U形管單井液力自循環(huán)采油方法及配套裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明為一種U形管單井液力自循環(huán)采油方法及配套裝置，屬機(jī)械采油新領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在油田開(kāi)發(fā)中，除油田開(kāi)發(fā)初期依靠地層能量的自噴采油外，隨著開(kāi)發(fā)年限的延長(zhǎng)，油井都將轉(zhuǎn)入機(jī)械舉升采油方式。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界目前有油井約200萬(wàn)口，其中機(jī)械采油約占95%以上。
[0003]國(guó)內(nèi)外常用的機(jī)械采油方式主要為電潛泵采油、螺桿泵采油、射流泵采油、四連桿游梁式抽油機(jī)有桿泵采油和為了節(jié)能增效改進(jìn)的天平平衡電機(jī)直驅(qū)立式抽油抽采油。上述采油方式雖然各有優(yōu)勢(shì)，但也各有技術(shù)局限。
[0004]電潛泵采油適應(yīng)大排量的排液需要，但要舉升液柱重量和克服摩擦阻力，能耗高，使用壽命短，且更換費(fèi)用及入井電纜的高成本制約著該種采油方式的大規(guī)模推廣。
[0005]螺桿泵采油同樣需要舉升液柱重量和克服摩擦阻力，且對(duì)深井、斜井、稀油井難以適應(yīng)，使用范圍較小。
[0006]射流泵采油沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，靠動(dòng)力液與地層流體之間的動(dòng)量轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)液體舉升，不受舉升高度的限制，工作原理不失為一種較理想的采油方式，但高壓噴嘴的磨損和低產(chǎn)能井的不適應(yīng)制約了其長(zhǎng)壽命大面積推廣。
[0007]四連桿游梁式抽油機(jī)和改進(jìn)的立式抽油機(jī)經(jīng)平衡后只舉升液重之半的載荷，且疲實(shí)可靠、經(jīng)久耐用，至今仍占機(jī)械采油的90 %左右，成為機(jī)械采油的主導(dǎo)機(jī)型。但結(jié)構(gòu)龐大、維護(hù)笨重、費(fèi)用昂貴和管桿偏磨導(dǎo)致井下故障率高，對(duì)斜井、超深井、稠油井使用受限，越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要。
[0008]上世紀(jì)八十年代，國(guó)內(nèi)部分油田曾引進(jìn)水力活塞泵，引起廣泛關(guān)注，但由于該采油方式控制機(jī)構(gòu)和換向閥的結(jié)構(gòu)缺陷突出，地面動(dòng)力液系統(tǒng)的建設(shè)費(fèi)用偏高，很快便退出應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)。
[0009]隨著油田開(kāi)發(fā)的深化，諸多矛盾?chē)?yán)重制約著油田開(kāi)發(fā):
[0010]一是隨著定向斜井和從式井越來(lái)越多，井斜問(wèn)題導(dǎo)致的管桿偏磨成為有桿泵難以攻克的難題；
[0011]二是受油田中后期開(kāi)采越來(lái)越嚴(yán)重的砂、蠟、稠、氣制約，上述采油方式已難以適應(yīng)；
[0012]三是隨著深抽、大排量井的增多，已接近和超出上述機(jī)械采油方式的負(fù)荷極限；
[0013]四是節(jié)能、安全、環(huán)保、基本免維護(hù)的現(xiàn)代企業(yè)管理要求亟待采油新工藝、新技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。
[0014]如何攻克上述諸多采油工藝的技術(shù)制約瓶頸，近10年來(lái)，國(guó)內(nèi)圍繞液力抽油泵的研究持續(xù)深入，先后公開(kāi)了 60多項(xiàng)有關(guān)專(zhuān)利，為技術(shù)創(chuàng)新提供了寶貴的啟示，但均未投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，究其原因，其液力換向機(jī)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致的上下?lián)Q向交替瞬間液流通道的閉合和開(kāi)啟可靠性差、流道阻力大、內(nèi)外筒多個(gè)密封面的裝配難度及應(yīng)對(duì)砂、蠟、稠、氣等技術(shù)制約是難以礦場(chǎng)應(yīng)用的癥結(jié)，只有對(duì)其進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化，才能更好地實(shí)現(xiàn)向生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化。
[0015]針對(duì)上述制約機(jī)械采油的諸多矛盾，本發(fā)明通過(guò)分析對(duì)比上述各類(lèi)采油方式的優(yōu)勢(shì)和缺陷得出如下結(jié)論:
[0016]上述諸多采油方式，大多需舉升液體重量和摩擦阻力之和，造成高能耗和高物耗。
[0017]根據(jù)U形管原理:U形管內(nèi)裝有同一種液體時(shí),液體總是從一端流向另一端,一直流到兩端液面一樣平為止。因此，舉升U形管內(nèi)液體，只需克服液體與管壁之間往返摩擦力，其舉升力小于等液柱壓力的30%。因而，為更好地適應(yīng)現(xiàn)代采油工藝的需求，經(jīng)優(yōu)化篩選，U形管采油原理是所有采油方式的最佳選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明的目的是根據(jù)U形管原理，利用油井油管、油套管環(huán)形空間和井下液力往復(fù)泵組成的U形管循環(huán)回路，通過(guò)地面加壓泵提供液體動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)井下液力泵往復(fù)運(yùn)動(dòng)舉升采油，并一攬子解決井下砂、蠟、稠、氣、斜、深，地面節(jié)能、安全、環(huán)保、基本免維護(hù)的諸多難題，實(shí)現(xiàn)機(jī)械采油的創(chuàng)新和突破，為采油方式的更新?lián)Q代開(kāi)創(chuàng)方向性新方法并提供高效配套裝置。
[0019]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0020]所述的U形管單井液力自循環(huán)采油方法及配套裝置包括如圖1所示的由加壓泵2泵入動(dòng)力液的油管5、油管5自上而下依次串接的彈性扶正爪7、井下液力往復(fù)泵8、油氣分離罩9及封隔器10密封的油管5和套管6環(huán)形空間U形管產(chǎn)液通道，封隔器10之下尾管串接的旋流分砂管11，產(chǎn)出液經(jīng)D 口流經(jīng)多功能中轉(zhuǎn)罐4，并由此一路經(jīng)A 口流入過(guò)濾器3、加壓泵2，另一路通過(guò)E 口進(jìn)入集輸管道所組成的采油密閉循環(huán)流程；地面配套裝置包括依次串連的電動(dòng)機(jī)1、加壓泵2、過(guò)濾器3和多功能中轉(zhuǎn)罐4。
[0021]所述的采油密閉循環(huán)流程為由封隔器10密封油套管環(huán)形空間組成的U形管產(chǎn)液密閉循環(huán)回路，其流程至少為以下七種類(lèi)型之一:
[0022]第一種如圖1和圖5所示為加壓泵2將高壓動(dòng)力液從C 口泵入油管5，經(jīng)井下液力往復(fù)泵8換向閥芯8-5換向，推動(dòng)液動(dòng)缸柱塞8-19往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)排液缸柱塞8-25雙向?qū)a(chǎn)出液經(jīng)上排液凡爾8-21和下排液凡爾8-28排入油套管環(huán)形空間，進(jìn)而以U形管方式將產(chǎn)出液舉升至地面，經(jīng)D 口進(jìn)入多功能中轉(zhuǎn)罐4預(yù)處理分配，大部分產(chǎn)出液經(jīng)E 口進(jìn)入集輸管道，少部分產(chǎn)出液經(jīng)A 口進(jìn)入過(guò)濾器3，過(guò)濾后經(jīng)B 口進(jìn)入加壓泵2加壓，成為新動(dòng)力液實(shí)現(xiàn)新一輪循環(huán)；
[0023]第二種如圖2所示為加壓泵2將高壓動(dòng)力液從C 口泵入油套管環(huán)形空間，經(jīng)常規(guī)抽油泵泵筒下部入口進(jìn)泵筒推動(dòng)柱塞上行，以U形管方式將產(chǎn)出液由油管5舉升至地面，經(jīng)D 口進(jìn)入多功能中轉(zhuǎn)罐4預(yù)處理分配，大部分產(chǎn)出液經(jīng)E 口進(jìn)入集輸管道，停加壓泵2柱塞靠液柱壓力完成下行程進(jìn)油，再次啟動(dòng)加壓泵2，少部分產(chǎn)出液經(jīng)A 口進(jìn)入過(guò)濾器3，過(guò)濾后經(jīng)B 口吸入加壓泵2，加壓后成為新動(dòng)力液間歇實(shí)現(xiàn)新一輪循環(huán)；
[0024]第三種如圖3所示為動(dòng)力液通過(guò)地面液力換向閥總成12換向，加壓泵2交替將高壓動(dòng)力液從C 口泵入油管5和油套管環(huán)形空間，以U形管方式將產(chǎn)出液交替由油套管環(huán)形空間、油管5舉升至地面，進(jìn)入多功能中轉(zhuǎn)罐4預(yù)處理分配，大部分產(chǎn)出液經(jīng)E 口進(jìn)入集輸管道，少部分產(chǎn)出液經(jīng)A 口進(jìn)入過(guò)濾器3，過(guò)濾后經(jīng)B 口吸入加壓泵2，加壓后成為新動(dòng)力液交替實(shí)現(xiàn)新一輪循環(huán)；
[0025]第四種-第六種為油管5內(nèi)下入空心抽油桿取代油管5，油管5功能代替套管6，組成空心抽油桿和油管5環(huán)形空間，實(shí)現(xiàn)與第一、第二、第三種密閉循環(huán)流程相同的U形管密閉米油流程；
[0026]第七種為加壓泵2將高壓動(dòng)力液從C 口泵入油套管環(huán)形空間，經(jīng)井下液力往復(fù)泵8乏動(dòng)力液出口流道8-7進(jìn)入換向閥芯8-5中空內(nèi)腔，頂開(kāi)上部單流凡爾從油管5返回多功能中轉(zhuǎn)罐4的反沖洗流程。
[0027]所述的加壓泵2為柱塞泵或離心泵或兼有與電動(dòng)機(jī)I傳動(dòng)軸非接觸傳動(dòng)的無(wú)泄露和自加熱功能的磁力密封泵，其與電動(dòng)機(jī)I的配套方式為三相異步電動(dòng)機(jī)或永磁同步電機(jī)或開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)，傳動(dòng)軸耦合為通用聯(lián)軸器或永磁聯(lián)軸器。
[0028]所述的多功能中轉(zhuǎn)罐4為圖4所示的集聚光太陽(yáng)能真空傳熱裝置、強(qiáng)磁旋流自發(fā)電加熱裝置、產(chǎn)出液余溫加熱和油氣旋流分離裝置及產(chǎn)出液流向分配多種功能于一罐的多功能中轉(zhuǎn)罐，該罐罐體為雙層真空罐4-1，其真空夾層底部充裝導(dǎo)熱介質(zhì)4-6，真空罐體外壁上設(shè)置抽氣充液閥4-9，真空罐體上、下部設(shè)置液位計(jì)4-12;罐體內(nèi)部通過(guò)上、下轉(zhuǎn)軸固定過(guò)濾隔板4-7設(shè)置由軸承固定的兩軸端帶葉輪4-5、軸徑外圍包覆強(qiáng)磁體環(huán)4-3的轉(zhuǎn)軸4-4及強(qiáng)磁體環(huán)4-3外置的套裝式組合鼠籠4-2所組成的強(qiáng)磁旋流自發(fā)電加熱裝置；罐體上部設(shè)置法蘭式罐蓋4-8，罐蓋4-8頂部設(shè)置超壓報(bào)警安全閥4-11，罐蓋4-8下部設(shè)置油氣旋流分離傘4-10 ;罐體中部、底部、上部、頂部徑向90°或120°切向分布產(chǎn)生高速旋流，為強(qiáng)磁體環(huán)4-3高速旋轉(zhuǎn)切割套裝式組合鼠籠4-2發(fā)電制熱提供動(dòng)力的低壓動(dòng)力液出口 A、產(chǎn)出液進(jìn)口 D、產(chǎn)出液出口 E、分離氣出口 F，其中低壓動(dòng)力液出口 A連接過(guò)濾器3，過(guò)濾器3出口 B連接加壓泵2，加壓泵2出口 C高壓動(dòng)力液泵入油管5形成U形管采油密閉循環(huán)回路。
[0029]所述的聚光太陽(yáng)能真空傳熱裝置包括如圖4所示的雙層真空罐4-1，罐壁上部設(shè)置的抽氣充液閥4-9，通過(guò)抽氣充液閥4-9向雙層真空罐4-1夾層充裝的水、冠醚、硫酸鉀或重鉻酸鉀、可解離順磁化合物Fe2O3導(dǎo)熱介質(zhì)4-6以及導(dǎo)熱介質(zhì)4-6聚焦點(diǎn)設(shè)置的弧形線(xiàn)聚焦菲涅耳高倍聚光鏡，有光照條件通過(guò)太陽(yáng)能聚能光斑激發(fā)導(dǎo)熱介質(zhì)4-6急驟汽化、蒸發(fā)、與罐內(nèi)旋轉(zhuǎn)液流快速換熱、凝結(jié)、回流高強(qiáng)度循環(huán)換熱；無(wú)光照條件通過(guò)罐內(nèi)產(chǎn)液余溫激發(fā)導(dǎo)熱介質(zhì)4-6進(jìn)行低強(qiáng)度上述循環(huán)換熱過(guò)程。
[0030]所述的強(qiáng)磁旋流自發(fā)電加熱裝置包括如圖4所示的多功能中轉(zhuǎn)罐4罐體內(nèi)部通過(guò)上、下轉(zhuǎn)軸固定過(guò)濾隔板4-7設(shè)置的由軸承固定的兩軸端帶葉輪4-5、軸徑外圍包覆強(qiáng)磁體環(huán)4-3的轉(zhuǎn)軸4-4及強(qiáng)磁體環(huán)4-3外置的套裝式組合鼠籠4-2，轉(zhuǎn)軸4_4為非導(dǎo)磁材料，套裝式組合鼠籠4-2為高阻非導(dǎo)磁材料，其中強(qiáng)磁體環(huán)4-3永磁體為徑向充磁軸向疊置；套裝式組合鼠籠4-2在磁力線(xiàn)影響范圍內(nèi)軸向套置一組、二組或多組，構(gòu)成同軸多機(jī)發(fā)電制熱機(jī)組，套置間距0.2-3mm ;套裝式組合鼠籠4_2的結(jié)構(gòu)至少為以下五種類(lèi)型之一:
[0031]第一種為同軸多組軸向套裝同心管，管與管之間互相絕緣，管壁上對(duì)稱(chēng)開(kāi)形成閉合導(dǎo)體的兩端封閉的直長(zhǎng)縫或斜長(zhǎng)縫或直長(zhǎng)孔