水力喷射泵的制作方法

本发明属于油气田开采工艺技术领域，特别涉及一种水力喷射泵。

背景技术：

目前油田的采油过程中，需要利用泵把地层液泵注到地面上，目前使用的泵有柱塞泵、螺杆泵、潜油泵、水力喷射泵等。水力喷射泵具有排量大、作业方便等优点，在现有的石油开采中占有重要的位置。

现有技术中使用的水力喷射泵，由泵筒和泵芯组成，泵芯设置在泵筒内，泵芯内设置有喷嘴、导流座和扩散管，其工作原理为：高压动力液进入到泵筒中，从泵芯上端的进液口进入到泵芯中，经过喷嘴喷出，形成高速射流，在射流处形成局部低压区，地层液通过导流座上的通孔进入到射流的周围，由于射流质点的横向紊动，促使高压动力液与地层液混合，并共同流入扩散管，随着扩散管的逐渐扩大，混合液流速降低，压力升高，最后从泵筒壁上开设的出油孔排出泵外。

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：

现有技术中使用的水力喷射泵的喷嘴采用的是圆形导管，高压动力液经过喷嘴后的射流为直线紊动射流，而直线紊动射流的携液能力不强，使得水力喷射泵的泵的携液效果受到影响。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提供一种水力喷射泵，利用旋动射流提高射流的携液能力，增强水力喷射泵的携液效果。

具体而言，包括以下的技术方案：

一种水力喷射泵，所述水力喷射泵包括：泵芯、泵筒、喷嘴、导流座和螺旋体，其中，

所述泵芯设置在所述泵筒内；

所述泵芯内部开设有第一空腔，所述螺旋体、所述喷嘴和所述导流座从上到下设置在所述第一空腔内，所述螺旋体与所述泵芯相连，所述喷嘴设置在所述泵芯的内壁上，所述导流座设置在所述喷嘴的喷嘴口处，且所述导流座开设有第一通孔，所述第一通孔与所述喷嘴连通；

所述泵芯的上部开设有第二通孔，所述第二通孔与所述第一空腔连通；

所述泵芯的下部开设有进液通道，所述进液通道连通所述第一通孔与所述泵筒；所述泵芯的下部还开设有出液通道，所述出液通道与所述喷嘴连通；

所述泵筒的壁上开设有第三通孔，所述第三通孔与所述出液通道连通。

进一步地，所述水力喷射泵还包括第一单流阀，所述第一单流阀设置在所述第一空腔内，且位于所述螺旋体与所述泵芯之间。

进一步地，所述第一单流阀的外壁上设置有第一凸块，所述泵芯的内壁开设有第一限位槽，所述第一凸块可移动地设置在所述第一限位槽内。

进一步地，所述泵芯外壁上设置有第二凸块，所述泵筒的内壁开设有第二限位槽，所述第二凸块可移动地设置在所述第二限位槽内。

进一步地，所述第一单流阀为梭形单流阀。

进一步地，所述水力喷射泵还包括喉体扩散管，所述喉体扩散管设置在所述泵芯的内壁上，且位于所述导流座的下部。

进一步地，所述水力喷射泵还包括第二单流阀，所述第二单流阀设置在所述泵筒内，且与所述泵芯的下部相连。

进一步地，所述第二单流阀为底部边缘为圆倒角的单流阀。

进一步地，所述第三通孔为倾斜向上的通孔，且所述第三通孔的数量为1～4个。

进一步地，所述水力喷射泵还包括第三单流阀，所述第三单流阀与所述泵筒相连，且位于所述泵筒的下部。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果：

本发明实施例的水力喷射泵通过在泵芯的第一空腔内设置螺旋体，使得螺旋体固定在泵芯内，当高压流体从泵芯的上部的第二通孔流入到第一空腔中，进而接触到螺旋体的螺旋面时，高压流体被螺旋加速后从喷嘴喷射出第一空腔，喷射出的流束为旋转向前运动的紊动射流流束，即旋动射流流束，由于旋动射流流束的表面紊动性要比直线紊动射流流束的表明紊动性强，因此，旋动射流流束的携液能力更强，通过旋动射流流束与从泵芯的下部开设的进液通道流入的地层液混合，使得更多地层液可以被高压流体携带着从泵芯的下部开设的出液通道流出，最后经过泵筒壁上的第三通孔流出泵外，增强泵的携液效果。

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一种水力喷射泵的结构剖面图；

图2为本发明实施例提供的一种水力喷射泵的泵筒安装图；

图3为本发明实施例提供的一种水力喷射泵的泵芯安装图；

图4为本发明实施例提供的一种水力喷射泵的第一筒体的结构示意图；

图5为沿图4中a-a线剖开的截面示意图；

图6为沿图4中b-b线剖开的截面示意图；

图7为本发明实施例提供的一种水力喷射泵的第二筒体的结构示意图；

图8为沿图7中a-a线剖开的截面示意图；

图9为沿图7中b-b线剖开的截面示意图；

图10为本发明实施例提供的一种水力喷射泵的第三单流阀的结构示意图；

图11为沿图10中a-a线剖开的截面示意图；

图12为沿图10中b-b线剖开的截面示意图；

图13为沿图10中a1-a1线剖开的截面示意图；

图14为沿图10中a2-a2线剖开的截面示意图；

图15为本发明实施例提供的一种水力喷射泵的第一芯体的结构示意图；

图16为沿图15中a1-a1线剖开的截面示意图；

图17为沿图15中a2-a2线剖开的截面示意图；

图18为沿图15中b-b线剖开的截面示意图；

图19为本发明实施例提供的一种水力喷射泵的第一单流阀和螺旋体的结构示意图；

图20为沿图19中a1-a1线剖开的截面示意图；

图21为为沿图19中a2-a2线剖开的截面示意图；

图22为沿图19中b-b线剖开的截面示意图；

图23为本发明实施例提供的一种水力喷射泵的第二芯体的结构示意图；

图24为沿图23中a-a线剖开的截面示意图；

图25为沿图23中b-b线剖开的截面示意图；

图26为本发明实施例提供的一种水力喷射泵的喷嘴的结构示意图；

图27为沿图26中a-a线剖开的截面示意图；

图28为沿图26中b-b线剖开的截面示意图；

图29为本发明实施例提供的一种水力喷射泵的导流座的结构示意图；

图30为沿图29中a-a线剖开的截面示意图；

图31为沿图29中b-b线剖开的截面示意图；

图32为本发明实施例提供的一种水力喷射泵的喉体扩散管的结构示意图；

图33为沿图32中a-a线剖开的截面示意图；

图34为沿图32中b-b线剖开的截面示意图；

图35为本发明实施例提供的一种水力喷射泵的第三芯体的结构示意图；

图36为沿图35中a1-a1线剖开的截面示意图；

图37为沿图35中a2-a2线剖开的截面示意图；

图38为本发明实施例提供的一种水力喷射泵的第二单流阀的结构示意图；

图39为沿图38中a-a线剖开的截面示意图；

图40为沿图38中b-b线剖开的截面示意图；

图41为沿图38中a1-a1线剖开的截面示意图；

图42为沿图38中a2-a2线剖开的截面示意图。

图中的附图标记分别表示为：

1、泵芯；

101、第一空腔；

102、第二通孔；

103、进液通道；

104、出液通道；

105、第一限位槽；

106、第二凸块；

107、第二空腔；

108、第四通孔；

109、第五通孔；

110、第六通孔；

111、第七通孔；

2、泵筒；

201、第三通孔；

202、第二限位槽；

203、环形空间；

3、喷嘴；

4、导流座；

401、第一通孔

5、螺旋体；

501、螺旋；

502、连接柱；

6、第一单流阀；

602、第一过流孔；

601、第一凸块；

7、第三单流阀；

701、第二球体；

702、第二阀座；

703、第三过流孔；

8、喉体扩散管；

9、第二单流阀；

901、第一球体；

902、第一阀座；

903、第二过流孔；

10、第一密封圈；

11、第二密封圈；

1-1、第一芯体；

1-2、第二芯体；

1-3、第三芯体；

2-1、第一筒体；

2-2、第二筒体。

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水力喷射泵，其结构示意图如图1所示，包括泵芯1、泵筒2、喷嘴3、导流座4和螺旋体5，其中，

泵芯1设置在泵筒2内；

泵芯1内部开设有第一空腔101，螺旋体5、喷嘴3和导流座4从上到下设置在第一空腔101内，螺旋体5与泵芯1相连，喷嘴3设置在泵芯1的内壁上，导流座4设置在喷嘴3的喷嘴口处，且导流座4开设有第一通孔401，第一通孔401与喷嘴3连通；

泵芯1的上部开设有第二通孔102，第二通孔102与第一空腔101连通；

泵芯1的下部开设有进液通道103，进液通道103连通第一通孔401与泵筒2；泵芯1的下部还开设有出液通道104，出液通道104与喷嘴3连通；

泵筒2的壁上开设有第三通孔201，第三通孔201与出液通道104连通。

具体地，在本发明实施例的水力喷射泵中，进液通道103可以包括连通的第二空腔107和第四通孔108，地层液可以先通过第二空腔107进入到第四通孔108中，如图1或图35所示，其中，第四通孔108的数量为1～3个，依据现场的实际情况而具体设定第四通孔108的数量，优选地，从进液通道103所在处沿a1-a1线剖开的截面示意图，如图36所示，和进液通道103所在处的a2-a2截面图，如图37所示，第四通孔108的数量为3个；出液通道104可以包括连通的第五通孔109、第六通孔110和环形空间203，如图1，其中环形空间203为泵芯1的外壁和泵筒2的内壁之间形成的空间，其中，第六通孔110的数量为1～3个，同样依据现场的时间情况具体设定第六通孔110的数量，优选地，从出液通道104所在处沿a2-a2线剖开的截面示意图，如图37所示，第六通孔110的数量为3个。

需要说明的是，螺旋体5的结构如图22所示，螺旋501螺旋缠绕在连接柱502上，其a2-a2截面的结构如图21所示，便于液体通过螺旋体5。

下面对本发明实施例提供的水力喷射泵的工作原理进行说明：

在使用过程中，首先将本发明实施例的水力喷射泵的泵筒2连同油管一同下入到井筒中，使得整个泵筒2浸入在井筒的地层液内；

其次，下入泵芯1，使得泵芯1在自身的重力作用下向泵筒2的方向运动；

再次，向井筒内注入高压流体，使得泵芯1进入到泵筒2中；

最后，继续向井筒内注入高压流体，当高压流体从上至下流入泵筒2中后，高压流体继续下行从泵芯1的上部的第二通孔102流入到第一空腔101中，进而接触到螺旋体5的螺旋面，通过螺旋体5的螺旋加速后从喷嘴3喷射出第一空腔101，形成旋动射流流束；同时，由于泵筒2浸入在地层液中，地层液可以从泵筒2进入到泵芯1的下部开设的进液通道103，并通过进液通道103流入到导流座4开设的第一通孔401中；在喷嘴3的喷嘴口处，从喷嘴3流出的旋动射流流束与与从第一通孔401流出的地层液混合，在旋动射流流束的携带作用下，地层液被携带着从泵芯1的下部开设的出液通道104流出，最后经过泵筒2壁上开设的第三通孔201流出泵外。

因此，本发明实施例的水力喷射泵利用泵芯1、泵筒2、喷嘴3、导流座4和螺旋体5，使得高压流体流入泵内时形成旋动射流流束，由于旋动射流流束的表面紊动性要比直线紊动射流流束的表明紊动性强，因此，旋动射流流束的携液能力更强，通过旋动射流流束与地层液混合，可以使更多地层液被高压流体携带着从泵内泵出，增强泵的携液效果。

在本发明实施例的水力喷射泵中，在结构上，对于泵芯1而言，泵芯1可以包括相连的第一芯体1-1、第二芯体1-2和第三芯体1-3，第一芯体1-1的结构示意图如图15所示，第一芯体1-1位于泵芯1的上部；第二芯体1-2内部中空，如图23或图24或图25所示，其中图23为第二芯体1-2的结构示意图，图24为图23中沿a-a线剖开的截面示意图，图25为图23中沿b-b线剖开的截面示意图；第一单流阀6和螺旋体5设置在第一芯体1-1和第二芯体1-2中，优选地，第一单流阀6和螺旋体5为一体结构，如图19所示，且第一单流阀6与第一芯体1-1通过卡扣相连；第三芯体1-3的结构示意图如图35所示，第三芯体1-3位于泵芯1的下部，第三芯体1-2内包含进液通道103、第五通孔109和第六通孔110，在第二芯体1-2与第三芯体1-3之间从上到下依次安装喷嘴3、导流座4和喉体扩散管8。

需要说明的是，喷嘴3为圆柱型内部中空的长导管喷嘴，其结构示意图如图26所示，其沿b-b线剖开的截面示意图如图28所示，可以从其沿a-a线剖开的截面示意图，如图27所示，可以看出喷嘴3嘴口的口径远小于上部进口的口径，使得高压液体经过喷嘴3嘴口时压力增大，便于高压液体从喷嘴3嘴口喷出时携带更多的地层液。

在安装本发明实施例的水力喷射泵的泵芯1时，其安装示意图如图3所示，先将相连的第一单流阀6和螺旋体6装入到第一芯体1-1内，其次，将第二芯体1-2向上左旋与第一芯体1-1的下部以螺纹方式连接，再将喷嘴3和导流座4向上装入到第二芯体1-2中，喉体扩散管8向下装入到第三芯体1-3中，继而将装有喉体扩散管8的第三芯体1-3向上左旋与第二芯体1-2的下部以螺纹方式连接，接着将第二单流阀9的阀体向上左旋与第三芯体1-3的下部以螺纹方式连接，将第一球体901向上装入到阀体中，最后将第一阀座902向上右旋与阀体下部以螺纹方式连接。

在本发明实施例的水力喷射泵中，对于泵筒2而言，泵筒2包括第一筒体2-1和第二筒体2-2，第一筒体2-1内部开设有第二限位槽202，如图4所示，优选地，第一筒体2-1沿a-a线剖开的截面示意图如图5所示，第一筒体2-1在沿b-b线剖开的截面示意图如图6所示，第二限位槽202的数量为4个，且均匀布设在第一筒体2-1的内壁上，相对应地，第一芯体1-1的外壁上开设的第二凸块106的数量也为4个，如图17所示；第二筒体2-2内部中空，可以从其结构示意图图7中或从其沿a-a线剖开的截面示意图图8中或从其沿b-b剖开的截面示意图图9中看出，第二筒体2-2的上部与第一筒体2-1的下部相连，第二筒体2-2的下部与第三单流阀7相连。

在安装本发明实施例的水力喷射泵的泵筒2时，其安装示意图如图2所示，第一筒体2-1向上右旋与上部的油管以螺纹方式连接，第二筒体2-2向上右旋与第一筒体2-1下部以螺纹方式连接，第三单流阀7的阀体向上右旋与第二筒体2-2的下部以螺纹方式连接，将第二球体701向上装入到阀体中，最后将第二阀座702向上右旋与阀体下部以螺纹方式连接。

需要说明的是，第二球体701的球径大于第一球体901的球径，第二球体701和第一球体901均为空心球体，可以为不锈钢球或树脂球等，在本发明实施例的水力喷射泵中，对其材质不作具体限定。

进一步地，在泵筒2和泵芯1之间，设置有第一密封圈10和第二密封圈11，第一密封圈10设置在第二芯体1-2与第一筒体1-1之间，如图1所示，第二密封圈11设置在第三芯体1-3与第二筒体1-2之间，如图1所示，第一密封圈10和第二密封圈11均为o形密封圈，用于密封环形空间203，防止混合液体从泵筒2和泵芯1之间流出，降低泵的携液效果。

为了实现水力喷射泵的功能，在本发明实施例的水力喷射泵中，水力喷射泵还包括第一单流阀6，第一单流阀6设置在第一空腔101内，且位于螺旋体5与泵芯1之间，如图1所示，第一单流阀1的作用不仅用来限定流经第一单流阀1的液体的运动方向，即只能使流经的液体从上向下运动，而不能从下向上运动，而且基于该限定作用，当水力喷射泵使用完之后，需要取出泵芯1时，可以通过从油套环空或同心管柱工艺特定通道反打高压流体，高压流体可以经过第三通孔201、出液通道104进入到第一空腔101内，沿着泵芯1向上运动，推动泵芯1向井口方向运动，使得泵芯1进入到井口泵芯捕捞器中，实现泵芯1的取出。

需要说明的是，第一单流阀6为梭形单流阀，如图19所示，使得高压液体经过时，减少高压液体的运动阻力，防止在第一单流阀6的边缘处形成涡流，确保高压流体经过第一单流阀6时保持直线运动。

基于上述装置，为了更好地实现稳定的旋动射流流束，确保旋动射流流束具有更好的携液能力，一方面，可以从第一单流阀6沿a1-a1线剖开的截面示意图中看出，如图20所示，第一单流阀6的外壁上设置有第一凸块601，泵芯1的内壁开设有第一限位槽105，如图17所示，第一凸块601可移动地设置在第一限位槽105内，使得第一单流阀6限定在第一限位槽105内，只可以上下运动，不可以左右转动；另一方面，泵芯1外壁上设置有第二凸块106，不仅可以从第一芯体1-1的结构示意图中可以看出，如图15所示，而且可以从第一芯体1-1沿b-b线剖开的截面示意图中也可以看出，如图18所示，还可以从第一芯体1-1沿a2-a2线剖开的截面示意图中也可以看出，如图17所示；泵筒2的内壁开设有第二限位槽202，如图4所示，第二凸块106可移动地设置在第二限位槽202内，使得泵芯1限定在泵筒2内，只可以上下运动，不可以左右转动，防止高压液体流经螺旋体5的螺旋面形成旋动射流流束时，给螺旋体5反作用力，使得泵芯1旋转，起到了从内到外固定螺旋体5的作用。

进一步地，在本发明实施例的水力喷射泵中，水力喷射泵还包括喉体扩散管8，如图1所示，喉体扩散管8设置在泵芯1的内壁上，且位于导流座4的下部，其具体的结构示意图，如图32所示，其内径的取值在上半部分取值恒定，其内径下半部分由上到下逐渐增大，结合其沿a-a线剖开的截面示意图图33和其沿b-b线剖开的截面示意图图34所示，使得地层液和高压液体的混合液体的流速逐渐降低。

为了更好地实现水力喷射泵的功能，在本发明实施例的水力喷射泵中，一方面，水力喷射泵还包括第二单流阀9，其结构示意图如图38所示，包括第一球体901和第一阀座902，第一阀座902开设有第一进液孔，如其沿a-a线剖开的截面示意图图39和其沿b-b线剖开的截面示意图图40所示，其中，第一进液孔的直径小于第一球体901的直径，第一阀座902可以将第一球体901封堵在阀体内，第二单流阀9设置在泵筒2内，且与泵芯1的下部相连，使得液体只能从泵芯1外流入泵芯1内，而不能从泵芯1内流出泵芯1外，在泵芯1下入到井中时，不仅可以起到保护泵芯1的作用，而且可以在泵芯1需要取出时，从油套环空或同心管柱工艺特定通道反打进入泵芯1的高压流体受到第二单流阀9的封堵，促使高压流体推动泵芯1向上运动。

需要说明的是，第二单流阀9为底部边缘为圆倒角的单流阀，目的是为了使泵芯1顺利进入到泵筒2中，降低泵芯1在油管中的下行阻力。

为了更好的实现水力喷射泵功能，在本发明实施例的水力喷射泵中，另一方面，水力喷射泵还包括第三单流阀7，其结构示意图如图10所示，包括第二球体701和第二阀座702，第二阀座702开设有第二进液孔，如其沿a-a线剖开的截面示意图图11和其沿b-b线剖开的截面示意图图12所示，其中第二进液孔的直径小于第二球体701的直径，第二阀座702可以将第二球体701封堵在阀体内，第三单流阀7与泵筒2相连，且位于泵筒2的下部，实现经过第三单流阀7液体的单向限流，使得液体只能从泵筒2外流入泵筒2内，而不能从泵筒2内流出泵筒2外，当需要取出泵芯1时，从油套环空或同心管柱工艺特定通道反打进入泵芯1的高压流体受到第三单流阀7的封堵，促使高压流体推动泵芯1向上运动，保证泵芯1在使用完成后可以离开泵筒2向上运动到井口处，实现在井口处的回收，使水力喷射泵可以实现循环使用。

为了配合上述装置结构，使得本发明实施例的水力喷射泵实现更多的携液，在本发明实施例的水力喷射泵中，泵芯1上部的第一芯体1-1开设有4个第七通孔111，如图16所示，相对应地，第一单流阀6开设有4个第一过流孔602，如图20中的沿a1-a1线剖开的截面所示，确保高压流体进出泵芯1的流畅性；导流座4开设的第一通孔401的数量为1～4个，优选地，在本发明实施例的水力喷射泵中，其结构示意图如图29所示，第一通孔401的数量为4个，如其沿a-a线剖开的截面示意图图30和其沿b-b线剖开的截面示意图图31所示，第一通孔401均匀布设在导流座4上，确保地层液通过导流座4的流畅性；第二单流阀9的阀体上开设有第二过流孔903，第二过流孔903的数量为1～4个，优选地，如其沿a1-a1线剖开的截面示意图图41和其沿a2-a2线剖开的截面示意图图42所示，第二过流孔903的数量为4个，确保地层液通过第二单流阀9的流畅性；相对应地，第三单流阀7的阀体上也开设有第三过流孔703，第三过流孔703的数量为1～4个，优选地，如其沿a1-a1线剖开的截面示意图图13和其沿a2-a2线剖开的截面示意图图14所示，第三过流孔703的数量为4个，确保地层液通过第一单流阀7进入到泵筒2的流畅性。

需要说明的是，由于地层液中可能含砂，因此第三通孔201为倾斜向上的通孔，如图7所示，且第三通孔201的数量为1～4个，优选地，在本发明实施例的水力喷射泵中，第三通孔201的数量为4个，如此设置，可以使得混合产出的液体在流过第三通孔201时降低局部流速，同时，可以降低含砂混合液对泵外管道内壁的冲砂磨损度，增长管道的使用寿命。

在采油工艺操作中需要使用本发明实施例的水力喷射泵时：

首先，将泵筒2连通油管一同下入到井筒中，使得整个泵筒2浸入到井筒内的地层液中；

其次，下入泵芯1，通过泵芯1自身的重力的作用下向下运动；

再次，继续向井筒内注入高压水，使得高压水从泵芯1的上部的第二通孔102进入到第一空腔101中，通过螺旋体5的螺旋加速后从喷嘴3喷射出形成旋动射流流束；同时，旋动射流流束与从进液通道103进入，通过导流座4开设的第一通孔401中流出的地层液混合，使得由高压水形成的旋动射流流束携带地层液经过出液通道104，最后从泵筒2壁上开设的第三通孔201流出泵外。

在完成采油工艺操作或者需要调整喷嘴2与喉体扩散管8匹配时：

从油套环空或同心管柱工艺特定通道反打高压水，使得高压水从第三通孔201逆向进入到出液通道104中，在第二单流阀9和第三单流阀7的单向限定作用下，高压水不能向下流出泵筒2，因此，高压水只能向上运动，推动泵芯1向上运动，直到泵芯1运动到井口处，通过井口泵芯捕捞器，将泵芯1取出，保存放置泵芯1或将泵芯1内的喷嘴3和喉体扩散管8重新匹配后重新投入到泵筒2中。

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。