CN210135071U - 水平井中柔性金属抽油泵装置和固定阀球的复位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种水平井中柔性金属抽油泵装置和固定阀球的复位装置，其中，固定阀球的复位装置包括：弹簧、推杆、固定阀球；弹簧套设于推杆，上冲程中，固定阀球移动，通过推杆压缩弹簧，下冲程中，弹簧通过推杆辅助固定阀球复位。本实用新型通过设置复位结构，包括：弹簧、推杆、弹簧压帽，实现水平井中的固定阀球辅助复位，阀组开启时阀球推动推杆压缩弹簧，阀组关闭时弹簧释放弹力，通过推杆推动阀球复位，阀球的动作不再完全依靠自身重力作用复位。在水平井或大斜度井的工况下，避免了因重力作用方向与阀球复位方向不一致造成的阀球复位延迟或无法复位问题，保证阀组正常工作，实现在水平井的正常生产。

Description

水平井中柔性金属抽油泵装置和固定阀球的复位装置

技术领域

本实用新型涉及石油开采领域，尤其涉及一种水平井中柔性金属抽油泵装置和固定阀球的复位装置。

背景技术

目前，水平井及大斜度井举升工艺技术在国内各油田广泛应用，增产效果显著。随着油田开发进入中后期，井筒内动液面逐渐降低，迫使抽油泵的泵挂位置逐渐加深，抽油泵处于大斜度井段工作，不但存在管、杆偏磨的问题，井下泵同样存在偏磨、游动阀组、固定阀组无法正常工作等问题。普通泵柱塞与泵筒之间为小间隙配合，杆柱自重产生的偏心力作用在柱塞上，改变了柱塞密封面与泵筒的正常摩擦状态，产生偏磨，造成密封间隙增大，漏失量增加，泵效降低，同时缩短了检泵周期。此外，普通泵的游动阀及固定阀的阀球是依靠自重复位使阀关闭的，在大斜度及水平井段因重力方向偏离复位位置，无法正常复位，造成泵效降低甚至阀组不工作。因此需要在抽油泵的整体设计上进行改进，设计强开强闭的游动阀组及水平井底阀，以满足水平井举升工艺需求。

实用新型内容

在水平井或大斜度井中，为了满足举升技术需求，本实用新型提供了一种水平井中柔性金属抽油泵装置和固定阀球的复位装置。

第一方面，本实用新型提供一种固定阀球的复位装置，所述装置包括：弹簧、推杆、固定阀球；

所述弹簧套设于推杆，上冲程中，所述固定阀球移动，通过所述推杆压缩所述弹簧，下冲程中，所述弹簧通过推杆辅助固定阀球复位。

进一步地，所述装置还包括：第一弹簧压帽，第二弹簧压帽；

所述第一弹簧压帽设置在弹簧的一端，所述第二弹簧压帽设置在弹簧的另一端，所述第一弹簧压帽，第二弹簧压帽用于固定弹簧。

进一步地，所述装置还包括：突出端面；

所述突出端面设置在所述推杆上，用于所述突出端面与弹簧相互作用。

第二方面，本实用新型提供一种水平井中柔性金属抽油泵装置，所述装置包括：固定阀球的复位装置；

所述固定阀球的复位装置包括：弹簧、推杆、固定阀球；

所述弹簧套设于推杆，上冲程中，所述固定阀球移动，通过所述推杆压缩所述弹簧，下冲程中，所述弹簧通过推杆辅助固定阀球复位。

进一步地，所述水平井中柔性金属抽油泵装置还包括：至少一个单级密封单元，单级密封单元包括：泵筒、薄壁柱塞；

所述薄壁柱塞与泵筒之间形成非接触式弹性间隙密封。

进一步地，所述水平井中柔性金属抽油泵装置还包括：中心杆；

所述单级密封单元之间通过中心杆连接，相互串联，形成多级密封结构。

进一步地，所述水平井中柔性金属抽油泵装置还包括：压套；

所述薄壁柱塞与压套通过螺纹及第一销钉相连接。

进一步地，所述水平井中柔性金属抽油泵装置还包括：游动阀球；

所述游动阀球固定连接在中心杆上。

进一步地，所述水平井中柔性金属抽油泵装置还包括：游动阀座；

所述游动阀座与压套通过螺纹及第二销钉相连接。

进一步地，所述单级密封单元为三个。

进一步地，所述固定阀球的复位装置还包括：第一弹簧压帽，第二弹簧压帽；

所述第一弹簧压帽设置在弹簧的一端，所述第二弹簧压帽设置在弹簧的另一端，所述第一弹簧压帽，第二弹簧压帽用于固定弹簧。

进一步地，所述固定阀球的复位装置还包括：突出端面；

所述突出端面设置在所述推杆上，所述推杆通过突出端面与弹簧相互作用。

本实用新型通过设置复位结构，包括：弹簧、推杆、弹簧压帽，复位水平井中的固定阀球，阀组开启时阀球推动推杆压缩弹簧，阀组关闭时弹簧释放弹力，通过推杆辅助阀球复位，阀球的动作不再完全依靠自身重力作用复位。在水平井或大斜度井的工况下，避免了因重力作用方向与阀球复位方向不一致造成的阀球复位延迟或无法复位问题，保证阀组正常工作，实现在水平井的正常生产。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的水平井底阀结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的水平井柔性金属抽油泵结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的单级密封单元结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

普通固定阀球依靠自身重力作用复位，实现阀组关闭。当井斜度大于30°时，会出现阀组关闭滞后，甚至无法关闭的情况，造成抽油泵不能正常工作，因此不适应用于水平井和大斜度井段。为了解决上述问题，本实用新型实施例提供了一种水平井中柔性金属抽油泵装置和固定阀球的复位装置。

本实用新型实施例提供一种固定阀球的复位装置，该装置包括：弹簧、推杆、固定阀球；

弹簧套设于推杆，上冲程中，固定阀球移动，通过推杆压缩弹簧，下冲程中，弹簧通过推杆辅助固定阀球复位。

具体为，如图1所示，图1为本实用新型实施例提供的水平井底阀结构示意图。图中弹簧10套设于推杆9，推杆9在弹簧10内是可以自由滑动的；弹簧10可以根据受力情况压缩和伸张。此时在水平井段应用时，上冲程时，固定阀球11在井底压力作用下开启，推动推杆9运动，压缩弹簧10实现抽油过程；下冲程时，弹簧10释放弹力带动推杆9反向运动，推动固定阀球11辅助实现复位关闭。

本实用新型实施例通过设置复位结构，包括：弹簧、推杆、弹簧压帽，辅助复位水平井中的固定阀球，阀组开启时阀球推动推杆压缩弹簧，阀组关闭时弹簧释放弹力，通过推杆推动阀球复位，阀球的动作不再完全依靠自身重力作用复位。在水平井或大斜度井的工况下，避免了因重力作用方向与阀球复位方向不一致造成的阀球复位延迟或无法复位问题，保证阀组正常工作，实现在水平井的正常生产，包括油井井段斜度80°时也能正常工作，需要说明的是，本实用新型实施例不对水平井或大斜井的井段倾斜度作具体限定。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例：装置还包括：第一弹簧压帽，第二弹簧压帽；

第一弹簧压帽设置在弹簧的一端，第二弹簧压帽设置在弹簧的另一端，第一弹簧压帽，第二弹簧压帽用于固定弹簧。

具体为，如图1所示，图中第一弹簧帽8设置在弹簧10的一端，第二弹簧帽13设置在弹簧10的另一端，其中，弹簧帽主要作用在于固定弹簧，使调整好的弹簧不被改变。

本实用新型实施例通过设置弹簧帽固定弹簧，达到固定弹簧以防弹簧错位和脱落的目的。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例：装置还包括：突出端面；

突出端面设置在推杆上，推杆通过突出端面与弹簧相互作用。

具体为，如图1所示，突出端面14位于推杆9上，在上冲程时，固定阀球11在井底压力作用下开启，固定阀球11向上移动，此时会推动推杆9向弹簧10方向移动，进而突出端面14会压缩弹簧10；在下冲程时，弹簧10反弹并作用于突出端面14，推动推杆9反向运动，然后推杆9带动固定阀球11辅助实现复位关闭。

本实用新型实施例通过设置的突出端面，使得突出端面与弹簧相互作用，完成固定阀球的辅助复位。

根据本实用新型的另一个方面，本实用新型实施例还提供一种水平井中柔性金属抽油泵装置，装置包括：固定阀球的复位装置；

固定阀球的复位装置包括：弹簧、推杆、固定阀球；

弹簧套设于推杆，上冲程中，固定阀球移动，通过推杆压缩弹簧，下冲程中，弹簧通过推杆辅助固定阀球复位。

具体为，如图2所示，图2为本实用新型实施例提供的水平井中柔性金属抽油泵结构示意图，在图2中，固定阀球的复位装置101，包括：弹簧10、推杆9、固定阀球11，图中弹簧10套设于推杆9，推杆9在弹簧10内是可以自由滑动的；弹簧10可以根据受力情况压缩和伸张。此时在水平井段应用时，上冲程时，固定阀球11在井底压力作用下开启，推动推杆9运动，压缩弹簧10实现抽油过程；下冲程时，弹簧10释放弹力带动推杆9反向运动，推动固定阀球11辅助实现复位关闭。

本实用新型实施例通过设置复位结构，包括：弹簧、推杆、弹簧压帽，复位水平井中的固定阀球，阀组开启时阀球推动推杆压缩弹簧，阀组关闭时弹簧释放弹力，通过推杆推动阀球复位，阀球的动作不再完全依靠自身重力作用复位。在水平井或大斜度井的工况下，避免了因重力作用方向与阀球复位方向不一致造成的阀球复位延迟或无法复位问题，保证阀组正常工作，实现在水平井的正常生产。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例：如图2所示，在本实用新型实施例提供的抽油泵结构中，包括单级密封单元102和固定阀球的复位装置101，单级密封单元102由柱塞固定组件及柱塞浮动组件两部分组成。其中，柱塞固定组件包括：中心杆3、游动阀球6、导向块7，柱塞浮动组件包括：薄壁柱塞2、压套4、游动阀座5。抽油杆与柱塞固定组件中的中心杆3连接，通过抽油杆的上下往复运动带动中心杆3运动，从而带动柱塞固定组件运动，实现游动阀球6与柱塞浮动组件中游动阀座5的开启和关闭，形成强开强闭式密封阀组。

需要说明的是，本实用新型实施例的各密封单元102中的柱塞浮动组件与柱塞的中心杆3始终处于游离浮动状态，即与中心杆3之间可以随机自由相对转动，避免密封工作表面偏磨。由薄壁柱塞2、压套4及游动阀座5组成的密封单元浮动组件与泵筒1之间的密封方式采用非接触式弹性间隙密封，工作时处于浮动状态，并在各单级密封单元102之间设有导向块7进行扶正，导向块7与中心杆3固定连接，主要由导向块7承受磨损，可有效保护密封面，防止偏磨，延长检泵周期。

上冲程时，由中心杆3、游动阀球6、导向块7组成的柱塞固定组件随抽油杆上行，游动阀座5与游动阀球6之间靠紧关闭形成多级密封，并带动由薄壁柱塞2、压套4、游动阀座5组成的柱塞浮动组件上行，薄壁柱塞2与泵筒1之间也形成多级非接触式弹性间隙密封，形成抽吸能力，同时固定阀球11在井底压力作用下开启，井液进入泵筒1内柱塞下腔室。下冲程时，由中心杆3、游动阀球6、导向块7组成的柱塞固定组件随抽油杆下行，柱塞上下压力平衡之后，由薄壁柱塞2、压套4、游动阀座5组成的柱塞浮动组件在薄壁柱塞2与泵筒1之间液体粘滞力的作用下有一个相对于泵筒静止的过程，使游动阀座5与游动阀球6之间离开，开启液流通道，之后柱塞固定组件通过导向块7的下端面带动由薄壁柱塞2、压套4、游动阀座5等组成的柱塞浮动组件一起下行。同时固定阀球11关闭，柱塞下腔室的井液通过导向块7与泵筒1之间的流道、游动阀座5与游动阀球6之间的流道、压套4与中心杆3之间的环形流道越过单级密封单元102上行，之后逐级上行进入油管内。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例：随着油田开采强度的增强，油井出砂问题越来越严重，并逐渐成为造成抽油泵失效的重要原因，主要表现为砂卡泵和砂磨柱塞及泵筒等，致使油井有效生产周期变短，作业频繁，生产成本大幅度提升。

现有普通抽油泵柱塞与泵筒之间的密封采用间隙密封，间隙密封理论上为刚性间隙，泵的初始间隙选定后，泵在油井中工作时，因受油井温度、下泵深度以及磨损等影响，改变了初始间隙值，实际上泵在工作中的间隙值是个变量，随着磨损间隙逐渐增大。

对于出砂油井，在防止抽油泵卡砂方面，现有的间隙密封的设计上通常采用：

1、刮砂或沉砂结构设计，刮砂结构的设计原则是设法阻止或减少砂粒进入柱塞与泵筒之间的间隙密封，以避免或减小砂卡泵的可能性。此种设计目前应用较多，但井液含砂悬浮于液体中，随液体运动，柱塞与泵筒之间是间隙密封，间隙密封必然存在液流，所以砂不可避免地要进入柱塞与泵筒之间的间隙密封，此设计方法只是在一定程度上缓解砂卡泵的问题，并不能根本解决问题。沉砂结构是采用沉砂双通接头及泵下沉砂管，将下沉的砂粒储存于泵下沉砂管中，但沉砂管储存空间有限，无法根本解决问题。

2、采用间隙密封为零的软密封设计方法。其设计原则是允许砂粒进入泵内任何空间，并具有漏失量小、泵效高等特点，可以彻底解决砂卡泵的问题。但此设计柱塞密封件为橡胶、工程塑料等各种非金属弹性材料，与泵筒之间始终处于磨损状态，软密封件和泵筒长期承受磨损，检泵周期有限，只适用于严重出砂的油井。

上述设计都不能从根本上解决砂卡泵和砂磨柱塞及泵筒等问题，为此本实用新型实施例的水平井抽油泵结构装置还包括：至少一个单级密封单元，单级密封单元包括：泵筒、薄壁柱塞；

薄壁柱塞与泵筒之间形成非接触式弹性间隙密封。

具体为，非接触式弹性间隙密封从结构上考虑，在泵筒厚度不变的情况下，缩小柱塞与泵筒配合的密封筒的壁厚，需将柱塞的壁厚减小到一定值，设计成薄壁柱塞，使泵筒与柱塞之间的刚性间隙变为弹性间隙。优选地，薄壁柱塞上端设计为锐角，最大限度减少沉降砂粒进入密封间隙的可能性。如图3中，薄壁柱塞2与泵筒1之间形成非接触式弹性间隙密封。此时薄壁柱塞的壁厚值的确定是设计非接触式弹性间隙密封的关键，壁厚值过大会造成变形量过小，降低漏失量效果不明显，达不到预期设计效果，壁厚值过小会造成变形量过大，薄壁柱塞外表面与泵筒内表面之间形成过盈配合，出现卡泵或急剧磨损现象。

通过反复研制试验，对应不同泵径，确定薄壁柱塞壁厚为2.6mm-4.1mm数值之间。

在本实用新型实施例中，在确定薄壁柱塞与泵筒之间的间隙大小时，考虑用于泵挂深度大，井温高等情况，在上冲程抽油时，柱塞内侧流体压力高于外侧，薄壁柱塞能够向外形成弹性变形，将薄壁柱塞与泵筒之间的加工配合间隙严格控制在0.07mm-0.09mm之间，可使柱塞与泵筒之间形成非接触式弹性间隙密封，同时保证在30MPa以下的压差条件下不出现柱塞与泵筒之间的间隙过盈、造成磨损的情况。

本实用新型实施例通过将现有的柱塞改为薄壁柱塞，使得薄壁柱塞与泵筒之间形成非接触式弹性间隙密封，能够大幅度降低整泵的漏失量，提高抽油泵效率，同时避免现有的接触式软密封造成的泵筒和柱塞磨损严重、检泵周期短的问题。并且本实用新型实施例的非接触式弹性间隙能够有效解决热变形卡泵，耐温可到220℃；可用于蒸汽吞吐、蒸汽驱等稠油热采油井；可用于较深油井，适用井深可达2800m，同时可适用于水平井、大斜度井、常规油井、出砂油井、含气油井、稠油热采井、深井等各种复杂井况。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例：水平井中柔性金属抽油泵装置还包括：中心杆；

单级密封单元之间通过中心杆连接，相互串联，形成多级密封结构。

具体为，如图3所示，中心杆3固定安装在单级密封单元内，在本实用新型实施例中中心杆3起到连接每个单级密封单元的作用，也即是将每个单级密封单元串联在一起，形成多级密封结构。需要说明的是，本实用新型实施例不对单级密封单元的个数作限制。

本实用新型实施例提供的中心杆使得用户可以根据实际需求通过中心杆串联多个单级密封单元形成多级密封结构；柱塞整体结构采用多级强开强闭结构，可有效降低高含气的影响，避免气锁现象。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例：水平井中柔性金属抽油泵装置还包括：压套；

薄壁柱塞与压套通过螺纹及第一销钉相连接。

具体为，图3中，薄壁柱塞2与压套4以螺纹方式相连，为了加固薄壁柱塞2与压套4的连接方式，使用第一销钉15。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例：水平井中柔性金属抽油泵装置还包括：游动阀球；

游动阀球固定连接在中心杆上。

具体为，游动阀球是指，装在抽油泵柱塞上随柱塞作往复运动，可将泵内液体排出的单向球阀。从图3中可以看出，游动阀球6是连接在中心杆3上的，且是固定连接。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例：水平井中柔性金属抽油泵装置还包括：游动阀座；

游动阀座与压套通过螺纹及第二销钉相连接。

具体为，图3中，游动阀座5与压套4以螺纹方式相连，为了加固游动阀座5与压套4的连接方式，使用第二销钉16。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例：单级密封单元为三个。

具体为，本实用新型实施例将柱塞设计成三段薄壁柱塞，每段300mm为一个单级密封单元，此时有三个单级密封单元。如图3所示，单级密封单元设计成两部分，柱塞固浮动组件部分及柱塞固定组件部分。柱塞浮动组件由薄壁柱塞2、压套4与游动阀座5组成，柱塞固定组件由中心杆3、游动阀球6组成，柱塞浮动组件的薄壁柱塞2与泵筒1之间形成非接触式弹性间隙密封，由柱塞固定组件将三个单级密封单元串联在一起，形成多级密封结构。

本实用新型实施例提供的三个单级密封单元同时工作，可有效保证柱塞密封性能要求，可满足大斜度井段举升需求，同时具有防气功能，能够防止气锁现象。

本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (12)

1.一种固定阀球的复位装置，其特征在于，所述装置包括：弹簧、推杆、固定阀球；

所述弹簧套设于推杆，上冲程中，所述固定阀球移动，通过所述推杆压缩所述弹簧，下冲程中，所述弹簧通过推杆辅助固定阀球复位。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：第一弹簧压帽，第二弹簧压帽；

所述第一弹簧压帽设置在弹簧的一端，所述第二弹簧压帽设置在弹簧的另一端，所述第一弹簧压帽，第二弹簧压帽用于固定弹簧。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：突出端面；

所述突出端面设置在所述推杆上，所述推杆通过突出端面与弹簧相互作用。

4.一种水平井中柔性金属抽油泵装置，其特征在于，所述装置包括：固定阀球的复位装置；

所述固定阀球的复位装置包括：弹簧、推杆、固定阀球；

所述弹簧套设于推杆，上冲程中，所述固定阀球移动，通过所述推杆压缩所述弹簧，下冲程中，所述弹簧通过推杆辅助固定阀球复位。

5.根据权利要求4所述的水平井中柔性金属抽油泵装置，其特征在于，所述水平井中柔性金属抽油泵装置还包括：至少一个单级密封单元，单级密封单元包括：泵筒、薄壁柱塞；

所述薄壁柱塞与泵筒之间形成非接触式弹性间隙密封。

6.根据权利要求5所述的水平井中柔性金属抽油泵装置，其特征在于，所述水平井中柔性金属抽油泵装置还包括：中心杆；

所述单级密封单元之间通过中心杆连接，相互串联，形成多级密封结构。

7.根据权利要求6所述的水平井中柔性金属抽油泵装置，其特征在于，所述水平井中柔性金属抽油泵装置还包括：压套；

所述薄壁柱塞与压套通过螺纹及第一销钉相连接。

8.根据权利要求7所述的水平井中柔性金属抽油泵装置，其特征在于，所述水平井中柔性金属抽油泵装置还包括：游动阀球；

所述游动阀球固定连接在中心杆上。

9.根据权利要求8所述的水平井中柔性金属抽油泵装置，其特征在于，所述水平井中柔性金属抽油泵装置还包括：游动阀座；

所述游动阀座与压套通过螺纹及第二销钉相连接。

10.根据权利要求9所述的水平井中柔性金属抽油泵装置，其特征在于，所述单级密封单元为三个。

11.根据权利要求4-10任一项所述的水平井中柔性金属抽油泵装置，其特征在于，所述固定阀球的复位装置还包括：第一弹簧压帽，第二弹簧压帽；

所述第一弹簧压帽设置在弹簧的一端，所述第二弹簧压帽设置在弹簧的另一端，所述第一弹簧压帽，第二弹簧压帽用于固定弹簧。

12.根据权利要求11所述的水平井中柔性金属抽油泵装置，其特征在于，所述固定阀球的复位装置还包括：突出端面；

所述突出端面设置在所述推杆上，所述推杆通过突出端面与弹簧相互作用。

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