液力驱动无杆抽油泵

技术领域

本发明是采用技术领域，涉及抽油井用井下无杆抽油泵的结构及性能改进设备，具体为一种液力驱动无杆抽油泵。

背景技术

抽油泵是一种把原油从地下抽到地面的常用井下装置。有杆采油系统需安装抽油机，需占用较大的地面空间。有杆泵抽油机是当前油田的主要采油设备，其用电量大，系统效率低。在斜井中采油时，有杆采油系统普遍存在管杆偏磨现象；在稠油井中存在抽油杆柱下行速度慢，采油效率低的现象。因此，无杆采油系统近年来开始在油田所采用。

常见的无杆采油系统主要有直线电机潜油电泵系统、潜油螺杆泵采油系统、潜油电泵采油系统等。直线电机潜油电泵系统因直线电机寿命的原因，导致整个采油系统寿命较低；潜油螺杆泵采油系统因其关键部件的胶筒为橡胶材质，无法承受高温环境，适用范围受限；潜油电泵采油系统排量大仅适合于产油量很大的油井。

如中国专利(授权公告号CN202732297U)公开的一种“无杆液力反馈抽油泵，其主要由洗井阀、桥式液路转换器、封隔器、液力举升装置、反馈抽油泵和筛管组成，其特征是在油管柱上设置一洗井阀，在洗井阀下面设置一桥式液路转换器，在桥式液路转换器下端设置一接头，接头下面设置一油管短接油管短接下面设置一插头，在桥式液路转换器下面设置一封隔器，封隔器下面设置一液力举升装置，在液力举升装置下面设置一反馈泵，因不存在抽油杆可彻底解决有杆抽油泵用于斜井抽油杆管偏磨问题，该反馈式液力井下抽油泵可广泛使用于油田斜井和使用常规有杆抽油泵杆管偏磨比较严重的油井中，具有泵挂深，产液量大和泵效高的优点。

再如中国专利(授权公告号CN105508228B)公开的“一种井下液力自动换向无杆防砂卡抽油泵”，该装置依靠地面液压泵提供动力，使活塞往复运动，实现采出液举升，其包括动力液管路、乏动力液管路、换向阀、活塞、活塞缸、换向针、单流阀。

再如中国专利(申请公布号CN 107630685 A)公开的“一种抽油机井无杆采油管柱及方法”，包括从上到下依次连接的光杆、液力柱塞泵、同心双管、双柱塞抽油泵、筛管及油管，光杆上端连接抽油机驴头，下端与液力柱塞泵的活塞连杆连接，液力柱塞泵、同心双管、双柱塞抽油泵三者连通形成内外两条流道。采用游梁式抽油机作为驱动设备，配套井下液力柱塞泵、同心双管、双柱塞抽油泵进行无杆采油的新型工艺方法，从根本上解决定向井、大斜度井在人工举升方式开采过程中管杆偏磨矛盾，降低油井作业频次、延长检泵周期。

上述公开的无杆采油系统，仍存在结构复杂，易出现损坏，增加了使用成本；针对稠油举升困难等方面的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液力驱动无杆抽油泵，用于解决现有无杆采油系统存在的缺陷。

为了实现本发明的目的，采用以下技术方案：

液力驱动无杆抽油泵，包括泵体和柱塞总成，柱塞总成设在泵体内腔，

所述柱塞总成包括上柱塞、连接柱塞和下柱塞，连接柱塞两端分别与上柱塞、下柱塞固定，连接柱塞的截面小于上柱塞、下柱塞的截面；

所述泵体包括依次固定连接的上信号阀、上泵筒、密封隔断、下泵筒、下信号阀、换向阀，密封隔断的内腔与连接柱塞配合，上泵筒内腔与上柱塞配合，下泵筒内腔与下柱塞配合；所述泵体设置有动力液进口、原油出口；所述泵体内侧设置动力液通道、上腔进回液通道、下腔进回液通道、上信号阀信号通道、下信号阀信号通道；

所述上泵筒、下泵筒分别设置一套组合阀，组合阀上设有吸油口、排油口，排油口与原油出口连通；

所述动力液通道连通动力液进口与上信号阀、下信号阀内腔以及换向阀进液口，上腔进回液通道连通换向阀出液口与上柱塞上方的泵体内腔，下腔进回液通道连通下柱塞下方的泵体内腔与换向阀进回液口，上信号阀信号通道连通上信号阀内腔与换向阀下腔，下信号阀信号通道连通下信号阀内腔与换向阀上腔；

通过动力液可以驱动柱塞总成和换向阀动作，换向阀与上信号阀、下信号阀配合可以控制柱塞总成的往复动作。

为了进一步实现本发明的目的，还可以采用以下技术方案：

如上所述的液力驱动无杆抽油泵，所述泵体内侧设有乏液回液通道，乏液回液通道连通原油出口与换向阀上回液口、换向阀下回液口。

如上所述的液力驱动无杆抽油泵，所述上泵筒设置的组合阀为上组合阀，上组合阀设在上泵筒下部；所述上组合阀包括上组合阀阀体，上组合阀阀体上开有上出油通道、上进油通道，上出油通道位于上进油通道上方；所述上出油通道内端口与上组合阀阀体内腔连通，上出油通道外端口作为上排油口与原油出口连通，上出油通道内从上至下安装有上出油阀弹簧、上出油阀球、上出油阀座；所述上进油通道内端口与上组合阀阀体内腔连通，上进油通道外端口作为上吸油口，上进油通道内从上至下依次安装有上进油阀弹簧、上进油阀球、上进油阀座。

如上所述的液力驱动无杆抽油泵，所述下泵筒设置的组合阀为下组合阀，下组合阀设在下泵筒上部；所述下组合阀包括下组合阀阀体，下组合阀阀体上开有下出油通道、下进油通道，下出油通道位于下进油通道上方；所述下出油通道内端口与下组合阀阀体内腔连通，下出油通道外端口作为下排油口与原油出口连通，下出油通道内从上至下安装有下出油阀弹簧、下出油阀球、下出油阀座；所述下进油通道内端口与下组合阀阀体内腔连通，下进油通道外端口作为下吸油口，下进油通道内从上至下依次安装有下进油阀弹簧、下进油阀球、下进油阀座。

如上所述的液力驱动无杆抽油泵，所述上信号阀包括上信号阀阀体、上信号阀弹簧、上信号阀阀芯，上信号阀弹簧、上信号阀阀芯安装在上信号阀内腔，上信号阀阀芯上端与上信号阀弹簧接触，上信号阀阀芯下端可以伸出至上信号阀内腔外。

如上所述的液力驱动无杆抽油泵，所述上信号阀上端固定安装油管和中心管，中心管设在油管内侧，中心管与油管之间形成的环形腔作为原油出口，中心管作为动力液进口。

如上所述的液力驱动无杆抽油泵，所述下信号阀包括下信号阀阀体、下信号阀弹簧、下信号阀阀芯，下信号阀弹簧、下信号阀阀芯安装在下信号阀内腔，下信号阀阀芯下端与下信号阀弹簧接触，下信号阀阀芯上端可以伸出至下信号阀内腔外。

如上所述的液力驱动无杆抽油泵，所述换向阀包括换向阀阀体、换向阀阀芯，换向阀阀芯安装在换向阀内腔，换向阀内腔四周设置连通的换向阀进液口、换向阀出液口、换向阀上回液口、换向阀下回液口。

如上所述的液力驱动无杆抽油泵，所述换向阀阀芯下部侧面安装定位组件，所述定位组件包括定位弹簧和定位球销，定位弹簧安装在换向阀阀体开设的定位孔内，定位球销一端与定位弹簧连接，定位球销另一端与换向阀阀芯设置的定位槽滑动接触。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明的液力驱动无杆抽油泵由泵体、柱塞总成构成，泵体采用依次密封连接的上信号阀、上泵筒、上组合阀、密封隔断、下组合阀、下泵筒、下信号阀、换向阀等主要部件组成，结构设计合理、布置紧凑，使用和维护方便；抽油效率高、适用范围广。

2.本发明的液力驱动无杆抽油泵具有自动换向功能，不需要地面设置换向系统。此外，采用液压传动以代替传统抽油泵依靠抽油杆传递能量，因此，能够彻底解决斜井及水平井普遍存在的杆管偏磨问题。

3.本发明采用液力驱动柱塞总成往复动作，柱塞总成动作的过程中控制组合阀进行抽油，在原油举升过程中将原油与乏液混合，利用乏液可对原油进行稀释，从而降低稠油举升难度。

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为本发明的结构示意图；

图2为本发明所述柱塞总成下行时的结构示意图一；

图3为本发明所述柱塞总成下行时的结构示意图二；

图4为本发明所述柱塞总成下行时的结构示意图三；

图5为本发明所述柱塞总成至下止点换向时的结构示意图一；

图6为本发明所述柱塞总成至下止点换向时的结构示意图二；

图7为本发明所述柱塞总成至下止点换向时的结构示意图三；

图8是图1中所述上组合阀的放大示意图；

图9是图1中所述下组合阀的放大示意图。

附图标记：

1-上信号阀，11-上信号阀阀体，12-上信号阀弹簧，13-上信号阀阀芯；

2-上泵筒；

3-上组合阀，31-上出油阀弹簧，32-上出油阀球，33-上出油阀座，35-上进油阀弹簧，36-上进油阀球，37-上进油阀座，38-上吸油口，39-上排油口；

4-密封隔断；

5-下组合阀，51-下出油阀弹簧，52-下出油阀球，53-下出油阀座，55-下进油阀弹簧，56-下进油阀球，57-下进油阀座，58-下吸油口，59-下排油口；

6-柱塞总成，61-上柱塞，62-连接柱塞，621-连接柱塞环形腔，63-下柱塞；

7-下泵筒；

8-下信号阀，81-下信号阀阀体，82-下信号阀弹簧，83-下信号阀阀芯；

9-换向阀，91-换向阀阀体，92-换向阀阀芯，93-定位弹簧，94-定位球销；

101-中心管，102-油管，103-泵上腔，104-泵下腔；

201-动力液通道，202-上腔进回液通道，203-下腔进回液通道，204-上信号阀信号通道，205-下信号阀信号通道，206-乏液回液通道。

P-换向阀进液口，A-换向阀出液口，D1-换向阀上回液口，D2-换向阀下回液口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用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例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/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。

为便于对本实施例的技术方案进行更清楚的理解，需要说明的是，结构上，因本液力驱动无杆抽油泵的动力液通道201、上腔进回液通道202、下腔进回液通道203、上信号阀信号通道204、下信号阀8通道等布置在泵体四周，因此，在附图中采用多角度示出相同状态下的结构。其中，图1-图4是在相同状态下、不同剖视角度示出的液力驱动无杆抽油泵结构示意图，即柱塞总成6下行时的结构状态。图5-图7是在相同状态下、不同剖视角度示出的液力驱动无杆抽油泵结构示意图，即柱塞总成6至下止点换向时的结构状态。

根据附图1-图7所示，本实施例公开的一种液力驱动无杆抽油泵，包括泵体和柱塞总成6，柱塞总成6设在泵体内腔。

泵体采用整体设计，结构布置紧凑；便于密封安装，不易产生泄露、磨损。同时在泵体内侧设置内腔，内腔中安装柱塞总成6，动力液通过相应的通道以及泵体部件控制，驱动柱塞总成6往复运动，实现原油的吸入和排出，从而保证工作效率。采用液压传动以代替传统抽油泵依靠抽油杆传递能量，因此，能够彻底解决斜井及水平井普遍存在的杆管偏磨问题。

此外，利用动力液以及泵体部件实现了柱塞总成6运行的自动换向，不需要地面设置换向系统，从而能答复降低成本、简化结构。

继续参见图1所示，本实施例的柱塞总成6包括上柱塞61、连接柱塞62和下柱塞63，连接柱塞62安装在上柱塞61、下柱塞63之间并连接固定。

连接柱塞62的截面小于上柱塞61、下柱塞63的截面。即柱塞总成6整体上为中间细两端粗的结构。

此外，本实施例中上柱塞61、下柱塞63的截面、长度相同，便于生产、制造。由于连接柱塞62截面也比泵体内腔截面小，因此，可在连接柱塞62外周与泵体内腔之间形成容纳介质的连接柱塞环形腔621。

如图1所示，本实施例的泵体在结构上，由依次固定连接的上信号阀1、上泵筒2、密封隔断4、下泵筒7、下信号阀8、换向阀9构成，密封隔断4的内腔与连接柱塞62配合，上泵筒2内腔与上柱塞61配合，下泵筒7内腔与下柱塞63配合。因此，利用密封隔断4与连接柱塞62配合，可以将泵体内腔在密封隔断4两侧形成隔离的两个区域，原油举升、抽吸时相互不产生影响，保证工作效率。

如图1、图8、图9所示，本实施例在泵体上设置有动力液进口、原油出口。上泵筒2、下泵筒7分别设置一套组合阀，组合阀上设有吸油口、排油口，排油口与原油出口连通。

由于上泵筒2、下泵筒7主要作用是给柱塞总成6提供活动空间，也即构成泵体内腔。因此，组合阀与上泵筒2、下泵筒7可以采用一体结构，或者单独的分体结构。

如图1-图7所示，为实现动力液驱动柱塞总成6和换向阀9动作，以及换向阀9与上信号阀1、下信号阀8配合控制柱塞总成6的往复动作，实现组合阀的原油抽吸。本实施例在泵体内侧设置动力液通道201、上腔进回液通道202、下腔进回液通道203、上信号阀信号通道204、下信号阀信号通道205。

动力液通道201连通动力液进口与上信号阀1、下信号阀8内腔以及换向阀进液口，上腔进回液通道202连通换向阀出液口与上柱塞61上方的泵体内腔，下腔进回液通道203连通下柱塞63下方的泵体内腔与换向阀9进回液口，上信号阀信号通道204连通上信号阀1内腔与换向阀9下腔，下信号阀信号通道205连通下信号阀8内腔与换向阀9上腔。

为便于说明，如图1所示，上柱塞61上方的泵体内腔以下简称为泵上腔103，下柱塞63下方的泵体内腔以下简称为泵下腔104。受柱塞总成6的往复动作，泵上腔103、泵下腔104的体积为可变空间。

泵体内侧设有乏液回液通道206，乏液回液通道206连通原油出口与换向阀上回液口、换向阀下回液口。

动力液进入泵上腔103驱动柱塞总成6下行或者进入泵下腔104驱动柱塞总成6上行后形成乏液，乏液经过泵体的相应通道与原油混合从原油出口排出，因此，利用乏液可对原油进行稀释，从而降低稠油举升难度

如图8所示，本实施例在上泵筒2下部设置的组合阀为上组合阀3，所述上组合阀3包括上组合阀3阀体，上组合阀3阀体上开有上出油通道、上进油通道，上出油通道位于上进油通道上方，所述上出油通道内端口与上组合阀3阀体内腔连通，上出油通道外端口作为上排油口39与原油出口连通，上出油通道内从上至下安装有上出油阀弹簧31、上出油阀球32、上出油阀座33上；上进油通道内端口与上组合阀3阀体内腔连通，上进油通道外端口作为上吸油口38，上进油通道内从上至下依次安装有上进油阀弹簧35、上进油阀球36、上进油阀座37。

如图9所示，本实施例在下泵筒7设置的组合阀为下组合阀5，下组合阀包括下组合阀5阀体，下组合阀5阀体上开有下出油通道、下进油通道，下出油通道位于下进油通道上方，下出油通道内端口与下组合阀5阀体内腔连通，下出油通道外端口作为下排油口59与原油出口连通，下出油通道内从上至下安装有下出油阀弹簧51、下出油阀球52、下出油阀座53上；下进油通道内端口与下组合阀5阀体内腔连通，下进油通道外端口作为下吸油口58，下进油通道内从上至下依次安装有下进油阀弹簧55、下进油阀球56、下进油阀座57。

如图1所示，本实施例的上信号阀1包括上信号阀阀体11、上信号阀弹簧12、上信号阀阀芯13，上信号阀弹簧12、上信号阀阀芯13安装在上信号阀1内腔，上信号阀阀芯13上端与上信号阀弹簧12接触，上信号阀阀芯13下端可以伸出至上信号阀1内腔外。

继续参见图1所示，本实施例在上信号阀1上端固定安装油管102和中心管101，中心管101设在油管102内侧，中心管101与油管102之间形成的环形腔作为原油出口，中心管101作为动力液进口。油管102和中心管101的下端均与上信号阀阀体11固定，为便于原油出口设置、动力液供应，中心管101的下端要低于油管102的下端，从而可以利用泵体上的相应通道实现与原油出口、动力液口的连接。

如图1所示，本实施例的下信号阀8包括下信号阀阀体81、下信号阀弹簧82、下信号阀阀芯83，下信号阀弹簧82、下信号阀阀芯83安装在下信号阀8内腔，下信号阀阀芯83下端与下信号阀弹簧82接触，下信号阀阀芯83上端可以伸出至下信号阀8内腔外。

上信号阀阀芯13下端伸出上信号阀1内腔、下信号阀阀芯83上端可以伸出至下信号阀8内腔外，从而可以在柱塞总成6运行至上止点、下至点时配合，将上信号阀阀芯13、下信号阀阀芯83压回收缩，并完成泵体相应通道的切换。在柱塞总成6离开时，利用相应弹簧的推力复位。

本实施例中换向阀9包括换向阀阀体91、换向阀阀芯92，换向阀阀芯92安装在换向阀9内腔，换向阀9内腔四周设置连通的换向阀进液口、换向阀出液口、换向阀上回液口、换向阀下回液口。

上信号阀阀芯13与上信号阀1内腔，下信号阀阀芯83与下信号阀8内腔，换向阀阀芯92与换向阀9内腔，均设置有相互配合的台阶结构，从而在上信号阀阀芯13、下信号阀阀芯83、换向阀阀芯92动作时，可以完成泵体相应通道的切换。上述阀芯与内腔的台阶结构，可以根据上信号阀1、下信号阀8、换向阀9相应的功能、目的及现有技术清楚理解，在此不再赘述。

为提高换向阀9的稳定性，在换向阀阀芯92下部侧面安装定位组件，所述定位组件包括定位弹簧93和定位球销94，定位弹簧93安装在换向阀阀体91开设的定位孔内，定位球销94一端与定位弹簧93连接，定位球销94另一端与换向阀阀芯92设置的定位槽滑动接触。

基于上述技术方案的说明，以柱塞总成6下行及运行至下止点换向为例，本实施例的液力驱动无杆抽油泵的工作过程如下：

如图2-图4所示，上信号阀1、下信号阀8、换向阀9处于初始位置时，动力液经沿中心管101进入泵体内侧的动力液通道201；然后，输送到换向阀9，经过换向阀进液口P从经换向阀出液口A流出换向阀9内腔；再通过上腔进回液通道202输送到泵上腔103。

泵上腔103的动力液推动柱塞总成6下行。此时，泵下腔104内的乏液，通过下腔进回液通道203进入换向阀9，并通过换向阀上回液口D1、乏液回液通道206，进入到油管102与中心管101内的环形腔内随原油回到地面。

换向阀下回液口D2用于泵上腔103的乏液排出。

如图5-图7所示，当柱塞总成6下行到下止点时，推动下信号阀阀芯83下压信号阀弹簧82缩回下信号阀8内腔，此时，受下信号阀阀芯83动作切换，将动力液通道201与下信号阀信号通道205相通，动力液进入换向阀阀芯92上端，也即换向阀9上腔，推动换向阀阀芯92下行换向，定位组件将换向阀阀芯92卡住，避免误动作。

换向阀阀芯92下行换向后，动力液经过动力液通道201、换向阀进液口P进入换向阀9内腔，再经过下腔进回液通道203进入泵下腔104，动力液推动柱塞总成6上行。如此周而复始使活塞总成能够连续的进行往复运动。

以柱塞总成6下行时为例说明，本实施例的抽油工作过程如下：

当柱塞总成6在动力液力作用下下行时，密封隔断4上侧的连接柱塞环形腔621体积减小，压力增高，上进油阀球36在上进油弹簧及重力作用下，被座封于上进油阀座37，上进油通道形成闭路。

上出油阀球32在压力作用下离开上出油阀座33，上出油通道形成通路，密封隔断4上侧的连接柱塞环形腔621内的原油通过上排油口39，排到泵体上端的油管102与中心管101的环形腔内。

同时，密封隔断4下侧的连接柱塞环形腔621内体积增大，压力降低，下进油阀球56在井液压力下离开下进油阀座57形成通路，井液通过下吸油口58进入该环形腔内，下出油阀球52在下出油弹簧及重力作用下，被座封于下出油阀座53，下排油通道闭路。

柱塞总成6在动力液的压力作用下上行时，密封隔断4上侧的连接柱塞环形腔621进油，密封隔断4下侧的连接柱塞环形腔621排油，其原理与柱塞总成6下行时相同。

本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。