CN204961255U - 换向阀及应用该换向阀的新型防偏磨液力采油装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型防偏磨液力采油装置，包括井上动力设备和井下产液设备，井上动力设备包括动力液存储罐、柱塞泵、蓄能器以及换向阀；井下产液设备包括动力液管道、动力泵以及产液油管，动力液管道下方连接动力泵活塞，产液油管下方连接采油泵泵筒，采油泵泵筒内部设置采油泵柱塞，采油泵柱塞内设置游动阀，采油泵泵筒下方连接井下油管，井下油管与采油泵泵筒相接的位置设置固定阀，采油泵柱塞和固定阀之间为产液存储腔；动力泵缸筒与所述采油泵柱塞通过加重杆上下连接；产液油管上端设置产液出口。动力液与产液始终隔离，取消了地面庞大的处理设备；且换向阀设在地面，井下结构简单可靠，作业方便；同时改善了井下寿命短的问题。

Description

换向阀及应用该换向阀的新型防偏磨液力采油装置

技术领域

本发明涉及石油机械领域，尤其涉及一种液力采油装置及应用于其中的换向阀。

背景技术

液力采油是一种液压传动的无杆抽油设备。地面柱塞泵通过油管将动力液送到井下，驱动柱塞泵，从而带动采油泵抽油工作。1988年，万邦烈教授编写的《采油机械的设计计算》提到液力杆式采油泵，并在《石油矿场水力机械》译注了莫斯科石油天然气科技大学的石油天然气矿场机械和设备教研室研制的一种液力采油设备。2000年，中国石油大学机电学院进行了无杆液压抽油系统的研制工作，赵怀文教授将该技术发表于《石油矿场机械》27卷第4期。

现有的液力采油装置，存在三方面技术问题：一是因为井下深度正常都要有2000米左右，抽油杆过长以至于在井下为螺旋结构，上下抽送过程会与油管内壁发生偏磨碰撞，导致断杆，因此抽油杆使用寿命短；二是抽送换向阀设置于井下，操作麻烦；三是动力液与产液易混合在一起，需要在地面上采用大型设备进行分离操作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新型防偏磨液力采油装置，动力液与产液始终隔离，取消了地面庞大的处理设备；且换向阀设在地面，井下结构简单可靠，作业方便；同时改善了井下寿命短的问题。

为解决上述技术问题，本发明涉及一种新型防偏磨液力采油装置，包括井上动力设备和井下产液设备，所述井上动力设备包括动力液存储罐、通过管道与所述动力液存储罐相连的柱塞泵、通过管道与所述柱塞泵相连的蓄能器以及换向阀；所述井下产液设备包括动力液管道、与所述动力液管道相连的动力泵缸筒以及包覆于所述动力液管道外围的产液油管，所述动力液管道下方连接动力泵活塞，所述产液油管下方连接采油泵泵筒，所述采油泵泵筒内部设置采油泵柱塞，所述采油泵柱塞内设置游动阀，所述采油泵泵筒下方连接井下油管，所述井下油管与采油泵泵筒相接的位置设置固定阀，所述采油泵柱塞和固定阀之间为产液存储腔；所述动力泵缸筒与所述采油泵柱塞上下连接；所述产液油管上端设置产液出口。

蓄能器是液压气动系统中的一种能量储蓄装置。它在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常。

优选方案中，所述动力泵活塞通过固定锁帽固定在产液油管上，固定锁帽上有产液通孔，保证锁帽的上下油管联通。动力液管道与动力泵柱塞密封配合连接。动力泵缸筒与抽油泵活塞连接，可做上下直线运动。

优选方案中，所述换向阀连通动力液管道和动力液存储罐，所述换向阀包括左右两个通道，其中左通道内动力液的流向是从柱塞泵流向动力液管道，右通道内动力液的流向为从动力液管道流向动力液存储罐柱塞泵直接对蓄能器打压。

优选方案中，所述抽油泵泵筒的底端设置固定阀，所述抽油泵的活塞底端设置游动阀。

优选方案中，所述换向阀连通动力液管道和动力液存储罐，所述换向阀包括左右两个通道，其中左通道内动力液的流向是从柱塞泵流向动力液管道，右通道内动力液的流向为从动力液管道流向动力液存储罐。

本发明同时提供一种采用上述装置采油的方法，包括上行程和下行程两个步骤的往复运动，所述上行程具体步骤为

A.换向阀左偏，向动力液管道内打入高压动力液，进入动力泵缸筒内腔，动力泵缸筒上端密封，压力达到后，迫使动力泵缸筒上行，带动采油泵柱塞上行，游动阀受油管内液柱压力而关闭，采油泵柱塞下方的产液存储腔容积增大，腔内压力降低，固定阀在其上下压力差作用下打开，产液油吸入采油泵筒内；此时产液油管内逐渐被液体充满，采油泵柱塞上方的产液经产液出口排出；上行程即采油泵内吸入液体，井口排出液体的过程；

所述下行程具体步骤为

B.换向阀右偏，动力液管道直接和动力液存储罐联通，动力液泄压，动力液回到动力液存储罐，在加重杆的重力作用下，动力泵缸筒带动采油泵柱塞向下运动，采油泵柱塞压缩固定阀和游动阀之间的液体，当采油泵内压力增加到大于泵沉没压力时，固定阀关闭，当采油泵内压力增加到大于采油泵柱塞上方液压时，游动阀被顶开，柱塞下面的液体通过游动阀进入柱塞上部，经过采油出口进入产液油管；下行程即采油泵向产液油管排液的过程。

本发明同时提供一种凸轮直线驱动换向阀，包括换向阀支座以及位于所述换向阀支座上方的阀体支座、阀体和换向阀直线驱动机构，所述换向阀直线驱动机构包括驱动轴、与所述驱动轴相连的旋转轴、与所述旋转轴相连的凸轮以及设置于所述凸轮的两侧与其相切的左轴承和右轴承，所述阀体包括一位于阀体中心的芯棒，所述芯棒两端设置左密封端盖和右密封端盖，所述驱动轴与所述芯棒之间设置连接件，所述芯棒内部设置动力液流通通道，所述阀体上设置左、中、右三个开口。

优选方案中，所述阀体上的左开口为动力泵进液口，中开口为动力液流通口，右开口为动力液回罐口。

优选方案中，所述芯棒的外围包覆芯棒密封套。

本发明的有益效果为：

1、动力液与产液始终隔离，取消了地面庞大的处理设备；

2、系统利用U形管原理，非常科学地利用产液液柱与动力液液柱平衡，没有抽油杆负载；

3、采油泵的活塞杆与动力泵的缸筒活动行程较短，不会产生活塞杆螺旋弯曲现象，不会与油管相碰，从根本上解决了偏磨问题，提高了井下设备的使用寿命；

4、系统传动效率高，与相同采液量、相同泵深度的常规游梁式抽油机相比节能可达到30﹪-50﹪；

5、换向阀可通过调整凸轮的转速来调节液压采油泵冲次，实现产液量无级调整；

6、地面和井下全部采用水基动力液驱动井下液压采油泵，成本低廉，整套系统可实现自动化控制生产，安全可靠；

7、系统动力配备灵活，可实现一站驱动多井，降低造价，方便管理；

8、井下采油泵全行程工作，无冲程损失，泵效高；

9、地面设备各零部件重量轻，维护简便；

10、采用常规采油泵，检泵简便，不影响反洗、测量液面等。

附图说明

图1为本发明动力液入井动力泵上行程示意图；

图2为本发明动力液入井动力泵上行程示意图；

图3为本发明动力液回流动力泵下行程示意图；

图4为本发明动力液回流动力泵下行程示意图；

图5为本发明换向阀的结构示意图；

图6为图5的俯视图。

附图标记说明

1-动力液存储罐，2-柱塞泵，3-蓄能器，4-换向阀，5-动力液管道，6-产液油管，7-套管，8-固定锁帽，9-动力泵缸筒，10-动力泵活塞，11-采油泵泵筒，12-采油泵柱塞，13-游动阀，14-固定阀，15-井下油管，16-产液存储腔，17-采油出口，18-产液通孔，19-产液出口，20-换向阀支座，21-阀体支架，22-阀体，23-换向阀直线驱动机构，24-芯棒，25-芯棒密封套，26-左密封端盖，27-右密封端盖，28-驱动轴与芯棒连接件，29-驱动轴，30凸轮，31-左轴承，32-右轴承，33-旋转轴，34-动力液进口，35-动力液进液口，36-动力液回罐口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。需要说明的是，附图仅为示例性说明，并未按照严格比例绘制，而且其中可能有为描述便利而进行的局部放大、缩小，对于公知部分结构亦可能有一定缺省；下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

参见图1，本发明涉及一种新型防偏磨液力采油装置，包括井上动力设备和井下产液设备。井上动力设备包括动力液存储罐1、通过管道与动力液存储罐1相连的柱塞泵2、通过管道与柱塞泵相连的蓄能器3以及换向阀4。井下产液设备包括动力液管道5、与动力液管道5相连的动力泵缸筒9以及包覆于动力液管道5外围的产液油管6，动力液管道5下方连接动力泵活塞10，产液油管6下方连接采油泵泵筒11，采油泵泵筒11内部设置采油泵柱塞12，采油泵柱塞12内设置游动阀13，采油泵泵筒11下方连接井下油管15，井下油管15与采油泵泵筒11相接的位置设置固定阀14，采油泵柱塞12和固定阀14之间为产液存储腔16；动力泵缸筒9与采油泵柱塞12上下连接。采油泵柱塞上端设置采油出口17，产液油管6上端设置产液出口19。

参见图1，换向阀4连通动力液管道5和动力液存储罐1，换向阀4包括左右两个通道，其中左通道内动力液的流向是从柱塞泵2流向动力液管道5，右通道内动力液的流向为从动力液管道5流向动力液存储罐1。

动力液管道5与产液油管6之间设置固定锁帽8，固定锁帽8上设置产液通孔18。固定锁帽8将动力泵柱塞10和产液油管6固定在一起。动力液管道与动力泵活塞密封配合连接。

利用上述装置采油，包括上行程和下行程两个步骤的往复运动。

参见图1、2，上行程具体步骤为：换向阀4左偏，向动力液管道5内打入高压动力液，进入动力泵缸筒9内腔，动力泵缸筒9上端密封，压力达到后，迫使动力泵缸筒9上行，带动采油泵柱塞12上行，游动阀13受油管6内液柱压力而关闭，采油泵柱塞12下方的产液存储腔16容积增大，腔内压力降低，固定阀14在其上下压力差作用下打开，产液油吸入采油泵筒11内；此时产液油管6内逐渐被液体充满，采油泵柱塞12上方的产液经产液出口19排出；上行程即采油泵内吸入液体，井口排出液体的过程。

参见图3、4，下行程具体步骤为：换向阀4右偏，动力液管道直接和动力液存储罐联通，动力液泄压，动力液回到动力液存储罐，在加重杆的重力作用下，动力泵缸筒9带动采油泵柱塞12向下运动，动力液回到动力液存储罐1，采油泵柱塞12压缩固定阀14和游动阀13之间的液体，当采油泵11内压力增加到大于泵沉没压力时，固定阀14关闭，当采油泵11内压力增加到大于采油泵柱塞12上方液压时，游动阀13被顶开，柱塞12下面的液体通过游动阀13进入柱塞12上部，经过采油出口17进入产液油管6；下行程即采油泵向产液油管排液的过程。

参见图5、6，本实施例提供一种上述液力采油装置中用到的凸轮直线驱动换向阀，包括换向阀支座20以及位于换向阀支座20上方的阀体支座21、阀体22和换向阀直线驱动机构23。换向阀直线驱动机构23包括驱动轴29、与驱动轴29相连的旋转轴33、与旋转轴33相连的凸轮30以及设置于凸轮30的两侧与其相切的左轴承31和右轴承32。阀体22包括一位于阀体中心的芯棒24，芯棒24的外围包覆芯棒密封套25，芯棒24两端设置左密封端盖26和右密封端盖27。驱动轴29与芯棒24之间设置连接件28，芯棒24内部设置动力液流通通道，阀体22上设置左、中、右三个开口。阀体22上的左开口为动力泵进液口35，中开口为动力液流通口34，右开口为动力液回罐口36。

旋转轴29在电机驱动下带动凸轮30进行旋转，凸轮30与左右轴承的旋转相切带动驱动轴29的直线往复运动，驱动轴与阀体22的芯棒24连接，从而带动芯棒24的直线往复运动。凸轮30与左轴承31相切时，芯棒24左移，左通道打开，右通道关闭，动力液从动力泵进液口流出进入井下动力泵；芯棒24右移，左通道关闭，右通道打开，动力液回至动力液储存罐。

换向阀4可通过调整凸轮的转速来调节采油泵冲次，实现产液量无级调整。

以上是本发明的较佳实施方式，但本发明的保护范围不限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，未经创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应以权利要求所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种新型防偏磨液力采油装置，其特征在于：包括井上动力设备和井下产液设备，所述井上动力设备包括动力液存储罐、通过管道与所述动力液存储罐相连的柱塞泵、通过管道与所述柱塞泵相连的蓄能器以及换向阀，所述柱塞泵的压力存储在蓄能器中；所述井下产液设备包括动力液管道、与所述动力液管道相连的动力泵缸筒以及包覆于所述动力液管道外围的产液油管，所述动力液管道下方连接动力泵活塞，所述产液油管下方连接采油泵泵筒，所述采油泵泵筒内部设置采油泵柱塞，所述采油泵柱塞内设置游动阀，所述采油泵泵筒下方连接井下油管，所述井下油管与采油泵泵筒相接的位置设置固定阀，所述采油泵柱塞和固定阀之间为产液存储腔；所述动力泵缸筒与所述采油泵柱塞通过加重杆上下连接；所述产液油管上端设置产液出口。

2.如权利要求1所述的新型防偏磨液力采油装置，其特征在于：所述动力泵活塞通过固定锁帽固定在产液油管上，固定锁帽上设置产液通孔，保证锁帽的上下油管联通；所述动力液管道与动力泵柱塞密封配合连接；所述动力泵缸筒与抽油泵活塞连接，做上下直线运动。

3.如权利要求2所述的新型防偏磨液力采油装置，其特征在于：所述换向阀连通动力液管道、柱塞泵、蓄能器及动力液存储罐，所述换向阀包括左右两个通道，其中左通道内动力液的流向是从柱塞泵流向动力液管道，右通道内动力液的流向为从动力液管道流向动力液存储罐。

4.一种应用于权利要求1至3任一项所述采油装置的换向阀，其特征在于：包括换向阀支座以及位于所述换向阀支座上方的阀体支座、阀体和换向阀直线驱动机构，所述换向阀直线驱动机构包括驱动轴、与所述驱动轴相连的旋转轴、与所述旋转轴相连的凸轮以及设置于所述凸轮的两侧与其相切的左轴承和右轴承，所述阀体包括一位于阀体中心的芯棒，所述芯棒两端设置左密封端盖和右密封端盖，所述驱动轴与所述芯棒之间设置连接件，所述芯棒内部设置动力液流通通道，所述阀体上设置左、中、右三个开口。

5.如权利要求4所述的换向阀，其特征在于：所述阀体上的左开口为柱塞泵进液口，中开口为动力液流通口，右开口为动力液回罐口。

6.如权利要求5所述的换向阀，其特征在于：所述芯棒的外围包覆芯棒密封套。