CN110657090B - 一种举升装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种举升装置，属于石油开采领域。该举升装置包括：抽油管、固定凡尔，以及通过抽油管自上而下顺次连接的上游动凡尔、换向机构、下游动凡尔。其中，上游动凡尔可移动地密封设置在泵筒内；下游动凡尔可移动地设置在泵筒内；固定凡尔位于下游动凡尔下方的泵筒内；换向机构通过芯轴固定在泵筒内，用于使上游动凡尔和下游动凡尔向相反的方向运动。本发明实施例提供的举升装置无论在上冲程还是在下过程都能够举升原油，即都能够作功，避免造成能量上的浪费。

Description

一种举升装置及方法

技术领域

本发明涉及石油开采领域，特别涉及一种举升装置及方法。

背景技术

目前，油田采油生产主要靠机械采油工艺将油层内的原油抽汲至地面，特别地，有杆泵采油基于使用可靠，运行稳定等特点在油田开发中得到了广泛应用，其主要设备包括：抽油机、抽油管、泵筒、与泵筒下端连接并导通的抽油泵，其中，抽油泵包括：工作筒、柱塞、游动凡尔和固定凡尔，固定凡尔设置在工作筒的下端，柱塞设置在固定凡尔上方的泵筒内，游动凡尔的上下两端分别与抽油管和柱塞连接。在采油作业的上冲程中，抽油机带动抽油管上行，进而带动柱塞向上移动，柱塞上的游动凡尔关闭，固定凡尔开启，原油自固定凡尔进入工作筒中。随后，进行采油作业的下冲程，抽油管依靠其自身重量下行，并带动其下方的柱塞、游动凡尔下行，使游动凡尔开启，固定凡尔关闭，原油自游动凡尔排出至地面，完成一个冲次的石油举升作业。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术在石油举升作业过程中，只有上冲程在作功，下冲程只是在为下一个冲次作准备，存在能量上的浪费。

发明内容

本发明实施例提供了一种举升装置及方法，可解决上述技术问题。具体技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种举升装置，包括：抽油管和固定凡尔，

所述举升装置还包括：通过所述抽油管自上而下顺次连接的上游动凡尔、换向机构、下游动凡尔；

所述上游动凡尔可移动地密封设置在泵筒内；

所述下游动凡尔可移动地设置在所述泵筒内；

所述固定凡尔位于所述下游动凡尔下方的所述泵筒内；

所述换向机构通过芯轴固定在所述泵筒内，用于使所述上游动凡尔和所述下游动凡尔向相反的方向运动。

在一种可能的设计中，所述换向机构包括：多个自上而下顺次连接的剪刀叉；

所述剪刀叉包括上端和下端均设置有轴承孔，且通过中部设置的中心轴孔相连接的两个剪叉杆。

在一种可能的设计中，各所述剪刀叉之间以及各所述剪刀叉的两个剪叉杆之间均通过销轴相连接。

在一种可能的设计中，所述上游动凡尔包括：上凡尔球罩、上凡尔球、上凡尔球座；

所述上凡尔球座的下端设置有上柱塞，且所述上凡尔球座上设置有与所述上柱塞连通的第一通孔；

所述上凡尔球罩扣装在所述上凡尔球座上，且所述上凡尔球罩上设置有第一过液孔；

所述上凡尔球位于所述上凡尔球罩内，用于单向封堵所述第一通孔。

在一种可能的设计中，所述下游动凡尔包括：设置在下柱塞内的下凡尔球罩、下凡尔球、下凡尔球座；

所述下凡尔球座与所述下柱塞的底壁相抵，且所述下凡尔球座上设置有与所述固定凡尔连通的第二通孔；

所述下凡尔球罩扣装在所述下凡尔球座上，且所述下凡尔球罩上设置有第二过液孔；

所述下凡尔球位于所述下凡尔球罩内，用于单向封堵所述第二通孔。

在一种可能的设计中，所述固定凡尔包括：固定凡尔球罩、固定凡尔球、固定凡尔球座；

所述固定凡尔球座固定套设在所述泵筒内，且所述固定凡尔球座上设置有油流通孔；

所述固定凡尔球罩扣装在所述固定凡尔球座上，且所述固定凡尔球罩上设置有第三过液孔；

所述固定凡尔球位于所述固定凡尔球罩内，用于单向封堵所述油流通孔。

在一种可能的设计中，所述泵筒包括：自上而下顺次连接并导通的上泵筒、外管、下泵筒；

所述换向机构通过所述芯轴固定在所述外管内。

在一种可能的设计中，所述举升装置还包括：上接头，与所述上泵筒的上端连接；

下接头，与所述下泵筒的下端连接。

在一种可能的设计中，所述上游动凡尔与所述下游动凡尔在所述泵筒内的可移动距离的比例为0.8-1.5：1-3。

另一方面，本发明实施例提供了利用上述举升装置进行原油举升的方法，所述方法包括：

向上移动抽油管，进而带动上游动凡尔向上移动，下游动凡尔在换向机构的作用下向下移动，所述上游动凡尔关闭，所述下游动凡尔开启，原油经固定凡尔、所述下游动凡尔被举升至所述上游动凡尔下方的泵筒内；

向下移动所述抽油管，进而带动所述上游动凡尔向下移动，所述下游动凡尔在所述换向机构的作用下向上移动，所述上游动凡尔开启，所述下游动凡尔关闭，原油经所述固定凡尔、所述上游动凡尔被举升至地面。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的举升装置，通过设置上游动凡尔、换向机构、下游动凡尔，并使上游动凡尔可移动地密封设置在泵筒内，下游动凡尔可移动地设置在泵筒内，换向机构通过芯轴固定在泵筒内，在确保上游动凡尔和下游动凡尔能够向相反的方向运动的同时，可以保证抽油管在带动上游动凡尔和下游动凡尔上下运动时，上游动凡尔和下游动凡尔可以分别实现对原油的举升作业。可见，本发明实施例提供的举升装置无论在上冲程还是在下过程都能够举升原油，即都能够作功，避免造成能量上的浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的举升装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的举升装置在抽油管上行时，其内部的液流示意图；

图3是本发明实施例提供的举升装置在抽油管下行时，其内部的液流示意图；

图4是本发明实施例提供的下游动凡尔的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的上游动凡尔的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的固定凡尔的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的剪刀叉的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的举升装置的局部示意图。

附图标记分别表示：

1 抽油管，

2 固定凡尔，

201 固定凡尔球罩，

202 固定凡尔球，

203 固定凡尔球座，

3 上游动凡尔，

301 上凡尔球罩，

302 上凡尔球，

303 上凡尔球座，

4 换向机构，

401 剪刀叉，

4011 轴承孔，

4012 中心轴孔，

5 下游动凡尔，

501 下凡尔球罩，

502 下凡尔球，

503 下凡尔球座，

6 泵筒，

601 上泵筒，

602 外管，

603 下泵筒，

7 上柱塞，

8 下柱塞，

9 上接头，

10 下接头，

X 芯轴。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

一方面，本发明实施例提供了一种举升装置，如附图1、附图2、附图3所示，该举升装置包括：抽油管1、固定凡尔2，以及通过抽油管1自上而下顺次连接的上游动凡尔3、换向机构4、下游动凡尔5。其中，上游动凡尔3可移动地密封设置在泵筒6内；下游动凡尔5可移动地设置在泵筒6内；固定凡尔2位于下游动凡尔5下方的泵筒6内；换向机构4通过芯轴X固定在泵筒6内，用于使上游动凡尔3和下游动凡尔5向相反的方向运动。

需要说明的是，固定凡尔2在举升作业过程中始终处于开启状态。

本发明实施例提供的举升装置的工作原理如下所述：

在进行原油举升作业时，抽油管1作上下往复运动，当抽油管1上行时(即抽油泵处于上冲程的状态时)，抽油管1带动上游动凡尔3向上运动，使上游动凡尔3关闭。此时，下游动凡尔5在换向机构4的作用下向下方运动，使下游动凡尔5开启，原油自固定凡尔2、下游动凡尔5流至上游动凡尔3下方的泵筒6内，此过程可参见附图2。

当抽油管1下行时(即抽油泵处于上冲程的状态时)，抽油管1带动上游动凡尔3向下运动，使上游动凡尔3开启。此时，下游动凡尔5在换向机构4的作用下向上方运动，使下游动凡尔5关闭，井下的原油和泵筒6中的经上游动凡尔3排至地面，完成原油举升作业，此过程可参见附图3。

本发明实施例提供的举升装置，通过设置上游动凡尔3、换向机构4、下游动凡尔5，并使上游动凡尔3可移动地密封设置在泵筒6内，下游动凡尔5可移动地设置在泵筒6内，换向机构4通过芯轴X固定在泵筒6内，在确保上游动凡尔3和下游动凡尔5能够向相反的方向运动的同时，可以保证抽油管1在带动上游动凡尔3和下游动凡尔5上下运动时，上游动凡尔3和下游动凡尔5可以分别实现对原油的举升作业。可见，本发明实施例提供的举升装置无论在上冲程还是在下过程都能够举升原油，即都能够作功，避免造成能量上的浪费。

其中，换向机构4可以通过脱接器与抽油管1相连接。脱接器为本领域所常见的，本领域技术人员通过市购即可获得，例如，其可以为濮阳市明通实业有限公司的型号为TJZ的一种结构简单、性能可靠的脱接器。

在本发明实施例中，如附图7所示，换向机构4包括：多个自上而下顺次连接的剪刀叉401。该剪刀叉401包括上端和下端均设置有轴承孔4011，且通过中部设置的中心轴孔4012相连接的两个剪叉杆。

在抽油机的作业过程中，通过抽油机驴头的上、下行，带动抽油管1及上游动凡尔3上、下运动，进而带动多个剪刀叉401上、下行，同时，使各剪刀叉401的两个剪叉杆的端部横向和纵向接触或远离，进而带动与换向机构4下端相连接的抽油管1及该抽油管1下端的下游动凡尔5上、下运动，保证了抽油作业的顺利进行。

进一步地，基于销轴既可静态固定连接，又可与被连接件做相对运动的特点，各剪刀叉401之间以及各剪刀叉401的两个剪叉杆之间均通过销轴相连接。具体地，使用多个销轴穿过并固定于多个相连接的剪刀叉401的多个轴承孔4011内，同时使用多个销轴穿过并固定于各剪刀叉401的两个剪叉杆中部的中心轴孔4012内，使各相连接的剪刀叉401以及各剪刀叉401的两个剪叉杆不仅转动灵活，工作安全可靠，而且拆卸方便，便于对销轴和剪叉杆的更换。

为了保证上游动凡尔3在随抽油管1向上运动时能够顺利关闭，在向下运动时能够顺利开启，如附图4所示，该上游动凡尔3包括：上凡尔球罩301、上凡尔球302、上凡尔球座303。该上凡尔球座303的下端设置有上柱塞7，且上凡尔球座303上设置有与上柱塞7连通的第一通孔。上凡尔球罩301扣装在上凡尔球座303上，且上凡尔球罩301上设置有第一过液孔。上凡尔球302位于上凡尔球罩301内，用于单向封堵第一通孔。

当抽油管1带动上游动凡尔3向上运动时，上凡尔球302在上下压差的作用下封堵住该上凡尔球座303上的第一通孔。当抽油管1带动上游动凡尔3向下运动时，上凡尔球302在上下压差的作用下与该上凡尔球座303分离，解除对第一通孔的封堵，原油可以自上凡尔球罩301上的第一过液孔排出。

其中，“扣装”指的是该上凡尔球罩301开口向下。

为了保证下游动凡尔5在随抽油管1向下运动时能够顺利关闭，在向上运动时能够顺利开启。如附图5所示，下游动凡尔5包括：设置在下柱塞8内的下凡尔球罩501、下凡尔球502、下凡尔球座503。其中，下凡尔球座503与下柱塞8的底壁相抵，且下凡尔球座503上设置有与固定凡尔2连通的第二通孔。下凡尔球罩501扣装在下凡尔球座503上，且下凡尔球罩501上设置有第二过液孔。下凡尔球502位于下凡尔球罩501内，用于单向封堵第二通孔。

当下游动凡尔5向上运动时，下凡尔球502在上下压差的作用下封堵住该下凡尔球座503上的第一通孔。当下游动凡尔5向下运动时，下凡尔球502在上下压差的作用下与该下凡尔球座503分离，解除对第二通孔的封堵，原油可以自下凡尔球罩501上的第二过液孔排出。

为了保证抽油管1在进行上下往复运动时，固定凡尔2均处于开启状态，如附图6所示，该固定凡尔2包括：固定凡尔球罩201、固定凡尔球202、固定凡尔球座203。其中，固定凡尔球座203固定套设在泵筒6内，且固定凡尔球座203上设置有油流通孔。固定凡尔球罩201扣装在固定凡尔球座203上，且固定凡尔球罩201上设置有第三过液孔。固定凡尔球202位于固定凡尔球罩201内，用于单向封堵油流通孔。

在本发明实施例中，如附图1、附图2、附图3、附图8所示，该泵筒6包括：自上而下顺次连接并导通的上泵筒601、外管602、下泵筒603。其中，换向机构4通过芯轴X固定在外管602内。通过如此设置，便于工作人员维修或更换该换向结构4。

为了便于与井下的泵筒连接，如附图2和附图3所示，该举升装置还包括：上接头9和下接头10。其中，上接头9与上泵筒601的上端连接；下接头10与下泵筒603的下端连接。

进一步地，外管602的管壁上设置有两个径向对应的通孔。具体地，在芯轴X穿过换向机构4中部的剪刀叉401的两个中心轴孔4012的同时，穿过两个径向对应的通孔，并且芯轴X的两端固定于两个径向对应的通孔内，其固定方式在此不做限定，举例来说，可以为焊接。通过设置两个径向对应的通孔，不仅便于在外管602内安装换向机构4，而且还能够在保证芯轴X与外管602连接牢固。

为了使该举升装置满足不同的工作要求，可以将上游动凡尔3与下游动凡尔5在泵筒6内的可移动距离的比例设置为0.8-1.5：1-3(如1:1.5、1:2、1:3等)。举例来说，可以将上游动凡尔3在泵筒6内的可移动距离设置为3m或者4m，将下游动凡尔5在泵筒6内的可移动距离设置为4m、或5m、或6m等。

综上，由于该举升装置在进行上冲程和下冲程时均能进行原油举升工作，因此，通过使用该举升装置，不仅可以起到节能的效果，还能提高作业效率。此外，该举升装置结构简单，且各部件之间为硬连接，工作可靠，抽油机与井下泵的运行一致性较好。

另一方面，本发明实施例提供了利用上述举升装置进行原油举升的方法，该方法包括：

向上移动抽油管1，进而带动上游动凡尔3向上移动，下游动凡尔5在换向机构4的作用下向下移动，上游动凡尔3关闭，下游动凡尔5开启，原油经固定凡尔2、下游动凡尔5被举升至上游动凡尔3下方的泵筒6内。

向下移动抽油管1，进而带动上游动凡尔3向下移动，下游动凡尔5在换向机构4的作用下向上移动，上游动凡尔3开启，下游动凡尔5关闭，原油经固定凡尔2、上游动凡尔3被举升至地面。

通过使用上述方法，可以保证抽油管1在带动上游动凡尔3和下游动凡尔5上下运动时，上游动凡尔3和下游动凡尔5可以分别实现对原油的举升作业。可见，再利用上述举升装置进行举升作业时，无论在上冲程还是在下过程都能够举升原油，即都能够作功，避免造成能量上的浪费。

以上所述仅为本发明的说明性实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种举升装置，包括：抽油管(1)和固定凡尔(2)，

其特征在于，所述举升装置还包括：通过所述抽油管(1)自上而下顺次连接的上游动凡尔(3)、换向机构(4)、下游动凡尔(5)；

所述上游动凡尔(3)可移动地密封设置在泵筒(6)内；

所述下游动凡尔(5)可移动地设置在所述泵筒(6)内；

所述固定凡尔(2)位于所述下游动凡尔(5)下方的所述泵筒(6)内；

所述换向机构(4)包括：多个自上而下顺次连接的剪刀叉(401)；

所述剪刀叉(401)包括上端和下端均设置有轴承孔(4011)，且通过中部设置的中心轴孔(4012)相连接的两个剪叉杆；

所述换向机构(4)通过芯轴(X)固定在所述泵筒(6)内，用于使所述上游动凡尔(3)和所述下游动凡尔(5)向相反的方向运动。

2.根据权利要求1所述的举升装置，其特征在于，各所述剪刀叉(401)之间以及各所述剪刀叉(401)的两个剪叉杆之间均通过销轴相连接。

3.根据权利要求1所述的举升装置，其特征在于，所述上游动凡尔(3)包括：上凡尔球罩(301)、上凡尔球(302)、上凡尔球座(303)；

所述上凡尔球座(303)的下端设置有上柱塞(7)，且所述上凡尔球座(303)上设置有与所述上柱塞(7)连通的第一通孔；

所述上凡尔球罩(301)扣装在所述上凡尔球座(303)上，且所述上凡尔球罩(301)上设置有第一过液孔；

所述上凡尔球(302)位于所述上凡尔球罩(301)内，用于单向封堵所述第一通孔。

4.根据权利要求1所述的举升装置，其特征在于，所述下游动凡尔(5)包括：设置在下柱塞(8)内的下凡尔球罩(501)、下凡尔球(502)、下凡尔球座(503)；

所述下凡尔球座(503)与所述下柱塞(8)的底壁相抵，且所述下凡尔球座(503)上设置有与所述固定凡尔(2)连通的第二通孔；

所述下凡尔球罩(501)扣装在所述下凡尔球座(503)上，且所述下凡尔球罩(501)上设置有第二过液孔；

所述下凡尔球(502)位于所述下凡尔球罩(501)内，用于单向封堵所述第二通孔。

5.根据权利要求1所述的举升装置，其特征在于，所述固定凡尔(2)包括：固定凡尔球罩(201)、固定凡尔球(202)、固定凡尔球座(203)；

所述固定凡尔球座(203)固定套设在所述泵筒(6)内，且所述固定凡尔球座(203)上设置有油流通孔；

所述固定凡尔球罩(201)扣装在所述固定凡尔球座(203)上，且所述固定凡尔球罩(201)上设置有第三过液孔；

所述固定凡尔球(202)位于所述固定凡尔球罩(201)内，用于单向封堵所述油流通孔。

6.根据权利要求1所述的举升装置，其特征在于，所述泵筒(6)包括：自上而下顺次连接并导通的上泵筒(601)、外管(602)、下泵筒(603)；

所述换向机构(4)通过所述芯轴(X)固定在所述外管(602)内。

7.根据权利要求6所述的举升装置，其特征在于，所述举升装置还包括：上接头(9)，与所述上泵筒(601)的上端连接；

下接头(10)，与所述下泵筒(603)的下端连接。

8.根据权利要求1所述的举升装置，其特征在于，所述上游动凡尔(3)与所述下游动凡尔(5)在所述泵筒(6)内的可移动距离的比例为0.8-1.5：1-3。

9.利用权利要求1-8任一项所述举升装置进行原油举升的方法，其特征在于，所述方法包括：

向上移动抽油管(1)，进而带动上游动凡尔(3)向上移动，下游动凡尔(5)在换向机构(4)的作用下向下移动，所述上游动凡尔(3)关闭，所述下游动凡尔(5)开启，原油经固定凡尔(2)、所述下游动凡尔(5)被举升至所述上游动凡尔(3)下方的泵筒(6)内；

向下移动所述抽油管(1)，进而带动所述上游动凡尔(3)向下移动，所述下游动凡尔(5)在所述换向机构(4)的作用下向上移动，所述上游动凡尔(3)开启，所述下游动凡尔(5)关闭，原油经所述固定凡尔(2)、所述上游动凡尔(3)被举升至地面。

Images