專利名稱：抽油加熱二合一葉泵采油方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種稠粘石油采油方法及裝置，特別是利用葉泵同時完成抽油和對井下石油加熱的二合一采油方法及裝置。
在我國各地油田中，有不少稠粘油油田。這類油田原油的粘度較高。隨著我國各大油田進(jìn)入中后期開發(fā)，稠油、特稠油、高凝點(diǎn)、高含蠟的原油開采比例也越來越大。由于油層粘度大，溫度又低，給原油開采增加了很大的難度。目前，解決這一難題的辦法是在抽油的同時，由專門的裝置對油管入口周圍和油管中的原油持續(xù)進(jìn)行加熱，以提高其溫度，降低其粘度，以便使原油能順利地進(jìn)入油管和油泵，最終被順利地提升至地面，并且具有符合采油生產(chǎn)要求的出口油溫。因此，抽油與加熱方法和設(shè)備的效率和成本，決定了稠粘油開采的產(chǎn)量、效率和所產(chǎn)原油的成本及利潤。
目前，常用的采油方法中，采用管式泵和桿式泵都需有地面的抽油機(jī)(俗稱“磕頭機(jī)”)來驅(qū)動，還需配備井下加熱設(shè)備，因此設(shè)備投資高、占地面積大，采油效率不高。若采用電潛離心泵、螺桿泵等方法，則井下電機(jī)、泵和電纜都非常昂貴，而且不且長期在高溫環(huán)境下使用，因此增加了采油成本。
本發(fā)明的目的，是克服上述采油方法和設(shè)備的不足，提供一種能同時完成抽油和對油層加熱的采油方法，以及以更小的占地面積、更簡單的結(jié)構(gòu)、更小的投資和運(yùn)行成本實(shí)現(xiàn)這種方法的采油裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種抽油加熱二合一葉泵采油方法，屬一種稠粘原油開采技術(shù)，其特征在于A.在地面將導(dǎo)熱流體介質(zhì)加熱到所需溫度；B.對導(dǎo)熱流體介質(zhì)加壓，輸送至井下；C.導(dǎo)熱流體介質(zhì)驅(qū)動井下的流體動力機(jī)旋轉(zhuǎn)，并將熱量擴(kuò)散到周圍的原油油液中；D.導(dǎo)熱流體介質(zhì)被輸送回地面，重復(fù)所述A至C步驟；E.將流體動力機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動調(diào)整至所需的轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)換成正向半周、反向半周反復(fù)交替的轉(zhuǎn)動；F.驅(qū)動葉泵運(yùn)轉(zhuǎn)；G.葉泵運(yùn)轉(zhuǎn)時，內(nèi)部所產(chǎn)生的腔室效應(yīng)導(dǎo)致將泵外油層中的原油從尾端吸入泵內(nèi)，并從其頂端將泵內(nèi)油液排出；H.葉泵持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，油層中的原油不斷被舉升至地面。
在導(dǎo)熱流體介質(zhì)進(jìn)入流體動力機(jī)之前，還可以對已泵出的油液進(jìn)行加熱。
本發(fā)明的采油方法的核心，是用高溫、高壓導(dǎo)熱流體介質(zhì)驅(qū)動一個流體動力機(jī)，以獲得能帶動油泵運(yùn)轉(zhuǎn)的動力。在驅(qū)動流體動力機(jī)的同時及其后，高溫導(dǎo)熱流體介質(zhì)都可將熱能傳導(dǎo)給泵口周圍的油液，實(shí)現(xiàn)熱交換，使這部分原油的溫度提高，粘度降低，能更順利地進(jìn)入油泵。如果需要，還可以在驅(qū)動流體動力機(jī)之前，將熱能傳導(dǎo)給已由油泵排出的油液，以維持其溫度和粘度，使其順利到達(dá)地面輸油管網(wǎng)中。釋放了能量的導(dǎo)熱流體介質(zhì)再被輸送回地面，重新加熱、加壓，再次獲得熱能與動能，并輸送到井下，如此周而復(fù)始地進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換過程，驅(qū)動流體動力機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng)過減速的流體動力機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)動，再被轉(zhuǎn)換成正向半周、反向半周反復(fù)交替轉(zhuǎn)動，以驅(qū)動葉泵。持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的葉泵將井下原油提升至地面。
關(guān)于葉泵的結(jié)構(gòu)和原理將在后文詳述。
本發(fā)明的技術(shù)方案還包括一種抽油加熱二合一葉泵采油裝置，屬一種實(shí)現(xiàn)前述采油方法的稠粘原油采油設(shè)備，其特征在于它包括A.一個設(shè)在地面的導(dǎo)熱流體介質(zhì)加熱裝置4；B.一個加壓泵3，經(jīng)管路連通導(dǎo)熱流體介質(zhì)加熱裝置4；C.井口裝置7，加壓泵3輸出的導(dǎo)熱流體介質(zhì)通過管路5由此輸入井下；D.油管9，其上端連接井口裝置7；E.套管8；F.葉泵10，其上端與油管9連通；G.換向機(jī)11，其輸出端與葉泵10底部的接口連接；H.減速器12，連接并驅(qū)動換向器11；I.流體動力機(jī)13，連接并驅(qū)動減速器12，導(dǎo)熱流體介質(zhì)輸入口通過管路5連接加壓泵3；J.油層加熱器14，導(dǎo)熱流體介質(zhì)入口連通流體動力機(jī)13尾端的介質(zhì)出口，其導(dǎo)熱流體介質(zhì)出口通過管路6連通導(dǎo)熱流體介質(zhì)加熱裝置4。
下面結(jié)合附圖中的實(shí)施例作詳細(xì)說明

圖1，本發(fā)明采油裝置結(jié)構(gòu)圖；圖2，本發(fā)明葉泵連接結(jié)構(gòu)圖；圖3，本發(fā)明葉泵之泵筒示意圖；圖4，本發(fā)明葉泵之泵葉示意圖；圖5，本發(fā)明葉泵之泵頭結(jié)構(gòu)圖；圖6，本發(fā)明葉泵之泵座結(jié)構(gòu)圖；圖7，本發(fā)明換向機(jī)結(jié)構(gòu)圖；圖8，本發(fā)明換向機(jī)之輸入軸和驅(qū)動齒盤示意圖；圖9，本發(fā)明換向機(jī)之輸出軸和輸出齒盤示意圖；參照圖1，本發(fā)明的采油裝置中，地面設(shè)備除電力設(shè)備1和控制配電箱2以外，僅有導(dǎo)熱流體介質(zhì)加熱裝置4和加壓泵3，顯著減少了采油設(shè)備的占地面積和設(shè)備購置費(fèi)。在本實(shí)施例中，導(dǎo)熱流體介質(zhì)選用的是導(dǎo)熱油，它在加熱后能達(dá)到較高的溫度。高溫高壓的導(dǎo)熱油通過管路5從井口7進(jìn)入井下。參照前述的采油方法，導(dǎo)熱油可以通過管路5從油管9與套管8之間直接進(jìn)入并驅(qū)動流體動力機(jī)13，也可以將管路5從油管9中穿過，將部分熱能先傳導(dǎo)給已被葉泵10泵入油管9的油液，然后再驅(qū)動流體動力機(jī)13。導(dǎo)熱油在流體動力機(jī)13內(nèi)將流體動能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的同時，也將部分熱能傳導(dǎo)給裝置周圍的原油。之后，導(dǎo)熱油進(jìn)入油層加熱器14，將剩余的熱能傳導(dǎo)給油層加熱器14周圍的原油。完成了主要的能量交換過程以后，油層加熱器14排出的導(dǎo)熱油經(jīng)過管路6從油管9和套管8之間回輸?shù)降孛娴膶?dǎo)熱流體介質(zhì)加熱器4中。流體動力機(jī)13輸出的機(jī)械能，經(jīng)減速后帶動一個葉泵10運(yùn)轉(zhuǎn)，葉泵10將油層中的原油通過油管9舉升至地面。
參見圖2～圖6，所述的葉泵10包括A.一個泵筒101；B.兩個對稱地設(shè)于泵筒101內(nèi)壁上的隔板102；C.一個位于泵筒101內(nèi)同軸安裝的泵軸103；D.兩個對稱地安裝在泵軸103上的泵葉104；E.一個安裝在泵筒101頂端，設(shè)有出口凡爾105和出油口106的泵頭107；F.一個安裝在泵筒101尾端，設(shè)有入口凡爾108、入油口109及驅(qū)動接口110的泵座111等。
葉泵10是一種正、反向交替轉(zhuǎn)動的油泵。葉泵10內(nèi)的兩個泵葉104與泵筒101上的兩個隔板102之間共形成四個腔室。當(dāng)泵軸103帶動泵葉104向某一方向轉(zhuǎn)動時，兩個泵葉104與其運(yùn)動方向相對的隔板102之間的兩個腔室容積同時縮小，壓力增高，導(dǎo)致將該兩個腔室上部的出口凡爾105打開，下部入口凡爾108關(guān)閉，腔室內(nèi)油液被排出，經(jīng)出油口106進(jìn)入油管9；同時，兩個泵葉104與其運(yùn)動方向相反的隔板102之間的兩個腔室容積同時增大，壓力降低，使入口凡爾108打開，出口凡爾105關(guān)閉，油層中的原油經(jīng)入油口109和入口凡爾108被吸入泵筒101。當(dāng)泵葉104向相反方向轉(zhuǎn)動時，兩對腔室所起的作用改變原來排出油液的，現(xiàn)在吸入油液；原來吸入油液的，現(xiàn)在排出油液。所以，在葉泵10的每半個運(yùn)動周期(正向或反向半周)中，總有兩個腔室(近50％容積)吸油，同時另兩個腔室(近50％容積)在排油。
因此，葉泵具有體積小、能耗小、泵效高、制造工藝簡單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，能廣泛適用于稀油、稠油、高凝油的開采，也適合作為含砂、含氣油井的采油泵?？煞奖愕匕惭b于豎井、斜井或水平井內(nèi)作深層石油開采。
參見圖7～圖9，所述的換向機(jī)11包括A.機(jī)殼121；B.軸承122；C.輸入軸123；D.設(shè)在輸入軸123上的正轉(zhuǎn)驅(qū)動齒盤124和反轉(zhuǎn)驅(qū)動齒盤125；E.設(shè)在輸入軸123兩側(cè)且軸線相互平行的正轉(zhuǎn)傳動齒輪126和反轉(zhuǎn)傳動齒輪127；F.設(shè)在輸入軸123軸線延長線上的輸出軸120；G.設(shè)在輸出軸120上的正向輸出齒盤128和設(shè)在正向輸出齒盤128底面上的反向輸出齒盤129等。
換向機(jī)11是配合葉泵10使用的機(jī)械裝置，其功能是將軸的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，轉(zhuǎn)換為正向半周、反向半周反復(fù)交替的轉(zhuǎn)動。它的工作原理如下當(dāng)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的輸入軸123在某一半周轉(zhuǎn)動時，半圓形的正轉(zhuǎn)驅(qū)動齒盤124開始與正轉(zhuǎn)傳動齒輪126嚙合，而正轉(zhuǎn)傳動齒輪126與正向輸出齒盤128嚙合，這樣，輸入軸123轉(zhuǎn)動半周，通過這三個正轉(zhuǎn)齒輪與齒盤的傳動關(guān)系，使輸出軸120以相同方向轉(zhuǎn)動半周。由于正轉(zhuǎn)驅(qū)動齒盤124為一半圓形(180°)，所以在這個半周轉(zhuǎn)動結(jié)束時，它即與正轉(zhuǎn)傳動輪126脫離。而反轉(zhuǎn)驅(qū)動齒盤125因半徑不同，并不能與正轉(zhuǎn)傳動齒輪126嚙合。當(dāng)輸入軸123開始下一半周轉(zhuǎn)動時，反轉(zhuǎn)驅(qū)動齒盤125開始與輸入軸123另一側(cè)的反轉(zhuǎn)傳動齒輪127嚙合，而反轉(zhuǎn)傳動齒輪127一直與輸出軸120上的反轉(zhuǎn)輸出齒盤129嚙合，所以，在這個半周內(nèi)，輸入軸123驅(qū)動輸出軸120作反向轉(zhuǎn)動。而這時，正向驅(qū)動齒盤124與正轉(zhuǎn)傳動齒輪126脫離，輸出軸120帶動正轉(zhuǎn)傳動齒輪126空轉(zhuǎn)，不影響反向半周的轉(zhuǎn)動。同理，正轉(zhuǎn)半周時，反轉(zhuǎn)傳動齒輪127空轉(zhuǎn)，不影響正轉(zhuǎn)進(jìn)行。
在本實(shí)施例中，導(dǎo)熱流體介質(zhì)加熱器4、加壓泵3、井口裝置7、流體動力機(jī)13和油層加熱器14等，均可采用已有的設(shè)備，此處不再詳述。另外，本實(shí)施例中，減速器12亦采用常見的擺線針輪減速器，并與換向機(jī)11合為一整體。
本發(fā)明的采油裝置，可以完整地實(shí)現(xiàn)抽油加熱二合一采油方法。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有顯著的優(yōu)越性1.顯著減少了采油設(shè)備的占地面積；2.降低了地面和井下設(shè)備的購置費(fèi)和運(yùn)營成本；3.降低了工藝和設(shè)備的復(fù)雜程度，便于制造和維修；4.降低了能耗；5.提高了采油生產(chǎn)效率，降低了原油成本；6.適用面廣，特別能滿足稠粘油井的開采需要。
權(quán)利要求
1.一種抽油加熱二合一葉泵采油方法，屬一種稠粘原油開采技術(shù)，其特征在于A.在地面將導(dǎo)熱流體介質(zhì)加熱到所需溫度；B.對導(dǎo)熱流體介質(zhì)加壓，輸送至井下；C.導(dǎo)熱流體介質(zhì)驅(qū)動井下的流體動力機(jī)旋轉(zhuǎn)，并將熱量擴(kuò)散到周圍的原油油液中；D.導(dǎo)熱流體介質(zhì)被輸送回地面，重復(fù)所述A至C步驟；E.將流體動力機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動調(diào)整至所需的轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)換成正向半周、反向半周反復(fù)交替的轉(zhuǎn)動；F.驅(qū)動葉泵運(yùn)轉(zhuǎn)；G.葉泵運(yùn)轉(zhuǎn)時，內(nèi)部所產(chǎn)生的腔室效應(yīng)導(dǎo)致將泵外油層中的原油從尾端吸入泵內(nèi)，并從其頂端將泵內(nèi)油液排出；H.葉泵持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，油層中的原油不斷被舉升至地面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油加熱二合一葉泵采油方法，其特征在于在導(dǎo)熱流體介質(zhì)進(jìn)入流體動力機(jī)之前，還可以對已泵出的油液進(jìn)行加熱。
3.一種抽油加熱二合一葉泵采油裝置，屬一種實(shí)現(xiàn)前述采油方法的稠粘原油采油設(shè)備，其特征在于它包括A.一個設(shè)在地面的導(dǎo)熱流體介質(zhì)加熱裝置(4)；B.一個加壓泵(3)，經(jīng)管路連通導(dǎo)熱流體介質(zhì)加熱裝置(4)；C.井口裝置(7)，加壓泵(3)輸出的導(dǎo)熱流體介質(zhì)通過管路(5)由此輸入井下；D.油管(9)，其上端連接井口裝置(7)；E.套管(8)；F.一個葉泵(10)，其上端與油管(9)連通；G.一個換向機(jī)(11)，其輸出端與葉泵(10)底部的接口連接；H.一個減速器(12)，連接并驅(qū)動換向機(jī)(11)；I.一個流體動力機(jī)(13)，連接并驅(qū)動減速器(12)，導(dǎo)熱流體介質(zhì)輸入口通過管路(5)連接加壓泵(3)；J.一個油層加熱器(14)，導(dǎo)熱流體介質(zhì)入口連通流體動力機(jī)(13)尾端的介質(zhì)出口，其導(dǎo)熱流體介質(zhì)出口通過管路(6)連通導(dǎo)熱流體介質(zhì)加熱裝置(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抽油加熱二合一葉泵采油裝置，其特征在于所述的葉泵(10)包括A.一個泵筒(101)；B.兩個對稱地設(shè)于泵筒(101)內(nèi)壁上的隔板(102)；C.一個位于泵筒(101)內(nèi)同軸安裝的泵軸(103)；E.兩個對稱地安裝在泵軸(103)上的泵葉(104)；F.一個安裝在泵筒(101)頂端，設(shè)有出口凡爾(105)和出油口(106)的泵頭(107)；G.一個安裝在泵筒(101)尾端，沒有入口凡爾(108)、人油口(109)及驅(qū)動接口(110)的泵座(111)等。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的抽油加熱二合一葉泵采油裝置，其特征在于所述的換向機(jī)(11)包括A.機(jī)殼(121)；B.軸承(122)；C.輸入軸(123)；E.設(shè)在輸入軸(123)上的正轉(zhuǎn)驅(qū)動齒盤(124)和反轉(zhuǎn)驅(qū)動齒盤(125)；F.設(shè)在輸入軸(123)兩側(cè)且軸線相互平行的正轉(zhuǎn)傳動齒輪(126)和反轉(zhuǎn)傳動齒輪(127)；G.設(shè)在輸入軸(123)軸線延長線上的輸出軸(120)；H.設(shè)在輸出軸(120)上的反向輸出齒盤(129)和；I.設(shè)在反向輸出齒盤(129)底面上的正向輸出齒盤(128)等。
全文摘要
本發(fā)明是一種適合稠粘原油開采的方法和裝置。它以高溫高壓導(dǎo)熱流體介質(zhì),在驅(qū)動流體動力機(jī)產(chǎn)生動力的同時,對油層進(jìn)行加熱,便于稠粘原油入井入泵。所采用的葉泵裝置,體積小、泵效高、制造簡單、成本低。本發(fā)明能減少采油設(shè)備占地面積,降低設(shè)備復(fù)雜程度和購置費(fèi)用,便于操作和維護(hù),降低能耗和采油成本,提高了采油生產(chǎn)效率。廣泛適用于各類油田特別是稠粘油田的開采。
文檔編號E21B43/16GK1195066SQ9810195
公開日1998年10月7日 申請日期1998年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月20日
發(fā)明者葉少華, 劉運(yùn)林 申請人:葉少華, 劉運(yùn)林