CN115263254B - 一种铰接式棘轮流量可调分层抽油装置 - Google Patents

Abstract

公开一种铰接式棘轮流量可调分层抽油装置，包括依次连接的第一泵筒、封隔机构、第二泵筒和棘轮机构，以及柱塞机构。第一泵筒对应第一油层，第二泵筒对应第二油层；第一泵筒设有允许流体从第一油层进入第一环形空间的第一单向阀；棘轮机构设有允许流体从第二油层进入第二环形空间的第二单向阀；棘轮机构包括棘轮杆和位于棘轮杆外的棘轮外套，棘轮杆背离第二泵筒的一侧设有弹簧座，棘轮杆和弹簧座之间抵设有第一弹簧；棘轮杆的轴向位置可变，以调节第四单向阀的活动件的跳动高度。本说明书所提供的铰接式棘轮流量可调分层抽油装置，不仅具备分层采油的功能，且在不起下管柱作业的情况下能调整层间采油比例，提高作业效率。

Description

一种铰接式棘轮流量可调分层抽油装置

技术领域

本说明书涉及采油技术领域，尤其涉及一种铰接式棘轮流量可调分层抽油装置。

背景技术

油井正常生产过程中，由于油田的不同油层的层间差异大，层间干扰比较严重，各产层对于整体的产液能力贡献不同。针对油层多、层间物性差异大、层间干扰严重等特点，提出了分层采油的概念，分层开采是合理开发油田、提高采油速度、保证油田具有较高的最终采收率的基本手段之一。

目前现场中常用分层采油管柱。该分层采油管柱包括多个封隔器，多个封隔器之间采用油管短节连接。在进行分层采油时，将待开采的油层上方的封隔器坐封，油层内的油进入到油管短节内，并从油井口流出；然后，将已坐封封隔器上方的封隔器坐封，开采已开采油层上方的油层。

然而，常规分层采油作业不能根据各油层产能、液性及含水量等数据资料调整各层间产出比例，或者在调整各层产出比例时需要多次作业。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本说明书的一个目的是提供一种铰接式棘轮流量可调分层抽油装置，不仅具备分层采油的功能，且在不起下管柱作业的情况下能调整层间采油比例，提高作业效率。

为达到上述目的，本说明书实施方式提供一种铰接式棘轮流量可调分层抽油装置，包括依次连接的第一泵筒、封隔机构、第二泵筒和棘轮机构，以及设置于所述第一泵筒和所述第二泵筒内的柱塞机构；

其中，所述第一泵筒对应第一油层，所述第二泵筒对应第二油层，所述第一油层位于所述第二油层上方；所述封隔机构将所述第一油层和所述第二油层封隔；所述第一泵筒和所述柱塞机构之间具有第一环形空间，所述第二泵筒和所述柱塞机构之间具有第二环形空间；所述第一泵筒靠近所述封隔机构的一端设有允许流体从所述第一油层进入所述第一环形空间的第一单向阀；所述棘轮机构远离所述第二泵筒的一端设有允许流体从所述第二油层进入所述第二环形空间的第二单向阀；

所述柱塞机构包括依次连接的第一柱塞、连接光管、铰接组件和第二柱塞；所述第一柱塞位于所述第一泵筒内，所述第一柱塞设有允许流体从所述第一环形空间进入所述第一柱塞内的第三单向阀；所述第二柱塞位于所述第二泵筒内，所述第二柱塞设有允许流体从所述第二环形空间进入所述第二柱塞内的第四单向阀；所述铰接组件包括铰接芯杆以及将所述连接光管和所述铰接芯杆相连的铰接接头；

所述棘轮机构包括棘轮杆和位于所述棘轮杆外的棘轮外套，所述棘轮杆背离所述第二泵筒的一侧设有弹簧座，所述棘轮杆和所述弹簧座之间抵设有第一弹簧；所述棘轮杆背离所述第二泵筒的一端能与处于打开状态的所述第四单向阀的活动件接触；所述棘轮杆的轴向位置可变，以调节所述第四单向阀的活动件的跳动高度。

作为一种优选的实施方式，所述封隔机构包括胶筒组件、中心管和锚定组件；

所述胶筒组件位于所述第一泵筒和所述中心管之间，至少部分所述胶筒组件能沿径向膨胀以将所述第一油层和所述第二油层封隔；所述锚定组件位于所述中心管外且具有与所述胶筒组件分离的第一位置和与所述胶筒组件接触的第二位置，所述第一位置位于所述中心管远离所述胶筒组件的一端；所述锚定组件包括扶正块和第二弹簧，所述第二弹簧抵设于所述扶正块和所述中心管之间，使所述扶正块能沿径向移动。

作为一种优选的实施方式，所述锚定组件面对所述胶筒组件的一端设有卡瓦，所述胶筒组件面对所述锚定组件的一端设有能插入所述卡瓦和所述中心管之间的锥体；所述锚定组件位于所述第二位置时，所述卡瓦在所述锥体的作用下径向张开锚定在管壁上。

作为一种优选的实施方式，所述胶筒组件和所述第一泵筒之间通过泵变封接箍相连接；所述胶筒组件包括胶筒内管和套设于所述胶筒内管外的胶筒单元，所述胶筒单元轴向的两端设有保护片；所述胶筒单元和所述锥体之间设有压环，所述压环中设有坐封销钉；所述坐封销钉被剪断后，所述胶筒单元在所述锥体向上推动所述压环的作用下径向膨胀。

作为一种优选的实施方式，所述第一单向阀包括固定阀接头、第一固定阀罩、第一固定阀球、第一固定阀座和底座；所述固定阀接头用于连接所述第一泵筒和所述第一固定阀罩，所述第一固定阀球位于所述第一固定阀罩内且位于所述固定阀接头的下方，所述第一固定阀球的球心位于所述第一泵筒的径向之外；所述第一固定阀座位于所述第一固定阀球的下方，所述底座位于所述第一固定阀座的下方并为所述第一固定阀座提供支撑；

所述第一固定阀球向下堵住所述第一固定阀座时，所述第一单向阀关闭；所述第一固定阀球向上离开所述第一固定阀座时，所述第一单向阀打开，允许流体从所述第一油层进入所述第一环形空间。

作为一种优选的实施方式，所述第二单向阀包括固定阀座接头、第二固定阀罩、第二固定阀球和第二固定阀座；所述第二固定阀罩与所述棘轮外套相连接；所述第二固定阀球为所述活动件，所述第二固定阀球位于所述第二固定阀罩内且位于所述固定阀座接头的上方，所述第二固定阀球位于所述棘轮杆背离所述第二泵筒的一侧，所述第二固定阀球的球心位于所述第二泵筒的径向之内；所述第二固定阀座位于所述第二固定阀球和所述固定阀座接头之间；

所述第二固定阀球向下堵住所述第二固定阀座时，所述第二单向阀关闭；所述第二固定阀球向上离开所述第二固定阀座时，所述第二单向阀打开，允许流体从所述第二油层进入所述第二环形空间。

作为一种优选的实施方式，所述柱塞机构下放后能下压所述棘轮杆，使所述棘轮杆在所述棘轮外套内完成换轨，所述棘轮杆下行或上行控制所述第二固定阀球的跳动高度，从而控制所述第二油层的采油量。

作为一种优选的实施方式，所述第一泵筒的上端设有上接箍，所述上接箍的上方设有上护帽；所述第二泵筒和所述封隔机构之间设有封变泵接箍；所述第二泵筒的下端设有下接箍，所述下接箍的下端和所述棘轮外套相连；所述固定阀座接头的下方设有下护帽。

作为一种优选的实施方式，所述第三单向阀包括第一游动阀罩、以及从上至下依次设置于所述第一游动阀罩内的上球罩、第一游动阀球和第一游动阀座；所述第一游动阀罩位于所述第一柱塞的下端；

所述第一游动阀球向下堵住所述第一游动阀座时，所述第三单向阀关闭；所述第一游动阀球向上离开所述第一游动阀座时，所述第三单向阀打开，允许流体从所述第一环形空间进入所述第一柱塞内。

作为一种优选的实施方式，所述第四单向阀包括第二游动阀罩、以及从上至下依次设置于所述第二游动阀罩内的第二游动阀球和第二游动阀座；所述第二游动阀罩位于所述第二柱塞的下端；所述第二柱塞和所述铰接芯杆之间设有下柱塞上接头，所述第二游动阀罩的下端设有下柱塞下接头；

所述第二游动阀球向下堵住所述第二游动阀座时，所述第四单向阀关闭；所述第二游动阀球向上离开所述第二游动阀座时，所述第四单向阀打开，允许流体从所述第二环形空间进入所述第二柱塞内。

有益效果：

本实施方式所提供的铰接式棘轮流量可调分层抽油装置，通过设置第一泵筒、封隔机构、第二泵筒和柱塞机构，能对第一油层和第二油层进行采油，即实现分层采油；通过在第二泵筒下方设置棘轮机构，可以调整第二油层的采油量，可以在不起下管柱作业的情况下能调整层间采油比例(也即产出比)，从而提高作业效率；通过在第一柱塞和第二柱塞之间设置铰接组件，可以减少油井内管柱弯曲产生的影响。因此，本申请实施方式提供的铰接式棘轮流量可调分层抽油装置，可以减少起下管柱次数，高效节能，减少维护成本，提高油田开采效益。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施方式中所提供的一种铰接式棘轮流量可调分层抽油装置的结构示意图。

附图标记说明：

1、上护帽；2、上接箍；3、第一泵筒；4、上柱塞上接头；5、第三游动阀球；6、第三游动阀座；7、上连接接头；8、第一柱塞；9、下连接接头；10、第一游动阀罩；11、上球罩；12、第一游动阀球；13、第一游动阀座；14、固定阀接头；15、第一固定阀罩；16、上柱塞连接接头；17、第一固定阀球；18、第一固定阀座；19、底座；20、连接光管；21、泵变封接箍；22、第一变扣接头；23、调节环；24、第一防转销钉；25、胶筒内管；26、上保护片；27～36、胶筒单元；37、下保护片；38、压环；39、坐封销钉；40、锥体；41、第二防转销钉；42、中心管；43、卡瓦；44、卡瓦座；45、第三弹簧；46、扶正座；47、扶正块；48、第二弹簧；49、滑套环；50、第三防转销钉；51、滑环；52、滑环销钉；53、第四防转销钉；54、第二变扣接头；55、封变泵接箍；56、第二泵筒；57、铰接接头；58、铰接芯杆；59、下柱塞上接头；60、第二柱塞；61、第二游动阀罩；62、第二游动阀球；63、第二游动阀座；64、下柱塞下接头；65、下接箍；66、棘轮外套；67、棘轮杆；68、第一弹簧；69、弹簧座；70、第二固定阀罩；71、第二固定阀球；72、第二固定阀座；73、固定阀座接头；74、下护帽。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1。本申请实施方式提供一种铰接式棘轮流量可调分层抽油装置，包括依次连接的第一泵筒3、封隔机构、第二泵筒56和棘轮机构，以及设置于第一泵筒3和第二泵筒56内的柱塞机构。

其中，第一泵筒3对应第一油层，第二泵筒56对应第二油层，第一油层位于第二油层上方。封隔机构将第一油层和第二油层封隔。第一泵筒3和柱塞机构之间具有第一环形空间，第二泵筒56和柱塞机构之间具有第二环形空间。第一泵筒3靠近封隔机构的一端设有允许流体从第一油层进入第一环形空间的第一单向阀。棘轮机构远离第二泵筒56的一端设有允许流体从第二油层进入第二环形空间的第二单向阀。

需要说明的是，本申请实施方式中的“上”、“下”并不局限于竖直方向的上下，可以根据与井口或井底的距离定义“上”、“下”。具体的，离井口越近或离井底越远，则越靠近上方；离井口越远或离井底越近，则越靠近下方。本申请实施方式中的“内”、“外”可以依据径向距离定义，“内”比“外”在径向上更靠近轴心。

柱塞机构包括依次连接的第一柱塞8、连接光管20、铰接组件和第二柱塞60。第一柱塞8位于第一泵筒3内，第一柱塞8设有允许流体从第一环形空间进入第一柱塞8内的第三单向阀。第二柱塞60位于第二泵筒56内，第二柱塞60设有允许流体从第二环形空间进入第二柱塞60内的第四单向阀。铰接组件包括铰接芯杆58以及将连接光管20和铰接芯杆58相连的铰接接头57。

棘轮机构包括棘轮杆67和位于棘轮杆67外的棘轮外套66。棘轮杆67背离第二泵筒56的一侧设有弹簧座69。棘轮杆67和弹簧座69之间抵设有第一弹簧68。棘轮杆67背离第二泵筒56的一端能与处于打开状态的第四单向阀的活动件接触。棘轮杆67的轴向位置可变，以调节第四单向阀的活动件的跳动高度。

本实施方式所提供的铰接式棘轮流量可调分层抽油装置，通过设置第一泵筒3、封隔机构、第二泵筒56和柱塞机构，能对第一油层和第二油层进行采油，即实现分层采油；通过在第二泵筒56下方设置棘轮机构，可以调整第二油层的采油量，可以在不起下管柱作业的情况下能调整层间采油比例(也即产出比)，从而提高作业效率；通过在第一柱塞8和第二柱塞60之间设置铰接组件，可以减少油井内管柱弯曲产生的影响，保证柱塞机构在下入过程及之后的举升过程中受到油井内管柱弯曲产生的影响最小化。因此，本申请实施方式提供的铰接式棘轮流量可调分层抽油装置，可以减少起下管柱次数，高效节能，减少维护成本，提高油田开采效益。

为了便于理解，本说明书首先对除柱塞机构以外的部分进行说明，并按照自上而下的顺序进行说明。

在本实施方式中，第一泵筒3的上端设有上接箍2。上接箍2的上方设有上护帽1。在上接箍2和上护帽1的连接处，上接箍2位于上护帽1外；在上接箍2和第一泵筒3的连接处，上接箍2位于第一泵筒3外。

具体的，第一单向阀包括固定阀接头14、第一固定阀罩15、第一固定阀球17、第一固定阀座18和底座19。固定阀接头14用于连接第一泵筒3和第一固定阀罩15，即第一泵筒3的下端与固定阀接头14相连，第一固定阀罩15与固定阀接头14的下端相连，且第一泵筒3位于固定阀接头14的径向的内侧，与固定阀接头14相接触的第一固定阀罩15位于固定阀接头14的径向的外侧。

第一固定阀球17、第一固定阀座18和底座19从上而下依次设置于第一固定阀罩15内。第一固定阀球17位于固定阀接头14的下方，第一固定阀球17的球心位于第一泵筒3的径向之外。底座19为第一固定阀座18提供支撑。第一固定阀球17向下堵住第一固定阀座18时，第一单向阀关闭；第一固定阀球17向上离开第一固定阀座18时，第一单向阀打开，允许流体从第一油层进入第一环形空间。

第一固定阀罩15的下端连接有泵变封接箍21，泵变封接箍21的下端连接有第一变扣接头22。第一变扣接头22的下端连接有封隔机构。

具体的，封隔机构包括自上而下设置的胶筒组件、中心管42和锚定组件。

胶筒组件位于第一泵筒3和中心管42之间，至少部分胶筒组件能沿径向膨胀以将第一油层和第二油层封隔。胶筒组件和第一泵筒3之间通过泵变封接箍21相连接。胶筒组件包括胶筒内管25和套设于胶筒内管25外的胶筒单元27～36。胶筒内管25连接于第一变扣接头22的下端。胶筒单元27～36轴向的两端设有与胶筒单元27～36贴合的保护片，即胶筒单元27～36的上方设有上保护片26，胶筒单元27～36的下方设有下保护片37。上保护片26的上方设有调节环23，调节环23的上部通过第一防转销钉24连接于第一变扣接头22外，且调节环23的下端与胶筒内管25的外壁接触。下保护片37的下方设有压环38，压环38通过坐封销钉39与胶筒内管25的下端外侧相连。坐封销钉39被剪断后，胶筒单元27～36在锥体40向上推动压环38的作用下径向膨胀。胶筒内管25的下端内侧与中心管42的上端相连。压环38的下方设有锥体40，锥体40通过第二防转销钉41与压环38的下端相连，且至少部分锥体40套设于中心管42外。套设于中心管42外的锥体40的外壁面自上而下直径逐渐减小。

胶筒单元27～36可以由石墨及碳纤维复合制成，实际使用中为网状结构挤压变形，缝隙中填满粉末，具有良好的密封效果。

锚定组件位于中心管42外且具有与胶筒组件分离的第一位置和与胶筒组件接触的第二位置。第一位置位于中心管42远离胶筒组件的一端。锚定组件面对胶筒组件的一端设有卡瓦43，胶筒组件面对锚定组件的一端设有能插入卡瓦43和中心管42之间的锥体40。锚定组件位于第二位置时，卡瓦43在锥体40的作用下径向张开锚定在管壁上。

具体的，卡瓦43可以卡接于位于卡瓦43下方的卡瓦座44上，卡瓦43具有伸出卡瓦座44的部分，且该部分与中心管42之间具有供锥体40插入的间隙。卡瓦座44和卡瓦43之间抵设有具有径向弹力的第三弹簧45。卡瓦座44通过第四防转销钉53与中心管42相连。卡瓦座44的下方设有扶正座46，扶正座46外设有扶正块47，扶正座46的内壁与中心管42贴合。扶正块47和扶正座46之间抵设有具有径向弹力的第二弹簧48，第二弹簧48使扶正块47能沿径向移动，以辅助抽油装置居中。

锚定组件还包括位于扶正块47下方的滑套环49，滑套环49通过第三防转销钉50与扶正座46的下端相连。所述扶正座46的下端、中心管42和滑套环49围成一腔体，该腔体内设有滑环51，滑环51通过滑环销钉52与中心管42相连。

如图1所示，中心管42的下端连接有第二变扣接头54。第二变扣接头54下方连接有封变泵接箍55，封变泵接箍55的下端连接有第二泵筒56。第二泵筒56的下端设有下接箍65，下接箍65的下端和棘轮外套66相连。棘轮杆67、第一弹簧68和弹簧座69在棘轮外套66内自上而下依次分布。

至少部分棘轮杆67与棘轮外套66接触，棘轮杆67的内侧的下端能与处于打开状态的第四单向阀的活动件接触。柱塞机构下放后能下压棘轮杆67，使棘轮杆67在棘轮外套66内完成换轨，即棘轮杆67的轴向位置可变。棘轮杆67下行或上行控制第二固定阀球71(即活动件)的跳动高度，从而控制第二油层的采油量。

棘轮外套66内可以设有多条沿轴向延伸且长度不等的滑轨，棘轮杆67在棘轮外套66内转动，可以在不同的滑轨中切换，由于滑轨长度不等，则棘轮杆67在轴向的位置不同，从而可以改变活动件的跳动高度。具体的，滑轨的数量可以是三条或四条。棘轮杆67只能单向旋转，棘轮杆67的旋转轴线沿轴向延伸。

第二单向阀包括固定阀座接头73、第二固定阀罩70、第二固定阀球71和第二固定阀座72。

第二固定阀罩70与棘轮杆67的下端和棘轮外套66的下端相连接。第二固定阀球71即为活动件。第二固定阀球71位于第二固定阀罩70内且位于固定阀座接头73的上方。第二固定阀球71位于棘轮杆67的下方。第二固定阀球71的球心位于第二泵筒56的径向之内。第二固定阀座72位于第二固定阀球71和固定阀座接头73之间。固定阀座接头73与第二固定阀罩70的下端相连。固定阀座接头73的下方设有下护帽74。

第二固定阀球71向下堵住第二固定阀座72时，第二单向阀关闭；第二固定阀球71向上离开第二固定阀座72时，第二单向阀打开，允许流体从第二油层进入第二环形空间。

以上为对除柱塞机构以外的部分进行的说明，并按照自上而下的顺序进行说明。接下去将对柱塞机构按照自上而下的顺序进行说明。

柱塞机构的最上方设有上柱塞上接头4，上柱塞上接头4和第一柱塞8之间设有第五单向阀。第五单向阀包括第三游动阀球5和第三游动阀座6。第三游动阀球5位于上柱塞上接头4和第三游动阀座6之间。第三游动阀球5向下堵住第三游动阀座6时，第五单向阀关闭；第三游动阀球5向上离开第三游动阀座6时，第五单向阀打开，允许流体从第一环形空间进入第一柱塞8内。

第三游动阀座6和第一柱塞8之间连接有上连接接头7。第一柱塞8的下方设有第三单向阀。第一柱塞8和第三单向阀通过下连接接头9相连接。

具体的，第三单向阀包括第一游动阀罩10、以及从上至下依次设置于第一游动阀罩10内的上球罩11、第一游动阀球12和第一游动阀座13。第一游动阀罩10位于第一柱塞8的下端，第一柱塞8和第一游动阀罩10通过下连接接头9相连接。

第一游动阀球12向下堵住第一游动阀座13时，第三单向阀关闭；第一游动阀球12向上离开第一游动阀座13时，第三单向阀打开，允许流体从第一环形空间进入第一柱塞8内。

第一游动阀罩10的下端连接有上柱塞连接接头16，上柱塞连接接头16的下端与连接光管20相连。连接光管20的下端与铰接接头57相连，铰接接头57的下端与铰接芯杆58相连。铰接芯杆58的下端与下柱塞上接头59相连。铰接芯杆58可以将两个外径不同的柱塞(即第一柱塞8和第二柱塞60)相连，因为两第一柱塞8和第二柱塞60中间的连接段较长(即连接光管20的长度较长)，且考虑到容易产生偏心及管柱弯曲等情况，才采取铰接组件，使第一柱塞8和第二柱塞60之间为柔性连接。

下柱塞上接头59的下端与第二柱塞60相连。第二柱塞60的下端与第四单向阀相连。具体的，第四单向阀包括第二游动阀罩61、以及从上至下依次设置于第二游动阀罩61内的第二游动阀球62和第二游动阀座63。第二游动阀罩61位于第二柱塞60的下端。第二柱塞60和铰接芯杆58之间设有下柱塞上接头59，第二游动阀罩61的下端设有下柱塞下接头64。

第二游动阀球62向下堵住第二游动阀座63时，第四单向阀关闭；第二游动阀球62向上离开第二游动阀座63时，第四单向阀打开，允许流体从第二环形空间进入第二柱塞60内。

以上为对柱塞机构按照自上而下的顺序进行的说明。

在一种具体的应用场景中，先将除柱塞机构以外的铰接式棘轮流量可调分层抽油装置由井口下入，下入过程中，锚定组件始终处于中心管42的短轨内(即位于第一位置)，此时扶正块47和第一弹簧68为整个装置提供了扶正作用，遇阻时第二弹簧48保证扶正块47可以径向收缩通过遇阻段。装置到达分层位置后，上提管柱，再次下放管柱，此时锚定组件进入中心管42的长轨内(即从第一位置向第二位置移动)，继续下放，此时卡瓦43在锥体40的作用下径向张开锚定在管壁之上，之后继续下放，剪断坐封销钉39，胶筒单元27～36在锥体40向上推动压环38的作用下完成径向膨胀完成层间封堵。

之后将抽油杆与柱塞机构连接下入井内，到达相应位置后，上提防冲距，开始采油作业。在上冲程过程中，上提柱塞机构，此时，由第一泵筒3、第一柱塞8、固定阀接头14、第一固定阀球17、第一固定阀座18等组成的上层腔体以及由第二泵筒56、第二柱塞60、下接箍65、棘轮外套66等组成的下层腔体体积变大，压力减少，在负压的作用下，第一固定阀球17及第二固定阀球71开启，油进入泵筒内(即进入第一环形空间和第二环形空间)；在下冲程过程中，下放柱塞机构，上层腔体和下层腔体体积减少，压力增大，第三游动阀球5、第一游动阀球12、第二游动阀球62在压力的作用下开启，油进入柱塞内；重复上下冲程，即可将原油举升至地面。

需要对第二油层的采油量进行调节时，下放柱塞机构提供一定压力压向棘轮杆67，在棘轮机构的作用下，棘轮杆67在棘轮外套66内完成换轨，棘轮杆67能控制第二固定阀球71的跳动高度，从而控制第二油层的采油量。

理论上该铰接式棘轮流量可调分层抽油装置可以应用于多油层的开采。优选的，本申请实施方式提供的铰接式棘轮流量可调分层抽油装置，仅针对上下两个油层的开采，这是因为若将该装置应用于多油层的开采，则存在以下问题：①两个层间密封机构之间需要覆盖到整个封隔的油层，导致工具整体超长，没有实际应用价值；②工具由上到下，柱塞是逐级内径渐缩的，如果增加多层，第三级的柱塞会非常细，没有应用价值；③假设中间封隔层段很短，工具整体长度理论上可以使用，但是需要考虑棘轮机构的设置位置，考虑到需要可以按压到棘轮杆67，只能设置在最下方的固定阀处，此时只能对最下方的固定阀进行调整，也就是多层油层中仅控制一层油层流量。

需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本说明书的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本文引用的任何数值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (4)

1.一种铰接式棘轮流量可调分层抽油装置，其特征在于，包括依次连接的第一泵筒、封隔机构、第二泵筒和棘轮机构，以及设置于所述第一泵筒和所述第二泵筒内的柱塞机构；

其中，所述第一泵筒对应第一油层，所述第二泵筒对应第二油层，所述第一油层位于所述第二油层上方；所述封隔机构将所述第一油层和所述第二油层封隔；所述第一泵筒和所述柱塞机构之间具有第一环形空间，所述第二泵筒和所述柱塞机构之间具有第二环形空间；所述第一泵筒靠近所述封隔机构的一端设有允许流体从所述第一油层进入所述第一环形空间的第一单向阀；所述棘轮机构远离所述第二泵筒的一端设有允许流体从所述第二油层进入所述第二环形空间的第二单向阀；

所述柱塞机构包括依次连接的第一柱塞、连接光管、铰接组件和第二柱塞；所述第一柱塞位于所述第一泵筒内，所述第一柱塞设有允许流体从所述第一环形空间进入所述第一柱塞内的第三单向阀；所述第二柱塞位于所述第二泵筒内，所述第二柱塞设有允许流体从所述第二环形空间进入所述第二柱塞内的第四单向阀；所述铰接组件包括铰接芯杆以及将所述连接光管和所述铰接芯杆相连的铰接接头；

所述棘轮机构包括棘轮杆和位于所述棘轮杆外的棘轮外套，所述棘轮杆背离所述第二泵筒的一侧设有弹簧座，所述棘轮杆和所述弹簧座之间抵设有第一弹簧；所述棘轮杆背离所述第二泵筒的一端能与处于打开状态的所述第四单向阀的活动件接触；所述棘轮杆的轴向位置可变，以调节所述第四单向阀的活动件的跳动高度；所述封隔机构包括胶筒组件、中心管和锚定组件；

所述胶筒组件位于所述第一泵筒和所述中心管之间，至少部分所述胶筒组件能沿径向膨胀以将所述第一油层和所述第二油层封隔；所述锚定组件位于所述中心管外且具有与所述胶筒组件分离的第一位置和与所述胶筒组件接触的第二位置，所述第一位置位于所述中心管远离所述胶筒组件的一端；所述锚定组件包括扶正块和第二弹簧，所述第二弹簧抵设于所述扶正块和所述中心管之间，使所述扶正块能沿径向移动；所述锚定组件面对所述胶筒组件的一端设有卡瓦，所述胶筒组件面对所述锚定组件的一端设有能插入所述卡瓦和所述中心管之间的锥体；所述锚定组件位于所述第二位置时，所述卡瓦在所述锥体的作用下径向张开锚定在管壁上；

所述胶筒组件和所述第一泵筒之间通过泵变封接箍相连接；所述胶筒组件包括胶筒内管和套设于所述胶筒内管外的胶筒单元，所述胶筒单元轴向的两端设有保护片；所述胶筒单元和所述锥体之间设有压环，所述压环中设有坐封销钉；所述坐封销钉被剪断后，所述胶筒单元在所述锥体向上推动所述压环的作用下径向膨胀；

所述第一单向阀包括固定阀接头、第一固定阀罩、第一固定阀球、第一固定阀座和底座；所述固定阀接头用于连接所述第一泵筒和所述第一固定阀罩，所述第一固定阀球位于所述第一固定阀罩内且位于所述固定阀接头的下方，所述第一固定阀球的球心位于所述第一泵筒的径向之外；所述第一固定阀座位于所述第一固定阀球的下方，所述底座位于所述第一固定阀座的下方并为所述第一固定阀座提供支撑；

所述第一固定阀球向下堵住所述第一固定阀座时，所述第一单向阀关闭；所述第一固定阀球向上离开所述第一固定阀座时，所述第一单向阀打开，允许流体从所述第一油层进入所述第一环形空间；

所述第二单向阀包括固定阀座接头、第二固定阀罩、第二固定阀球和第二固定阀座；所述第二固定阀罩与所述棘轮外套相连接；所述第二固定阀球为所述活动件，所述第二固定阀球位于所述第二固定阀罩内且位于所述固定阀座接头的上方，所述第二固定阀球位于所述棘轮杆背离所述第二泵筒的一侧，所述第二固定阀球的球心位于所述第二泵筒的径向之内；所述第二固定阀座位于所述第二固定阀球和所述固定阀座接头之间；

所述第二固定阀球向下堵住所述第二固定阀座时，所述第二单向阀关闭；所述第二固定阀球向上离开所述第二固定阀座时，所述第二单向阀打开，允许流体从所述第二油层进入所述第二环形空间；

所述柱塞机构下放后能下压所述棘轮杆，使所述棘轮杆在所述棘轮外套内完成换轨，所述棘轮杆下行或上行控制所述第二固定阀球的跳动高度，从而控制所述第二油层的采油量。

2.根据权利要求1所述的铰接式棘轮流量可调分层抽油装置，其特征在于，所述第一泵筒的上端设有上接箍，所述上接箍的上方设有上护帽；所述第二泵筒和所述封隔机构之间设有封变泵接箍；所述第二泵筒的下端设有下接箍，所述下接箍的下端和所述棘轮外套相连；所述固定阀座接头的下方设有下护帽。

3.根据权利要求1所述的铰接式棘轮流量可调分层抽油装置，其特征在于，所述第三单向阀包括第一游动阀罩、以及从上至下依次设置于所述第一游动阀罩内的上球罩、第一游动阀球和第一游动阀座；所述第一游动阀罩位于所述第一柱塞的下端；

所述第一游动阀球向下堵住所述第一游动阀座时，所述第三单向阀关闭；所述第一游动阀球向上离开所述第一游动阀座时，所述第三单向阀打开，允许流体从所述第一环形空间进入所述第一柱塞内。

4.根据权利要求1所述的铰接式棘轮流量可调分层抽油装置，其特征在于，所述第四单向阀包括第二游动阀罩、以及从上至下依次设置于所述第二游动阀罩内的第二游动阀球和第二游动阀座；所述第二游动阀罩位于所述第二柱塞的下端；所述第二柱塞和所述铰接芯杆之间设有下柱塞上接头，所述第二游动阀罩的下端设有下柱塞下接头；

所述第二游动阀球向下堵住所述第二游动阀座时，所述第四单向阀关闭；所述第二游动阀球向上离开所述第二游动阀座时，所述第四单向阀打开，允许流体从所述第二环形空间进入所述第二柱塞内。

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