一種無杆液壓抽油系統的製作方法
2023-05-11 02:57:56 1
專利名稱：一種無杆液壓抽油系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及石油開採技術領域，是一種利用液壓為動力驅動井下液壓抽油泵採油的一種無杆液壓抽油系統，屬於無杆液壓抽油設備。本發明採用地面液壓動力站產生高壓動力並增壓，增壓後的動力液通過兩管之間的環形空間傳遞到井下液壓抽油泵，驅動液壓抽油泵採油，乏動力液通過原進入環空返回地面，產液通過小直徑油管(或空心抽油杆)中心孔輸送到地面。
背景技術：
現在，應用最廣泛的抽油設備是遊粱式抽油系統，抽油機帶動抽油杆上下往復運動，驅動井下抽油泵柱塞上下往復運動。遊動凡爾和固定凡爾交替打開與關閉，使產液舉升到地面。
另外，還有一種水力活塞泵採油方法。80年代在我國開始使用。它的優點是泵掛深，揚程高，排量大，適用範圍廣等。這種採油方法的液壓系統分為開式循環系統和閉式循環系統兩種。開式循環系統是高壓動力液到達井下驅動抽油泵工作後，乏動力液與地層產液(原油)混合，通過套管和油管之間的環形空間舉升到地面。閉式循環系統有獨立的回流管線，回流的乏動力液返回地面時不與地層產液混合，有獨立的返回管道。以一個閉式液壓循環系統帶動井下雙作用抽油泵為代表，對水力活塞泵採油方法、閉式循環系統和抽油泵進行說明。
一種雙作用水力活塞泵是由油管、遊動閥、固定閥、上液缸、下液缸和控制滑閥和活塞等所組成。上液缸的下室和下液缸的上室，作為液動機構，以進出動力液；上液缸的上室和下液缸的下室，作為泵，以吸排井液；在接近泵室處，裝有吸入閥和排出閥；上、下液缸的活塞用活塞杆連接，活塞杆為實心杆。活塞杆的上部和下部有換向控制槽，控制滑閥上下運動；上液缸、下液缸與遊動閥、固定閥之間有數道密封，形成動力液流道；差動式換向滑閥位於上、下活塞中間；這種雙作用水力活塞泵在工作的全過程中，活塞杆始終受拉伸載荷；泵的頂部有提升機構；泵的下部有尾座。
以單井配套的地面液壓裝置為例，說明閉式循環系統。閉式循環系統由地面泵組、高壓管匯和動力液罐組成。高壓管線連接地面泵組與高壓管匯，高壓管匯連接井口動力液入口。井口上的乏動力液出口連接動力液罐，罐的出口連接地面泵機組。地面設備比較簡單。
地面液壓裝置電動泵運轉產生高壓動力液，通過高壓管匯進入井下管柱到達井下抽油泵，驅動抽油泵工作。抽油泵活塞杆上部和下部的換向控制槽控制滑閥和活塞往復運動，固定凡爾和遊動凡爾交替打開與關閉，產液被舉升到地面。採出的產液通過套管和油管之間的環形空間被上舉到地面。返回的乏動力液通過另一管柱通道流出，進入動力液罐，供泵機組循環使用。
這種抽油泵與井下封隔器配套使用。其不足之處是活塞換向是由抽油泵拉杆上、下部換向槽和孔作用完成的。活塞換向並往復運動控制是由井下抽油泵的換向槽完成的。如果抽油泵發生磨損或動力液含有雜質等情況造成換向失靈時，必須將液壓抽油泵從井下數千米深處起出，進行維修，影響採油生產。第二，在開式循環系統中，乏動力液與產液在井下混合後排出井口，必須經過複雜的分離、加溫處理後，才能作為動力液使用。地面處理動力液的工作量很大，增加了採油成本。在閉式循環系統中，動力液在井下有兩條進出的通道。一條是從井口到抽油泵的動力液通道，另一條是抽油泵返回地面的乏動力液通道，與開式循環系統相比多一條井下管線。井下空間有限，管線多造成井下事故增加。安裝井下抽油泵的施工難度增加。
發明內容
本發明的目的是設計一種全新的無杆液壓抽油系統，克服採用閉式循環系統，動力液輸送和回流通道多，造成井下事故增加的缺點；克服抽油泵活塞換向控制在井下完成的缺點。實現地面控制液壓抽油泵活塞換向，簡化井下抽油泵結構，降低抽油泵製作成本，減少抽油泵維修工作量。
本發明是這樣實現的A、地面液壓系統是由油箱、電動動力泵、換向閥、蓄能器、增壓缸、水箱、隔離器、電動補液泵、液控單向閥、背壓閥、單向閥等所組成，按功能分為三部分。
1、液壓及增壓部分電動動力泵入口有管線連接接油箱出口。油箱內有液壓油。電動動力泵出口有高壓管線連接溢流閥和單向閥。溢流閥接回油管線，回油管線連接油箱。單向閥連接兩個電磁換向閥和蓄能器，其中一個電磁換向閥的一接口連接增壓缸的低壓腔下口；一個接口連接回油管線。增壓缸的低壓腔內有活塞，活塞將低壓腔分隔成上、下兩部分。低壓腔的上接口連接蓄能器和溢流閥。增壓缸的高壓腔有高壓管線接隔離器下液壓腔，在增壓缸與隔離器之間的高壓管線上連接有一個液控單向閥。
2、動力液部分以水作為動力液，進行說明。水箱內裝水，水箱出口有管線連接電動補液泵入口。電動補液泵出口有管線連接單向閥和隔離器上腔的水動力液一端。在電動補液泵至單向閥的管線上引出管線連接液控單向閥，並接水箱。在單向閥至隔離器的管線上引出管線連接液控單向閥和背壓閥，並接水箱。隔離器上腔水動力液一端有管線連接井口上的水動力液入口。水動力液從大直徑油管與小直徑油管(空心抽油杆)之間的環形空間輸送到井下液壓抽油泵，為液壓抽油泵提供動力。在隔離器到井口的管線中間，串聯有單向節流閥和流量計。
3、液控部分電動動力泵出口管線和回油管線分別連接電磁換向閥的動力口P和回油口T，電磁換向閥的A口與液控單向閥的控制口相通，B口與液控單向閥的控制口相通。流量計控制電磁閥工作，流量計上有流量傳感器。
B、井下液壓抽油泵是由外筒、固定凡爾、遊動凡爾、上缸筒、上活塞、下缸筒、下活塞、連杆、柱塞缸和柱塞等組成。外筒內有扶正臺階和限位臺階，扶正臺階和限位臺階起到固定缸筒作用。上部扶正臺階有動力液通過孔。上缸筒下部有動力液進出口，動力液可以通過動力液進出口從外筒與上缸筒之間的環形空間進入上活塞下腔內，推動上活塞向上運動。上活塞在上缸筒內，上活塞與下活塞之間通過連杆連接。下活塞與柱塞連接。上活塞、下活塞、連杆和柱塞有中心孔，中心孔是產液被舉升的通道。柱塞下部連接遊動凡爾。柱塞外有柱塞缸。柱塞缸的下部連接固定凡爾。固定凡爾和遊動凡爾是現有的液壓抽油泵所必須的部件，大多採用球形凡爾，是現有技術，不詳細敘述。
為了井下液壓抽油泵的外筒與油管連接，在外筒上端有螺紋；為了井下液壓抽油泵缸筒與空心抽油杆連接，在缸筒上端有螺紋。
採油工作原理是電動動力泵產生油動力，經增壓缸增壓。增壓後的油動力液，通過隔離器傳遞給井下的水動力液，水動力液驅動井下液壓抽油泵工作。水動力液是經大直徑油管和小直徑油管(或空心抽油杆)之間的環形空間傳遞給井下液壓抽油泵，使液壓抽油泵上活塞上舉。上舉時，遊動凡爾自動關閉，固定凡爾自動打開，產液進入液壓抽油泵。當液壓抽油泵活塞上舉到上死點，電磁換向閥在流量計發出的電信號的控制下換向，電動動力泵出來的液體通過蓄能器儲存。增壓缸、隔離器停止為井下液壓抽油泵提供液壓動力。液壓抽油泵下活塞在產液液柱壓力的作用下，向下運動。遊動凡爾打開，固定凡爾關閉，產液進入液壓抽油泵內腔。液壓抽油泵活塞在向下運動的同時，水動力液經大直徑油管和小直徑油管(或空心抽油杆)之間的環形空間返回隔離器。完成一次採油工作。當液壓抽油泵活塞到達下死點，流量計發出電信號控制地面電磁換向閥換向，電動動力泵和蓄能器同時向增壓缸、隔離器提供液壓動力，進行下一個採油循環。
為了防止水動力液在井下漏失造成供液不足的問題，在水動力液入井前的管線上有補液系統。補液系統由電動補液泵、單向閥和液控單向閥、背壓閥組成，液控單向閥受電磁換向閥控制。
本發明的效果液壓抽油泵活塞上舉到上死點，流量計發出的電信號控制電磁換向閥換向，活塞開始下行；液壓抽油泵活塞下行到下死點，流量計發出的電信號控制電磁換向閥換向，活塞開始上舉。液壓抽油泵活塞的往復運動是由地面的流量計和電磁換向閥控制。實現地面控制液壓抽油泵活塞上下往復運動，使井下液壓抽油泵的結構更簡單。水動力液是經大直徑油管和小直徑油管(或空心抽油杆)之間的環形空間傳遞給井下液壓抽油泵。乏動力液返回時還是沿原環形空間返回。比現有技術閉式循環系統減少了一條管線，減少下泵工作量，降低了井下事故率。
本申請附圖1是無杆液壓抽油系統的工作原理圖，即地面液壓動力系統和井下液壓抽油泵示意圖。
附圖2是液壓抽油泵結構示意圖。表示的是上、下活塞(24)(35)向上運動的工作狀態。虛線箭頭所指示方向是水動力液進入缸筒(22)的流動方向；實線箭頭所指示的方向是井液、產液流動方向。
附圖3是液壓抽油泵結構原理圖，是上、下活塞(24)(35)向下運動時的工作狀態。虛線箭頭所指示方向是水動力液返回時流動方向；實線箭頭所指示的方向井液和產液流動方向。
申請附圖是本申請的實施例，不能理解為本發明的全部內容。
附圖中標註的序號和所代表的部件名稱是1-單向節流閥，2-流量計，3-液控單向閥，4-單向閥，5-背壓閥，6-液控單向閥，7-電動補液泵，8-水箱，9-油箱，10-溢流閥，11-單向閥，12-電動動力泵，13-溢流閥，14-蓄能器，15-電磁換向閥，16-電磁換向閥，17-蓄能器，18-液控單向閥，19-增壓缸，20-液壓抽油泵，21-隔離器，22-外筒，23-上缸筒，24-上活塞，25-動力液進出口，26-扶正臺階，27-密封件，28-限位臺階，29-遊動凡爾，30-固定凡爾，31-柱塞缸，32-柱塞，33-井液進出口，34-井液進出口，35-下活塞，36-產液進出口，37-下缸筒，38-連杆。
具體實施例方式
液壓抽油泵(20)外筒(22)上端連接3TBG油管，上缸筒(22)上端連接外徑為42毫米的空心抽油杆。液壓抽油泵(20)到地面有兩條液體通道，一條是3TBG油管與空心抽油杆之間的環空，一條空心抽油杆的中心孔。電動動力泵(12)產生液壓力，通過增壓缸(19)增壓。增壓缸(19)的低壓腔活塞直徑為210毫米，高壓腔柱塞直徑為150毫米。低壓缸內壓力為8MPa時，高壓缸內的壓力為15.7MPa。增壓後傳遞給隔離器(21)，隔離器(21)下腔的油壓力通過隔離器(21)中的皮囊傳遞給水動力液，形成水壓力。水動力液經油管和空心抽油杆之間的環形空間傳遞給井下液壓抽油泵(20)上活塞(24)下腔，使液壓抽油泵(20)上活塞(24)產生上舉力。遊動凡爾(29)關閉，固定凡爾(30)打開，產液通過上舉流出井口。當液壓抽油泵(20)上活塞(24)上舉到上死點，行程長為3米時，電磁換向閥(15)(16)在流量計(2)發出的電信號的控制下換向，電動動力泵(12)泵出的液壓油儲存在蓄能器(14)中。此時，增壓缸(19)、隔離器(21)停止向井下液壓抽油泵(20)提供動力。液壓抽油泵(20)上活塞(24)在井下產液液柱的壓力作用下，向下運動，返回下死點。同時遊動凡爾(29)打開，固定凡爾(30)關閉。產液進入液壓抽油泵(20)的柱塞缸(31)內腔。液壓抽油泵(20)上活塞(24)在向下運動的同時，水動力液經油管和空心抽油杆之間的環形空間原路返回隔離器(21)。完成一次採油工作，當液壓抽油泵(20)上活塞(24)到達下死點，電磁換向閥(15)(16)換向，電動動力泵(12)和蓄能器(14)同時向增壓缸(19)、提供壓力油液，進行下一個工作循環。
地面液壓系統由三部分組成。
液壓及增壓部分電動動力泵(12)是15千瓦的變量液壓泵。電動動力泵(12)入口有管線連接接油箱(9)的出口。油箱(9)內有液壓油。電動動力泵(12)出口有高壓管線接溢流閥(10)並聯單向閥(11)。溢流閥(10)接回油管線，回油管線連接油箱(9)。單向閥(11)連接兩個電磁換向閥(15)(16)。蓄能器(14)連接在電磁換向閥(15)(16)前。電動換向閥(16)有一個接口連接增壓缸(19)的低壓腔下口；一個口接回油管線。增壓缸(19)的低壓腔內有活塞，活塞將低壓腔分隔成上、下兩部分。低壓腔上口接蓄能器(17)和溢流閥(13)。增壓缸(19)的高壓腔有高壓管線接隔離器(21)下液壓腔。隔離器(21)是中間有隔離膜的高壓容器，將液壓油與水動力液兩種液體隔離開，並傳遞壓力，內部總容積約0.4立方米。在增壓缸(19)到隔離器(21)之間的高壓管線上接有液控單向閥(18)。
水動力液部分水箱(8)內裝水，水箱(8)的容積為1.5立方米。水箱(8)出口有管線接電動補液泵(7)入口。電動補液泵(7)是0.3千瓦的離心泵。電動補液泵(7)出口管線連接單向閥(4)和隔離器(21)的水動力液一端。在電動補液泵(7)至單向閥(4)的管線上引出管線接液控單向閥(6)，再接水箱(8)。在單向閥(4)至隔離器(21)上腔的管線上引出管線接液控單向閥(3)和背壓閥(5)，再接水箱(8)。隔離器(21)動力液一端有管線接井口，水動力液從油管和空心抽油杆之間的環形空間輸送到液壓抽油泵(20)。在隔離器(21)到井口的管線中間，串聯有流量計(2)和單向節流閥(1)。
液控部分電動動力泵(12)出口管線和回油管線分別連接電磁換向閥(15)的動力口P和回油口T，電磁換向閥(15)的A口與液控單流閥(6)的控制口相通，B口與液控單向閥(3)(18)的控制口相通。流量計(2)控制電磁閥(15)(16)工作，流量計(2)上有流量傳感器。
井下液壓抽油泵(20)長度為12米。如附圖2所示。外筒(22)內徑為89毫米，固定凡爾(30)、遊動凡爾(29)採用球閥，是原有技術。上缸筒(22)內徑為57毫米，上活塞(24)與上缸筒(22)滑動配合。柱塞缸(31)內徑和柱塞(32)外徑為38毫米。外筒(22)內有3個扶正臺階(26)和1個限位臺階(28)。動力液進出口(25)上部的扶正臺階(26)有動力液通過孔。動力液進出口(25)下部的扶正臺階(26)上有密封件(27)。動力液進出口(25)的數量為4個，孔的直徑為12毫米。高壓動力液通過動力液進出口(25)從外筒(22)與缸筒(22)之間進入缸筒(22)內，推動上活塞(24)向上運動。上活塞(24)與下活塞(35)通過連杆(38)連接，下活塞(35)與柱塞(32)連接。上活塞(24)、下活塞(35)、連杆和柱塞(32)中心孔為24毫米。中心孔是產液被舉升的通道。柱塞(32)下部連接遊動凡爾(29)。柱塞缸(31)下部連接固定凡爾(30)。固定凡爾(30)和遊動凡爾(29)採用球形凡爾。在外筒(22)上端部有與3TBG油管連接的螺紋，缸筒(22)上端部有與外徑為42毫米的空心抽油杆連接的螺紋。下活塞(35)上部的連杆(38)上有產液進出口(36)。下缸筒(37)下部有井液進出口(34)，外筒(22)上有井液進出口(33)。
權利要求
1.一種應用於採油井場的無杆液壓抽油系統，是由油箱(9)、電動動力泵(12)、電磁換向閥(15)(16)、蓄能器(14)(17)、溢流閥(10)(13)、單向閥(4)(11)、增壓缸(19)、水箱(8)、液控單向閥(3)(6)(18)、隔離器(21)等所組成，電動動力泵(12)入口有管線連接接油箱(9)出口，電動動力泵(12)出口有高壓管線連接溢流閥(10)和單向閥(11)，溢流閥(10)接回油管線，回油管線連接油箱，其特徵在於單向閥(11)連接兩個電磁換向閥(15)(16)和蓄能器(14)，其中一個電磁換向閥(16)有一個接口連接增壓缸(19)的低壓腔下口；一個接口接回油管線，增壓缸(19)的低壓腔內有活塞，活塞將低壓腔分隔成上、下兩部分，低壓腔上接口接蓄能器(17)和溢流閥(13)，增壓缸(19)的高壓腔有高壓管線接隔離器(21)下液壓腔，高壓管線上接出液控單向閥(18)，水箱(8)出口有管線接電動補液泵(7)入口，電動補液泵(7)出口有管線連接單向閥(4)和隔離器(21)的動力液一端，在電動補液泵(7)至單向閥(4)的管線上引出管線接液控單向閥(6)，並接水箱(8)，在單向閥(4)至隔離器(21)的管線上引出管線接液控單向閥(3)和背壓閥(5)，並接水箱(8)，隔離器(21)上腔有管線接井口大直徑油管和小直徑油管(或空心抽油杆)之間的環形空間，大直徑油管和小直徑油管(或空心抽油杆)連接井下液壓抽油泵(20)，在隔離器(21)到井口的管線中間，串聯有流量計(2)和單向節流閥(1)，電動動力泵(12)出口管線和回油管線分別接電磁換向閥(15)，電磁換向閥(15)分別接液控單向閥(3)(6)(18)，流量計(2)控制電磁換向閥(15)(16)，流量計(2)上有流量傳感器。
2.如權利要求1所述的無杆液壓抽油系統所驅動的井下液壓抽油泵(20)，是由外筒(22)、固定凡爾(30)、遊動凡爾(29)、上缸筒(22)、上活塞(24)、下缸筒(37)、下活塞(35)、連杆(38)、柱塞缸(31)和柱塞(32)等組成，柱塞(32)下部連接遊動凡爾(29)，柱塞缸(31)的下部連接固定凡爾(30)，其特徵在於外筒(22)內有扶正臺階(26)和限位臺階(28)，上部扶正臺階(26)有動力液通過孔，上缸筒(22)下部有動力液進出口(25)，上活塞(24)在上缸筒(22)內，下活塞(35)在下缸筒(37)內，下活塞(35)與柱塞(32)連接，上下活塞(24)(35)、連杆(38)和柱塞(32)中心有孔，柱塞(32)外有柱塞缸(31)，上活塞(24)與下活塞(35)之間有連杆(38)，下活塞(35)上部的連杆(38)上有產液進出口(36)，下缸筒(37)下部有井液進出口(34)，外筒(22)上有井液進出口(33)。
3.如權利要求2所述的液壓抽油泵，其特徵在於在外筒(22)上端部有螺紋，在缸筒(22)上端部有螺紋。
4.如權利要求2、或3所述的液壓抽油泵，其特徵在於在動力液進出口(25)下部的扶正臺階(26)上有缸筒(22)密封件(27)。
全文摘要
本發明涉及石油開採技術領域，是利用液壓為動力驅動井下液壓抽油泵採油的一種無杆液壓抽油系統。改系統採用地面液壓泵產生高壓動力，通過增壓缸(19)提壓、隔離器(21)由水動力轉換，將液壓力傳遞到井下，驅動液壓抽油泵(20)工作。乏動力液通過原進入管道返回地面，產液通過空心抽油杆中心孔輸送到地面。地面控制液壓抽油泵(20)活塞(24)(35)往復運動。使井下液壓抽油泵(20)的結構更簡單，液壓抽油泵水動力液是經油管和空心抽油杆之間的環形空間傳遞給液壓抽油泵(20)。乏動力液返回時還是沿原環形空間返回。比現有技術減少了一條管線，降低了井下事故率。
文檔編號E21B43/00GK1450247SQ0310266
公開日2003年10月22日 申請日期2003年2月17日 優先權日2003年2月17日
發明者崔自力 申請人:北京迪威爾石油天然氣技術開發有限公司