CN1133009C

CN1133009C - 石油采油井减载器

Info

Publication number: CN1133009C
Application number: CN 00122313
Authority: CN
Inventors: 周立人; 韩规划
Original assignee: JIANGHAN INST OF MACHINERY ACADEMY OF PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT SC
Current assignee: JIANGHAN INST OF MACHINERY ACADEMY OF PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT SC
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2003-12-31
Anticipated expiration: 2020-07-27
Also published as: CN1283747A

Abstract

一种石油采油井减载器(4)由固定总成(41)和游动总成(42)构成，固定总成(41)的φ₁泵筒(412)和φ₂泵筒(415)与游动总成(42)的φ₁柱塞(422)和φ₂柱塞(423)构成φ₁摩擦副(412，422)和φ₂摩擦副(415，423)，固定总成(41)与上、下油管柱(2，5)螺纹连接和通过座封机构(4141)或螺纹与其φ₁泵筒(412)连接，游动总成(42)通过脱接器(31)^和/_或螺纹与上、下抽油杆柱(3，6)连接，游动总成(42)在固定总成(41)内作上下往复运动；该减载器(4)能通过自身结构和利用井下液体动能，有效地降低抽油机驴头悬点载荷，实用于深井、超深井有杆泵抽油。

Description

石油采油井减载器

发明领域

本发明涉及一种石油采油井井下工具即减载器，尤其是一种能够通过自身结构实现在采油井内采油时利用井下液体压力来降低抽油机驴头光杆载荷、降低抽油机减速器输出轴扭矩和油井内油管柱、抽油杆柱的使用载荷、延长检泵周期以提高整个采油系统的使用寿命、降低吨油成本，从而在用常规采油设备和手段基本不能满足有杆泵采油的油井内实现小泵深抽、大泵提液及节能降耗生产用的减载器。

背景技术

我国东部等大多数油田近年来需加大生产压差采油来增加单井产量，需深抽强采的油井越来越多，但采用常规采油设备进行深抽强采，地面原井抽油机吨位不够，井内抽油杆及油管变形加大，效率低，抽油杆、抽油泵的强度不足等引起的频繁检泵作业，均较大幅度地限制了更大泵径和更深泵挂的使用；我国西部油田深井、超深井的机械采油方法，还未寻找到既能满足要求，又经济可行的办法。在人工举升方面，国外已有在井下4000m深可用的潜油电泵、气举、水力泵，但在3000m以上时，费用大幅度上升，工作寿命亦难以得到保证。随着玻璃钢抽油杆的使用，充分利用玻璃钢抽油杆质量小、弹性变形大等优势，我国目前采用38mm泵径的抽油泵已下到3800m左右，但超深井有杆泵抽油在国内尚属空白。国外配合使用长冲程抽油机、超高强度抽油杆、计算机智能化管理，其32mm泵径的抽油泵的下泵深度已达4400m。

发明内容

本发明的目的是根据我国需加大生产压差、降低吨油成本、节能降耗、延长有杆泵系统采油设备的使用寿命来开采石油的工艺需求，针对现有技术存在的问题，提供一种能够通过自身结构和利用井下液体动能，有效降低抽油机驴头悬点载荷的石油采油井减载器。

本发明的目的是通过在常规有杆泵采油系统设备的基础上，即在采油井井口和井下抽油泵之间增加一种井下采油工具——石油采油井减载器，其与井口和抽油泵之间的距离视油井具体情况而定。本发明是采用由φ₁和φ₂两组泵筒-柱塞构成动摩擦密封副，利用井内液体动能在组合柱塞上产生一个向上的液动力，采用外管承受油管柱轴向载荷，研制定位机构和中间连接机构等技术方案来实现的。

本发明的下井作业操作方式是这样实现的：研制具有不同作业方式的两种结构，一种结构——其外管、φ₂泵筒、上下油管柱和井下抽油泵泵筒等固定组件首先下入油井，φ₁泵筒随各柱塞与上下抽油杆柱等游动组件按顺序下入油井，并通过座封机构座封在中间连接机构上；另一种结构——其外管、φ₁、φ₂泵筒等下部固定组件随下部油管柱和井下抽油泵泵筒首先下入油井，φ₁、φ₂组合柱塞等游动组件随下部抽油杆柱和抽油泵柱塞下入油井，然后下入上部油管柱和上部抽油杆柱，上部抽油杆柱通过一种现有的井下工具——脱接器与φ₁、φ₂组合柱塞等下部游动组件连接。

采用外管连接油管柱并承受其轴向载荷是这样实现的：将外管设计成本发明的外壳，外管由一支短外管和一支长外管组成，短外管位于长外管上部，外管之间通过中间连接机构连接，短外管与其上部的油管柱下端外螺纹连接，长外管与其下部的油管接箍上端内螺纹连接，中间连接机构把外管和φ₁、φ₂泵筒连接在一起。一种结构的两支外管同时与泵筒之间具有间隙形成井内流体通道，另一种结构的两支外管同时紧靠φ₁、φ₂泵筒而具有较小的外径。

研制的两组φ₁、φ₂泵筒-柱塞动摩擦密封副是这样实现的：φ₁摩擦副是短泵筒长柱塞，φ₂摩擦副是长泵筒短柱塞，φ₁小于φ₂，φ₁摩擦副位于φ₂摩擦副的上部，φ₁、φ₂柱塞通过柱塞中间接头连接构成组合柱塞，两组摩擦副的柱塞同时是实心或空心杆件。组合柱塞通过与各自配合的泵筒形成摩擦副间隙密封，使组合柱塞中部承受套管压力，上下两端承受油管液体压力，从而形成一个向上的帮助抽油光杆举升井内液体载荷的液动力。

本发明的井内液体流动方式是这样实现的：研制具有不同井液通道的两种结构，一种结构的游动系统是一实心杆体，其可承受较大的杆柱载荷，井内液体通过组合柱塞-泵筒摩擦副外边和外管内腔形成的流道被举升到井口；另一种结构的游动系统是空心杆体，井内流体通过柱塞内腔被举升到井口。

研制的中间连接机构是这样实现的：中间连接机构上部与短外管和φ₁泵筒螺纹连接或与座封机构下端螺纹连接，中间连接机构下部分别与长外管和φ₂泵筒螺纹连接，中间连接机构中部具有连通套管内腔和油管内腔，且可靠隔离套管和油管的流道孔。

研制的座封机构是这样实现的：座封机构由座封接头、摩擦环^和/_或卡簧、泵筒下接头、连接接头组成。座封接头与中间连接机构上部内腔螺纹连接，泵筒下接头上端与φ₁泵筒下部螺纹连接，其下端与连接接头上部螺纹连接，摩擦环^和/_或卡簧套在泵筒下接头外面，与座封接头构成座封连接，从而构成座封机构。

不同结构的减载器与系统采油设备及井下工具进行不同的配套使用，可分别获得最佳的使用效果。

本发明较之现有技术具有如下优点：通过自身结构能在上行程期间产生一个向上的液压反馈力，通过配置合理的管、杆柱能减少抽油机驴头悬点载荷和减小油井内管、杆柱在泵抽过程中的变形，可延长检泵周期和有杆抽油系统设备的使用寿命，可提高泵效和系统效率，特别实用于深井、超深井抽油，从而可填补国内超深井有杆泵抽油的空白；可对国内2000m以上井深的大排量抽油、4000m以上井深的抽油提供高效、寿命长的采油方法；可用于中、深井抽油达到提高系统效率、减少冲程损失、提高泵效、降低能耗；可挖掘现有老井抽油机、抽油井的潜力；可部分替代玻璃钢杆在深井中的应用，如每口井按替代1000m玻璃钢杆计算则可节约投资2万元；本发明的应用可达到增产、节约、降耗之目的，其具有较大的市场需求和较高的经济社会效益。

附图说明

本发明采用了5个附图，其中

图1是本发明与采油井系统设备连接的系统结构示意图；

图2是本发明采用脱接器连接和实心柱塞的结构示意图；

图3是本发明采用脱接器连接和空心柱塞的结构示意图；

图4是本发明采用座封机构连接和实心柱塞的结构示意图；

图5是本发明采用座封机构连接和空心柱塞的结构示意图；

图2(a)～图5(a)是减载器(4)结构示意图，图2(b)～图5(b)是固定总成(41)结构示意图，图2(c)～图5(c)是游动总成(42)结构示意图。

图1～图5中，1.采油井井口、2.上部油管柱、3.上部抽油杆柱、4.石油采油井减载器、5.下部油管柱、6.下部抽油杆柱、7.井下抽油泵、8.套管、31.脱接器、41.减载器固定总成、42.减载器游动总成、411.扶正环、412.φ₁泵筒、413.短外管、414.中间连接机构、415.φ₂泵筒、416.长外管、421.上部抽油杆接头、422.φ₁柱塞、423.φ₂柱塞、424.下部抽油杆接头、4141.座封机构、4142.座封接头、4143.摩擦环^和/_或卡簧、4144.泵筒下接头、4145.连接接头。

具体实施方式

本发明的技术内容通过下面的实施例及其附图进一步详加说明如下：

参照图1，本发明与现有技术不同，即在常规有杆泵采油系统设备的基础上，在采油井井口(1)和井下抽油泵(7)之间增加了一种井下采油工具——石油采油井减载器(4)，其与井口(1)和与抽油泵(7)的距离视油井具体情况而定；油井内油管柱和抽油杆柱被减载器(4)划分为上部油管柱(2)、上部抽油杆柱(3)和下部油管柱(5)、下部抽油杆柱(6)；减载器(4)由固定总成(41)和游动总成(42)构成，固定总成(41)分别与上部油管柱(2)和下部油管柱(5)连接，游动总成(42)分别与上部抽油杆柱(3)和下部抽油杆柱(6)连接；在井内液体压力作用下，减载器(4)利用自身结构获得一个向上的液动力并推动上部抽油杆柱(3)上行；与常规有杆泵采油方法比较，这个液动力较大幅度地降低了抽油机驴头悬点载荷和抽油杆使用应力；减载器(4)工作在≥5套管(8)的采油直井和斜井，可抽吸一般物性的原油^和/_或含砂原油、含气原油等。

参照图2～图5，本发明的固定总成(41)由短外管(413)、长外管(416)、φ₁泵筒(412)、φ₂泵筒(415)和中间连接机构(414)构成；其游动总成(42)由φ₁柱塞(422)、φ₂柱塞(423)、上部抽油杆接头(421)和下部抽油杆接头(424)构成；固定总成(41)上部的φ₁泵筒(412)和其下部的φ₂泵筒(415)与游动总成(42)上部的φ₁柱塞(422)和其下部的φ₂柱塞(423)分别构成φ₁动摩擦密封副(412，422)和φ₂动摩擦密封副(415，423)，直径φ₁＜φ₂，长度l_1泵筒＜l_1柱塞和l_2泵筒＞l_2柱塞；游动总成(42)在固定总成(41)内作上下往复运动。

参照图2～图5，固定总成(41)的中间连接机构(414)为管状体，其上端具有安装φ₁泵筒(412)的内螺纹，其下端具有安装φ₂泵筒(415)的内螺纹，其侧面具有连通油管上下内腔的流通(A)，其中部具有连通套管内腔和油管内腔的流通孔(B)；中间连接机构(414)的φ₁泵筒(412)、φ₂泵筒(415)、短外管(413)和长外管(416)连接在一起，其中，φ₁泵筒(412)安装在短外管(413)内，φ₂泵筒(415)悬挂在长外管(416)内，短外管(413)与上部油管柱(2)下端螺纹连接，短外管上部内腔安装有扶正环(411)，长外管(416)与下部油管柱(5)上端螺纹连接，中间连接机构(414)安装在短外管(413)内，并焊接成一体；中间连接机构(414)和短外管(413)可合并成一个整体的管状体，从而构成变形的中间连接机构(417)，其下端具有与φ₂泵筒(415)和长外管(416)相连接的外螺纹，其自身无流道(A)，但仍具有流道孔(B)。

参照图2～图5，游动总成(42)的上部抽油杆接头(421)、φ₁柱塞(422)、φ₂柱塞(423)和下部抽油杆接头(424)依次螺纹串接成一个杆体；上部抽油杆接头(421)与上部抽油杆柱(3)连接，下部抽油杆接头(424)与下部抽油杆柱(6)螺纹连接。

参照图1～图3，本发明工作前的安装与现有常规作业技术不同：其固定总成(41)和游动总成(42)在工厂分别安装为整体，待按顺序下入井下尾管、抽油泵(7)泵筒、下部油管柱(5)、抽油泵(7)柱塞、下部抽油杆柱(6)后，其次下入减载器(4)，然后下入上部油管柱(2)和上部抽油杆柱(3)，上部抽油杆柱(3)通过一种现有的井下工具——脱接器(31)与减载器(4)的游动总成(42)和下部抽油杆柱(6)连接。

参照图4～图5，在中间连接机构(414或417)上部可增加一组座封机构(4141)，座封机构(4141)由座封接头(4142)、摩擦环^和/_或卡簧(4143)、泵筒下接头(4144)和连接接头(4145)构成；座封接头(4142)下端与中间连接机构(414或417)上部内腔螺纹连接，泵筒下接头(4144)上端与φ₁泵筒(412)下端螺纹连接、其中部的外面套上摩擦环^和/_或卡簧(4143)、其下端与连接接头(4145)上部内腔螺纹连接，φ₁泵筒(412)与泵筒下接头(4144)、摩擦环^和/_或卡簧(4143)和连接接头(4145)的连接体(412，4144，4143，4145)座封在座封接头(4142)上部内腔。座封机构(4141)将φ₁泵筒(412)固定到中间连接机构(414或417)上，使本发明工作前的安装与现有常规作业技术相同：按顺序下入井下尾管、抽油泵(7)泵筒、下部油管柱(5)后，其次下入固定总成(41)的短外管(413)、长外管(416)、φ₂泵筒(415)、中间连接机构(414或417)和座封接头(4142)，及上部油管柱(2)，然后下入抽油泵(7)柱塞、下部抽油杆柱(6)、游动总成(42)、φ₁泵筒(412)与座封机构(4141)的连接体(412，4144，4143，4145)和上部抽油杆柱(3)，最后将座封机构(4141)的连接体(412，4144，4143，4145)通过“座泵”来实现φ₁泵筒(412)与连接在中间连接机构(414或417)上的座封接头(4142)的座封。

参照图2和图4，本发明的游动总成(42)是一实心杆体，其可承受较大的轴向载荷，油井内液体通过φ₁泵筒(412)和φ₂泵筒(415)与短外管(413)和长外管(416)之间所构成的井内流体通道(A)被举升到井口(1)。

参照图3和图5，本发明的游动总成(42)是一空心杆体，固定总成(41)紧靠游动总成(42)且具有较小的外径，井内流体通过游动总成(42)内的流道(A)被举升到井口(1)。

参照图1～图5，本发明是这样实现减载的：当抽油杆柱(3，6)在抽油机带动下作下行程时，抽油泵(7)的固定阀关闭，泵腔内油液顶开游动阀排入油管柱(2，5)；当抽油杆柱(3，6)在抽油机带动下作上行程时，抽油泵(7)的游动阀关闭，泵内油液经减载器(4)被举升到井口(1)，同时固定阀打开，井内油液被吸入泵腔；减载器(4)在井内液体压力作用下，利用自身结构产生一个向上的液动力帮助抽油杆柱(3，6)举升抽油泵(7)上端液柱。

Claims

1.一种石油采油井减载器(4)，具有φ₁泵筒(412)-φ₁柱塞(422)摩擦副(412，422)和φ₂泵筒(415)-φ₂柱塞(423)摩擦副(415，423)，其特征在于具有固定总成(41)和游动总成(42)；固定总成(41)上部的φ₁泵筒(412)和其下部的φ₂泵筒(415)与游动总成(42)上部的φ₁柱塞(422)和其下部的φ₂柱塞(423)分别构成φ₁摩擦副(412，422)和φ₂摩擦副(415，423)，直径φ₁＜φ₂，长度l_1泵筒＜l_1柱塞和l_2泵筒＞l_2柱塞；固定总成(41)上端与上部油管柱(2)连接，其下端与下部油管柱(5)连接，游动总成(42)上端与上部抽油杆柱(3)连接，其下端与下部抽油杆柱(6)连接；游动总成(42)在固定总成(41)内作上下往复运动。

2.按照权利要求1所述的减载器(4)，其特征在于固定总成(41)由短外管(413)、长外管(416)、φ₁泵筒(412)、φ₂泵筒(415)和中间连接机构(414)构成；中间连接机构(414)为管状体，其上端具有安装φ₁泵筒(412)的内螺纹，其下端具有安装φ₂泵筒(415)的内螺纹，其侧面具有连通油管上下内腔的流道(A)，其中部具有连通套管内腔和油管内腔的流道孔(B)；短外管(413)的上端和下端分别与上部油管柱(2)和长外管(416)上端螺纹连接，长外管(416)下端与下部油管柱(5)螺纹连接，中间连接机构(414)的上端和下端分别与φ₁泵筒(412)下端和φ₂泵筒(415)上端螺纹连接；中间连接机构(414)安装在短外管(413)内，并焊接成一体。

3.按照权利要求1所述的减载器(4)，其特征在于固定总成(41)的中间连接机构(414)和短外管(413)可合并成一个整体的管状体，从而构成变形的中间连接机构(417)，其下端具有与φ₂泵筒(415)和长外管(416)相连接的外螺纹，其自身无流道(A)，但仍具有流道孔(B)。

4.按照权利要求1所述的减载器(4)，其特征在于固定总成(41)的中间连接机构(414或417)上部可具有座封机构(4141)；座封机构(4141)由座封接头(4142)、摩擦环^和/_或卡簧(4143)、泵筒下接头(4144)和连接接头(4145)构成；座封接头(4142)下端与中间连接机构(414或417)上部内控螺纹连接，泵筒下接头(4144)上端与φ₁泵筒(412)下端螺纹连接、其中部的外面套上摩擦环^和/_或卡簧(4143)、其下端与连接接头(4145)上部内腔螺纹连接，φ₁泵筒(412)与泵筒下接头(4144)、摩擦环^和/_或卡簧(4143)和连接接头(4145)的连接体(412，4144，4143，4145)座封在座封接头(4142)上部内腔。

5.按照权利要求1所述的减载器(4)，其特征在于游动总成(42)由φ₁柱塞(422)、φ₂柱塞(423)、上部抽油杆接头(421)和下部抽油杆接头(424)构成；上部抽油杆接头(421)、φ₁柱塞(422)、φ₂柱塞(423)和下部抽油杆接头(424)依次螺纹串接成一个杆体；上部抽油杆接头(421)与上部抽油杆柱(3)连接，下部抽油杆接头(424)与下部抽油杆柱(6)螺纹连接。

6.按照权利要求1所述的减载器(4)，其特征在于游动总成(42)可为实心杆体。

7.按照权利要求1所述的减载器(4)，其特征在于游动总成(42)可为空心杆体。

8.按照权利要求1所述的减载器(4)，其特征在于固定总成(41)的中间连接机构(414或417)与φ₁泵筒(412)的连接，可以是螺纹连接，亦可以通过座封机构(4141)座封连接。

9.按照权利要求1所述的减载器(4)，其特征在于游动总成(42)的上部抽油杆接头(421)与上部抽油杆柱(3)的连接，可以是螺纹连接，亦可以通过脱接器(31)脱接连接。