CN111535783B - 一种双层管用负压抽吸与气举复合作用泵 - Google Patents

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CN111535783B CN202010306572.8A CN202010306572A CN111535783B CN 111535783 B CN111535783 B CN 111535783B CN 202010306572 A CN202010306572 A CN 202010306572A CN 111535783 B CN111535783 B CN 111535783B
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Abstract

本发明提供了一种双层管用负压抽吸与气举复合作用泵，属于井下工具领域，用于设置在双层管的一端以抽吸井内流体，包括内管；内管包括内壳体，和同轴连接的第一活塞与第二活塞；内壳体的内部形成同轴设置的第一腔和第二腔，第一活塞设置在第一腔内，第二活塞设置在第二腔内；第一腔远离第二腔的一端用于接通供气装置；第二腔远离第一腔的一端设置有用于抽吸井内流体进第二腔的第一单向阀，以及将第二腔内的流体送入流出井的排液通道的第二单向阀。能够通过连续性地注入气体，经由气体压力将井内的流体周期性地送入排液通道内，而注入的气体经由排气孔或泄压阀以气举的方式帮助井内流体的排出，能够适用于所有类型井的流体排出。

Description

一种双层管用负压抽吸与气举复合作用泵
技术领域
本发明涉及井下工具领域，具体而言，涉及一种双层管用负压抽吸 与气举复合作用泵。
背景技术
油气井生产后期，地层能量不足时，或低渗透低产低效井生产时， 通常会采用人工举升措施维持油井的正常生产，或排出井底积液恢复气 井生产。常用的人工举升措施主要包括有杆泵、水力泵、电潜泵、螺杆 泵和气举等五种举升方式，由于每种方式的举升原理不同，导致他们排 液能力和适用范围存在差异，尚无一种通用举升方式能够解决油气井后期生产中遇到的所有问题。
发明内容
本发明提供了一种双层管用负压抽吸与气举复合作用泵，旨在解决 现有技术中存在的上述问题。
本发明是这样实现的：
一种双层管用负压抽吸与气举复合作用泵，用于设置在双层管的一 端以抽吸井内流体，包括内管；
所述内管包括内壳体，和同轴连接的第一活塞与第二活塞；
所述内壳体的内部形成同轴设置的第一腔和第二腔，所述第一活塞 设置在所述第一腔内，所述第二活塞设置在所述第二腔内；
所述第一腔远离所述第二腔的一端用于接通供气装置；
所述第二腔远离所述第一腔的一端设置有用于抽吸井内流体进所述 第二腔的第一单向阀，以及将所述第二腔内的流体送入流出井的排液通 道的第二单向阀。
在本发明的一种实施例中，还包括外管；
所述外管同轴固定在所述内管的外侧，所述外管和所述内管之间形 成环形的所述排液通道。
在本发明的一种实施例中，所述外管在所述第二单向阀对应的两侧 设置有隔板，所述隔板与所述内壳体密封连接，相邻两个所述第二单向 阀所对应的所述隔板之间形成用于所述第一单向阀连通井内的暴露凹槽。
在本发明的一种实施例中，所述内壳体包括同轴固定连接第一壳段 和第二壳段；
所述第一壳段内形成所述第一腔，所述第二壳段内形成所述第二腔；
所述第一壳段和所述第二壳段之间通过连接短节连接，所述连接短 节上设置有连通所述第一腔和所述第二腔的流动通孔。
在本发明的一种实施例中，所述第一腔内还设置有复位弹簧，所述 复位弹簧的一端作用于所述第一活塞，另一端作用于所述连接短节。
在本发明的一种实施例中，所述第一活塞为中空浮力活塞。
在本发明的一种实施例中，所述第二活塞上设置有排气阀，所述排 气阀连通所述第二活塞远离所述第一腔的一侧和远离所述第一腔的一侧。
在本发明的一种实施例中，所述第一腔内壁靠近所述第二腔的一端 设置有排气孔，所述排气孔连通所述第一腔与所述内壳体外侧。
在本发明的一种实施例中，所述第一腔的远离所述第二腔的一端设 置有泄压阀，所述泄压阀能够连通所述第一腔和所述排液通道。
本发明的有益效果是：本实施例提供的双层管用负压抽吸与气举复 合作用泵，能够通过连续性地注入气体，经由气体压力和复位作用力驱 动活塞将井内的流体周期性地送入排液通道内，同时，气动活塞在排气 孔处周期性排出的气体进入排液通道以气举的方式帮助排液通道内流体 排出；第二活塞上设置的浮力式排气阀可以排出吸入流体中混合的气体， 能够保持泵排液效率的稳定性；当排液通道液体过多，气体注入压力过 高超过泄压阀的临界压力时，泄压阀打开，活塞停止运动，注入的气体 经由泄压阀以气举的方式帮助井内流体的排出，当压力降低后，泄压阀 关闭，气体继续驱动活塞抽吸流体；这种泵能够适用于所有类型井的流 体排出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式 中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发 明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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 其他相关的附图。
图1是本发明实施例一提供的双层管用负压抽吸与气举复合作用泵 的第一视角的结构示意图；
图2是图1中II-II向的剖视图；
图3是图2中A区域的局部放大图；
图4是图2中B区域的局部放大图；
图5是图2中C区域的局部放大图；
图6是本发明实施例一提供的双层管用负压抽吸与气举复合作用泵 的第二视角的结构示意图；
图7是本发明实施例二提供的双层管用负压抽吸与气举复合作用泵 的第一视角的结构示意图；
图8是图7中VIII-VIII向的剖视图；
图9是图8中D区域的局部放大图；
图10是图8中E区域的局部放大图；
图11是图8中F区域的局部放大图。
图标：001-双层管用负压抽吸与气举复合作用泵；010-内管；030-外 管；100-内壳体；200-第一活塞；300-第二活塞；110-第一壳段；130-第 二壳段；111-第一腔；131-第二腔；150-连接短节；151-第一密封圈；153- 第二密封圈；155-止位片；1551-流动通孔；002-双层管连接器；003-轴心 流入管；133-第一单向阀；135-第二单向阀；210-连接杆；011-排液通道； 230-复位弹簧；1111-排气孔；301-防撞橡胶；031-暴露凹槽；303-排气阀； 113-泄压阀；201-减重腔。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结 合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不 是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在 没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明 保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描 述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定 实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出 创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范 围。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为 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设备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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连 接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可 拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的 普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体 含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之 上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特 征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征 在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方， 或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、 下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一 特征水平高度小于第二特征。
实施例一
本实施例提供了一种双层管用负压抽吸与气举复合作用泵001，用于 设置在双层管的一端以抽吸井内流体，请参阅图1，这种双层管用负压抽 吸与气举复合作用泵001包括内管010和外管030，将井内的流体抽入内 管010后，通过内管010与外管030之间的环形的排液通道011送出井 外。
内管010包括内壳体100、第一活塞200和第二活塞300，第一活塞 200与第二活塞300通过连接杆210轴向固定连接，为了进一步确保第一 活塞200与连接杆210的连接，连接杆210穿过第一活塞200，并在端部 螺纹固定有止位螺母，第一活塞200和第二活塞300在内壳体100中通 过驱动力驱动后周期性地将井内流体抽入排出。
具体的，内壳体100包括第一壳段110和第二壳段130，第一壳段 110和第二壳段130同轴设置且在中间通过连接短节150连接。
第一壳段110靠近第二壳段130的一端设置有第一螺纹，第二壳段 130靠近第一壳段110的一端设置有第二螺纹。相应的，连接短节150上 设置有与第一螺纹配合的第三螺纹，以及与第二螺纹配合的第四螺纹。 通过第一螺纹和第三螺纹的配合，与第二螺纹和第四螺纹的配合，实现 第一壳段110与第二壳段130的连接。
为了确保密封，在连接短节150与第一壳段110的连接处设置有第 一密封圈151，相应的，在连接短节150与第二壳段130的连接处设置有 第二密封圈153。
第一壳段110内形成容置有第一活塞200的第一腔111，第二壳段 130内形成容置有第二活塞300的第二腔131，连接短节150的内圈设置 有止位片155，止位片155在第二活塞300运动过程中防止第二活塞300 进一步进入第一腔111内。
第一壳段110和第二壳段130之间通过连接短节150连接，连接短 节150上设置有连通第一腔111和第二腔131的流动通孔1551。
第一活塞200和第二活塞300通过连接杆210连接，第一腔111远 离第二腔131的一端通过双层管连接器002连接有双层管，双层管具有 设置在轴心流入管003，轴心流入管003连接供气装置和第一腔111。在 本实施例中，供气装置提供高压气体，高压气体能够推动第一活塞200 向第二腔131的方向位移。
第二腔131远离第一腔111的一端设置有用于抽吸井内流体进入第 二腔131的第一单向阀133，以及将第二腔131内的流体送入内管010与 外管030之间的排液通道011的第二单向阀135。
由于第一活塞200通过连接杆210连接第二活塞300，因此第一活塞 200在高压气体推动下位移的时候，第二活塞300也会向第一单向阀133 和第二单向阀135的位置移动，此时会挤压第二腔131内第二活塞300 远离第一腔111的部分(即工作腔室)，使得第二腔131内的流体通过第 二单向阀135挤入排液通道011。
而第一活塞200和第二活塞300还需要归位，才能实现周期性的抽 吸工作。
在本实施例中，第一腔111内还设置有复位弹簧230，复位弹簧230 的一端作用于第一活塞200，另一端作用于连接短节150的止位片155。 另外，第一腔111内壁靠近第二腔131的一端周向均布有三个排气孔1111， 排气孔1111连通第一腔111与内壳体100外侧的排液通道011。
当第一活塞200进一步运动到排气阀303靠近第二腔131的一侧时， 第一腔111内第一活塞200远离第二腔131的部分的气体通过排气孔1111 排出，对应的气压降低，当第一腔111内第一活塞200远离第二腔131 的部分对第一活塞200的气体压力小于复位弹簧230对第一活塞200的 弹力时，复位弹簧230伸展回位，也同时带动第二活塞300向靠近第一 腔111的方向位移，此时会扩大第二腔131内第二活塞300远离第一腔 111的部分，使得井内的流体通过第一单向阀133吸入第二腔131。
另外，排气孔1111排出的气体进入排液通道011之后，这些气体能 够以气举的方式帮助排液通道011内的流体排出。
具体的，为了保护第二活塞300，避免第二活塞300直接刚性接触连 接短节150，在第二活塞300靠近连接短节150的一侧还设置有防撞橡胶 301。
在本实施例中，为了将第一单向阀133和第二单向阀135都设置在 同一径向面上，以尽量扩大第二腔131中的工作腔体(第二腔131内位 于第二活塞300远离第一腔111的部分即工作腔室)。外管030在第二单 向阀135对应的两侧设置有隔板，隔板与内壳体100密封连接，相邻两 个第二单向阀135所对应的隔板之间形成用于第一单向阀133连通井内 的暴露凹槽031。
在本实施例中，第二活塞300上设置有排气阀303，排气阀303连通 第二活塞300远离第一腔111的一侧和远离第一腔111的一侧。第二腔 131中吸入的井底液体或气液混合流体，由于吸入过程中负压状态溶有气 体的液体会进一步逸出气体，这些气体会影响泵活塞泵效率，在第二活 塞300上安装的排气阀303，可以排出聚集在工作腔室的气体。而相应的，这部分气体再经过流动通孔1551和排气孔1111排出，进入到排液通道 011内。
在本实施例中，第一腔111的远离第二腔131的一端设置有泄压阀113， 泄压阀113能够连通第一腔111和排液通道011。当第一腔111内连接轴 心流入管003的部分的压力超过第一腔111、轴心流入管003承压能力和 供气装置的额定压力三者中的最小压力时，泄压阀113打开，两个活塞 停止运动，注入的气体直接进入双层管内环空，以气举的方式，排出双 层管内环空液体。当压力降低后，泄压阀113又自动关闭，气体继续驱 动第一活塞200和第二活塞300运动以抽吸流体。
通过本实施例提供的双层管用负压抽吸与气举复合作用泵001，能够 通过连续性地注入气体，经由气体压力将井内的流体周期性地送入排液 通道011内，同时，在排气孔1111处周期性排出的气体进入排液通道011 以气举的方式帮助排液通道011内流体排出，第二活塞300上设置的浮 力式排气阀303可以排出吸入流体中混合的气体，能够保持泵排液效率 的稳定性；当排液通道011液体过多，气体注入压力过高超过泄压阀113 的临界压力时，泄压阀113打开，第一活塞200和第二活塞300停止运 动，而注入的气体经由泄压阀113以气举的方式帮助井内流体的排出； 这种泵能够适用于所有类型井的流体排出。
实施例二
本实施例提供了一种双层管用负压抽吸与气举复合作用泵001，用于 设置在双层管的一端以抽吸井内流体，请参阅图1，这种双层管用负压抽 吸与气举复合作用泵001包括内管010和外管030，将井内的流体抽入内 管010后，通过内管010与外管030之间的环形的排液通道011送出井 外。
内管010包括内壳体100、第一活塞200和第二活塞300，第一活塞 200和第二活塞300在内壳体100中通过驱动力驱动后周期性地将井内流 体抽入排出。
具体的，内壳体100包括第一壳段110和第二壳段130，第一壳段 110和第二壳段130同轴设置且在中间通过连接短节150连接。
第一壳段110靠近第二壳段130的一端设置有第一螺纹，第二壳段 130靠近第一壳段110的一端设置有第二螺纹。相应的，连接短节150上 设置有与第一螺纹配合的第三螺纹，以及与第二螺纹配合的第四螺纹。 通过第一螺纹和第三螺纹的配合，与第二螺纹和第四螺纹的配合，实现 第一壳段110与第二壳段130的连接。
为了确保密封，在连接短节150与第一壳段110的连接处设置有第 一密封圈151，相应的，在连接短节150与第二壳段130的连接处设置有 第二密封圈153。
第一壳段110内形成容置有第一活塞200的第一腔111，第二壳段 130内形成容置有第二活塞300的第二腔131，连接短节150的内圈设置 有止位片155，止位片155在第二活塞300运动过程中防止第二活塞300 进一步进入第一腔111内。
第一壳段110和第二壳段130之间通过连接短节150连接，连接短 节150上设置有连通第一腔111和第二腔131的流动通孔1551。
第一活塞200和第二活塞300通过连接杆210连接，第一腔111远 离第二腔131的一端通过双层管连接器002连接有双层管，双层管具有 设置在轴心流入管003，轴心流入管003连接供气装置和第一腔111。在 本实施例中，供气装置提供高压气体，高压气体能够推动第一活塞200 向第二腔131的方向位移。
第二腔131远离第一腔111的一端设置有用于抽吸井内流体进入第 二腔131的第一单向阀133，以及将第二腔131内的流体送入内管010与 外管030之间的排液通道011的第二单向阀135。
由于第一活塞200通过连接杆210连接第二活塞300，因此第一活塞 200在高压气体推动下位移的时候，第二活塞300也会向第一单向阀133 和第二单向阀135的位置移动，此时会挤压第二腔131内第二活塞300 远离第一腔111的部分(即工作腔室)，使得第二腔131内的流体通过第 二单向阀135挤入排液通道011。
而第一活塞200和第二活塞300还需要归位，才能实现周期性的抽 吸工作。
在本实施例中，第一活塞200为中空浮力活塞，中间具有减重腔201， 第一腔111内壁靠近第二腔131的一端周向均布有三个排气孔1111，排 气孔1111连通第一腔111与内壳体100外侧的排液通道011。
为了保护第一活塞200，避免第一活塞200直接刚性接触连接短节 150或第一壳体的端面，在第一活塞200的两侧还设置有防撞橡胶301。
当第一活塞200进一步运动到排气阀303靠近第二腔131的一侧时， 第一腔111内第一活塞200远离第二腔131的部分的气体通过排气孔1111 排出，对应的气压降低，当第一腔111内第一活塞200远离第二腔131 的部分对第一活塞200的气体压力小于中空浮力活塞的浮力时，中空浮 力活塞通过浮力向远离第二腔131的方向回位，也同时带动第二活塞300向靠近第一腔111的方向位移，此时会扩大第二腔131内第二活塞300 远离第一腔111的部分，使得井内的流体通过第一单向阀133吸入第二腔 131。
具体的，为了保护第二活塞300，避免第二活塞300直接刚性接触连 接短节150，在第二活塞300靠近连接短节150的一侧还设置有防撞橡胶 301。
在本实施例中，为了将第一单向阀133和第二单向阀135都设置在 同一径向面上，以尽量扩大第二腔131中的工作腔体(第二腔131内位 于第二活塞300远离第一腔111的部分即工作腔室)。外管030在第二单 向阀135对应的两侧设置有隔板，隔板与内壳体100密封连接，相邻两 个第二单向阀135所对应的隔板之间形成用于第一单向阀133连通井内 的暴露凹槽031。
在本实施例中，第二活塞300上设置有排气阀303，排气阀303连通 第二活塞300远离第一腔111的一侧和远离第一腔111的一侧。第二腔 131中吸入的井底液体或气液混合流体，由于吸入过程中负压状态溶有气 体的液体会进一步逸出气体，这些气体会影响泵活塞泵效率，在第二活 塞300上安装的排气阀303，可以排出聚集在工作腔室的气体。而相应的，这部分气体再经过流动通孔1551和排气孔1111排出，进入到排液通道 011内。
在本实施例中，第一腔111的远离第二腔131的一端设置有泄压阀113， 泄压阀113能够连通第一腔111和排液通道011。当第一腔111内连接轴 心流入管003的部分的压力超过第一腔111、轴心流入管003承压能力和 供气装置的额定压力三者中的最小压力时，泄压阀113打开，注入的气 体直接进入双层连续油管内环空，以气举的方式，排出双层连续油管内 环空液体。
通过本实施例提供的双层管用负压抽吸与气举复合作用泵001，能够 通过连续性地注入气体，经由气体压力将井内的流体周期性地送入排液 通道011内，同时，在排气孔1111处周期性排出的气体进入排液通道011 以气举的方式帮助排液通道011内流体排出，第二活塞300上设置的浮 力式排气阀303可以排出吸入流体中混合的气体，能够保持泵排液效率 的稳定性；当排液通道011液体过多，气体注入压力过高超过泄压阀113 的临界压力时，泄压阀113打开，第一活塞200和第二活塞300停止运 动，而注入的气体经由泄压阀113以气举的方式帮助井内流体的排出； 这种泵能够适用于所有类型井的流体排出。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明， 对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (6)

1.一种双层管用负压抽吸与气举复合作用泵，用于设置在双层油管的一端以抽吸井内流体，其特征在于，包括内管；
所述内管包括内壳体，和同轴连接的第一活塞与第二活塞；
所述内壳体的内部形成同轴设置的第一腔和第二腔，所述第一活塞设置在所述第一腔内，所述第二活塞设置在所述第二腔内；
所述第一腔远离所述第二腔的一端用于接通供气装置；
所述第二腔远离所述第一腔的一端设置有用于抽吸井内流体进所述第二腔的第一单向阀，以及将所述第二腔内的流体送入排液通道的第二单向阀；
所述第二活塞设置有用于排出气液混合流体中气体的排气阀；
所述第一腔的远离所述第二腔的一端设置有泄压阀，所述泄压阀能够连通所述第一腔和所述排液通道；
所述第一腔内壁靠近所述第二腔的一端设置有排气孔，所述排气孔连通所述第一腔与所述内壳体外侧。
2.根据权利要求1所述的双层管用负压抽吸与气举复合作用泵，其特征在于，还包括外管；
所述外管同轴固定在所述内管的外侧，所述外管和所述内管之间形成环形的所述排液通道。
3.根据权利要求2所述的双层管用负压抽吸与气举复合作用泵，其特征在于，所述外管在所述第二单向阀对应的两侧设置有隔板，所述隔板与所述内壳体密封连接，相邻两个所述第二单向阀所对应的所述隔板之间形成用于所述第一单向阀连通井内的暴露凹槽。
4.根据权利要求1所述的双层管用负压抽吸与气举复合作用泵，其特征在于，所述内壳体包括同轴固定连接第一壳段和第二壳段；
所述第一壳段内形成所述第一腔，所述第二壳段内形成所述第二腔；
所述第一壳段和所述第二壳段之间通过连接短节连接，所述连接短节上设置有连通所述第一腔和所述第二腔的流动通孔。
5.根据权利要求4所述的双层管用负压抽吸与气举复合作用泵，其特征在于，所述第一腔内还设置有复位弹簧，所述复位弹簧的一端作用于所述第一活塞，另一端作用于所述连接短节。
6.根据权利要求1所述的双层管用负压抽吸与气举复合作用泵，其特征在于，所述第一活塞为中空浮力活塞。
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