CN112576485B - 一种含气稠油井用抽油泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种含气稠油井用抽油泵，包括泵筒总成和可轴向移动地设于泵筒总成内的柱塞总成，所述泵筒总成与柱塞总成之间围合形成有上部油管腔及下部泵腔，所述泵筒总成上设有气液置换腔；当所述柱塞总成上行至一定行程时，所述气液置换腔与所述下部泵腔连通，以形成将所述下部泵腔的气体置换至所述气液置换腔的气体上行通道；当所述柱塞总成下行至一定行程时，所述气液置换腔与所述上部油管腔连通，以形成将所述气液置换腔的气体置换至所述上部油管腔并排出的气体排出通道。本发明具有适用于含气稠油井作业，且气液分离效果好、泵效高及油井产量高等优点。

Description

一种含气稠油井用抽油泵
技术领域
本发明涉及含气稠油开采领域，尤其涉及一种含气稠油井用抽油泵。
背景技术
随着油田开采进入中后期，部分含气稠油井的气体在泵筒内分离后无法排出，柱塞在上下运动时，导致气体在泵筒中重复压缩、膨胀，这部分气体最终形成气帽。柱塞上冲程时不能使泵腔内的压力低于泵的吸入压力，固定阀无法正常打开，发生上冲程抽空气锁现象；柱塞下冲程时泵腔内的排出压力低于油管腔的液柱压力，出油阀无法正常打开，发生下冲程液力冲击或气锁现象，最终导致油井产量下降或不出液。可见，含气油井中气体是影响泵效低的重要原因之一，而更为重要的是此类油井在作业时常发生液力冲击现象，造成有杆抽油系统的震动，加速了抽油杆、阀罩、泵阀的损坏，缩短了抽油泵的使用寿命。
为解决上述问题，现有的采油生产作业中通常采用以下两种方式解决气体影响问题：一种是气锚分离法，其在深井中作业中效果有限，并不能完全实现气液分离，依然容易导致抽油泵气锁。另一种是采用特殊的抽油泵结构来实现，如采用强制启闭的出油阀来减少气体对出油阀的影响，及两级压缩抽油泵结构降低泵腔内气液比来提高泵效，但以上特殊的抽油泵都只适应稀油井，且结构复杂、加工难度大、使用寿命短，不适用于含气稠油井作业。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种适用于含气稠油井作业，且气液分离效果好、泵效高及油井产量高的含气稠油井用抽油泵。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种含气稠油井用抽油泵，包括泵筒总成和可轴向移动地设于泵筒总成内的柱塞总成，所述泵筒总成与柱塞总成之间围合形成有上部油管腔及下部泵腔，所述泵筒总成上设有气液置换腔；当所述柱塞总成上行至一定行程时，所述气液置换腔与所述下部泵腔连通，以形成将所述下部泵腔的气体置换至所述气液置换腔的气体上行通道；当所述柱塞总成下行至一定行程时，所述气液置换腔与所述上部油管腔连通，以形成将所述气液置换腔的气体置换至所述上部油管腔并排出的气体排出通道。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述柱塞包括供井内含气稠油输入的进油段、供进油段的含气稠油流至下部泵腔的过流段，以及供下部泵腔的含气稠油输出至上部油管腔的出油段，所述进油段、过流段及出油段依次连接，所述进油段及出油段与所述泵筒总成密封配合，以分隔出所述上部油管腔与下部泵腔。
所述柱塞总成还包括进油单向阀和出油单向阀，所述进油单向阀设于所述进油段与所述过流段之间；所述出油单向阀设于所述出油段内。
所述出油单向阀至少为两组，所述出油阀沿出油段的长度方向间隔布置。
所述柱塞总成还包括带动柱塞总成轴向移动的拉杆，所述拉杆连接于所述出油段的上端。
所述气液置换腔通过气液连通组件与所述上部油管腔或下部泵腔连通，所述气液连通组件设于所述柱塞总成上，所述泵筒总成的设置气液连通组件的位置与所述柱塞总成间隙配合；所述出油段的高度大于所述气液连通组件沿柱塞总成轴向的布置高度。
所述气液连通组件包括多个气液交换孔，多个所述气液交换孔沿所述泵筒总成的周向间隔布置。
含气稠油井用抽油泵还包括置换管，所述置换管包裹于所述泵筒总成的外表面，以形成气液置换腔；所述气液连通组件位于所述置换管内。
所述泵筒总成包括与出油段密封配合的第一密封段，以及与进油段密封配合的第二密封段，所述第一密封段与第二密封段连通；所述气液置换腔设于所述第一密封段上。
所述泵筒总成还包括与外部尾管连接的尾管连接管、以及支承尾管连接管的支承环，其中，所述尾管连接管连接于所述第一密封段的下端，并套设于所述第二密封段外；所述支承环设于所述尾管连接管与第二密封段之间。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明在泵筒总成上设有气液置换腔，当柱塞总成上行至一定行程时，气液置换腔与下部泵腔连通，以形成将下部泵腔的气体置换至气液置换腔的气体上行通道；当柱塞总成下行至一定行程时，气液置换腔与上部油管腔连通，以形成将气液置换腔的气体置换至上部油管腔并排出的气体排出通道。即本发明通过增设气液置换腔为泵内气体提供了上行及排出通道，以在液压反馈抽油泵中实现气液混合置换及排出功能，其有效降低了含气稠油的泵内气液比，避免了液力冲击及气锁现象的发生。即在适用于含气稠油井作业的基础上，可有效实现气液分离，且其气液分离效果好，保证了油井产量，提高了泵效及抽油泵的使用寿命。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是本发明含气稠油井用抽油泵的结构示意图。
图中各标号表示：
1、泵筒总成；11、第一密封段；12、第二密封段；13、尾管连接管；14、支承环；15、变扣接箍；16、上接箍；17、下接箍；2、柱塞总成；21、进油段；22、过流段；23、出油段；24、进油单向阀；25、出油单向阀；26、拉杆；3、上部油管腔；4、下部泵腔；5、气液置换腔；51、置换管；6、气液连通组件；61、气液交换孔。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
图1示出了本发明含气稠油井用抽油泵的本实施例，含气稠油井用抽油泵包括泵筒总成1和柱塞总成2。其中，柱塞总成2可轴向移动地设于泵筒总成1内，泵筒总成1与柱塞总成2之间围合形成有上部油管腔3及下部泵腔4。柱塞总成2在泵筒总成1中下行时，上部油管腔3及下部泵腔4连通，能产生向下的液压反馈力，以适应稠油开采。
本实施例中，泵筒总成1上设有气液置换腔5。当柱塞总成2上行至一定行程时，气液置换腔5与下部泵腔4连通，以形成将下部泵腔4的气体置换至气液置换腔5的气体上行通道；当柱塞总成2下行至一定行程时，气液置换腔5与上部油管腔3连通，以形成将气液置换腔5的气体置换至上部油管腔3并排出的气体排出通道。本发明通过增设气液置换腔5为泵内气体提供了上行及排出通道，以在液压反馈抽油泵中实现气液混合置换及排出功能，其有效降低了含气稠油的泵内气液比，避免了液力冲击及气锁现象的发生。即本发明在适用于含气稠油井作业的基础上，可实现气液的有效分离，其气液分离效果好、泵效高，有效提高了抽油泵的使用寿命及油井产量。
本实施例中，柱塞总成2包括依次连接的进油段21、过流段22及出油段23，进油段21及出油段23与泵筒总成1密封配合，以分隔出上部油管腔3与下部泵腔4。其中，进油段21供井内稠油输入；过流段22与下部泵腔4连通，以供进油段21的含气稠油流至下部泵腔4；出油段23与上部油管腔3连通，以供下部泵腔4的含气稠油通过出油段23输出至上部油管腔3，从而实现井内原油的输出。
同时，柱塞总成2还包括进油单向阀24和出油单向阀25。其中，进油单向阀24设于进油段21与过流段22之间；出油单向阀25设于出油段23内。在柱塞总成2上行时，出油单向阀25在上部油管腔3液柱压力的作用下关闭，同时，由于下部泵腔4容积增大、压力下降，进油单向阀24在沉没压力的作用下打开，原油经进油单向阀24进入下部泵腔4内。在柱塞总成2向下时，下部泵腔4的容积减小、压力增大，下部泵腔4的压力使进油单向阀24关闭，出油单向阀25打开，原油经下部泵腔4进入上部油管腔3中排出。此时，由于上部油管腔3及下部泵腔4连通，压力相等，进油单向阀24上形成向下的液压反馈力，帮助柱塞总成2克服下行时的稠油阻力。
本实施例中，出油单向阀25为两组，两组出油单向阀25沿出油段23的长度方向间隔布置。以提供双重密封保证、减少原油漏失、提高使用寿命。在其他实施例中，出油单向阀25的设置数量可根据具体情况进行调整，如设置为一组、三组等。
进一步地，柱塞总成2还包括拉杆26。拉杆26的下端与出油段23连接，拉杆26的上端与抽油杆连接，拉杆26通过抽油杆带动柱塞总成2轴向移动，其连接结构简单、操作方便。
更进一步地，进油段21及出油段23上设有环形槽，以使进入进油段21与泵筒总成1、出油段23与泵筒总成1之间的砂粒滞留在环形槽中，保护柱塞总成2的表面被拉伤。
如图1所示，气液置换腔5通过气液连通组件6与上部油管腔3或下部泵腔4连通；同时，气液连通组件6设于所述柱塞总成2上，泵筒总成1的设置气液连通组件6的位置与柱塞总成2间隙配合。柱塞总成2的出油段23的高度大于气液连通组件6沿柱塞总成2轴向的布置高度，以保证柱塞总成2在通过气液连通组件6位置时始终与泵筒总成1为密封配合，实现柱塞总成2对泵筒总成1内孔的有效密封，以减少漏油风险，避免冲程损失。
如图1所示，本实施例中，气液连通组件6为两组，两组气液连通组件6沿泵筒总成1的轴向布置。同时，出油段23的高度大于两组气液连通组件6沿柱塞总成2轴向的布置高度，以避免发生冲程损失。在其他实施例中，气液连通组件6的设置组数也可根据具体情况进行调整，如设置为一组、三组等。本实施例中，气液连通组件6包括多个气液交换孔61，多个气液交换孔61沿泵筒总成1的周向间隔布置，以提供气液交换的通道。
进一步地，含气稠油井用抽油泵还包括置换管51。置换管51包裹于泵筒总成1的表面，以围合形成气液置换腔5。气液交换孔61设于泵筒总成1上，并位于置换管51内。本实施例中，置换管51为环形置换管，气液交换孔61为圆形交换孔。在其他实施例中，置换管51及气液交换孔61的结构形式只要保证气液的有效置换即可。
如图1所示，泵筒总成1包括第一密封段11及第二密封段12。其中，第一密封段11与出油段23密封配合，第二密封段12与进油段21密封配合，以保证了上部油管腔3及下部泵腔4的有效密封，实现抽油泵的可靠安全作业。本实施例中，第一密封段11的直径大于第二密封段12的直径，第二密封段12通过变扣接箍15连接于第二密封段12上。
进一步地，泵筒总成1还包括尾管连接管13及支承环14。其中，尾管连接管13套设于第二密封段12外，且尾管连接管13的一端连接于第一密封段11的下端，尾管连接管13的另一端连接外部尾管。其使得第一密封段11不受外部尾管的载荷，避免了泵筒总成1因受载过大而变形卡泵的现象，其能够满足更深的泵挂要求。同时，支承环14设于尾管连接管13与第二密封段12之间，以起到支承尾管连接管13的作用。本实施例中，尾管连接管13通过下接箍17与外部尾管连接件；泵筒总成1的上部通过上接箍16与油管柱连接。
本实施例中，含气稠油井用抽油泵的工作原理为：
作业前，泵筒总成1的上部连接油管柱，泵筒总成1的下部连接外部尾管，柱塞总成2的上端连接抽油杆，之后将抽油泵下入油井中的设计位置；在抽油杆的带动下，柱塞总成2在泵筒总成1中上下往复运动。
上行程时，抽油杆带动柱塞总成2向上运动，出油单向阀25在上部油管腔3液柱压力的作用下关闭，同时，由于下部泵腔4容积增大、压力下降，进油单向阀24在沉没压力的作用下打开，原油经进油单向阀24进入下部泵腔4内。在柱塞总成2不断向上运动过程中，当下部泵腔4内压力低于气体溶于原油的饱和压力时，下部泵腔4内原油中的气体从原油中分离逸出并聚集在柱塞总成2的过流段22的位置，当进油段21运动到气液交换孔61的上部时，气液置换腔5与下部泵腔4连通，气液置换腔5内的原油由于重力作用进入下部泵腔4，与下部泵腔4内气体混合置换，过流段22的气体被原油替换，同时气液置换腔5内原油流入下部泵腔4后成为低压集气腔室。
下行程时，柱塞总成2向下运动，此时下部泵腔4的容积减小、压力增大，下部泵腔4的压力使进油单向阀24关闭，出油单向阀25打开，原油经下部泵腔4进入上部油管腔3中排出。当进油段21运动到气液交换孔61的下部时，气液置换腔5与上部油管腔3连通，上部油管腔3内的原油在液柱压力作用下进入气液置换腔5，与气液置换腔5内气体混合置换，从而实现了通过柱塞总成2的上下运动达到含气原油经抽油泵混合置换排出井外的目的。
当需要注气或洗井作业时，上提柱塞总成2，使柱塞总成2的进油段21及出油段23完全提出各自密封配合的泵筒总成1，此时柱塞总成2与泵筒总成1之间的环空与油套环空连通形成循环通道，即可进行注气或洗井作业，其注气、洗井作业成本低。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (6)

1.一种含气稠油井用抽油泵，包括泵筒总成和可轴向移动地设于泵筒总成内的柱塞总成，所述泵筒总成与柱塞总成之间围合形成有上部油管腔及下部泵腔，其特征在于，所述泵筒总成上设有气液置换腔；当所述柱塞总成上行至一定行程时，所述气液置换腔与所述下部泵腔连通，以形成将所述下部泵腔的气体置换至所述气液置换腔的气体上行通道；当所述柱塞总成下行至一定行程时，所述气液置换腔与所述上部油管腔连通，以形成将所述气液置换腔的气体置换至所述上部油管腔并排出的气体排出通道，
所述柱塞总成包括供井内含气稠油输入的进油段、供进油段的含气稠油流至下部泵腔的过流段，以及供下部泵腔的含气稠油输出至上部油管腔的出油段，进油段及出油段上设有环形槽，以使进入进油段与泵筒总成、出油段与泵筒总成之间的砂粒滞留在环形槽中；
所述气液置换腔通过气液连通组件与所述上部油管腔或下部泵腔连通，所述气液连通组件设于所述泵筒总成上，所述泵筒总成的设置气液连通组件的位置与所述柱塞总成间隙配合；所述出油段的高度大于所述气液连通组件沿柱塞总成轴向的布置高度，所述含气稠油井用抽油泵还包括置换管，所述置换管包裹于所述泵筒总成的外表面，以形成气液置换腔，所述气液连通组件包括多个气液交换孔，多个所述气液交换孔沿所述泵筒总成的周向间隔布置；
所述泵筒总成包括与出油段密封配合的第一密封段、与进油段密封配合的第二密封段，与外部尾管连接的尾管连接管，以及支承尾管连接管的支承环，所述第一密封段与第二密封段连通；第一密封段的直径大于第二密封段的直径，第二密封段通过变扣接箍连接于第一密封段的下端，所述气液置换腔设于 所述第一密封段上，所述尾管连接管连接于所述第一密封段的下端，并套设于所述第二密封段外；所述支承环设于所述尾管连接管与第二密封段之间。
2.根据权利要求1所述的含气稠油井用抽油泵，其特征在于，所述进油段、过流段及出油段依次连接，所述进油段及出油段与所述泵筒总成密封配合，以分隔出所述上部油管腔与下部泵腔。
3.根据权利要求2所述的含气稠油井用抽油泵，其特征在于，所述柱塞总成还包括进油单向阀和出油单向阀，所述进油单向阀设于所述进油段与所述过流段之间；所述出油单向阀设于所述出油段内。
4.根据权利要求3所述的含气稠油井用抽油泵，其特征在于，所述出油单向阀至少为两组，所述出油单向阀沿出油段的长度方向间隔布置。
5.根据权利要求2所述的含气稠油井用抽油泵，其特征在于，所述柱塞总成还包括带动柱塞总成轴向移动的拉杆，所述拉杆连接于所述出油段的上端。
6.根据权利要求5所述的含气稠油井用抽油泵，其特征在于，所述气液连通组件位于所述置换管内。
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