一种抽油装置的制作方法

本发明涉及一种油田生产上使用的稠油开采举升装置，尤其涉及一种抽油装置。

背景技术：

随着油田开发进入中后期，蒸汽驱、水平井、SAGD等举升技术的应用将会逐渐增加，井底温度高、排液量需求大、腐蚀性增强等举升技术难题将日益突出。以稠油蒸汽驱开采为例，井下温度最高可达到300℃左右，地层流体进入井筒后，由于压力的变化，对应水的饱和温度降低，部分水的显热变成水蒸气的潜热，急剧汽化，发生闪蒸及二次闪蒸，两次闪蒸带来的抽油泵的气击、气锁现象；以及高温变形、关键零部件工作表面脱落、剥落带来的卡泵现象会严重影响举升设备。又以SAGD为例，井底温度高达240℃，部分井H2S含量达到1400ppm以上，随着井底温度不断升高，腐蚀性介质大量析出，化学腐蚀现象加剧，工作表面腐蚀和结垢，会造成举升装置工作中的漏失量增大甚至失效，这些不利因素的综合作用对举升设备的影响很大。

目前，有杆泵举升技术中，抽油泵在选材上基本采用金属材质，近年来，国内外开发研制出了陶瓷泵举升工艺技术，其重要组成部件柱塞及泵筒采用陶瓷复合结构，但由于金属与陶瓷存在膨胀系数上的差异，以及陶瓷结构与金属结构之间的连接多为直接连接，比如螺纹连接，从而出现了陶瓷柱塞与金属结构件错位、陶瓷柱塞撞击金属件导致断裂等现象，这就直接导致卡泵、漏失量增大等问题，严重影响现场生产。因此，有必要开发研制一种新型的抽油装置，以满足蒸汽驱开发中后期、SAGD等的举升需求。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本发明提供一种抽油装置，以能够避免柱塞结构中产生错位，提高结构稳定性，从而满足蒸汽驱开发中后期、SAGD等的举升需求。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种抽油装置，包括：

外管；

固定于所述外管内的泵筒；所述泵筒设置有缓冲机构，所述缓冲机构能够缓冲所述泵筒受热时的伸长量；

位于所述泵筒内的柱塞机构，其能在泵筒内上下移动；所述柱塞机构包括上游动阀、柱塞、下游动阀；所述柱塞连接于所述上游动阀与所述下游动阀之间；所述柱塞的外壁与所述泵筒的内壁贴合；

连接于所述外管下端的固定阀，所述固定阀在所述柱塞机构上行时打开并在所述柱塞下行时关闭。

作为优选的一种实施方式，所述柱塞设有防腐蚀部；所述防腐蚀部设置于所述柱塞的表面上，以防止所述柱塞腐蚀。

作为优选的一种实施方式，所述泵筒设有防腐蚀部；所述防腐蚀部设置于所述泵筒的表面上，以防止所述泵筒腐蚀。

作为优选的一种实施方式，所述防腐蚀部镀设在所述表面的外侧壁上。

作为优选的一种实施方式，所述防腐蚀部包括镀设在所述表面上的Al₂0₃基陶瓷涂层。

作为优选的一种实施方式，所述Al₂0₃基陶瓷涂层的厚度为0.2至0.3毫米。

作为优选的一种实施方式，所述柱塞及所述泵筒的材质为铝合金。

作为优选的一种实施方式，所述柱塞的硬度为900±20Hv；所述防腐蚀部的硬度为900Hv至1800Hv。

作为优选的一种实施方式，所述泵筒的硬度为1000±20Hv；所述防腐蚀部的硬度为900Hv至1800Hv。

作为优选的一种实施方式，所述柱塞机构的上端连接有脱节机构；所述脱节机构包括脱节爪、引导套、引导管、芯杆、锁紧环、第一弹簧、轴套、变径接头；

所述脱节爪与护帽连接；所述引导套螺纹连接于所述引导管的上端，所述引导管的下端螺纹连接所述锁紧环；所述引导套、所述引导管、以及所述锁紧环连接后套设于所述芯杆上，所述轴套套设所述芯杆外且位于所述锁紧环的下方，所述第一弹簧套设于所述芯杆外且位于所述轴套与所述芯杆之间；所述变径接头连接于所述芯杆的下端；所述第一弹簧的上端顶抵所述锁紧环，下端顶抵所述变径接头。

作为优选的一种实施方式，所述上游动阀包括上出油接头、上游动阀球、上游动阀座；所述上游动阀座固定安装于所述上出油接头；所述上游动阀球位于所述上出油接头内且落座于所述上游动阀座上；所述上出油接头的上端连接所述变径接头；

所述柱塞的上端连接有柱塞接头；所述柱塞接头连接所述上出油接头的下端；

所述下游动阀包括游动阀罩接头、游动阀罩、下游动阀球、下游动阀座；所述游动阀罩接头连接所述柱塞的下端，所述游动阀罩连接于所述游动阀罩接头的下端；所述下游动阀座固定设置于所述游动阀罩内；所述下游动阀球位于所述游动阀罩内且落座于所述下游动阀座上；所述游动阀罩的下端连接有柱塞下接头。

作为优选的一种实施方式，所述柱塞包括多个首尾相连的柱塞管。

作为优选的一种实施方式，所述外管包括依次连接的护帽、释放接箍、第一管体、油管接箍、第二管体、泵筒下接头、支撑管；所述泵筒的上端连接有调节环；所述调节环通过调节接头连接所述第二管体；所述泵筒下接头的内壁设有第三限位台阶；所述泵筒的下端抵在第三限位台阶上。

作为优选的一种实施方式，所述泵筒包括上泵筒及下泵筒；所述缓冲机构包括设置于所述上泵筒的下端的第一缓冲部、以及设置于所述下泵筒的上端的第二缓冲部；所述第一缓冲部与所述第二缓冲部相匹配锁紧以缓冲所述上泵筒及下泵筒受热时的伸长量。

作为优选的一种实施方式，所述第一缓冲部设置于所述上泵筒的外侧壁；所述第二缓冲部设置于所述下泵筒的内侧壁。

作为优选的一种实施方式，所述第一缓冲部包括第一锥形部、以及位于第一锥形部上端的第一限位台阶；所述第二缓冲部包括第二锥形部、以及位于第二锥形部上端的第二限位台阶；所述第一锥形部伸入所述第二锥形部并与所述第二锥形部贴合锁紧；所述第一锥形部的下端与所述第二限位台阶之间设有间隙，所述第二锥形部的上端与所述第一限位台阶之间设有间隙。

作为优选的一种实施方式，所述上泵筒的外径在所述第一锥形部上向下逐渐减小；所述下泵筒的内径在所述第二锥形部上向上逐渐增大。

作为优选的一种实施方式，所述缓冲机构包括设置于所述泵筒的上端的第三缓冲部、以及设置于所述调节环的下端的第四缓冲部；所述调节接头下压所述调节环以使所述第三缓冲部与所述第四缓冲部相匹配锁紧，从而缓冲所述泵筒受热时的伸长量。

作为优选的一种实施方式，所述泵筒为一体结构。

作为优选的一种实施方式，所述固定阀包括固定阀上接头、弹簧座、第二弹簧、阀体、推杆、阀套、固定阀球、固定阀座、固定阀下接头；

所述固定阀上接头的上端连接所述支撑管的下端；所述固定阀上接头的下端连接所述阀体；所述弹簧座与所述第二弹簧套设于所述推杆外且位于所述固定阀上接头内；所述阀套、所述固定阀球、以及所述固定阀座位于所述阀体内；所述推杆在所述第二弹簧的作用下下压所述固定阀球；所述固定阀下接头连接所述阀体的下端。

借由以上技术方案，本发明的抽油装置通过在泵筒设有缓冲机构，通过缓冲机构将泵筒受热膨胀后的伸长量缓冲掉，避免出现结构错位，从而使泵筒在外管内更加稳定。同时，在泵筒与外管的膨胀系数存在区别时，缓冲机构可以使泵筒在外管内的连接更加稳定，从而不会产生现有普通陶瓷泵直接连接因膨胀系数不同造成的挤压陶瓷件破裂的情况。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种实施方式提供的抽油装置结构示意图；

图2是图1所示抽油装置的上部分结构示意图；

图3是图1所示抽油装置的中间部分结构示意图；

图4是图1所示抽油装置的下部分结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图4，为本发明一种实施方式提供的一种抽油装置的结构示意图。在本实施方式中，该抽油装置包括：外管；固定于所述外管内的泵筒；所述泵筒设置有缓冲机构100，所述缓冲机构100能够缓冲所述泵筒受热时的伸长量；位于所述泵筒内的柱塞机构，其能在泵筒内上下移动；所述柱塞机构包括上游动阀、柱塞20、下游动阀；所述柱塞20连接于所述上游动阀与所述下游动阀之间；所述柱塞20的外壁与所述泵筒的内壁贴合；连接于所述外管下端的固定阀，所述固定阀在所述柱塞机构上行时打开并在所述柱塞20下行时关闭。

借由以上技术方案，本实施方式的抽油装置通过在泵筒设有缓冲机构100，通过缓冲机构100将泵筒受热膨胀后的伸长量缓冲掉，避免出现结构错位，从而使泵筒在外管内更加稳定。同时，在泵筒与外管的膨胀系数存在区别时，缓冲机构100可以使泵筒在外管内的连接更加稳定，从而不会产生现有普通陶瓷泵直接连接因膨胀系数不同造成的挤压陶瓷件破裂的情况。

在本实施方式中，所述柱塞机构的上端连接有脱节机构；所述脱节机构包括脱节爪3、引导套5、引导管4、芯杆7、锁紧环8、第一弹簧9、轴套10、变径接头11。

所述脱节爪3与护帽1连接；所述引导套5螺纹连接于所述引导管4的上端，所述引导管4的下端螺纹连接所述锁紧环8；所述引导套5、所述引导管4、以及所述锁紧环8连接后套设于所述芯杆7上，所述轴套10套设所述芯杆7外且位于所述锁紧环8的下方，所述第一弹簧9套设于所述芯杆7外且位于所述轴套10与所述芯杆7之间；所述变径接头11连接于所述芯杆7的下端；所述第一弹簧9的上端顶抵所述锁紧环8，下端顶抵所述变径接头11。第一弹簧9压紧在锁紧环8与变径接头11之间。

其中，脱节机构可以连接于抽油杆与柱塞机构之间。在本实施方式中，采用脱节机构连接抽油杆与柱塞机构是因为通常情况下柱塞20外径超过连接油管的内径，无法直接从井口下入。设置脱节机构便于柱塞20下井。

在本实施方式中，所述上游动阀包括上出油接头12、上游动阀球14、上游动阀座15；所述上游动阀座15固定安装于所述上出油接头12；所述上游动阀球14位于所述上出油接头12内且落座于所述上游动阀座15上；所述上出油接头12的上端连接所述变径接头11。所述柱塞20的上端连接有柱塞接头16；所述柱塞接头16连接所述上出油接头12的下端。

所述下游动阀包括游动阀罩接头25、游动阀罩26、下游动阀球27、下游动阀座28；所述游动阀罩接头25连接所述柱塞20的下端，所述游动阀罩26连接于所述游动阀罩接头25的下端；所述下游动阀座28固定设置于所述游动阀罩26内；所述下游动阀球27位于所述游动阀罩26内且落座于所述下游动阀座28上；所述游动阀罩26的下端连接有柱塞下接头29。其中，柱塞20也可以称为柱塞管，所述柱塞20可以包括多个首尾相连的柱塞管。

在本实施方式中，所述柱塞20可以设有防腐蚀部。所述防腐蚀部设置于所述柱塞20的表面上，以防止所述柱塞20腐蚀。同时，所述泵筒设有防腐蚀部；所述防腐蚀部设置于所述泵筒的表面上，以防止所述泵筒腐蚀。

所述防腐蚀部镀设在所述表面上。比如，可以采用表面电镀陶瓷的形式加工。较佳的，柱塞20的外侧壁以及泵筒的内侧壁镀设有防腐蚀部。柱塞20的内壁(内侧壁)以及泵筒的外壁(外侧壁)可不必镀设防腐蚀部。

所述防腐蚀部包括镀设在所述表面上的Al₂0₃基陶瓷涂层(硬铝基涂层)。如此设置，可以使得本实施方式的抽油装置的泵筒、柱塞20不仅耐腐蚀，而且耐磨损、以及在高温下不易变形，使得本实施方式的抽油装置可以在高温井下不卡泵、不漏失、耐腐蚀和不结垢，从而有效地延长了装置的使用寿命和泵效，满足了稠油开采高温环境下有杆泵举升的工作要求。进一步的，所述Al₂0₃基陶瓷涂层的厚度为0.2至0.3毫米。

为提升结构强度，所述柱塞20及所述泵筒的材质可以为铝合金。如此设置，不易产生现有举升装置采用陶瓷件易碎裂的问题。具体的，所述柱塞20的硬度为900±20Hv；所述防腐蚀部的硬度为900Hv至1800Hv。所述泵筒的硬度为1000±20Hv；所述防腐蚀部的硬度为900Hv至1800Hv。

所述外管包括依次连接的护帽1、释放接箍2、第一管体4、油管接箍13、第二管体19、泵筒下接头23、支撑管24；所述泵筒的上端连接有调节环18；所述调节环18通过调节接头17连接所述第二管体19；所述泵筒下接头23的内壁设有第三限位台阶231；所述泵筒的下端抵在第三限位台阶231上。

在本实施方式中，缓冲机构100也可以称为自锁机构。缓冲机构100可以设置于泵筒的连接部位。在泵筒受热伸长时，在泵筒的连接部位可以提供泵筒伸长量的缓冲空间。该连接部位可以为泵筒连接其他组件或部分的连接部位，也可以为泵筒自身内部的连接部位。当然，泵筒未受热伸长时，泵筒的连接部位可以提供刚性支撑，避免连接不牢。

在一个实施例中，泵筒可以为分体构造，通过多段连接形成，从而便于制造。所述泵筒21包括上泵筒21及下泵筒22。所述缓冲机构100包括设置于所述上泵筒21的下端的第一缓冲部、以及设置于所述下泵筒22的上端的第二缓冲部；所述第一缓冲部与所述第二缓冲部相匹配锁紧以缓冲所述上泵筒21及下泵筒22受热时的伸长量。

其中，第一缓冲部与第二缓冲部之一可以设置在外侧壁，另一可以设置在内侧壁。第一缓冲部与第二缓冲部之一可以部分伸入另一内，并且紧密贴合。具体的，如图1所示，所述第一缓冲部设置于所述上泵筒21的外侧壁；所述第二缓冲部设置于所述下泵筒22的内侧壁。

如图3所示，所述第一缓冲部包括第一锥形部102、以及位于第一锥形部102上端的第一限位台阶101。所述第二缓冲部包括第二锥形部103、以及位于第二锥形部103上端的第二限位台阶104。其中，所述上泵筒21的外径在所述第一锥形部102上向下逐渐减小；所述下泵筒22的内径在所述第二锥形部103上向上逐渐增大。

所述第一锥形部102伸入所述第二锥形部103并与所述第二锥形部103贴合锁紧。所述第一锥形部102的下端与所述第二限位台阶104之间设有间隙，所述第二锥形部103的上端与所述第一限位台阶101之间设有间隙。

如图3所示，第一锥形部102与第二锥形部103在如图位置贴合时，第一锥形部102无法继续伸入第二锥形部103内，使得二者卡紧在如图位置，使得所述第一锥形部102的下端与所述第二限位台阶104之间存在间隙，以及所述第二锥形部103的上端与所述第一限位台阶101之间存在间隙。

在间隙位置，第一锥形部102及第二锥形部103均留有锥面，从而在上泵筒21及下泵筒22受热伸长时，上泵筒21可以在间隙位置的锥面作用下便于向下伸长，下泵筒22在间隙位置的锥面作用下便于向上伸长，进而将二者的伸长量缓冲掉。同时，上泵筒21及下泵筒22进一步伸长后，第一锥形部102与第二锥形部103进一步锁紧，从而提供更加紧固地连接构造，进一步加强结构的稳定性。

另外一个实施方式中，所述缓冲机构100也可以包括设置于所述泵筒21的上端的第三缓冲部、以及设置于所述调节环18的下端的第四缓冲部。所述调节接头17下压所述调节环18以使所述第三缓冲部与所述第四缓冲部相匹配锁紧，从而缓冲所述泵筒21受热时的伸长量。其中，调节接头17与第二管体19之间可以为螺纹连接，通过转动调节接头17可以将泵筒21压紧在调节环18与第三限位台阶之间。

其中，第三缓冲部与第四缓冲部的结构及功能均可以参考第一缓冲部及第二缓冲部的结构及功能，本实施方式中不再一一赘述。

在本实施方式中，缓冲机构100设置于泵筒21与其他部件(调节环18)的连接部位，故所述泵筒21自身内部可以无须设置缓冲机构100，所以在本实施方式中泵筒21可以为一体结构。

在本实施方式中，采用强启闭结构的固定阀，通过应用该固定阀可以有效应对水平井及稠油开采中出现的固定阀球36无法回弹问题。具体的，所述固定阀可以包括固定阀上接头30、弹簧座31、第二弹簧32、阀体33、推杆34、阀套35、固定阀球36、固定阀座37、固定阀下接头38。

其中，所述固定阀上接头30的上端连接所述支撑管24的下端；所述固定阀上接头30的下端连接所述阀体33；所述弹簧座31与所述第二弹簧32套设于所述推杆34外且位于所述固定阀上接头30内；所述阀套35、所述固定阀球36、以及所述固定阀座37位于所述阀体33内；所述推杆34在所述第二弹簧32的作用下下压所述固定阀球36；所述固定阀下接头38连接所述阀体33的下端。其中，所述固定阀下接头38可以连接有护帽39。

下面结合图1详细描述本实施方式所提供的抽油装置的工作过程，以便更好地阐述及理解本发明。

下入前，将护帽1在释放接箍2上取下，解开脱节爪3与护帽1的螺纹连接。将抽油装置与油管连接，下入到油层中。然后，将脱节爪3与抽油杆连接后，下入油管内，直至脱节爪3与芯杆7接触。继续下放，脱节爪3在锁紧环8的作用下，抓住芯杆7的凹槽，从而完成抽油杆与柱塞机构的连接工作。

在上冲程过程中，上提柱塞20，下游动阀与固定阀之间空间变大，压力减小，固定阀开启，原油进入抽油装置内。在下冲程过程中，下游动阀与固定阀之间空间变小，压力增加，迫使游动阀开启，从而使油进入油管内，反复进行操作以完成对油层的开采。

结束开采时，井外提升抽油杆，带动柱塞机构上移。当引导套5与释放接箍2接触时，由于引导套5外径大于释放接箍2内径，继续上提就会使脱节爪3与芯杆7分离，之后可取出抽油杆，抽油装置本体(其他部件)随油管一起取出。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。