[发明专利]长柱塞式双筒防煤粉排采泵

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤层气井排水采气中用于抽吸井液的排采泵，特别是涉及一种能防止偏磨和煤粉埋泵、卡泵以及延长检泵周期的长柱塞式双筒防煤粉管式排采泵。

背景技术

当前，我国煤层气开采仍然采用的是采油采气方面的技术和经验，还没有形成自己的体系，90％以上的煤层气井均使用的是开采常规油气时常用的抽油泵，主要是一些防砂泵，包括自旋式防砂泵、泵筒带螺旋槽防砂泵、等径刮砂柱塞防砂泵和动筒式防砂泵。由于煤层气井自身井浅、沉没度较低、产能较小、冲程小和冲次低等实际情况，与石油天然气矿场差别较大，使得所移植抽油泵的使用效果并不理想，现场使用中存在设备不配套、磨损严重等问题，主要体现在：(1)长泵筒短柱塞结构容易使附着在泵筒内壁和沉积的煤粉进入柱塞和泵筒的间隙，加剧二者的磨损，严重时造成煤粉卡柱塞，降低泵的使用寿命；(2)煤层气井下泵后，泵的沉没度较低，导致泵阀打开困难，泵的充满系数和泵效较低，且容易发生卡泵；(3)井液中煤粉颗粒较多并伴有煤焦等黏性物，泵下端液体入泵流速较低，煤粉颗粒在泵筒外和泵腔中易沉积，造成埋泵；(4)抽吸井液中，泵阀不能快速复位，造成泵阀堵死；(5)杆式防砂泵没有安装扶正装置，柱塞和泵筒间的偏磨现象比较严重。由此造成泵的使用寿命较低，检泵周期过短，严重影响了煤层气井的正常、经济排采和高产。

发明内容

为了克服现有煤层气井所移植油气井防砂泵的不足，本发明的目的是提供一种煤层气井防煤粉专用的长柱塞式双筒排采泵。该排采泵依据所设计的特殊结构，可实现低沉没度下泵阀顺利启闭和自冲洗以及沉煤粉功能，防止柱塞与泵筒间的偏磨以及煤粉埋泵筒和卡泵。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种长柱塞式双筒防煤粉排采泵，主要由泵筒总成、柱塞总成、出液阀总成、进液阀总成和扶正体五部分组成。排采泵底部的支撑短节将泵筒固定在排采管柱的下端，柱塞与排采杆柱连接，上冲程中，柱塞伴随排采杆柱上行，柱塞以下的泵腔容积增大，进液阀开启，井液流经进液阀进入泵筒下腔室，与此同时，出液阀在上下压差的作用下关闭，柱塞以上泵腔中的井液随柱塞向上运动，沿杆管环空举升至地面。下冲程中，柱塞下行，泵腔内压增大，出液阀开启，进液阀关闭，泵筒下腔室的井液流经出液阀进入上腔室，由此柱塞上下往复运动一次，排采泵完成了一个抽吸周期。

扶正体包括滑阀罩和扶正锁爪。滑阀罩材料采用35CrMo，表面氧化处理，同时调质处理布氏硬度不低于220，以抵抗滑阀罩内外井液压差变化引发的冲击；顶壁正中央为圆形孔道，与贯穿其中的排采杆精密配合，形成移动副；上端加工有杆管环空与泵筒连通的流道，四个均布排列，形状采用流线型，降低井液流经滑阀罩时的局部压力损失；中间加工有两个环形沟槽，放置O形密封圈，实现滑阀罩与上接箍之间的密封；下端带有外螺纹，与扶正锁爪连接。扶正锁爪材料采用60Si2Mn，调质处理布氏硬度大于230；上端的内环面加工有内螺纹，中间的外环面有两个环形沟槽，放置O形密封圈，实现扶正锁爪与上接箍之间的密封；下端均布排列六个锁爪，倒角限位部分进行精磨处理，粗糙度不高于1.6，将锁爪直接插入上接箍下部的锁套中进行定位，从而使得整个扶正体固定在上接箍内，由此防止柱塞在泵筒中摆动，避免柱塞与泵筒间发生偏磨，以提高泵的使用寿命。

泵筒总成采用双筒构造，主要包括泵筒、外筒和上下接箍，材料均采用45钢。泵筒是排采泵最主要的零件，由里而外依次为泵筒和外筒，外筒的内壁表面化学镀处理，镀层厚度大于0.08毫米，镀层与基体金属牢固结合；外筒上端加工有外螺纹，与上接箍连接；下端加工有内外螺纹，通过外螺纹与下接箍连接，通过内螺纹与进液阀接头连接，并以额定的上扣扭矩保证上下接箍内孔端面与外筒端面的密封。泵筒下端带有内螺纹，通过与进液阀支撑短节连接而固定在外筒的下端；泵筒外表面喷焊处理，内孔表面化学镀处理，喷焊层和镀层与基体金属牢固结合，其表面不允许有气泡、起皮、麻点和碰伤等缺陷；然后再进行精密加工，保证泵筒具有良好的耐腐蚀和耐磨特性，并与柱塞高精度配合。泵筒内孔尺寸比柱塞外径略大一点，泵筒长度需保证在冲程上死点处泵筒上端能越出柱塞下端一定长度，而在冲程下死点处柱塞下部的下出液阀能高出泵筒下端一段距离，及时带出柱塞和泵筒间隙中沉积的煤粉颗粒，保护泵筒内外工作表面。外筒和泵筒之间形成一个环形空腔，杆管环空中沉积的煤粉经此空腔回落到泵筒下端的尾管中，防止煤粉在泵筒内腔中和柱塞上部发生沉积，导致埋泵现象。上下接箍带有管螺纹，采用阶梯回转体结构，内表面镀铬处理，外表面磷化处理，上接箍的下端加工有内螺纹，内螺纹上部的腔室为锁套，与扶正锁爪精密配合，限位倒角部分精磨处理。