CN111456931A - 动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵，应用于大斜度井段抽吸工况。它采用两定一动组合式三泵筒的动定三筒体、动定组合式双螺旋对中的动定双对中器、定锥阀和柱塞一体式的弹动定锥阀和定柱塞体及导杆式游动锥阀的导杆动锥阀，解决卡泵、柱塞和泵筒偏磨及阀漏失等问题；动定三筒体避免砂粒落入中动泵筒与定柱塞的环空间隙，定柱塞体采用固定式短柱塞，弹动定锥阀采用弹动式固定锥阀并通过定锥阀导杆和定锥阀弹簧辅助定锥阀体顺利启闭，导杆动锥阀依据动锥阀导杆的导引作用顺利启闭，动定双对中器依据上动螺旋体的动压液膜和下定螺旋体的稳定液膜实现中动泵筒的随动对中和螺旋对中，并通过螺旋搅拌及时将砂粒引流至沉砂环沟。

Description

动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵

技术领域

本发明涉及一种油气开采大斜度井段用的有杆泵，特别是涉及一种采用动定组合式三筒以及动定组合式双螺旋对中的塞阀一体锥阀泵。

背景技术

水平井和斜井的大斜度井段有杆泵在稳定开采阶段存在泵筒和柱塞之间严重偏磨、固定阀与游动阀开启困难且复位滞后、泵阀关闭不严实且漏失以及砂埋泵和砂卡泵等问题，造成泵的使用寿命降低、泵效下降、检泵周期变短等现象。

目前国外常用的适合大斜度井段有杆泵主要有自旋转柱塞泵和旋流柱塞防砂泵。自旋转柱塞泵内井液向上的分力作用于螺旋槽的上部分，柱塞受到扭转力矩并产生旋转，泵体外侧螺旋状沟槽的角度越大，柱塞所受的周向作用力越大并加速旋转，在一定程度上解决泵筒与柱塞的偏磨问题并有效防止砂卡。旋流柱塞防砂泵可去除泵筒与柱塞间的砂粒，且携带有砂粒的井液经由柱塞的内部流道进入外油管，柱塞上方的井液处于涡流状态，由此解决常规抽油泵的卡泵、偏磨等问题，并延长泵的使用寿命。国内常用的适合大斜度井段有杆泵主要有等径刮砂防砂泵和长柱塞防砂泵，等径刮砂防砂泵的柱塞具有刮砂作用,并将柱塞内壁附近的砂粒刮落于柱塞腔内，下冲程中柱塞还具备自冲洗的特性，从而解决卡泵、偏磨等问题。长柱塞防砂泵的柱塞比泵筒长，且柱塞始终有部分裸露于泵筒的上方，由此减少砂粒进入柱塞和泵筒间空隙的概率，同时该泵采用侧向进油口，泵筒和外管之间形成环形空腔体并构成环空沉砂结构，从而解决砂卡泵问题。由于水平井斜井段和斜井的泵挂处井斜角太大，以上大斜度泵的阀球在实际开采中仍然存在球阀坐封滞后和阀漏失等问题，而且柱塞没有设计专门的扶正装置，柱塞和泵筒间仍然存在一定的砂粒磨损和偏磨问题，同时柱塞仍采用硬质材料，柱塞体的弯扭性能较差，不适用于大斜度井段和高油液粘度的工况。

依据大斜度井段有杆泵多相流态数值仿真结果以及胜利油田、辽河油田等主力油气田和鄂尔多斯东缘等非常规气田井场试验测试结果，研制出水平井和斜井专用多泵筒、自对中和塞阀一体的新型锥阀泵设备，对解决井场偏磨、卡泵和泵阀漏失等问题具有重要意义。

发明内容

为了有效解决油气开采领域水平井和斜井的高效抽吸技术问题并克服现有大斜度井段有杆泵装置存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种大斜度井段油气开采用的动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵。该塞阀一体锥阀泵采用两定一动组合式三泵筒的动定三筒体、动定组合式双螺旋对中的动定双对中器、定锥阀和柱塞一体式的弹动定锥阀和定柱塞体以及导杆式游动锥阀的导杆动锥阀，解决水平井和斜井生产作业时低液量砂卡泵、低沉没度泵阀启闭困难、大斜度井段柱塞和泵筒偏磨以及泵阀漏失等技术瓶颈。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵，主要由动定三筒体、导杆动锥阀、弹动定锥阀、动定双对中器和定柱塞体组成。该塞阀一体锥阀泵整体采用轴对称筒体，它经动定三筒体与油管柱和气锚相连并由导杆动锥阀与杆柱相连，导杆动锥阀和动定双对中器沿轴向自上而下布置于外定泵筒的筒腔内，且导杆动锥阀、动定双对中器和中动泵筒随杆柱作上下往复移动，弹动定锥阀和定柱塞体沿轴向自上而下布置于中动泵筒的筒腔内，且弹动定锥阀、定柱塞体、外定泵筒和内定泵筒固定于油管柱的底端。

动定三筒体采用两定一动组合式三泵筒并由一个动泵筒和两个固定泵筒组合而成，依据内定泵筒将弹动定锥阀和定柱塞体连成一体，通过中动泵筒将导杆动锥阀和动定双对中器连成一体并避免砂粒落入中动泵筒与定柱塞的环空间隙而造成磨损，它包括外定泵筒、中动泵筒、内定泵筒和泵筒接箍。

外定泵筒、中动泵筒和内定泵筒的两端均车制密封性管螺纹并沿径向由外至内同轴心布置，外定泵筒和内定泵筒分别采用长粗筒体和短细筒体并通过泵筒接箍而固定于油管柱的底端，中动泵筒采用长细筒体并通过导杆动锥阀接于杆柱的底端。中动泵筒沿轴向依次设有变径动筒接头、上筒限位环和下筒限位环，下筒限位环实现定对中接箍的轴向定位，且上筒限位环实现上动螺旋体的下限位，变径动筒接头的外壁通过螺纹分别与动锥阀罩和动对中限位环相连，变径动筒接头的环腔内壁由两个圆柱面和一个圆锥面组合而成，变径动筒接头的环腔内壁上部所在柱面的直径等于动锥阀座动阀孔的孔径且变径动筒接头的环腔内壁下部所在柱面与中动泵筒的环腔内壁位于同一柱面上。中动泵筒依据定柱塞的分层柱面移动副和导流对中板的单板柱面移动副，并结合上动螺旋体的动压液膜和下定螺旋体的稳定液膜而沿外定泵筒的筒腔精准往复滑移。

泵筒接箍采用开口朝上的圆盒体，泵筒接箍的盒底部沿径向由内而外依次设有接箍导流圆孔和沉砂环沟，泵筒接箍的沉砂环沟两侧沟壁采用圆柱面并与泵筒接箍的接箍导流圆孔孔壁同轴心布置，沉砂环沟的沟底面采用平面并与外定泵筒的中心线垂直相交布置，接箍导流圆孔的孔径等于内定泵筒的内径。

弹动定锥阀和定柱塞体采用定锥阀和柱塞一体式构造，弹动定锥阀采用弹动式固定锥阀，并通过定锥阀导杆和定锥阀弹簧辅助定锥阀体顺利启闭，以解决大斜度井段泵阀开启困难及其关闭不严的问题，它包括定锥阀体、定锥阀座、定锥阀罩、导流对中板、定锥阀导杆和定锥阀弹簧。定锥阀弹簧采用压缩弹簧，且其最大弹力等于定锥阀体和定锥阀导杆的重力之和。

定锥阀体的外环面依次设有下弹簧卡槽和定阀体密封面，定阀体密封面和定阀座密封面采用相同锥度的倒锥面，定阀体密封面所在锥面的大端圆面直径小于定阀导流腔的腔壁所在柱面直径且其小端圆面直径小于定锥阀座定阀孔的孔径，定锥阀体的环腔内壁采用变径回转面并与定锥阀导杆的定杆接头相配合。

定锥阀座采用圆环体，定锥阀座的环腔内壁沿轴向依次设有定阀座密封面和定阀孔，定阀座密封面与定阀体密封面之间精密配合并构成定锥阀密封环带，定锥阀密封环带的宽度大于定阀体密封面所在锥面锥高的三分之一。

定锥阀罩采用开口朝下的圆盒体，定锥阀罩的盒底部设有上弹簧卡槽且其盒底部中央部位钻有圆孔，定锥阀罩的上弹簧卡槽和定锥阀体的下弹簧卡槽同时与定锥阀弹簧相配合并实现定锥阀弹簧的上下双向限位。定锥阀罩的环腔内壁沿轴向依次设有定阀座腔、定阀导流腔和定阀罩孔，定锥阀座置入定锥阀罩的定阀座腔并通过内定泵筒实现轴向固定，定锥阀罩的定阀导流腔的腔壁采用圆柱面并与定阀罩孔保持联通，定锥阀罩的定阀罩孔采用圆形孔道并沿周向均布，各定阀罩孔倾斜布置，由此内定泵筒中的液流依次流经定阀孔和定阀导流腔，并由定阀罩孔和拱形导流孔引流至中动泵筒的筒腔。

定锥阀导杆沿轴向依次设有定杆盖、定杆身和定杆接头，定杆接头通过螺纹将定锥阀导杆和定锥阀体连为一体，定杆身的外环面同时与定锥阀罩盒底部的圆孔孔壁和导流对中板的圆孔孔壁之间精密配合而构成双阀柱面移动副，定锥阀导杆依据双阀柱面移动副实现精准往复滑移，定杆盖与定杆身截面变化处形成轴肩并与导流对中板的上端面之间保持间隙。

导流对中板采用圆形铜板，导流对中板的外环面与中动泵筒的环腔内壁之间精密配合而构成单板柱面移动副。导流对中板的中央部位钻有圆孔且其四周设有沿周向均布的拱形导流孔，每个拱形导流孔沿轴向的截面由半圆形和矩形组合而成，导流对中板各拱形导流孔的截面积之和、定锥阀座的定阀孔截面积以及定锥阀罩各定阀罩孔的截面积之和均相等。

定柱塞体采用固定式短柱塞，并结合中动泵筒而避免砂粒在定柱塞上方发生沉积，它依据分层减磨环减小定柱塞与中动泵筒之间的摩擦损失，定柱塞体包括定柱塞和减磨环。

定柱塞的环腔内壁车制螺纹并接于内定泵筒的上部，定柱塞的外环面沿轴向依次设有柱塞捕捉锥面和减磨沟槽，减磨沟槽的剖面呈矩形，且各减磨沟槽等间距分层排列，由此各层减磨沟槽之间的定柱塞外环壁面与中动泵筒的环腔内壁间存在环空间隙并配合成分层柱面移动副。定柱塞的减磨沟槽内镶嵌减磨环，减磨环采用剖分式轴瓦，其材质选用减摩合金，减磨环的外环面所在柱面直径与中动泵筒与定柱塞之间的环空间隙尺寸保持一致，且减磨环的外环面与中动泵筒的环腔内壁之间紧密贴合，由此减小定柱塞与中动泵筒之间的摩擦损失。

导杆动锥阀采用导杆式游动锥阀，它依据动锥阀导杆的导引作用而顺利启闭，以解决大斜度井段泵阀漏失问题，导杆动锥阀包括动锥阀体、动锥阀座、动锥阀罩和动锥阀导杆。

动锥阀体的外环面设有动阀体密封面，动阀体密封面和动阀座密封面采用相同锥度的倒锥面，动阀体密封面所在锥面的大端圆面直径小于动阀导流腔的腔壁所在柱面直径且其小端圆面直径小于动锥阀座动阀孔的孔径。动锥阀座采用圆环体，动锥阀座的环腔内壁沿轴向依次设有动阀座密封面和动阀孔，动锥阀座的动阀座密封面与动阀体密封面之间精密配合并构成动锥阀密封环带，并解决大斜度井段泵阀漏失问题，动锥阀座的动阀孔截面积等于动锥阀罩的各动阀罩孔的截面积之和。

动锥阀罩采用厚壁筒体，动锥阀罩的环腔内壁沿轴向依次设有动阀座腔、动阀导流腔、动阀罩孔和变径螺纹接头，动锥阀座置入动锥阀罩的动阀座腔并通过变径动筒接头实现轴向固定，变径螺纹接头的两端车制不同公称直径的螺纹并将杆柱和动锥阀导杆连为一体，动阀导流腔的腔壁采用圆柱面并与动阀罩孔保持联通，动锥阀罩的动阀罩孔采用锥形孔道并沿周向均布，各动阀罩孔沿径向外粗内细且倾斜布置，由此中动泵筒内的液流依次流经动阀孔和动阀导流腔，而后由动阀罩孔减压增速后射入外定泵筒的筒腔并避免砂粒发生沉积。

动锥阀导杆沿轴向依次设有动杆体和动杆接头，动锥阀导杆的动杆接头通过螺纹与动锥阀罩相连，动杆体的外环面与动锥阀体的环腔内壁之间精密配合而构成单阀柱面移动副，动锥阀导杆依据单阀柱面移动副实现导引作用。

动定双对中器采用动定组合式双螺旋对中构造，依据上动螺旋体的动压液膜实现中动泵筒的随动对中，并结合下定螺旋体的稳定液膜实现中动泵筒的螺旋对中，且下定螺旋体通过螺旋搅拌及时将外定泵筒底部的砂粒引流至沉砂环沟，从而解决定柱塞和中动泵筒间的偏磨问题，它包括上动螺旋体、下定螺旋体、动对中限位环和定对中接箍。

上动螺旋体采用转动式螺旋齿叶轮，下定螺旋体采用固定式螺旋齿叶轮，上动螺旋体由上螺旋齿体和上对中基管组成，上螺旋齿体沿周向均布于上对中基管的外环面，下定螺旋体由下螺旋齿体和下对中基管组成，下螺旋齿体沿周向均布于下对中基管的外环面，下对中基管的内径等于中动泵筒的内径。上螺旋齿体的每个螺旋齿齿线为沿上对中基管外环面展开的螺旋线，下螺旋齿体的每个螺旋齿齿线为沿下对中基管外环面展开的螺旋线。

上螺旋齿体的每个螺旋齿齿距沿齿线自下而上逐渐减小且在垂直于其齿线的法面端面呈梯形，同时上螺旋齿体的每个螺旋齿齿顶面与外定泵筒的筒壁以及上对中基管的环腔内壁与中动泵筒的筒壁之间均采用间隙配合，由此上螺旋齿体将上螺旋齿隙内携带砂粒的液流及时引流至中动泵筒上方的筒腔内，减少外定泵筒和中动泵筒之间环腔的砂粒沉积量，同时液流在上动螺旋体与外定泵筒之间形成动压液膜并实现中动泵筒的随动对中。

下螺旋齿体的每个螺旋齿在垂直于其齿线的法面端面呈矩形且其法面端面的横截面积沿齿线自下而上逐渐增大，由此下螺旋齿体每个螺旋齿间的下螺旋齿隙截面积沿齿线自下而上逐渐减小，下螺旋齿体及时螺旋搅拌外定泵筒和内定泵筒之间环腔底部的液流并将砂粒引流至泵筒接箍的沉砂环沟内，同时下螺旋齿体的每个螺旋齿齿顶面与外定泵筒的筒壁之间采用间隙配合，且液流在下螺旋齿体的齿顶面与外定泵筒的筒壁之间形成稳定液膜，从而实现中动泵筒的螺旋对中。

下对中基管的环腔内壁下部铣有对中捕捉锥面，下定螺旋体的对中捕捉锥面与定柱塞的柱塞捕捉锥面相配合并采用相同锥度的圆锥面，从而实现动定双对中器与定柱塞体之间的井下快速对接。下螺旋齿体的螺旋齿齿顶面设有防碰锥面，防碰锥面采用倒锥面，并避免动定双对中器随杆柱井下安装作业中与油管柱的管壁和外定泵筒的筒壁之间发生碰撞。

动对中限位环采用双环体，并实现上动螺旋体的上限位，定对中接箍的环腔内壁车制密封性管螺纹并将下定螺旋体和中动泵筒连为一体，定对中接箍的外环面直径等于上筒限位环的外环面直径和动对中限位环的外环面直径。

螺旋对中塞阀一体锥阀抽吸作业的上冲程中，依据分层柱面移动副和单板柱面移动副以及上动螺旋体的动压液膜和下定螺旋体的稳定液膜，中动泵筒实现随动对中和螺旋对中并随杆柱朝上精准滑移，中动泵筒筒腔内的流压下降，弹动定锥阀通过定锥阀导杆和定锥阀弹簧辅助定锥阀体而顺利开启，液流依次流经定阀孔和定阀导流腔，并由定阀罩孔和拱形导流孔引流至中动泵筒的筒腔，同时上动螺旋体上方的液流随杆柱进入油管柱的管腔内；下冲程中，中动泵筒实现随动对中和螺旋对中并随杆柱朝下精准滑移，中动泵筒筒腔内的流压增大，导杆动锥阀依据动锥阀导杆的导引作用而顺利开启，液流依次流经动阀孔和动阀导流腔，并由动阀罩孔减压增速后射入外定泵筒的筒腔并避免砂粒发生沉积，上螺旋齿体将液流引流至中动泵筒上方的筒腔，下螺旋齿体通过螺旋搅拌将砂粒引流至沉砂环沟。

本发明所能达到的技术效果是，该塞阀一体锥阀泵采用两定一动组合式三泵筒的动定三筒体、动定组合式双螺旋对中的动定双对中器、定锥阀和柱塞一体式的弹动定锥阀和定柱塞体以及导杆式游动锥阀的导杆动锥阀，解决水平井和斜井生产作业时低液量砂卡泵、低沉没度泵阀启闭困难、大斜度井段柱塞和泵筒偏磨以及泵阀漏失等技术瓶颈；动定三筒体依据一个动泵筒和两个固定泵筒避免砂粒落入中动泵筒与定柱塞的环空间隙而造成磨损，定柱塞体采用固定式短柱塞，并结合中动泵筒而避免砂粒发生沉积，依据分层减磨环减小定柱塞与中动泵筒之间的摩擦损失，弹动定锥阀采用弹动式固定锥阀，并通过定锥阀导杆和定锥阀弹簧辅助定锥阀体顺利启闭，且导杆动锥阀依据动锥阀导杆的导引作用而顺利启闭，同时动定双对中器依据上动螺旋体的动压液膜和下定螺旋体的稳定液膜实现中动泵筒的随动对中和螺旋对中，并通过下定螺旋体的螺旋搅拌及时将外定泵筒底部的砂粒引流至沉砂环沟。

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动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵典型结构简图。

图2是动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵中的动定三筒体的结构简图。

图3是动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵中的弹动定锥阀的结构简图。

图4是弹动定锥阀中的定锥阀体、定锥阀座、定锥阀罩和定锥阀导杆的结构简图。

图5是动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵中的定柱塞体的结构简图。

图6是动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵中的导杆动锥阀的结构简图。

图7是导杆动锥阀中的动锥阀体、动锥阀座、动锥阀罩和动锥阀导杆的结构简图。

图8是动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵中的动定双对中器的结构简图。

图9是动定双对中器中的上动螺旋体的结构简图。

图10是动定双对中器中的下定螺旋体的结构简图。

图11是动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵的井下安装作业流程简图。

图12是动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵的螺旋对中塞阀一体锥阀抽吸作业流程简图。

图中1－杆柱，2－导杆动锥阀，3－弹动定锥阀，4－定柱塞体，5－动定双对中器，6－动定三筒体，7－外定泵筒，8－中动泵筒，9－内定泵筒，10－泵筒接箍，11－接箍导流圆孔，12－沉砂环沟，13－下筒限位环，14－上筒限位环，15－变径动筒接头，16－定锥阀导杆，17－导流对中板，18－定锥阀罩，19－定锥阀弹簧，20－定锥阀体，21－定锥阀座，22－定锥阀密封环带，23－拱形导流孔，24－单板柱面移动副，25－双阀柱面移动副，26－定阀导流腔，27－定阀罩孔，28－定阀座腔，29－定阀孔，30－定阀座密封面，31－定阀体密封面，32－下弹簧卡槽，33－定杆接头，34－上弹簧卡槽，35－定杆身，36－定杆盖，37－定柱塞，38－减磨环，39－减磨沟槽，40－分层柱面移动副，41－柱塞捕捉锥面，42－动锥阀罩，43－动锥阀导杆，44－动锥阀体，45－动锥阀座，46－单阀柱面移动副，47－动锥阀密封环带，48－变径螺纹接头，49－动阀罩孔，50－动阀导流腔，51－动阀座腔，52－动杆接头，53－动杆体，54－动阀孔，55－动阀座密封面，56－动阀体密封面，57－动对中限位环，58－上动螺旋体，59－定对中接箍，60－下定螺旋体，61－上螺旋齿体，62－上对中基管，63－上螺旋齿隙，64－下螺旋齿体，65－下对中基管，66－防碰锥面，67－对中捕捉锥面，68－下螺旋齿隙。

具体实施方式

在图1中，动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵主要由导杆动锥阀2、弹动定锥阀3、定柱塞体4、动定双对中器5和动定三筒体6组成，该塞阀一体锥阀泵采用两定一动组合式三泵筒的动定三筒体6、动定组合式双螺旋对中的动定双对中器5、定锥阀和柱塞一体式的弹动定锥阀3和定柱塞体4以及导杆式游动锥阀的导杆动锥阀2，解决水平井和斜井低液量砂卡泵、低沉没度泵阀启闭困难、大斜度井段柱塞和泵筒偏磨以及泵阀漏失等技术瓶颈。

在图1中，动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵整体采用轴对称筒体，它经动定三筒体6与油管柱和气锚相连并由导杆动锥阀2与杆柱1相连，导杆动锥阀2和动定双对中器5沿轴向自上而下布置于动定三筒体6外定泵筒的筒腔内，且导杆动锥阀2、动定双对中器5和动定三筒体6中动泵筒随杆柱1一起作上下往复移动，弹动定锥阀3和定柱塞体4沿轴向自上而下布置于动定三筒体6中动泵筒的筒腔内，且弹动定锥阀3、定柱塞体4、动定三筒体6的外定泵筒和内定泵筒固定于油管柱的底端。

在图1中，动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵组装前，动定三筒体6的外定泵筒和泵筒接箍的外环面进行喷漆防腐处理，动定三筒体6的外定泵筒、中动泵筒和内定泵筒的环腔内壁分别进行化学镀处理，中动泵筒和内定泵筒的外环面、定柱塞体4的定柱塞外环面以及动定双对中器5的上动螺旋体和下定螺旋体分别进行喷焊处理。定柱塞体4的定柱塞置入动定三筒体6的中动泵筒同时动定双对中器5的上动螺旋体和下定螺旋体置入动定三筒体6的外定泵筒往复拉动，应灵活转动和滑动且无阻滞，弹动定锥阀3的定锥阀导杆插入其导流对中板和定锥阀罩且导杆动锥阀2的动锥阀导杆插入其动锥阀体，应灵活滑动且无阻滞，并保持动定三筒体6的外定泵筒、中动泵筒和内定泵筒、动定双对中器5的下定螺旋体以及导杆动锥阀2的动锥阀罩和弹动定锥阀3定锥阀罩内壁的清洁，最后检查动定双对中器5的上动螺旋体和下定螺旋体有无损伤，检查各螺纹联接处是否牢固且有无锈蚀。

在图1中，动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵组装作业中，定柱塞体4的减磨环镶嵌入定柱塞的减磨沟槽内，弹动定锥阀3的定锥阀弹簧与定锥阀罩和定锥阀体连成一体，弹动定锥阀3的定锥阀导杆插入导流对中板和定锥阀罩并通过螺纹与定锥阀体相连，而后定锥阀座置入定锥阀罩并通过螺纹依次将定柱塞体4和弹动定锥阀3接于动定三筒体6的内定泵筒上部，然后动定三筒体6的外定泵筒和内定泵筒通过泵筒接箍连成一体。接着，动定双对中器5的下定螺旋体通过定对中接箍接于中动泵筒底部，上动螺旋体套于中动泵筒上部并拧紧动对中限位环，而后导杆动锥阀2的动锥阀导杆通过螺纹与动锥阀罩相连，接着动锥阀体和动锥阀座依次置入动锥阀罩并通过螺纹将导杆动锥阀2接于中动泵筒顶部。

在图2中，动定三筒体6包括外定泵筒7、中动泵筒8、内定泵筒9和泵筒接箍10，外定泵筒7和泵筒接箍10的规格随油管柱的管径进行调整，中动泵筒8的轴向长度设计需要考虑塞阀一体锥阀泵的最大冲程长度、定柱塞体4的轴向长度和防冲距等因素，接箍导流圆孔11的孔径和内定泵筒9的内径均需要考虑地层产液量、井底压力等因素。

在图2中，动定三筒体6依据内定泵筒9将弹动定锥阀3和定柱塞体4连成一体，且通过中动泵筒8将导杆动锥阀2和动定双对中器5连成一体并避免砂粒落入中动泵筒8与定柱塞体4定柱塞的环空间隙而造成磨损，外定泵筒7和内定泵筒9通过泵筒接箍10连成一体，泵筒接箍10的盒底部沿径向由内而外依次设有接箍导流圆孔11和沉砂环沟12，下筒限位环13实现动定双对中器5定对中接箍的轴向定位，上筒限位环14实现动定双对中器5上动螺旋体的下限位，变径动筒接头15的外壁通过螺纹分别与导杆动锥阀2的动锥阀罩和动定双对中器5的动对中限位环相连。

在图3和图4中，弹动定锥阀3包括定锥阀导杆16、导流对中板17、定锥阀罩18、定锥阀弹簧19、定锥阀体20和定锥阀座21，定锥阀体20与定锥阀座21相配并依据接箍导流圆孔11的孔径和内定泵筒9的内径进行选型，导流对中板17的规格与中动泵筒8的内径相一致，定锥阀弹簧19的选型需要考虑定锥阀导杆16和定锥阀体20的重力之和等因素，导流对中板17各拱形导流孔23的截面积之和、定锥阀座21的定阀孔29截面积以及定锥阀罩18各定阀罩孔27的截面积之和均需要考虑地层产液量、井底压力等因素。

在图3和图4中，弹动定锥阀3通过定锥阀导杆16和定锥阀弹簧19辅助定锥阀座21上的定锥阀体20顺利启闭，解决大斜度井段泵阀开启困难及其关闭不严的问题，弹动定锥阀3在上冲程中开启并在下冲程中关闭，定锥阀体20的定阀体密封面31与定锥阀座21的定阀座密封面30之间构成定锥阀密封环带22，定锥阀罩18的上弹簧卡槽34和定锥阀体20的下弹簧卡槽32同时与定锥阀弹簧19相配合并实现定锥阀弹簧19的上下双向限位，导流对中板17各拱形导流孔23的截面积之和、定锥阀座21的定阀孔29截面积以及定锥阀罩18各定阀罩孔27的截面积之和均相等，导流对中板17与中动泵筒8之间构成单板柱面移动副24，定杆接头33通过螺纹将定锥阀导杆16和定锥阀体20连为一体，定杆身35与定锥阀罩18和导流对中板17之间构成双阀柱面移动副25，定锥阀导杆16依据双阀柱面移动副25实现精准往复滑移，定杆身35和定杆盖36截面变化处形成轴肩，定锥阀座21置入定阀座腔28并通过内定泵筒9实现轴向固定，定阀导流腔26与定阀罩孔27之间保持联通。

在图5中，定柱塞体4的定柱塞37和减磨环38规格均与中动泵筒8的内径保持一致，减磨环38的规格依据定柱塞37和中动泵筒8之间的环空间隙大小进行调整。

在图5中，定柱塞体4与中动泵筒8相配合而实现液流的抽吸和举升，并避免砂粒在定柱塞37上方发生沉积，定柱塞37的减磨沟槽39内镶嵌减磨环38并减小定柱塞37与中动泵筒8之间的摩擦损失，各层减磨沟槽39之间的定柱塞37与中动泵筒8间存在环空间隙并配合成分层柱面移动副40，定柱塞37的外环面上部设有柱塞捕捉锥面41。

在图6和图7中，导杆动锥阀2包括动锥阀罩42、动锥阀导杆43、动锥阀体44和动锥阀座45，动锥阀罩42的规格与杆柱1的杆径相一致，动锥阀体44与动锥阀座45相配并依据变径动筒接头15环腔内壁上部所在柱面的直径进行选型，动锥阀座45的动阀孔54截面积以及动锥阀罩42各动阀罩孔49的截面积之和均需要考虑地层产液量、井底压力等因素。

在图6和图7中，导杆动锥阀2依据动锥阀导杆43的导引作用而顺利启闭，解决大斜度井段泵阀漏失问题，且导杆动锥阀2在下冲程中开启并在上冲程中关闭，动锥阀体44的动阀体密封面56与动锥阀座45的动阀座密封面55之间构成动锥阀密封环带47，动杆体53与动锥阀体44之间构成单阀柱面移动副46，动锥阀导杆43依据单阀柱面移动副46实现导引作用，动锥阀导杆43通过变径螺纹接头48和动杆接头52与杆柱1连为一体，动锥阀座45置入动阀座腔51并通过变径动筒接头15实现轴向固定，动阀罩孔49与动阀导流腔50之间保持联通，动锥阀座45的动阀孔54截面积等于动锥阀罩42各动阀罩孔49的截面积之和。

在图8～图10中，动定双对中器5包括动对中限位环57、上动螺旋体58、定对中接箍59和下定螺旋体60，上动螺旋体58和下定螺旋体60的规格均与动定三筒体6的外定泵筒7和中动泵筒8之间环腔大小保持一致，动对中限位环57和定对中接箍59的规格均与中动泵筒8的外径保持一致。

在图8～图10中，动定双对中器5的上动螺旋体58与外定泵筒7之间形成动压液膜并实现中动泵筒8的随动对中，下定螺旋体60下螺旋齿体64的齿顶面与外定泵筒7的筒壁之间形成稳定液膜并实现中动泵筒8的螺旋对中，且下定螺旋体60通过螺旋搅拌及时将外定泵筒7底部的砂粒引流至泵筒接箍10的沉砂环沟12，从而解决定柱塞37和中动泵筒8间的偏磨问题，动对中限位环57实现上动螺旋体58的上限位，定对中接箍59将下定螺旋体60和中动泵筒8连为一体，上螺旋齿体61沿周向均布于上对中基管62的外环面，下螺旋齿体64沿周向均布于下对中基管65的外环面，上螺旋齿体61将上螺旋齿隙63内携带砂粒的液流及时引流至中动泵筒8上方的筒腔，下螺旋齿隙68的截面积沿齿线自下而上逐渐减小，下定螺旋体60的对中捕捉锥面67与定柱塞37的柱塞捕捉锥面41相配合，防碰锥面66避免动定双对中器5随杆柱1井下安装作业中与油管柱的管壁和外定泵筒7的筒壁间发生碰撞。

在图11中，动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵的井下安装作业流程中，动定三筒体6的外定泵筒7、内定泵筒9和泵筒接箍10、弹动定锥阀3和定柱塞体4一起接于油管柱的底端并随油管柱下入井筒产液部位，而后动定三筒体6的中动泵筒8、导杆动锥阀2和动定双对中器5一起接于杆柱1的底端并随杆柱1下入外定泵筒7和内定泵筒9之间的环腔，定柱塞37的柱塞捕捉锥面41与下定螺旋体60的对中捕捉锥面67配合后，动定双对中器5与定柱塞体4完成井下快速对接，直至下定螺旋体60的底端面与泵筒接箍10的盒底部相贴合为止，中动泵筒8、导杆动锥阀2和动定双对中器5随杆柱1一起上提防冲距。

在图12中，动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵的螺旋对中塞阀一体锥阀抽吸作业的上冲程中，动定双对中器5的上动螺旋体58与外定泵筒7之间形成动压液膜同时下定螺旋体60下螺旋齿体64的齿顶面与外定泵筒7的筒壁之间形成稳定液膜，动定三筒体6的中动泵筒8实现随动对中和螺旋对中，同时依据定柱塞37的分层柱面移动副40和导流对中板17的单板柱面移动副24，中动泵筒8随杆柱1以及导杆动锥阀2和动定双对中器5一起沿外定泵筒7的筒腔朝上精准滑移，中动泵筒8筒腔内的流压下降，导杆动锥阀2依据动锥阀导杆43的导引作用处于关闭状态，且弹动定锥阀3通过定锥阀导杆16和定锥阀弹簧19辅助定锥阀体20而顺利开启，液流经接箍导流圆孔11进入内定泵筒9的筒腔，而后液流依次流经定阀孔29和定阀导流腔26，并由定阀罩孔27和拱形导流孔23引流至中动泵筒8的筒腔，同时上动螺旋体58上方的液流随杆柱1进入油管柱的管腔内。

在图12中，动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵的螺旋对中塞阀一体锥阀抽吸作业的下冲程中，上动螺旋体58与外定泵筒7之间形成动压液膜同时下螺旋齿体64的齿顶面与外定泵筒7的筒壁之间形成稳定液膜，中动泵筒8实现随动对中和螺旋对中，同时依据分层柱面移动副40和单板柱面移动副24，中动泵筒8随杆柱1以及导杆动锥阀2和动定双对中器5一起沿外定泵筒7的筒腔朝下精准滑移，中动泵筒8筒腔内的流压增大，弹动定锥阀3通过定锥阀导杆16和定锥阀弹簧19辅助定锥阀体20处于关闭状态，且导杆动锥阀2依据动锥阀导杆43的导引作用而顺利开启，液流经中动泵筒8的筒腔进入变径动筒接头15，而后液流依次流经动阀孔54和动阀导流腔50，并由动阀罩孔49减压增速后射入外定泵筒7的筒腔，上动螺旋体58的上螺旋齿体61将上螺旋齿隙63内携带砂粒的液流及时引流至中动泵筒8上方的筒腔，下定螺旋体60的下螺旋齿体64及时螺旋搅拌外定泵筒7和内定泵筒9之间环腔底部的液流并将砂粒引流至泵筒接箍10的沉砂环沟12。

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)

1.一种动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵，其导杆动锥阀和动定双对中器沿轴向自上而下布置于外定泵筒的筒腔内，且导杆动锥阀、动定双对中器和中动泵筒随杆柱作上下往复移动，弹动定锥阀和定柱塞体沿轴向自上而下布置于中动泵筒的筒腔内，且弹动定锥阀、定柱塞体、外定泵筒和内定泵筒固定于油管柱的底端，其特征在于：

一动定三筒体；所述动定三筒体采用两定一动组合式三泵筒并由一个动泵筒和两个固定泵筒组合而成，它依据内定泵筒将弹动定锥阀和定柱塞体连成一体，通过中动泵筒将导杆动锥阀和动定双对中器连成一体；外定泵筒、中动泵筒和内定泵筒分别采用长粗筒体、长细筒体和短细筒体并沿径向由外至内同轴心布置，中动泵筒的下筒限位环实现定对中接箍的轴向定位，上筒限位环实现上动螺旋体的下限位，变径动筒接头的外壁通过螺纹分别与动锥阀罩和动对中限位环相连，泵筒接箍的盒底部沿径向由内而外依次设有接箍导流圆孔和沉砂环沟；

一弹动定锥阀；所述弹动定锥阀和定柱塞体采用定锥阀和柱塞一体式构造，弹动定锥阀采用弹动式固定锥阀，并通过定锥阀导杆和定锥阀弹簧辅助定锥阀体顺利启闭；定锥阀体的外环面依次设有下弹簧卡槽和定阀体密封面，定锥阀座的环腔内壁沿轴向依次设有定阀座密封面和定阀孔，定阀座密封面与定阀体密封面之间构成定锥阀密封环带；定锥阀罩的盒底部设有上弹簧卡槽且其盒底部中央部位钻有圆孔，上弹簧卡槽和下弹簧卡槽实现定锥阀弹簧的上下双向限位，定锥阀座置入定锥阀罩的定阀座腔并通过内定泵筒实现轴向固定，定锥阀罩的定阀导流腔与定阀罩孔之间保持联通，各定阀罩孔倾斜布置；定锥阀导杆的定杆接头通过螺纹将定锥阀导杆和定锥阀体连为一体，定杆身同时与定锥阀罩和导流对中板之间构成双阀柱面移动副，定杆盖与定杆身截面变化处形成轴肩；导流对中板与中动泵筒之间构成单板柱面移动副，导流对中板的中央部位钻有圆孔且其四周设有沿周向均布的拱形导流孔；

一定柱塞体；所述定柱塞体采用固定式短柱塞，它包括定柱塞和减磨环；定柱塞的外环面沿轴向依次设有柱塞捕捉锥面和减磨沟槽，定柱塞与中动泵筒之间存在环空间隙并配合成分层柱面移动副，定柱塞的减磨沟槽内镶嵌减磨环，减磨环采用剖分式轴瓦；

一导杆动锥阀；所述导杆动锥阀采用导杆式游动锥阀并依据动锥阀导杆的导引作用而顺利启闭，它包括动锥阀体、动锥阀座、动锥阀罩和动锥阀导杆；动锥阀体的外环面设有动阀体密封面，动锥阀座的环腔内壁沿轴向依次设有动阀座密封面和动阀孔，动阀座密封面与动阀体密封面间构成动锥阀密封环带；动锥阀座置入动锥阀罩的动阀座腔并通过变径动筒接头实现轴向固定，动锥阀罩的变径螺纹接头将杆柱和动锥阀导杆连为一体，动锥阀罩的动阀导流腔与动阀罩孔之间保持联通，各动阀罩孔沿径向外粗内细且倾斜布置，动锥阀导杆的动杆接头通过螺纹与动锥阀罩相连，动锥阀导杆的动杆体与动锥阀体间构成单阀柱面移动副；

一动定双对中器；所述动定双对中器采用动定组合式双螺旋对中构造，依据上动螺旋体的动压液膜实现中动泵筒的随动对中，并结合下定螺旋体的稳定液膜实现中动泵筒的螺旋对中，它包括上动螺旋体、下定螺旋体、动对中限位环和定对中接箍；上动螺旋体采用转动式螺旋齿叶轮并由上螺旋齿体和上对中基管组成，下定螺旋体采用固定式螺旋齿叶轮并由下螺旋齿体和下对中基管组成，上螺旋齿体的每个螺旋齿齿距沿齿线自下而上逐渐减小，上螺旋齿体将上螺旋齿隙内携带砂粒的液流及时引流至中动泵筒上方的筒腔，下螺旋齿体每个螺旋齿间的下螺旋齿隙截面积沿齿线自下而上逐渐减小，液流在下螺旋齿体的齿顶面与外定泵筒的筒壁间形成稳定液膜；下定螺旋体的对中捕捉锥面与定柱塞的柱塞捕捉锥面相配合并实现动定双对中器与定柱塞体间的井下快速对接，下螺旋齿体的螺旋齿齿顶面设有防碰锥面，动对中限位环实现上动螺旋体的上限位，定对中接箍将下定螺旋体和中动泵筒连为一体。

2.根据权利要求1所述的动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵，其特征在于：所述动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵整体采用轴对称筒体，该塞阀一体锥阀泵经动定三筒体与油管柱相连并由导杆动锥阀与杆柱相连；

所述动定三筒体的泵筒接箍采用开口朝上的圆盒体，泵筒接箍的沉砂环沟两侧沟壁采用圆柱面并与泵筒接箍的接箍导流圆孔孔壁同轴心布置，沉砂环沟的沟底面采用平面并与外定泵筒的中心线垂直相交布置，接箍导流圆孔的孔径等于内定泵筒的内径。

3.根据权利要求1所述的动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵，其特征在于：所述动定三筒体避免砂粒落入中动泵筒与定柱塞的环空间隙，动定三筒体的外定泵筒、中动泵筒和内定泵筒的两端均车制密封性管螺纹，外定泵筒和内定泵筒通过泵筒接箍而固定于油管柱的底端，中动泵筒通过导杆动锥阀接于杆柱的底端；中动泵筒沿轴向依次设有变径动筒接头、上筒限位环和下筒限位环，变径动筒接头的环腔内壁由两个圆柱面和一个圆锥面组合而成，变径动筒接头的环腔内壁上部所在柱面的直径等于动锥阀座动阀孔的孔径且变径动筒接头的环腔内壁下部所在柱面与中动泵筒的环腔内壁位于同一柱面上；中动泵筒依据定柱塞的分层柱面移动副和导流对中板的单板柱面移动副，并结合上动螺旋体的动压液膜和下定螺旋体的稳定液膜而沿外定泵筒的筒腔精准往复滑移。

4.根据权利要求1所述的动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵，其特征在于：所述定锥阀弹簧采用压缩弹簧，且其最大弹力等于定锥阀体和定锥阀导杆的重力之和；

所述定锥阀体的定阀体密封面和定阀座密封面采用相同锥度的倒锥面，定阀体密封面所在锥面的大端圆面直径小于定阀导流腔的腔壁所在柱面直径且其小端圆面直径小于定锥阀座定阀孔的孔径，定锥阀体的环腔内壁采用变径回转面并与定锥阀导杆的定杆接头相配合；

所述定锥阀座采用圆环体，定锥阀座的定阀座密封面与定阀体密封面之间精密配合，定锥阀密封环带的宽度大于定阀体密封面所在锥面锥高的三分之一。

5.根据权利要求1所述的动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵，其特征在于：所述定锥阀罩采用开口朝下的圆盒体，定锥阀罩的上弹簧卡槽和定锥阀体的下弹簧卡槽同时与定锥阀弹簧相配合；定锥阀罩的环腔内壁沿轴向依次设有定阀座腔、定阀导流腔和定阀罩孔，定阀导流腔的腔壁采用圆柱面，定阀罩孔采用圆形孔道并沿周向均布，内定泵筒中的液流依次流经定阀孔和定阀导流腔，并由定阀罩孔和拱形导流孔引流至中动泵筒的筒腔；

所述定锥阀导杆沿轴向依次设有定杆盖、定杆身和定杆接头，定杆身的外环面同时与定锥阀罩盒底部的圆孔孔壁和导流对中板的圆孔孔壁之间精密配合，定锥阀导杆依据双阀柱面移动副实现精准往复滑移，定杆盖与定杆身的轴肩与导流对中板的上端面之间保持间隙；

所述导流对中板采用圆形铜板，导流对中板的外环面与中动泵筒的环腔内壁之间精密配合，每个拱形导流孔沿轴向的截面由半圆形和矩形组合而成，导流对中板各拱形导流孔的截面积之和、定锥阀座的定阀孔截面积以及定锥阀罩各定阀罩孔的截面积之和均相等。

6.根据权利要求1所述的动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵，其特征在于：所述定柱塞体结合中动泵筒而避免砂粒在定柱塞上方发生沉积，定柱塞体依据分层减磨环减小定柱塞与中动泵筒之间的摩擦损失；

所述定柱塞的环腔内壁车制螺纹并接于内定泵筒的上部，定柱塞的减磨沟槽的剖面呈矩形，且各减磨沟槽等间距分层排列，各层减磨沟槽之间的定柱塞外环壁面与中动泵筒的环腔内壁间相配合；减磨环的材质选用减摩合金，减磨环的外环面所在柱面直径与中动泵筒与定柱塞之间的环空间隙尺寸保持一致，减磨环的外环面与中动泵筒的环腔内壁间紧密贴合。

7.根据权利要求1所述的动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵，其特征在于：所述动锥阀体的动阀体密封面和动阀座密封面采用相同锥度的倒锥面，动阀体密封面所在锥面的大端圆面直径小于动锥阀罩动阀导流腔的腔壁所在柱面直径且其小端圆面直径小于动锥阀座动阀孔的孔径；动锥阀座采用圆环体，动锥阀座的动阀座密封面与动阀体密封面之间精密配合，动锥阀座的动阀孔截面积等于动锥阀罩的各动阀罩孔的截面积之和。

8.根据权利要求1所述的动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵，其特征在于：所述动锥阀罩采用厚壁筒体，动锥阀罩的环腔内壁沿轴向依次设有动阀座腔、动阀导流腔、动阀罩孔和变径螺纹接头，变径螺纹接头的两端车制不同公称直径的螺纹，动阀导流腔的腔壁采用圆柱面，动阀罩孔采用锥形孔道并沿周向均布，中动泵筒内的液流依次流经动阀孔和动阀导流腔，而后由动阀罩孔减压增速后射入外定泵筒的筒腔并避免砂粒发生沉积；

所述动锥阀导杆沿轴向依次设有动杆体和动杆接头，动杆体的外环面与动锥阀体的环腔内壁之间精密配合，动锥阀导杆依据单阀柱面移动副实现导引作用。

9.根据权利要求1所述的动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵，其特征在于：所述动定双对中器的下定螺旋体通过螺旋搅拌及时将外定泵筒底部的砂粒引流至沉砂环沟，上动螺旋体的上螺旋齿体沿周向均布于上对中基管的外环面，下定螺旋体的下螺旋齿体沿周向均布于下对中基管的外环面，下定螺旋体的下对中基管内径等于中动泵筒的内径，上螺旋齿体的每个螺旋齿齿线为沿上对中基管外环面展开的螺旋线，下螺旋齿体的每个螺旋齿齿线为沿下对中基管外环面展开的螺旋线；

所述下定螺旋体的下对中基管的环腔内壁下部铣有对中捕捉锥面，下定螺旋体的对中捕捉锥面与定柱塞的柱塞捕捉锥面采用相同锥度的圆锥面，下螺旋齿体的防碰锥面采用倒锥面并避免动定双对中器与油管柱的管壁和外定泵筒的筒壁之间发生碰撞；

所述动对中限位环采用双环体，定对中接箍的环腔内壁车制密封性管螺纹，定对中接箍的外环面直径等于上筒限位环的外环面直径和动对中限位环的外环面直径。

10.根据权利要求1或9所述的动定组合式三筒双螺旋对中塞阀一体锥阀泵，其特征在于：所述上螺旋齿体的每个螺旋齿在垂直于其齿线的法面端面呈梯形，同时上螺旋齿体的每个螺旋齿齿顶面与外定泵筒的筒壁以及上对中基管的环腔内壁与中动泵筒的筒壁之间均采用间隙配合，上螺旋齿体用于减少外定泵筒和中动泵筒之间环腔的砂粒沉积量，同时液流在上动螺旋体与外定泵筒之间形成动压液膜；

所述下螺旋齿体的每个螺旋齿在垂直于其齿线的法面端面呈矩形且其法面端面的横截面积沿齿线自下而上逐渐增大，下螺旋齿体及时螺旋搅拌外定泵筒和内定泵筒之间环腔底部的液流，同时下螺旋齿体的每个螺旋齿齿顶面与外定泵筒的筒壁之间采用间隙配合。

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