螺杆泵启动装置的制作方法

本发明属于油田井下采油技术领域，特别涉及一种螺杆泵启动装置。

背景技术：

随着陆上油田开发程度的不断深入，大斜度油井的数量逐年增多。大斜度油井具有油藏埋藏深、日产液量低、井眼轨迹复杂等特点，采用有杆泵对其开采时，杆管偏磨严重，且检泵周期短、泵效低。

为了解决杆管偏磨严重、检泵周期短和泵效低等问题，目前对大斜度油井的开采通常借助螺杆泵，通过具有螺旋状的转子和具有螺旋面的定子之间的过盈配合，实现井下液体自下至上的传输。而当螺杆泵在生产过程中突然中断，造成停泵时，现有技术主要是利用井下螺杆马达配合地面配套的注采泵和输油管线共同实现螺杆泵的重新启动。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

当重新启动螺杆泵时，由于螺杆泵的上端存留有液柱，使得螺杆泵的启动扭矩大，螺杆泵需要配备工作扭矩为正常工作扭矩3-5倍的螺杆马达才能实现螺杆泵的重启，而该螺杆马达的功率大，在井中的适应性差，同时，地面配套的注采泵要求为高功率注采泵，输油管线要求为高抗压强度的输油管线，大大增加了开采的生产成本，严重地限制了螺杆泵在油田开发中的推广使用。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提供一种用以卸载螺杆泵停泵时在其上端存留的液柱的螺杆泵启动装置。

具体而言，包括以下的技术方案：

本发明实施例提供了一种螺杆泵启动装置，所述装置包括：本体、阀体和滑套，其中，

所述本体的内部形成有上下连通的第一空腔和第二空腔，所述阀体位于所述第二空腔中；

所述阀体与所述第二空腔(102)对应的所述本体之间形成有环形空间，所述阀体的上端开设有与所述第一空腔连通的第三空腔；所述阀体开设有出油通道，所述出油通道与所述装置的外部连通，且通过所述环形空间与所述第三空腔连通；所述阀体还开设有进油通道，所述进油通道连通所述装置的外部和所述第三空腔；

所述滑套可上下滑动地设置在所述环形空间内，所述滑套用于向上滑动封堵所述出油通道或向下滑动封堵所述进油通道。

进一步地，所述出油通道包括第一径向孔和轴向孔，所述第一径向孔连通所述轴向孔和所述环形空间。

进一步地，所述进油通道包括第二径向孔，所述第二径向孔在竖直方向上的位置高度低于所述第一径向孔在竖直方向上的位置高度，且所述第二径向孔与所述轴向孔不连通。

进一步地，所述第三空腔包括连通的上腔体和下腔体，所述上腔体的内径大于所述下腔体的内径，且所述上腔体内设置有适于封堵所述下腔体的球体。

进一步地，所述上腔体通过所述环形空间与所述出油通道连通；所述下腔体与所述进油通道连通。

进一步地，在所述上腔体对应的所述阀体的壁上开设有第三径向孔，所述第三径向孔连通所述环形空间与所述上腔体。

进一步地，在所述阀体的下端开设有第一环形凹槽，所述滑套可滑动地套设在所述第一环形凹槽内。

进一步地，所述阀体还包括孔板，所述孔板设置在所述第一空腔和所述第三空腔的连接处。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果：

本发明实施例提供了一种用以卸载螺杆泵停泵时在其上端存留的液柱的螺杆泵启动装置。该螺杆泵启动装置包括本体、阀体和滑套，在本体和阀体中形成有由第一空腔、第三空腔、环形空间和出油通道形成的泄流通道和由第一空腔、第三空腔和进油通道形成的举升通道，滑套可向上滑动封堵泄流通道或向下滑动封堵举升通道；即在螺杆泵停泵泄流时，滑套下行封堵举升通道，螺杆泵上端存留的液柱通过泄流通道被卸载，从而减小螺杆泵的启动扭矩；在螺杆泵举升采油时，滑套上行封堵泄流通道，井下液体通过举升通道被举升，实现正常生产。该螺杆泵启动装置可通过配备正常工作扭矩螺杆马达、正常功率的注采泵和普通输油管线配合实现螺杆泵的举升，提高了螺杆泵在井中的适应性，有利于螺杆泵在油田开发中的推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的螺杆泵启动装置在螺杆泵停泵泄流时的结构示意图；

图2为图1在a-a处的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的螺杆泵启动装置在螺杆泵举升采油时的结构示意图。

图中的附图标记分别表示：

1、本体；

101、第一空腔；

102、第二空腔；

2、阀体；

201、第三空腔；

2011、上腔体；

2012、下腔体；

202、环形空间；

203、出油通道；

2031、第一径向孔；

2032、轴向孔；

204、进油通道；

2041、第二径向孔；

205、第三径向孔；

3、滑套；

4、球体；

5、孔板；

6、第一密封圈；

7、第二密封圈。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种螺杆泵启动装置，该装置设置在螺杆泵的上端，装置的结构示意图如图1所示，包括本体1、阀体2和滑套3。

本体1的内部形成有上下连通的第一空腔101和第二空腔102，阀体2位于第二空腔102中。

阀体2位于与所述第二空腔102对应的本体1之间形成有环形空间202，阀体2的上端开设有与第一空腔101连通的第三空腔201；阀体2开设有出油通道203，出油通道203与装置的外部连通，且通过环形空间202与第三空腔201连通；阀体2还开设有进油通道204，进油通道204连通装置的外部和第三空腔201。

滑套3可上下滑动地设置在环形空间202内，滑套3用于向上滑动封堵出油通道203或向下滑动封堵进油通道204。

需要说明的是，滑套3封堵环形空间202的下端，相互连通的第一空腔101、第三空腔201、环形空间202和出油通道203形成泄流通道；且相互连通的第一空腔101、第三空腔201和进油通道204形成举升通道。

本发明实施例提供的螺杆泵启动装置的工作原理为：

当螺杆泵停泵泄流时，由于装置设置在螺杆泵的上端，且在螺杆泵上端存留有液柱，所以，装置内的第一空腔101、第三空腔201连通的环形空间202内存留有液柱，滑套3上端的压力大于滑套3下端的压力，使得滑套3下行封堵进油通道204，其上端存留的液体则通过本体1的内部的第一空腔101流入到阀体2的第三空腔201中，再从第三空腔201流入到环形空间202中，经过环形空间202流入到出油通道203中，并进一步通过出油通道203继续向下，流过空心转子螺杆泵，下入到螺杆泵的下端的油管中，实现对螺杆泵的上端存留的液柱的卸载，减小了螺杆泵的启动扭矩，便于螺杆泵的重新启动；

当在螺杆泵举升采油时，可以在螺杆马达的驱动作用下，滑套3的下端受到由螺杆泵举升上来的液体的推力，使得滑套3上行封堵出油通道203，被螺杆泵举升上来的液体从装置外部流入进油通道204，再从进油通道204流入到阀体2的第三空腔201中，通过第三空腔201向上流入到本体1的第一空腔101中，从第一空腔101继续向上被举升，直到被举升到地面，实现了螺杆泵的举升采油作业。

因此，本发明实施例通过在本体1和阀体2中形成泄流通道和举升通道，同时设置用于向上滑动封堵泄流通道或向下滑动封堵举升通道的滑套3，可以实现对存留的液柱的卸载和井下液体的举升；即在螺杆泵停泵泄流时，滑套3可下行封堵举升通道，螺杆泵上端存留的液柱通过泄流通道被卸载，从而减小螺杆泵的启动扭矩；在螺杆泵举升采油时，滑套3可上行封堵泄流通道，井下液体通过举升通道被举升，进行正常生产。

优选地，通过固定本体1与阀体2，使本体1与阀体2之间不产生相对滑动，可以避免例如环形空间202被堵塞或第一空腔101与第三空腔201之间不连通等情况的出现，通过将阀体2可拆卸地固定连接在本体1的第二空腔102内，使得本体1与阀体2之间的相对位置不变，举例来说，本体1与阀体2之间的固定连接可以采用螺栓连接或卡扣连接等来实现。

基于上述，一方面，为了更好地实现螺杆泵的停泵泄流，在一种实施方式中，出油通道203包括第一径向孔2031和轴向孔2032，如图1所示，第一径向孔2031连通轴向孔2032和环形空间202；在另一种实施方式中，出油通道203可以为预设方向上的倾斜直孔。这两种实施方式都可以使滑套3通过封堵第一径向孔2031实现对出油通道203的关闭，或者，使滑套3通过解封第一径向孔2031实现对出油通道203的开启。

需要说明的是，该装置中的轴向孔2032的数量取值范围为3-8个，在实际的使用过程中，可以根据井下的实际情况来设置轴向孔2032的数量，如图2所示，为阀体2在图1的a-a处的剖面图，在本实施例中轴向孔2032的数量优选为6个。

另一方面，为了更好地实现螺杆泵的举升采油，进油通道204包括第二径向孔2041，如图3所示，第二径向孔2041在竖直方向的位置高度低于第一径向孔2031在竖直方向的位置高度，且第二径向孔2041与轴向孔2032不连通，避免出油通道203对进油通道204的进油产生影响，进油通道204对出油通道203的泄油产生影响，进而使得进油通道204与泄油通道203之间互相独立。

基于上述结构，为了更好地实现进油通道204与泄油通道203之间的转换，对螺杆泵启动装置进行进一步地限定，第三空腔201包括连通的上腔体2011和下腔体2012，上腔体2011和下腔体2012同轴设置、且下腔体2012的内径小于上腔体2011的内径，所以，在上腔体2011与下腔体2012的连接处会形成台阶，上腔体2011内设置有适于坐封在台阶上、且可以用于封堵下腔体2012的球体4，如图1所示，为球体4处于坐封状态时的结构示意图；如图3所示，为球体4脱离台阶状态的结果示意图。需要说明的是，球体4可以为具有较强的耐腐蚀性和扛压性的不锈钢制球体。

进一步地，上腔体2011对应的所在阀体2的壁上开设有第三径向孔205，第三径向孔205连通环形空间202与上腔体2011，使得从本体1的第一空腔101流入到上腔体2011中的液体可以从上腔体2011经过第三径向孔205流入到环形空间202中，进而流入到出油通道203中，实现整个泄流通道连通。

同时，滑套3的位置也会影响到该装置的进油通道204与泄油通道203之间的转换，对于滑套3，在阀体2的下端开设有第一环形凹槽，滑套3可滑动地套设在第一环形凹槽内，当该装置处于螺杆泵停泵泄流时，如图1所示，滑套3的下端位于第一环形凹槽的下部；当该装置处于螺杆泵举升采油时，如图3所示，滑套3的上端位于第一环形凹槽的上部。

在一种可能的实施方式中，螺杆泵启动装置内液体的流动过程可以为：

(1)当该装置处在螺杆泵停泵泄流时，液体从本体1的第一空腔101流入到上腔体2011中，使得球体4在液压的作用下坐封在台阶上，封堵住下腔体2012，液体不能进入到下腔体2012中，上腔体2011中的液体可以通过第三径向孔205流入到环形空间202中，推动滑套3下行，由于第一径向孔2031在竖直方向的位置高度高于第二径向孔2041在竖直方向的位置高度，使得滑套3下行封堵住第二径向孔2041、同时打开第一径向孔2031，进而使得环形空间202中的液体通过第一径向孔2031进入出油通道203，液体可以自上至下通过该装置；

(2)当该装置处在螺杆泵举升采油时，在螺杆马达的作用下，螺杆泵举升液体从下至上运动，当液体流至该装置外部时，由于滑套3下端受到装置外液体推力，使得滑套3上行封堵住第一径向孔2031、同时打开第二径向孔2041，第二径向孔2041与下腔体2012连通，液体从装置的外部经第二径向孔2041流入到下腔体2012中，当球体4的浮力大于球体4自身的重力时，球体4脱离台阶，液体可以通过下腔体2012进入到上腔体2011中，并继续向上运动。

需要说明的是，此处装置的外部的液体是从螺杆泵转子和定子之间举升上来的液体。

基于此，为了保障液体流经装置内部时不会由于流速过快而造成装置的损害，阀体2还包括孔板5，如图1所示，孔板5设置在第一空腔101和第三空腔201的连接处，在孔板5上开设有若干通孔，并均匀地布设在孔板5上，液体仅可以通过通孔实现第一空腔101和第三空腔201之间的流通，从而限制了液体的流速，实现了对装置的保护。

进一步地，由于装置的使用需要在密封条件下进行，如果不密封，就容易在螺杆泵举升采油时出现液体的泄流，造成装置损坏，因此，在滑套3与第一环形凹槽之间设置第一密封圈6，其中，第一密封圈6的数量可以为多个，优选地，第一密封圈6的数量为两个，用于密封滑套3与阀体2，防止液体在举升过程中通过阀体2与滑套3之间的空隙而泄流。

同样地，在滑套3与本体1的内壁之间设置第二密封圈7，其中，第二密封圈7的数量可以为多个，优选地，第二密封圈7的数量为两个，用于密封滑套3与本体1，防止液体在泄油或举升过程中通过滑套3与本体1之间的空隙而泄流。

在具体地应用过程中，可以将本发明实施例的螺杆泵启动装置，的上端与螺杆马达连接，螺杆泵启动装置的下端与螺杆泵连接。其中，螺杆泵为空心转子螺杆泵，空心转子螺杆泵与螺杆泵启动装置的出油通道203连通，也就是说，螺杆泵的转子内部中空，螺杆泵的转子的内部空间与出油通道203连通，使得液体可以流过螺杆泵，并继续向下流入到螺杆泵下端的油管中。

需要说明的是，螺杆马达起驱动作用，和螺杆泵一样，也包括定子和转子，通过向螺杆马达中注入高压动力液，螺杆马达的转子转动，转子可以带动螺杆泵启动装置转动，进而带动螺杆泵的转子转动，实现螺杆泵的举升采油。

在实际的使用过程中，在地面上连接安装好螺杆泵举升系统后，将其随同管柱一起下放到油井中。

当螺杆泵举升采油时，如图3所示，在正常工作扭矩的螺杆马达的驱动作用下，螺杆泵通过定子与转子的配合作用，举升液体向上运动，滑套3的下端由于受到液体的推力，上行滑动到第一环形凹槽的上部，且封堵住出油通道203的第一径向孔2031，液体从装置的外部经进油通道204的第二径向孔2041流入到阀体2的下腔体2012中，当球体4的浮力大于球体4自身的重力时，球体4脱离台阶，液体绕过球体4继续向上运动，经过上腔体2011和孔板5，进入到第一空腔101中，继而继续向上被举升，直到被举升到地面，最后通过地面配套的正常功率的注采泵抽吸和普通输油管线的传输，实现螺杆泵的举升采油作业。

当螺杆泵停泵泄流时，如图1所示，液体从本体1的第一空腔101经过孔板5，流入到上腔体2011中，推动球体4坐封在台阶上，封堵住下腔体2012。此时，在液体的推力的作用下，液体通过第三径向孔205向环形空间202中流入，由于滑套3上端的压力大于滑套3下端的压力，使得滑套3下行滑动到第一环形凹槽的下部，且封堵住进油通道204的第二径向孔2041，因此，液体通过环形空间202，经第一径向孔2031流入到出油通道203中，最后从出油通道203流经螺杆泵空心转子的内部，下入到位于螺杆泵下端的油管中，使得螺杆泵的上端存留的液柱被卸载。

需要说明的是，由于螺杆泵上端存留的液柱被卸载，所以，螺杆泵在重新启动时，只需配备正常工作扭矩的螺杆马达、正常功率的注采泵和普通的输油管线即可实现，因此，提高了螺杆泵在井中的适应性，有利于螺杆泵在油田开发过程中的推广使用。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。