无动力套管气回收装置的制作方法

本发明涉及一种无动力套管气回收装置。

背景技术

目前，开采原油时，抽油机通过内外套接且下伸的抽油管和套管与油井连通，抽油管和套管之间形成一个环形空间；原油开采过程中，随着油井内的原油的产出，部分伴生气(俗称套管气或井口天然气)会储存在所述环形空间中，套管气的压力随着原油产量的增加而增加，这导致原油的产量降低，严重时抽油机的油泵会出现“气锁”现象，影响泵效。

一般地，国内的大部分油井，抽油管内的原油压力为0.3-0.8mpa，环形空间内的套管气压力为0.15-0.20mpa。

处理套管气的方法之一是定时“放空”，套管气的直接排放会严重污染大气环境，其污染程度是二氧化碳污染程度的21倍，严重破坏臭氧层，造成“空洞”现象，还会影响周边居民的身体健康。

套管气中含有大量硫化氢，在用气过程中，如硫化氢含量浓度大于600mg/m³时，就会危及人的生命，对夜间野外值班的工人来说，用套管气采暖，稍不注意就会埋下安全隐患。

我国农村因使用套管气不当，每年都有伤亡、房屋爆炸等事故发生。

在资源紧缺的今天，套管气的放空也是宝贵资源的一种严重浪费。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种可有效回收利用套管气的无动力套管气回收装置。

本发明采用如下技术方案：

无动力套管气回收装置，它包括依次共中心线相连的第一缸筒、中间体、第二缸筒，活塞杆共中心线地穿置于前三者内，活塞杆的两端共中心线地设有依次与第一缸筒、第二缸筒滑动配合的第一活塞、第二活塞；

中间体上在位置上对应于第一缸筒处沿中间体周向间隔地开有与第一缸筒的有杆腔相通的进气道、出气道，进气道内设有用以控制套管气进入第一缸筒的有杆腔的第一止回阀，出气道内设有用以控制第一缸筒的有杆腔内的套管气排出的第二止回阀；

中间体上在位置上对应于第二缸筒处开有与第二缸筒的有杆腔相通的平衡气道，平衡气道远离第二缸筒的有杆腔的那侧设有确保大气与第二缸筒的有杆腔连通的空气过滤器；

第一缸筒远离中间体的那端、第二缸筒远离中间体的那端之间按跨接连通方式设有球阀、用以控制油井内的原油流入输油管网内的第三止回阀，球阀、第三止回阀依次连通；

球阀靠近中间体且两者的中心线相平行，球阀的阀杆上接有与阀杆共中心线、伸向中间体、圆形的接杆，接杆上远离阀杆的那侧设有与接杆共中心线的齿轮；

中间体在位置上与球阀相对应处开有供齿轮和接杆插入的插孔，插孔为沉孔且其外侧敞口位于中间体靠近球阀的相应侧；

中间体内在位置上与插孔的内段相对应处穿置与中间体滑动配合的推杆，推杆的中心线与活塞杆的中心线相平行，推杆的两端分别从中间体内等距离地伸出；

中间体内在位置上分别与推杆的中部和插孔的内段相对应处沿其轴向设置与插孔的内段相通、条形的穿孔；

推杆的中部沿其长度方向设有齿条，齿条的规格使得其上的齿伸进插孔的内段；

接杆上远离阀杆的那端经插孔落座在中间体内，齿轮置于插孔的内段且与齿条相啮合，穿孔的轴向长度确保齿条沿穿孔往复移动时，推杆的相应端得以进入中间体内；

本装置工作时，第一活塞向着靠近中间体的方向移动，第二活塞向着第二缸筒远离中间体的那端移动，当第一活塞推动推杆，推杆带动齿条沿穿孔向着靠近第二活塞的方向移动，齿条驱动齿轮、接杆、阀杆正向转动，使得第一活塞与中间体之间呈接触状态、推杆与第二活塞相远离的那端进入中间体内、球阀处于开启状态；或：

第二活塞向着靠近中间体的方向移动，第一活塞向着第一缸筒远离中间体的那端移动，当第二活塞推动推杆，推杆带动齿条沿穿孔向着靠近第一活塞的方向移动，齿条驱动齿轮、接杆、阀杆反向转动，使得第二活塞与中间体之间呈接触状态、推杆与第一活塞相远离的那端进入中间体内、球阀处于关闭状态。

为简洁说明问题起见，以下对本发明所述无动力套管气回收装置均简称为本装置。

本装置使用时，第一缸筒远离中间体的那端与抽油机的原油出口连通，通过空气过滤器、平衡气道确保大气与第二缸筒的有杆腔连通，进气道与套管通过第一管路连通，出气道与输油管网通过第二管路连通(以下两种连通方式均可：出气道与第三止回阀的出气端通过第二管路连通；或：出气道与第二缸筒远离中间体的那端通过第二管路直接连通)，第二缸筒远离中间体的那端与输油管网连通(即：第二缸筒的无杆腔与输油管网连通)，从而将本装置安装在抽油机和输油管网之间；抽油管和套管之间环形空间内的套管气经第一管路、进气道、第一止回阀持续而自行地进入第一缸筒的有杆腔内。

本装置的工作步骤为：

1)、当抽油机上行时，从油井向上抽出的原油经抽油机的原油出口流入第一缸筒的无杆腔内，此时，带有压力的原油会推动第一活塞向着靠近中间体的方向移动(球阀处于闭合状态)；第一缸筒的有杆腔内的套管气会在第一活塞的作用下，经出气道、第二止回阀、第二管路被压到输油管网中，所述套管气可被输送到联合站进行集中处理；第一活塞借助活塞杆推动第二活塞，使得第二活塞向着第二缸筒远离中间体的那端移动，当第一活塞推动推杆，推杆带动齿条沿穿孔向着靠近第二活塞的方向移动，齿条驱动齿轮、接杆、阀杆正向转动，使得第一活塞与中间体之间呈接触状态、推杆与第二活塞相远离的那端进入中间体内、球阀处于开启状态，原油经球阀、第三止回阀进到输油管网中；

2)、当抽油动作完成、抽油机下行时，抽油机的原油出口处的原油压力降低(抽油管内所产生空腔的容积大于第一缸筒的无杆腔的容积)；输油管网中的原油压力较高、输油管网中的套管气处于膨胀状态(第三止回阀处于闭合状态，输油管网中和原油出口处的原油之间的压力逆差较大)，使得输油管网中的原油出现回流且产生“水锤”现象；抽油管和套管之间环形空间内的套管气经第一管路、进气道、第一止回阀持续地进入第一缸筒的有杆腔内，第二缸筒的有杆腔与大气连通；所述原油回流以推动第二活塞向着靠近中间体的方向移动(第二缸筒的有杆腔的容积变小)，第二活塞借助活塞杆推动第一活塞，另，进入第一缸筒的有杆腔内的相应套管气直接推动第一活塞，这样，在所述回流的原油、进入第一缸筒的有杆腔内的相应套管气的共同作用下，第一活塞向着第一缸筒远离中间体的那端移动，当第二活塞推动推杆，推杆带动齿条沿穿孔向着靠近第一活塞的方向移动，齿条驱动齿轮、接杆、阀杆反向转动，使得第二活塞与中间体之间呈接触状态、推杆与第一活塞相远离的那端进入中间体内、球阀处于关闭状态；

3)、多次地重复1)、2)、的步骤。

可见，本装置的工作过程无需电力，也无需其它的控制装置，即可有效解决抽油管和套管之间环形空间内的套管气的安全回收问题，避免抽油机的油泵出现“气锁”现象，有效提高油井产量。

采用以上的技术方案后，与背景技术相比，本装置的优点为：

本装置可有效回收利用套管气，实现节能环保、提高油井效益的效果。

进一步地，所述中间体内设有若干与其共中心线、用以密封活塞杆外壁的第一y型密封圈；中间体内还设有若干与其中心线相平行、用以密封推杆外壁的第二y型密封圈。

第一y型密封圈、第二y型密封圈的设置，可提高气密性，确保第一缸筒的有杆腔、中间体、第二缸筒的有杆腔之间在轴向上处于互不相通的气密封状态。

优选地，所述第一止回阀、第二止回阀采用环状气阀，第三止回阀采用弹簧式止回阀或升降式止回阀。

这样，本装置的结构简单、合理，可确保本装置的正常使用。

附图说明

图1是本装置的结构及工作状态示意图；

图2是本装置的左视图；

图3是本装置的放大俯视图；

图4是图1的a-a放大剖视图；

图5是图4的b-b放大剖视图；

图6是图4中d部的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作具体描述：

参见图1至图6：

如背景技术可知，开采原油时，抽油机c通过内外套接且下伸的抽油管c1、套管c2与油井j连通，抽油管c1、套管c2之间形成一个环形空间。

本装置包括依次共中心线相连的第一缸筒1、中间体2、第二缸筒3，活塞杆4共中心线地穿置于前三者内。

中间体2内设有六个与其共中心线、用以密封活塞杆4外壁的第一y型密封圈2k，其中：三个第一y型密封圈2k位于中间体2内的轴向一侧且所述第一y型密封圈2k在轴向上相互间隔，另三个第一y型密封圈2k位于中间体2内的轴向另一侧且所述第一y型密封圈2k在轴向上相互间隔。

活塞杆4的两端共中心线地设有依次与第一缸筒1、第二缸筒3滑动配合的第一活塞5、第二活塞6；第一活塞5上设有y型密封圈及支撑环(附图中未标出相应的件号)，可防止第一缸筒1的有杆腔1a、第一缸筒1的无杆腔1b之间相通；第二活塞6上设有y型密封圈及支撑环(附图中未标出相应的件号)，可防止第二缸筒3的有杆腔3a、第二缸筒3的无杆腔3b之间相通。

中间体2上在位置上对应于第一缸筒1处沿中间体2周向间隔地开有与第一缸筒1的有杆腔1a相通的进气道2a、出气道2c，进气道2a内设有用以控制套管气进入第一缸筒1的有杆腔1a的第一止回阀2b(所述套管气为抽油管c1和套管c2之间环形空间内的套管气)，出气道2c内设有用以控制第一缸筒1的有杆腔1a内的套管气排出的第二止回阀2d。

中间体2上在位置上对应于第二缸筒3处开有与第二缸筒3的有杆腔3a相通的平衡气道2e，平衡气道2e远离第二缸筒3的有杆腔3a的那侧设有确保大气与第二缸筒3的有杆腔3a连通的空气过滤器2f。

第一缸筒1远离中间体2的那端、第二缸筒3远离中间体2的那端之间按跨接连通方式(即：并联方式)设有球阀7、用以控制油井j内的原油流入输油管网w内的第三止回阀8，球阀7、第三止回阀8依次连通，球阀7、第三止回阀8位于第一缸筒1、中间体2、第二缸筒3的前侧上方。

球阀7靠近中间体2且两者的中心线相平行，球阀7的阀杆7a上接有与阀杆7a共中心线、竖直向下地伸向中间体2、圆形的接杆7b，接杆7b上远离阀杆7a的下侧设有与接杆7b共中心线的齿轮7c，接杆7b上远离阀杆7a的下侧还套有高于齿轮7c的盖板2n。

中间体2的前部在位置上与球阀7相对应处开有供齿轮7c和接杆7b插入的插孔2g，插孔2g为竖直向下布置的沉孔且其外侧敞口位于中间体2的上侧。

中间体2内在位置上与插孔2g的内段相对应处穿置与中间体2滑动配合的推杆2h，推杆2h的中心线与活塞杆4的中心线平行且共面，推杆2h的长度大于中间体2的长度，推杆2h的两端分别从中间体2内等距离地伸出(即：推杆2h两端的伸出长度相同)，推杆2h的中部有一轴向延伸的凹进2r。中间体2内设有六个与其中心线相平行、用以密封推杆2h外壁的第二y型密封圈2m。

中间体2内在位置上分别与推杆2h的中部和插孔2g的内段相对应处沿其轴向设置与插孔2g的内段相通、水平布置、条形的穿孔2i，穿孔2i的轴向长度大于推杆2h任一端的伸出长度，穿孔2i的轴向长度为所述伸出长度的3.3倍。

中间体2的前侧中部在位置上与插孔2g的内段相对应处开有与插孔2g的内段相通、用以安装齿条2j的安装孔2p，安装孔2p为水平布置的长方形孔且其外侧敞口位于中间体2的前侧，这样，安装孔2p、插孔2g、穿孔2i前后依次连通。

齿条2j依次经安装孔2p、插孔2g的内段、穿孔2i卡入凹进2r中且通过紧固件与推杆2h的中部连接，使得推杆2h的中部沿其长度方向设有齿条2j，齿条2j的规格使得其上的齿伸进插孔2g的内段。

接杆7b上远离阀杆7a的那端经插孔2g落座在中间体2内，齿轮7c置于插孔2g的内段且与齿条2j相啮合，穿孔2i的轴向长度确保齿条2j沿穿孔2i往复移动时，推杆2h的相应端得以进入中间体2内；盖板2n通过紧固件水平地装在插孔2g的外侧，以将插孔2g的外侧敞口封闭。上述结构使得接杆7b始终保持竖直状、转动稳定可靠。

封板2q通过紧固件安装在中间体2的前侧中部且将安装孔2p的外侧敞口封闭。

本装置工作时，第一活塞5向着靠近中间体2的方向移动，第二活塞6向着第二缸筒3远离中间体2的那端移动，当第一活塞5推动推杆2h，推杆2h带动齿条2j沿穿孔2i向着靠近第二活塞6的方向移动，齿条2j驱动齿轮7c、接杆7b、阀杆7a正向转动，使得第一活塞5与中间体2之间呈接触状态、推杆2h与第二活塞6相远离的那端进入中间体2内、球阀7处于开启状态；或：

第二活塞6向着靠近中间体2的方向移动，第一活塞5向着第一缸筒1远离中间体2的那端移动，当第二活塞6推动推杆2h，推杆2h带动齿条2j沿穿孔2i向着靠近第一活塞5的方向移动，齿条2j驱动齿轮7c、接杆7b、阀杆7a反向转动，使得第二活塞6与中间体2之间呈接触状态、推杆2h与第一活塞5相远离的那端进入中间体2内、球阀7处于关闭状态。

所述第一止回阀2b、第二止回阀2d采用环状气阀，第三止回阀8采用弹簧式止回阀。空气过滤器2f为现有技术部分。

本装置使用时，第一缸筒1远离中间体2的那端与抽油机c的原油出口连通，通过空气过滤器2f、平衡气道2e确保大气与第二缸筒3的有杆腔3a连通，进气道2a与套管c2通过第一管路l1连通，出气道2c与第三止回阀8的出气端通过第二管路l2连通，实现出气道2c与输油管网w通过第二管路l2连通，第二缸筒3远离中间体2的那端与输油管网w连通(即：第二缸筒3的无杆腔3b与输油管网w连通)，从而将本装置安装在抽油机c和输油管网w之间；抽油管c1和套管c2之间环形空间内的套管气经第一管路l1、进气道2a、第一止回阀2b持续而自行地进入第一缸筒1的有杆腔1a内。

本装置的工作步骤为：

1)、当抽油机c上行时，从油井j向上抽出的原油经抽油机c的原油出口流入第一缸筒1的无杆腔1b内，此时，带有压力的原油会推动第一活塞5向着靠近中间体2的方向移动(球阀7处于闭合状态)；第一缸筒1的有杆腔1a内的套管气会在第一活塞5的作用下，经出气道2c、第二止回阀2d、第二管路l2被压到输油管网w中，所述套管气可被输送到联合站进行集中处理；第一活塞5借助活塞杆4推动第二活塞6，使得第二活塞6向着第二缸筒3远离中间体2的那端移动，当第一活塞5推动推杆2h，推杆2h带动齿条2j沿穿孔2i向着靠近第二活塞6的方向移动，齿条2j驱动齿轮7c、接杆7b、阀杆7a正向转动，使得第一活塞5与中间体2之间呈接触状态、推杆2h与第二活塞6相远离的那端进入中间体2内、球阀7处于开启状态，原油经球阀7、第三止回阀8进到输油管网w中；

2)、当抽油动作完成、抽油机c下行时，抽油机c的原油出口处的原油压力降低(抽油管c1内所产生空腔的容积大于第一缸筒1的无杆腔1b的容积)；输油管网w中的原油压力较高、输油管网w中的套管气处于膨胀状态(第三止回阀8处于闭合状态，输油管网w中和原油出口处的原油之间的压力逆差较大)，使得输油管网w中的原油出现回流且产生“水锤”现象；抽油管c1和套管c2之间环形空间内的套管气经第一管路l1、进气道2a、第一止回阀2b持续地进入第一缸筒1的有杆腔1a内，第二缸筒3的有杆腔3a与大气连通；所述原油回流以推动第二活塞6向着靠近中间体2的方向移动(第二缸筒3的有杆腔3a的容积变小)，第二活塞6借助活塞杆4推动第一活塞5，另，进入第一缸筒1的有杆腔1a内的相应套管气直接推动第一活塞5，这样，在所述回流的原油、进入第一缸筒1的有杆腔1a内的相应套管气的共同作用下，第一活塞5向着第一缸筒1远离中间体2的那端移动，当第二活塞6推动推杆2h，推杆2h带动齿条2j沿穿孔2i向着靠近第一活塞5的方向移动，齿条2j驱动齿轮7c、接杆7b、阀杆7a反向转动，使得第二活塞6与中间体2之间呈接触状态、推杆2h与第一活塞5相远离的那端进入中间体2内、球阀7处于关闭状态；

3)、多次地重复1)、2)、的步骤。

可见，本装置的工作过程无需电力，也无需其它的控制装置，即可有效解决抽油管c1和套管c2之间环形空间内的套管气的安全回收问题，避免抽油机c的油泵出现“气锁”现象，有效提高油井j的产量。

综上所述，本装置可有效回收利用套管气，实现节能环保、提高油井效益的效果。

本装置可适用的油井范围较广。油井安装本装置前，经测试：套管内的压力为1.1mpa、输油管网的回油压力为0.45mpa；油井安装本装置后，经测试：套管内的压力小于0.4mpa(使得套管内的压力至少降低0.7mpa)、输油管网的回油压力无明显变化。另，油井安装本装置前后，抽油机的工作电流平稳。可见，油井安装本装置后，抽油机的工作电流、输油管网的回油压力无明显增大，说明本装置对抽油机的能耗影响较小，套管气的日回收能力为：10-400m³/d。

以上所述，仅是本发明的一种具体实施方式，并非对本发明的限制，本领域的技术人员在不脱离本发明技术设计原理的情况下，利用上述技术内容所作的更改或修饰，这些应视为属于本发明的保护范围。比如：

球阀、第三止回阀还可采取下接式结构，即：球阀、第三止回阀位于第一缸筒、中间体、第二缸筒的前侧下方，球阀的阀杆上接有与阀杆共中心线、竖直向上地伸向中间体、圆形的接杆，接杆上远离阀杆的上侧设有与接杆共中心线的齿轮，中间体的前部在位置上与球阀相对应处开有供齿轮和接杆插入的插孔，插孔为竖直向上布置的沉孔且其外侧敞口位于中间体的下侧；

出气道与第二缸筒远离中间体的那端通过第二管路直接连通，也可实现出气道与输油管网通过第二管路连通；

第三止回阀也可采用升降式止回阀。