CN106246518B - 煤层气井自洁防卡管式泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤层气井自洁防卡管式泵，其包括接箍、泵筒、自旋式组合柱塞、防沉积固定阀、自洁式吸液口；接箍上端连接油管、下端连接泵筒的顶端，自旋式组合柱塞位于泵筒内部，防沉积固定阀上端连接在泵筒的底端、下端连接自洁式吸液口的顶端；自旋式组合柱塞采用橡胶活塞结构和自动旋转机构。本发明设计了自洁式吸液口，对吸入的液体进行螺旋分离，以防止大颗粒的煤粉泥砂进入泵中，并可使分离的颗粒快速排出；采用防沉积固定阀改变液体流动方向，对泵筒底部沉积的煤粉泥砂进行螺旋快速冲刷，减少泵筒内煤粉泥砂的沉积；采用橡胶活塞结构和自动旋转机构，从而形成软密封与硬密封组合的自旋式柱塞，减少煤粉泥砂造成的柱塞卡死故障发生。

Description

煤层气井自洁防卡管式泵

技术领域

本发明属于煤层气开采技术领域，具体地，涉及一种煤层气井自洁防卡管式泵。

背景技术

煤层气排采是通过抽排将水从煤层气井内排出，使煤储层压力降低到煤层气临界解吸压力值以下，从而使吸附态甲烷解吸为大量游离态甲烷并运移至井口。

管式泵是煤层气现场运用最多的抽排工具之一，但由于煤层气排采过程中容易产生大量煤粉、泥砂及其它磨蚀性颗粒，普通的管式泵不能很好地适应煤层气井，煤粉泥砂等颗粒进入泵中，容易造成泵吸入口堵塞，凡尔关闭不严，柱塞磨损漏失，柱塞卡死等故障，从而大大缩短了煤层气井检泵周期，增加了开发成本，频繁检泵修井作业破坏了煤储层，严重影响了煤层气排采的连续性。

发明内容

为克服技术存在的问题，本发明提供一种煤层气井自洁防卡管式泵。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

煤层气井自洁防卡管式泵，包括：接箍、泵筒、自旋式组合柱塞、防沉积固定阀、自洁式吸液口；接箍上端连接油管、下端连接泵筒的顶端，自旋式组合柱塞位于泵筒内部，防沉积固定阀上端连接在泵筒的底端、下端连接自洁式吸液口的顶端；自旋式组合柱塞采用橡胶活塞结构和自动旋转机构。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：采用螺旋分离器原理设计了自洁式吸液口，对吸入的液体进行螺旋分离，以防止大颗粒的煤粉泥砂进入泵中，并可使分离的颗粒快速排出；采用防沉积固定阀改变液体流动方向，对泵筒底部沉积的煤粉泥砂进行螺旋快速冲刷，减少泵筒内煤粉泥砂的沉积；采用橡胶活塞结构和自动旋转机构，从而形成软密封与硬密封组合的自旋式柱塞，减少煤粉泥砂造成的柱塞卡死故障发生。

附图说明

图1为煤层气井自洁防卡管式泵的结构图；

图2a为自旋式组合柱塞的内部结构图；

图2b为自旋式组合柱塞的外部结构图；

图3为自旋式组合柱塞自旋滑道与自旋驱动销的配合示意图；

图4为防沉积固定阀的结构图；

图5为防沉积固定阀流道的结构图；

图6为防沉积固定阀阀体的结构图；

图7a为防沉积阀罩的结构图；

图7b为防沉积阀罩的自洁流道分布图；

图8a为普通固定阀的颗粒沉积原理图；

图8b为防沉积固定阀的防沉积原理图；

图9为自洁式吸液口的结构图；

图10为自洁式吸液口外壳的结构图；

图11为旋入式吸液口的分布图；

图12为除煤粉阀体的结构图。

图中：1、接箍，2、泵筒部分，21、泵筒壳，22、自旋驱动销，3、自旋式组合柱塞，31、抽油杆接箍，32、轴承外罩，33、柱塞固定螺母，34、柱塞固定轴承，35、上游动阀外罩，36、上游动阀阀球，37、上游动阀阀座，38、中接头，39、柱塞自旋驱动体，310、柱塞自旋滑道，311、橡胶活塞，312、上推杆弹簧，313、上防漏失推杆，314、下游动阀外罩，315、下游动阀阀球，316、下游动阀阀座，317、下游动阀压盖，318、柱塞吸液口，319、柱塞出液口，320、柱塞自旋滑道入口，321、压紧接头，4、防沉积固定阀，41、固定阀接箍，42、防沉积阀罩，43、下推杆弹簧，44、下防漏失推杆，45、固定阀阀球，46、固定阀阀座，47、防沉积固定阀阀体，48、自洁流道，49、阀体流道孔，5、自洁式吸液口，51、自洁式吸液口内体，52、自洁式吸液口外壳，53、旋入式吸液口，54、除煤粉阀体，55、除煤粉阀外壳。

具体实施方式

如图1至图12所示，煤层气井自洁防卡管式泵，包括：接箍1、泵筒2、自旋式组合柱塞3、防沉积固定阀4、自洁式吸液口5；接箍1上端连接油管、下端连接泵筒2的顶端，自旋式组合柱塞3位于泵筒2内部，防沉积固定阀4上端连接在泵筒2的底端、下端连接自洁式吸液口5的顶端；自旋式组合柱塞3采用橡胶活塞结构和自动旋转机构，减少煤粉泥砂粒造成的柱塞卡死故障发生，防沉积固定阀4改变液体流动方向，对泵筒2底部进行螺旋快速冲刷，减少煤粉泥砂在泵筒2内的沉积，自洁式吸液口5采用螺旋分离器原理，对吸入的液体进行螺旋分离，防止大颗粒的煤粉泥砂进入泵中。

泵筒2，包括：泵筒壳21、自旋驱动销22，泵筒壳21的中上部沿径向对称设置两个销轴孔，销轴孔内设有自旋驱动销22，泵筒2上下两端均设置管螺纹，上端与接箍1连接，下端与防沉积固定阀4连接。

自旋式组合柱塞3，包括：抽油杆接箍31、柱塞固定轴承34、上游动阀外罩35、柱塞自旋驱动体39、橡胶活塞311、下游动阀外罩314、下游动阀压盖317；其中：抽油杆接箍31位于轴承外罩32内、上部通过螺纹与轴承外罩32连接，抽油杆接箍31与上游动阀外罩35通过柱塞固定轴承34配合连接，抽油杆接箍31下部与轴承外罩32压紧固定轴承34的外圈，上游动阀外罩35顶部为台阶轴，上游动阀外罩35与柱塞固定螺母33通过螺纹连接将固定轴承34的内圈压紧在柱塞固定螺母33和上游动阀外罩35顶部台阶轴的轴肩之间，上游动阀外罩35内部开有阶梯孔，中部开有至少2个柱塞出液口319，中接头38上部通过螺纹与上游动阀外罩35下部连接，并将上游动阀阀座37压紧固定在上游动阀外罩35阶梯孔内，上游动阀阀球36位于上游动阀外罩35内部，放置在上游动阀阀座37上，中接头38下部与柱塞自旋驱动体39螺纹连接，柱塞自旋驱动体39上半部分表面均布开有两条旋向相同的柱塞自旋滑道310，柱塞自旋滑道310与自旋驱动销22配合，且下端开有柱塞自旋滑道入口320，确保自旋式组合柱塞3上下运动过程中自动旋转，橡胶活塞311安装在柱塞自旋驱动体39下半部分，压紧接头321上端与柱塞自旋驱动体39下端螺纹连接压紧固定橡胶活塞311，下游动阀外罩314通过螺纹连接上端连接压紧接头321，下端连接下游动阀压盖317，上推杆弹簧312安装在压紧接头321内，上防漏失推杆313、下游动阀阀球315和下游动阀阀座316安装在下游动阀外罩314内部，上防漏失推杆313上端与上推杆弹簧312接触，下端与下游动阀阀球315接触，下游动阀阀球315放置在下游动阀阀座316上，下游动阀压盖317内部开有柱塞吸液口318，上端通过螺纹连接与下游动阀外罩314连接并压紧固定住下游动阀阀座316；自旋式组合柱塞3的工作原理如下：柱塞自旋滑道310与泵筒2的自旋驱动销滑动22滑动配合，而且抽油杆接箍31和上游动阀外罩35之间有柱塞固定轴承34，使得抽油杆上下运动过程中，自旋式组合柱塞3会发生自动旋转，从而带动橡胶活塞311旋转清除泵筒2内的煤粉颗粒，并且橡胶活塞311弹性密封柱塞自旋驱动体39与泵筒2之间的环空，当煤粉砂粒进入橡胶活塞311与泵筒2的环空中时，由于橡胶活塞311弹性变形，柱塞不会卡死在泵筒中，并且橡胶活塞311可以阻挡煤粉砂粒进入柱塞自旋驱动体39与泵筒2之间的环空中，即使有少量煤粉泥砂进入，柱塞自旋驱动体39的旋转运动可以避免煤粉泥砂将柱塞卡死，从而采用自旋式组合柱塞3减少卡泵事故的发生。

防沉积固定阀4，包括：固定阀接箍41、防沉积阀罩42、下推杆弹簧43、下防漏失推杆44、固定阀阀球45、固定阀阀座46和防沉积固定阀阀体47；其中：固定阀接箍41顶端通过螺纹连接泵筒壳21，下端通过螺纹连接防沉积固定阀阀体47；防沉积阀罩42、下推杆弹簧43、下防漏失推杆44安装在固定阀接箍41内部，防沉积阀罩42中上部均布开有四个偏向下并与轴向和径向成一定角度的自洁流道48，下端安装在防沉积固定阀阀体47上部孔内，下推杆弹簧43和下防漏失推杆44安装在防沉积阀罩42中，下防漏失推杆44上端接触下推杆弹簧43，下端接触固定阀阀球45，固定阀阀座46安装在防沉积固定阀阀体47下部，防沉积固定阀阀体47内开有阀体流道孔49，上冲程中液体流经防沉积阀罩42上的自洁流道48时，会产生螺旋向下的流动冲击泵筒壳21与固定阀接箍41之间沉积的煤粉颗粒，使泵筒2中沉积的煤粉被扰动起来，及时排出泵筒2，从而避免煤粉在防沉积阀罩42周围沉积和结垢，导致泵漏失发生影响泵效；上冲程时，固定阀阀球46在上下压力差的作用上行，打开液体通道，并带动下防漏失推杆44压缩下推杆弹簧43，上游动阀阀球36坐封在上游动阀阀座37上，下游动阀阀球315坐封在下游动阀阀座316上，抽油杆带动自旋式组合柱塞3上提液体；下冲程时，固定阀阀46球在上下压力差和下推杆弹簧43弹力的作用下行，坐封在固定阀阀座46上，上游动阀阀球36和下游动阀阀球315在上下压力差的作用上行，此时柱塞吸液口318与固定阀接箍之间的液体经下游动阀阀座316、下游动阀外罩314、柱塞自旋驱动体39和中接头38的内部环空进入上游动阀外罩35，并经柱塞出液口319、泵筒2、接箍1进入油管中，本发明工作过程中，上推杆弹簧312、上防漏失推杆313和下游动阀阀球315的配合使用，以及下推杆弹簧43、下防漏失推杆44和固定阀阀球45的配合使用，可防止煤粉泥砂在下游动阀阀座316和固定阀阀座46上沉积结垢，导致下游动阀阀球316和固定阀阀球46关闭不严影响泵效。

自洁式吸液口5，包括：自洁式吸液口内体51、自洁式吸液口外壳52、除煤粉阀体54和除煤粉阀外壳55，自洁式吸液口内体51上端通过螺纹连接防沉积固定阀阀体47，下端通过螺纹连接自洁式吸液口外壳52，自洁式吸液口外壳52上部周向均布开有四个与径向成一定角度的旋入式吸液口53，通过螺纹连接下端连接除煤粉阀外壳55，除煤粉阀体54安装在除煤粉阀外壳55内部，除煤粉阀外壳55周向均布开有四个矩形孔；上冲程时，除煤粉阀体54在上下压力差的作用上行，关闭自洁式吸液口外壳52底部的进液口，外部液体则通过自洁式吸液口外壳52的旋入式吸液口53进入自洁式吸液口外壳52内部，液体在进入的过程中，由于液体处于螺旋流动状态，从而使得液体中的大颗粒煤粉泥砂发生分离，沿着自洁式吸液口外壳52内壁沉积到底部；下冲程时，除煤粉阀体54下落，底部沉积的煤粉泥砂会从除煤粉阀外壳55周向上的矩形孔流出。

本发明的工作原理如下：上冲程时，除煤粉阀体54在上下压力差的作用上行，关闭自洁式吸液口外壳52底部的进液口，外部液体则通过自洁式吸液口外壳52的旋入式吸液口53进入自洁式吸液口外壳52内部，液体在进入的过程中，由于液体处于螺旋流动状态，从而使得液体中的大颗粒煤粉泥砂发生分离，沿着自洁式吸液口外壳52内壁沉积到底部，自洁后的液体依次经自洁式吸液口内体51、防沉积固定阀阀体47、防沉积阀罩42和固定阀接箍41进入泵筒2内，在液体流经防沉积阀罩42时，液体通过自洁流道48时，可以冲击泵筒2与固定阀接箍41之间沉积的煤粉泥砂，使泵筒2中沉积的煤粉泥砂更加容易被扰动起来，及时排出泵筒2，从而避免煤粉泥砂沉积在阀罩表面发生堵塞和结垢，导致泵漏失影响泵效，固定阀阀球45在上下压力差的作用上行，打开液体通道，并带动下防漏失推杆44压缩下推杆弹簧43，上游动阀阀球36坐封在上游动阀阀座37上，下游动阀阀球315坐封在下游动阀阀座316上，抽油杆带动自旋式组合柱塞3上提液体；在下冲程时，除煤粉阀体54下落，底部沉积的大颗粒煤粉泥砂从除煤粉阀外壳55的周向矩形孔流出，同时，固定阀阀球45在上下压力差和下推杆弹簧43弹力的作用下行，坐封在固定阀阀座46上，上游动阀阀球36和下游动阀阀球315在上下压力差的作用上行，此时泵筒2与固定阀接箍41之间的液体经下游动阀外罩314和下游动阀阀座316进入上游动阀外罩35、中接头38和柱塞自旋驱动体39内部，并经柱塞出液口319和泵筒2进入油管中；在整个工作过程中，上推杆弹簧312、上防漏失推杆313和下游动阀阀球315的配合使用，以及下推杆弹簧43、下防漏失推杆44和固定阀阀球45的配合使用，可防止煤粉泥砂在下游动阀阀座316和固定阀阀座46上沉积结垢，导致下游动阀阀球315和固定阀阀球45关闭不严；在整个工作过程中，橡胶活塞311弹性密封柱塞自旋驱动体39与泵筒2之间的环空，当煤粉泥砂进入橡胶活塞311与泵筒2的环空中时，由于橡胶活塞311弹性变形，柱塞不会卡死在泵筒2中，并且橡胶活塞311可以阻挡煤粉泥砂进入柱塞自旋驱动体39与泵筒2之间的环空中，即使有少量煤粉泥砂进入，柱塞自旋滑道310与泵筒2的自旋驱动销22滑动配合，而且抽油杆接箍31和上游动阀外罩35之间有固定轴承34，使得抽油杆上下运动过程中自旋式组合柱塞3会发生自旋转，从而可以避免煤粉泥砂将柱塞卡死，减少卡泵事故的发生。

Claims (4)

1.一种煤层气井自洁防卡管式泵，包括：接箍、泵筒、自旋式组合柱塞、防沉积固定阀、自洁式吸液口；其特征在于：接箍上端连接油管、下端连接泵筒的顶端，自旋式组合柱塞位于泵筒内部，防沉积固定阀上端连接在泵筒的底端、下端连接自洁式吸液口的顶端；自旋式组合柱塞采用橡胶活塞结构和自动旋转机构；

自旋式组合柱塞，包括：抽油杆接箍、柱塞固定轴承、上游动阀外罩、柱塞自旋驱动体、橡胶活塞、下游动阀外罩、下游动阀压盖；其中：抽油杆接箍位于轴承外罩内、上部通过螺纹与轴承外罩连接，抽油杆接箍与上游动阀外罩通过柱塞固定轴承配合连接，抽油杆接箍下部与轴承外罩压紧柱塞固定轴承的外圈，上游动阀外罩顶部为台阶轴，上游动阀外罩与柱塞固定螺母通过螺纹连接将柱塞固定轴承的内圈压紧在柱塞固定螺母和上游动阀外罩顶部台阶轴的轴肩之间，上游动阀外罩内部开有阶梯孔，上游动阀外罩的中部开有至少2个柱塞出液口，中接头上部通过螺纹与上游动阀外罩下部连接，并将上游动阀阀座压紧固定在上游动阀外罩阶梯孔内，上游动阀阀球位于上游动阀外罩内部，放置在上游动阀阀座上，中接头下部与柱塞自旋驱动体螺纹连接，柱塞自旋驱动体上半部分表面均布开有两条旋向相同的柱塞自旋滑道，柱塞自旋滑道与自旋驱动销配合，且柱塞自旋滑道的下端开有柱塞自旋滑道入口，确保自旋式组合柱塞上下运动过程中自动旋转，橡胶活塞安装在柱塞自旋驱动体下半部分，压紧接头上端与柱塞自旋驱动体下端螺纹连接压紧固定橡胶活塞，下游动阀外罩通过螺纹连接上端连接压紧接头，下游动阀外罩的下端连接下游动阀压盖，上推杆弹簧安装在压紧接头内，上防漏失推杆、下游动阀阀球和下游动阀阀座安装在下游动阀外罩内部，上防漏失推杆上端与上推杆弹簧接触，上防漏失推杆的下端与下游动阀阀球接触，下游动阀阀球放置在下游动阀阀座上，下游动阀压盖内部开有柱塞吸液口，下游动阀压盖的上端通过螺纹连接与下游动阀外罩连接并压紧固定住下游动阀阀座。

2.根据权利要求1所述的煤层气井自洁防卡管式泵，其特征在于：泵筒包括：泵筒壳、自旋驱动销，泵筒壳的中上部沿径向对称设置两个销轴孔，销轴孔内设有自旋驱动销，泵筒上下两端均设置管螺纹，上端与接箍连接，下端与防沉积固定阀连接。

3.根据权利要求1或2所述的煤层气井自洁防卡管式泵，其特征在于：防沉积固定阀，包括：固定阀接箍、防沉积阀罩、下推杆弹簧、下防漏失推杆、固定阀阀球、固定阀阀座和防沉积固定阀阀体；其中：固定阀接箍顶端通过螺纹连接泵筒壳，固定阀接箍的下端通过螺纹连接防沉积固定阀阀体；防沉积阀罩、下推杆弹簧、下防漏失推杆安装在固定阀接箍内部，防沉积阀罩中上部均布开有四个偏向下并与轴向和径向成一定角度的自洁流道，下端安装在防沉积固定阀阀体上部孔内，下推杆弹簧和下防漏失推杆安装在防沉积阀罩中，下防漏失推杆上端接触下推杆弹簧，下防漏失推杆的下端接触固定阀阀球，固定阀阀座安装在防沉积固定阀阀体下部，防沉积固定阀阀体内开有阀体流道孔。

4.根据权利要求1或2所述的煤层气井自洁防卡管式泵，其特征在于：自洁式吸液口，包括：自洁式吸液口内体、自洁式吸液口外壳、除煤粉阀体和除煤粉阀外壳，自洁式吸液口内体上端通过螺纹连接防沉积固定阀阀体，自洁式吸液口内体的下端通过螺纹连接自洁式吸液口外壳，自洁式吸液口外壳上部周向均布开有四个与径向成一定角度的旋入式吸液口，自洁式吸液口外壳的下端通过螺纹连接除煤粉阀外壳，除煤粉阀体安装在除煤粉阀外壳内部，除煤粉阀外壳周向均布开有四个矩形孔。