CN113153732A - 一种往复柱塞式注聚泵液力端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种往复柱塞式注聚泵液力端，包括液缸体，所述液缸体的上端安装有液缸盖，所述液缸体内安装有若干组阀组机构，所述阀组机构包括，竖直叠加的吸入阀和排出阀，所述液缸体的下端连接有汇管式吸入总管，所述吸入阀的吸入口均与吸入总管相连通，所述吸入总管通过连接法兰与液缸体的下端面相连接；所述液缸体的一侧穿设有往复运动的柱塞，所述柱塞往复运动做功的一端位于吸入阀的吸入阀腔内，所述排出阀的排出阀腔均相互连通形成排出流道；所述排出流道呈大小孔结构。本发明实现了输送大流量注聚物时能有效降低剪切率，进而保证聚合物驱油的有效性。

Description

一种往复柱塞式注聚泵液力端

技术领域

本发明涉及油田三次采油工艺注聚设备技术领域，尤其涉及一种往复柱塞式注聚泵液力端。

背景技术

目前，随着各大油田的不断发展扩大以及油藏的不断减少，二次采油工艺不能满足油田采油需求时，三次采油工艺越来越广泛的被采用，其中注聚工艺就是目前行之有效的驱油技术。注聚工艺的推行必然需要注聚设备——注聚泵，而注聚泵区别于其他往复泵的主要点就是液力端不同，注聚泵液力端不但要求流量、压力运行稳定，质量可靠，最重要的一点要求注聚泵液力端对介质聚合物的剪切率必须＜3％；因聚合物溶液易受剪切而降解，导致粘度降低。

现有注聚泵的液力端通常采用立式结构，阀组件采用球阀结构，阀簧罩采用顶部多孔式结构；存在以下缺陷：由于球阀自身的结构性能限制，无法实现大流量输送聚合物；阀罩由于采用多孔式结构过流，对聚合物的剪切率大幅度上升，导致粘度降低，大大地影响了聚合物的驱油效果；阀组在正常工作过程中对阀座反复敲击使得阀座与液缸体装配处出现过盈配合的情况，阀座使用过程中出现损坏更换时难度大，不易拆出，操作不当可能会造成液缸体锥面的损坏，甚至液缸体因此报废；液缸体前端开孔装有前压盖，液缸体加工形成了十字交叉孔，该结构在注聚泵工作过程中十字交叉孔处受到交变应力容易产生裂缸问题，存在重大安全隐患；液缸体与吸入管为一体式结构，吸入孔由于结构、成本等因素无法实现大流量的输送，仅适合小流量聚合物的输送。

发明内容

针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种往复柱塞式注聚泵液力端。

为达到以上目的，本发明的技术方案为：

一种往复柱塞式注聚泵液力端，包括液缸体，所述液缸体的上端安装有液缸盖，所述液缸体内安装有若干组阀组机构，所述阀组机构包括，竖直叠加的吸入阀和排出阀，所述液缸体的下端连接有汇管式的吸入总管，所述吸入阀的吸入口均与吸入总管相连通，所述吸入总管通过连接法兰与液缸体的下端面相连接；所述液缸体的一侧穿设有往复运动的柱塞，所述柱塞往复运动做功的一端位于吸入阀的吸入阀腔内，所述排出阀的排出阀腔均相互连通形成排出流道；所述排出流道呈大小孔结构。

所述吸入阀和排出阀的结构相同，均包括阀座、阀芯，以及阀罩；所述阀罩内设置有阀芯导向孔，所述阀芯导向孔通过径向位于阀罩内的过流部与阀罩连为一体；所述阀芯的导向杆穿设于阀芯导向孔内，且间隙配合；所述阀芯通过套设于阀芯导向孔外侧的阀簧活动安装于阀座上。

所述阀芯导向孔与阀罩通过铸造一体成型。

所述液缸体内安装有3组阀组机构；三个并排设置的所述排出阀中过流部设置位置在阀罩内的竖直高度从左向右或者从右向左呈阶梯状依次递增，形成阀罩内上端大小孔结构的排出流道。

所述排出流道排出口的直径大于内侧一端的直径。

所述阀罩内过流部上的三个过流孔为弧形腰孔，并且弧形腰孔内的圆弧自然过渡。

所述吸入阀和排出阀均为上导向球形锥阀；阀芯底面为球面结构，阀芯下端与阀座相配合的密封面为球形锥面结构。

所述阀座与阀罩通过螺纹连接连为一体；所述吸入阀的阀座下端面与吸入总管上端的连接法兰上端面相抵触，且密封配合，所述吸入阀的阀罩上端面与排出阀的阀座下端面相抵触，且密封配合，所述排出阀的阀罩上端面与液缸盖的内侧相抵触，且密封配合。

所述吸入阀和排出阀均与液缸体内的安装孔间隙配合。

所述吸入总管采用焊接结构，由三件铸造异径三通和钢管通过单边焊接两边成型相连接，形成吸入流道光滑的吸入总管。

与现有技术比较，本发明的有益效果为：

本发明提供一种往复柱塞式注聚泵液力端：1)、阀组机构中的吸入阀和排出阀安装方式采用竖直叠加从液缸体上方依次向下安装吸入阀组件、排出阀组件，实现了液缸体前方不开孔，避免了由于十字相贯孔原因导致液缸体在承受交变应力时出现裂缸现象，有效延长液缸体使用寿命，同时阀组件与液缸体缸孔为间隙配合，不会因为阀组件的正常工作敲击造成阀组件拆卸困难，有效降低了检修难度和劳动强度；液缸体排出流道设计为大小孔结构，排出管路安装于大孔端处，小孔处于内侧一端，小孔处流经的聚合物仅为一缸流量，大孔处流经的聚合物为注聚泵额定排出流量，大小孔差异可使得整个排出管聚合物流速保持不变，避免了由于流速的变化导致聚合物粘度的损失以及紊流造成注聚泵震动的增大；液缸体下方设置有汇管式吸入总管，汇管式吸入总管通径的大小可根据注聚泵的实际排出流量进行调整，保证注聚泵在输送大流量聚合物时在合理的流速下由汇管式吸入总管进入液缸体内，实现输送大流量注聚物时能有效降低剪切率，进而保证聚合物驱油的有效性。

2)、吸入阀和排出阀采用上导向球形锥阀，阀座与阀罩通过螺纹连接安装成一体式结构，两件阀套竖直叠加安装于液缸体腔体内，阀芯的工作敲击作用不会对阀套与液缸体的安装配合产生额外附加力，从而便于现场检修拆装；阀芯底面为球面结构，利于聚合物的过流，聚合物经过阀芯时能形成导流效果，从而有效避免聚合物经过阀芯时对其产生较大的剪切破坏；阀座与阀芯的密封接触面为球形锥面结构，而且密封面宽度经过设计计算，在保证密封效果的前提下留有足够的宽度，确保阀芯工作时多阀座产生的比压小于阀座自身材料的比压，达到延长阀芯、阀座使用寿命的效果；阀罩内过流部采用三组弧形腰孔，增大了过流面积，确保聚合物在经过泵腔时流速保持不变，聚合物以低剪切率通过液力端输送至井下；阀罩为铸件，所有过流孔均为铸造而成，圆弧自然过渡，确保流道的光滑性，进而降低聚合物黏损率。

3)、汇管式的吸入总管采用焊接结构，由三件铸造异径三通和钢管通过单边焊接两边成型的工艺焊接而成，确保吸入流道的光滑，同时由于汇管式吸入总管通过法兰与液缸体连接，可设计加工为流速适合输送大流量聚合物工况的吸入管，从而降低聚合物通过液力端时的剪切率。

附图说明

图1是本发明装置剖视结构示意图；

图2是图1中吸入总管的结构示意图；

图3是图1中阀罩内过流部的结构示意图；

图4是图1中液缸体内排出流道的结构示意图。

图中，1—液缸体；2—液缸盖；3—吸入阀；4—排出阀；5—吸入总管；6—排出流道；7—阀座；8—阀芯；9—阀罩；10—阀芯导向孔；11—过流部；12—阀簧；5-1—连接法兰；5-2—异径三通。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1-4所示，一种往复柱塞式注聚泵液力端，包括液缸体1，所述液缸体1的上端安装有液缸盖2，所述液缸体1内安装有若干组阀组机构，所述阀组机构包括，竖直叠加的吸入阀3和排出阀4，所述液缸体1的下端连接有汇管式吸入总管5，所述吸入阀3的吸入口均与吸入总管5相连通，所述吸入总管5通过连接法兰5-1与液缸体1的下端面相连接；所述液缸体1的一侧穿设有往复运动的柱塞，所述柱塞往复运动做功的一端位于吸入阀3的吸入阀腔内，所述排出阀4的排出阀腔均相互连通形成排出流道6；所述排出流道6呈大小孔结构。

需要说明的是，汇管式吸入总管5通径的大小可根据注聚泵的实际排出流量进行调整，保证注聚泵在输送大流量聚合物时在合理的流速下由汇管式吸入总管8进入液缸体1内，实现输送大流量注聚物时能有效降低剪切率，进而保证聚合物驱油的有效性。

进一步的，所述吸入阀3和排出阀4的结构相同，均包括阀座7、阀芯8，以及阀罩9；所述阀罩9内设置有阀芯导向孔10，所述阀芯导向孔10通过径向位于阀罩9内的过流部11与阀罩9连为一体，优选的，所述阀芯导向孔10与阀罩9通过铸造一体成型；所述阀芯8的导向杆穿设于阀芯导向孔10内，且间隙配合；所述阀芯8通过套设于阀芯导向孔10外侧的阀簧12活动安装于阀座7上，通过阀簧12固定其初始安装位置，通过阀芯8的启闭实现聚合物的输送。

在本发明中，所述液缸体1内安装有3组阀组机构；具体的，如图1、图4所示，三个并排设置的排出阀4中过流部11设置位置在阀罩9内的竖直高度从左向右或者从右向左呈阶梯状依次递增，形成排出阀4上阀罩9内上端大小孔结构的排出流道6；所述排出流道6排出口的直径大于内侧一端的直径；排出管路安装于大孔端处，小孔处于远端，小孔处流经的聚合物仅为一缸流量，大孔处流经的聚合物为注聚泵额定排出流量，大小孔差异可使得整个排出管流速保持不变，避免了由于流速的变化导致聚合物粘度的损失以及紊流造成注聚泵震动的增大。

优选的，如图3所示，所述阀罩9内过流部11上的三个过流孔为弧形腰孔，并且弧形腰孔内的圆弧自然过渡；增大了过流面积，确保聚合物在经过泵腔时流速保持不变，聚合物以低剪切率通过液力端输送至井下；由于阀罩均为铸件，弧形腰孔内的圆弧自然过渡，确保流道的光滑性。

在本发明中，所述吸入阀3和排出阀4均为上导向球形锥阀。阀芯8底面为球面结构，利于聚合物的过流，聚合物经过阀芯8时能形成导流效果，从而有效避免聚合物经过阀芯8时对其产生较大的剪切破坏；阀芯8下端与阀座7相配合的密封面为球形锥面结构，使密封面为具有弧度的曲面结构，增大了阀组关闭时阀芯8与阀座7的接触面积，而且减缓了冲击压力，克服了现有阀座7与阀芯8密封面存在角度差，当阀处于关闭状态时密封面为线密封，阀座7与阀芯8接触面积小，冲击压力大，阀芯8与阀座7频繁的开合对密封面冲击形成沟槽的现象，进而提高了阀组的密封性能，保证了阀组的吸入效果以及注聚泵工作的可靠性；另外，密封面宽度经过设计计算，在保证密封效果的前提下留有足够的宽度，确保阀芯工作时对阀座产生的比压小于阀座自身材料的比压，达到延长阀芯8、阀座7使用寿命的效果。

在本发明中，所述阀座7与阀罩9通过螺纹连接连为一体；所述吸入阀3的阀座7下端面与吸入总管5上端的连接法兰5-1上端面相抵触，且密封配合，所述吸入阀3的阀罩上端面与排出阀4的阀座下端面相抵触，且密封配合，所述排出阀4的阀罩上端面与液缸盖2的内侧相抵触，且密封配合；从而形成两件阀罩竖直叠加安装于液缸体腔体内的阀组安装结构，所述吸入阀与排出阀中的阀罩9与阀座7相互连接彼此支撑；一方面，在液缸体1内为阀组件工作过程中阀芯8对阀座7频繁的冲击提供刚性支撑，阀芯8的工作敲击作用不会对阀罩9与液缸体1的安装配合产生额外附加力，从而便于现场检修拆装，解决了阀组件频繁开启或者闭合时阀芯8对阀座7的冲击造成阀组件与液缸体1过盈配合，拆卸困难的问题；另外，也避免了阀组件工作一段时间后，阀座7或者阀罩9发生位移，造成吸入阀或者排出阀结构松散，阀组工作性能性能下降、使用寿命缩短的问题。另一方面，使得液缸体1内并列的三组阀组结构工作相互独立，互不干扰，进而增大了聚合物的吸入流量。

进一步的，所述吸入阀3和排出阀4均与液缸体1内的安装孔间隙配合(即吸入阀、排出阀的阀罩9和阀座7均与液缸体1内的安装孔间隙配合)，避免了工作过程中阀组件频繁开启或者闭合时阀芯8对阀座7的冲击造成阀组件与液缸体1过盈配合，克服了因过盈配合造成阀组件拆卸困难的问题，有效降低了检修难度和劳动强度。

在本发明中，如图2所示，汇管式吸入总管5采用焊接结构，由三件铸造异径三通5-2和钢管通过单边焊接两边成型的工艺焊接而成，目的为了确保吸入流道的光滑，同时由于汇管式吸入总管5通过异径三通5-2、连接法兰5-1与液缸体连接，可设计加工为流速适合输送大流量聚合物工况的吸入管，从而降低聚合物通过液力端时的剪切率。基于上述实施例，所述吸入总管5的异径三通5-2内均设置有用于检测聚合物吸入流速的第一流量传感器，所述第一流量传感器的信号输出端与驱动柱塞往复运动的驱动装置相连接，从而控制液缸体1内每组阀组机构对聚合物的吸入量，保证注聚泵压力运行稳定，进而控制排出流道6内聚合物的排出流量以及流速稳定，避免了聚合物流速紊乱在泵体内粘度、稠度的降解以防止聚合物的分子链被切断，以及注聚泵震动的增大。进一步的，所述排出流道6的排出口设置有用于检测聚合物排出流速的第二流量传感器，所述第二流量传感器的信号输出端与外部的显示装置相连接，用于对聚合物的排出流速实时检测，以便调整注聚泵的运行泵速，控制其吸入聚合物的流速。

本发明的工作原理：工作时，驱动装置驱动每组阀组机构对应的柱塞做往复运动，将驱动机的能量转化为输送介质的能量，所述吸入阀3的吸入阀腔与柱塞相配合，柱塞往复做功提供负压和压强进行压力运行，将聚合物吸入吸入阀腔，然后通过排出阀4组件进入排出阀腔，吸入排出阀腔内的聚合物通过排出流道6排出；在柱塞不断的往复运动下，聚合物不间断的被吸入和排出，并最终被注入地下油层，实现了油田的多次开采。

对于本领域技术人员而言，显然能了解到上述具体事实例只是本发明的优选方案，因此本领域的技术人员对本发明中的某些部分所可能作出的改进、变动，体现的仍是本发明的原理，实现的仍是本发明的目的，均属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种往复柱塞式注聚泵液力端，其特征在于，包括液缸体(1)，所述液缸体(1)的上端安装有液缸盖(2)，所述液缸体(1)内安装有若干组阀组机构，所述阀组机构包括，竖直叠加的吸入阀(3)和排出阀(4)，所述液缸体(1)的下端连接有汇管式的吸入总管(5)，所述吸入阀(3)的吸入口均与吸入总管(5)相连通，所述吸入总管(5)通过连接法兰(5-1)与液缸体(1)的下端面相连接；所述液缸体(1)的一侧穿设有往复运动的柱塞，所述柱塞往复运动做功的一端位于吸入阀(3)的吸入阀腔内，所述排出阀(4)的排出阀腔均相互连通形成排出流道(6)；所述排出流道(6)呈大小孔结构。

2.根据权利要求1所述的往复柱塞式注聚泵液力端，其特征在于，所述吸入阀(3)和排出阀(4)的结构相同，均包括阀座(7)、阀芯(8)，以及阀罩(9)；所述阀罩(9)内设置有阀芯导向孔(10)，所述阀芯导向孔(10)通过径向位于阀罩(9)内的过流部(11)与阀罩(9)连为一体；所述阀芯(8)的导向杆穿设于阀芯导向孔(10)内，且间隙配合；所述阀芯(8)通过套设于阀芯导向孔(10)外侧的阀簧(12)活动安装于阀座(7)上。

3.根据权利要求2所述的往复柱塞式注聚泵液力端，其特征在于，所述阀芯导向孔(10)与阀罩(9)通过铸造一体成型。

4.根据权利要求1所述的往复柱塞式注聚泵液力端，其特征在于，所述液缸体(1)内安装有3组阀组机构；三个并排设置的所述排出阀(4)中过流部(11)设置位置在阀罩(9)内的竖直高度从左向右或者从右向左呈阶梯状依次递增，形成阀罩(9)内上端大小孔结构的排出流道(6)。

5.根据权利要求4所述的往复柱塞式注聚泵液力端，其特征在于，所述排出流道(6)排出口的直径大于内侧一端的直径。

6.根据权利要求2或4所述的往复柱塞式注聚泵液力端，其特征在于，所述阀罩(9)内过流部(11)上的三个过流孔为弧形腰孔，并且弧形腰孔内的圆弧自然过渡。

7.根据权利要求1所述的往复柱塞式注聚泵液力端，其特征在于，所述吸入阀(3)和排出阀(4)均为上导向球形锥阀；阀芯(8)底面为球面结构，阀芯(8)下端与阀座(7)相配合的密封面为球形锥面结构。

8.根据权利要求2所述的往复柱塞式注聚泵液力端，其特征在于，所述阀座(7)与阀罩(9)通过螺纹连接连为一体；所述吸入阀(3)的阀座(7)下端面与吸入总管(5)上端的连接法兰(5-1)上端面相抵触，且密封配合，所述吸入阀(3)的阀罩上端面与排出阀(4)的阀座下端面相抵触，且密封配合，所述排出阀(4)的阀罩上端面与液缸盖(2)的内侧相抵触，且密封配合。

9.根据权利要求1或2所述的往复柱塞式注聚泵液力端，其特征在于，所述吸入阀(3)和排出阀(4)均与液缸体(1)内的安装孔间隙配合。

10.根据权利要求1所述的往复柱塞式注聚泵液力端，其特征在于，所述吸入总管(5)采用焊接结构，由三件铸造异径三通(5-2)和钢管通过单边焊接两边成型相连接，形成吸入流道光滑的吸入总管(5)。

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