CN112105794B - 带有防气锁孔口的井下泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从油井开采一定量液体的井下泵，该井下泵包括：延伸壁；竖直地延伸到延伸壁的内部的管筒；由管筒和延伸壁的内部表面界定的气体分离室；以及活塞，在其下部包括游动阀，其中活塞构造成在冲程位置的上端和冲程位置的下端之间在管筒中竖直地滑动至分离室的内部；其中活塞包括至少一个排放孔口，其中至少一个排放孔口构造成在活塞到达冲程位置的下端时在活塞的内部与气体分离室之间提供连通，其中，在冲程位置的下端，排放孔口定位在管筒下方。

Description

带有防气锁孔口的井下泵

相关申请的交叉引用

该申请请求享有于2018年2月19日提交的BR102018003152-0的优先权的权益，其通过引用以它的全部内容包括于本文中。

技术领域

本发明涉及井下泵(也称为井底泵)。更特别地，本发明涉及包括用于防止气锁的器件的井下泵。

背景技术

陆上石油开采的最广泛使用的方法之一称为机械泵送。根据该方法，如在现有技术中广泛使用的，往复泵安装在井的底部，并且该泵连接到具有足够长度的抽油杆柱，使得另一端到达表面。

在表面处，抽油杆柱连接到称为泵送单元的装置，该装置的功能是将常规马达的旋转运动转换为具有缓慢旋转的往复运动给抽油杆，这继而又将其传递到安装在井底处的泵。

还已知每个油样品由数百种处于不同状态的不同分子构成，从气态到固态处于不同的量。在具有大量气态馏分的油中，发生了称为"气锁"的效应，这是指气体在固定阀和游动阀之间的空间中积聚。气体的这种积聚会延迟甚至阻止游动阀的打开，从而限制了油的流动。

在现有技术中，通过称为"底部检查"的策略解决了井下泵的气体阻塞问题，该策略包括重新定位泵的行程，使得在下降循环结束时，活塞与管筒相撞，导致活塞和固定阀之间的死空间的最大限度的减少，这降低了气体积聚的可能性，并有助于确保排出最大量的气体。

解决该问题的另一种方式是反向循环的操作，其中经由井下泵将流体通过套管和开采管之间的环形空间从表面泵出，使得将气体抽出。

由底部检查策略引起的冲击可能将泵损坏到其操作变得不切实际的程度，因为在固定阀和游动阀之间存在恒定的直接冲击。

如从下面描述的已知示例中清楚的那样，现有技术不能令人满意地解决这些问题。

文献WO2008153698A1公开了一种井下泵，用于从油井去除一定量的液体，诸如油、气和生产水。该文献中描述的泵除其他元件外还包括：带有固定阀的用于气体分离的室；带有游动阀的活塞；以及游动阀的致动器。游动阀的致动器包括销，该销致动阀球，打开游动阀，以便平衡活塞的内部和分离室之间的压力，防止由气体阻塞。

然而，在文献WO2008153698A1中公开的井下泵利用销以用于致动游动室的球阀，使得由于该阀的重复移动，销承受高的机械力，使其非常容易破裂。

文献US3215085A公开了一种用于井下柱塞泵的固定阀的构造。该文献特别地设想，当活塞处于其行程的最低点时，固定在固定阀的器件提供成用于致动固定在活塞上的游动阀的球。在该文献提出的构造中，采用销来致动游动阀的球。因此，使得有可能将滞留在静止组件(分离室)中的气体引导至活塞的内部，以防止泵由气体阻塞。

类似地，文献US3215085A中公开的井下泵利用销以用于致动游动室的球阀，使得由于阀的重复移动，销受到高的机械力，这使其非常容易破裂。

文献US7909589B2公开了一种井下泵，该井下泵包括：带有固定阀的分离室；以及带有游动阀的活塞，其中活塞分为两个部分。用于捕集砂子的室设在活塞的两个部分之间，以防止泵送流体中存在的砂子进入活塞。

根据文献US7909589B2，在活塞的两个部分之间还设有孔口，该孔口允许活塞的内部与分离室之间的流体连通(平衡)。因此，这些孔口使活塞的内部压力和分离室的压力相等，因此防止了泵由气体阻塞。

为了使活塞的内部压力和分离室的压力有可能相等，通道保持在活塞和分离室的内壁之间，流体(如气体)可经由该通道排走。

然而，由于所泵送的油包含许多杂质(诸如砂子和泥浆)，因此在活塞与分离室的内壁之间保持的通道易于阻塞，这可能导致泵由气体阻塞。

文献US8858187B2公开了一种井下泵，该井下泵包括设在活塞中的过滤器，该过滤器适于将活塞的内部与分离室分离。根据该文献，过滤器包括允许流体通过的开口，目的在于平衡活塞内部和分离室内的压力，因此防止泵由气体阻塞。

另外，在US8858187B2中描述了，为了能够使活塞的内部压力和分离室的压力相等，空间保持在活塞和分离室的内壁之间，通过该空间，流体(诸如气体)可排走，其中所保持的空间优选地具有与开口相同的厚度。

然而，由于所泵送的油包含许多杂质(诸如砂子和泥浆)，因此在活塞与分离室的内壁之间保持的通道易于阻塞，这可能导致泵由气体阻塞。

文献US6273690B1公开了一种井下泵，该井下泵包括活塞和带有固定阀和游动阀的分离室，其中通道设在活塞和分离室之间，以便提供围绕活塞的连通。根据该文献，当活塞处于其行程的最高位置时，通道保持打开，而当活塞处于其行程的最低位置时，通道保持关闭。因此，当通道打开时，所述的目的确保了活塞的内部压力与分离室的压力相等。

然而，由于所泵送的油包含许多杂质(诸如砂子和泥浆)，因此在活塞与分离室之间保持的通道易于阻塞，这可能导致泵由气体阻塞。

因此，很明显，现有技术没有提供有效的并且免于由气体阻塞的风险的优选地用于陆上应用的井下泵送系统。

如将在下文中更详细地描述的那样，本公开旨在以实用和有效的方式解决上述现有技术的问题。

发明内容

本公开旨在提供一种用于陆上采油的井下泵，该井下泵能够基本上最大限度地减少气锁效应。

根据本公开，提供了一种井下泵，其包括：至少一个延伸壁；竖直地延伸到延伸壁的内部的管筒；由管筒和延伸壁的内部表面界定的气体分离室；以及活塞，在其下部包括游动阀，其中活塞构造成在冲程位置的上端和冲程位置的下端之间在管筒中竖直地滑动至分离室的内部；其中活塞包括至少一个排放孔口，其中至少一个排放孔口构造成在活塞到达冲程位置的下端时在活塞的内部与气体分离室之间提供连通，其中，在冲程位置的下端，排放孔口定位在管筒下方。

可选地，活塞包括多个排放孔口。

可选地，排放孔口位于活塞上的相同水平位置处。

可选地，排放孔口具有不同的尺寸。

可选地，至少一个排放孔口在分离室的最上部区域中在活塞的内部和分离室之间提供流体连通。

可选地，泵还包括接头，该接头构造成在管筒和开采管之间连接到开采管的下端。

可选地，泵还包括冲程末端套筒，该冲程末端套筒构造成连接至抽油杆，其中接头适于在活塞到达冲程位置的下端时中断冲程末端套筒的下降运动。

可选地，冲程末端套筒构造成连接在抽油杆的一端处，其中泵还包括将冲程末端套筒连接到活塞的连杆。

可选地，冲程末端套筒构造成可调节地连接至抽油杆。

可选地，延伸壁是管筒的延伸部，延伸壁的内部相比管筒的内部具有较大的直径。

可选地，气体分离室包括固定阀。

可选地，活塞构造成由抽油杆驱动。

可选地，排放孔口构造成当活塞远离冲程位置的下端时不提供活塞的内部与气体分离室之间的连通。

还公开了一种具有气体分离器和防气锁孔口的井底泵，包括：连接到开采管(2)的下端的接头(5)，并且包括管筒(6)，该管筒竖直地延伸到泵的延伸壁(10)的内部；包括固定阀(9)的气体分离室(11)，其中气体分离室(11)由管筒(6)和泵的延伸壁(10)界定；以及活塞(7)，在其下部包括游动阀(8)，其中活塞(7)由抽油杆(3)驱动，并适于在管筒(6)中竖直地滑动到分离室的内部，该底孔泵的特征在于，活塞(7)包括至少一个排放孔口(12)，其中至少一个排放孔口(12)适于在活塞(7)到达冲程位置的末端时在活塞(7)的内部与气体分离室(11)之间提供连通，其中，在冲程位置的末端，排放孔口(12)定位在管筒(6)下方。

可选地，活塞(7)包括多个排放孔口，其中排放孔口定位在一条并且相同的水平线上。

可选地，排放孔口包括不同的尺寸。

可选地，至少一个排放孔口(12)在分离室(11)的最上部区域(110)中在活塞(7)的内部和分离室(11)之间提供流体连通。

可选地，泵包括固定至抽油杆(3)的冲程末端套筒(4)，其中接头(5)适于在活塞(7)到达最低行程位置时中断冲程末端套筒(4)的下降运动。

可选地，冲程末端套筒(4)固定在抽油杆(3)的最终位置，其中采用连杆(13)将冲程末端套筒(4)连接到活塞(7)。

可选地，冲程末端套筒(4)可调节地连接至抽油杆(3)。

附图说明

下面呈现的详细描述参照了附图及其相应的参考标记。

图1示出了根据本公开的可选构造的带有气体分离器和防气锁孔口的井下泵的示意图。

图2示出了图1中所示的活塞的排放孔口的操作细节的示意图。

图3a示出了在循环的初始位置的来自图1的带有气体分离器和防气锁孔口的井下泵的示意图。

图3b示出了在上升循环的初始位置的来自图1的带有气体分离器和防气锁孔口的井下泵的示意图。

图3c示出了在下降循环的初始位置的来自图1的带有气体分离器和防气锁孔口的井下泵的示意图。

图3d示出了在循环的最终位置的来自图1的带有气体分离器和防气锁孔口的井下泵的示意图。

具体实施方式

首先，要强调的是，以下给出的描述基于本公开的优选实施例。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明不限于该特定实施例。

本公开涉及优选用于陆上使用的井下泵。如前面的段落中已经描述的那样，这种类型的泵通常安装在生产井的底部。这种泵可连接到足够长的抽油杆柱使得另一端到达表面。在表面处，抽油杆柱可连接到称为泵送单元的装置。泵送单元的功能是将常规马达的旋转运动转换为用于抽油杆的慢速旋转和往复运动。抽油杆继而可将运动传递给安装在井底处的泵。

然而，在这种类型的泵中非常普遍的现象是所谓的气锁效应，该气锁效应是由井下泵的分离室(固定阀和游动阀之间的空间)中的气体积聚引起的。气体的这种积聚会延迟甚至阻止游动阀的打开，实质上阻碍油的流动，导致生产损失。

在采油领域中众所周知，该现象是由于存在轻烃馏分而发生的，该轻烃馏分在井下泵的吸入循环期间发生相变，使得分离室中的压力不足以引起打开活塞的游动阀，这防止产出的液体进入其中，从而中断泵送。在常规泵的情况下，没有分离室，但其效果与活塞和管筒之间的空间膨胀相同。

在一种布置中，提供了如图1中所示的井下泵，图1示出了带有气体分离器和防气锁孔口的井底泵的可选构造，包括：

连接到泵送单元的抽油杆3；

接头5，其连接到开采管2的下端，并且包括管筒6，该管筒竖直地延伸到泵的延伸壁10的内部；

包括固定阀9的用于气体分离的室，其中分离室由管筒6和泵的延伸壁10界定；以及

活塞7(也称为柱塞)，在其下部包括游动阀8，其中活塞7由抽油杆3驱动，并且适于在管筒6中竖直地滑动至分离室的内部。

根据本公开，还提供了一种井下泵，其包括：一个或多个延伸壁10；竖直地延伸到延伸壁10的内部的管筒6；包括固定阀9的气体分离室11，其中气体分离室9由管筒6和延伸壁10的内部表面界定；以及活塞7，在其下部包括游动阀8，其中该活塞构造成在冲程位置的上端和冲程位置的下端之间在管筒6中竖直地滑动至分离室的内部；其中活塞7包括至少一个排放孔口12，其中至少一个排放孔口12构造成在活塞到达冲程位置的下端时在活塞的内部与气体分离室11之间提供连通(即，流体连通)，其中，在冲程位置的下端，排放孔口12定位在管筒下方。应当认识到，"上"和"下"是在泵安装在井底部时的意义上来说的。活塞7可构造成由抽油杆7驱动。

延伸壁10可采取圆柱形壁的形式。圆柱形壁可具有侧部和底部。固定阀9可设置在底部中。

如上所述，并且如图1中所示，泵的内部限定了由管筒6的内部和延伸壁10形成的容积。管筒6相比延伸壁10具有较小的内径。延伸壁10可认为是管筒的延伸部，具有更大的内径。如图1中所示，管筒6和延伸壁10的外径可基本相同。

接头5(也称为座接头)可设在管筒6的上方。接头5可定位在泵的顶部以允许到开采管2的连接。管筒6可认为是接头5的一部分，或备选地，管筒6可认为是单独的部分，其中接头定位在开采管2和管筒6之间。延伸壁10、管筒6以及在存在时的接头5可认为形成泵的主体。

气体分离室11由延伸壁10的侧壁和底壁之间的空间以及延伸壁和管筒6之间的边界限定。气体分离室11可包括固定阀9。固定阀9可位于气体分离室11的底部(即，在延伸壁10的底壁中)。

如上文说明的那样，从井中采出的油由分子的混合物构成，其中一些处于气相，且其中一些处于液相。分离室11促进从井中采出的混合物的相分离，其中气相趋于转移并积聚在分离室11的上部110中，且液相转移并积聚在分离室11的下部111中。

为了防止由于气锁效应而导致的生产损失，本发明的井下泵的活塞7包括至少一个排放孔口12。当活塞7到达冲程位置的下端时，排放孔口12适于在活塞7的内部与气体分离室11之间提供流体连通。在冲程位置的下端，排放孔口12定位在管筒6下方。换句话说，排放孔口12是活塞壁中的开口，当活塞7处于其最低位置时，该开口允许气体从气体分离室11流到活塞7的内部。

应当认识到，当活塞7远离冲程位置的下端时，排放孔口12构造成不提供活塞7的内部与气体分离室11之间的连通。这可能是因为孔口12可能由管筒6的内壁阻塞。发生这种情况是因为管筒6的内径可能小于延伸壁10的内径。例如，认为活塞7远离冲程位置的下端的状态可为当活塞7处于其行程的上部90％时。也可选择任何其他合适的冲程比例。

在前面的段落中描述的特征的功能可在图2中显现，图2示出了图1中所示的活塞7的排放孔口12的操作细节的示意图。在气锁的情况下，由于气体在分离室11中的积聚，预计该室具有比活塞7内部的压力大的压力，但是分离室11与活塞7之间的压力差不足以致动(即，打开)游动阀8。

这是由于以下事实：在气锁状态下，大量的气体18积聚在该室的上部110中。由于气体的可压缩性与液体相比非常高，因此活塞7不会在分离室11上施加足够的压力以致动游动阀8，这将允许液相111通过游动阀8引导到活塞7的内部。

然而，由于排放孔口12的存在，当活塞7到达冲程位置的下端时(其中排放孔口12定位在管筒6下方)，排放孔口12现在允许活塞7的内部与分离室11之间的流体连通。在此情况下，由于分离室11中的压力大于活塞7中的压力，因此，积累在分离室11的上部110中的气体排到活塞7的内部。

随着气体从该区域(即，分离室11)排出，分离室11与活塞7之间的压力差足以致动(即，打开)游动阀8。因此，该泵在下一个泵送循环中再次正常运行，而不会中断生产。

图3a、图3b、图3c和图3d分别示出了来自图1的泵在初始位置、活塞7的上升循环、活塞7的下降循环和最终位置。注意，初始位置和最终位置代表泵或活塞7的相同位置，因为在循环结束时，泵立即开始新的循环。还应强调，活塞7的初始位置表示活塞7到达冲程位置的下端即其行程的最低位置的点。冲程位置的上端是活塞停止上升(如图3b中所示)并再次开始下降所处的活塞7的位置。应当理解，在每个循环中，活塞7从冲程位置的下端行进至冲程位置的上端，并然后向下返回至冲程位置的下端。

尽管附图示出了活塞7仅包括一个排放孔口12，但是可以可选地在活塞7中提供多个排放孔口。优选地，这些孔口定位在一条并且相同的水平线上。孔口可包括不同的尺寸(即，具有不同的尺寸)。因此，如果排放孔口12之一受阻，则其他孔口可在活塞7的内部和分离室11之间提供流体连通。如果阻塞物由特定尺寸的颗粒组成，则变化的孔口12的尺寸可允许至少一个孔口保持畅通无阻，因为这些颗粒可能会阻塞特定尺寸的孔口，但会通过不同尺寸的孔口。

总体上可看出，在活塞7的上升和下降运动期间，排放孔口12仍然由泵的管筒6阻塞，使得排放孔口12仅在活塞7更接近其冲程的下端时与分离室11连通。

因此，在正常操作的情况下，排放孔口12仅在通常仅填充有气相的分离室11的最上部区域110中的活塞7的内部与分离室11之间提供连通。

为了确保活塞7的下行程不超过可容许的极限，可选提供连接(或固定)至抽油杆3的冲程末端套筒4。当活塞7到达最低行程位置时，接头5可适于中断冲程末端套筒4的下降运动。在这种构造中，最低行程位置使得排放孔口12定位在管筒6下方。这可允许活塞7的内部与分离室11之间的流体连通。将理解的是，"固定"不必意味着"永久固定"，并且可使用任何合适的附接或连接。

可选地，冲程末端套筒4可固定在抽油杆3的端部，其中采用连杆13，以将冲程末端套筒4连接至活塞7。换句话说，泵可包括在冲程末端套筒4和活塞7之间的连杆13，以在抽油杆3、冲程末端套筒4和活塞7之间提供连接。然而，不一定提供连杆13，并且冲程末端套筒4可直接连接至活塞，或可使用除连杆13以外的布置连接到活塞。

在特定构造中，冲程末端套筒4可以可调节地连接至抽油杆3。在该构造中，由套筒4的位置限定的冲程末端的极限位置可为可调节的。

如本领域技术人员所知，固定阀8和游动阀9可为现有技术中已知的任何阀，使得该特征不限制本发明的保护范围。

因此，将清楚的是，现在描述的本发明以迄今未公开的方式解决了所提出的现有技术的问题，即，提供用于陆上石油生产的井下泵，该井下泵克服了气体阻塞的问题。

上述设备和方法的变型、可行的不同变型之间的组合以及对本领域技术人员显而易见的本发明的方面的变型旨在处于权利要求书的精神和范围内。

Claims (13)

1.井下泵，包括：

延伸壁；

竖直地延伸到所述延伸壁的内部的管筒；

由所述管筒和所述延伸壁的内部表面界定的气体分离室；以及

活塞，在其下部包括游动阀，其中所述活塞构造成在冲程位置的上端和冲程位置的下端之间在所述管筒中竖直地滑动至所述气体分离室的内部；

其中所述活塞包括至少一个排放孔口，其中所述至少一个排放孔口构造成在所述活塞到达冲程位置的所述下端时在所述活塞的内部与所述气体分离室之间提供连通，其中，在冲程位置的所述下端，所述排放孔口定位在所述管筒下方。

2.根据权利要求1所述的井下泵，其特征在于，所述活塞包括多个排放孔口。

3.根据权利要求2所述的井下泵，其特征在于，所述排放孔口位于所述活塞上的相同水平位置处。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的井下泵，其特征在于，所述排放孔口具有不同的尺寸。

5.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的井下泵，其特征在于，所述至少一个排放孔口在所述气体分离室的最上部区域中在所述活塞的内部与所述气体分离室之间提供流体连通。

6.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的井下泵，其特征在于，所述井下泵还包括接头，所述接头构造成在所述管筒和开采管之间连接到所述开采管的下端。

7.根据权利要求6所述的井下泵，其特征在于，所述井下泵还包括冲程末端套筒，所述冲程末端套筒构造成连接至抽油杆，其中所述接头适于在所述活塞到达冲程位置的所述下端时中断所述冲程末端套筒的下降运动。

8.根据权利要求7所述的井下泵，其特征在于，所述冲程末端套筒构造成连接在所述抽油杆的端部处，其中所述泵还包括将所述冲程末端套筒连接到所述活塞的连杆。

9.根据权利要求7或权利要求8所述的井下泵，其特征在于，所述冲程末端套筒构造成可调节地连接至所述抽油杆。

10.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的井下泵，其特征在于，所述延伸壁是所述管筒的延伸部，所述延伸壁的内部相比所述管筒的内部具有较大的直径。

11.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的井下泵，其特征在于，所述气体分离室包括固定阀。

12.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的井下泵，其特征在于，所述活塞构造成由抽油杆驱动。

13.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的井下泵，其特征在于，所述排放孔口构造成当所述活塞远离冲程位置的所述下端时不提供所述活塞的内部与所述气体分离室之间的连通。

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