CN1587706A - 一种无杆液压抽油系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种应用于油田采油的液压抽油系统和抽油泵。特征是采用一条管线为井下抽油泵提供液压动力，乏动力液从原管道返回。与现有的水力活塞泵相比，克服了现有技术乏动力液与井液混合的缺点。本发明液压抽油泵的柱塞下部连接游动凡尔，游动凡尔下部悬挂有拉杆和悬重。将悬重连接在游动凡尔下，具有拉动活塞下行的作用。

Description

一种无杆液压抽油系统

所属技术领域

本发明涉及石油开采技术领域中的一种无杆液压抽油系统，特别是采用地面液压动力系统产生高压动力，通过井内环空通道，传递到井下液压抽油泵，驱动液压抽油泵工作。油井产液通过中心油管内孔输送到地面；乏动力液通过原进入的环空通道返回。该液压抽油泵依靠地面液压动力能将油井中的井液抽汲到地面，而成为一种具有实用性的新设计，可以在采油产业广泛推广应用。

本发明背景技术

在油田抽油技术领域中，分为有杆采油和无杆采油。以液压为动力的水力活塞泵属于无杆采油，它具有泵挂深、扬程高、排量大等优点，得到采油现场的应用。目前，现场所应用比较多的是开式水力活塞泵采油系统。开式水力活塞泵采油系统有二条通道与地面相连通。第一条是动力液通过油管到井下活塞泵的通道；第二条是井液与乏动力液混合后输送到地面的环空通道。其不足之处是该采油系统必须配合使用井下封隔器，这样使井下管线复杂化。其次，最大的缺点是井液与乏动力液混合输送到地面后，必须经过油、水分离，分离后的原油才能做为动力液加压后输送到井下，为活塞泵提供动力。油、水分离处理的费用相当昂贵，这是阻碍井下水力活塞泵推广应用的最大障碍。第三，现有水力活塞泵的换向机构设置在井下活塞泵内，换向机构磨损，维修时必须将活塞泵从井下起出，工作难度大。

另外，中国专利申请号为03203725.2，是本公司申请的一种液压抽油泵，该液压抽油泵由外筒、固定凡尔、游动凡尔、上缸筒、下缸筒组成。上缸筒下部有动力液进出口，上缸筒内有上活塞，动力液推动上活塞向上运动。在外筒上有井液进出口，下缸筒下部也有井液进出口。井液进出口的作用是平衡上活塞压力。上活塞向下运动是依靠活塞上部井液的压力，推动上活塞向下运动。上活塞上、下往复运动，达到抽油的目的。这一技术方案在井下液压抽油泵技术领域是一个先例。本公司申请的液压抽油泵(03203725.2)的上活塞向下运动是靠活塞上部井液的压力。在制造、实验过程中发现，要实现利用井液的压力推动活塞向下运动方案结构复杂，密封件多。解决活塞向下运动问题还有一个更可靠、更简便的新结构设计方案。

发明内容

本发明的目的是：为克服现有的井下水力活塞泵液压系统，在采油过程中，必须有井下封隔器配合使井下复杂的不足；克服现有液压抽油系统的井液与乏动力液混合输送到地面，经油水分离才能做为动力液加压后输送到井下的不足；克服现有的液压抽油系统换向机构设置在井下活塞泵内，换向机构维修复杂等缺点，提供一种无杆液压抽油系统，使其不采用井下封隔器；井液与动力液分路输送，节约动力液与井液分离的费用；换向机构设置在地面，由地面液压控制机构控制抽油泵活塞往复运动。

本发明所要解决的另一个技术问题是：克服液压抽油泵活塞向下运动依靠活塞上部井液的压力推动，其结构复杂的不足，提供一种与液压抽油系统配套使用液压抽油泵，提高采油效果。

本发明解决其技术问题的技术方案是：

液压抽油系统是由水箱、高压三柱塞泵、安全阀、蓄能器、换向阀、单向节流阀、单向阀、液压抽油泵，以及管线所组成。水箱上有进水管和出水管。高压三柱塞泵的入口连接水箱出水管。高压三柱塞泵的出口分别连接两条管线。一条是通过安全阀与水箱回水管连接；一条是通过单向阀与换向阀P口(动力口)连接，在单向阀与换向阀P口(动力口)之间的管线上有蓄能器。换向阀T口(回水口)通过管线连接回水管线。换向阀A口(工作口)通过单向节流阀与井口动力管线连接，井口动力管线连接外油管与内油关之间的环空通道，为抽油泵提供液压动力。抽油泵上部连接有内油管和外油管。单向节流阀的作用是调节通过的流量，以改变抽油泵活塞的工作速度。抽油泵上部连接有两层油管，即大直径油管中套有小直径油管。换向阀的阀芯与凸轮式间歇往复运动装置连接，控制换向阀换向。

液压抽油泵是由上泵筒、下泵筒、固定凡尔、游动凡尔等组成，上泵筒内有上液缸，上液缸下部有动力液孔道。上液缸内有活塞，活塞周围有密封环。活塞下部连接筒状柱塞。柱塞下部连接游动凡尔。柱塞外部有柱塞缸。下泵筒连接在上泵筒下部。下泵筒下部连接有固定凡尔。本发明的贡献部分是：在游动凡尔下部悬挂有拉杆，拉杆下部固定有悬重。拉杆的作用是连接游动凡尔和悬重。悬重外形为柱状，重量在250-850公斤之间。悬重在下泵筒内，悬重与下泵筒之间有井液通道。

本发明液压抽油系统的有益效果是：利用一条管线为井下环空提供液压动力；乏动力液从动力液进入的通道，原路返回。高压动力液和乏动力液共用一条通道，克服了原有技术中乏动力液与井液混合的缺点。本发明在采油过程中，不使用封隔器，克服了井下管道复杂的缺点。液压阀和换向控制机构设置在地面，克服水力活塞泵了换向机构设置在井下的活塞泵内，换向机构使用寿命短，不易维修的缺点。

本发明液压抽油泵安装在油井内，距地面2000米左右深的井下，长时间运行实验，活塞向上运动靠地面液压动力，而向下运动靠悬重释放势能，活塞上、下运动顺利。在井下抽油泵技术领域，从没有人采用在活塞、柱塞下设置悬重的技术方案，实现游动凡尔向下运动。本发明是一个创举，打破了传统做法。

附图说明

下面结合申请附图和实施例对本发明进一步说明。

申请附图1是液压抽油系统和抽油泵的安装示意图，是本发明的一个实施例。

申请附图2是液压抽油泵的纵剖面图，也是其结构示意图。是液压动力进入推动活塞向上运动的工作流程示意图。虚线箭头是动力液流动的方向，实线箭头所指示的方向是井液流动的方向。

附图3也是液压抽油泵的纵剖面图。是液压动力返回地面悬重在重力作用下拉动活塞下行的工作流程示意图。虚线箭头是动力液流动的方向，实线箭头所指示的方向是井液流动的方向。

图中，1.水箱，2.管线，3.安全阀，4.单向阀，5.高压三柱塞泵，6.蓄能器，7.换向阀，8.往复运动装置，9.单向节流阀，10.液压抽油泵，11.上液缸，12.活塞，13.密封环，14.柱塞，15.动力液孔道，16.上泵筒，17.静密封圈，18.游动凡尔，19.柱塞缸，20.拉杆，21.悬重，22.下泵筒，23.固定凡尔，24.套管，25.外油管，26.内油管，27.井口法兰，28.动力管线，29.产液管线。

具体实施方式

无杆液压抽油系统实施例：水箱(1)是长方体形，内部容积为3m³。高压三柱塞泵(5)额定压力为31.5MPa，排量为50l/min。安全阀(3)的通径为25毫米。蓄能器(6)是囊式蓄能器，内部容积为40L。换向阀(7)是水介质两位三通换向阀(7)。换向阀芯与凸轮式间歇往复运动装置(8)连接，带动换向阀换(7)向。水箱(1)上一个进水管线(2)和一个出水管线(2)，管线(2)内径为32毫米。高压三柱塞泵(5)的入口连接水箱(1)的出水管线(2)。高压三柱塞泵(5)的出口连接两条管线。一条是连接安全阀(3)，并通过安全阀(3)与水箱(1)回水管线连接；一条是通过单向阀(4)与换向阀(7)的P口(动力口)连接，在单向阀(4)与换向阀(7)P口(动力口)之间的管线上有囊式蓄能器(6)。换向阀(7)T口(回水口)接回水管线。换向阀(7)A口(工作口)通过单向节流阀(9)与井口动力管线(28)连接，井口动力管线(28)连接井下内油管(26)与外油管(25)之间的环空通道。液压抽油泵(10)上部连接有内油管(26)和外油管(25)。还可以将液压抽油系统地面部分安装在一个橇座上，使之成为一个整体，现场移动方便。

抽油泵实施例：上泵筒(16)外径110毫米，长度3800毫米。上泵筒(16)与下液缸(22)之间有连接体，连接体内有限位台阶。限位台阶内有静密封圈(17)。上泵筒(16)、下液缸(22)和连接体是通过螺纹连接的。在本实施例中，由于下泵筒(16)较长，下泵筒(22)有一部分采用油管替代，在油管下部有固定凡尔(23)。上液缸(11)在上泵筒(16)内。上液缸(11)外径为73毫米，长度3500毫米。上液缸(11)的下部有4个动力液孔道(15)，每个动力液孔道(15)直径为10毫米。上液缸(11)下部连接柱塞缸(19)，柱塞缸(19)内部有柱塞(14)。柱塞缸(19)长度为3500毫米。活塞(12)外径为60毫米。活塞(12)外径上有6个密封环(13)。活塞(12)与柱塞(14)为一整体。柱塞(14)下部连接游动凡尔(18)。在游动凡尔(18)下部悬挂有拉杆(20)，拉杆(20)直径为25毫米，长度1600毫米。拉杆(20)下部采用螺纹固定有悬重(21)。悬重(21)外形为圆柱状，外径60毫米，重量为400公斤。悬重(21)在下泵筒(22)内，下泵筒(22)内径69毫米，悬重(21)与下泵筒(22)之间有4.5毫米的间隙，是井液的通道。固定凡尔(23)、游动凡尔(18)是原有技术中抽油泵的必须部件，多数采用球形凡尔。本发明采用原有技术的固定凡尔(23)、游动凡尔(18)，不详细描述。

简单描述液压抽油泵(10)的安装，可以更好地理解本发明。附图1，将本发明抽油泵(10)安装在油井下数百米或上千米深处，其外部为套管(24)。液压抽油泵(10)的上部连接外油管(25)，外油管(25)内是内油管(26)。外油管(25)与内油管(26)之间的环空是动力液通过的通道；内油管(26)中心是井液上升的通道。内、外油管(25)(26)连接到井口法兰(27)上，动力管线(28)和产液管线(29)与法兰(27)连接。液压抽油泵的安装是一般技术人员和工人能做到的。

简述液压抽油泵(10)的工作原理：地面高压动力液经内油管(26)与外油管(25)之间的环空，并通过上液缸(11)下部的动力液孔道(15)进入活塞(12)下部，推动活塞(12)向上运动。活塞(12)带动柱塞(14)、游动凡尔(18)和悬重(21)向上行。此时，游动凡尔(18)自动关闭，并推动上液缸(11)内的井液向上流动。同时，固定凡尔(23)自动打开，井液通过固定凡尔(23)进入下液缸(22)(附图2)。完成第一个工作程序，即排液过程。在排液过程中，悬重(22)位置升高，悬重(22)的势能增加。当地面液压动力站换向，乏动力液从上液缸(11)下部动力液孔道(15)返回内油管(26)与外油管(25)之间环空。悬重(21)释放势能，活塞(14)在悬重(21)的重力作用下向下运动。活塞(12)、柱塞(14)、游动凡尔(18)和悬重(21)下行。此时，游动凡尔(18)自动打开，固定凡尔(23)自动关闭，下缸筒(22)内的井液经游动凡尔(18)进入上液缸(11)内(附图3)。完成第二个工作程序，即进液过程。在地面液压动力作用下，排液和进液过程不断交替进行，井液通过液压抽油泵被采出。

Claims (6)

1、一种应用于油田采油的无杆液压抽油系统，是由水箱(1)、高压三柱塞泵(5)、安全阀(3)、蓄能器(6)、换向阀(7)、单向节流阀(9)、单向阀、液压抽油泵(10)，以及管线(2)所组成，水箱(1)上有进水管线和出水管线，高压三柱塞泵(4)的入口连接水箱(1)出水管，高压三柱塞泵(4)的出口分别连接两条管线，一条是通过安全阀(3)与水箱(1)的回水管线连接；一条是通过单向阀(4)与换向阀(7)的P口(动力口)连接，在单向阀(4)与换向阀(7)P口(动力口)之间的管线上有蓄能器(6)，换向阀(7)T口(回水口)通过管线连接回水管线，其特征在于：换向阀(7)A口(工作口)通过单向节流阀(9)与井口动力管线(28)连接，井口动力管线(28)连接井下外油管(25)与内油管(26)之间的环空通道，抽油泵(10)上部连接有内油管(26)和外油管(25)。

2、一种应用于油田无杆采油的液压抽油泵，由上泵筒(16)、下泵筒(22)、固定凡尔(23)、游动凡尔(18)等组成，上泵筒(16)内有上液缸(11)，上液缸(11)下部有动力液孔道(15)，上液缸(11)内有活塞(12)，活塞(12)周围有密封环(13)，活塞(12)下部连接筒状柱塞(14)，柱塞(14)下部连接游动凡尔(18)，柱塞(14)外部有柱塞缸(19)，下泵筒(22)连接在上泵筒(16)下部，下泵筒(22)下部有固定凡尔(23)，其特征在于：在游动凡尔(18)下部悬挂有拉杆(20)，拉杆(20)下部固定有悬重(21)，悬重(21)外形为柱状，重量在250-850公斤之间，悬重(21)在下泵筒(22)内，悬重(21)与下泵筒(22)之间有井液通道。

3、如权利要求2所述的液压抽油泵，其特征在于：所述的悬重(22)外形为圆柱形。

4、如权利要求1所述的液压抽油系统，其特征在于：换向阀(7)的阀芯与凸轮式间歇往复运动装置(8)连接。

5、如权利要求2、或3所述的液压抽油系统，其特征在于：下泵筒(22)的一部分采用油管替代，在油管下部有固定凡尔(23)。

6、如权利要求1所述的液压抽油系统，其特征在于：将液压抽油系统地面部分安装在一个橇座上。

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