CN1027770C - 一种水击采液的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种利用水击与共振产生的能量驱动深井泵工作的机械采油方法以及所用的水击采液泵装置。水击采液泵装置由井口水击阀及可调速电机、地面泵、贮罐、反馈式深井泵、机械能充放装置组成。可广泛用于石油、盐水、碱水、热水、矿泉水等地层液的开采。

Description

本发明涉及一种井中无电缆，无钢杆的机械采油方法及其装置，尤其涉及到一种水击采液的方法及其装置。

有杆泵机械采油是传统的机械采油方法。但随着世界石油钻井逐渐向海洋和深井，超深井方向发展，逐渐向弯井、定向井、丛式井、水平井方向发展，有杆泵机械采油不适于在上述条件下使用，现有的无杆泵采油设备虽然能适应当今世界钻井采油的发展方向，但也有其各自的缺陷，故时至今日仍不能大规模推广应用，除了制造成本较高外，还有一个十分重要的原因，就是目前无杆泵采油设备在使用中出现的许多问题和麻烦都出自管柱中的高压动力液以及动力设备下井这两个问题中的一个，因此，形势发展急需研制出一种成本较低，动力设备不下井，也不需要高压动力液的无杆泵采油设备。本发明就是为适合上述要求而提出的一种利用井口产生的声速水击波驱动深井泵柱塞工作的机械采油方法及其装置，本发明设计的水击采液泵装置，设计扬程可达3000米以上，在此以前，国内外已公布了若干有关声波采油及振荡液柱采油的发明专利及实用新型，但至今未见有产品进入市场。

本发明的目的在于设计出一种工作原理可靠、便于制造、成本低、使用范围广、操作方便的无杆采液泵装置-水击采液泵。

本发明采用的技术方案是：在井口设计一个水击发生装置，通过它在井口交替产生增压水击波-正压波和减压水击波-负压波，使水击波“撞击”由井底弹簧及桩塞支承的液柱，激励液柱产生振荡，从而激励柱塞振动泵液，同时，在地面调节水击波的策动频率，使之与液柱-弹簧构成的单振子系统产 生系统共振。达到利用水击与共振产生的能量驱动深井泵工作的发明目的。

本发明是通过一种水击采液泵装置实现上述技术方案的，水击采液泵装置是由井口水击发生装置及用油管下到井底的反馈式深井泵及与泵相接的机械能充放装置组成的，井口水击发生装置是由装在采油树油管四通上的水击阀及驱动它的可调速电机，带压的油管柱、地面泵，从水击阀通往贮罐的放空管线以及贮罐组成，用管线将上述设备串接起来，构成一个不连续的开路循环流程。水击阀由四通阀套与装在阀套中的有「形弯头通道的两通阀芯装配而成，阀芯由安装在阀套之上的可调速电机驱动旋转，其旋转频率与电机相同，可在设定范围内任意调节。在井下反馈式深井泵的下面连接了一个机械能充放装置，反馈式深井泵中由上柱塞、中心管、下柱塞连成一体的组合柱塞坐在机械能充放装置的组合弹簧上，构成水击采液泵装置的主体。

本发明的优点是显而易见的，1.可以获得高的系统效率，与目前现场使用最为广泛的常规机械采油设备-有杆泵采油装置相比，后者是不允许在共振状态下工作的，这样，在光杆下行程时，液柱的巨大惯性能就被白白浪费了，还给有杆泵造成了降低泵效的冲程损失，而本发明的水击采液泵装置，由于它特殊的组合设计，可以使液柱及支承液柱的机械能充放装置在任何时刻都可以实现能量互换，机械能充放装置可以贮存和释放水击和共振时产生的巨大能量，机械能充放装置在水击采液时形成的振荡回路中发挥了类似振荡电路中电容的作用，因此，本发明可以获得高的系统效率。2.便于制造，成本低，此优点已为首台样机所证实。3.使用范围广。本发明的水击采液泵装置设计排量5-250方/日，连续可调，举升扬程500-3000米以上。4.由于本发明具有振动采油的基本特征，因此，油管振动泵在30多年使用实践中所表现出的许多特点：例如声波减轻或防止油管结蜡，振动波激化油井增产等优点本发明的水击采液泵装置也会具有。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

图1是水击采液泵装置处于正水击时泵的进油冲程示意图。

图2是水击采液泵装置处于负水击时泵的排油冲程示意图。

如图1、2所示，水击采液泵装置由井口水击发生装置和下有反馈式深井泵及机械能充放装置的油管柱组成。

如图1、2所示，在井口采油树的油管四通上安装1个水击阀[1]，水击阀[1]由四通阀套与有「形弯头通道的两通阀芯装配而成，阀套用丝扣或卡箍连接安装在采油树的油管四通上，阀芯由安装在阀套之上的可调速电机驱动旋转，将地面泵[4]与水击阀[1]、放空管线[17]、贮罐[5]用管线串接成一个不连续的开路循环流程，此为水击采液泵装置中的井口水击发生装置。

如图1、2所示，通过油管柱[6]向井中下入反馈式深井泵[14]及串接在它下面的机械能充放装置[16]，机械能充放装置中的组合弹簧支承着由上柱塞[9]、中心管[12]、下柱塞[13]构成的组合柱塞，也就支承着整个的液柱，构成了弹簧支承液柱的单振子中间密封装置[11]将上、下两柱塞之间的泵腔分成上油腔[10]与下油腔[15]，上油腔[10]与油套管环形空间相通，只起平衡腔室内外压力的辅助作用，称为辅助油腔，下油腔[15]是担负向油管柱[6]内泵液的工作油腔。

串接在反馈式深井泵之下的机械能充放装置[16]，它是由若干个内装有直列式弹簧组的钢筒用中间接头串接组成的，每个直列式弹簧组由若干个圆柱螺旋压缩弹簧垒成，分别坐在中间接头的台肩上，每个直列式弹簧组的顶上压着一块中心开孔的活动垫板，每两块相邻的活动垫板之间支着一根从直列式弹簧组和中间接头穿过的空心钢管，按上述要求组装成一个由若干直列式弹簧组同时并立承受液柱重量的机械能充放装置。

如图1所示：水击阀[1]交替使地面泵[4]或放空管线[17]与带压的油管柱[6]沟通，当地面泵[4]与油管柱[6]沟通时，阀套上通往放空管线的出口被阀芯的盲孔堵死，于是在油管柱[6]中迅及产生增压（+）水击波，增压水击波以声速向下传递到深井泵的上柱塞[9]，上柱塞受到正压水击波的冲击后，通过中心管[12]带动下柱塞[13]一起向下运动，支承着下柱塞[13]的机械能充放装置[16]中的组合弹簧就被压缩贮能，与此同时，下油腔[15]的容积迅速扩大，腔内形成负压，于是井中的原油[8]便顶开下柱塞[13]中的单向阀进入下油腔内， 完成泵的进油冲程。

如图2所示：当转动的阀芯使放空管线[17]与带压的油管柱[6]沟通时，阀套上通往地面泵的出口又被阀芯的盲孔堵死，于是，在油管柱[6]中迅及产生减压（-）水击波，减压水击波也以声速传到深井泵的上柱塞[9]，使上柱塞的顶面上出现一个压力降，这样，由上、下柱塞及中心管构成的组合柱塞就受到一个向上推的脉冲力，再加上在上一个进油冲程中组合弹簧[16]被压缩贮存的机械能释放产生的弹力，两个力合在一起推动组合柱塞猛烈向上运动，于是，下油腔[15]的容积迅速缩小、腔内原油受到压缩腔内压力迅速增高，当增高至大于液柱压力时，下油腔内的原油便顶开上柱塞[9]中的单向阀、进入油管柱[6]内，完成泵的排油冲程。

液柱负载一组合弹簧构成的单振子系统共振状态，也即水击采液泵系统的最佳工作点确定方法如下：处于某一稳定状态下的液柱及支承它的组合弹簧，有一复合的自振频率，通过调节驱动阀芯的电机转速，也即调节水击波的策动频率去匹配液柱一组合弹簧单振子系统的自振频率，即可找到使机采系统效率最高，系统机械阻抗最低，泵的排液量最大的最佳工作点，此即水击采液泵系统的共振状态工作点。从图1、图2还可看出，无论反馈式深井泵[14]中的上、下柱塞处在何种位置，上、下柱塞中的单向阀交替堵住了液柱压力通往泵外压力的通道，这样，液柱压力任何时刻都不能直接加在油管柱[6]上，液柱压力只直接加在组合弹簧顶着的组合柱塞上，这就构成了组合弹簧顶着液柱的单振子。

Claims (6)

1、一种水击采液的方法，它是利用在井口产生的声速压力波，经油管中的液体，反复作用到一个由弹簧支承的深井泵的柱塞上，驱动柱塞振动泵液，其特征在于：

在井口设计一个水击发生装置，通过它在井口交替产生增压水击波-正压波和减压水击波一负压波，使水击波撞击由井底弹簧及柱塞支承的液柱，激励液柱产生振荡，从而激励柱塞振动泵液，同时，在地面调节水击波的策动频率，使之与液柱一弹簧构成的单振子系统产生共振，利用水击与共振产生的能量驱动深井泵工作。

2、根据权利要求1所称的水击采液方法，其特征在于：在井口采油树的油管四通上安装1个水击阀，将地面泵与水击阀、贮罐、放空管线用管线串接成一个不连续的开路循环流程，水击阀的阀套内装有一个有「形弯头通道的阀芯;其垂直通道时刻与带压的油管柱相通，而水平侧孔是随阀芯旋转的，它交替使地面泵或放空管线与带压的油管柱沟通。

3、根据权利要求1所述的水击采液方法，其特征在于：通过调节驱动水击阀芯的电机转速，调节水击波的策动频率，使它与液柱一组合弹簧构成的单振子系统的自振频率相匹配，找到使水击采液泵系统机械阻抗最低，系统效率最高，泵的排液量最大的共振状态工作点。

4、一种水击采液泵装置，在井口安装了地面泵、贮罐、驱动井口阀的电机及调速装置，用管线把地面泵、贮罐及井口阀串接成一个不连续的开路循环流程，用油管向井中下入反馈式探井泵，其特征在于：把一个称为水击阀的井口阀安装在采油树的油管四通上，水击阀由四通阀套及有「形弯头通道的两通阀芯装配而成，在井下反馈式深井泵的下面连接了一个机械能充放装置，反馈式深井泵中由上柱塞、中心管、下柱塞连成一体的组合柱塞坐在机械能充放装置中的组合弹簧上，构成水击采液泵装置的主体。

5、根据权利要求4所称的水击采液泵装置，其特征在于：水击阀的阀套采用丝扣或卡箍连接安装在采油树的油管四通上，阀芯由安装在阀套之上的可调速电机驱动旋转。

6、根据权利要求4所称的水击采液泵装置，其特征在于：串接在反馈式深井泵之下的机械能充放装置，它是由若干个装有直列式弹簧组的钢筒用中间接头串接组成的，每个直列式弹簧组由若干个圆柱螺旋压缩弹簧垒成，分别坐在中间接头的台肩上，每个直列式弹簧组的顶上压着一块中心开孔的活动垫板，每两块相邻的活动垫板之间支着一根从直列式弹簧组和中间接头穿过的空心钢管，按上述要求组装成一个由若干个直列式弹簧组同时并立承受液柱重量的机械能充放装置。

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