专利名称：一种无杆液压抽油系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油开采技术领域，是一种利用液压为动力驱动井下液压抽油泵采油的一种无杆液压抽油系统，属于无杆液压抽油设备。本发明采用地面液压动力站产生高压动力并增压，增压后的动力液通过两管之间的环形空间传递到井下液压抽油泵，驱动液压抽油泵采油，乏动力液通过原进入环空返回地面，产液通过小直径油管(或空心抽油杆)中心孔输送到地面。
背景技术：
现在，应用最广泛的抽油设备是游粱式抽油系统，抽油机带动抽油杆上下往复运动，驱动井下抽油泵柱塞上下往复运动。游动凡尔和固定凡尔交替打开与关闭，使产液举升到地面。
另外，还有一种水力活塞泵采油方法。80年代在我国开始使用。它的优点是泵挂深，扬程高，排量大，适用范围广等。这种采油方法的液压系统分为开式循环系统和闭式循环系统两种。开式循环系统是高压动力液到达井下驱动抽油泵工作后，乏动力液与地层产液(原油)混合，通过套管和油管之间的环形空间举升到地面。闭式循环系统有独立的回流管线，回流的乏动力液返回地面时不与地层产液混合，有独立的返回管道。以一个闭式液压循环系统带动井下双作用抽油泵为代表，对水力活塞泵采油方法、闭式循环系统和抽油泵进行说明。
一种双作用水力活塞泵是由油管、游动阀、固定阀、上液缸、下液缸和控制滑阀和活塞等所组成。上液缸的下室和下液缸的上室，作为液动机构，以进出动力液；上液缸的上室和下液缸的下室，作为泵，以吸排井液；在接近泵室处，装有吸入阀和排出阀；上、下液缸的活塞用活塞杆连接，活塞杆为实心杆。活塞杆的上部和下部有换向控制槽，控制滑阀上下运动；上液缸、下液缸与游动阀、固定阀之间有数道密封，形成动力液流道；差动式换向滑阀位于上、下活塞中间；这种双作用水力活塞泵在工作的全过程中，活塞杆始终受拉伸载荷；泵的顶部有提升机构；泵的下部有尾座。
以单井配套的地面液压装置为例，说明闭式循环系统。闭式循环系统由地面泵组、高压管汇和动力液罐组成。高压管线连接地面泵组与高压管汇，高压管汇连接井口动力液入口。井口上的乏动力液出口连接动力液罐，罐的出口连接地面泵机组。地面设备比较简单。
地面液压装置电动泵运转产生高压动力液，通过高压管汇进入井下管柱到达井下抽油泵，驱动抽油泵工作。抽油泵活塞杆上部和下部的换向控制槽控制滑阀和活塞往复运动，固定凡尔和游动凡尔交替打开与关闭，产液被举升到地面。采出的产液通过套管和油管之间的环形空间被上举到地面。返回的乏动力液通过另一管柱通道流出，进入动力液罐，供泵机组循环使用。
这种抽油泵与井下封隔器配套使用。其不足之处是活塞换向是由抽油泵拉杆上、下部换向槽和孔作用完成的。活塞换向并往复运动控制是由井下抽油泵的换向槽完成的。如果抽油泵发生磨损或动力液含有杂质等情况造成换向失灵时，必须将液压抽油泵从井下数千米深处起出，进行维修，影响采油生产。第二，在开式循环系统中，乏动力液与产液在井下混合后排出井口，必须经过复杂的分离、加温处理后，才能作为动力液使用。地面处理动力液的工作量很大，增加了采油成本。在闭式循环系统中，动力液在井下有两条进出的通道。一条是从井口到抽油泵的动力液通道，另一条是抽油泵返回地面的乏动力液通道，与开式循环系统相比多一条井下管线。井下空间有限，管线多造成井下事故增加。安装井下抽油泵的施工难度增加。
发明内容
本发明的目的是设计一种全新的无杆液压抽油系统，克服采用闭式循环系统，动力液输送和回流通道多，造成井下事故增加的缺点；克服抽油泵活塞换向控制在井下完成的缺点。实现地面控制液压抽油泵活塞换向，简化井下抽油泵结构，降低抽油泵制作成本，减少抽油泵维修工作量。
本发明是这样实现的A、地面液压系统是由油箱、电动动力泵、换向阀、蓄能器、增压缸、水箱、隔离器、电动补液泵、液控单向阀、背压阀、单向阀等所组成，按功能分为三部分。
1、液压及增压部分电动动力泵入口有管线连接接油箱出口。油箱内有液压油。电动动力泵出口有高压管线连接溢流阀和单向阀。溢流阀接回油管线，回油管线连接油箱。单向阀连接两个电磁换向阀和蓄能器，其中一个电磁换向阀的一接口连接增压缸的低压腔下口；一个接口连接回油管线。增压缸的低压腔内有活塞，活塞将低压腔分隔成上、下两部分。低压腔的上接口连接蓄能器和溢流阀。增压缸的高压腔有高压管线接隔离器下液压腔，在增压缸与隔离器之间的高压管线上连接有一个液控单向阀。
2、动力液部分以水作为动力液，进行说明。水箱内装水，水箱出口有管线连接电动补液泵入口。电动补液泵出口有管线连接单向阀和隔离器上腔的水动力液一端。在电动补液泵至单向阀的管线上引出管线连接液控单向阀，并接水箱。在单向阀至隔离器的管线上引出管线连接液控单向阀和背压阀，并接水箱。隔离器上腔水动力液一端有管线连接井口上的水动力液入口。水动力液从大直径油管与小直径油管(空心抽油杆)之间的环形空间输送到井下液压抽油泵，为液压抽油泵提供动力。在隔离器到井口的管线中间，串联有单向节流阀和流量计。
3、液控部分电动动力泵出口管线和回油管线分别连接电磁换向阀的动力口P和回油口T，电磁换向阀的A口与液控单向阀的控制口相通，B口与液控单向阀的控制口相通。流量计控制电磁阀工作，流量计上有流量传感器。
B、井下液压抽油泵是由外筒、固定凡尔、游动凡尔、上缸筒、上活塞、下缸筒、下活塞、连杆、柱塞缸和柱塞等组成。外筒内有扶正台阶和限位台阶，扶正台阶和限位台阶起到固定缸筒作用。上部扶正台阶有动力液通过孔。上缸筒下部有动力液进出口，动力液可以通过动力液进出口从外筒与上缸筒之间的环形空间进入上活塞下腔内，推动上活塞向上运动。上活塞在上缸筒内，上活塞与下活塞之间通过连杆连接。下活塞与柱塞连接。上活塞、下活塞、连杆和柱塞有中心孔，中心孔是产液被举升的通道。柱塞下部连接游动凡尔。柱塞外有柱塞缸。柱塞缸的下部连接固定凡尔。固定凡尔和游动凡尔是现有的液压抽油泵所必须的部件，大多采用球形凡尔，是现有技术，不详细叙述。
为了井下液压抽油泵的外筒与油管连接，在外筒上端有螺纹；为了井下液压抽油泵缸筒与空心抽油杆连接，在缸筒上端有螺纹。
采油工作原理是电动动力泵产生油动力，经增压缸增压。增压后的油动力液，通过隔离器传递给井下的水动力液，水动力液驱动井下液压抽油泵工作。水动力液是经大直径油管和小直径油管(或空心抽油杆)之间的环形空间传递给井下液压抽油泵，使液压抽油泵上活塞上举。上举时，游动凡尔自动关闭，固定凡尔自动打开，产液进入液压抽油泵。当液压抽油泵活塞上举到上死点，电磁换向阀在流量计发出的电信号的控制下换向，电动动力泵出来的液体通过蓄能器储存。增压缸、隔离器停止为井下液压抽油泵提供液压动力。液压抽油泵下活塞在产液液柱压力的作用下，向下运动。游动凡尔打开，固定凡尔关闭，产液进入液压抽油泵内腔。液压抽油泵活塞在向下运动的同时，水动力液经大直径油管和小直径油管(或空心抽油杆)之间的环形空间返回隔离器。完成一次采油工作。当液压抽油泵活塞到达下死点，流量计发出电信号控制地面电磁换向阀换向，电动动力泵和蓄能器同时向增压缸、隔离器提供液压动力，进行下一个采油循环。
为了防止水动力液在井下漏失造成供液不足的问题，在水动力液入井前的管线上有补液系统。补液系统由电动补液泵、单向阀和液控单向阀、背压阀组成，液控单向阀受电磁换向阀控制。
本发明的效果液压抽油泵活塞上举到上死点，流量计发出的电信号控制电磁换向阀换向，活塞开始下行；液压抽油泵活塞下行到下死点，流量计发出的电信号控制电磁换向阀换向，活塞开始上举。液压抽油泵活塞的往复运动是由地面的流量计和电磁换向阀控制。实现地面控制液压抽油泵活塞上下往复运动，使井下液压抽油泵的结构更简单。水动力液是经大直径油管和小直径油管(或空心抽油杆)之间的环形空间传递给井下液压抽油泵。乏动力液返回时还是沿原环形空间返回。比现有技术闭式循环系统减少了一条管线，减少下泵工作量，降低了井下事故率。
本申请附图1是无杆液压抽油系统的工作原理图，即地面液压动力系统和井下液压抽油泵示意图。
附图2是液压抽油泵结构示意图。表示的是上、下活塞(24)(35)向上运动的工作状态。虚线箭头所指示方向是水动力液进入缸筒(22)的流动方向；实线箭头所指示的方向是井液、产液流动方向。
附图3是液压抽油泵结构原理图，是上、下活塞(24)(35)向下运动时的工作状态。虚线箭头所指示方向是水动力液返回时流动方向；实线箭头所指示的方向井液和产液流动方向。
申请附图是本申请的实施例，不能理解为本发明的全部内容。
附图中标注的序号和所代表的部件名称是1-单向节流阀，2-流量计，3-液控单向阀，4-单向阀，5-背压阀，6-液控单向阀，7-电动补液泵，8-水箱，9-油箱，10-溢流阀，11-单向阀，12-电动动力泵，13-溢流阀，14-蓄能器，15-电磁换向阀，16-电磁换向阀，17-蓄能器，18-液控单向阀，19-增压缸，20-液压抽油泵，21-隔离器，22-外筒，23-上缸筒，24-上活塞，25-动力液进出口，26-扶正台阶，27-密封件，28-限位台阶，29-游动凡尔，30-固定凡尔，31-柱塞缸，32-柱塞，33-井液进出口，34-井液进出口，35-下活塞，36-产液进出口，37-下缸筒，38-连杆。
具体实施例方式
液压抽油泵(20)外筒(22)上端连接3TBG油管，上缸筒(22)上端连接外径为42毫米的空心抽油杆。液压抽油泵(20)到地面有两条液体通道，一条是3TBG油管与空心抽油杆之间的环空，一条空心抽油杆的中心孔。电动动力泵(12)产生液压力，通过增压缸(19)增压。增压缸(19)的低压腔活塞直径为210毫米，高压腔柱塞直径为150毫米。低压缸内压力为8MPa时，高压缸内的压力为15.7MPa。增压后传递给隔离器(21)，隔离器(21)下腔的油压力通过隔离器(21)中的皮囊传递给水动力液，形成水压力。水动力液经油管和空心抽油杆之间的环形空间传递给井下液压抽油泵(20)上活塞(24)下腔，使液压抽油泵(20)上活塞(24)产生上举力。游动凡尔(29)关闭，固定凡尔(30)打开，产液通过上举流出井口。当液压抽油泵(20)上活塞(24)上举到上死点，行程长为3米时，电磁换向阀(15)(16)在流量计(2)发出的电信号的控制下换向，电动动力泵(12)泵出的液压油储存在蓄能器(14)中。此时，增压缸(19)、隔离器(21)停止向井下液压抽油泵(20)提供动力。液压抽油泵(20)上活塞(24)在井下产液液柱的压力作用下，向下运动，返回下死点。同时游动凡尔(29)打开，固定凡尔(30)关闭。产液进入液压抽油泵(20)的柱塞缸(31)内腔。液压抽油泵(20)上活塞(24)在向下运动的同时，水动力液经油管和空心抽油杆之间的环形空间原路返回隔离器(21)。完成一次采油工作，当液压抽油泵(20)上活塞(24)到达下死点，电磁换向阀(15)(16)换向，电动动力泵(12)和蓄能器(14)同时向增压缸(19)、提供压力油液，进行下一个工作循环。
地面液压系统由三部分组成。
液压及增压部分电动动力泵(12)是15千瓦的变量液压泵。电动动力泵(12)入口有管线连接接油箱(9)的出口。油箱(9)内有液压油。电动动力泵(12)出口有高压管线接溢流阀(10)并联单向阀(11)。溢流阀(10)接回油管线，回油管线连接油箱(9)。单向阀(11)连接两个电磁换向阀(15)(16)。蓄能器(14)连接在电磁换向阀(15)(16)前。电动换向阀(16)有一个接口连接增压缸(19)的低压腔下口；一个口接回油管线。增压缸(19)的低压腔内有活塞，活塞将低压腔分隔成上、下两部分。低压腔上口接蓄能器(17)和溢流阀(13)。增压缸(19)的高压腔有高压管线接隔离器(21)下液压腔。隔离器(21)是中间有隔离膜的高压容器，将液压油与水动力液两种液体隔离开，并传递压力，内部总容积约0.4立方米。在增压缸(19)到隔离器(21)之间的高压管线上接有液控单向阀(18)。
水动力液部分水箱(8)内装水，水箱(8)的容积为1.5立方米。水箱(8)出口有管线接电动补液泵(7)入口。电动补液泵(7)是0.3千瓦的离心泵。电动补液泵(7)出口管线连接单向阀(4)和隔离器(21)的水动力液一端。在电动补液泵(7)至单向阀(4)的管线上引出管线接液控单向阀(6)，再接水箱(8)。在单向阀(4)至隔离器(21)上腔的管线上引出管线接液控单向阀(3)和背压阀(5)，再接水箱(8)。隔离器(21)动力液一端有管线接井口，水动力液从油管和空心抽油杆之间的环形空间输送到液压抽油泵(20)。在隔离器(21)到井口的管线中间，串联有流量计(2)和单向节流阀(1)。
液控部分电动动力泵(12)出口管线和回油管线分别连接电磁换向阀(15)的动力口P和回油口T，电磁换向阀(15)的A口与液控单流阀(6)的控制口相通，B口与液控单向阀(3)(18)的控制口相通。流量计(2)控制电磁阀(15)(16)工作，流量计(2)上有流量传感器。
井下液压抽油泵(20)长度为12米。如附图2所示。外筒(22)内径为89毫米，固定凡尔(30)、游动凡尔(29)采用球阀，是原有技术。上缸筒(22)内径为57毫米，上活塞(24)与上缸筒(22)滑动配合。柱塞缸(31)内径和柱塞(32)外径为38毫米。外筒(22)内有3个扶正台阶(26)和1个限位台阶(28)。动力液进出口(25)上部的扶正台阶(26)有动力液通过孔。动力液进出口(25)下部的扶正台阶(26)上有密封件(27)。动力液进出口(25)的数量为4个，孔的直径为12毫米。高压动力液通过动力液进出口(25)从外筒(22)与缸筒(22)之间进入缸筒(22)内，推动上活塞(24)向上运动。上活塞(24)与下活塞(35)通过连杆(38)连接，下活塞(35)与柱塞(32)连接。上活塞(24)、下活塞(35)、连杆和柱塞(32)中心孔为24毫米。中心孔是产液被举升的通道。柱塞(32)下部连接游动凡尔(29)。柱塞缸(31)下部连接固定凡尔(30)。固定凡尔(30)和游动凡尔(29)采用球形凡尔。在外筒(22)上端部有与3TBG油管连接的螺纹，缸筒(22)上端部有与外径为42毫米的空心抽油杆连接的螺纹。下活塞(35)上部的连杆(38)上有产液进出口(36)。下缸筒(37)下部有井液进出口(34)，外筒(22)上有井液进出口(33)。
权利要求
1.一种应用于采油井场的无杆液压抽油系统，是由油箱(9)、电动动力泵(12)、电磁换向阀(15)(16)、蓄能器(14)(17)、溢流阀(10)(13)、单向阀(4)(11)、增压缸(19)、水箱(8)、液控单向阀(3)(6)(18)、隔离器(21)等所组成，电动动力泵(12)入口有管线连接接油箱(9)出口，电动动力泵(12)出口有高压管线连接溢流阀(10)和单向阀(11)，溢流阀(10)接回油管线，回油管线连接油箱，其特征在于单向阀(11)连接两个电磁换向阀(15)(16)和蓄能器(14)，其中一个电磁换向阀(16)有一个接口连接增压缸(19)的低压腔下口；一个接口接回油管线，增压缸(19)的低压腔内有活塞，活塞将低压腔分隔成上、下两部分，低压腔上接口接蓄能器(17)和溢流阀(13)，增压缸(19)的高压腔有高压管线接隔离器(21)下液压腔，高压管线上接出液控单向阀(18)，水箱(8)出口有管线接电动补液泵(7)入口，电动补液泵(7)出口有管线连接单向阀(4)和隔离器(21)的动力液一端，在电动补液泵(7)至单向阀(4)的管线上引出管线接液控单向阀(6)，并接水箱(8)，在单向阀(4)至隔离器(21)的管线上引出管线接液控单向阀(3)和背压阀(5)，并接水箱(8)，隔离器(21)上腔有管线接井口大直径油管和小直径油管(或空心抽油杆)之间的环形空间，大直径油管和小直径油管(或空心抽油杆)连接井下液压抽油泵(20)，在隔离器(21)到井口的管线中间，串联有流量计(2)和单向节流阀(1)，电动动力泵(12)出口管线和回油管线分别接电磁换向阀(15)，电磁换向阀(15)分别接液控单向阀(3)(6)(18)，流量计(2)控制电磁换向阀(15)(16)，流量计(2)上有流量传感器。
2.如权利要求1所述的无杆液压抽油系统所驱动的井下液压抽油泵(20)，是由外筒(22)、固定凡尔(30)、游动凡尔(29)、上缸筒(22)、上活塞(24)、下缸筒(37)、下活塞(35)、连杆(38)、柱塞缸(31)和柱塞(32)等组成，柱塞(32)下部连接游动凡尔(29)，柱塞缸(31)的下部连接固定凡尔(30)，其特征在于外筒(22)内有扶正台阶(26)和限位台阶(28)，上部扶正台阶(26)有动力液通过孔，上缸筒(22)下部有动力液进出口(25)，上活塞(24)在上缸筒(22)内，下活塞(35)在下缸筒(37)内，下活塞(35)与柱塞(32)连接，上下活塞(24)(35)、连杆(38)和柱塞(32)中心有孔，柱塞(32)外有柱塞缸(31)，上活塞(24)与下活塞(35)之间有连杆(38)，下活塞(35)上部的连杆(38)上有产液进出口(36)，下缸筒(37)下部有井液进出口(34)，外筒(22)上有井液进出口(33)。
3.如权利要求2所述的液压抽油泵，其特征在于在外筒(22)上端部有螺纹，在缸筒(22)上端部有螺纹。
4.如权利要求2、或3所述的液压抽油泵，其特征在于在动力液进出口(25)下部的扶正台阶(26)上有缸筒(22)密封件(27)。
全文摘要
本发明涉及石油开采技术领域，是利用液压为动力驱动井下液压抽油泵采油的一种无杆液压抽油系统。改系统采用地面液压泵产生高压动力，通过增压缸(19)提压、隔离器(21)由水动力转换，将液压力传递到井下，驱动液压抽油泵(20)工作。乏动力液通过原进入管道返回地面，产液通过空心抽油杆中心孔输送到地面。地面控制液压抽油泵(20)活塞(24)(35)往复运动。使井下液压抽油泵(20)的结构更简单，液压抽油泵水动力液是经油管和空心抽油杆之间的环形空间传递给液压抽油泵(20)。乏动力液返回时还是沿原环形空间返回。比现有技术减少了一条管线，降低了井下事故率。
文档编号E21B43/00GK1450247SQ0310266
公开日2003年10月22日 申请日期2003年2月17日 优先权日2003年2月17日
发明者崔自力 申请人:北京迪威尔石油天然气技术开发有限公司