CN113123758A - 金属叶片泵注汽阀、举升装置及采油工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种金属叶片泵注汽阀、举升装置及采油工艺，金属叶片泵注汽阀设置在采油管柱上，金属叶片泵注汽阀包括：泵筒，泵筒上设有第一连接部；柱塞，柱塞可移动地设置在泵筒内，柱塞上设有第二连接部；其中，泵筒上还设有注汽孔，柱塞具有避让位置和止挡位置；当柱塞移动至避让位置时，注汽孔打开；当柱塞移动至止挡位置时，注汽孔关闭，且第一连接部与第二连接部镜面密封。本发明的金属叶片泵注汽阀解决了现有技术中的采油工艺寿命不长的问题。

Description

金属叶片泵注汽阀、举升装置及采油工艺

技术领域

本发明涉及采油技术领域，具体而言，涉及一种金属叶片泵注汽阀、举升装置及采油工艺。

背景技术

金属叶片泵是一种近年研制出的采油井用举升设备，用于油田采油属于世界首创，其基础原理为：金属叶片泵转子旋转时，叶片在离心力作用下，尖部紧贴在定子内表面上。这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积，先由小到大吸油后再由大到小排油，叶片旋转一周时，完成吸油与排油。

金属叶片泵举升工艺是近年来发展起来的新型人工举升工艺技术，具有节能、耐高温等特点，适用于稠油热采井。有泵效率高，节能性好，体积小，耐高温、使用寿命长，建井一次投资少，作业施工简单易等特点。

虽然金属叶片泵举升工艺具有许多优点，但也存在一些弊端，比如在稠油吞吐井中注蒸汽和转采油过程中，需要进行修井井下作业，注蒸汽时还需下入注气管柱，在转采油过程中也需要进行修井作业，下入金属叶片泵举升工艺管柱，修井后热量损失大，抽油效果不明显等问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种金属叶片泵注汽阀、举升装置及采油工艺，以解决现有技术中的采油工艺效果不佳的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种金属叶片泵注汽阀，设置在采油管柱上，金属叶片泵注汽阀包括：泵筒，泵筒上设有第一连接部；柱塞，柱塞可移动地设置在泵筒内，柱塞上设有第二连接部；其中，泵筒上还设有注汽孔，柱塞具有避让位置和止挡位置；当柱塞移动至避让位置时，注汽孔打开；当柱塞移动至止挡位置时，注汽孔关闭，且第一连接部与第二连接部镜面密封。

进一步地，第一连接部包括第一连接面，第一连接面设置在泵筒的内侧，第二连接部包括第二连接面，第二连接面设置在柱塞的外侧，柱塞通过第二连接面与第一连接面面接触以与泵筒镜面密封。

进一步地，金属叶片泵注汽阀还包括：密封组件，密封组件设置在柱塞和/或泵筒上，以在柱塞移动至止挡位置时，密封组件密封在柱塞和泵筒之间。

进一步地，密封组件设置在柱塞的端部。

进一步地，柱塞上设有第一安装槽，密封组件包括密封圈，密封圈设置在第一安装槽内。

进一步地，金属叶片泵注汽阀还包括：驱动组件，驱动组件与柱塞连接，以驱动柱塞在避让位置和止挡位置之间移动。

进一步地，柱塞上设有限位部，驱动组件包括：顶杆，顶杆可移动地设置在柱塞内，顶杆上设有止挡部；其中，止挡部用于与限位部配合以在顶杆移动时带动柱塞移动。

进一步地，顶杆上设有第二安装槽，止挡部包括卡簧，卡簧设置在第二安装槽内，限位部包括限位筒，顶杆通过卡簧与限位筒抵接。

根据本发明的第二个方面，提供了一种举升装置，包括：光杆、叶片泵和金属叶片泵注汽阀，金属叶片泵注汽阀为上述的金属叶片泵注汽阀。

进一步地，举升装置还包括：气砂锚，气砂锚设置在叶片泵的底部。

进一步地，举升装置还包括：油管锚，油管锚设置在气砂锚的底部。

根据本发明的第三个方面，一种采油工艺，采用上述的举升装置进行采油，采油工艺包括：蒸汽作业S1：利用光杆驱动柱塞移动以打开泵筒上的注汽孔，以使蒸汽进入到套管内以提升油液的温度；采油作业S2：待蒸汽作业S1结束后，利用光杆驱动柱塞移动以关闭泵筒上的注汽孔，以使叶片泵工作并将油液吸出。

应用本发明的技术方案的金属叶片泵注汽阀主要应用在叶片泵采油管柱上，以用于采油，该金属叶片泵注汽阀包括泵筒和柱塞，现有技术中的泵筒和柱塞仅采用密封圈密封，多次使用后密封圈老化，密封性不好，容易漏油，本申请中设置第一连接部和第二连接部，以使柱塞移动至止挡位置时，泵筒和柱塞在圆周方向镜面密封，能够有效防止油液从泵筒和柱塞之间流动，从而防止漏油，解决了现有技术中的金属叶片泵注汽阀密封不好导致容易漏油，采油效果不好的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的金属叶片泵注汽阀的实施例的结构示意图；以及

图2示出了本发明的举升装置的实施例的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、泵筒；11、第一连接部；12、注汽孔；13、导汽罩；14、第一定位部；15、第二定位部；20、柱塞；21、第二连接部；22、限位部；30、密封组件；40、顶杆；41、止挡部；50、叶片泵；60、套管；71、驱动头；72、光杆；73、采油树；74、抽油杆；75、油管；76、金属叶片泵注汽阀；77、尾管；78、气砂锚；79、油管锚。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明提供了一种金属叶片泵注汽阀，设置在采油管柱上，请参考图1至图2，金属叶片泵注汽阀包括：泵筒10，泵筒10上设有第一连接部11；柱塞20，柱塞20可移动地设置在泵筒10内，柱塞20上设有第二连接部21；其中，泵筒10上还设有注汽孔12，柱塞20具有避让位置和止挡位置；当柱塞20移动至避让位置时，注汽孔12打开；当柱塞20移动至止挡位置时，注汽孔12关闭，且第一连接部11与第二连接部21镜面密封连接。

本发明的金属叶片泵注汽阀主要应用在叶片泵采油管柱或螺杆泵采油管柱上，以用于采油，该金属叶片泵注汽阀包括泵筒和柱塞，现有技术中的泵筒和柱塞仅采用密封圈密封，多次使用后密封圈老化，密封性不好，容易漏油，本申请中设置第一连接部11和第二连接部21，以使柱塞移动至止挡位置时，泵筒和柱塞镜面密封，能够有效防止油液从泵筒和柱塞之间流动，从而防止漏油，解决了现有技术中的金属叶片泵注汽阀密封不好导致容易漏油，采油效果不好的问题。

第一连接部11包括第一连接面，第一连接面设置在泵筒10的内侧，第二连接部21包括第二连接面，第二连接面设置在柱塞20的外侧，柱塞20通过第二连接面与第一连接面面接触以与泵筒10镜面密封。

优选地，当柱塞移动至止挡位置时，柱塞外侧的第一连接面和泵筒内侧的第二连接面接触，第一连接面和第二连接面均为光滑的面，以使柱塞与泵筒之间实现镜面密封，从而能够有效防止两者之间漏油的问题，避免现有技术中仅通过密封圈这种线接触来防止漏油的情况，效果更好。

金属叶片泵注汽阀还包括：密封组件30，密封组件30设置在柱塞20和/或泵筒10上，以在柱塞20移动至止挡位置时，密封组件30密封在柱塞20和泵筒10之间。密封组件30设置在柱塞20的端部。柱塞20上设有第一安装槽，密封组件30包括密封圈，密封圈设置在第一安装槽内。

本实施例中的金属叶片泵注汽阀还设有密封组件，优选地，密封组件为密封圈，在柱塞的端部设有用于安装密封圈的第一安装槽，从而进一步地防止柱塞和泵筒之间漏油。

优选地，密封组件30包括两个密封圈，两个密封圈分别设置在柱塞的上下两端以进行密封。

金属叶片泵注汽阀还包括：驱动组件，驱动组件与柱塞20连接，以驱动柱塞20在避让位置和止挡位置之间移动。柱塞20上设有限位部22，驱动组件包括：顶杆40，顶杆40可移动地设置在柱塞20内，顶杆40上设有止挡部41；其中，止挡部41用于与限位部22配合以在顶杆40移动时带动柱塞20移动。顶杆40上设有第二安装槽，止挡部41包括卡簧，卡簧设置在第二安装槽内，限位部22包括限位筒，顶杆40通过卡簧与限位筒抵接。

如图1所示，本实施例中的驱动组件包括顶杆40，顶杆40的外侧设有卡簧，在柱塞的内侧设有限位筒，顶杆向下移动使的卡簧定在限位筒上，从而推动限位筒向下移动，从而使的柱塞上的下卡簧脱离定位槽，限位筒带动柱塞向下移动从而打开注汽孔。当柱塞的下台阶抵接在泵筒的第二定位部上时，柱塞处于避让位置，此时顶杆继续下移，由于柱塞下端的下台阶抵接在泵筒的第二定位部上无法移动，顶杆移动从而使的卡簧收缩并挤过限位筒，到达限位筒下侧。需要抽油时，顶杆上移，此时卡簧从限位筒下侧推动限位筒向上移动，从而带动柱塞向上移动，直至柱塞的上端与泵筒抵接，此时密封圈与泵筒抵接，下卡簧卡设在泵筒内的定位槽内，柱塞将注汽孔封闭，然后顶杆继续上移，由于柱塞已经无法移动，顶杆移动从而使的卡簧收缩并挤过限位筒，到达限位筒上侧，以便进行下个循环动作。

根据本发明的第二个方面，还提供了一种举升装置，包括：光杆、叶片泵50和金属叶片泵注汽阀，金属叶片泵注汽阀为上述的金属叶片泵注汽阀。

根据本发明的第三个方面，还提供了一种采油工艺，采用上述的举升装置进行采油，采油工艺包括：

蒸汽作业S1：利用光杆驱动柱塞20移动以打开泵筒10上的注汽孔12，以使蒸汽进入到套管60内以提升油液的温度；

采油作业S2：待蒸汽作业S1结束后，利用光杆驱动柱塞20移动以关闭泵筒10上的注汽孔12，以使叶片泵50工作并将油液吸出。

如图2所示，本实施例中的举升装置包括光杆72和驱动头71，举升装置还包括采油树73、抽油杆74、油管75、尾管77、油管锚79和气砂锚78。本申请的采用金属叶片泵举升装置，与螺杆泵举升系统相似，具体如下：

入井时将尾管77、油管锚79、气砂锚78、金属叶片泵50、金属叶片泵注汽阀76连接后再与油管75相连。金属叶片泵转子传动销、金属叶片泵注汽阀、顶杆40、抽油杆74、光杆72相连。本发明利用下放驱动头71上的光杆72、带动抽油杆、金属叶片泵注汽阀和顶杆下行打开金属叶片泵注汽阀，使油套环空联通，油套环空为套管60与举升装置之间的空间，蒸汽通过采油树生产管线、油管、金属叶片泵注汽阀进入油套环空，进而进入地层，此时可以进行注蒸汽作业。注蒸汽作业结束后，要进行采油作业时，上提驱动头上的光杆、带动抽油杆、金属叶片泵注汽阀和顶杆上行关闭金属叶片泵注汽阀，此时可以进行采油作业。利用驱动头的旋转带动抽油杆、金属叶片泵转子，转子转动将油液吸入油管举升至地面。下一轮进行注蒸汽作业，可以采用以上步骤循环进行。从而实现不动管柱进行注蒸汽采油一体化工艺。

气砂锚选用分离效果好的气砂锚，油管锚采用油管柱伸缩而不产生油管旋转的油管锚，尾管下可不接丝堵。

金属叶片泵上端有环形阀，注蒸汽时环形阀关闭，防止注蒸汽油砂及颗粒等进入金属叶片泵内造成卡泵。转采油时，通过金属叶片泵旋转产生泵压，打开环形阀，进行正常抽油。

气砂锚选用分离效果好的气砂锚，减少气、砂对金属叶片泵的影响。

油管锚采用油管柱伸缩而不产生油管旋转的油管锚，减少因为热膨胀对油管伸缩的影响造成金属叶片泵及相关工具的变形。

油管锚具有因油管柱伸缩而仍然具有使油管不旋转的防止油管卸扣的作用，减少因为热膨胀对油管伸缩的影响造成金属叶片泵及相关工具的影响。

尾管下可不接丝堵，分离出来的油砂进入套管口袋。

在注汽孔的外侧还设有导汽罩13，导汽罩13内设有导汽通道，导汽通道与注汽孔连通，以将蒸汽导出。

第一定位部14包括下卡簧，在柱塞的外侧或泵筒的内侧设有定位槽。

优选地，下卡簧设置在柱塞外侧，在泵筒的内侧设有定位槽，当柱塞移动至止挡位置时，下卡簧卡设在定位槽内以将对柱塞进行定位。

第二定位部15位设置在泵筒下方的定位台阶，以用于止挡柱塞向下移动。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明实金属叶片泵注汽阀动作说明：注汽时下放抽油杆，抽油杆的重力通过顶杆40、卡簧过限位筒，带动柱塞下行，打开注汽孔，热蒸汽通过导汽罩13，注入到套管环空内，实现注汽的功能；转抽时，上提抽油杆，通过顶杆、卡簧过限位筒上行用在柱塞上的力，关阀金属叶片泵注汽阀通道，泵筒和柱塞形成镜面密封，防止油液漏到油管外，限位下卡簧，保证抽油过程中金属叶片泵注汽阀保持关闭状态。

顶杆下行时，顶杆上部端面与限位筒上部断面密封，防止注蒸汽油砂及颗粒等进入金属叶片泵内造成卡泵。转采油时，顶杆上行时，顶杆上部端面与限位筒上部形成与油流通道，进行正常抽油。

本次发明的采油工艺在稠油吞吐井中首次应用，研制了金属叶片泵注汽阀，通过上提和下放抽油杆柱，达到开、关金属叶片泵注汽阀的效果，从而下放抽油杆柱时，打开金属叶片泵注汽阀进行注蒸汽。注蒸汽结束后，需要进行采油时，可以上提抽油杆柱关闭金属叶片泵注汽阀，通过驱动头带动抽油杆和金属叶片泵旋转，实现抽油作业。从而可以实现不进行井下作业，实现金属叶片泵筒汽采油一体化管柱工艺。至少减少一趟修井作业，避免了修井时需要进行压井作业，减少了注蒸汽后转抽的热量损失，提高了转抽的效果。

现有的举升工艺存在稠油吞吐井中注蒸汽和转采油过程中，需要进行修井井下作业，注蒸汽时下入注汽管住。转采油过程中需要进行修井作业，下入金属叶片泵举升工艺管柱，修井后热量损失大，抽油效果不明显。为了提高金属叶片泵举升工艺效果，本发明提供了一种金属叶片泵注汽阀和举升装置，提高金属叶片泵举升工艺在稠油蒸汽吞吐井中的应用效果，通过下放和上提抽油杆柱，达到开、关金属叶片泵注汽阀的效果，从而下放抽油杆柱时，打开金属叶片泵注汽阀进行注蒸汽。注蒸汽结束后，需要进行采油时，可以上提抽油杆柱关闭金属叶片泵注汽阀，通过驱动头带动抽油杆和金属叶片泵旋转，实现抽油作业。从而可以实现不进行井下作业，实现金属叶片泵筒汽采油一体化管柱工艺。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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 (12)

1.一种金属叶片泵注汽阀，设置在采油管柱上，其特征在于，所述金属叶片泵注汽阀包括：

泵筒(10)，所述泵筒(10)上设有第一连接部(11)；

柱塞(20)，所述柱塞(20)可移动地设置在所述泵筒(10)内，所述柱塞(20)上设有第二连接部(21)；

其中，所述泵筒(10)上还设有注汽孔(12)，所述柱塞(20)具有避让位置和止挡位置；当所述柱塞(20)移动至所述避让位置时，所述注汽孔(12)打开；当所述柱塞(20)移动至所述止挡位置时，所述注汽孔(12)关闭，且所述第一连接部(11)与所述第二连接部(21)镜面密封。

2.根据权利要求1所述的金属叶片泵注汽阀，其特征在于，所述第一连接部(11)包括第一连接面，所述第一连接面设置在所述泵筒(10)的内侧，所述第二连接部(21)包括第二连接面，所述第二连接面设置在所述柱塞(20)的外侧，所述柱塞(20)通过所述第二连接面与所述第一连接面面接触以与所述泵筒(10)镜面密封。

3.根据权利要求1所述的金属叶片泵注汽阀，其特征在于，所述金属叶片泵注汽阀还包括：

密封组件(30)，所述密封组件(30)设置在所述柱塞(20)和/或所述泵筒(10)上，以在所述柱塞(20)移动至所述止挡位置时，所述密封组件(30)密封在所述柱塞(20)和所述泵筒(10)之间。

4.根据权利要求3所述的金属叶片泵注汽阀，其特征在于，所述密封组件(30)设置在所述柱塞(20)的端部。

5.根据权利要求4所述的金属叶片泵注汽阀，其特征在于，所述柱塞(20)上设有第一安装槽，所述密封组件(30)包括密封圈，所述密封圈设置在所述第一安装槽内。

6.根据权利要求1所述的金属叶片泵注汽阀，其特征在于，所述金属叶片泵注汽阀还包括：

驱动组件，所述驱动组件与所述柱塞(20)连接，以驱动所述柱塞(20)在所述避让位置和所述止挡位置之间移动。

7.根据权利要求6所述的金属叶片泵注汽阀，其特征在于，所述柱塞(20)上设有限位部(22)，所述驱动组件包括：

顶杆(40)，所述顶杆(40)可移动地设置在所述柱塞(20)内，所述顶杆(40)上设有止挡部(41)；其中，所述止挡部(41)用于与所述限位部(22)配合以在所述顶杆(40)移动时带动所述柱塞(20)移动。

8.根据权利要求7所述的金属叶片泵注汽阀，其特征在于，所述顶杆(40)上设有第二安装槽，所述止挡部(41)包括卡簧，所述卡簧设置在所述第二安装槽内，所述限位部(22)包括限位筒，所述顶杆(40)通过所述卡簧与所述限位筒抵接。

9.一种举升装置，包括：光杆(72)、叶片泵(50)和金属叶片泵注汽阀(76)，其特征在于，所述金属叶片泵注汽阀为权利要求1至8中任一项所述的金属叶片泵注汽阀。

10.根据权利要求9所述的举升装置，其特征在于，所述举升装置还包括：

气砂锚(78)，所述气砂锚(78)设置在所述叶片泵(50)的底部。

11.根据权利要求10所述的举升装置，其特征在于，所述举升装置还包括：

油管锚(79)，所述油管锚(79)设置在所述气砂锚(78)的底部。

12.一种采油工艺，其特征在于，采用权利要求9至11中任一项所述的举升装置进行采油，所述采油工艺包括：

蒸汽作业S1：利用光杆(72)驱动柱塞(20)移动以打开泵筒(10)上的注汽孔(12)，以使蒸汽进入到套管(60)内以提升油液的温度；

采油作业S2：待所述蒸汽作业S1结束后，利用所述光杆(72)驱动所述柱塞(20)移动以关闭所述泵筒(10)上的注汽孔(12)，以使所述叶片泵(50)工作并将油液吸出。

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