專利名稱：防煤粉管式排采泵的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種煤層氣 井排采中用于抽吸井液的排采泵，特別是涉及一種 能防止煤粉埋泵、卡泵和延長檢泵周期的管式排采泵。
背景技術：
目前，我國鉆煤層氣井3000多口，投入排采1500多口，且每年將以1000 口的 速度增加，研制煤層氣開采專用的排采泵具有廣闊的市場應用前景。當前煤層氣開采仍 然采用的是采油采氣方面的技術和經(jīng)驗，還沒有形成自己的體系，90%以上的煤層氣井 均使用的是開采常規(guī)油氣時常用的抽油泵，由于煤層氣井自身井淺(通常在500 1000 米)、沉沒度較低(穩(wěn)定生產(chǎn)時僅為20 30米)、產(chǎn)能較小(穩(wěn)定生產(chǎn)時產(chǎn)氣量2000方 /天左右，產(chǎn)水量常小于10方/天)、沖程小和沖次低等實際情況，與石油天然氣礦場差 別較大，使得所移植抽油泵的使用效果并不理想，現(xiàn)場使用中存在設備不配套、磨損嚴 重等問題，主要體現(xiàn)在(1)煤層氣井下泵時，泵的沉沒度較低，導致泵閥打開困難， 泵的充滿系數(shù)和泵效較低，并且容易發(fā)生卡泵；(2)井液中煤粉顆粒較多并伴有煤焦等 黏性物，泵下端液體入泵流速較低，煤粉顆粒在泵筒外和泵腔中易沉積，造成埋泵；(3) 抽吸井液中，泵閥不能快速復位，造成泵閥堵死。由此造成檢泵周期過短，嚴重影響了 煤層氣井的正常、經(jīng)濟排采和高產(chǎn)，降低了煤層氣的投資效益。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有煤層氣井所移植排采泵的不足，本實用新型的目的是提供一種更 適合煤層氣開采使用的防煤粉管式排采泵。該排采泵通過特殊的結(jié)構，實現(xiàn)泵閥的快速 復位和自沖洗以及泵下部結(jié)構的往復運動，防止煤粉卡泵、堵泵和埋泵。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是開發(fā)一種防煤粉管式排采泵， 主要由泵筒總成、柱塞總成、進液閥總成和固定裝置四部分組成。上沖程中，柱塞上 行，進液閥在井筒中沉沒壓力的作用下打開，井液流經(jīng)進液閥進入泵筒內(nèi)，而柱塞以下 的泵腔容積增大，出液閥在上下壓差的作用下關閉，柱塞以上的井液隨柱塞向上運動， 舉升至地面。下沖程中，柱塞下行，泵腔內(nèi)壓增大，出液閥打開，進液閥關閉，井液流 經(jīng)出液閥進入柱塞以上的泵腔中，由此柱塞上下往復運動一次，排采泵完成了一個抽吸 周期。泵筒總成主要包括泵筒外筒、定筒、射流孔、上泵筒接箍等。泵筒是泵最主要 的零件，由里而外依次分為定筒和泵筒外筒兩部分，其內(nèi)孔表面化學鍍處理，鍍層厚度 大于0.065毫米，鍍層與基體金屬牢固結(jié)合，并與柱塞高精度配合；泵筒外筒的內(nèi)孔尺 寸比柱塞外孔尺寸略大一點，泵筒外筒長需保證柱塞在上沖程死點處能越出泵筒一定長 度，把泵筒中沉積的煤粉帶出泵筒外面，保護泵筒工作面；泵筒外筒的兩端帶有螺紋， 其上端與上泵筒接箍連接，下端與下泵筒接箍連接，并以額定的上扣扭矩保證上下泵筒 接箍內(nèi)孔端面與泵筒端面的密封。泵筒外筒、定筒與柱塞外筒形成一個容積腔，即防煤粉槽，可以暫時容納進入柱塞和泵筒間隙的煤粉顆粒，減小煤粉等固體顆粒對柱塞和泵 筒的磨損，并且在定筒下半部分加工有射流孔，射流孔的孔眼位于進液閥閥罩內(nèi)，分三 層布置，每層均布排列，層間孔眼交錯排列，孔眼的剖面呈平行四邊形，夾角為75°左 右，由此柱塞在上下沖程中，通過防煤粉槽中儲存的井液沖洗進液閥罩內(nèi)沉積的煤粉等 固體顆粒，實現(xiàn)排采泵進液閥的自沖洗功能。柱塞總成主要包括上下出液閥閥罩、上下出液閥球、上下出液閥閥座，柱塞外 筒、內(nèi)筒、上下出液閥彈簧、上下出液閥定位銷組成。柱塞也是排采泵的主要零件，由 里而外依次分為內(nèi)筒和柱塞外筒兩部分，柱塞表面噴焊處理，噴焊層與基體金屬牢固結(jié) 合，柱塞外筒和內(nèi)筒與泵筒外筒和定筒高精度配合，其中，柱塞外筒和泵筒外筒的配合 間隙設計為0.100 0.163毫米，柱塞外筒和定筒的配合間隙設計為0.075 0.138毫米， 定筒和內(nèi)筒的配合間隙設計為0.050 0.113毫米。柱塞上部的上出液閥閥罩表面磷化 處理，下端與柱塞上端的閥座相連，內(nèi)裝有上出液閥球、上出液閥定位銷和上出液閥彈 簧，上端加工有外螺紋，通過排采桿接箍與排采桿柱相連，閥罩壁上加工有流道，流道 設計成流線型，降低井液流經(jīng)閥罩時的壓力損失。柱塞下部的下出液閥閥罩表面磷化處 理，上端通過螺紋與柱塞內(nèi)筒相連，內(nèi)裝有下出液閥球、下出液閥閥座、下出液閥定位 銷和下出液閥彈簧，閥罩頂壁加工有流道，流道截面呈圓形，均布排列。上下出液閥球 采用半球形結(jié)構，上下出液閥閥座采用柱狀結(jié)構，中間分別加工有截面為圓形的流道， 出液閥球的球面與出液閥閥座上端的密封面進行精密研磨處理，出液閥球磨后進行退磁 處理，與出液閥閥座配研后的密封帶寬不小于2毫米；上下出液閥定位銷采用階梯軸結(jié) 構，上端與閥罩頂壁連接并與其內(nèi)孔精密配合，形成移動副，下端與閥球端面連接形成 軸肩，來定位貫穿其中的上下出液閥彈簧；上下出液閥彈簧通過上下出液閥定位銷的導 向作用實現(xiàn)伸縮，分別輔助上下出液閥球的快速復位。進液閥總成與固定裝置主要由進液閥球、進液閥閥座與閥罩、進液閥柱塞、進 液閥彈簧、攪拌器、壓緊接頭、導向裝置、下泵筒接箍、篩管組成，通過導向裝置和固 定裝置使進液閥總成不能上下竄動。進液閥閥罩表面磷化處理，上端與泵筒定筒的內(nèi)螺 紋連接，內(nèi)裝有進液閥球、進液閥閥座、進液閥柱塞和進液閥彈簧，閥罩頂壁加工有流 道，流道截面呈圓形，均布排列，下端與導向裝置相連接。進液閥球采用半球形結(jié)構， 進液閥閥座采用柱狀結(jié)構，中間加工有截面為圓形的流道，進液閥球的球面與進液閥閥 座上端的密封面進行精密研磨處理，進液閥球磨后進行退磁處理，與進液閥閥座配研后 的密封帶寬不小于2.5毫米；進液閥柱塞采用階梯軸結(jié)構，上端與閥罩頂面連接并與其中 間的孔道精密配合，形成移動副，下端與閥球上端面連接形成軸肩，來定位貫穿其中的 進液閥彈簧；進液閥彈簧通過進液閥柱塞的導向作用實現(xiàn)伸縮，輔助 進液閥柱塞的上下 運動和進液閥球的快速復位，實現(xiàn)低沉沒度下泵閥的開啟。導向裝置四周加工有均布排 列的圓形流道，中間孔道與攪拌器上端的導向桿精密配合，形成移動副，輔助攪拌器的 上下運動。固定裝置位于導向裝置的下部，其外部為下泵筒接箍，通過管螺紋與篩管上 端相連；其內(nèi)部為壓緊接頭，采用階梯軸結(jié)構，中間加工有截面為圓形的流道，下端加 工有外螺紋，與下泵筒接箍連接，從而將進液閥總成和導向裝置與泵筒固定在一起。攪 拌器采用四葉開啟渦輪式結(jié)構，上端的導向桿穿過導向裝置中間孔道后，與進液閥球下 端面連接，伴隨進液閥柱塞的往復運動，帶動攪拌器的葉片旋轉(zhuǎn)，不斷地攪動排采泵底部篩管內(nèi)的井液和沉積的煤粉，防止煤粉顆粒在篩管內(nèi)快速沉降。[0008]本實用新型所能達到的技術效果是，采用半球形進液閥球和出液閥球的結(jié)構， 可以增大泵閥的流道面積，提高井液的進泵速度，防止煤粉顆粒在泵筒內(nèi)沉積，并有利 于煤粉顆粒在液力的作用下攜帶出泵，防止煤粉卡泵；采用復位彈簧加定位銷和進液閥 柱塞的結(jié)構，可以提高閥球的復位能力，減少漏失，降低泵閥的打開難度，實現(xiàn)低沉沒 度下泵閥的順利開啟；泵筒外筒長保證柱塞在上沖程死點處越出泵筒一定長度，帶出泵 筒中沉積的煤粉，同時采用防煤粉槽，暫時容納進入柱塞和泵筒間隙的煤粉，減小煤粉 等固體顆粒對柱塞和泵筒的磨損；防煤粉槽底部有射流孔，利用槽中儲存的井液沖洗閥 罩內(nèi)的煤粉等固體顆粒，實現(xiàn)排采泵的自沖洗功能，防止煤粉在閥罩內(nèi)沉積使得進液閥 堵死，而造成煤粉堵泵；攪拌裝置的往復運動，帶動葉片旋轉(zhuǎn)，不斷地攪動篩管內(nèi)的 井液和沉積的煤粉，防止煤粉顆粒在篩管內(nèi)快速沉降，通過泵抽吸將井液和煤粉一起抽 出，防止煤粉顆粒埋泵，最終達到延長檢泵周期的目的。


[0009]
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的說明[0010]圖1是根據(jù)本實用新型所提出的防煤粉管式排采泵的典型結(jié)構簡圖。[0011]圖2是防煤粉管式排采泵中泵筒總成與柱塞總成的結(jié)構簡圖。[0012]圖3是防煤粉管式排采泵中進液閥總成與固定裝置的結(jié)構簡圖。[0013]圖4是防煤粉管式排采泵的工作原理簡圖。[0014]圖中1-排采桿，2-泵筒總成，3-柱塞總成，4-固定裝置，5-進液閥總成， 6-上泵筒接箍，7-上出液閥彈簧，8-泵筒外筒，9-上出液閥閥座，10-柱塞外筒， 11-內(nèi)筒，12-定筒，13-下出液閥閥座，14-下泵筒接箍，15-射流孔，16-下出液閥 球，17-下出液閥彈簧，18-下出液閥閥罩，19-下出液閥定位銷，20-上出液閥閥罩， 21-上出液閥球，22-上出液閥定位銷，23-進液閥閥罩，24-進液閥柱塞，25-導向裝 置，26-壓緊接頭，27-篩管，28-攪拌器，29-進液閥球，30-進液閥閥座，31-進液閥 彈簧。
具體實施方式
[0015]在圖1中，防煤粉管式排采泵由上而下依次為排采桿1、柱塞總成3、泵筒總成 2、進液閥總成5和固定裝置4，根據(jù)煤層氣井實際開采要求，可以在上泵筒接箍6的頂部 增裝加長短節(jié)，在下泵筒接箍14與篩管27間增裝氣錨、尾管等井下器具。[0016]在圖1中，下泵前，仔細檢查柱塞總成3在泵筒總成2內(nèi)的靈活度，并保持柱塞 和泵筒的潤滑與清潔，同時檢查各螺紋連接處是否牢固，有無松動、損傷和銹蝕。下泵 時，首先將泵筒總成2、固定裝置4和進液閥總成5隨排采管一起下到井中的設計深度， 然后再將柱塞總成3隨排采桿1下入井內(nèi)。起泵時，首先將柱塞總成3隨排采桿1取出， 然后起出排采管就可以把泵筒總成2取出。[0017]在圖2中，排采泵的泵筒總成2直接接在排采管柱下端，包括泵筒外筒8和定筒 12，泵筒總成2的上部為上泵筒接箍6，上泵筒接箍6下端與泵筒外筒8的上端連接，其 上端通過管螺紋與排采管下端連接，從而將整個排采泵固定在排采管柱上。泵筒總成2的下部為下泵筒接 箍14，下泵筒接箍14上端與泵筒外筒8的下端連接，其下端通過管螺 紋與篩管27等井下器具連接。在圖2中，柱塞總成3隨排采桿1下入泵筒內(nèi)，包括柱塞外筒10和內(nèi)筒11，柱 塞總成3上部的上出液閥閥罩20上端加工有外螺紋，與排采桿接箍下端相連，排采桿接 箍上端通過螺紋與排采桿1下端相連，從而將柱塞總成3固定在排采桿柱上。在圖2中，泵筒和柱塞高精度配合，由里而外依次為內(nèi)筒11、定筒12、柱塞外 筒10和泵筒外筒8。組裝前，泵筒總成2和柱塞總成3各部件去毛刺并清洗干凈；組裝 時，先將各部件涂上厭氧膠，然后檢查化學鍍泵筒與噴焊柱塞構成的摩擦副，避免相同 表面處理方式的泵筒與柱塞配合，最后進行裝配；組裝后，柱塞置于泵筒內(nèi)往復拉動和 轉(zhuǎn)動，應輕快靈活無阻滯。試驗和檢驗合格后，泵筒外筒8的外表面應噴漆處理。在圖3中，進液閥總成5的下部依次安裝導向裝置25和固定裝置4，導向裝置 25的中間孔道與攪拌器28上端的導向桿精密配合，輔助攪拌器28的上下往復運動，固定 裝置4內(nèi)部的壓緊接頭26通過外部的下泵筒接箍14與篩管27連接在一起，進液閥總成 5和固定裝置4裝配前的各零件清洗干凈，最終旋緊時，普通螺紋應涂螺紋密封膠。在圖4中，上沖程運動過程中，排采桿1帶動柱塞總成3向上運動，上出液閥彈 簧7和下出液閥彈簧17分別沿上出液閥定位銷22和下出液閥定位銷19方向伸長，上出 液閥球21和下出液閥球16分別落回上出液閥閥座9和下出液閥閥座13，出液閥關閉，泵 筒外筒8、柱塞外筒10和定筒12形成的防煤粉槽中壓力減小，進液閥柱塞24向上運動帶 動攪拌器28同時向上運動，進液閥彈簧31沿導向裝置25方向收縮，進液閥球29在壓差 與進液閥彈簧31的作用下離開進液閥閥座30，進液閥順利打開，井液由篩管27中先后 流經(jīng)壓緊接頭26、導向裝置25、進液閥閥座30和進液閥閥罩23的流道進入泵筒內(nèi)，并 且一部分井液由射流孔15進入防煤粉槽中。同時，柱塞總成3和出液閥以上的井液伴隨 排采桿1向上運動，舉升至地面上來，上沖程結(jié)束時完成篩管27中井液進泵和柱塞總成 3上井液出井的過程。在圖4中，下沖程運動過程中，排采桿1帶動柱塞總成3向下運動，上出液閥 彈簧7和下出液閥彈簧17分別沿上出液閥定位銷22和下出液閥定位銷19方向收縮，上 出液閥球21和下出液閥球16在壓差與上出液閥彈簧7和下出液閥彈簧17的作用下分別 離開上出液閥閥座9和下出液閥閥座13，出液閥順利打開，泵筒外筒8、柱塞外筒10和 定筒12所形成的防煤粉槽壓力增大，進液閥柱塞24向下運動帶動攪拌器28同時向下運 動，進液閥彈簧31沿導向裝置25方向伸長，進液閥球29落回進液閥閥座30，進液閥關 閉，井液從防煤粉槽底部的射流孔15進入進液閥閥罩23內(nèi)，沖洗煤粉等固體顆粒，使煤 粉不易在閥罩內(nèi)沉積，然后井液由定筒12中先后流經(jīng)進液閥閥罩23、下出液閥閥座13、 下出液閥閥罩18、上出液閥閥座9和上出液閥閥罩20的流道進入柱塞以上的泵腔內(nèi)。同 時，排采桿1向下運動浸入一個沖程長度的排采管中，井口排出排采桿1沖程長度體積的 井液，下沖程結(jié)束時完成泵筒中井液出泵和柱塞總成3上排采桿1沖程長度體積井液出井 的過程。
權利要求1.一種防煤粉管式排采泵，由上而下依次為柱塞總成、泵筒總成、進液閥總成和固 定裝置四部分，泵筒總成、固定裝置和進液閥總成隨排采管一起下到井中的設計深度， 柱塞總成裝在排采桿柱下部并隨桿柱作往復運動，上沖程中，出液閥彈簧沿出液閥定位 銷伸長，出液閥球落回出液閥閥座，防煤粉槽中壓力減小，進液閥彈簧收縮，進液閥柱 塞帶動攪拌器向上運動，井液流經(jīng)射流孔進入防煤粉槽，下沖程中，防煤粉槽中壓力增 大，井液由防煤粉槽的射流孔進入進液閥，沖洗進液閥閥罩內(nèi)煤粉，然后流經(jīng)出液閥進 入柱塞以上的泵腔，其特征是泵筒由里而外依次分為定筒和泵筒外筒兩部分，泵筒外 筒的兩端帶有螺紋，其上端與上泵筒接箍連接，下端與下泵筒接箍連接，并以額定的上 扣扭矩保證上下泵筒接箍內(nèi)孔端面與泵筒端面的密封，泵筒外筒、定筒與柱塞外筒形成 一個容積腔，即防煤粉槽，并且在定筒下部加工有射流孔，射流孔的孔眼位于進液閥閥 罩內(nèi)，分三層布置，每層均布排列，層間孔眼交錯排列，孔眼的剖面呈平行四邊形，夾 角為75°左右；柱塞由里而外依次分為內(nèi)筒和柱塞外筒兩部分，柱塞外筒和內(nèi)筒與泵筒 外筒和定筒高精度配合，上下出液閥球采用半球形結(jié)構，上下出液閥閥座中間分別加工 有截面為圓形的流道，出液閥球的球面與出液閥閥座上端的密封面進行精密研磨處理， 上下出液閥定位銷采用階梯軸結(jié)構，上端與閥罩頂壁連接并與其內(nèi)孔精密配合，形成移 動副，下端與閥球端面連接形成軸肩，定位貫穿其中的上下出液閥彈簧；進液閥球采用 半球形結(jié)構，進液閥球的球面與進液閥閥座上端的密封面進行精密研磨處理，進液閥柱 塞采用階梯軸結(jié)構，上端與閥罩頂面連接并與其中間的孔道精密配合，形成移動副，下 端與閥球上端面連接形成軸肩，定位貫穿其中的進液閥彈簧，進液閥閥罩下端依次與導 向裝置和固定裝置相連，導向裝置四周加工有均布排列的圓形流道，中間孔道與攪拌器 上端的導向桿精密配合，形成移動副，固定裝置外部為下泵筒接箍，通過管螺紋與篩管 上端相連，內(nèi)部為壓緊接頭，采用階梯軸結(jié)構，中間加工有截面為圓形的流道，下端加 工有外螺紋，與下泵筒接箍連接，攪拌器采用四葉開啟渦輪式結(jié)構，上端的導向桿穿過 導向裝置中間孔道后，與進液閥球下端面連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的防煤粉管式排采泵，其特征是泵筒外筒和定筒的內(nèi)孔表 面進行化學鍍處理，柱塞外筒和內(nèi)筒表面進行噴焊處理。
3.根據(jù)權利要求1所述的防煤粉管式排采泵，其特征是柱塞外筒和泵筒外筒的配 合間隙為0.100 0.163毫米，柱塞外筒和定筒的配合間隙為0.075 0.138毫米，定筒和 內(nèi)筒的配合間隙為0.050 0.113毫米。
4.根據(jù)權利要求1所述的防煤粉管式排采泵，其特征是出液閥球和進液閥球磨后 分別進行退磁處理，出液閥球與出液閥閥座配研后的密封帶寬不小于2毫米，進液閥球 與進液閥閥座配研后的密封帶寬不小于2.5毫米。
5.根據(jù)權利要求1所述的防煤粉管式排采泵，其特征是泵筒總成的上部為上泵筒 接箍，通過管螺紋與排采管下端連接，下部為下泵筒接箍，通過管螺紋與篩管等井下器 具連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的防煤粉管式排采泵，其特征是柱塞總成上部的上出液閥 閥罩上端加工有外螺紋，通過排采桿接箍連接于排采桿下端。
專利摘要本實用新型提供了一種防煤粉管式排采泵，用于抽吸煤層氣井內(nèi)液體，特別是能防止煤粉埋泵、卡泵并延長檢泵周期。它是由泵筒總成、柱塞總成、進液閥總成和固定裝置組成。半球形閥球增大泵閥的流道面積，提高井液進泵速度，利于井液攜帶煤粉出泵，防止煤粉卡泵；復位彈簧配合定位銷增強閥球的復位能力，減少漏失，實現(xiàn)低沉沒度下泵閥的順利開啟；防煤粉槽可暫時容納煤粉，減小煤粉對柱塞和泵筒的磨損；防煤粉槽底部設有射流孔，利用槽中儲存的井液沖洗閥罩內(nèi)的煤粉，實現(xiàn)排采泵的自沖洗功能，防止進液閥堵死造成堵泵；攪拌器伴隨進液閥柱塞的往復運動，帶動葉片旋轉(zhuǎn)，不斷地攪動篩管內(nèi)的井液和沉積的煤粉，防止煤粉顆粒在篩管內(nèi)快速沉降，造成煤粉埋泵。
文檔編號F04B53/10GK201802597SQ20102056425
公開日2011年4月20日 申請日期2010年10月9日 優(yōu)先權日2010年10月9日
發(fā)明者劉新福, 劉春花, 吳建軍, 綦耀光, 趙培華 申請人:中國石油大學(華東)