CN112814635B - 一种脉冲式增压注水管柱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲式增压注水管柱，包括抽油杆、补水泵以及储水罐，所述抽油杆的一端连接有配重柱，所述储水罐安装在地面上，所述补水泵的入口端与储水罐相连通，所述补水泵的出口端与增压装置相连通，所述补水泵的控制部分与控制系统相联接，本发明利用抽油机带动井下增压装置达到增注的目的，本装置能够在不增加地面管线压力的情况下，增加下注入压力，进而达到增注目的同时又避免了地面设备因高压伤人及管线刺漏现象的发生，同时可以利用压力传感器对增压装置内的水体压力进行监测，并根据监测数据通过控制系统对补水泵进行启停控制操作，实现对管柱内进行增压注水的目的。

Description

一种脉冲式增压注水管柱

技术领域

本发明涉及石油开发注水技术领域，特别是一种脉冲式增压注水管柱。

背景技术

在油田开发过程中，注水系统是油田生产系统的重要组成部分，它承担着实现油田高产稳产，保持地层能量的任务。通过人工注水可以提高地层压力，使油层具有强有力的驱油条件，保持较高的油层压力，使油流有效克服各种阻力，达到长期稳产高产，然而在石油开发过程中，经常遇到油层低渗透率导制注水压力高，常规注水工艺无法满足开发需求的问题，一般解决这类问题，常规做法是在地面加装增注泵，通过地面提高注水压力来实现正常注水，但是由于地面管线压力大及腐蚀作用常发生刺漏现象，对地面人员及设备安全有一定的伤害，同时直接通过增注泵进行加压注水，管线承受的压力较大，且注水压力无法有效进行控制，鉴于此，针对上述问题深入研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种脉冲式增压注水管柱，解决了解决了现有技术中，油层低渗透率导制注水压力高，大都在地面加装增注泵，通过地面提高注水压力来实现正常注水，然而这种方式将会导致地面管线压力大及腐蚀作用，经常发生刺漏现象，对地面人员及设备安全有一定的伤害，且注水压力无法有效进行控制的问题。

实现上述目的本发明的技术方案为：一种脉冲式增压注水管柱，包括抽油杆、补水泵以及储水罐，所述抽油杆的一端连接有配重柱，所述储水罐安装在地面上，所述补水泵的入口端与储水罐相连通，所述补水泵的出口端与增压装置相连通，所述补水泵的控制部分与控制系统相联接，所述增压装置的上端连接有对接器，所述对接器与配重柱相连接，所述增压装置上部内侧设置有第一压力传感器，所述第一压力传感器通过第一传输电缆与控制系统相联接，所述增压装置下部连接有泄压控制器本体，所述泄压控制器本体的侧壁孔内设置有泄压控制器，所述第二压力传感器设置于泄压控制器本体内部的凹槽内，所述第二压力传感器通过第二传输电缆与控制系统相联接，所述泄压控制器本体的下部套装有封隔器；

所述增压装置包括：动力活塞筒、定位连接组件、滑动密封组件以及增程加压组件以及增注泵筒，所述动力活塞筒与补水泵的出口端相连通，所述定位连接组件插装于动力活塞筒内且与配重柱相连接，所述滑动密封组件套装于定位连接组件外侧且与动力活塞筒相贴，所述增程加压组件设置于动力活塞筒内且与定位连接组件相连接，所述增注泵筒设置于动力活塞筒的下端上且与增程加压组件相匹配，所述增注泵筒内设置有防逆流凡尔。

所述定位连接组件包括：上接头、桥接头以及被动泵筒，所述上接头的一端与对接器相连接，所述桥接头设置于上接头的下端上，所述桥接头围绕中心轴线开设有若干轴向通孔，所述被动泵筒插装于动力活塞筒内且一端与桥接头相连接。

所述滑动密封组件包括：动力活塞、滑动阀尔、限位环以及固定帽，所述动力活塞滑动套装于定位连接组件外部且与动力连接组件间隙配合，所述动力活塞下部端部开设有与过流间隙相连通的泄压孔，所述滑动阀尔滑动套装于定位连接组件外部且位于动力活塞上方，所述限位环固定套装于定位连接组件外壁上且位于滑动阀尔上方，所述固定帽设置于定位连接组件的下部侧壁上，所述动力活塞筒中间部位内侧壁面上开设有泄压槽，所述泄压槽的长度大于动力活塞的长度。

所述增程加压组件包括：被动活塞、连杆、配重杆以及增压活塞，所述被动活塞滑动设置于被动泵筒内，所述连杆的上端与被动活塞相连接，所述配重杆设置于连杆的下端上，所述配重杆侧壁上开有进液孔，所述进液孔与配重杆下部内部轴向孔相通，所述增压活塞设置于配重杆的下端上，所述增压活塞中心轴线处开设有阶梯孔且由上到下的内径逐渐增大、并与配重杆侧开的进液孔相连通，所述增压活塞内设置有增注阀尔。

所述防逆流凡尔包括：凡尔座、凡尔球以及凡尔罩，所述凡尔座设置于增注泵筒内，所述凡尔罩将凡尔球封在凡尔座内部。

所述增注阀尔包括：阀尔座、阀尔球以及阀尔罩，所述阀尔座设置于增压活塞内，所述阀尔球通过阀尔罩封在阀尔座内部。

所述被动活塞上端面以及下端面边沿位置均为倒角结构。

所述连杆为圆柱体杆状结构且上下端部均开设有外螺纹，所述连杆上部通过螺纹与被动活塞相连接。

所述增注泵筒与泄压控制器本体之间连接有接箍。

所述封隔器通过螺纹与泄压控制器本体下部相连接。

利用本发明的技术方案制作的脉冲式增压注水管柱，利用抽油机带动井下增压装置达到增注的目的，本装置能够在不增加地面管线压力的情况下，增加下注入压力，进而达到增注目的同时又避免了地面设备因高压伤人及管线刺漏现象的发生，同时可以利用压力传感器对增压装置内的水体压力进行监测，并根据监测数据通过控制系统对补水泵进行启停控制操作，实现对管柱内进行增压注水的目的，解决了现有技术中，油层低渗透率导制注水压力高，大都在地面加装增注泵，通过地面提高注水压力来实现正常注水，然而这种方式将会导致地面管线压力大及腐蚀作用，经常发生刺漏现象，对地面人员及设备安全有一定的伤害，且注水压力无法有效进行控制的问题。

附图说明

图1为本发明所述一种脉冲式增压注水管柱的主视剖面结构示意图。

图2为本发明所述一种脉冲式增压注水管柱的增压装置的主视剖面结构示意图。

图3为本发明所述一种脉冲式增压注水管柱的上端的局部放大结构示意图。

图4为本发明所述一种脉冲式增压注水管柱的下端的局部放大结构示意图。

图中：1、抽油杆；2、配重柱；3、控制系统；4、补水泵；5、储水罐；6、对接器；7、第一传输电缆；8、第一压力传感器；9、增压装置；10、接箍；11、泄压控制器本体；12、泄压控制器；13传输电缆；14、第二压力传感器；15、封隔器；9-1、上接头；9-2、桥接头；9-3、被动泵筒；9-4、动力活塞筒；9-5、被动活塞；9-6、限位环；9-7、滑动阀尔；9-8、动力活塞；9-9、泄压孔；，9-10、固定帽；9-11、泄压槽；9-12、连杆；，9-13、配重杆；9-14、进液孔；9-15、增压活塞；9-16、增注阀尔；9-16-1、阀尔座；9-16-2、凡尔球；9-16-3、凡尔罩；9-17、增注泵筒；9-18、防逆流凡尔；9-18-1、凡尔座；9-18-2、凡尔球；9-18-3、凡尔罩。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-4所示，通过本领域人员，将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不在对电气控制做说明。

实施例： 由说明书附图1-4可知，在具体实施过程中，第一传输电缆7以及第二传输电缆13随管柱下入到井筒中，储水罐5安装在地面，补水泵4入口与储水罐5相联接，补水泵4的出口与增压装置9的动力活塞筒9-4内部相通，第一传输电缆7下部与第一压力传感器8相联接，第二传输电缆13下部与第二压力传感器14相联接，第一传输电缆7以及第二传输电缆13上部均与控制系统3相联接，补水泵4的控制部分与控制系统3相联接，接箍10上部与增压装置9相连，接箍10下部与泄压控制器本体11相联接；泄压控制器12安装在泄压控制器本体11上的侧壁孔上；第二压力传感器14安装在泄压控制器本体11内部的凹槽内，并与第二传输电缆13联接在一起，封隔器15通过螺纹等联接方式联接在在泄压控制器本体11的下部。

上接头9-1上部内部车有抽油杆内螺纹，以方便与抽油杆1相联接，其下部车有外螺纹以方便与其它部件相连接；上接头9-1与桥接头9-2通过螺纹连接在一起；桥接头9-2中心部位及外部车有螺纹以方便与其它部件连接在一起，桥接头9-2围绕中心轴线开设有若干轴向通孔以方便流体进出；桥接头9-2通过螺纹与上接头9-1连接在一起，同时通过螺纹与被动泵筒9-3上端部连接在一起；被动泵筒9-3上部车有外螺纹下部端部外部车有外螺纹；被动筒9-3下部外部亦车有外螺纹以方便与其它部件相连接；限位环9-6为圆环形套在被动泵筒9-3的外部通过销钉或焊接等固定连接方式与被动筒9-3联接在一起；滑动阀尔9-7亦套在被动泵筒9-3的外部且它们之间有密封圈，滑动阀尔9-7可在被动泵筒9-3外壁上下自由滑动；动力活塞9-8套在被动泵筒9-3外部且两者之间为间隙配合，动力活塞9-8下部端部设置有与过流间隙相连通的泄压孔9-9；固定帽9-10通过螺纹或其它固定方式联接在被动泵筒9-3的下部，以防止套在被动泵筒9-3上的部件脱落；动力活塞筒9-4上部及下部车有内螺纹以方便与其它部件联接在一起；动力活塞筒9-4中间部位车有泄压槽9-11；被动活塞9-5为圆柱形其下部车有内螺纹以方便与其它部件联接在一起，被动活塞9-5上部及下部均车有倒角，以方便装配；被动活塞9-5装在被动泵筒9-3内部，被动活塞9-5可以沿被动泵筒9-3内部自由滑动；连杆9-12为圆柱形且上下端部均车有外螺纹以方便与其它部件相联接；连杆9-12上部通过螺纹与被动活塞联接在一起；连杆9-12下部通过螺纹与配重杆9-13联接在一起；配重杆9-13上部车有内螺以方便与连杆9-12联接在一起，配重杆9-13侧壁开有进液孔9-14，进液孔9-14与配重杆9-13下部内部盲孔相通；配重杆9-13上部外径较大，下部外径较小；配重杆9-13下部内部中心位置车有内螺纹以方便与其它部件联接在一起；增压活塞9-15为圆柱形，其上部车有外螺纹以方便与其它部件联接在一起，中心轴线处有阶梯孔且从上到下内径逐渐增大；增压阀尔9-16通过螺纹或其它固定方式联接在增压活塞9-15内部，阀尔球9-16-2通过阀尔罩9-16-3压在阀尔座9-16-1内部；增注泵筒9-17上部通过螺纹或其它联接方式与动力活塞筒9-4联接在一起，增注泵筒9-17内部有阶梯孔且从上到下内径逐渐增大，增注泵筒9-17上下部均车有外螺纹以方便与其它部件联接在一起；防逆流凡尔9-18通过螺纹联接在增注泵筒9-17内部；凡尔罩9-18-3将凡尔球9-18-2封在凡尔座9-18-1内部；

工作时本装置下入到井筒中设计深度后，使封隔器15坐封，进一步的抽油杆1末端接有配重柱2以方便上接头9-1向下运动，配重柱2下部接有对接器6的上半部分以方便与上接头9-1相联接的对接器6的下半部分对接；当对接器6上下部分联接后，向动力活塞筒9-4内部注入水，当水能够注入时与上接头9-1相关部件处于静止状态，水经被动筒9-3与动力活塞筒9-4之间的缝隙，进一步的经过配重杆9-13与动力活塞筒9-4之间的缝隙通过进液孔9-14，进一步的经过增注阀尔9-16，进一步的经过增注泵筒9-17，进一步的通过防逆流凡尔9-18注入到目的油藏；

当地面的注入泵不能注入水时，此时则启动本装置。

首先预估注入压力，预估压力要尽量高出实际注入压力，并将预估注入压力值赋值给控制系统3，系统会自动计算需要的管柱内压力，并将第一压力传感器8得到的动力活塞筒9-4上部的压力数据信号通过第一传输电缆7反馈给控制系统3，系统会自动识别并作出判断，启停补水泵4，进一步的第二压力传感器14对泄压控制器本体11位置的压力进行监测，并通过第二传输电缆13时时向控制系统3赋值，控制系统3会自动计算出需要的管柱压力启停补水泵4，同时第二压力传感器14通过第二传输电缆13将注入压力传到控制系统3中，通过液晶屏显示注入压力。

当管柱压力自动调整与注入压力匹配后，动力活塞9-8随被动泵筒9-3及附件上行程开始时，动力活塞9-8与滑动阀尔9-7处于密封状态，此时动力活塞9-9的位置处于动力活塞筒9-4的泄压槽9-11内，动力活塞上下液体连通；上接头9-1向上运动，滑动阀尔9-7与随被动泵筒9-3一同运动，动力活塞9-9处于静止状态，上接头9-1进一步向上运动，动力活塞9-9被固定帽9-10带动，与上接头9-1、被动泵筒9-3及安装其上的组件一同向上运动到上死点；向上运动过程中，动力活塞9-9与动力活塞筒9-4保持密封状态，滑动阀尔7与动力活塞9-8脱离，液体通过动力活塞9-8与被动泵筒9-3之间的间隙，进一步通过泄压孔9-9，进入动力活塞筒9-4下部。

当动力活塞9-8随被动泵筒9-3及附件下行程时，上接头9-1及被动泵筒9-3及安装其上的组件一同向下运动开始时，动力活塞9-8与滑动阀尔9-7保持脱离状态，上接头9-1及被动泵筒9-3及安装其上的组件一同进一步向下运动，滑动阀尔9-7与动力活塞9-8相接触并一同向下运动直至滑动阀9-7被限位环9-6阻挡，动力活塞9-8与滑动阀尔7保持密封状态，进一步的上接头9-1及被动泵筒9-3及安装其上的组件一同向下运动且其下部的动力活塞筒9-4内部液体被挤压形成高压区，进一步的被动活塞9-5在高压作用下带动其直接或间接连接的连杆9-12、配重杆9-13、增压活塞9-15、增压阀尔9-16等连接组件向上运动，进一步的上接头9-1及被动泵筒9-3及安装其上的组件一同向下运动到下死点，同时被动活塞9-5在高压作用下带动其直接或间接连接的连杆9-12、配重杆9-13、增压活塞9-15、增压阀尔9-16等连接组件运动到上死点，由于动力活塞9-8的面积是被动活塞9-5面积的n倍，所以被动活塞9-5上升的距离是动力活塞9-8下行距离的n倍，属于增程是上行；此时动活塞9-5进入到动力活塞筒9-4之上的泄压槽9-11中，上接头9-1及被动泵筒9-3及安装其上的组件与动力活塞筒9-4挤压形成的高压区液体，通过泄压槽9-11快速泄压，进一步的被动活塞9-5上下压力平衡，在自重和液压作用下，进一步的带动其直接或间接连接的连杆9-12、配重杆9-13、增压活塞9-15、增压阀尔9-16等连接组件向下运动，进一步的增压阀尔9-16受压关闭，进一步的增压泵筒9-17内的液体液力逐渐升高，进一步的打开防逆流阀尔9-18，液体进入地层，完成了一个增压过程，这样就周期反复进行，从而实现增压注水的连续作业。

综上所述，该脉冲式增压注水管柱，利用抽油机带动井下增压装置达到增注的目的，本装置能够在不增加地面管线压力的情况下，增加下注入压力，进而达到增注目的同时又避免了地面设备因高压伤人及管线刺漏现象的发生，同时可以利用压力传感器对增压装置内的水体压力进行监测，并根据监测数据通过控制系统对补水泵进行启停控制操作，实现对管柱内进行增压注水的目的，解决了现有技术中，油层低渗透率导制注水压力高，大都在地面加装增注泵，通过地面提高注水压力来实现正常注水，然而这种方式将会导致地面管线压力大及腐蚀作用，经常发生刺漏现象，对地面人员及设备安全有一定的伤害，且注水压力无法有效进行控制的问题。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种脉冲式增压注水管柱，包括抽油杆(1)、补水泵(4)以及储水罐(5)，其特征在于，所述抽油杆(1)的一端连接有配重柱(2)，所述储水罐(5)安装在地面上，所述补水泵(4)的入口端与储水罐(5)相连通，所述补水泵(4)的出口端与增压装置(9)相连通，所述补水泵(4)的控制部分与控制系统(3)相联接，所述增压装置(9)的上端连接有对接器(6)，所述对接器(6)与配重柱(2)相连接，所述增压装置(9)上部内侧设置有第一压力传感器(8)，所述第一压力传感器(8)通过第一传输电缆(7)与控制系统(3)相联接，所述增压装置(9)下部连接有泄压控制器本体(11)，所述泄压控制器本体(11)的侧壁孔内设置有泄压控制器(12)，所述泄压控制器本体(11)内部的凹槽内设置有第二压力传感器(14)，所述第二压力传感器(14)通过第二传输电缆(13)与控制系统(3)相联接，所述泄压控制器本体(11)的下部套装有封隔器(15)；

所述增压装置(9)包括：动力活塞筒(9－4)、定位连接组件、滑动密封组件以及增程加压组件以及增注泵筒(9－17)，所述动力活塞筒(9－4)与补水泵(4)的出口端相连通，所述定位连接组件插装于动力活塞筒(9－4)内且与配重柱(2)相连接，所述滑动密封组件套装于定位连接组件外侧且与动力活塞筒(9－4)相贴，所述增程加压组件设置于动力活塞筒(9－4)内且与定位连接组件相连接，所述增注泵筒(9－17)设置于动力活塞筒(9－4)的下端上且与增程加压组件相匹配，所述增注泵筒(9－17)内设置有防逆流凡尔(9－18)；

所述定位连接组件包括：上接头(9－1)、桥接头(9－2)以及被动泵筒(9－3)，所述上接头(9－1)的一端与对接器(6)相连接，所述桥接头(9－2)设置于上接头(9－1)的下端上，所述桥接头(9－2)围绕中心轴线开设有若干轴向通孔，所述被动泵筒(9－3)插装于动力活塞筒(9－4)内且一端与桥接头(9－2)相连接；

所述滑动密封组件包括：动力活塞(9－8)、滑动阀尔(9－7)、限位环(9－6)以及固定帽(9－10)，所述动力活塞(9－8)滑动套装于定位连接组件外部且与动力连接组件间隙配合，所述动力活塞(9－8)下部端部开设有与过流间隙相连通的泄压孔(9－9)，所述滑动阀尔(9－7)滑动套装于定位连接组件外部且位于动力活塞(9－8)上方，所述限位环(9－6)固定套装于定位连接组件外壁上且位于滑动阀尔(9－7)上方，所述固定帽(9－10)设置于定位连接组件的下部侧壁上，所述动力活塞筒(9－8)中间部位内侧壁面上开设有泄压槽(9－11)，所述泄压槽(9－11)的长度大于动力活塞(9－8)的长度；

所述增程加压组件包括：被动活塞(9－5)、连杆(9－12)、配重杆(9－13)以及增压活塞(9－15)，所述被动活塞(9－5)滑动设置于被动泵筒(9－3)内，所述连杆(9－12)的上端与被动活塞(9－5)相连接，所述配重杆(9－13)设置于连杆(9－12)的下端上，所述配重杆(9－13)侧壁上开有进液孔(9－14)，所述进液孔(9－14)与配重杆(9－13)下部内部轴向孔相通，所述增压活塞(9－15)设置于配重杆(9－13)的下端上，所述增压活塞(9－15)中心轴线处开设有阶梯孔且由上到下的内径逐渐增大、并与配重杆(9－13)侧开的进液孔(9－14)相连通，所述增压活塞(9－15)内设置有增注阀尔(9－16)。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲式增压注水管柱，其特征在于，所述防逆流凡尔(9－18)包括：凡尔座(9－18－1)、凡尔球(9－18－2)以及凡尔罩(9－18－3)，所述凡尔座(9－18－1)设置于增注泵筒(9－17)内，所述凡尔罩(9－18－3)将凡尔球(9－18－2)封在凡尔座(9－18－1)内部。

3.根据权利要求1所述的一种脉冲式增压注水管柱，其特征在于，所述增注阀尔(9－16)包括：阀尔座(9－16－1)、阀尔球(9－16－2)以及阀尔罩(9－16－3)，所述阀尔座(9－16－1)设置于增压活塞(9－15)内，所述阀尔球(9－16－2)通过阀尔罩(9－16－3)封在阀尔座(9－16－11)内部。

4.根据权利要求1所述的一种脉冲式增压注水管柱，其特征在于，所述被动活塞(9－5)上端面以及下端面边沿位置均为倒角结构。

5.根据权利要求1所述的一种脉冲式增压注水管柱，其特征在于，所述连杆(9－12)为圆柱体杆状结构且上下端部均开设有外螺纹，所述连杆(9－12)上部通过螺纹与被动活塞相连接。

6.根据权利要求1所述的一种脉冲式增压注水管柱，其特征在于，所述增注泵筒(9－17)与泄压控制器本体(11)之间连接有接箍(10)。

7.根据权利要求1所述的一种脉冲式增压注水管柱，其特征在于，所述封隔器(15)通过螺纹与泄压控制器本体(11)下部相连接。

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