CN109812407B - 一种自动变排量举升装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动变排量举升装置，包括泵筒、基本柱塞，还包括外套柱塞，所述外套柱塞套装在基本柱塞外部，所述外套柱塞至少设置一级，即套在基本柱塞外部的外套柱塞视为第一级外套柱塞，套在第一级外套柱塞外部的外套柱塞为第二级外套柱塞，以此类推；所述基本柱塞与第一级外套柱塞之间设置第一级卡环，所述泵筒与最后一级外套柱塞之间设置最后一级卡环，各级外套柱塞之间也设置相应的中间级卡环。本发明举升装置排量随油井供液情况自动调整，无需人工干预；采用同心嵌套式结构，工作主体长度与常规抽油泵相近，运输、安装便捷。

Description

一种自动变排量举升装置

技术领域

本发明涉及油气田开发机械采油技术领域，具体地说是一种自动变排量举升装置。

背景技术

在油田生产过程中，有的油井存在开抽初期产液量高，随着生产进行产液量逐渐降低的情况，如蒸汽吞吐后转抽的稠油井、压裂或酸化措施后需要大排量返排但生产时产量较低的油井等。这类井在转抽初期需要快速排液，需求大排量的举升装置进行生产，而在开井中后期产液量下降，转而需求较小排量的举升装置来优化生产效率。普通抽油泵适应不了这种变化要求。

现有变排量举升装置改变排量时均需要人工干预，或调整抽油杆长度，或提放光杆，实施便利性欠佳。

经过检索，没有发现类似本申请的变量举升泵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动变排量举升装置，举升装置排量随油井供液情况自动调整，无需人工干预；采用同心嵌套式结构，工作主体长度与常规抽油泵相近，运输、安装便捷。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种自动变排量举升装置，包括泵筒、基本柱塞，还包括外套柱塞，所述外套柱塞套装在基本柱塞外部，所述外套柱塞至少设置一级，即套在基本柱塞外部的外套柱塞视为第一级外套柱塞，套在第一级外套柱塞外部的外套柱塞为第二级外套柱塞，以此类推；所述基本柱塞与第一级外套柱塞之间设置第一级卡环，所述泵筒与最后一级外套柱塞之间设置最后一级卡环，各级外套柱塞之间也设置相应的中间级卡环。

所述基本柱塞上端圆周外壁开设第一外卡环槽，所述第一级外套柱塞上端内壁开设第一内卡环槽，所述第一级卡环内侧被第一外卡环槽卡住，第一级卡环外侧被第一内卡环槽卡住。

所述第一内卡环槽把自身的上槽面和下槽面均设计为锥形面，其中第一级卡环外侧形状与第一内卡环槽相适应。

所述最后一级外套柱塞上端圆周外壁开设最后外卡环槽，所述泵筒内壁开设最后内卡环槽，所述最后一级卡环内侧被最后外卡环槽卡住，最后一级卡环外侧被最后内卡环槽卡住。

所述最后内卡环槽把自身的上槽面和下槽面均设计为锥形面，其中最后一级卡环外侧形状与最后内卡环槽相适应。

所述泵筒内壁开设限制外套柱塞继续上行的释放台阶，同时也开设限制外套柱塞继续下行的限位台阶。

所述泵筒内壁开设限制基本柱塞继续下行的限位台阶。

所述泵筒底端口设置进液阀，所述基本柱塞底端口设置排液阀。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

该装置采用不同规格柱塞同心嵌套的方式，柱塞间设置可在某大小轴向力作用下脱开的柱塞连接装置，依靠柱塞上下液体压力差使柱塞连接装置自动断开连接，实现柱塞规格的变更，进而自动改变举升装置的排量。

该多层嵌套柱塞结构是这样的：外侧柱塞同时是内侧柱塞的泵筒，即内层柱塞的外表面与紧邻的外层柱塞的内表面形成密封副，最内层柱塞与常规柱塞类似，最外层柱塞外部设置常规泵筒。

相邻两层柱塞间设置连接装置，该装置将多层柱塞紧固在一起使其同时运动，形成一个较大的柱塞在最外层泵筒内运动；当靠外层的柱塞受到一定大小的向下的轴向力作用时，柱塞连接装置会断开连接，使相邻的两层柱塞脱开，外侧柱塞下落与最外层泵筒结合，内侧柱塞在外侧柱塞内相对运动，整个装置的运行柱塞和对应泵筒规格变小，排量发生变化；靠外层的柱塞连接装置的脱开力小于靠内层的脱开力。由于油套环空动液面的存在，柱塞上行程时其上部和下部会形成液体压力差，该压力差作用在多层柱塞的环截面上产生向下作用力，当最外层柱塞上作用力达到其与内侧柱塞间连接装置的脱开力后，最外层柱塞从整个嵌套柱塞上脱离，举升装置的排量相应减小一个等级；随着动液面不断降低，嵌套柱塞会逐层由外向内脱离，使举升装置的排量不断减小。由于该脱离过程是由动液面变化引起的，不需人工主动干预，因此实现了随油井供液情况而自动调节举升装置排量的效果。

此外，如果需要人工进行排量调整，可在该装置上方安装释放台阶，通过上提光杆，褪去外层柱塞，使装置排量变小。

附图说明

图1为本发明一种自动变排量举升装置的结构示意图；

图2为本发明大排量运行状态示意图；

图3为本发明小排量运行状态示意图；

图4为本发明人工变排量操作运行状态示意图。

图中：柱塞1、柱塞2、泵筒3、卡环4、排液阀5、进液阀6、释放台阶7、卡环8、抽油杆9。

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，然而附图仅为参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

一种自动变排量举升装置，包括泵筒、基本柱塞，还包括外套柱塞，所述外套柱塞套装在基本柱塞外部，所述外套柱塞至少设置一级，即套在基本柱塞外部的外套柱塞视为第一级外套柱塞，套在第一级外套柱塞外部的外套柱塞为第二级外套柱塞，以此类推；所述基本柱塞与第一级外套柱塞之间设置第一级卡环，所述泵筒与最后一级外套柱塞之间设置最后一级卡环，各级外套柱塞之间也设置相应的中间级卡环。所述泵筒内壁开设限制外套柱塞继续上行的释放台阶，同时也开设限制外套柱塞继续下行的限位台阶。所述泵筒内壁开设限制基本柱塞继续下行的限位台阶。所述泵筒底端口设置进液阀，所述基本柱塞底端口设置排液阀。

所述基本柱塞上端圆周外壁开设第一外卡环槽，所述第一级外套柱塞上端内壁开设第一内卡环槽，所述第一级卡环内侧被第一外卡环槽卡住，第一级卡环外侧被第一内卡环槽卡住。所述第一内卡环槽把自身的上槽面和下槽面均设计为锥形面，其中第一级卡环外侧形状与第一内卡环槽相适应。

所述最后一级外套柱塞上端圆周外壁开设最后外卡环槽，所述泵筒内壁开设最后内卡环槽，所述最后一级卡环内侧被最后外卡环槽卡住，最后一级卡环外侧被最后内卡环槽卡住。所述最后内卡环槽把自身的上槽面和下槽面均设计为锥形面，其中最后一级卡环外侧形状与最后内卡环槽相适应。

根据图1至图4，柱塞1为最内层柱塞，其外表面包含一段密封面，下端安装排液阀5，上部外侧安装用于连接外侧柱塞的卡环4。用于拖动柱塞运动的抽油杆安装于最内层柱塞上。

柱塞2为柱塞1的外侧柱塞，其内、外表面均包含一段密封面，内密封面与柱塞1配合形成密封副，外密封面与泵筒3的内表面形成密封副；柱塞2上部内侧设置卡环挂接槽，外侧设置卡环8。在本实施例中，柱塞2是最外层柱塞，当其从柱塞1上脱下后，下落进入泵筒3内，卡环8将其固定在泵筒3内避免其上下窜动。之后，柱塞2充当柱塞1的泵筒，整个装置的排量变小。

泵筒3内表面包含一段密封面，其下部安装进液阀6，上部内侧设有卡环挂接槽。在本实施例中，其上部通过一段空心连管连接释放台阶7。释放台阶7可在柱塞1和柱塞2的组合体上行至此后，挡住柱塞2；当抽油杆继续上行，则柱塞1上的卡环4从柱塞2上的卡环挂接槽内脱出，柱塞1与柱塞2分离；之后柱塞2下落进入泵筒3底部，其上卡环8进入泵筒3上部内侧的卡环挂接槽内，将柱塞2进行固定。

卡环4和8是柱塞连接装置的主体，其与挂接槽配合，实现相邻两层柱塞之间、最外层柱塞与泵筒之间的连接。其设计成易接难脱的运作方式，即卡环进入挂接槽时所需力量小，而脱出时所需力大；另外，卡环脱出所需力根据其所处位置，由外层向内层，脱出力逐渐增大。

安装：泵筒3、释放台阶7随油管安装至油井内预定位置。外径大于泵上油管内径的各层柱塞提前预置在泵筒内随油管下入，在本实施例中为柱塞2。外径小于泵上油管内径的各层柱塞随抽油杆下入井内，在本实施例中为柱塞1。柱塞1进入泵筒3后，继续下放抽油杆至碰泵，此时卡环4进入柱塞2上部内侧的挂接槽内，柱塞1与柱塞2连接成一体。之后上提防冲距，使柱塞位于行程的下死点，装置安装完毕，可进入工作状态。

自动变排量：若此时油套环空液面较浅，上行程时柱塞2上下侧液体压力差不足以使卡环4从挂接槽内脱出，则上提抽油杆时柱塞1与柱塞2同时上行，整个装置运行在较大排量状态，如图2所示。若环空液面较深，上行程时柱塞2上下侧液体压力差较大，使卡环4从挂接槽内脱出，则整个装置运行在较小排量状态，如图3所示。

人工变排量：当装置运行在大排量状态，需要人工调整排量时，则从井口上提光杆；当上提高度超过原运行冲程后，柱塞2上行至释放台阶7处并被其挡住，如图4所示；继续上提光杆则柱塞2从柱塞1上脱下落入泵筒3底部，整个装置进入小排量状态运行，如图3所示。

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，其他运用本发明专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。

Claims (8)

1.一种自动变排量举升装置，包括泵筒、基本柱塞，其特征在于，还包括外套柱塞，所述外套柱塞套装在基本柱塞外部，所述外套柱塞至少设置一级，即套在基本柱塞外部的外套柱塞视为第一级外套柱塞，套在第一级外套柱塞外部的外套柱塞为第二级外套柱塞，以此类推；所述基本柱塞与第一级外套柱塞之间设置第一级卡环，所述泵筒与最后一级外套柱塞之间设置最后一级卡环，各级外套柱塞之间也设置相应的中间级卡环，内层柱塞的外表面与紧邻的外层柱塞的内表面形成密封副。

2.根据权利要求1所述的一种自动变排量举升装置，其特征在于，所述基本柱塞上端圆周外壁开设第一外卡环槽，所述第一级外套柱塞上端内壁开设第一内卡环槽，所述第一级卡环内侧被第一外卡环槽卡住，第一级卡环外侧被第一内卡环槽卡住。

3.根据权利要求2所述的一种自动变排量举升装置，其特征在于，所述第一内卡环槽把自身的上槽面和下槽面均设计为锥形面，其中第一级卡环外侧形状与第一内卡环槽相适应。

4.根据权利要求1所述的一种自动变排量举升装置，其特征在于，所述最后一级外套柱塞上端圆周外壁开设最后外卡环槽，所述泵筒内壁开设最后内卡环槽，所述最后一级卡环内侧被最后外卡环槽卡住，最后一级卡环外侧被最后内卡环槽卡住。

5.根据权利要求4所述的一种自动变排量举升装置，其特征在于，所述最后内卡环槽把自身的上槽面和下槽面均设计为锥形面，其中最后一级卡环外侧形状与最后内卡环槽相适应。

6.根据权利要求1或2或4所述的一种自动变排量举升装置，其特征在于，所述泵筒内壁开设限制外套柱塞继续上行的释放台阶，同时也开设限制外套柱塞继续下行的限位台阶。

7.根据权利要求1或2或4所述的一种自动变排量举升装置，其特征在于，所述泵筒内壁开设限制基本柱塞继续下行的限位台阶。

8.根据权利要求1或2或4所述的一种自动变排量举升装置，其特征在于，所述泵筒底端口设置进液阀，所述基本柱塞底端口设置排液阀。

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