[发明专利]石油倍程抽油泵

说明书

本发明涉及一种石油开采用抽油泵，特别是适用于油田中后期开采石油的能够通过自身结构在井下增加抽汲冲程的倍程抽油泵。

油田开采到中后期，原油含水不断增加，为保证原油产量，目前采取的措施主要是长冲程、大泵径、大排量抽油。由于抽油泵泵径同时受到井身结构尺寸和抽油杆强度的限制，欲增大排量，最有效的途径是增加抽油泵冲程和适当减少冲次来提高抽油泵的泵效、系统效率和使用寿命。为此，各油田近年来对长冲程、低冲次的大型抽油机的需求越来越大，而长冲程抽油机庞大、笨重、耗用钢材多、造价高，造成地面投资加大且安装、维修也不方便，给油田中后期开采带来一系列困难。为了不改变原抽油井的配套设备，即在地面抽油机冲程不增加、井内抽油管、杆柱及井下工具不改变的情况下，直接通过抽油泵的自身结构在井下增加抽汲冲程来实现长冲程、大泵径、大排量抽油的目的，本所已于1989年10月7日申请了“倍程抽油泵”专利(专利号ZL89217899)。在现有技术中，除本所的“倍程抽油泵”专利外，至今尚未发现类似技术。“倍程抽油泵”专利尚属一种发明思想和方案，要使之转变为实用产品、还需要进行反复试验和诸多改进。

本发明的目的是根据油田中后期采取长冲程、大泵径和大排量抽油的采油工艺需求，针对本所专利“倍程抽油泵”的结构特征及其存在的缺陷，经过长期的试验、改进和完善，提供一种完全实用化的石油倍程抽油泵，使其在不改变原抽油井配套设备即不改变原抽油井的地面抽油机、井内抽油管、杆柱及井下工具的情况下，通过其自身结构能在井下直接增加抽汲冲程的抽油泵，以满足油田中后期开采石油的工艺需求。

本发明的目的是通过研制、改进和完善专用的倍程机构和选用与之配套的长冲程抽油泵的技术方案实现的。具体方案是：倍程机构由固定件总成和游动件总成构成；游动件总成由上游动件总成和下游动件总成构成；固定件总成上端与座挂在井口的上部油管柱连接，其下端直接或通过下部油管柱与长冲程抽油泵的泵筒连接；上游动件总成上端与和抽油光杆相连接的上部抽油杆柱连接，下游动件总成下端直接或通过下部抽油杆柱与长冲程抽油泵的柱塞连接，上、下游动件总成之间可以相对游动；上游动件总成与固定件总成之间构成有上、下两组“动—静”摩擦密封副，下游动件总成与上游动件总成之间构成有上、下两组“动—动”摩擦密封副；在上游动件总成上端具有出油阀，在上游动件总成上和在上“动—静”摩擦密封副之下具有补油阀，在上游动件总成的下部具有油流孔，在下游动件总成的下部也具有油流孔；上、下“动—静”摩擦密封副的直径分别为Ф₁和Ф₂，上、下“动—动”摩擦密封副的直径分别为Ф₃和Ф₄，四组摩擦密封副的直径之间的关系是：Ф₂＝Ф_max、Ф₄＝Ф_min、Ф₁≥Ф₃或Ф₁≤Ф₃。倍程机构的增程原理是：在上游动件总成与固定件总成之间及上、下“动—静”摩擦密封副之间形成有油腔A，在上、下游动件总成之间及上、下“动—动”摩擦密封副之间形成有油腔B，上游动件总成下部的油流孔从底部将A腔和B腔连通；上游动件总成上的补油阀在倍程抽油泵作上冲程运动时关闭和作下冲程运动过程中开启；上游动件总成通过抽油杆与抽油光杆连接，其冲程即为抽油机冲程S_机；下游动件总成与长冲程抽油泵柱塞连接，其冲程即为长冲程抽油泵冲程S_泵；上游动件总成以冲程S_机相对于固定件总成作上冲程运动时，补油阀关闭，封闭在A腔内的油液只能向B腔内转移，从而推动下游动件总成以冲程S_R相对于上游动件总成向上运动，根据连筒器内封闭液体不可压缩原理，A腔内减少的油液量等于B腔内增加的油液量，于是有关系式π(Ф₂²-Ф₁²)S_机/4＝π(Ф₃²-Ф₄²)S_R/4，即S_R＝S_机(Ф₂²-Ф₁²)/(Ф₃²-Ф₄²)，而下游动件总成相对于固定件总成的冲程即S_泵应满足关系S_泵＝S_机+S_R，从而实现了倍程机构增程的目的。另外，为了减少上、下游动件总成在作下冲程运动过程中的下行阻力，可在下游动件总成下部与固定件总成底部增加一组“动—静”摩擦密封副，其直径Ф₅满足关系式Ф₅＝Ф₄，且固定件总成底部具有油流孔。