CN113217362B - 防砂防气的抽油泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了防砂防气的抽油泵，包括泵筒总成，泵筒总成内设有滑动的柱塞总成，泵筒总成端部设有气液分离总成，气液分离总成一侧设有进液通道，含砂含气的油液从进液通道通入到泵筒总成中，柱塞总成中的短柱塞抵靠在泵筒总成内密封滑动，形成多级沉砂和排气的压缩腔。采用了三级防砂、两级防气结构，既能适应出砂严重井况的原油开采，又具有良好的防气效果，属于特种抽油泵能适应出砂严重、含气比高井况的原油开采，防砂防气效果好、承载能力强，使用寿命长。

Description

防砂防气的抽油泵

技术领域

本发明涉及石油开采的领域，具体涉及防砂防气的抽油泵。

背景技术

目前，国内油田有许多机采井为出砂严重、含气比大的复杂井况。由于井下采出液不仅含有原油，还含有气体、砂粒及水等多种成分，在抽汲原油过程中，砂和气会随着油液一起进入抽油泵中，砂进入抽油泵后，常会进入柱塞与泵筒之间的配合面内，加速柱塞与泵筒之间的磨损，降低抽油泵的使用寿命，严重时还会造成砂卡砂埋，影响油井生产。气体进入抽油泵后，会填充泵腔容积、减少原油进入，降低泵效，严重时还会导致抽油泵气锁，无法正常生产。采用防气泵开采时，经常出现砂粒进入泵内造成砂卡、砂埋现象，即使在抽油泵的下部挂防砂滤网等防砂工具后，仍有较多的砂粒进入泵内，导致泵效降低，检泵周期减短。采用防砂泵开采时，虽然能解决砂卡、砂埋等问题，但无法适应含气比高的井，经常出现泵效低、气锁等现象。因此，必须采用结构更加合理，既能适应含气比高，又具有良好的防砂效果的防砂防气的抽油泵，但现有的斜井防砂泵仍然存在很多不足，主要表现在：

（1）常规防砂防气的抽油泵通常是在普通防砂抽油泵基础上加装气锚，在油液进入抽油泵前对含气原油进行气液分离，起到防气作用，但气锚只能分离部分气体，对于含气比高的原油，仍然会有部分气体随原油进入泵腔中，导致抽油泵泵效降低，甚至出现气锁；

（2）随着油田开发进入中后期，出砂严重、含气比高的井越来越多，特别是各种气体驱油技术的应用，含气油井会越来越多。目前防气泵普遍不具备防砂特性，特别是无法适应出砂严重的井况。

发明内容

本发明的主要目的在于提供防砂防气的抽油泵，该泵进行了适应出砂严重、含气比高井况的创新性防砂防气结构设计，采用了三级防砂、两级防气结构，结构简单、可靠，适用范围广，既能适应出砂严重井况的原油开采，又具有良好的防气效果。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：泵筒总成内设有滑动的柱塞总成，泵筒总成端部设有气液分离总成，气液分离总成一侧设有进液通道，含砂含气的油液从进液通道通入到泵筒总成中，柱塞总成中的短柱塞抵靠在泵筒总成内密封滑动，形成多级沉砂和排气的压缩腔。

优选方案中，泵筒总成包括上接箍、弹性锁爪、沉砂筒、支撑环、加长筒、中间接箍、短泵筒、过桥管、长泵筒、下接箍、外管、进油阀、双通接头、沉砂尾管以及堵头。

优选方案中，短泵筒与长泵筒连接形成组合泵筒，短泵筒周圈设有多个气液交换孔，组合泵筒与过桥管之间形成置换腔，沉砂筒与加长筒之间形成沉砂环腔，沉砂环腔内设有支撑环。

优选方案中，弹性锁爪固设在沉砂筒上，弹性锁爪抵靠限制柱塞总成中的挡砂环，外管与进油阀之间形成沉砂腔。

优选方案中，柱塞总成包括变扣接头、挡砂环、阀杆、出油阀以及短柱塞。

优选方案中，挡砂环设在短柱塞的上方，挡砂环在阀杆上自动滑动，挡砂环直径小于弹性锁爪的内径，挡砂环抵靠在加长筒与弹性锁爪之间滑动。

优选方案中，短柱塞的长度大于短泵筒中气液交换孔的长度，短柱塞抵靠在组合泵筒上密封滑动。

优选方案中，气液分离总成包括螺旋叶片、空心管以及套筒，气液分离总成安装在双通接头上。

优选方案中，空心管周圈上设有多个气孔，气孔分布在螺旋叶片的内侧，空心管端部设有气体释放孔。

优选方案中，气液分离总成与沉砂尾管之间形成沉砂尾管腔。

本发明提供了防砂防气的抽油泵，优点：

1、突破了普通防砂防气的抽油泵结构限制，采用了三级防砂、两级防气结构，对泵的进液口、泵腔上、下部均进行了防砂结构设计，共三级防砂，且有较大的沉砂空间，既能过滤掉大部分砂粒防止砂卡，又能在关井停抽时防止砂埋，能适应含砂量大的井况。对泵的进液口及泵腔内均进行了防气结构设计，共两级防气，既能在含气油液进入泵腔前分离出大部分气体防止其进入抽油泵内，又能有效防止气体进入泵腔后发生气锁。结构简单可靠，使用寿命更长；

2、采用过桥管设计，过桥管既对泵筒起到了保护作用，承受沉砂尾管或封隔器等井下工具的外力载荷，避免了泵筒在受轴向或径向载荷时弯曲变形导致卡泵，又能与泵筒之间形成环形置换腔室，通过短泵筒上的气液交换孔道起到置换泵腔内气体的作用，防止抽油泵气锁；

3、由于短泵筒与长泵筒通过螺纹联接下部固定在下接箍上，上部为悬臂结构设计，圆周方向通过支承软硬密封环固定在中间接箍上，而支承软硬密封环与中间接箍内孔有较小间隙，因此，泵筒处于轻微的浮动状态，这样泵筒与柱塞之间不会憋劲，形成刚性偏磨，造成泵漏而泵效降低；

4、由于沉砂筒与泵筒加长筒之间形成沉砂环空，当关井停抽时，挡砂环座封在泵筒加长筒上端面，封闭了砂粒落入泵筒的通道，抽油泵上部油管中砂粒或异物落到挡砂环上时，会顺着挡砂环上部锥面滑落到两侧的环形沉砂空间中，而不会直接落入泵筒内造成泵筒与柱塞之间的配合面砂卡、或沉积在出油阀上造成砂埋；

5、下部采用带沉砂尾管的防砂进油阀设计，能使一部分进入沉砂尾管的砂粒由于自重自动沉积在沉砂尾管内而减少进入泵腔，提前过滤掉部分砂粒，另一部分进入泵腔内的砂粒落入进油阀与外管之间形成的沉砂环空中，而不会沉积在进油阀罩内，干扰进油阀的正常工作；

6、采用带有环形沉砂槽的短柱塞设计，短柱塞长度大于短泵筒气液交换孔道的长度，能有效保证短柱塞在通过气液交换孔道时泵筒与柱塞的有效密封长度，减少漏失，柱塞上的环形沉砂槽能沉积进入柱塞与泵筒之间的细小砂粒，减少砂粒停留在柱塞与泵筒之间密封面导致的磨损；

7、由于采用气液分离总成设计，油套环空的油液只能经进液通道后，通过螺旋叶片上的流通通道才能进入泵内，当油液流经螺旋叶片时，形成螺旋流动，由于离心力作用，比重小的气体运动到液流中心向空心管聚集，进入空心管中，再通过气体释放孔逸出，比重大的原油或砂粒向液流外侧聚集，比重大的砂粒由于自重沉积滞留在沉砂尾管中，从而能在气液砂混合物进入泵腔前过滤掉大部分砂粒及气体防止其进入抽油泵内；

综上所述，本发明具有能适应出砂严重、含气比高井况的原油开采，防砂防气效果好、承载能力强，使用寿命长。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明整体结构正剖视图；

图2是本发明局部放大视图a；

图中：上接箍1；弹性锁爪2；沉砂筒3；支撑环4；加长筒5；中间接箍6；短泵筒7；过桥管8；长泵筒9；下接箍10；外管11；进油阀12；双通接头13；气液分离总成14；螺旋叶片1401；空心管1402；套筒1403；过液通道1404；气体释放孔1405；进液通道1406；沉砂尾管15；堵头16；变扣接头17；挡砂环18；阀杆19；出油阀20；短柱塞21；沉砂环腔22；置换腔23；沉砂腔24；沉砂尾管腔25。

具体实施方式

实施例1

如图1~2所示，防砂防气的抽油泵，包括泵筒总成，泵筒总成内设有滑动的柱塞总成，泵筒总成端部设有气液分离总成14，气液分离总成14一侧设有进液通道1406，含砂含气的油液从进液通道1406通入到泵筒总成中，柱塞总成中的短柱塞21抵靠在泵筒总成内密封滑动，形成多级沉砂和排气的压缩腔。

优选方案中，泵筒总成由上接箍1、弹性锁爪2、沉砂筒3、支承环4、泵筒加长筒5、中间接箍6、短泵筒7、过桥管8、长泵筒9、下接箍10、外管11、进油阀12、双通接头13、沉砂尾管15、堵头16。泵筒采用短泵筒7与长泵筒9组合泵筒设计，短泵筒7下部设计有气液交换孔，泵筒与过桥管8之间形成气液置换腔室23，能通过短泵筒7上的气液交换孔道起到置换泵腔内气体的作用，防止抽油泵气锁。沉砂筒3与泵筒加长筒之间形成沉砂环空22，用于沉积抽油泵上部油管内沉积的砂粒。沉砂筒3上部设计有弹性锁爪2，用于限制挡砂环18轴向运动的位置。下部采用带沉砂尾管15的防砂进油阀设计，防砂进油阀由外管11、进油阀12、双通接头13、沉砂尾管15、堵头16，能使一部分进入沉砂尾管15的砂粒由于自重自动沉积在沉砂尾管15内，另一部分进入泵腔内的砂粒落入进油阀12与外管11之间形成的沉砂环空24中，而不会沉积在进油阀罩内，干扰进油阀12的正常工作。

优选方案中，柱塞总成由变扣接头17、挡砂环18、阀杆19、出油阀20、短柱塞21。短柱塞21上部设计有挡砂环18，挡砂环18能在阀杆19上自由滑动，挡砂环18最大外径大于弹性锁爪2最小内径，柱塞下井时，挡砂环18通过变扣接头17的挤压进入锁爪2与泵筒加长筒5之间，当柱塞上行时，由于摩擦力作用阀杆19带动挡砂环18上行停留在弹性锁爪2下端面，当柱塞下行时，由于摩擦力作用阀杆19带动挡砂环18下行停留在泵筒加长筒5上端面，当关井停抽时，挡砂环18座封在泵筒加长筒5上端面，封闭了砂粒落入泵筒的通道，使砂粒只能落入泵筒加长筒5与沉砂筒3之间的沉砂环空22中，避免砂粒进入泵筒导致砂卡、砂埋，起到了有效的防砂作用。短柱塞21采用带有环形沉砂槽的设计，柱塞上的环形沉砂槽能沉积进入柱塞与泵筒之间的细小砂粒，减少砂粒停留在柱塞与泵筒之间密封面导致的磨损。短柱塞21长度大于短泵筒7气液交换孔道的长度，能有效保证短柱塞21在通过气液交换孔道时泵筒与柱塞的有效密封长度，减少漏失。

优选方案中，气液分离总成14由螺旋叶片1401、空心管1402、套筒1403，安装在双通接头13上，螺旋叶片1401为长方形不锈钢金属薄片制成，整体旋绕固定在空心管1402上。空心管1402圆周上设计了若干气孔，分布在螺旋叶片1401内侧，气体可通过这些气孔进入空心管1402中，空心管1402顶端设计了气体释放孔1405，气体释放孔1405与油套环空连通，空心管1402中的气体可通过气体释放孔1405逸出。螺旋叶片1401外侧紧贴着套筒1403，油套环空的油液只能经进液通道1406后，通过螺旋叶片上的流通通道才能进入泵内，当油液流经螺旋叶片1401时，形成螺旋流动，由于离心力作用，比重小的气体运动到液流中心向空心管1402聚集，进入空心管1402中，再通过气体释放孔1405逸出，比重大的原油或砂粒向液流外侧聚集，进入沉砂腔25后，经入泵过液通道1404进入泵腔中，从而达到分离部分含气原油的目的。

其工作原理是：

在下井作业时，先将泵筒总成上端连接油管，随油管柱一起下入油井中设计位置，然后再将柱塞总成的上端与抽油杆联接，随抽油杆柱一起下入油管底部，与泵筒总成实现碰泵；在抽汲作业时，柱塞总成在抽油杆的带动下，在泵筒总成中作上下往复运动。

上行程时，柱塞总成上行，上、下出油阀在柱塞总成上部油管柱内液柱压力下关闭，柱塞总成下部泵腔容积增大, 压力下降，进油阀在油套环空的沉没压力作用下打开,原油进入泵腔内，此时，含气含砂原油先进入气液分离总成，部分气体被分离，通过空心管逸出返回油套环空，另一部分比重大的砂粒由于自重沉积滞留在沉砂尾管中，其余的气液砂混合物随原油一起途径入泵过液通道及进油阀进入泵腔中，进入泵腔后，又会有部分砂粒由于自重沉积在进油阀与外管的沉砂环空中，其余的气液砂混合物开始填充泵腔，随着泵腔容积不断增大，压力小于气体从原油中逸出的饱和压力，气体从油液中分离，填充泵腔，并聚集在柱塞尾部，当柱塞运动到短泵筒上的气液交换孔段时，置换腔室内的油液进入泵腔，与气体混合填满泵腔，防止气体聚集在泵腔内形成的空腔导致气锁发生。

下行程时，柱塞总成下行,柱塞总成下部泵腔体积减小,压力增大，进油阀在泵腔内油压作用下关闭。同时，上、下出油阀在泵腔内油压作用下打开，油管腔与泵腔连通，泵腔内原油被挤出，进入柱塞总成上部油管内，此时，泵腔中气液砂混合物经柱塞总成进入油管内，随原油一起提升至井口。当关井停抽时，抽油泵上部油管内原油中的砂粒或异物由于自重能沉积在泵筒加长筒与沉砂筒之间形成的沉砂环空内，防止砂卡、砂埋。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.防砂防气的抽油泵，其特征是：包括泵筒总成，泵筒总成内设有滑动的柱塞总成，泵筒总成端部设有气液分离总成（14），气液分离总成（14）一侧设有进液通道（1406），含砂含气的油液从进液通道（1406）通入到泵筒总成中，柱塞总成中的短柱塞（21）抵靠在泵筒总成内密封滑动，形成多级沉砂和排气的压缩腔；

泵筒总成包括上接箍（1）、弹性锁爪（2）、沉砂筒（3）、支撑环（4）、加长筒（5）、中间接箍（6）、短泵筒（7）、过桥管（8）、长泵筒（9）、下接箍（10）、外管（11）、进油阀（12）、双通接头（13）、沉砂尾管（15）以及堵头（16）；

短泵筒（7）与长泵筒（9）连接形成组合泵筒，短泵筒（7）周圈设有多个气液交换孔，组合泵筒与过桥管（8）之间形成置换腔（23），沉砂筒（3）与加长筒（5）之间形成沉砂环腔（22），沉砂环腔（22）内设有支撑环（4）；

弹性锁爪（2）固设在沉砂筒（3）上，弹性锁爪（2）抵靠限制柱塞总成中的挡砂环（18），外管（11）与进油阀（12）之间形成沉砂腔（24）；

柱塞总成包括变扣接头（17）、挡砂环（18）、阀杆（19）、出油阀（20）以及短柱塞（21）；

挡砂环（18）设在短柱塞（21）的上方，挡砂环（18）在阀杆（19）上自动滑动，挡砂环（18）直径小于弹性锁爪（2）的内径，挡砂环（18）抵靠在加长筒（5）与弹性锁爪（2）之间滑动；

短柱塞（21）的长度大于短泵筒（7）中气液交换孔的长度，短柱塞（21）抵靠在组合泵筒上密封滑动。

2.根据权利要求1所述防砂防气的抽油泵，其特征是：气液分离总成（14）包括螺旋叶片（1401）、空心管（1402）以及套筒（1403），气液分离总成（14）安装在双通接头（13）上。

3.根据权利要求2所述防砂防气的抽油泵，其特征是：空心管（1402）周圈上设有多个气孔，气孔分布在螺旋叶片（1401）的内侧，空心管（1402）端部设有气体释放孔（1405）。

4.根据权利要求2所述防砂防气的抽油泵，其特征是：气液分离总成（14）与沉砂尾管（15）之间形成沉砂尾管腔（25）。

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