CN109653710A - 一种液力驱动往复泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液力驱动往复泵，包括柱塞总成、泵筒和外管；所述泵筒设置于外管内，所述泵筒包括空心杆、双通接头和泵筒体，在泵筒体上设置侧孔；空心杆通过双通接头的第一流道与侧孔相连通；在侧孔下方的泵筒体外设置限位短节，用以在外管内于轴向上限位固定；在限位短节与侧孔之间设置用于密封泵筒体和外管之间的环形腔的密封件。本发明所述的一种液力驱动往复泵，能够解决杆管偏磨问题，同时还能够在后期产气量上升产水量下降后实现向自产气携液举升的转换，充分利用地层能量实现速度管携液自喷，降低能耗，降低生产运行成本，提高煤层气井生产的经济效益的目的。

Description

一种液力驱动往复泵

技术领域

本发明属于开采石油天然气领域，尤其是涉及一种液力驱动往复泵。

背景技术

煤层气又称煤层甲烷气，煤炭工业称之为煤层瓦斯，是在成煤过程中形成并赋存在煤层中的一种非常规的天然气。这种天然气大部分(70％-90％)以吸附状态赋存在煤岩基质中，少量成游离状态存在于煤的割理和其它孔隙、裂隙中，还有少许溶解在煤层水中。煤的吸附性导致煤层气成藏机制和开发技术与常规天然气截然不同。

在现有技术中，煤层气的产出通常采用抽油机有杆泵通过抽排煤储层中的承压水，使得煤层压力降至煤的解吸压力以下，吸附态的甲烷解吸为大量游离态甲烷，并通过扩散和渗流两种不同的机制运移到井筒。使用现有技术采集煤层气通常可分为三个阶段：第一阶段是单相流阶段，排采初期未达到煤层临界解吸压力之前，只有水产出；当储层压力进一步下降，压力达到临界解吸压力时，有吸附气解吸形成气泡，但尚未流动，为第二阶段；第三阶段是气水两相流阶段，随着储层压力进一步下降，含气饱和度超过临界流动饱和度，形成气水两相流；此后，气的相对渗透率逐渐上升，产气量快速上升，形成第一个产气高峰，产水量下降。

煤层气井产出分三个阶段

阶段1：早期排水降压阶段，主要产水，随着压力降至临界解吸压力以下，气体解析，并从井口产出。

阶段2：中期稳定生产阶段，随着排水的继续，产气量逐渐上升并趋于稳定，出现高峰产气，产水量逐渐下降。

阶段3：后期气产量下降阶段，当大量气体已经采出，煤基质中解析气逐渐减少，产气量下降，产出微量水。

目前煤层气井排采工艺存在的主要问题：

煤层气井多为丛式大斜度井，造斜点浅，主体采用抽油机有杆泵工艺排采，杆管偏磨问题较为突出。

煤层气井产水量低，产气量低，现有排采工艺难以适应三个阶段排采，效率低，能耗高，经济效益差。

因此，煤层气井生产迫切需要一种液力驱动往复泵，能够解决杆管偏磨问题，同时还能够在后期产气量上升产水量下降后实现向自产气携液举升的转换，充分利用地层能量实现速度管携液自喷，降低能耗，降低生产运行成本，提高煤层气井生产的经济效益。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种液力驱动往复泵，能够解决杆管偏磨问题，同时还能够在后期产气量上升产水量下降后实现向自产气携液举升的转换，充分利用地层能量实现速度管携液自喷，降低能耗，降低生产运行成本，提高煤层气井生产的经济效益的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种液力驱动往复泵，包括柱塞总成、泵筒和外管；

所述泵筒设置于外管内，所述泵筒包括空心杆、双通接头和泵筒体，

在泵筒体上设置侧孔；空心杆通过双通接头的第一流道与侧孔相连通；在侧孔下方的泵筒体外设置限位短节，用以在外管内于轴向上限位固定；在限位短节与侧孔之间的泵筒体外设置用于密封泵筒体和外管之间的环形腔的密封件；

在泵筒体内设置柱塞总成；所述柱塞总成设置为变径式，柱塞总成的上部直径大于柱塞总成的下部直径；柱塞总成的中心孔道与双通接头的第二流道相联通。

进一步，所述密封件包括匹配的支撑皮碗芯轴、支撑皮碗、皮碗座和皮碗压帽；所述支撑皮碗芯轴与泵筒体螺接，所述支撑皮碗与皮碗座依次套在支撑皮碗芯轴外，并由皮碗压帽压紧固定。

进一步，在双通接头上端设置密封筒，所述密封筒与双通接头螺纹连接，在密封筒与外管之间设置密封环。

进一步，在外管底端设置密封阀，所述密封阀包括密封阀体，所述密封阀体与外管螺纹连接，在密封阀体内滑动设置密封阀芯，所述密封阀芯外套置弹簧；在密封阀芯下端设置固定挡环，所述固定挡环上设置与密封阀芯相匹配的密封头。

进一步，在柱塞总成的上端和下端分别设置单向的上柱塞阀和下柱塞阀；在柱塞总成的底部的泵筒体上设置单向的泵筒阀。

进一步，柱塞总成包括由上到下依次螺纹连接的活塞、柱塞接头和柱塞，所述柱塞接头的直径大于柱塞的直径；在活塞上端设置上柱塞阀，在柱塞下端设置下柱塞阀；所述上柱塞阀包括上游动阀罩、上连接支座，在上连接支座和上游动阀罩之间设置上阀座和上阀球；所述下柱塞阀包括下游动阀罩和支座管塞，在下游动阀罩和支座管塞之间设置下阀座和下阀球。

进一步，所述泵筒体由上到下依次包括液缸、支撑皮碗芯轴、限位接头、下泵筒体；所述液缸通过连接头与双通接头连接；所述液缸与支撑皮碗芯轴通过液缸下接头连接；所述侧孔设置于液缸下接头上；所述下泵筒体通过泵筒体固定阀接头与泵筒阀的固定阀罩相连。

进一步，所述泵筒阀还包括固定阀支座，在固定阀支座和固定阀罩内设置固定阀座和泵筒阀球。

进一步，所述外管由上到下依次包括上接头、调节头、第一外管体、定位短节和第二外管体；所述上接头和调节头之间限位固定密封环；所述调节头和第一外管体之间通过第一接箍相连，所述定位短节与限位接头匹配，所述定位短节的上下端分别通过第二接箍、第三接箍和第一外管体、第二外管体相连；所述第二外管体通过变扣接头与密封阀体相连；所述密封阀体下端设置下接头。

相对于现有技术，本发明所述的一种液力驱动往复泵具有以下优势：

通过液力驱动，解决杆管偏磨问题，并且，通过限位短节和定位短节对其泵筒和外管进行限位设置，在外力的作用下，泵筒可相对外管上移，实现在后期产气量上升产水量下降后实现向自产气携液举升的转换，充分利用底层能量实现速度管携液自喷，降低能耗，降低生产运行成本，提高煤层气井生产的经济效益。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种液力驱动往复泵第一段局部的剖面示意图；

图2为本发明实施例所述的一种液力驱动往复泵第二段局部的剖面示意图；

图3为本发明实施例所述的一种液力驱动往复泵第三段局部的剖面示意图；

图4为本发明实施例所述的双通接头剖面示意图；

图5为图4中双通接头A-A剖面示意图；

图6为本发明实施例所述的固定挡环的俯视示意图。

附图标记说明：

1-空心杆接头；2-空心杆；3-上接头；4-密封筒；5-密封环；6-调节头；7-第一接箍；8-双通接头；9-连接头；10-第一外管体；11-液缸；12-上游动阀罩；13-上阀球；14-上阀座；15-上连接支座；16-活塞；17-柱塞接头；18-柱塞；19-液缸下接头；20-侧孔；21-第二接箍；22-支撑皮碗芯轴；23-支撑皮碗；24-皮碗座；25-皮碗压帽；26-定位短节；27-限位接头；28-第三接箍；29-泵筒体；30-第二外管体；31-游动阀下接头；32-下游动阀罩；33-下阀球；34-下阀座；35-支座管塞；36-泵筒体固定阀连接头；37-固定阀罩；38-泵筒阀球；39-固定阀座；40固定阀支座；41-变扣接头；42-上密封圈；43-密封阀体；44-密封阀芯；45-弹簧；46-下密封圈；47-密封头；48-固定挡环；49-挡环；50-下接头。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

如图1-6，一种液力驱动往复泵，包括柱塞总成、泵筒和外管；

所述泵筒设置于外管内，所述泵筒包括空心杆2、双通接头8和泵筒体，

在泵筒体上设置侧孔20；空心杆2通过双通接头8的第一流道与侧孔20相连通；在侧孔20下方的泵筒体上设置限位短节27，用以在外管内于轴向上限位固定；在限位短节27与侧孔20之间的泵筒体外设置用于密封泵筒体和外管之间的环形腔的密封件；

在泵筒体内设置柱塞总成；所述柱塞总成设置为变径式，柱塞总成的上部直径大于柱塞总成的下部直径；柱塞总成的中心孔道与双通接头8的第二流道相联通。

柱塞总成包括由上到下依次螺纹连接的活塞16、柱塞接头17和柱塞18，所述柱塞接头17的直径大于柱塞18的直径；在活塞16上端设置上柱塞阀，在柱塞18下端设置下柱塞阀；所述上柱塞阀包括上游动阀罩12、上连接支座15，在上连接支座15和上游动阀罩12之间设置上阀座14和上阀球13；所述下柱塞阀包括下游动阀罩32和支座管塞35，在下游动阀罩32和支座管塞35之间设置下阀座39和下阀球38；所述柱塞18通过游动阀下接头31与下游动阀罩32相连。

所述泵筒体由上到下依次包括液缸11、支撑皮碗芯轴22、限位接头27、下泵筒体29；所述液缸11通过连接头9与双通接头8连接；所述液缸11与支撑皮碗芯轴22通过液缸下接头19连接；所述侧孔20设置于液缸下接头19上；所述下泵筒体29通过泵筒体固定阀接头36与泵筒阀的固定阀罩37相连。

所述泵筒阀还包括固定阀支座40，在固定阀支座40和固定阀罩37内设置固定阀座39和泵筒阀球38。

在空心杆2上端螺接空心杆接头1。

所述外管由上到下依次包括上接头3、调节头6、第一外管体10、定位短节26和第二外管体30；所述上接头3和调节头6之间限位固定密封环5；所述调节头6和第一外管体10之间通过第一接箍7相连，所述定位短节26与限位接头27匹配，所述定位短节26的上下端分别通过第二接箍21、第三接箍28和第一外管体10、第二外管体30相连；所述第二外管体30通过变扣接头41与密封阀体43相连；所述密封阀体43下端设置下接头50。

通过液力驱动，解决杆管偏磨问题，并且，通过限位接头27和定位短节26对其泵筒和外管进行限位设置，在外力的作用下，泵筒可相对外管上移，实现在后期产气量上升产水量下降后实现向自产气携液举升的转换，充分利用底层能量实现速度管携液自喷，降低能耗，降低生产运行成本，提高煤层气井生产的经济效益。

实施例2

在实施例1的基础上，所述密封件包括匹配的支撑皮碗芯轴22、支撑皮碗23、皮碗座24和皮碗压帽25；所述支撑皮碗芯轴22与泵筒体螺接，所述支撑皮碗23与皮碗座24依次套在支撑皮碗芯轴22外，并由皮碗压帽25压紧固定。

在双通接头8上端设置密封筒4，所述密封筒4与双通接头8螺纹连接，在密封筒4与外管之间设置密封环5。

一方面，在生产过程中，1、密封件以及密封筒4在轴向上对泵筒进行固定；2、对驱动液通道与产液通道进行密封；

另一方面，3、泵筒与外管之间可上下移动，在产气量上升时，上提泵筒，实现气携水从驱动液通道流通，实现速度管自喷。

实施例3

在实施例2的基础上，在外管底端设置密封阀，所述密封阀包括密封阀体43，所述密封阀体43与外管螺纹连接，在密封阀体43内滑动设置密封阀芯44，所述密封阀芯44外套置弹簧45；在密封阀芯44下端设置固定挡环48，所述固定挡环48上设置与密封阀芯44相匹配的密封头47。

在密封头47的下端设置挡环49，用以进行限位。在密封阀体43的下端螺纹连接设置下接头50；在密封阀芯44的上下端分别设置上密封圈46和下密封圈46。

在外管底端设置密封阀，实现当需要检泵作业时，密封阀芯44与密封头47接触密封，往复泵内液体不会大量回注到地层，避免压死底层煤气层。

一种液力驱动往复泵具体使用步骤如下：

(1)下井：将外管连接完毕下入预定井深，将柱塞总成安装完毕后装入泵筒内，由空心杆2下入外管内，密封环5与密封筒4插入密封，支撑皮碗23、皮碗座24与定位短节26接触密封。

(2)生产：在正常生产过程中，液力驱动往复泵的动力液经空心杆2、双通接头8的第二流道、侧孔20推动柱塞总成向上运动完成上冲程，产液经柱塞总成内壁、双通接头8的第一流道、空心杆2与外管环空举升至地面；下冲程时，动力液停止，柱塞总成在井口回压作用下向下运动完成下冲程。

(3)洗井：柱塞总成顶至液缸11最上端时，柱塞18总成底端从泵筒29内脱出，动力液通道与产出液通道打通，能够冲洗煤粉，防止煤粉堵柱塞总成的上柱塞阀和下柱塞阀，同时解决液力驱动往复泵气锁问题。

(4)自喷：随着产气量的上升，产水量的下降，达到自喷产气量时，上提液力驱动往复泵0.5m，密封环5与密封筒4脱出，支撑皮碗23、皮碗座24与定位短节26脱开，气携水走空心杆2，实现速度管自喷。

(5)检泵：当需要检泵作业时，上提液力驱动往复泵，密封环5与密封筒4脱出，支撑皮碗23、皮碗座24与定位短节26脱开，密封阀芯44在外管10内液柱作用下向下移动与密封头47接触密封，外管内液体不会大量回注到地层，避免压死地层煤层气。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明围之内。

Claims (9)

1.一种液力驱动往复泵，其特征在于：包括柱塞总成、泵筒和外管；

所述泵筒设置于外管内，所述泵筒包括空心杆(2)、双通接头(8)和泵筒体，

在泵筒体上设置侧孔(20)；空心杆(2)通过双通接头(8)的第一流道与侧孔(20)相连通；在侧孔(20)下方的泵筒体上设置限位短节(27)，用以在外管内于轴向上限位固定；在限位短节(27)与侧孔(20)之间的泵筒体外设置用于密封泵筒体和外管之间的环形腔的密封件；

在泵筒体内设置柱塞总成；所述柱塞总成设置为变径式，柱塞总成的上部的直径大于柱塞总成的下部的直径；柱塞总成的中心孔道与双通接头(8)的第二流道相联通。

2.根据权利要求1所述的一种液力驱动往复泵，其特征在于：所述密封件包括匹配的支撑皮碗芯轴(22)、支撑皮碗(23)、皮碗座(24)和皮碗压帽(25)；所述支撑皮碗芯轴(22)与泵筒体螺接，所述支撑皮碗(23)与皮碗座(24)依次套在支撑皮碗芯轴(22)外，并由皮碗压帽(25)压紧固定。

3.根据权利要求2所述的一种液力驱动往复泵，其特征在于：在双通接头(8)上端设置密封筒(4)，所述密封筒(4)与双通接头(8)螺纹连接，在密封筒(4)与外管(10)之间设置密封环(5)。

4.根据权利要求1所述的一种液力驱动往复泵，其特征在于：在外管底端设置密封阀，所述密封阀包括密封阀体(43)，所述密封阀体(43)与外管螺纹连接，在密封阀体(43)内滑动设置密封阀芯(44)，所述密封阀芯(44)外套置弹簧(45)；在密封阀芯(44)下端设置固定挡环(48)，所述固定挡环(48)上设置与密封阀芯(44)相匹配的密封头(47)。

5.根据权利要求3所述的一种液力驱动往复泵，其特征在于：在柱塞总成的上端和下端分别设置单向的上柱塞阀和下柱塞阀；在柱塞总成的底部的泵筒体上设置单向的泵筒阀。

6.根据权利要求5所述的一种液力驱动往复泵，其特征在于：柱塞总成包括由上到下依次螺纹连接的活塞(16)、柱塞接头(17)和柱塞(18)，所述柱塞接头(17)的直径大于柱塞(18)的直径；在活塞(16)上端设置上柱塞阀，在柱塞(18)下端设置下柱塞阀；所述上柱塞阀包括上游动阀罩(12)、上连接支座(15)，在上连接支座(15)和上游动阀罩(12)之间设置上阀座(14)和上阀球(13)；所述下柱塞阀包括下游动阀罩(32)和支座管塞(35)，在下游动阀罩(32)和支座管塞(35)之间设置下阀座(39)和下阀球(38)。

7.根据权利要求6所述的一种液力驱动往复泵，其特征在于：所述泵筒体由上到下依次包括液缸(11)、支撑皮碗芯轴(22)、限位接头(27)、下泵筒体(29)；所述液缸(11)通过连接头(9)与双通接头(8)连接；所述液缸(11)与支撑皮碗芯轴(22)通过液缸下接头(19)连接；所述侧孔(20)设置于液缸下接头(19)上；所述下泵筒体(29)通过泵筒体固定阀接头(36)与泵筒阀的固定阀罩(37)相连。

8.根据权利要求7所述的一种液力驱动往复泵，其特征在于：所述泵筒阀还包括固定阀支座(40)，在固定阀支座(40)和固定阀罩(37)内设置固定阀座(39)和泵筒阀球(38)。

9.根据权利要求7所述的一种液力驱动往复泵，其特征在于：所述外管由上到下依次包括上接头(3)、调节头(6)、第一外管体(10)、定位短节(26)和第二外管体(30)；所述上接头(3)和调节头(6)之间限位固定密封环(5)；所述调节头(6)和第一外管体(10)之间通过第一接箍(7)相连，所述定位短节(26)与限位接头(27)匹配，所述定位短节(26)的上下端分别通过第二接箍(21)、第三接箍(28)和第一外管体(10)、第二外管体(30)相连；所述第二外管体(30)通过变扣接头(41)与密封阀体(43)相连；所述密封阀体(43)下端设置下接头(50)。