專利名稱：一種高效節(jié)能有桿抽稠泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及稠油蒸汽吞吐或蒸汽驅(qū)油井用的有桿抽稠泵節(jié)能、有桿抽稠泵泵效提高和抽油機(jī)系統(tǒng)效率提高，特別涉及一種高效節(jié)能有桿抽稠泵。
背景技術(shù)：
從全世界所有油田統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，大約有80％的油井是采用有桿泵抽油機(jī)來生產(chǎn)的，中國(guó)更是有92％的油井使用有桿泵抽油機(jī)。然而目前有桿泵抽油機(jī)系統(tǒng)效率普遍很低，從國(guó)外統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，抽油機(jī)系統(tǒng)效率只有28％～29％，而中國(guó)7萬多口井的抽油機(jī)系統(tǒng)效率只有25.96％，有的油田抽油機(jī)系統(tǒng)效率平均只有20％左右，更為嚴(yán)重的是部分油井的抽油機(jī)系統(tǒng)效率不到10％。如何在滿足油田產(chǎn)量需求的前提下實(shí)現(xiàn)節(jié)能和提高有桿泵抽油機(jī)系統(tǒng)效率是擺在工程技術(shù)人員面前的重大課題。
為此人們先后在有桿泵抽油機(jī)改進(jìn)、電機(jī)改進(jìn)和電控節(jié)能裝置研究方面作了大量的工作，并取得了一定效果，抽油機(jī)系統(tǒng)效率也有所提高。美國(guó)加利福尼亞州1065口油井應(yīng)用新技術(shù)后抽油機(jī)系統(tǒng)效率提高到29.4％；我國(guó)大慶油田69口油井應(yīng)用新技術(shù)后抽油機(jī)系統(tǒng)效率提高到28.74％。
中國(guó)專利ZL99109780.7或其同族的美國(guó)專利US6640896B1公開了一種有桿泵機(jī)械采油工藝參數(shù)確定方法，它首次提出了抽油機(jī)全系統(tǒng)各種功率計(jì)算方法，可以計(jì)算出各種井況條件下、各種采油工藝參數(shù)組合下的抽油機(jī)系統(tǒng)效率，以優(yōu)選出系統(tǒng)效率最高或較高的采油工藝參數(shù)組合，從而可大幅度地提高有桿泵抽油機(jī)系統(tǒng)效率。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況來看，實(shí)施該專利后大部分油井仍能保持住原來的產(chǎn)量，但由于沖次降低導(dǎo)致了不少油井產(chǎn)量下降或者動(dòng)液面上升，這對(duì)專利使用單位采油廠來說是無法接受的事實(shí)。針對(duì)目前技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)根據(jù)產(chǎn)量變化實(shí)時(shí)提高抽油機(jī)系統(tǒng)效率的事實(shí)，發(fā)明專利200510079999.4公開了可根據(jù)油井產(chǎn)量變化實(shí)時(shí)提高抽油機(jī)系統(tǒng)效率的方法及裝置，實(shí)用新型專利200520110861.1公開了抽油機(jī)多級(jí)沖次調(diào)節(jié)裝置，發(fā)明專利200510083838.2公開了抽油機(jī)沖程調(diào)節(jié)方法及裝置，實(shí)用新型專利200520113709.9公開了抽油機(jī)沖程調(diào)節(jié)裝置。
人們?cè)陂_展提高抽油機(jī)系統(tǒng)效率的研究中，很少涉及到有桿抽油泵如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能，也就是說從未把超過百年歷史的有桿抽油泵作為節(jié)能突破口。為此實(shí)用新型專利200520114355.X公開了一種高效節(jié)能有桿抽油泵，該專利首次提出了有桿抽油泵利用地層能量即地層流動(dòng)壓力實(shí)現(xiàn)光桿載荷降低和抽油機(jī)節(jié)能的方法。
圖1展示了實(shí)用新型專利200520114355.X公開的一種高效節(jié)能有桿抽油泵示意圖。高效節(jié)能有桿抽油泵包括光桿1、套管2、動(dòng)液面3、油管4、地層5、人工井底6、游動(dòng)閥7、柱塞下端面8、柱塞9、泵筒10、密封光桿11、密封短節(jié)12、固定閥13、脫接機(jī)構(gòu)14、固定閥座15、泵腔16、游動(dòng)閥通道17、固定閥通道18。所述的泵筒10與上部油管4相連；所述的固定閥座15位于泵筒10的頂部并相互連接在一起；所述的固定閥13坐落在固定閥座15上；所述的柱塞9位于泵筒10的內(nèi)部，并能在泵筒10內(nèi)上下活動(dòng)，其柱塞9頂部與密封光桿11相連；所述的游動(dòng)閥7坐落在柱塞9上；所述的脫接機(jī)構(gòu)14是用于連接或斷開光桿1和密封光桿11的；所述的密封短節(jié)12與固定閥座15相連，密封光桿11可以從其中心孔上下運(yùn)動(dòng)。該實(shí)用新型最大特點(diǎn)就是不再象常規(guī)有桿抽油泵一樣把固定閥置于泵筒下部并把游動(dòng)閥及柱塞置于固定閥的上部，而是把固定閥13及固定閥座15置于泵筒10的頂部，并把游動(dòng)閥7及柱塞9置于固定閥13的下方。
下面對(duì)實(shí)用新型專利200520114355.X是如何利用地層能量實(shí)現(xiàn)節(jié)能和提高泵效的進(jìn)行分析。
由于游動(dòng)閥7及柱塞9位于固定閥13的下方，柱塞9的下端面8長(zhǎng)期與地層流出的流體接觸，柱塞9的下端面8處的壓力等于環(huán)空液柱壓力與套管壓力之和。上沖程時(shí)，由于游動(dòng)閥7關(guān)閉，柱塞下端面8處的壓力將對(duì)其產(chǎn)生一個(gè)向上的推力，從而可以降低上沖程過程中的光桿載荷，實(shí)現(xiàn)有桿抽油泵節(jié)能的目的。地層流體通過游動(dòng)閥7進(jìn)入高效節(jié)能有桿抽油泵的泵腔16，這一點(diǎn)也與常規(guī)有桿抽油泵完全不同。對(duì)于常規(guī)有桿抽油泵來說，地層流體是通過固定閥進(jìn)入泵腔的。由于該實(shí)用新型是通過下行的游動(dòng)閥7進(jìn)流體的，不再象常規(guī)有桿抽油泵一樣需壓差才能進(jìn)流體，而是利用了油管油流上行的慣性力和柱塞主動(dòng)向下捕獲能力的雙重作用，實(shí)現(xiàn)了泵腔16的高充滿系數(shù)，從而提高了泵效。
實(shí)用新型專利200520114355.X公開的一種高效節(jié)能有桿抽油泵，無法適應(yīng)稠油蒸汽吞吐井，也就是說在不動(dòng)管柱的前提下無法實(shí)現(xiàn)既能注汽又能采油的需求。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提出了一種高效節(jié)能有桿抽稠泵，它可以在不動(dòng)管柱的情況下實(shí)現(xiàn)注汽、采油；可以利用地層能量，即地層流動(dòng)壓力對(duì)柱塞產(chǎn)生一個(gè)向上的推力，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)上沖程過程中的光桿載荷的降低，從而達(dá)到有桿抽稠泵節(jié)能的目的；還可以利用油管油流上行的慣性力和柱塞主動(dòng)向下捕獲能力的雙重作用達(dá)到泵腔的高充滿系數(shù)，實(shí)現(xiàn)有桿抽稠泵的泵效提高。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，在實(shí)用新型專利200520114355.X公開的一種高效節(jié)能有桿抽油泵的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)彈簧頂桿、再在泵筒的上部增加一個(gè)大徑泵筒)，需要注汽時(shí)，通過上提光桿把柱塞從泵筒上提到大徑泵筒內(nèi)，并把彈簧頂桿向上推直到把固定閥的閥球推離閥座，此時(shí)固定閥處于常開狀態(tài)，柱塞和大徑泵筒之間就有了環(huán)形空間，從而為注汽提供了通道。需要采油時(shí)，通過下放光桿把柱塞從大徑泵筒放回到泵筒內(nèi)，此時(shí)彈簧頂桿不對(duì)固定閥的閥球產(chǎn)生任何作用。
由于游動(dòng)閥及柱塞位于固定閥的下方，柱塞的下端面長(zhǎng)期與地層流出的流體接觸，上沖程時(shí)，由于游動(dòng)閥關(guān)閉，地層流動(dòng)壓力將對(duì)柱塞下端面產(chǎn)生一個(gè)向上的推力，從而可以降低上沖程過程中的光桿載荷，達(dá)到有桿抽稠泵節(jié)能的目的。由于本高效節(jié)能有桿抽稠泵是通過下行的游動(dòng)閥進(jìn)流體的，不再象常規(guī)有桿抽油泵一樣需壓差才能進(jìn)流體，而是利用了油管油流上行的慣性力和柱塞主動(dòng)向下捕獲能力的雙重作用，實(shí)現(xiàn)了泵腔的高充滿系數(shù)和泵效提高。


圖1為實(shí)用新型專利200520114355.X的高效節(jié)能有桿抽油泵示意圖；圖2為本實(shí)用新型高效節(jié)能有桿抽稠泵示意圖；圖3為本實(shí)用新型高效節(jié)能有桿抽稠泵第二種實(shí)施方式示意圖。
具體實(shí)施方式
圖2為本實(shí)用新型高效節(jié)能有桿抽稠泵示意圖。高效節(jié)能有桿抽稠泵包括光桿21、套管22、動(dòng)液面23、油管24、地層25、人工井底26、游動(dòng)閥27、柱塞下端面28、柱塞29、泵筒30、密封光桿31、密封短節(jié)32、固定閥33、脫接機(jī)構(gòu)34、固定閥座35、大徑泵筒36、游動(dòng)閥通道37、固定閥通道38、彈簧頂桿39。所述的大徑泵筒36是泵筒30中間一段內(nèi)徑放大的部分；所述的彈簧頂桿39其上端位于固定閥通道38內(nèi)，其下部末端與彈簧連接，而彈簧可以與固定閥座的下端面或泵筒相連；所述的固定閥座35位于泵筒30的頂部，并且固定閥座35與泵筒30相互連接在一起；所述的固定閥33坐落在固定閥座35上；所述的柱塞29位于泵筒30的內(nèi)部，并能在泵筒30內(nèi)上下活動(dòng)，柱塞29頂部與密封光桿31相連；所述的游動(dòng)閥27坐落在柱塞29上；所述的脫接機(jī)構(gòu)34是用于連接或斷開光桿21和密封光桿31的；所述的密封短節(jié)32與固定閥座35相連，密封光桿31可以從其中心孔上下運(yùn)動(dòng)。
本實(shí)用新型高效節(jié)能有桿抽稠泵在游動(dòng)閥和固定閥空間相對(duì)位置上與常規(guī)有桿抽油泵完全不同，不再象常規(guī)有桿抽油泵一樣把固定閥置于泵筒下部并把游動(dòng)閥及柱塞置于固定閥的上方，而是把固定閥33及固定閥座35置于泵筒30的頂部，并把游動(dòng)閥27及柱塞29置于固定閥33的下方。
首先對(duì)在不動(dòng)管柱情況下如何實(shí)現(xiàn)注汽和采油進(jìn)行分析。在實(shí)用新型專利200520114355.X高效節(jié)能有桿抽油泵的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)彈簧頂桿、再在泵筒的上部增加一個(gè)大徑泵筒，需要注汽時(shí)，通過上提光桿31把柱塞29從泵筒30上提到大徑泵筒36內(nèi)，并把彈簧頂桿39向上推，直到把固定閥座35的閥球推離閥座，此時(shí)固定閥處于常開狀態(tài)，柱塞和大徑泵筒之間就有了環(huán)形空間，從而為注汽提供了通道。需要采油時(shí)，通過下放光桿31把柱塞29從大徑泵筒36放回到泵筒30內(nèi)，此時(shí)彈簧頂桿39不對(duì)固定閥座35的閥球產(chǎn)生任何作用。
再對(duì)如何利用地層能量實(shí)現(xiàn)節(jié)能和提高泵效進(jìn)行分析。由于游動(dòng)閥27及柱塞29位于固定閥33的下方，柱塞29的下端面28長(zhǎng)期與地層流出的流體接觸，柱塞29的下端面28處的壓力等于環(huán)空液柱壓力與套管壓力之和。上沖程時(shí)，由于游動(dòng)閥27關(guān)閉，柱塞下端面28處的壓力將對(duì)其產(chǎn)生一個(gè)向上的推力，從而可以降低上沖程過程中的光桿載荷，實(shí)現(xiàn)有桿抽油泵節(jié)能的目的。
地層流體通過游動(dòng)閥27進(jìn)入高效節(jié)能抽稠泵的泵腔，這一點(diǎn)也與常規(guī)有桿抽油泵完全不同。對(duì)于常規(guī)有桿抽油泵來說，地層流體是通過固定閥進(jìn)入泵腔的。由于本實(shí)用新型高效節(jié)能有桿抽稠泵是通過下行的游動(dòng)閥27進(jìn)流體的，不再象常規(guī)有桿抽油泵一樣需壓差才能進(jìn)流體，而是利用了油管油流上行的慣性力和柱塞主動(dòng)向下捕獲能力的雙重作用，實(shí)現(xiàn)了泵腔的高充滿系數(shù)，從而提高了泵效。
因?yàn)楸緦?shí)用新型高效節(jié)能有桿抽稠泵的進(jìn)油閥是游動(dòng)閥27，柱塞29下行開始瞬間，作為進(jìn)油閥的游動(dòng)閥27即刻打開，即柱塞29下行瞬間，因?yàn)殚y球在慣性的作用下不能立即與柱塞同步下行，與常規(guī)有桿抽油泵的固定閥式進(jìn)油閥不一樣，常規(guī)有桿抽油泵的進(jìn)油閥需要壓差才能打開，因此本實(shí)用新型高效節(jié)能有桿抽稠泵的進(jìn)油閥的游動(dòng)閥27打開更加迅速及時(shí)。當(dāng)柱塞29上行開始瞬間，作為進(jìn)油閥的游動(dòng)閥27立即關(guān)閉，因?yàn)橛蝿?dòng)閥27在重力作用仍然向下，柱塞29突然改變方向上行，在兩個(gè)相向的力綜合作用下，游動(dòng)閥27很快坐封在閥座上。與常規(guī)有桿抽油泵的固定閥式進(jìn)油閥不一樣，游動(dòng)閥27是在自身重力作用下自動(dòng)關(guān)閉，因此本實(shí)用新型高效節(jié)能有桿抽稠泵的進(jìn)油閥的游動(dòng)閥27關(guān)閉更加迅速及時(shí)。本實(shí)用新型高效節(jié)能有桿抽稠泵的進(jìn)油閥的游動(dòng)閥27迅速及時(shí)打開，為進(jìn)油贏得了時(shí)間；進(jìn)油閥的游動(dòng)閥27關(guān)閉及時(shí)，也為減少泵腔內(nèi)的原油回流漏失贏得了時(shí)間，因此進(jìn)油閥的游動(dòng)閥27打開關(guān)閉迅速及時(shí)也是提高泵效的原因之一。
本實(shí)用新型高效節(jié)能有桿抽稠泵還有利于光桿21下行，因?yàn)槌Ｒ?guī)有桿抽油泵的抽油桿下部端面在下沖程時(shí)承受的壓力是泵腔內(nèi)的壓力，該壓力等于井筒液柱壓力與油壓之和。而本實(shí)用新型高效節(jié)能有桿抽稠泵在抽油桿下沖程時(shí)，抽油桿下部端面在下行時(shí)所承受的壓力是環(huán)空液柱壓力與套壓之和，該壓力小于常規(guī)有桿抽油泵的泵腔壓力。因此相對(duì)于常規(guī)有桿抽油泵來說，本實(shí)用新型高效節(jié)能有桿抽稠泵的光桿21下行更容易，可減少偏摩和彎曲，也有利于提高泵效。
由于上沖程時(shí)，本實(shí)用新型高效節(jié)能有桿抽稠泵的柱塞下端面承受一個(gè)向上的力，降低了光桿21載荷，減少了光桿21變形量，這也有利于提高泵效。
所述的密封短節(jié)32既可采用軟密封與密封光桿31密封，也可采用象泵筒與柱塞一樣的密封方式，將密封短節(jié)32內(nèi)部加工成光滑面，與密封光桿31形成類似于柱塞與泵筒之間的密封。所述的游動(dòng)閥27和/或固定閥33可以由多個(gè)并列閥構(gòu)成，以減少閥對(duì)流體的阻力。所述的游動(dòng)閥27的同一個(gè)閥道上可以采用多個(gè)并列閥球方式，以減少泵漏失的可能性。所述的泵筒30直徑可以大于油管直徑、可小于油管直徑、也可等于油管直徑。
為了防止砂卡，和減少砂對(duì)泵筒及柱塞的影響，可以在柱塞29的下端安裝軟柱塞或在柱塞29上加軟密封環(huán)，以清除泵筒30上的泥沙。
為了防止砂卡，和減少砂對(duì)泵筒及柱塞的影響，也可以在泵筒30上開一些環(huán)形槽，在柱塞29上行或下行過程中，一旦有砂卡于泵筒30與柱塞29之間，這些砂將被環(huán)形槽所吸納。
圖3展示了本實(shí)用新型的第二種實(shí)施方式，這種方式只是在前一種實(shí)施方式上增加了柱塞徑向通孔40，所述的徑向通孔40將固定閥通道37和柱塞29外圓柱表面相通。這樣一方面可以減少大徑泵筒36的軸向長(zhǎng)度，有利于提高泵效；另一方面可以在不讓柱塞29完全脫離下部泵筒30的情況下實(shí)現(xiàn)注汽，這一點(diǎn)對(duì)于采用脫接機(jī)構(gòu)34連接光桿21和密封光桿31來說是十分重要的。因?yàn)橹?9完全脫出泵筒30，可能出現(xiàn)柱，29中心偏離泵筒中心的情況，柱塞29再次進(jìn)人泵筒時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生很大的阻力，一旦阻力過大可能導(dǎo)致脫接機(jī)構(gòu)34打開。由于在柱塞29上開有柱塞徑向通孔40，使柱塞徑向通孔40與游動(dòng)閥通道37相連，這樣一旦需要注汽時(shí)把柱塞29上提一定高度后，柱塞徑向通孔40將與大徑泵筒36相通，為注汽提供通道。當(dāng)然此時(shí)上提柱塞29也要確保通過彈簧頂桿39把固定閥的閥球頂離固定閥座，也為注汽提供通道。
該泵除了可以滿足蒸汽吞吐油井注汽和采油的需要和蒸汽驅(qū)采油井生產(chǎn)的需要外，還可滿足其它介質(zhì)吞吐的油井生產(chǎn)需要，，還可滿足油井在生產(chǎn)過程中需要從油管注入流體的需求，如可滿足油井不動(dòng)管柱如酸化、解堵、清蠟、除垢的需求。
本實(shí)用新型并不局限于上述實(shí)施方式，上述優(yōu)選實(shí)施方式僅為示例性的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)，做出各種等同的修改和替換及不同組合，而得到不同的實(shí)施方式。
權(quán)利要求1.一種高效節(jié)能有桿抽稠泵，其包括光桿(21)、油管(24)、游動(dòng)閥(27)、柱塞(29)、泵筒(30)、密封光桿(31)、密封短節(jié)(32)、固定閥(33)、脫接機(jī)構(gòu)(34)、固定閥座(35)；所述的泵筒(30)與上部油管(24)相連；所述的脫接機(jī)構(gòu)(34)是用于可斷開地連接光桿(21)和密封光桿(31)的；所述的密封短節(jié)(32)與固定閥座(35)相連；所述的固定閥座(35)位于泵筒(30)的頂部并與泵筒(30)連接在一起；所述的固定閥(33)坐落在固定閥座(35)的固定閥通道(38)上方；所述的柱塞(29)位于泵筒(30)的內(nèi)部，其柱塞(29)頂部與密封光桿(31)相連；所述的游動(dòng)閥(27)坐落在所述的柱塞(29)的固定閥通道(37)上方；所述的密封光桿(31)可以從密封短節(jié)(32)中心孔中上下運(yùn)動(dòng)；所述的固定閥(33)和與之相連的固定閥座(35)位于泵筒(30)的頂部，而所述的游動(dòng)閥(27)和與之相連的柱塞(29)位于泵筒(30)內(nèi)部并置于固定閥座(35)的下方；其特征在于在所述的泵筒(30)中間設(shè)置為一段內(nèi)徑放大的大徑泵筒(36)，在所述的固定閥通道(38)內(nèi)設(shè)置并固定有彈簧頂桿(39)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效節(jié)能有桿抽稠泵，其特征在于所述的柱塞(29)開設(shè)有徑向通孔(40)，所述的徑向通孔(40)將固定閥通道(37)和柱塞(29)外圓柱表面相通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高效節(jié)能有桿抽稠泵，其特征在于所述的密封短節(jié)(32)可采用軟密封與密封光桿(31)密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高效節(jié)能有桿抽稠泵，其特征在于所述的密封短節(jié)(32)內(nèi)部加工成光滑面，與密封光桿(31)形成光滑的密封面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高效節(jié)能有桿抽稠泵，其特征在于所述的游動(dòng)閥(27)由并列多個(gè)閥構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高效節(jié)能有桿抽稠泵，其特征在于所述的固定閥(33)可以由多個(gè)并列閥構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高效節(jié)能有桿抽稠泵，其特征在于柱塞(29)的下端連接有軟柱塞。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高效節(jié)能有桿抽稠泵，其特征在于柱塞(29)的加有軟密封環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高效節(jié)能有桿抽稠泵，其特征在于泵筒(30)上開設(shè)一些環(huán)形槽。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高效節(jié)能有桿抽稠泵，它包括光桿、油管、游動(dòng)閥、柱塞、泵筒、密封光桿、密封短節(jié)、固定閥、脫接機(jī)構(gòu)、固定閥座。其特征在于固定閥位于泵筒的頂部，游動(dòng)閥置于固定閥座的下方，泵筒中間設(shè)置一段內(nèi)徑放大的大徑泵筒，在固定閥通道內(nèi)設(shè)置并固定有彈簧頂桿。地層流體將對(duì)柱塞產(chǎn)生一個(gè)向上的力，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)節(jié)能，在地層流體向上的慣性力和柱塞的主動(dòng)向下捕獲力的雙重作用實(shí)現(xiàn)泵效提高。該泵可以滿足蒸汽吞吐或蒸汽驅(qū)油井注汽和采油的需要，也可滿足在油井不動(dòng)管柱的情況下實(shí)現(xiàn)酸化、解堵、清蠟、除垢等工藝技術(shù)。
文檔編號(hào)E21B43/00GK2846799SQ20052011499
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2005年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月3日
發(fā)明者凌建軍, 黃鸝 申請(qǐng)人:凌建軍