一種液力活塞泵舉升系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種液力活塞泵舉升系統(tǒng)，該舉升系統(tǒng)包括井下液力柱塞泵、為井下液力柱塞泵的往復運動提供液壓動力源并排出井下產出液的地面液壓動力轉換控制部分、將液壓動力傳遞到井下液力柱塞泵并將井下產出液向上輸送到井口的撓性井下集成管路部分；井下液力柱塞泵包括工作筒、安裝在工作筒底端的固定凡爾、橫向隔板和能夠在工作筒內往復運動的的雙活塞結構。本發(fā)明的舉升系統(tǒng)提高了井下泵抽系統(tǒng)的使用壽命，延長油氣井的檢泵周期；同時，解除了大斜度井、叢式井對井下泵下井深度的限制，可以最大限度地發(fā)揮油氣井自身的生產潛力，提高油氣田開發(fā)的最終采收率。
【專利說明】一種液力活塞泵舉升系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明主要涉及油氣田生產過程中對液體進行舉升的泵抽系統(tǒng)，尤其涉及一種適用于大斜度井、叢式井生產的液力活塞泵舉升系統(tǒng)。
技術背景
[0002]在油氣開采中，常規(guī)活塞泵是最為常用的泵抽系統(tǒng)，但這種系統(tǒng)突出的缺陷是:油桿和油管的相互摩擦，從而導致油管穿孔(磨穿)形成井下液體通道短路，嚴重時會出現油管、抽油桿磨斷而造成生產管柱落井的井下事故。此外，有桿泵抽系統(tǒng)理想的工作狀態(tài)是井下管柱全部處于垂直狀態(tài)，因此井身越斜，工作過程中出現的管桿偏磨就越嚴重，因而在大斜度井、叢式井使有桿泵系統(tǒng)，均對其下井深度有明確的要求或限制。
【發(fā)明內容】
[0003]針對現有技術存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于大斜度井、叢式井的液力活塞泵舉升系統(tǒng)。
[0004]為了實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種液力活塞泵舉升系統(tǒng)，該舉升系統(tǒng)包括井下液力柱塞泵、為井下液力柱塞泵的往復運動提供液壓動力源并排出井下產出液的地面液壓動力轉換控制部分、將液壓動力傳遞到井下液力柱塞泵并將井下產出液向上輸送到井口的撓性井下集成管路部分；井下液力柱塞泵包括工作筒、安裝在工作筒底端的固定凡爾、橫向隔板和能夠在工作筒內往復運動的雙活塞結構；所述雙活塞結構包括上游動凡爾、下游動凡爾和空心活塞桿；橫向隔板設置在工作筒的中上部，上游動凡爾位于橫向隔板的上方，下游動凡爾位于橫向隔板的下方，空心活塞桿流體密封穿過橫向隔板從而連通上、下游動凡爾。由于本發(fā)明的舉升系統(tǒng)通過一套地面液壓動力轉換控制部分和一套撓性的井下集成管路部分，將目前油氣田常用的使用抽油桿作為活塞泵動力傳輸“介質”的方式改為由液體作為井下傳輸介質、通過井下集成管路部分直接為井下活塞泵提供上下行程的動力的方式，從而避免所有因井下管柱中的抽油桿和油管摩擦造成的問題，從而提高了井下泵抽系統(tǒng)的使用壽命，延長油氣井的檢泵周期；同時，由于該系統(tǒng)完全由液體作為動力傳輸介質，整個井下管柱系統(tǒng)中除了最末端的活塞以外，沒有任何其他的運動部件，因此尤其適用于大斜度井、叢式井和水平井的生產(由于井斜和/或狗腿度的原因，這類井不適合長期使用以抽油桿做動力傳輸的泵抽系統(tǒng))，使用該系統(tǒng)可以將泵下至大斜度井和叢式井的末端或是水平井的水平段，解除了大斜度井、叢式井對井下泵下井深度的限制，可以最大限度地發(fā)揮油氣井自身的生產潛力，提高油氣田開發(fā)的最終采收率。
[0005]優(yōu)選地是，在橫向隔板的上方，工作筒的內壁上設置有流體通道；工作筒的頂部具有上行動力端口和下行動力端口 ；流體通道的上端連通上行動力端口，下端連通上游動凡爾下部腔室；下行動力端口下端連通上游動凡爾上部腔室。
[0006]優(yōu)選地是，地面液壓動力轉換控制部分包括動力系統(tǒng)、液壓換向系統(tǒng)、液壓缸管路系統(tǒng)和產出液排出系統(tǒng)。所述動力系統(tǒng)包括液壓油油箱、溢流閥、液壓油過濾器、電機和齒輪泵。所述液壓換向系統(tǒng)包括換向閥、單向閥、節(jié)流閥。液壓缸管路系統(tǒng)包括液壓缸左側外腔室、液壓缸活塞、液壓缸左側內腔室、液壓缸右側內腔室和液壓缸右側外腔室。產出液排出系統(tǒng)包括液壓缸動力輸出管路、液控閥控制管路和排液管路；排液管路上設置有液控閥；液控閥控制管路包括液控閥開啟控制管和液控閥關閉控制管；液控閥開啟控制管一端與液壓缸左側內腔室連接，另一端與液控閥開啟狀態(tài)端口連接；液控閥關閉控制管一端與液壓缸右側內腔室連接，另一端與液控閥關閉狀態(tài)端口連接。
[0007]更為優(yōu)選地是，井下集成管路部分包括圓形本體，圓形本體內設有主管和副管；主管一端與液壓缸左側外腔室連通，另一端井下液力柱塞泵的上行動力的端口連接；副管一端與液壓缸右側外腔室和液控閥連通，另一端與井下液力柱塞泵的下行動力的端口連接。所述井下集成管路部分通過擠壓成型的封裝工藝制成，本體由具有一定延展性和塑形的適合擠壓成型的材料制成。所述主管和副管由具有一定撓性的鋼或塑料制成。
[0008]使用本發(fā)明的液力活塞泵舉升系統(tǒng)可以將泵下至大斜度和叢式井的末端，解除了大斜度井、叢式井對井泵下井深度的限制，可以最大限度地發(fā)揮油氣井自身的生產潛力，提高油氣田開發(fā)的最終采收率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的液力活塞泵舉升系統(tǒng)整體示意圖；
[0010]圖2和圖3分別為本發(fā)明的集成管路系統(tǒng)整體和剖面示意圖；
[0011]圖4和圖5分別為處于上行狀態(tài)和下行狀態(tài)的本發(fā)明的井下液力柱塞泵19的剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面將結合附圖對本發(fā)明進行詳細描述。
[0013]如圖1所示，本發(fā)明的液力柱塞泵系統(tǒng)主要包括地面液壓動力轉換控制部分、撓性的井下集成管路部分和井下液力柱塞泵。地面液壓動力轉換控制部分的主要作用就是將地面高壓液壓油動力轉換成高壓液體(可以是高壓油，如果為油井，該液體為油水混合物，如果為氣井，該液體則為水)介質動力輸出，為井下液力柱塞泵的往復運動提供液壓動力源并排出井下產出液。井下集成管路部分為將液壓動力傳遞到井下液力柱塞泵的通道以及將井下產出液向上舉升到井口的通道。雖然圖1中示出的是直井使用的情況，但本領域技術人員可以理解，圖1只是一種示意性地原理示意圖，并不妨礙其在大斜度井、叢式井中的使用。
[0014]地面液壓動力轉換控制部分包括動力系統(tǒng)、液壓換向系統(tǒng)、液壓缸管路系統(tǒng)和產出液排出系統(tǒng)。動力系統(tǒng)包括液壓油油箱28、溢流閥27、液壓油過濾器26、電機25和齒輪泵24 ;液壓換向系統(tǒng)包括換向閥23、單向閥22、節(jié)流閥21 ;液壓缸管路系統(tǒng)包括左側液壓油管1、右側液壓油管2、液壓缸左側外腔室3、液壓缸活塞4、液壓缸左側內腔室5、液壓缸右側內腔室6、液壓缸右側外腔室7 ;產出液排出系統(tǒng)包括液壓缸動力輸出管路(包括地面高壓動力副管8、地面高壓動力主管15、產出液過濾器14)、液控閥控制管路(包括液控閥開啟控制管9、液控閥關閉控制管10)、排液管路(包括液控閥13、排液管12、產出液收集裝置11)。[0015]地面高壓動力副管8 —端與液壓缸右側外腔室7連接，另一端與產出液過濾器14連接，并最終在井口與井下集成管路部分的副管17連接。地面高壓動力主管15 —端與液壓缸左側外腔室3連接，另一端在井口與井下集成管路部分的主管16連接。
[0016]液控閥開啟控制管9 一端與液壓缸左側內腔室5連接，另一端與液控閥13開啟狀態(tài)端口連接。液控閥關閉控制管10 —端與液壓缸右側內腔室6連接，另一端與液控閥13關閉狀態(tài)端口連接。排液管12—端與液控閥13通道連接，另一端與產出液收集裝置11連通。
[0017]本發(fā)明的液力柱塞泵系統(tǒng)工作時，啟動電機25，由電機25帶動齒輪泵24將液壓油油箱28中吸入液壓油，經過齒輪泵24的作用，液壓油由低壓變?yōu)楦邏翰⑹紫妊刂鴪D示左側液壓油管I輸出，途經換向閥23、節(jié)流閥21后進入液壓缸左側內腔室5。在壓力的作用下，液壓油推動液壓缸活塞4向左側運動，擠壓液壓缸左側外腔室3中的液體(可以是高壓油，如果為油井，該液體可為油水混合物，如果為氣井，該液體則為分離水)并形成高壓輸出，井下液力柱塞泵19開始上行程并進行流體舉升，同時，高壓液壓油通過液控閥開啟控制管9進入液控閥13，使液控閥13處于開啟狀態(tài)，井下集成管路部分的副管17與地面高壓動力副管8、排液管12均處于連通狀態(tài)。液壓缸右側內腔室6中的液壓油經過右側液壓油管2中的節(jié)流閥21、換向閥23流回液壓油油箱28，與此同時，液壓缸右側外腔室7通過地面高壓動力副管8吸入低壓產出液(如果是氣井，該產出液經過過濾器14前需要進行氣水分離，該低壓產出液為氣水分離后的水)，井筒產出液經液控閥13、排液管12流入產出液收集裝置
11。當液壓缸活塞4到達預定位置后，換向閥23啟動換向，高壓油沿著右側液壓油管2輸出，途經換向閥23、右側節(jié)流閥21后進入液壓缸右側內腔室6。在壓力的作用下，液壓油推動液壓缸活塞4向右側運動，擠壓液壓缸右側外腔室7中的液體并形成高壓輸出，井下液力柱塞泵19開始進行下行程，同時，高壓液壓油通過液控閥關閉控制10進入液控閥13，使液控閥13處于關閉狀態(tài)，地面高壓動力副管8僅與井下集成管路部分的副管17處于連通狀態(tài)，與排液管12處于非連通狀態(tài)。液壓缸左側內腔室5中的液壓油經過左側液壓油管I中的節(jié)流閥21、換向閥23流回液壓油油箱28，與此同時，井下集成管路部分的主管16中的液體通過地面高壓動力主管15回流至液壓缸左側外腔室3。至此，完成本發(fā)明液力柱塞泵系統(tǒng)的一個工作過程，該過程循環(huán)往復就能將井下液體不斷地抽吸到產出液收集裝置11中。
[0018]圖2和3示出了本發(fā)明的井下集成管路部分具有一定的撓性，井下集成管路部分包括圓形本體18，圓形本體18內設有通道:主管16和副管(也是產出液管)17。主管16 —端在井口與地面聞壓動力王管15連接，另一端在井筒內與給井下液力柱塞栗19內的活塞36提供上彳了動力的端口連接。副管17 一端在井口與地面聞壓動力副管8連接,另一端在井筒內與給井下液力柱塞泵19內的活塞36提供下行動力的端口連接?？梢岳斫猓瑸榱私o井下其它儀器或裝置提供動力或信號傳輸的需要，本體18內還可設置其它通道或管路，其它通道或管路并不限于空心，可以是實心的，如電纜等。主管16和副管17的材料優(yōu)選采用具有一定撓性的鋼或塑料等，以便保證成型后能夠纏繞在棍子上。
[0019]本發(fā)明的井下集成管路部分通過擠壓成型的封裝工藝制成，本體18可以采用像聚氨酯、尼龍、氯丁橡膠等類似的具有一定延展性和塑形的適合擠壓成型的材料，制造時，首先在多條通道起始部位進行簡單的定位，然后就可以采用整體擠壓的辦法對集成系統(tǒng)進行批量化的生產，以便使本體18封裝所述通道(主管16和副管17)。整個工藝過程較為簡單，成本較低。擠壓成型的固態(tài)塑性材料能夠對封裝系統(tǒng)內的通道提供良好的絕緣和隔離保護。主管16和副管17外形采用圓型設計能夠更好地適用現場使用的要求，其地面運輸及存放完全可以借助國內現有的、比較成熟的連續(xù)油管技術設備予以解決，即可以做到配套設備設施的通用，而無需進行單獨的設計和制造，大大降低了用戶的使用成本和研發(fā)投入。
[0020]圖4和圖5示出了本發(fā)明的井下液力柱塞泵19。井下液力柱塞泵泵19處于套管29內的空間中。井下液力柱塞泵19包括工作筒30，橫向隔板45設置在工作筒30的中上部從而將工作筒分為上下兩個空腔，上游動凡爾33位于上部空腔內，下游動凡爾39位于下部空腔內，固定凡爾43固定在工作筒30的底端。上游動凡爾33和下游動凡爾39通過空心活塞桿36連接，從而將上游動凡爾33的凡爾腔和下游動凡爾39的凡爾腔連通，這樣就構成了能夠在工作筒30內上下移動的雙活塞結構。上游動凡爾33的上游動凡爾座34相當于上活塞，并且上游動凡爾座34與隔板45之間則形成了上游動凡爾33下部腔室35 ;而下游動凡爾39的下游動凡爾座40則相當于下活塞，并且下游動凡爾座40與隔板45之間則形成了下游動凡爾39上部腔室37?？招幕钊麠U36與隔板之間流體密封。本發(fā)明中的凡爾與普通抽油泵所用的游動凡爾基本相同，這里對其結構不再贅述。
[0021]在橫向隔板45的上方，工作筒30的內壁上設置有流體通道46。工作筒30的頂部具有上行動力端口和下行動力端口，上行動力端口與井下集成管路部分的主管16連通，流體可通過上行動力端口、流體通道46進出上游動凡爾33下部腔室35。下行動力端口與井下集成管路部分的副管17連通，流體可通過下行動力端口進出上游動凡爾33上部腔室31。
[0022]圖4中，井下液力柱塞泵19的活塞36處于上行程工作狀態(tài)，圖5中活塞36處于下行程工作狀態(tài)。下面結合附圖4和5詳細描述井下液力柱塞泵19的上行程和下行程工作過程。
[0023]上行程:
[0024]如圖4所示，當圖1中的液壓缸活塞4向左側運功時，液壓缸左側外腔室3中的高壓液體(可以是高壓油，也可以是井下產出液(油水混合物)，如果是氣井，也可為氣水分離后的分離水)經過地面高壓動力主管15、井下集成管路部分的主管16和工作筒30的內壁上的流體通道46進入井下液力柱塞泵19中上游動凡爾座34的下部腔室35，當壓力達到一定程度時，由于上游動凡爾座34的上部腔室31的壓力小于上游動凡爾座的下部腔室35的壓力，上游動凡爾33在壓差作用下會向上運動，并通過空心活塞桿36帶動下游動凡爾36上行，此時，下游動凡爾39處于關閉狀態(tài)(凡爾球座于下游動凡爾座40上)，下游動凡爾39上部腔室37中的液體受到擠壓，通過下游動凡爾的排液孔38進入下游動凡爾39內并沿著空心活塞桿36內的中心通道流至上游動凡爾33內，并頂開上游動凡爾33的凡爾球從而使上游動凡爾33處于開啟狀態(tài)，下游動凡爾39上部腔室37就與上游動凡爾33上部腔室31連通，兩個腔室中的液體就隨著空心活塞桿36的上行而進入井下集成管路部分的副管17中，并最終被舉升至地面，完成井下液力柱塞泵19的排液過程。在此過程中，由于下游動凡爾39始終處于關閉狀態(tài)，固定凡爾43上部腔室41的壓力會隨著活塞36的向上運動逐漸降低形成負壓，工作筒30與套管29之間環(huán)空內液體就會向上頂開固定凡爾43的凡爾球，環(huán)空中的液體進入固定凡爾43內并通過排液孔42進入上部腔室41中，完成固定凡爾43上部腔室41的吸液過程。[0025]下行程:
[0026]如圖5所示，當圖1中的液壓缸活塞4向右側運動時，液壓缸右側外腔室7中的高壓液體(一般為井下產出液，如果是氣井，則可為氣水分離后的分離水)經地面高壓動力副管8、井下集成管路部分的副管17進入井下液力柱塞泵19中上游動凡爾33上部腔室31內，上游動凡爾33及固定凡爾43處于關閉狀態(tài)，因此上游動凡爾33上部腔室31內壓力上升，而上游動凡爾33下部腔室35內的液體由于失去地面壓力源的動力提供，壓力逐漸降低，上游動凡爾33上部腔室31的壓力大于上游動凡爾33下部腔室35的壓力，上游動凡爾33以及下游動凡爾39在壓差作用下向下運動，此時，固定凡爾43又處于關閉狀態(tài)，固定凡爾43上部腔室41中的液體受到擠壓，在壓力的作用下，下游動凡爾39的凡爾球會被頂開而使下游動凡爾39處于打開狀態(tài)，固定凡爾43上部腔室41中的液體就會進入到下游動凡爾39內并通過排液孔38進入上部腔室37中，完成液體從吸液腔室向排空腔室的轉移。
【權利要求】
1.一種液力活塞泵舉升系統(tǒng)，其包括井下液力柱塞泵(19)、為井下液力柱塞泵(19)的往復運動提供液壓動力源并排出井下產出液的地面液壓動力轉換控制部分、將液壓動力傳遞到井下液力柱塞泵(19 )并將井下產出液向上輸送到井口的撓性井下集成管路部分，其特征在于:井下液力柱塞泵(19)包括工作筒(30)、安裝在工作筒底端的固定凡爾(43)、橫向隔板(45)和能夠在工作筒(30)內往復運動的雙活塞結構；所述雙活塞結構包括上游動凡爾(33)、下游動凡爾(39)和空心活塞桿(36);橫向隔板(45)設置在工作筒(30)的中上部，上游動凡爾(33)位于橫向隔板(45)的上方，下游動凡爾(39)位于橫向隔板(45)的下方，空心活塞桿(36)流體密封穿過橫向隔板(45)從而連通上、下游動凡爾(33、39)。
2.如權利要求1所述的液力活塞泵舉升系統(tǒng)，其特征在于:在橫向隔板(45)的上方，工作筒(30)的內壁上設置有流體通道(46);工作筒(30)的頂部具有上行動力端口和下行動力端口 ；流體通道(46)的上端連通上行動力端口，下端連通上游動凡爾(33)下部腔室(35 );下行動力端口下端連通上游動凡爾(33 )上部腔室(31)。
3.如權利要求1或2所述的液力活塞泵舉升系統(tǒng)，其特征在于:地面液壓動力轉換控制部分包括動力系統(tǒng)、液壓換向系統(tǒng)、液壓缸管路系統(tǒng)和廣出液排出系統(tǒng)。
4.如權利要求3所述的液力活塞泵舉升系統(tǒng)，其特征在于:所述動力系統(tǒng)包括液壓油油箱(28)、溢流閥(27)、液壓油過濾器(26)、電機(25)和齒輪泵(24)。
5.如權利要求3所述的液力活塞泵舉升系統(tǒng)，其特征在于:所述液壓換向系統(tǒng)包括換向閥(23)、單向閥(22)、節(jié)流閥(21)。
6.如權利要求3所述的液力活塞泵舉升系統(tǒng)，其特征在于:液壓缸管路系統(tǒng)包括液壓缸左側外腔室(3)、液壓缸活塞(4)、液壓缸左側內腔室(5)、液壓缸右側內腔室(6)和液壓缸右側外腔室(7)。
7.如權利要求6所述的液力活塞泵舉升系統(tǒng)，其特征在于:產出液排出系統(tǒng)包括液壓缸動力輸出管路、液控閥控制管路和排液管路；排液管路上設置有液控閥(13);液控閥控制管路包括液控閥開啟控制管(9)和液控閥關閉控制管(10);液控閥開啟控制管(9) 一端與液壓缸左側內腔室(5)連接，另一端與液控閥(13)開啟狀態(tài)端口連接；液控閥關閉控制管(10 ) —端與液壓缸右側內腔室(6 )連接，另一端與液控閥(13 )關閉狀態(tài)端口連接。
8.如權利要求7所述的液力活塞泵舉升系統(tǒng)，其特征在于:井下集成管路部分包括圓形本體(18)，圓形本體(18)內設有主管(16)和副管(17);主管(16)—端與液壓缸左側外腔室(3)連通，另一端與井下液力柱塞泵(19)的上行動力端口連接；副管(17)—端與液壓缸右側外腔室(7)和液控閥(13)連通，另一端與井下液力柱塞泵的下行動力端口連接。
9.如權利要求8所述的液力活塞泵舉升系統(tǒng)，其特征在于:所述井下集成管路部分通過擠壓成型的封裝工藝制成，本體(18)由具有一定延展性和塑形的適合擠壓成型的材料制成。
10.如權利要求9所述的液力活塞泵舉升系統(tǒng)，其特征在于:所述主管(16)和副管(17)由具有一定撓性的鋼或塑料制成。
【文檔編號】E21B43/00GK103758739SQ201410005375
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權日:2014年1月6日
【發(fā)明者】潘軍, 里群, 范龍江 申請人:北京萬普瑞能源技術有限公司