动阀式塞阀一体泵中下塞阀器的结构简图。

图7是双筒双塞双动阀式塞阀一体泵中双筒体、上塞阀器和下塞阀器的结构简图。

图8是双筒双塞双动阀式塞阀一体泵中涡轮扶正器、旋齿除砂器、上塞阀器和下塞阀器的结构简图。

图9是双筒双塞双动阀式塞阀一体泵的井下自对中动塞式塞阀一体抽吸作业流程简图。

图10是双筒双塞双动阀式塞阀一体泵的稠油井注采一体作业流程简图。

图中1－上塞阀器，2－涡轮扶正器，3－双筒体，4－旋齿除砂器，5－下塞阀器，6－上长泵筒，7－变径筒接箍，8－下长泵筒，9－动排液阀罩，10－弹性套环，11－上动柱塞，12－动排液阀体，13－变径杆接箍，14－扶正叶片，15－涡轮杆，16－涡轮叶片，17－排液筒，18－旋齿除砂体，19－导流罩，20－动进液阀罩，21－动进液阀体，22－动进液阀座，23－助启弹簧，24－导阀杆，25－减磨环，26－下动柱塞，27－上动柱塞体，28－动排液阀，29－动进液阀，30－下动柱塞体。

具体实施方式

在图1中，双筒双塞双动阀式塞阀一体泵主要由上塞阀器1、涡轮扶正器2、双筒体3、旋齿除砂器4和下塞阀器5组成，它采用双长泵筒、双动柱塞、双动液阀、涡轮搅拌扶正体、旋齿轴流除砂筒体以及柱塞和液阀一体化构造，有效防止砂卡泵和液阀漏失，并实现柱塞和泵筒自行扶正、双动液阀顺利启闭、泵内砂粒顺利排出以及稠油井的注采一体作业等。该塞阀一体泵的上部经双筒体3的上长泵筒固定于油管柱的底端，且其下部由双筒体3的下长泵筒固定于尾管的顶端。

在图1中，双筒双塞双动阀式塞阀一体泵中双筒体3的上长泵筒和下长泵筒由上而下依次同轴心布置，且上塞阀器1、旋齿除砂器4和下塞阀器5由上而下依次同轴心布置，同时双筒体3的上长泵筒、上塞阀器1和涡轮扶正器2沿径向由外至内依次同轴心布置。

在图1中，双筒双塞双动阀式塞阀一体泵组装前，双筒体3主体部件的外环面进行喷漆防腐处理，上塞阀器1的上动柱塞和动排液阀罩、双筒体3的上长泵筒和下长泵筒、下塞阀器5的下动柱塞和动进液阀罩的环腔内壁分别进行化学镀处理，上塞阀器1的上动柱塞和下塞阀器5下动柱塞的外环面以及涡轮扶正器2的涡轮叶片和旋齿除砂器4的旋齿除砂体分别进行喷焊处理。上塞阀器1的上动柱塞体置入双筒体3的上长泵筒同时下塞阀器5的下动柱塞体置入双筒体3的下长泵筒应灵活转动和滑动且无阻滞，且旋齿除砂器4的旋齿除砂体套于其排液筒外并一起置入双筒体3的下长泵筒应灵活转动和滑动且无阻滞，并保持上塞阀器1的动排液阀罩、双筒体3的上长泵筒和下长泵筒以及下塞阀器5的动进液阀罩和动进液阀座内壁的清洁，最后检查上塞阀器1的弹性套环、涡轮扶正器2的涡轮叶片、旋齿除砂器4的旋齿除砂体和下塞阀器5的减磨环有无损伤，检查各螺纹联接处是否牢固且有无锈蚀。

在图1中，双筒双塞双动阀式塞阀一体泵组装时，双筒体3的上长泵筒和下长泵筒通过变径筒接箍连成一体，下塞阀器5的动进液阀座通过下动柱塞体进行固定，动进液阀体与导阀杆相连并套上助启弹簧后再与动进液阀座相配合，而后盖上导流罩并将下塞阀器5接到旋齿除砂器4的底端，旋齿除砂器4的旋齿除砂体套于其排液筒上并接于涡轮扶正器2的底端，上塞阀器1的动排液阀体套于涡轮杆后再将扶正叶片焊接于涡轮杆上，接着将上塞阀器1的动排液阀罩嵌入上动柱塞体内后再与动排液阀体相配合，最后拧紧变径杆接箍。

在图2中，双筒体3中的上长泵筒6的规格与油管柱的管径保持一致，且上长泵筒6的轴向长度随涡轮扶正器2的轴向长度、塞阀一体泵的冲程长度及其防冲距之和进行调整，下长泵筒8的规格与尾管的规格保持一致，且下长泵筒8的轴向长度随旋齿除砂器4的轴向长度、下塞阀器5的轴向长度、塞阀一体泵的冲程长度及其防冲距之和进行调整，变径筒接箍7的柱状箍流道大小需要依据地层产液量和产液粘度等因素进行设计。

在图2中，双筒体3依据上长泵筒6下筒腔室内流压大小的变化而实现上塞阀器1的动排液阀和下塞阀器5的动进液阀的启闭，同时通过变径筒接箍7实现涡轮扶正器2的下限位，下长泵筒8内的产液经由变径筒接箍7的柱状箍流道流入上长泵筒6。

在图3中，上塞阀器1中的上动柱塞11的规格与上长泵筒6的内径保持一致，弹性套环10的规格依据上塞阀器1的上动柱塞体和上长泵筒6的环空间隙大小进行调整，动排液阀体12的规格依据上长泵筒6的内径进行选型，动排液阀罩9与上动柱塞11的环形空间大小依据地层产液量、产液粘度和产液所携砂粒的粒径等因素进行设计，上动柱塞11的上柱状塞流道大小及动排液阀罩9排液孔的数量和大小均依据地层产液量和产液粘度等因素进行设计。

在图3中，上塞阀器1的上动柱塞体随涡轮扶正器2朝上滑动，上塞阀器1的动排液阀自行关闭，上动柱塞11受上长泵筒6的上筒腔室内液柱压力作用而受压，并压缩弹性套环10而产生弹性径向变形，以此实时减小上动柱塞体和上长泵筒6的环空间隙。

在图3中，上塞阀器1的上动柱塞体随涡轮扶正器2朝下滑动，上塞阀器1的动排液阀自行开启，上长泵筒6下筒腔室内的产液经动排液阀体12的排液阀锥面与上动柱塞11的锥状密封面之间的流道并由上动柱塞11的上柱状塞流道进入动排液阀罩9，而后经由各排液孔射入动排液阀罩9与上动柱塞11的环形空间再排入上长泵筒6的上筒腔室。

在图4中，涡轮扶正器2中的变径杆接箍13和涡轮杆15的规格与抽油杆柱的杆径保持一致，扶正叶片14的规格依据动排液阀罩9和涡轮杆15间的环形空间大小进行调整，涡轮叶片16的规格依据上长泵筒6和涡轮杆15间的环形空间大小进行调整，涡轮叶片16的螺距依据地层产液量、产液粘度和产液所携砂粒的粒径等因素进行设计。

在图4中，涡轮扶正器2通过变径杆接箍13与抽油杆柱连成一体，涡轮杆15下部杆体上的涡轮叶片16搅拌上长泵筒6下筒腔室内的产液并形成涡流，而后依据涡轮叶片16的涡流导砂作用产液携砂粒顺利排出，扶正叶片14与动排液阀罩9间构成移动副，由此实现上塞阀器1和涡轮扶正器2的自行扶正。

在图5中，旋齿除砂器4中的旋齿除砂体18的规格依据下长泵筒8和排液筒17间的环形空间大小进行调整，排液筒17的环腔大小及其筒液孔的数量和大小依据地层产液量和产液粘度等因素进行设计，旋齿除砂体18旋齿间的齿隙大小依据地层产液量、产液粘度和产液所携砂粒的粒径等因素进行设计。

在图5中，旋齿除砂器4采用旋齿轴流除砂筒体，旋齿除砂体18上的旋齿及时刮除上长泵筒6下筒腔室沉积至下长泵筒8内的砂粒，且刮下的砂粒随产液经旋齿间的齿隙而顺利排至上长泵筒6，同时产液经排液筒17的环腔并由各筒液孔排入上长泵筒6的下筒腔室。

在图6中，下塞阀器5中的导流罩19的规格与排液筒17的排液接箍大小保持一致，动进液阀罩20、减磨环25和下动柱塞26的规格均与下长泵筒8的内径保持一致，动进液阀体21和动进液阀座22的规格依据下长泵筒8的内径进行选型，动进液阀罩20的阀罩凹沟和动进液阀体21间的变截面流道大小依据地层产液量、产液粘度和产液所携砂粒的粒径等因素进行设计，导流罩19的柱状导流道大小及其罩流孔的数量和大小、导流罩19的柱状罩流面和锥状罩流面大小、动进液阀座22的变截面座流道大小以及下动柱塞26的锥状塞流道和下柱状塞流道大小均依据地层产液量和产液粘度等因素进行设计。

在图6中，下塞阀器5通过导流罩19与旋齿除砂器4连成一体，下塞阀器5的动进液阀通过导阀杆24的牵引和助启弹簧23的弹力而顺利启闭，减磨环25镶嵌入下动柱塞26的窄环形凹沟，从而减小下动柱塞26与下长泵筒8之间的磨损，下塞阀器5中的产液依次经下动柱塞26的锥状塞流道和下柱状塞流道并由各塞流孔送入动进液阀座22内，而后依次经动进液阀座22的变截面座流道和倒锥状密封面、动进液阀罩20的阀罩凹沟和动进液阀体21间的变截面流道以及导流罩19的柱状导流道和各罩流孔并由导流罩19的柱状罩流面和锥状罩流面流入排液筒17。

在图7中，双筒双塞双动阀式塞阀一体泵采用“三位一体”的方式，双筒体3采用上长泵筒6和下长泵筒8一体化的构造，且上塞阀器1采用上动柱塞体27和动排液阀28一体化的构造，同时下塞阀器5采用动进液阀29和下动柱塞体30一体化的构造。

在图7中，双筒双塞双动阀式塞阀一体泵采用双筒双塞双动阀式的特殊构造，上塞阀器1置入上长泵筒6且下塞阀器5置入下长泵筒8，并依据变径筒接箍7的连接，双筒体3的上长泵筒6和下长泵筒8组成双长泵筒；同时，依据涡轮扶正器2和旋齿除砂器4的连接，上塞阀器1的上动柱塞体27和下塞阀器5的下动柱塞体30组成双动柱塞，且上塞阀器1的动排液阀28和下塞阀器5的动进液阀29组成双动液阀。

在图7中，双筒双塞双动阀式塞阀一体泵的下动柱塞体30与下长泵筒8之间精密配合，同时上动柱塞体27与上长泵筒6之间精密配合而构成双重柱面移动副，由此可以实现双动柱塞和双长泵筒的自行扶正。

在图7中，双筒双塞双动阀式塞阀一体泵的上冲程中，上动柱塞体27、动排液阀28、动进液阀29和下动柱塞体30随抽油杆柱一起朝上滑动，上长泵筒6下筒腔室内的流压下降，下塞阀器5的动进液阀29开启，而上塞阀器1的动排液阀28关闭。

在图7中，双筒双塞双动阀式塞阀一体泵的下冲程中，上动柱塞体27、动排液阀28、动进液阀29和下动柱塞体30随抽油杆柱一起朝下滑动，上长泵筒6下筒腔室内的流压升高，下塞阀器5的动进液阀29关闭，而上塞阀器1的动排液阀28开启。

在图8中，上塞阀器1的动排液阀体12通过过盈配合固定于涡轮杆15上，然后上塞阀器1的上动柱塞体27和动排液阀罩9再与动排液阀体12相配合，旋齿除砂器4通过排液筒17接于涡轮扶正器2的底端，且下塞阀器5通过导流罩19接于旋齿除砂器4的底端，由此上塞阀器1、涡轮扶正器2、旋齿除砂器4和下塞阀器5连接成为一个整体，最终通过变径杆接箍13与抽油杆柱相连并随抽油杆柱作上下往复运动。

在图9中，双筒双塞双动阀式塞阀一体泵的井下自对中动塞式塞阀一体抽吸作业流程中，塞阀一体泵的上冲程抽吸作业时，上长泵筒6下筒腔室内的流压减小，动进液阀29通过导阀杆24的牵引和助启弹簧23的弹力而顺利开启，同时动排液阀28随涡轮扶正器2朝上滑动而自行关闭；接着，产液依次经下动柱塞26的环腔和各塞流孔、动进液阀座22的环腔以及动进液阀罩20与动进液阀体21间的变截面流道并由导流罩19的环腔和各罩流孔流入排液筒17，而后产液流经排液筒17的环腔和各筒液孔进入上长泵筒6的下筒腔室，同时上长泵筒6上筒腔室内的产液排入抽油杆柱和油管柱的环形空间内；与此同时，上动柱塞11受上长泵筒6的上筒腔室内液柱压力作用而受压，并压缩弹性套环10而产生弹性径向变形，以此实时减小上动柱塞体27和上长泵筒6的环空间隙。

在图9中，双筒双塞双动阀式塞阀一体泵的井下自对中动塞式塞阀一体抽吸作业流程中，塞阀一体泵的下冲程抽吸作业时，上长泵筒6下筒腔室内的流压增大，动进液阀29通过导阀杆24的牵引和助启弹簧23的弹力而顺利关闭，同时上动柱塞体27相对涡轮扶正器2朝上滑动而使得动排液阀28自行开启，旋齿除砂体18的旋齿及时刮除上长泵筒6下筒腔室内沉积的砂粒，且刮下的砂粒随产液经旋齿间的齿隙而顺利排至上长泵筒6内；与此同时，涡轮叶片16不断搅拌上长泵筒6下筒腔室内的产液并形成涡流，而后依据涡轮叶片16的涡流导砂作用产液携砂粒顺利排出；接着，产液依次经动排液阀体12与上动柱塞11锥状密封面之间的流道、上动柱塞11的上柱状塞流道、动排液阀罩9的环腔和各排液孔并由动排液阀罩9与上动柱塞11的环形空间流入上长泵筒6的上筒腔室，而后再排入抽油杆柱和油管柱的环形空间内。

在图10中，双筒双塞双动阀式塞阀一体泵的稠油井注采一体作业流程中，稠油井由采油作业转为注热作业时，通过抽油杆柱并经由涡轮扶正器2和旋齿除砂器4上提上塞阀器1和下塞阀器5，且使下动柱塞体30进入上长泵筒6的环腔同时上动柱塞体27进入油管柱的管腔，直至涡轮杆15和涡轮叶片16的底端面高于上长泵筒6的顶端面为止，由此油管柱的管腔、上长泵筒6的环腔以及下长泵筒8的环腔联通在一起，而后热流体经由油管柱的管腔并由上长泵筒6的环腔以及下长泵筒8的环腔对稠油地层实施注热作业。

在图10中，双筒双塞双动阀式塞阀一体泵的稠油井注采一体作业流程中，稠油井由注热作业转为采油作业时，通过抽油杆柱并经由涡轮扶正器2和旋齿除砂器4下放上塞阀器1和下塞阀器5，且使下动柱塞体30重新进入下长泵筒8的环腔同时上动柱塞体27重新进入上长泵筒6的环腔，直至涡轮杆15和涡轮叶片16的底端进入变径筒接箍7的柱状箍流道为止，由此上长泵筒6和下长泵筒8组成的双长泵筒分别与上动柱塞体27和下动柱塞体30组成的双动柱塞重新配合在一起，而后上提防冲距并实施采油作业。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种双筒双塞双动阀式塞阀一体泵，双筒体的上长泵筒和下长泵筒由上而下依次同轴心布置，上塞阀器、旋齿除砂器和下塞阀器由上而下依次同轴心布置，上长泵筒、上塞阀器和涡轮扶正器沿径向由外至内依次同轴心布置，其特征在于：

所述双筒双塞双动阀式塞阀一体泵采用三位一体的方式，双筒体采用上长泵筒和下长泵筒一体化的构造，上塞阀器采用上动柱塞体和动排液阀一体化的构造，下塞阀器采用动进液阀和下动柱塞体一体化的构造；该塞阀一体泵采用双筒双塞双动阀式的构造，依据变径筒接箍的连接，上长泵筒和下长泵筒组成双长泵筒，依据涡轮扶正器和旋齿除砂器的连接，上动柱塞体和下动柱塞体组成双动柱塞，且动排液阀和动进液阀组成双动液阀；

一双筒体；所述双筒体依据上长泵筒下筒腔室内流压大小的变化而实现动进液阀和动排液阀的启闭，上长泵筒采用等径粗筒体，且下长泵筒采用等径细筒体，上长泵筒的顶端部通过外管螺纹与油管柱相连，且下长泵筒的底端部通过外管螺纹与尾管相连，由此将油管柱、双筒体和尾管连成一体，上长泵筒的环腔通过上塞阀器分为上筒腔室和下筒腔室，变径筒接箍的环腔内壁中部设有柱状箍流道；

一上塞阀器；所述上塞阀器的上动柱塞体由弹性套环和上动柱塞的动柱塞组成，上动柱塞采用动柱塞和液阀座一体的构造，上动柱塞的动柱塞外环面上铣有宽环形凹沟且其宽环形凹沟内配置弹性套环，弹性套环采用整体式轴瓦，上动柱塞的液阀座环腔内壁依次设有上柱状塞流道和锥状密封面；所述上塞阀器的动排液阀由动排液阀体、动排液阀罩和上动柱塞的液阀座组成，并随涡轮扶正器的往复运动而自行启闭，动排液阀体采用厚壁筒体且其环腔内壁与涡轮杆的外环面之间采用过盈配合，从而将动排液阀体与涡轮杆连为一体，同时动排液阀体的外环面上部磨削成排液阀锥面，动排液阀体的排液阀锥面与上动柱塞的锥状密封面之间精密配合而构成排液阀密封环带，动排液阀罩采用长管体且其底端设有柱状卡箍，动排液阀罩的柱状卡箍与上动柱塞的环腔内壁之间采用过盈配合，从而将动排液阀罩与上动柱塞体连为一体，并随涡轮扶正器一起上下往复滑动，动排液阀罩的罩壁上钻有沿轴向等间距分层排列的排液孔，且各排液孔朝上倾斜布置；

一下塞阀器；所述下塞阀器的下动柱塞体由下动柱塞和减磨环组成，下动柱塞采用半封闭式长筒体且其环腔内壁依次设有下柱状塞流道和锥状塞流道，下动柱塞的外环面上铣有沿轴向等间距分层排列的窄环形凹沟且其窄环形凹沟内配置减磨环，减磨环采用剖分式轴瓦，下动柱塞的筒顶部中央钻有圆形孔眼且其圆形孔眼的四周钻有沿周向均布的塞流孔；所述下塞阀器的动进液阀由动进液阀体、动进液阀座、动进液阀罩、导流罩、导阀杆和助启弹簧组成，并通过导阀杆的牵引和助启弹簧的弹力而顺利启闭，动进液阀座采用短筒体，其环腔内壁依次设有倒锥状密封面和变截面座流道，导阀杆采用等径短杆体且其上端设有阀杆接头并与动进液阀体连为一体，导阀杆的外环面与下动柱塞的圆形孔眼之间精密配合而构成柱面移动副，助启弹簧采用拉伸弹簧并套于导阀杆外，动进液阀体由半球体和阀锥体组合而成，且其阀锥体所在的锥面与动进液阀座的倒锥状密封面之间精密配合而构成进液阀密封环带；动进液阀罩采用长筒体且其环腔内壁依次设有阀罩凹沟和柱状罩卡环，导流罩采用半封闭式盒体且其环腔内壁依次设有锥状罩流面和柱状罩流面，导流罩的盒底部中央钻有柱状导流道且其柱状导流道的下端磨削成球状止阀面，导流罩的球状止阀面采用圆球面，且导流罩的柱状导流道四周钻有沿周向均布的罩流孔；

一旋齿除砂器；所述旋齿除砂器采用旋齿轴流除砂筒体，它包括旋齿除砂体和排液筒；旋齿除砂体采用短筒体，其外壁上铣有沿周向均布的旋齿，且旋齿法面端面的宽边朝外，排液筒由上而下依次设置排液接头、排液筒体和排液接箍，排液筒的排液筒体采用半封闭式筒体且其筒壁上钻有沿轴向等间距分层排列的筒液孔；

一涡轮扶正器；所述涡轮扶正器采用涡轮搅拌扶正体，它包括涡轮叶片、涡轮杆、扶正叶片和变径杆接箍；涡轮杆采用变径杆体，涡轮杆的上部杆体上部设有扶正叶片且其下部杆体的中下部设有涡轮叶片，涡轮杆的下部杆体顶端磨削成杆锥面；涡轮叶片和扶正叶片均沿周向均布，涡轮叶片在垂直于其叶片线的法面端面呈长条形，扶正叶片由矩形薄板和三角形薄板组合而成，变径杆接箍采用厚壁筒体。

2.根据权利要求1所述的双筒双塞双动阀式塞阀一体泵，其特征在于：所述双筒双塞双动阀式塞阀一体泵的上塞阀器置入上长泵筒同时旋齿除砂器和下塞阀器置入下长泵筒，该塞阀一体泵的上部经上长泵筒固定于油管柱的底端，且其下部由下长泵筒固定于尾管的顶端，同时上塞阀器和下塞阀器通过涡轮扶正器与抽油杆柱相连。

3.根据权利要求1或2所述的双筒双塞双动阀式塞阀一体泵，其特征在于：所述双筒体通过变径筒接箍实现涡轮扶正器的下限位，上长泵筒的轴向长度大于涡轮扶正器的轴向长度、塞阀一体泵的冲程长度及其防冲距之和，下长泵筒的轴向长度大于旋齿除砂器的轴向长度、下塞阀器的轴向长度、塞阀一体泵的冲程长度及其防冲距之和；上长泵筒的上筒腔室与抽油杆柱和油管柱间的环形空间相连通，且上长泵筒的下筒腔室与下长泵筒的环腔相连通；

所述变径筒接箍的柱状箍流道采用柱面并实现上长泵筒和下长泵筒环腔的变径，由此上长泵筒和下长泵筒组成的双长泵筒分别与上动柱塞体和下动柱塞体组成的双动柱塞相配合；稠油井由采油作业转为注热作业时，只需通过抽油杆柱上提上塞阀器和下塞阀器，并使下动柱塞体进入上长泵筒的环腔同时上动柱塞体进入油管柱的管腔；而稠油井由注热作业转为采油作业时，只需通过抽油杆柱下放上塞阀器和下塞阀器，并使下动柱塞体重新进入下长泵筒的环腔同时上动柱塞体重新进入上长泵筒的环腔，从而实施稠油井的注采一体作业。

4.根据权利要求1所述的双筒双塞双动阀式塞阀一体泵，其特征在于：所述上动柱塞中动柱塞的轴向长度小于动排液阀罩的轴向长度，上动柱塞的上柱状塞流道采用柱面且其上柱状塞流道的直径等于动排液阀罩的内径，同时上动柱塞的锥状密封面采用圆锥面；

所述双筒双塞双动阀式塞阀一体泵的上冲程中，上动柱塞体随涡轮扶正器朝上滑动，且动排液阀关闭，上动柱塞受上长泵筒的上筒腔室内液柱压力作用而受压，并压缩弹性套环而产生弹性径向变形，以此实时减小上动柱塞体和上长泵筒的环空间隙。

5.根据权利要求1所述的双筒双塞双动阀式塞阀一体泵，其特征在于：所述排液阀密封环带的宽度大于动排液阀体高度的二分之一；

所述动排液阀中动排液阀罩的外环面与上动柱塞的环腔内壁之间构成环形空间，且动排液阀罩上的各层排液孔沿周向均布，各排液孔采用圆形孔眼，产液经由排液孔射入动排液阀罩与上动柱塞的环形空间再排入上长泵筒的上筒腔室。

6.根据权利要求1所述的双筒双塞双动阀式塞阀一体泵，其特征在于：所述下动柱塞体的外环面与下长泵筒的环腔内壁间精密配合，同时上动柱塞体的外环面与上长泵筒的环腔内壁间精密配合而构成双重柱面移动副，实现塞阀一体泵中双动柱塞和双长泵筒的自行扶正；

所述下动柱塞的下柱状塞流道采用柱面且其锥状塞流道采用圆锥面，下动柱塞的塞流孔采用柱面，产液依次经下动柱塞的锥状塞流道和下柱状塞流道并由各塞流孔送入动进液阀；

所述下动柱塞体的减磨环与下动柱塞的窄环形凹沟之间采用镶嵌的方式进行配合，减磨环的外径大于下动柱塞的外环面直径。

7.根据权利要求1所述的双筒双塞双动阀式塞阀一体泵，其特征在于：所述动进液阀中动进液阀座的倒锥状密封面采用倒圆锥面，且动进液阀座的变截面座流道采用阶梯回转面；助启弹簧的弹力等于动进液阀体重力和导阀杆重力的合力，助启弹簧的上端和下端分别通过动进液阀体的阀锥体下端面和下动柱塞的筒顶端面进行定位；

所述动进液阀体的阀锥体所在锥面的大端圆面直径等于其半球体的球径，且进液阀密封环带的宽度大于动进液阀体的阀锥体锥高的三分之一。

8.根据权利要求1所述的双筒双塞双动阀式塞阀一体泵，其特征在于：所述动进液阀罩的外环面与下长泵筒的环腔内壁之间采用间隙配合，动进液阀罩的柱状罩卡环内配置动进液阀座，动进液阀罩的阀罩凹沟由两个圆锥面和一个柱面组合而成，动进液阀罩中阀罩凹沟的两个圆锥面的小端圆面直径均大于动进液阀体半球体的球径；

所述导流罩的锥状罩流面采用圆锥面且其锥状罩流面所在圆锥面的大端圆面直径等于柱状罩流面所在柱面的直径，导流罩的球状止阀面所在圆球面的球径等于动进液阀体半球体的球径，并实现动进液阀体的上限位；导流罩的罩流孔采用柱面，产液依次经动进液阀座的变截面座流道和倒锥状密封面、动进液阀罩的阀罩凹沟和动进液阀体间的变截面流道以及导流罩的柱状导流道和各罩流孔并由导流罩的柱状罩流面和锥状罩流面流入排液筒。

9.根据权利要求1所述的双筒双塞双动阀式塞阀一体泵，其特征在于：所述旋齿除砂器依据旋齿除砂体及时刮除并排出上长泵筒内沉积的砂粒，旋齿除砂体上的旋齿的齿线为沿旋齿除砂体外环面展开的螺旋线，旋齿在垂直于其齿线的法面端面呈等腰梯形，旋齿除砂体的筒体以及旋齿的上下两端均磨削成锥度相等的圆锥面，同时旋齿的齿顶面位于同一柱面，且旋齿齿顶面所在的柱面与下长泵筒的环腔内壁之间采用间隙配合，由此旋齿除砂体的旋齿可以及时刮除上长泵筒下筒腔室内沉积的砂粒；

所述排液筒的排液接头将旋齿除砂器和涡轮扶正器连成一体，排液筒的排液接箍外环面直径小于下长泵筒的内径，并实现旋齿除砂体的下限位；排液筒中排液筒体的环腔内壁直径等于导流罩的锥状罩流面所在圆锥面的小端圆面直径，同时排液筒体的外环面与旋齿除砂体的环腔内壁之间精密配合而构成柱面移动副；排液筒体上的各层筒液孔沿周向均布，各筒液孔采用圆形孔眼，由此产液经排液筒的环腔并由各筒液孔排入上长泵筒的下筒腔室。

10.根据权利要求1所述的双筒双塞双动阀式塞阀一体泵，其特征在于：所述涡轮扶正器依据涡轮叶片的涡流导砂作用顺利排出双筒体内的砂粒，涡轮杆的下部杆体杆径大于其上部杆体的杆径，且涡轮杆的杆锥面所在的锥面与动排液阀体的排液阀锥面所在锥面位于同一圆锥面上，以便于将经由动排液阀体的产液顺利导入动排液阀罩内；

所述涡轮叶片的叶片线为沿涡轮杆下部杆体外环面展开的螺旋线，涡轮叶片的叶片顶面位于同一柱面，且涡轮叶片的叶片顶面所在柱面的直径小于上长泵筒的内径同时大于旋齿除砂体的环腔内壁直径，实现旋齿除砂体的上限位，由此涡轮叶片搅拌上长泵筒下筒腔室内的产液并形成涡流，而后依据涡流导砂作用产液携砂粒顺利排出；

所述扶正叶片中矩形薄板的叶片顶面位于同一柱面，且扶正叶片的叶片顶面所在的柱面与动排液阀罩的环腔内壁之间精密配合而构成移动副，由此实现涡轮扶正器和上塞阀器的自行扶正；扶正叶片中三角形薄板的叶片侧面位于同一倒圆锥面，且扶正叶片的叶片侧面所在倒圆锥面的锥度等于动排液阀罩排液孔的倾斜角。

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