CN2407159Y - 一种防气防喷杆式抽油泵 - Google Patents

Abstract

一种防气防喷杆式泵,主要由外管(22)、拉杆(23)、泵筒(24)和活塞(29)等组成,活塞(29)上、下方分别设有游动阀,泵筒(24)下端设有固定阀,上、下游动阀罩(25)、(30)和固定阀罩(34)内部由多个圆柱体组成;泵的上部环形阀罩(4)内设有防气环形阀,泵的下部单向阀主体(41)内设有防喷单向阀。该泵可以不借助特种地面设备即可实现不压井检泵作业,能有效消除抽油过程的气锁现象,特别适用于低渗透、高油气比原油、含砂油井、斜井的有杆泵采油。

Description

一种防气防喷杆式抽油泵

一种用于石油开采的防气防喷杆式泵，它属于机械采油设备，用于非自喷油井抽吸生产，尤其适合于低渗透、轻质油藏、高油气比原油、中深斜井有杆泵采油。

一般说来，低渗透油田不同程度存在“五敏”(水敏、酸敏、盐敏、碱敏、速敏)现象，为了提高油井产量，消除“五敏”对地层造成的伤害，一般均采取油层保护措施。一种措施是不压井作业，一般在井下管柱结构简单、井下工具缩径、扩径比较小的情况下使用，主要利用井下和地面工具、设备在作业过程中将井口以下和井口外部环境隔离开来，但目前国内不压井作业技术并不成熟(压力高于5MPa难以实现)，而且在井下管柱复杂、缩径、扩径比较大的情况下更加难以实现。另一种措施是压井作业，主要针对压力比较高和井下管柱复杂的井，一般在入井流体中加入了油层保护剂，以减少入井流体对地层的污染，但入井流体仍然不可避免地要对地层造成伤害，因此，针对各种不同情况，需要采取具有不同使用范围的不压井作业方法。

目前用于开采石油的井下深井泵主要有两种。一种是管式泵，其特点是在下井时一般需将泵筒和柱塞分开下井，先将泵筒随油管下井，当下到预定位置(泵挂深度)时，将泵柱塞连接在抽油杆底部下入井内，碰泵后，上提柱塞调整防冲距，因此在检泵时，需将泵上油管全部起出，才能将泵筒取出，作业工作量比较大。另一种是杆式泵，其检泵作业程序与管式泵有较大的区别，泵可以整体下入油管中，在下油管柱时需在预定的泵挂深度处把固定支撑接头总成连接在油管中，下泵时，把杆式泵顶部连接接头接在抽油杆柱底端，整个泵悬挂在抽油杆下端，随抽油杆下入井内，直到泵上的锁紧装置卡在油管上的固定锁紧支撑接头总成为止，然后上提柱塞调整防冲距，检泵时，只需将抽油杆起出，就可把泵筒起出，因此，检泵作业工作量小，比较适合在中深井、深井和地层供液能力差的低孔、低渗透油藏中使用。

从目前这两种泵的现场应用情况来看，管式泵虽有各种性能的泵型可以满足不同情况下的开采，但不依靠特种地面设备难以实现不压井检泵作业；而现有杆式泵利用普通作业设备就能够实现不压井检泵作业，但不能满足低渗透油藏、高油气比原油、斜井开采的需要。

本实用新型的目的是为了克服以上技术的不足，提供了一种能防气、防喷，并适用于斜井抽油的新型杆式泵。

为达到上述目的，本实用新型采取了以下措施：

该杆式泵主要由外管、拉杆、泵筒、活塞等组成。其外层结构为：外管的上端通过接箍与支撑座连接，支撑座通过外支撑接头与油管变扣接头连接；外管的下端通过单向阀上接头与单向阀主体相连接，单向阀主体的下端与下接头连接。泵内层上部结构为：拉杆上端通过两个并帽与抽油杆接头连接，下端用一个并帽与上游动阀罩连接。泵内层中部结构为：泵筒上端通过泵筒上接头与皮碗座连接，皮碗座与支撑管通过弹簧爪连接在一起，支撑管上端通过内支撑环压紧接头与环形阀罩连接；泵筒下端与固定阀罩连接，固定阀罩通过固定凡尔接头与通杆连接。活塞上端通过活塞上接头与上游动阀罩连接，下端通过下游动阀罩与活塞底部接头连接。

在活塞上方的上游动阀罩内设有由上游动凡尔球、上游动凡尔座组成的上游动阀，在活塞下方的下游动阀罩内设有由下游动凡尔球、下游动凡尔座组成的下游动阀；设置上、下两个游动阀的目的是起保险作用，当一个游动阀因某种原因关闭不严时，另一个游动阀起密封作用。在泵筒下端的固定阀罩内设有由固定凡尔球、固定凡尔座组成的固定阀。上游动阀罩、下游动阀罩、固定阀罩内部由多个圆柱体组成，其中若干个小圆柱体把中间的一个大圆柱面切割成若干段圆弧面，而中间的大圆柱体又把小圆柱面切割成只留下一段圆弧面。采用这种结构，使阀球只能在中间的大圆柱体上下运动，依靠所切割的小圆弧面扶正，液体则从四个小圆柱面和阀球间的间隙通过，由于阀球只能上下运动，不能往旁边偏，这样依靠其重力就可以快速地回到阀座上，从而减少了阀球开启和关闭滞后于抽油杆运动的时间，因此有利于在斜井中工作。

在泵的上部，环形阀罩内设有由环阀接头、环阀上座、密封环、环阀下座组成的防气环形阀。环阀接头通过螺纹将密封环固定在环阀上座内，环阀下座通过内支撑环压紧接头上端螺纹固定在环形阀罩内；拉杆上端穿过环阀接头、环阀上座、密封环后与抽油杆接头连接。设置防气环形阀的目的是降低游动阀的开启压力，减少泵吸入腔内的残存气体体积，增大泵腔吸入流体的容积，因而减少气体对泵吸入液体的影响，消除气锁现象的发生；同时，环形阀将泵与上部油管隔离开来，使砂粒不易沉积在泵筒和活塞内而造成砂卡；另一方面，由于环形阀排出的井液能对砂粒沉积位置进行冲洗，因此能适用有一定含砂量的油井开采。

在泵的下部，固定阀下方的单向阀主体内设有由通杆、单向阀座、单向阀、弹簧、弹簧座组成的防喷单向阀。单向阀座通过单向阀上接头固定在单向阀主体内，单向阀放在弹簧上，弹簧放在下接头上端的弹簧座上。单向阀为顶端封闭的一端是圆台或圆锥、中间是大直径圆柱、下端是小直径圆柱的几何体，在大直径圆柱体上距圆台或圆锥顶端端面开有长槽与内部连通，在大圆柱体的外表面有凸台可以使单向阀在单向阀主体内居中。设计防喷单向阀的目的是实现不压井检泵作业，减少压井作业时入井流体对地层造成的污染。

本实用新型采取上述结构具备以下优点：可以不借助特种地面设备即可实现不压井检泵作业，降低了作业成本；密封可靠，能有效消除抽油过程的气锁现象，增加了泵的防气功能，提高了泵效，并能适应含砂油井、斜井的开采。

下面结合附图，对本实用新型进行进一步说明。

附图1是防气防喷杆式泵结构示意图；

附图2是泵阀剖面示意图。

参见图1。该泵外层结构由油管变扣接头2、外支撑接头9、支撑座14、外管22、单向阀上接头35、单向阀主体41和下接头45组成。外管22的上端通过接箍20与支撑座14连接，支撑座14、外支撑接头9、油管变扣接头2依次通过螺纹连接；外管22的下端通过单向阀上接头35的内、外螺纹与单向阀主体41相连接，单向阀主体41的下端与下接头45连接。

该泵内层结构主要由泵上部的拉杆23及其密封系统，泵中部的泵筒24及其阀门系统，泵下部的防喷单向阀系统组成。

泵内上部结构为：拉杆23上端穿过环阀接头5、环阀上座6、密封环7后，通过两个并帽3与抽油杆接头1连接，拉杆23下端通过一个并帽与上游动阀罩25连接。外支撑环13通过外支撑环接头9固定在支撑座14内，环阀接头5通过螺纹将密封环7固定在环阀上座6内，环阀下座8通过内支撑环压紧接头10上端螺纹固定在环形阀罩4内；环形阀罩4与内支撑环压紧接头10、内支撑环压紧接头10与支撑管11、支撑管11与弹簧爪15、弹簧爪15与皮碗座16、皮碗座16与泵筒上接头21采用螺纹连接。内支撑环12依靠抽油杆柱和泵筒24的重量座在外支撑环13上，内支撑环12的外锥面与外支撑环13内锥面相配合形成密封；连接在皮碗座16上的弹簧爪15上端面顶在外支撑环13的底部端面的内倒角上，将整台泵固定在该位置。

内支撑环12固定在支撑管11上端。外支撑环13上端面与外支撑环接头9下端面、支撑座14内台阶通过外支撑环接头9下端螺纹、支撑座14上端螺纹的咬合压紧，并形成端面密封；同时，由于二个挡环17和二个隔环19将三个皮碗18固定在皮碗座16与支撑座14之间，在皮碗18与支撑座14之间也形成一道密封，起保险作用。这样，在内支撑环12位置形成了上下两个容腔，内支撑环12上部液体不会倒流回下部。环阀接头5通过螺纹将密封上座6、密封环7连接在一起成为一个整体，在支撑管11的上端设计有螺纹，利用它与环形阀罩4的螺纹进行连接，将环阀下座8固定在环形阀罩4的内台阶上，并限制环阀上座6、密封环7、环阀接头5向下运动；环形阀罩4顶部圆孔可以穿过拉杆23，但不能通过环阀接头5，限制了环阀上座6、密封环7、环阀接头5向上运动。

泵内中部结构为：泵筒24上端通过泵筒上接头21与皮碗座16连接，泵筒24下端与固定阀罩34采用螺纹连接，固定阀罩34通过固定凡尔接头38与通杆39连接。活塞29处于泵筒24内腔，其上端通过活塞上接头28与上游动阀罩25连接，下端通过下游动阀罩30与活塞底部接头33连接。

在活塞29上方的上游动阀罩25内设有由上游动凡尔球26、上游动凡尔座27组成的上游动阀，上游动凡尔球26放在上游动凡尔座27上，上游动凡尔座27通过活塞上接头28固定在上游动阀罩25内；在活塞29下方的下游动阀罩30内设有由下游动凡尔球31、下游动凡尔座32组成的下游动阀，下游动凡尔球31放在上游动凡尔座32上，下游动凡尔座32通过活塞底部接头33固定在下游动阀罩30内。设置上、下两个游动阀的目的是提高游动阀的密封可靠性。在泵筒24下端的固定阀罩34内设有由固定凡尔球36、固定凡尔座37组成的固定阀，固定凡尔球36放在固定凡尔座37上，固定凡尔座37通过固定凡尔接头38固定在固定阀罩34内。

由于采取了机械固定、机械锁紧、机械和皮碗双重密封结构，因此该泵密封性和可靠性得到了加强。

泵内下部结构为：单向阀主体41上端与外管22的下端通过单向阀上接头35的上下螺纹相连接，单向阀主体41的下端与下接头45连接。在单向阀主体41内设有由通杆39、单向阀座40、单向阀42、弹簧43、弹簧座44组成的防喷单向阀。单向阀座40通过单向阀上接头35固定在单向阀主体41内，单向阀42放在弹簧43上，弹簧43放在下接头45上端的弹簧座44上。单向阀42为顶端封闭的一端是圆台或圆锥、中间是大直径圆柱、下端是小直径圆柱的几何体，在大直径圆柱体上距圆台或圆锥顶端端面5～50mm距离开有1～8个长槽与内部连通，在大圆柱体的外表面设有2～8个凸台可以使单向阀42在单向阀主体41内居中，小直径圆柱体插入弹簧43上端。设计防喷单向阀的目的是实现不压井检泵作业，减少压井作业时入井流体对地层造成的污染。

参见图2。上游动阀罩25、下游动阀罩30、固定阀罩34内部由五个圆柱体组成，其中四个小圆柱体47把中间的一个大圆柱面切割成四段圆弧面，而中间的大圆柱体46又把四个小圆柱面切割成只留下一段圆弧面。采用这种结构，使阀球只能在中间的大圆柱体46上下运动，依靠所切割的小圆弧面扶正，液体则从4个小圆柱面和阀球间的间隙通过。由于阀球只能上下运动，依靠其重力就可以快速地回到阀座上，减少了阀球开启和关闭滞后于抽油杆运动的时间。

由于该泵在井中呈“自由”悬挂状态，有自定位作用，而且泵的固定阀和游动阀均采取了扶正措施，阀的开启和关闭受井斜角的影响小，因此更适合于在斜井上使用。

该防气防喷杆式抽油泵的吸液、排液过程和防气原理是通过如下两个过程实现的：

上冲程，柱塞和拉杆23随抽油杆柱向上运动，环形阀与拉杆23之间的摩擦力方向向上，环形阀有向上运动的趋势。一方面，随着拉杆23向上运动，环形阀和上游动阀之间的容腔(称为二次密封腔)容积减少，压力升高，上、下游动阀几乎同时关闭，在环形阀与拉杆23之间的摩擦力以及液压力的作用下打开，环形阀上部空间(泵挂位置以上油管的内部容腔)与二次密封腔连通，二次密封腔内的液体排入环形阀上部空间；另一方面，随着拉杆23和柱塞向上运动，下游动阀和固定阀之间容腔(称为泵腔)容积增大，腔内压力迅速下降，当腔内压力低于沉没压力时，固定阀打开，井液进入该泵腔，完成吸液过程。

下冲程，抽油泵柱塞随拉杆23一起向下运动，环形阀与拉杆23之间的摩擦力方向向下，环形阀有向下运动的趋势。一方面，随着拉杆23和柱塞向下运动，泵腔容积减少，腔内压力升高，泵腔内流体将向二次密封腔流动；另一方面，随着拉杆23向下运动，二次密封腔容积增大，压力迅速下降，在环形阀与拉杆23之间的摩擦力以及油管内液柱压力的作用下，环形阀关闭，环形阀上部油管与二次密封腔隔离，游动阀迅速打开，泵腔内的流体(包括气体)进入二次密封腔内。由于泵腔内的流体在很低的压力下就可以进入二次密封腔，减少了泵腔内的残存流体，增大了下次吸液时泵腔吸入流体的体积，因而减少了气体对泵吸入液体的影响，消除了气锁现象的发生。

根据杆式泵检泵作业不动油管柱的特点，在杆式泵下部设计了一个由防喷单向阀构成的防喷机构，在压井作业的设备条件下，实现了不压井检泵作业。其工作原理是：

防喷机构与下部油管或其它工具相连，在第一次作业时随管柱一起下入井内，在下井过程中，只要单向阀下部压力高于其上部压力，防喷单向阀总是关闭的，当抽油杆柱下到接近碰泵位置时，在泵筒和抽油杆柱的重力作用下通过杆式泵尾部的通杆39将弹簧43压缩，迫使防喷单向阀打开；当泵上内支撑环12座在外支撑环13上时，泵和单向阀42不再往下走，由于杆式泵有锁紧机构，因此在泵的正常工作过程中，防喷单向阀不会自动关闭，只有当检泵时将泵柱塞提到上死点后，锁紧机构才能失去作用，此时单向阀42才能在弹簧43的弹力作用下关闭单向阀座40，将泵上油管与底部隔离开来，这样在检泵作业起抽油杆柱时，不管井内压力有多高，都不会往外喷井液，实现了检泵时不压井作业。

Claims (7)

1.一种防气防喷杆式抽油泵，主要由外管(22)、拉杆(23)、泵筒(24)和活塞(29)等组成：外管(22)的上端通过接箍(20)与支撑座(14)连接，支撑座(14)通过外支撑接头(9)与油管变扣接头(2)连接，外管(22)的下端通过单向阀上接头(35)与单向阀主体(41)相连接；泵筒(24)上端通过泵筒上接头(21)与皮碗座(16)连接，皮碗座(16)与支撑管(11)通过弹簧爪(15)连接在一起，支撑管(11)通过内支撑环压紧接头(10)与环形阀罩(4)连接，泵筒(24)下端与固定阀罩(34)连接，固定阀罩(34)通过固定凡尔接头(38)与通杆(39)连接；拉杆(23)上端通过并帽(3)与抽油杆接头(1)连接，下端与上游动阀罩(25)连接；活塞(29)上端通过活塞上接头(28)与上游动阀罩(25)连接，下端通过下游动阀罩(30)与活塞底部接头(33)连接；在活塞(29)上方设有上游动阀、下方设有下游动阀，在泵筒(24)下端设有固定阀：其特征在于：

在泵的上部，环形阀罩(4)内设有由环阀接头(5)、环阀上座(6)、密封环(7)、环阀下座(8)组成的防气环形阀；在泵的下部，单向阀主体(41)内设有由通杆(39)、单向阀座(40)、单向阀(42)、弹簧(43)、弹簧座(44)组成的防喷单向阀。

2.根据权利要求1所述的防气防喷杆式抽油泵，其特征在于，所述的防气环形阀结构为，环阀接头(5)通过螺纹将密封环(7)固定在环阀上座(6)内，环阀下座(8)通过内支撑环压紧接头(10)上端螺纹固定在环形阀罩(4)内。

3.根据权利要求1或2所述的防气防喷杆式抽油泵，其特征在于，所述的防喷单向阀结构为，单向阀座(40)通过单向阀上接头(35)固定在单向阀主体(41)内，单向阀(42)放在弹簧(43)上，弹簧(43)放在下接头(45)上端的弹簧座(44)上。

4.根据权利要求3所述的防气防喷杆式抽油泵，其特征在于，所述的单向阀(42)为顶端封闭的一端是圆台或圆锥、中间是大直径圆柱、下端是小直径圆柱的几何体，在大直径圆柱体上开有长槽与内部连通，在大圆柱体的外表面有凸台可以使单向阀(42)在单向阀主体(41)内居中。

5.根据权利要求3所述的防气防喷杆式抽油泵，其特征在于，所述的上游动阀罩(25)、下游动阀罩(30)、固定阀罩(34)内部由多个圆柱体组成，其中若干个小圆柱体(47)把中间的一个大圆柱面切割成若干段圆弧面，而中间的大圆柱体(46)又把小圆柱面切割成只留下一段圆弧面。

6.根据权利要求4所述的一种防气防喷杆式抽油泵，其特征在于，在单向阀(42)大直径圆柱体上距圆台或圆锥顶端端面5～50mm距离开有1～8个长槽与内部连通，在大圆柱体的外表面设有2～8个凸台。

7.根据权利要求5所述的防气防喷杆式抽油泵，其特征在于，所述的上游动阀罩(25)、下游动阀罩(30)、固定阀罩(34)内部由4个小圆柱体(47)和1个大圆柱体(46)组成。

Images