專利名稱：抽油加熱二合一葉泵采油方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種稠粘石油采油方法及裝置，特別是利用葉泵同時(shí)完成抽油和對(duì)井下石油加熱的二合一采油方法及裝置。
在我國(guó)各地油田中，有不少稠粘油油田。這類油田原油的粘度較高。隨著我國(guó)各大油田進(jìn)入中后期開(kāi)發(fā)，稠油、特稠油、高凝點(diǎn)、高含蠟的原油開(kāi)采比例也越來(lái)越大。由于油層粘度大，溫度又低，給原油開(kāi)采增加了很大的難度。目前，解決這一難題的辦法是在抽油的同時(shí)，由專門(mén)的裝置對(duì)油管入口周圍和油管中的原油持續(xù)進(jìn)行加熱，以提高其溫度，降低其粘度，以便使原油能順利地進(jìn)入油管和油泵，最終被順利地提升至地面，并且具有符合采油生產(chǎn)要求的出口油溫。因此，抽油與加熱方法和設(shè)備的效率和成本，決定了稠粘油開(kāi)采的產(chǎn)量、效率和所產(chǎn)原油的成本及利潤(rùn)。
目前，常用的采油方法中，采用管式泵和桿式泵都需有地面的抽油機(jī)(俗稱“磕頭機(jī)”)來(lái)驅(qū)動(dòng)，還需配備井下加熱設(shè)備，因此設(shè)備投資高、占地面積大，采油效率不高。若采用電潛離心泵、螺桿泵等方法，則井下電機(jī)、泵和電纜都非常昂貴，而且不且長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下使用，因此增加了采油成本。
本發(fā)明的目的，是克服上述采油方法和設(shè)備的不足，提供一種能同時(shí)完成抽油和對(duì)油層加熱的采油方法，以及以更小的占地面積、更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、更小的投資和運(yùn)行成本實(shí)現(xiàn)這種方法的采油裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種抽油加熱二合一葉泵采油方法，屬一種稠粘原油開(kāi)采技術(shù)，其特征在于A.在地面將導(dǎo)熱流體介質(zhì)加熱到所需溫度；B.對(duì)導(dǎo)熱流體介質(zhì)加壓，輸送至井下；C.導(dǎo)熱流體介質(zhì)驅(qū)動(dòng)井下的流體動(dòng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)，并將熱量擴(kuò)散到周圍的原油油液中；D.導(dǎo)熱流體介質(zhì)被輸送回地面，重復(fù)所述A至C步驟；E.將流體動(dòng)力機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)調(diào)整至所需的轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)換成正向半周、反向半周反復(fù)交替的轉(zhuǎn)動(dòng)；F.驅(qū)動(dòng)葉泵運(yùn)轉(zhuǎn)；G.葉泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)部所產(chǎn)生的腔室效應(yīng)導(dǎo)致將泵外油層中的原油從尾端吸入泵內(nèi)，并從其頂端將泵內(nèi)油液排出；H.葉泵持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，油層中的原油不斷被舉升至地面。
在導(dǎo)熱流體介質(zhì)進(jìn)入流體動(dòng)力機(jī)之前，還可以對(duì)已泵出的油液進(jìn)行加熱。
本發(fā)明的采油方法的核心，是用高溫、高壓導(dǎo)熱流體介質(zhì)驅(qū)動(dòng)一個(gè)流體動(dòng)力機(jī)，以獲得能帶動(dòng)油泵運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力。在驅(qū)動(dòng)流體動(dòng)力機(jī)的同時(shí)及其后，高溫導(dǎo)熱流體介質(zhì)都可將熱能傳導(dǎo)給泵口周圍的油液，實(shí)現(xiàn)熱交換，使這部分原油的溫度提高，粘度降低，能更順利地進(jìn)入油泵。如果需要，還可以在驅(qū)動(dòng)流體動(dòng)力機(jī)之前，將熱能傳導(dǎo)給已由油泵排出的油液，以維持其溫度和粘度，使其順利到達(dá)地面輸油管網(wǎng)中。釋放了能量的導(dǎo)熱流體介質(zhì)再被輸送回地面，重新加熱、加壓，再次獲得熱能與動(dòng)能，并輸送到井下，如此周而復(fù)始地進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，驅(qū)動(dòng)流體動(dòng)力機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng)過(guò)減速的流體動(dòng)力機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，再被轉(zhuǎn)換成正向半周、反向半周反復(fù)交替轉(zhuǎn)動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)葉泵。持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的葉泵將井下原油提升至地面。
關(guān)于葉泵的結(jié)構(gòu)和原理將在后文詳述。
本發(fā)明的技術(shù)方案還包括一種抽油加熱二合一葉泵采油裝置，屬一種實(shí)現(xiàn)前述采油方法的稠粘原油采油設(shè)備，其特征在于它包括A.一個(gè)設(shè)在地面的導(dǎo)熱流體介質(zhì)加熱裝置4；B.一個(gè)加壓泵3，經(jīng)管路連通導(dǎo)熱流體介質(zhì)加熱裝置4；C.井口裝置7，加壓泵3輸出的導(dǎo)熱流體介質(zhì)通過(guò)管路5由此輸入井下；D.油管9，其上端連接井口裝置7；E.套管8；F.葉泵10，其上端與油管9連通；G.換向機(jī)11，其輸出端與葉泵10底部的接口連接；H.減速器12，連接并驅(qū)動(dòng)換向器11；I.流體動(dòng)力機(jī)13，連接并驅(qū)動(dòng)減速器12，導(dǎo)熱流體介質(zhì)輸入口通過(guò)管路5連接加壓泵3；J.油層加熱器14，導(dǎo)熱流體介質(zhì)入口連通流體動(dòng)力機(jī)13尾端的介質(zhì)出口，其導(dǎo)熱流體介質(zhì)出口通過(guò)管路6連通導(dǎo)熱流體介質(zhì)加熱裝置4。
下面結(jié)合附圖中的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明

圖1，本發(fā)明采油裝置結(jié)構(gòu)圖；圖2，本發(fā)明葉泵連接結(jié)構(gòu)圖；圖3，本發(fā)明葉泵之泵筒示意圖；圖4，本發(fā)明葉泵之泵葉示意圖；圖5，本發(fā)明葉泵之泵頭結(jié)構(gòu)圖；圖6，本發(fā)明葉泵之泵座結(jié)構(gòu)圖；圖7，本發(fā)明換向機(jī)結(jié)構(gòu)圖；圖8，本發(fā)明換向機(jī)之輸入軸和驅(qū)動(dòng)齒盤(pán)示意圖；圖9，本發(fā)明換向機(jī)之輸出軸和輸出齒盤(pán)示意圖；參照?qǐng)D1，本發(fā)明的采油裝置中，地面設(shè)備除電力設(shè)備1和控制配電箱2以外，僅有導(dǎo)熱流體介質(zhì)加熱裝置4和加壓泵3，顯著減少了采油設(shè)備的占地面積和設(shè)備購(gòu)置費(fèi)。在本實(shí)施例中，導(dǎo)熱流體介質(zhì)選用的是導(dǎo)熱油，它在加熱后能達(dá)到較高的溫度。高溫高壓的導(dǎo)熱油通過(guò)管路5從井口7進(jìn)入井下。參照前述的采油方法，導(dǎo)熱油可以通過(guò)管路5從油管9與套管8之間直接進(jìn)入并驅(qū)動(dòng)流體動(dòng)力機(jī)13，也可以將管路5從油管9中穿過(guò)，將部分熱能先傳導(dǎo)給已被葉泵10泵入油管9的油液，然后再驅(qū)動(dòng)流體動(dòng)力機(jī)13。導(dǎo)熱油在流體動(dòng)力機(jī)13內(nèi)將流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的同時(shí)，也將部分熱能傳導(dǎo)給裝置周圍的原油。之后，導(dǎo)熱油進(jìn)入油層加熱器14，將剩余的熱能傳導(dǎo)給油層加熱器14周圍的原油。完成了主要的能量交換過(guò)程以后，油層加熱器14排出的導(dǎo)熱油經(jīng)過(guò)管路6從油管9和套管8之間回輸?shù)降孛娴膶?dǎo)熱流體介質(zhì)加熱器4中。流體動(dòng)力機(jī)13輸出的機(jī)械能，經(jīng)減速后帶動(dòng)一個(gè)葉泵10運(yùn)轉(zhuǎn)，葉泵10將油層中的原油通過(guò)油管9舉升至地面。
參見(jiàn)圖2～圖6，所述的葉泵10包括A.一個(gè)泵筒101；B.兩個(gè)對(duì)稱地設(shè)于泵筒101內(nèi)壁上的隔板102；C.一個(gè)位于泵筒101內(nèi)同軸安裝的泵軸103；D.兩個(gè)對(duì)稱地安裝在泵軸103上的泵葉104；E.一個(gè)安裝在泵筒101頂端，設(shè)有出口凡爾105和出油口106的泵頭107；F.一個(gè)安裝在泵筒101尾端，設(shè)有入口凡爾108、入油口109及驅(qū)動(dòng)接口110的泵座111等。
葉泵10是一種正、反向交替轉(zhuǎn)動(dòng)的油泵。葉泵10內(nèi)的兩個(gè)泵葉104與泵筒101上的兩個(gè)隔板102之間共形成四個(gè)腔室。當(dāng)泵軸103帶動(dòng)泵葉104向某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)泵葉104與其運(yùn)動(dòng)方向相對(duì)的隔板102之間的兩個(gè)腔室容積同時(shí)縮小，壓力增高，導(dǎo)致將該兩個(gè)腔室上部的出口凡爾105打開(kāi)，下部入口凡爾108關(guān)閉，腔室內(nèi)油液被排出，經(jīng)出油口106進(jìn)入油管9；同時(shí)，兩個(gè)泵葉104與其運(yùn)動(dòng)方向相反的隔板102之間的兩個(gè)腔室容積同時(shí)增大，壓力降低，使入口凡爾108打開(kāi)，出口凡爾105關(guān)閉，油層中的原油經(jīng)入油口109和入口凡爾108被吸入泵筒101。當(dāng)泵葉104向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩對(duì)腔室所起的作用改變?cè)瓉?lái)排出油液的，現(xiàn)在吸入油液；原來(lái)吸入油液的，現(xiàn)在排出油液。所以，在葉泵10的每半個(gè)運(yùn)動(dòng)周期(正向或反向半周)中，總有兩個(gè)腔室(近50％容積)吸油，同時(shí)另兩個(gè)腔室(近50％容積)在排油。
因此，葉泵具有體積小、能耗小、泵效高、制造工藝簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，能廣泛適用于稀油、稠油、高凝油的開(kāi)采，也適合作為含砂、含氣油井的采油泵?？煞奖愕匕惭b于豎井、斜井或水平井內(nèi)作深層石油開(kāi)采。
參見(jiàn)圖7～圖9，所述的換向機(jī)11包括A.機(jī)殼121；B.軸承122；C.輸入軸123；D.設(shè)在輸入軸123上的正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)齒盤(pán)124和反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)齒盤(pán)125；E.設(shè)在輸入軸123兩側(cè)且軸線相互平行的正轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪126和反轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪127；F.設(shè)在輸入軸123軸線延長(zhǎng)線上的輸出軸120；G.設(shè)在輸出軸120上的正向輸出齒盤(pán)128和設(shè)在正向輸出齒盤(pán)128底面上的反向輸出齒盤(pán)129等。
換向機(jī)11是配合葉泵10使用的機(jī)械裝置，其功能是將軸的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)換為正向半周、反向半周反復(fù)交替的轉(zhuǎn)動(dòng)。它的工作原理如下當(dāng)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的輸入軸123在某一半周轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，半圓形的正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)齒盤(pán)124開(kāi)始與正轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪126嚙合，而正轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪126與正向輸出齒盤(pán)128嚙合，這樣，輸入軸123轉(zhuǎn)動(dòng)半周，通過(guò)這三個(gè)正轉(zhuǎn)齒輪與齒盤(pán)的傳動(dòng)關(guān)系，使輸出軸120以相同方向轉(zhuǎn)動(dòng)半周。由于正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)齒盤(pán)124為一半圓形(180°)，所以在這個(gè)半周轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)束時(shí)，它即與正轉(zhuǎn)傳動(dòng)輪126脫離。而反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)齒盤(pán)125因半徑不同，并不能與正轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪126嚙合。當(dāng)輸入軸123開(kāi)始下一半周轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)齒盤(pán)125開(kāi)始與輸入軸123另一側(cè)的反轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪127嚙合，而反轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪127一直與輸出軸120上的反轉(zhuǎn)輸出齒盤(pán)129嚙合，所以，在這個(gè)半周內(nèi)，輸入軸123驅(qū)動(dòng)輸出軸120作反向轉(zhuǎn)動(dòng)。而這時(shí)，正向驅(qū)動(dòng)齒盤(pán)124與正轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪126脫離，輸出軸120帶動(dòng)正轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪126空轉(zhuǎn)，不影響反向半周的轉(zhuǎn)動(dòng)。同理，正轉(zhuǎn)半周時(shí)，反轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪127空轉(zhuǎn)，不影響正轉(zhuǎn)進(jìn)行。
在本實(shí)施例中，導(dǎo)熱流體介質(zhì)加熱器4、加壓泵3、井口裝置7、流體動(dòng)力機(jī)13和油層加熱器14等，均可采用已有的設(shè)備，此處不再詳述。另外，本實(shí)施例中，減速器12亦采用常見(jiàn)的擺線針輪減速器，并與換向機(jī)11合為一整體。
本發(fā)明的采油裝置，可以完整地實(shí)現(xiàn)抽油加熱二合一采油方法。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有顯著的優(yōu)越性1.顯著減少了采油設(shè)備的占地面積；2.降低了地面和井下設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)和運(yùn)營(yíng)成本；3.降低了工藝和設(shè)備的復(fù)雜程度，便于制造和維修；4.降低了能耗；5.提高了采油生產(chǎn)效率，降低了原油成本；6.適用面廣，特別能滿足稠粘油井的開(kāi)采需要。
權(quán)利要求
1.一種抽油加熱二合一葉泵采油方法，屬一種稠粘原油開(kāi)采技術(shù)，其特征在于A.在地面將導(dǎo)熱流體介質(zhì)加熱到所需溫度；B.對(duì)導(dǎo)熱流體介質(zhì)加壓，輸送至井下；C.導(dǎo)熱流體介質(zhì)驅(qū)動(dòng)井下的流體動(dòng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)，并將熱量擴(kuò)散到周圍的原油油液中；D.導(dǎo)熱流體介質(zhì)被輸送回地面，重復(fù)所述A至C步驟；E.將流體動(dòng)力機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)調(diào)整至所需的轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)換成正向半周、反向半周反復(fù)交替的轉(zhuǎn)動(dòng)；F.驅(qū)動(dòng)葉泵運(yùn)轉(zhuǎn)；G.葉泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)部所產(chǎn)生的腔室效應(yīng)導(dǎo)致將泵外油層中的原油從尾端吸入泵內(nèi)，并從其頂端將泵內(nèi)油液排出；H.葉泵持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，油層中的原油不斷被舉升至地面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油加熱二合一葉泵采油方法，其特征在于在導(dǎo)熱流體介質(zhì)進(jìn)入流體動(dòng)力機(jī)之前，還可以對(duì)已泵出的油液進(jìn)行加熱。
3.一種抽油加熱二合一葉泵采油裝置，屬一種實(shí)現(xiàn)前述采油方法的稠粘原油采油設(shè)備，其特征在于它包括A.一個(gè)設(shè)在地面的導(dǎo)熱流體介質(zhì)加熱裝置(4)；B.一個(gè)加壓泵(3)，經(jīng)管路連通導(dǎo)熱流體介質(zhì)加熱裝置(4)；C.井口裝置(7)，加壓泵(3)輸出的導(dǎo)熱流體介質(zhì)通過(guò)管路(5)由此輸入井下；D.油管(9)，其上端連接井口裝置(7)；E.套管(8)；F.一個(gè)葉泵(10)，其上端與油管(9)連通；G.一個(gè)換向機(jī)(11)，其輸出端與葉泵(10)底部的接口連接；H.一個(gè)減速器(12)，連接并驅(qū)動(dòng)換向機(jī)(11)；I.一個(gè)流體動(dòng)力機(jī)(13)，連接并驅(qū)動(dòng)減速器(12)，導(dǎo)熱流體介質(zhì)輸入口通過(guò)管路(5)連接加壓泵(3)；J.一個(gè)油層加熱器(14)，導(dǎo)熱流體介質(zhì)入口連通流體動(dòng)力機(jī)(13)尾端的介質(zhì)出口，其導(dǎo)熱流體介質(zhì)出口通過(guò)管路(6)連通導(dǎo)熱流體介質(zhì)加熱裝置(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抽油加熱二合一葉泵采油裝置，其特征在于所述的葉泵(10)包括A.一個(gè)泵筒(101)；B.兩個(gè)對(duì)稱地設(shè)于泵筒(101)內(nèi)壁上的隔板(102)；C.一個(gè)位于泵筒(101)內(nèi)同軸安裝的泵軸(103)；E.兩個(gè)對(duì)稱地安裝在泵軸(103)上的泵葉(104)；F.一個(gè)安裝在泵筒(101)頂端，設(shè)有出口凡爾(105)和出油口(106)的泵頭(107)；G.一個(gè)安裝在泵筒(101)尾端，沒(méi)有入口凡爾(108)、人油口(109)及驅(qū)動(dòng)接口(110)的泵座(111)等。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的抽油加熱二合一葉泵采油裝置，其特征在于所述的換向機(jī)(11)包括A.機(jī)殼(121)；B.軸承(122)；C.輸入軸(123)；E.設(shè)在輸入軸(123)上的正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)齒盤(pán)(124)和反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)齒盤(pán)(125)；F.設(shè)在輸入軸(123)兩側(cè)且軸線相互平行的正轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪(126)和反轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪(127)；G.設(shè)在輸入軸(123)軸線延長(zhǎng)線上的輸出軸(120)；H.設(shè)在輸出軸(120)上的反向輸出齒盤(pán)(129)和；I.設(shè)在反向輸出齒盤(pán)(129)底面上的正向輸出齒盤(pán)(128)等。
全文摘要
本發(fā)明是一種適合稠粘原油開(kāi)采的方法和裝置。它以高溫高壓導(dǎo)熱流體介質(zhì),在驅(qū)動(dòng)流體動(dòng)力機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力的同時(shí),對(duì)油層進(jìn)行加熱,便于稠粘原油入井入泵。所采用的葉泵裝置,體積小、泵效高、制造簡(jiǎn)單、成本低。本發(fā)明能減少采油設(shè)備占地面積,降低設(shè)備復(fù)雜程度和購(gòu)置費(fèi)用,便于操作和維護(hù),降低能耗和采油成本,提高了采油生產(chǎn)效率。廣泛適用于各類油田特別是稠粘油田的開(kāi)采。
文檔編號(hào)E21B43/16GK1195066SQ9810195
公開(kāi)日1998年10月7日 申請(qǐng)日期1998年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月20日
發(fā)明者葉少華, 劉運(yùn)林 申請(qǐng)人:葉少華, 劉運(yùn)林