CN206626027U - 正循环反向喷射射流泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及正循环反向喷射射流泵，包括泵筒和泵芯，所述泵芯内设置有动力液流道、地层液流道和混合液流道；所述动力液流道与混合液流道连通，所述地层液流道与混合液流道连通；其中，所述动力液流道沿流体流向依次设置有：沿泵筒轴心设置的起始段流道、沿所述泵筒筒壁设置的引流段流道和压力腔，所述压力腔在与起始段流道中流体流向相反的一端设置有喷嘴。该射流泵可减少煤粉和砂粒的聚集，降低了能耗，延长射流泵的使用寿命和安全性，正循环反向喷射的射流泵综合了正循环和反循环的优点，具有广阔的应用前景。

Description

正循环反向喷射射流泵

技术领域

本实用新型涉及钻井与煤层气开采技术领域，主要涉及煤层气采集设备领域，具体涉及正循环反向喷射射流泵。

背景技术

煤层气是煤在生成过程中的一种伴生物，是一种具有很高价值的优质的清洁能源，随着对环保的日益重视，煤层气的开采得到更多人的关注，在我国，煤层气已被纳入推动能源生产和消费革命的重要载体。

煤层气的开采在我国已经有很长一段时间，从石油开采的方式移植过来的煤层气开采方式有着自身的发展规律。随着技术积累和进步，煤层气井逐渐由直井、斜井向定向井、水平井的方向发展。同时受控于国家土地政策和成本的需求，单井井场越来越不能满足要求，而平台式的多井、从式井模式受到了行业的青睐。

在煤层气的开采过程中，需要排水采气降低井底压力，当压力降低至煤层气的解析压力时，煤层气析出后进入井筒，随后被采集地面管网。由于煤层气解析的特殊性，要求排水稳定可靠。同时降低井底压力时，地层水也会流入井底，煤层内的煤粉和压裂砂也会流入井底。煤粉和压裂砂会导致埋没采气管柱，堵塞采气通道，因此需要把煤粉和压裂砂排到地面，因此煤层气井排采作业的核心任务之一为煤粉管理。排水采气设备主要为移植采油设备，通常为有杆抽油系统在，而在煤层气井排采现场应用中，有杆泵在前期排采中能排出少量的煤粉，但在稳产及后期的低排量条件下，却无法有效地排出煤粉。而煤粉质量分数超标是导致卡泵停机的主要原因，井筒中的煤粉引起卡泵，进而需要修井作业、严重影响了煤层气井的连续生产。而大斜度井、定向井、水平井的兴起，又给有杆泵系统带来了管杆偏磨的问题，增加了生产检修成本。

煤层气井的开采需要连续对煤层气井进行排水采气管理，导致需要大量人员进行不间断管理，人工成本越来越高，因此对远程控制，自动控制，甚至智能控制提出了需求。

常规的井底排采技术为有杆泵技术，通过抽油驱动杆驱动井底设备进行排水采气。适用于直井。现在煤层气井多采用从式井，水平井，如果采用常规有杆泵技术，在造斜段将会造成抽油驱动杆与套管的偏磨，设备需经常维护，因此常规有杆排采设备并不适用于有造斜段的煤层气井排采。

目前常用的排采设备包括电动潜油螺杆泵、活塞泵和射流泵。

电动潜油螺杆泵是一种成熟的井底无杆排采设备。它是由多级潜油电动机、螺杆泵、减速齿轮等主要部件构成，通过地面变频器进行排量控制，由电动机驱动螺杆泵进行工作。螺杆泵主要由定子和转子组成，定子是一个内部带螺旋型的橡胶套钢管组成；转子是一根适应定子螺旋的金属螺杆。在定转子之间形成密封腔体，当转子在电动机驱动下选择时，螺旋腔体就会从一端移动向另一端，产生泵的作用。从井底吸入的地层液就会随着腔体的螺旋移动向泵口排出，并经油管输送到地面。电动潜油螺杆泵的排量可达10-150m³/D，扬程900-2200m，适用于砂粒直径小于0.1mm，地层液含砂小于3％，温度小于150℃的工作环境。

电动潜油螺杆泵结构简单，与有杆泵相比，电动潜油螺杆泵能节能 30％-60％，而且排采连续平稳，无脉动冲击现象，可达90％的高效率。适用和维护简单，运行成本低。

活塞泵是一种利用液力驱动的无杆抽油设备，由地面液压站提供高压动力，经连接装置和油管送入井底活塞泵，活塞泵在井底做往复活塞运动，抽吸地层液并挤压地层液排到地面。分为动力液与产出液混合的开式循环泵和动力液不与产出液混合的闭式循环泵，液压驱动液多为油基和水基两种，也可利用液力进行投捞，活塞换向可在井底换向，也可在地面驱动液进行换向。活塞具有大的能耗产出比，生产效率高的特点。

常规的射流泵按照循环方式的不同，射流泵又可分为正循环(标准循环) 和反循环两种方式。正循环方式是以中心油管为动力液管柱，以油、套环形空间为混合液返回管柱；反循环方式则是以油、套环形空间为为动力液管柱，而混合液则由中心油管返排到地面。

煤层气井用的射流泵大多都是正循环方式，方便泵芯的投放。正循环的常规射流泵动力液在喷嘴的喷射方向是向下喷射，因喷嘴处产生的低压或负压产生压力差，地层液通过吸入管往上流动，此时动力液的流动方向和地层液的流动方向是相反的。地层液和动力液在喉管中混合后继续往下流动到扩散管，动能转换成压力能，混合液又在泵芯和泵筒的连接流道处再次换向，通过动力液管和混合液管之间的环形空间被举升到地面。正循环的常规射流泵，地层液是需要进行2次换向的，在换向的地方会形成湍流，由于地层液含煤粉和砂粒，煤粉和砂粒易在换向的流道里聚集，导致流道磨损加快且容易堵塞流道。

反循环的常规射流泵动力液在喷嘴的喷射方向是向上喷射，因喷嘴处产生的低压或负压产生压力差，地层液通过吸入管往上流动，此时动力液的流动方向和地层液的流动方向是相同的。底层液与动力液在喉管中混合后继续向上流动到扩散管，通过中心油管被举升到地面。反循环的常规射流泵，底层液只需要进行一次换向。反循环的射流泵在煤层气井应用的比较少，因为泵芯需要更换，反循环的泵芯投放到井底泵筒的时候还需要锚定，如锚定不严，动力液会把泵芯举升到地面，导致射流泵无法正常工作。当需要更换泵芯时，解除锚定也有可能失败，导致需要检泵作业，因此尽管反循环的流道更加合理，但在煤层气井采用反循环的射流泵也非常少。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：现有技术中常用的排采设备仍需改进，例如：针对电动潜油螺杆泵，由于螺杆泵的结构限制，当地层液温度较高，地层液含砂和煤粉较高时，将会严重影响螺杆泵定子橡胶的使用寿命。同时电动潜油螺杆泵不适合排量小于10m³/D的情况，由于排量低，排出的地层液流速也低，不足以对电动机进行冷却，易造电动机故障。因此不适用于煤层气井的后期排采作业。针对活塞泵，由于煤层气井的地层液含有煤粉或压裂砂等小直径固体颗粒，导致活塞泵缸体磨损快，工作一段时间后内部泄漏大；由于地层液含有游离气，易在活塞内形成气锁导致工作效率下降，形成维护成本高，维护次数多的特性。因此活塞泵应用于煤层气井的排水采气还有待与进一步改进；正向射流泵容易使得煤粉和砂粒在流道中聚集，导致流道磨损加快且容易阻塞流道；而反向射流泵的泵芯需要经常更换，操作复杂。

具体来说，针对现有技术的不足，本实用新型提供了如下技术方案：

一种正循环反向喷射射流泵，其特征在于，所述正循环反向喷射射流泵包括泵筒25和泵芯，所述泵芯内设置有动力液流道、地层液流道和混合液流道；所述动力液流道与混合液流道连通，所述地层液流道与混合液流道连通；

其中，所述动力液流道沿流体流向依次设置有：沿泵筒轴心设置的起始段流道511、沿所述泵筒筒壁设置的引流段流道514和压力腔515，所述压力腔 515在与起始段流道511中流体流向相反的一端设置有喷嘴29。

优选的，在所述引流段流道514处，泵筒作为流道管壁的一部分，与泵芯配合形成引流段流道514。

根据权利要求1所述的正循环反向喷射射流泵，其中，所述混合液流道沿流体流向依次设置有喉管28、扩散管27和出口段混合液流道，所述喉管28 与所述喷嘴29连通，所述喉管28中流体流向与起始段流道511中流体流向相反；

优选的，上述正循环反向喷射射流泵中，所述出口段混合液流道中流体流向与动力液流道的起始段流道511中流体流向呈夹角。

优选的，上述正循环反向喷射射流泵中，所述的夹角≥90°。

优选的，上述正循环反向喷射射流泵中，所述泵芯内还设置有用于连通起始段流道511和引流段流道514的承接段流道513。

优选的，上述正循环反向喷射射流泵中，所述承接段流道还连通有支流流道512，所述支流流道512与所述起始段流道511呈夹角。

优选的，上述正循环反向喷射射流泵中，所述地层液流道与喉管28连通。

优选的，上述正循环反向喷射射流泵中，所述地层液流道中流体流向与起始段流道511中流体流向相反。

优选的，上述正循环反向喷射射流泵中，所述地层液流道设置有复位固定阀30，所述复位固定阀30上安装有弹簧。

优选的，上述正循环反向喷射射流泵中，所述泵芯还设置有用于隔离动力液流道、地层液流道和混合液流道的密封31。

本实用新型的优点是：(1)突破性的设计了正循环反向喷射的流道设计，减少了煤粉和砂粒的聚集，降低了能耗，延长射流泵的使用寿命和安全性，正循环反向喷射的射流泵综合了正循环和反循环的优点，很好的解决了正循环和反循环的缺陷。

附图说明

图1为实施例1所述正循环反向喷射射流泵的示意图。

图2为实施例1所述正循环反向喷射射流泵中动力液流道的示意图。

其中，1为正循环反向喷射射流泵，15为混合液管，16为动力液管，18 为尾管，19为吸入管；24为插入接头，25为泵筒，26为泵芯壳体，27为扩散管，28为喉管，29为喷嘴，30为固定阀，31为密封，32为混合液出口， 511为动力液流道的起始端流道，512为支流流道，513为承接段流道，514 为引流段流道，515为压力腔。

具体实施方式

鉴于目前正向射流泵和反向射流泵有待改进的问题，本实用新型提供一种正循环反向喷射射流泵，由于煤层气井排采在各个时期的要求和煤层气井的地层液变化，导致射流泵的排量变化范围非常大，为了调整射流泵排量大小，我们需要更换泵芯以满足生产需求。因此把射流泵分解为泵筒、泵芯两个部分，在排砂排煤粉采气过程中，泵筒安装在混合液管下端，泵筒下端安装尾管和吸入管，再把混合液管、泵筒、尾管、吸入管放入煤层气井井底的泵挂位置，然后把整根管柱悬挂到井口装置上，然后在混合液管中间插入动力液管，直到动力液管下端插入泵筒，再把动力液管上端与地面装置的高压管道连通。在需要生产时，打开井口装置顶部阀门，就可投入泵芯，关闭顶部阀门后，泵芯就随着动力液下行插入到泵筒固定位置。这样既节约了更换时间，又节约了大量的作业成本。

下面结合附图和实施例，对本实用新型及其有益技术效果进行详细说明。

实施例1

本实用新型的一种的优选实施方式中，所述正循环反向喷射射流泵1的结构如图1所示，包括泵筒25和泵芯，结构如下：

其中，所述泵芯包括泵芯壳体26和设置于壳体内部的动力液流道、地层液流道和混合液流道。所述各流道通过壳体与泵筒隔离。

其中，所述动力液流道结构如图2所示，沿流向依次设置有：沿泵筒25 中心轴设置的起始段流道511、承接段流道513、沿筒壁轴向设置的引流段流道514和压力腔515，在压力腔与起始段流道动力液流向相反的一端设置有喷嘴29。其中，承接段流道513用于连通起始段流道511和引流段流道515，且连通有支流流道512，所述支流流道512与起始段流道511呈夹角；所述起始段流道511和支流流道512都与动力液管16相通。此时，起始段流道511中流体流向与动力液管16中流体流向一致，都可称之为正向流动。

其中，地层液流道设置有可复位固定阀30，并与下述混合液流道的喉管 28连通，当泵处于大井斜段或处于水平段时，由于重力或煤粉的影响，常规固定阀球有可能不能复位。经过试验验证后，我司设计的固定阀球可在弹簧的推动下复位，避免了因固定阀球不能复位导致的泄漏。

其中，混合液流道沿动力液管16中液体流向反向依次连接有：喉管28、扩散管27和出口段混合液流道；所述喉管28与喷嘴29和地层液流道连通，所述扩散管27呈喇叭状，所述出口段混合液流道中流体流向与动力液管16 中流体流向呈夹角，优选≥90°。

在本实施例的水力射流泵中，动力液反向在喷嘴29处向上喷射。通过可复位固定阀30的地层液受喷嘴处低压形成的压力差驱动，在喉管28内与动力液混合形成混合液。混合液流向扩散管27，在扩散管完成动能和压力能的转换，通过混合液出口32排出，然后举升到地面。

其中，所述射流泵中还设置有密封31，用于将动力液、地层液、混合液隔离开来。

在实际排砂排煤粉采气应用中，所述正循环反向喷射射流泵上端与井下动力液管和混合液管连通，下端与尾管18和吸入管19连通，尾管18和吸入管 19下端置于煤层以下、人工井底以上；一种优选的实施方式中，如图1所示，井下动力液管16套在混合液管15内，井下动力液管16的下端和混合液管15 的下端均与所述水力射流泵1的上端连通，动力液管16下端通过插入接头24 与泵筒25内腔相连，混合液管15直接与泵筒25外接头相连。泵筒25的内腔和外接头间有环形空间，与动力液管16和混合液管15的环形空间相连。吸入管19居于尾管18的内腔，地层液会从筛管进入，流经吸入管19，在射流泵喉管处与动力液混合，混合液可通过出口32排入动力液管16和混合液管15 的环形空间内，然后通过井口装置举升到地面。

本实施例中，所述正循环反向喷射射流泵动力液在射流泵内部完成了换向，也是动力液、地层液、混合液三种液体的唯一一次换向，因此具有能耗损失低，煤层沉积少的优点。同时动力液在地面装置内已完成沉淀和多次过滤，含砂含煤粉少，对换向流道冲击、磨损也很低，延长了使用寿命。地层液被抽吸进入射流泵后，流向没有剧烈改变，因此煤粉聚集少，砂粒沉淀少，能耗损失小，有效的提高了射流泵的泵效。

井底空管柱间小，导致射流泵部分泵体壁厚薄，动力液在射流泵内流动速度很高，其携带的少量固体杂质对泵体磨损影响大，因此可以在引流段流道 514薄壁泵体上增加了硬化层，提高了薄壁泵体的硬度和耐磨性。同时，根据井下空间的大小，引流段流道514不仅限于建立在泵芯内部，也可与泵筒25 共享部分空间建立引流段流道，在流段流道薄壁泵体上增加硬化层。

实施例2

本实用新型另外一个优选的实施方式中，所述正循环反向喷射射流泵与实施例1类似，区别仅在于，泵芯动力液流道的引流段流道514也是沿筒壁轴向设置，但与筒壁之间不设置壳体，即：在引流段流道514处，泵芯与泵筒配合形成引流段流道514，泵筒直接作为引流段流道514管壁的一部分。

在实际应用中，可根据空间大小，可通过与实施例4类似的方法，调整地层液流道或混合液流道的结构，只要通过密封31将动力液、地层液、混合液隔离开即可。

综上所述，本实用新型所述正循环反向喷射射流泵可减少煤粉和砂粒的聚集，降低能耗，且综合了正循环和反循环的优点，延长射流泵的使用寿命和安全性，具有广阔的应用前景。

Claims (10)

1.一种正循环反向喷射射流泵，其特征在于，所述正循环反向喷射射流泵包括泵筒(25)和泵芯，所述泵芯内设置有动力液流道、地层液流道和混合液流道；所述动力液流道与混合液流道连通，所述地层液流道与混合液流道连通；

其中，所述动力液流道沿流体流向依次设置有：沿泵筒轴心设置的起始段流道(511)、沿所述泵筒筒壁设置的引流段流道(514)和压力腔(515)，所述压力腔(515)在与起始段流道(511)中流体流向相反的一端设置有喷嘴(29)。

2.根据权利要求1所述的正循环反向喷射射流泵，其中，所述混合液流道沿流体流向依次设置有喉管(28)、扩散管(27)和出口段混合液流道，所述喉管(28)与所述喷嘴(29)连通，所述喉管(28)中流体流向与起始段流道(511)中流体流向相反。

3.根据权利要求2所述的正循环反向喷射射流泵，其中，所述出口段混合液流道中流体流向与动力液流道的起始段流道(511)中流体流向呈夹角。

4.根据权利要求3所述的正循环反向喷射射流泵，其中，所述的夹角≥90°。

5.根据权利要求3所述的正循环反向喷射射流泵，其中，所述泵芯内还设置有用于连通起始段流道(511)和引流段流道(514)的承接段流道(513)。

6.根据权利要求5所述的正循环反向喷射射流泵，其中，所述承接段流道还连通有支流流道(512)，所述支流流道(512)与所述起始段流道(511)呈夹角。

7.根据权利要求2所述的正循环反向喷射射流泵，其中，所述地层液流道与喉管(28)连通。

8.根据权利要求7所述的正循环反向喷射射流泵，其中，所述地层液流道中流体流向与起始段流道(511)中流体流向相反。

9.根据权利要求8所述的正循环反向喷射射流泵，其中，所述地层液流道设置有复位固定阀(30)，所述复位固定阀(30)上安装有弹簧。

10.根据权利要求2所述的正循环反向喷射射流泵，其中，所述泵芯还设置有用于隔离动力液流道、地层液流道和混合液流道的密封(31)。