专利名称：一种高效节能有杆抽稠泵的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及稠油蒸汽吞吐或蒸汽驱油井用的有杆抽稠泵节能、有杆抽稠泵泵效提高和抽油机系统效率提高，特别涉及一种高效节能有杆抽稠泵。
背景技术：
从全世界所有油田统计数据来看，大约有80％的油井是采用有杆泵抽油机来生产的，中国更是有92％的油井使用有杆泵抽油机。然而目前有杆泵抽油机系统效率普遍很低，从国外统计数据来看，抽油机系统效率只有28％～29％，而中国7万多口井的抽油机系统效率只有25.96％，有的油田抽油机系统效率平均只有20％左右，更为严重的是部分油井的抽油机系统效率不到10％。如何在满足油田产量需求的前提下实现节能和提高有杆泵抽油机系统效率是摆在工程技术人员面前的重大课题。
为此人们先后在有杆泵抽油机改进、电机改进和电控节能装置研究方面作了大量的工作，并取得了一定效果，抽油机系统效率也有所提高。美国加利福尼亚州1065口油井应用新技术后抽油机系统效率提高到29.4％；我国大庆油田69口油井应用新技术后抽油机系统效率提高到28.74％。
中国专利ZL99109780.7或其同族的美国专利US6640896B1公开了一种有杆泵机械采油工艺参数确定方法，它首次提出了抽油机全系统各种功率计算方法，可以计算出各种井况条件下、各种采油工艺参数组合下的抽油机系统效率，以优选出系统效率最高或较高的采油工艺参数组合，从而可大幅度地提高有杆泵抽油机系统效率。从现场实施情况来看，实施该专利后大部分油井仍能保持住原来的产量，但由于冲次降低导致了不少油井产量下降或者动液面上升，这对专利使用单位采油厂来说是无法接受的事实。针对目前技术无法实现根据产量变化实时提高抽油机系统效率的事实，发明专利200510079999.4公开了可根据油井产量变化实时提高抽油机系统效率的方法及装置，实用新型专利200520110861.1公开了抽油机多级冲次调节装置，发明专利200510083838.2公开了抽油机冲程调节方法及装置，实用新型专利200520113709.9公开了抽油机冲程调节装置。
人们在开展提高抽油机系统效率的研究中，很少涉及到有杆抽油泵如何实现节能，也就是说从未把超过百年历史的有杆抽油泵作为节能突破口。为此实用新型专利200520114355.X公开了一种高效节能有杆抽油泵，该专利首次提出了有杆抽油泵利用地层能量即地层流动压力实现光杆载荷降低和抽油机节能的方法。
图1展示了实用新型专利200520114355.X公开的一种高效节能有杆抽油泵示意图。高效节能有杆抽油泵包括光杆1、套管2、动液面3、油管4、地层5、人工井底6、游动阀7、柱塞下端面8、柱塞9、泵筒10、密封光杆11、密封短节12、固定阀13、脱接机构14、固定阀座15、泵腔16、游动阀通道17、固定阀通道18。所述的泵筒10与上部油管4相连；所述的固定阀座15位于泵筒10的顶部并相互连接在一起；所述的固定阀13坐落在固定阀座15上；所述的柱塞9位于泵筒10的内部，并能在泵筒10内上下活动，其柱塞9顶部与密封光杆11相连；所述的游动阀7坐落在柱塞9上；所述的脱接机构14是用于连接或断开光杆1和密封光杆11的；所述的密封短节12与固定阀座15相连，密封光杆11可以从其中心孔上下运动。该实用新型最大特点就是不再象常规有杆抽油泵一样把固定阀置于泵筒下部并把游动阀及柱塞置于固定阀的上部，而是把固定阀13及固定阀座15置于泵筒10的顶部，并把游动阀7及柱塞9置于固定阀13的下方。
下面对实用新型专利200520114355.X是如何利用地层能量实现节能和提高泵效的进行分析。
由于游动阀7及柱塞9位于固定阀13的下方，柱塞9的下端面8长期与地层流出的流体接触，柱塞9的下端面8处的压力等于环空液柱压力与套管压力之和。上冲程时，由于游动阀7关闭，柱塞下端面8处的压力将对其产生一个向上的推力，从而可以降低上冲程过程中的光杆载荷，实现有杆抽油泵节能的目的。地层流体通过游动阀7进入高效节能有杆抽油泵的泵腔16，这一点也与常规有杆抽油泵完全不同。对于常规有杆抽油泵来说，地层流体是通过固定阀进入泵腔的。由于该实用新型是通过下行的游动阀7进流体的，不再象常规有杆抽油泵一样需压差才能进流体，而是利用了油管油流上行的惯性力和柱塞主动向下捕获能力的双重作用，实现了泵腔16的高充满系数，从而提高了泵效。
实用新型专利200520114355.X公开的一种高效节能有杆抽油泵，无法适应稠油蒸汽吞吐井，也就是说在不动管柱的前提下无法实现既能注汽又能采油的需求。
实用新型内容本实用新型提出了一种高效节能有杆抽稠泵，它可以在不动管柱的情况下实现注汽、采油；可以利用地层能量，即地层流动压力对柱塞产生一个向上的推力，实现抽油机上冲程过程中的光杆载荷的降低，从而达到有杆抽稠泵节能的目的；还可以利用油管油流上行的惯性力和柱塞主动向下捕获能力的双重作用达到泵腔的高充满系数，实现有杆抽稠泵的泵效提高。
本实用新型是这样实现的，在实用新型专利200520114355.X公开的一种高效节能有杆抽油泵的基础上，增加一个弹簧顶杆、再在泵筒的上部增加一个大径泵筒)，需要注汽时，通过上提光杆把柱塞从泵筒上提到大径泵筒内，并把弹簧顶杆向上推直到把固定阀的阀球推离阀座，此时固定阀处于常开状态，柱塞和大径泵筒之间就有了环形空间，从而为注汽提供了通道。需要采油时，通过下放光杆把柱塞从大径泵筒放回到泵筒内，此时弹簧顶杆不对固定阀的阀球产生任何作用。
由于游动阀及柱塞位于固定阀的下方，柱塞的下端面长期与地层流出的流体接触，上冲程时，由于游动阀关闭，地层流动压力将对柱塞下端面产生一个向上的推力，从而可以降低上冲程过程中的光杆载荷，达到有杆抽稠泵节能的目的。由于本高效节能有杆抽稠泵是通过下行的游动阀进流体的，不再象常规有杆抽油泵一样需压差才能进流体，而是利用了油管油流上行的惯性力和柱塞主动向下捕获能力的双重作用，实现了泵腔的高充满系数和泵效提高。
图1为实用新型专利200520114355.X的高效节能有杆抽油泵示意图；图2为本实用新型高效节能有杆抽稠泵示意图；图3为本实用新型高效节能有杆抽稠泵第二种实施方式示意图。
具体实施方式
图2为本实用新型高效节能有杆抽稠泵示意图。高效节能有杆抽稠泵包括光杆21、套管22、动液面23、油管24、地层25、人工井底26、游动阀27、柱塞下端面28、柱塞29、泵筒30、密封光杆31、密封短节32、固定阀33、脱接机构34、固定阀座35、大径泵筒36、游动阀通道37、固定阀通道38、弹簧顶杆39。所述的大径泵筒36是泵筒30中间一段内径放大的部分；所述的弹簧顶杆39其上端位于固定阀通道38内，其下部末端与弹簧连接，而弹簧可以与固定阀座的下端面或泵筒相连；所述的固定阀座35位于泵筒30的顶部，并且固定阀座35与泵筒30相互连接在一起；所述的固定阀33坐落在固定阀座35上；所述的柱塞29位于泵筒30的内部，并能在泵筒30内上下活动，柱塞29顶部与密封光杆31相连；所述的游动阀27坐落在柱塞29上；所述的脱接机构34是用于连接或断开光杆21和密封光杆31的；所述的密封短节32与固定阀座35相连，密封光杆31可以从其中心孔上下运动。
本实用新型高效节能有杆抽稠泵在游动阀和固定阀空间相对位置上与常规有杆抽油泵完全不同，不再象常规有杆抽油泵一样把固定阀置于泵筒下部并把游动阀及柱塞置于固定阀的上方，而是把固定阀33及固定阀座35置于泵筒30的顶部，并把游动阀27及柱塞29置于固定阀33的下方。
首先对在不动管柱情况下如何实现注汽和采油进行分析。在实用新型专利200520114355.X高效节能有杆抽油泵的基础上，增加一个弹簧顶杆、再在泵筒的上部增加一个大径泵筒，需要注汽时，通过上提光杆31把柱塞29从泵筒30上提到大径泵筒36内，并把弹簧顶杆39向上推，直到把固定阀座35的阀球推离阀座，此时固定阀处于常开状态，柱塞和大径泵筒之间就有了环形空间，从而为注汽提供了通道。需要采油时，通过下放光杆31把柱塞29从大径泵筒36放回到泵筒30内，此时弹簧顶杆39不对固定阀座35的阀球产生任何作用。
再对如何利用地层能量实现节能和提高泵效进行分析。由于游动阀27及柱塞29位于固定阀33的下方，柱塞29的下端面28长期与地层流出的流体接触，柱塞29的下端面28处的压力等于环空液柱压力与套管压力之和。上冲程时，由于游动阀27关闭，柱塞下端面28处的压力将对其产生一个向上的推力，从而可以降低上冲程过程中的光杆载荷，实现有杆抽油泵节能的目的。
地层流体通过游动阀27进入高效节能抽稠泵的泵腔，这一点也与常规有杆抽油泵完全不同。对于常规有杆抽油泵来说，地层流体是通过固定阀进入泵腔的。由于本实用新型高效节能有杆抽稠泵是通过下行的游动阀27进流体的，不再象常规有杆抽油泵一样需压差才能进流体，而是利用了油管油流上行的惯性力和柱塞主动向下捕获能力的双重作用，实现了泵腔的高充满系数，从而提高了泵效。
因为本实用新型高效节能有杆抽稠泵的进油阀是游动阀27，柱塞29下行开始瞬间，作为进油阀的游动阀27即刻打开，即柱塞29下行瞬间，因为阀球在惯性的作用下不能立即与柱塞同步下行，与常规有杆抽油泵的固定阀式进油阀不一样，常规有杆抽油泵的进油阀需要压差才能打开，因此本实用新型高效节能有杆抽稠泵的进油阀的游动阀27打开更加迅速及时。当柱塞29上行开始瞬间，作为进油阀的游动阀27立即关闭，因为游动阀27在重力作用仍然向下，柱塞29突然改变方向上行，在两个相向的力综合作用下，游动阀27很快坐封在阀座上。与常规有杆抽油泵的固定阀式进油阀不一样，游动阀27是在自身重力作用下自动关闭，因此本实用新型高效节能有杆抽稠泵的进油阀的游动阀27关闭更加迅速及时。本实用新型高效节能有杆抽稠泵的进油阀的游动阀27迅速及时打开，为进油赢得了时间；进油阀的游动阀27关闭及时，也为减少泵腔内的原油回流漏失赢得了时间，因此进油阀的游动阀27打开关闭迅速及时也是提高泵效的原因之一。
本实用新型高效节能有杆抽稠泵还有利于光杆21下行，因为常规有杆抽油泵的抽油杆下部端面在下冲程时承受的压力是泵腔内的压力，该压力等于井筒液柱压力与油压之和。而本实用新型高效节能有杆抽稠泵在抽油杆下冲程时，抽油杆下部端面在下行时所承受的压力是环空液柱压力与套压之和，该压力小于常规有杆抽油泵的泵腔压力。因此相对于常规有杆抽油泵来说，本实用新型高效节能有杆抽稠泵的光杆21下行更容易，可减少偏摩和弯曲，也有利于提高泵效。
由于上冲程时，本实用新型高效节能有杆抽稠泵的柱塞下端面承受一个向上的力，降低了光杆21载荷，减少了光杆21变形量，这也有利于提高泵效。
所述的密封短节32既可采用软密封与密封光杆31密封，也可采用象泵筒与柱塞一样的密封方式，将密封短节32内部加工成光滑面，与密封光杆31形成类似于柱塞与泵筒之间的密封。所述的游动阀27和/或固定阀33可以由多个并列阀构成，以减少阀对流体的阻力。所述的游动阀27的同一个阀道上可以采用多个并列阀球方式，以减少泵漏失的可能性。所述的泵筒30直径可以大于油管直径、可小于油管直径、也可等于油管直径。
为了防止砂卡，和减少砂对泵筒及柱塞的影响，可以在柱塞29的下端安装软柱塞或在柱塞29上加软密封环，以清除泵筒30上的泥沙。
为了防止砂卡，和减少砂对泵筒及柱塞的影响，也可以在泵筒30上开一些环形槽，在柱塞29上行或下行过程中，一旦有砂卡于泵筒30与柱塞29之间，这些砂将被环形槽所吸纳。
图3展示了本实用新型的第二种实施方式，这种方式只是在前一种实施方式上增加了柱塞径向通孔40，所述的径向通孔40将固定阀通道37和柱塞29外圆柱表面相通。这样一方面可以减少大径泵筒36的轴向长度，有利于提高泵效；另一方面可以在不让柱塞29完全脱离下部泵筒30的情况下实现注汽，这一点对于采用脱接机构34连接光杆21和密封光杆31来说是十分重要的。因为柱塞29完全脱出泵筒30，可能出现柱，29中心偏离泵筒中心的情况，柱塞29再次进人泵筒时可能会产生很大的阻力，一旦阻力过大可能导致脱接机构34打开。由于在柱塞29上开有柱塞径向通孔40，使柱塞径向通孔40与游动阀通道37相连，这样一旦需要注汽时把柱塞29上提一定高度后，柱塞径向通孔40将与大径泵筒36相通，为注汽提供通道。当然此时上提柱塞29也要确保通过弹簧顶杆39把固定阀的阀球顶离固定阀座，也为注汽提供通道。
该泵除了可以满足蒸汽吞吐油井注汽和采油的需要和蒸汽驱采油井生产的需要外，还可满足其它介质吞吐的油井生产需要，，还可满足油井在生产过程中需要从油管注入流体的需求，如可满足油井不动管柱如酸化、解堵、清蜡、除垢的需求。
本实用新型并不局限于上述实施方式，上述优选实施方式仅为示例性的，本领域的技术人员可以根据本实用新型的精神实质，做出各种等同的修改和替换及不同组合，而得到不同的实施方式。
权利要求1.一种高效节能有杆抽稠泵，其包括光杆(21)、油管(24)、游动阀(27)、柱塞(29)、泵筒(30)、密封光杆(31)、密封短节(32)、固定阀(33)、脱接机构(34)、固定阀座(35)；所述的泵筒(30)与上部油管(24)相连；所述的脱接机构(34)是用于可断开地连接光杆(21)和密封光杆(31)的；所述的密封短节(32)与固定阀座(35)相连；所述的固定阀座(35)位于泵筒(30)的顶部并与泵筒(30)连接在一起；所述的固定阀(33)坐落在固定阀座(35)的固定阀通道(38)上方；所述的柱塞(29)位于泵筒(30)的内部，其柱塞(29)顶部与密封光杆(31)相连；所述的游动阀(27)坐落在所述的柱塞(29)的固定阀通道(37)上方；所述的密封光杆(31)可以从密封短节(32)中心孔中上下运动；所述的固定阀(33)和与之相连的固定阀座(35)位于泵筒(30)的顶部，而所述的游动阀(27)和与之相连的柱塞(29)位于泵筒(30)内部并置于固定阀座(35)的下方；其特征在于在所述的泵筒(30)中间设置为一段内径放大的大径泵筒(36)，在所述的固定阀通道(38)内设置并固定有弹簧顶杆(39)。
2.根据权利要求1所述的高效节能有杆抽稠泵，其特征在于所述的柱塞(29)开设有径向通孔(40)，所述的径向通孔(40)将固定阀通道(37)和柱塞(29)外圆柱表面相通。
3.根据权利要求1或2所述的高效节能有杆抽稠泵，其特征在于所述的密封短节(32)可采用软密封与密封光杆(31)密封。
4.根据权利要求1或2所述的高效节能有杆抽稠泵，其特征在于所述的密封短节(32)内部加工成光滑面，与密封光杆(31)形成光滑的密封面。
5.根据权利要求1或2所述的高效节能有杆抽稠泵，其特征在于所述的游动阀(27)由并列多个阀构成。
6.根据权利要求1或2所述的高效节能有杆抽稠泵，其特征在于所述的固定阀(33)可以由多个并列阀构成。
7.根据权利要求1或2所述的高效节能有杆抽稠泵，其特征在于柱塞(29)的下端连接有软柱塞。
8.根据权利要求1或2所述的高效节能有杆抽稠泵，其特征在于柱塞(29)的加有软密封环。
9.根据权利要求1或2所述的高效节能有杆抽稠泵，其特征在于泵筒(30)上开设一些环形槽。
专利摘要本实用新型公开了一种高效节能有杆抽稠泵，它包括光杆、油管、游动阀、柱塞、泵筒、密封光杆、密封短节、固定阀、脱接机构、固定阀座。其特征在于固定阀位于泵筒的顶部，游动阀置于固定阀座的下方，泵筒中间设置一段内径放大的大径泵筒，在固定阀通道内设置并固定有弹簧顶杆。地层流体将对柱塞产生一个向上的力，实现抽油机节能，在地层流体向上的惯性力和柱塞的主动向下捕获力的双重作用实现泵效提高。该泵可以满足蒸汽吞吐或蒸汽驱油井注汽和采油的需要，也可满足在油井不动管柱的情况下实现酸化、解堵、清蜡、除垢等工艺技术。
文档编号E21B43/00GK2846799SQ20052011499
公开日2006年12月13日 申请日期2005年8月3日 优先权日2005年8月3日
发明者凌建军, 黄鹂 申请人:凌建军