有機(jī)六防無(wú)桿液力驅(qū)動(dòng)雙作用往復(fù)泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明為一種集防腐、防垢、防蠟、防粘稠、防氣、防砂于一體的有機(jī)六防無(wú)桿液力驅(qū)動(dòng)雙作用往復(fù)泵，屬機(jī)械采油技術(shù)新領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在油田有桿泵機(jī)械采油中，無(wú)一例外地采用無(wú)機(jī)鋼制抽油泵。由于油層復(fù)雜的地質(zhì)條件和原油物性的差異，砂、蠟、稠、垢、氣和高礦化度腐蝕介質(zhì)嚴(yán)重影響著無(wú)機(jī)鋼制有桿泵的使用壽命。圍繞著防腐、防垢、防蠟、防粘稠、防氣、防砂難題，采油工藝技術(shù)人員竭盡努力，開(kāi)發(fā)出眾多先進(jìn)實(shí)用的新技術(shù)、新工藝?；瘜W(xué)固砂、旋流除砂、高效濾砂、機(jī)械清蠟、化學(xué)防蠟降粘、強(qiáng)磁防蠟降粘、高效氣錨、防腐鍍層等一大批防蠟、防砂、除氣、防腐裝置應(yīng)用于油田采油工藝，形成了門類齊全，跨學(xué)科、跨工種的注、采、輸系統(tǒng)，支撐著石油工業(yè)的發(fā)展。
[0003]上述技術(shù)和工藝雖一定程度上延長(zhǎng)了無(wú)機(jī)鋼制有桿泵的使用壽命，但難以從根本上杜絕上述危害，機(jī)泵故障率高，檢泵周期短，采油成本居高不下，成為制約采油工藝久攻不克的難題。
[0004]近10年來(lái)，為了實(shí)現(xiàn)采油工藝的高效、低耗，并一舉解決砂、蠟、稠、氣和腐蝕、結(jié)垢的困擾，國(guó)內(nèi)興起了無(wú)桿液力泵的研究和攻關(guān)熱潮，并已取得近100項(xiàng)專利成果。技術(shù)人員試圖通過(guò)地面供液站提供溫度較高的高質(zhì)量動(dòng)力液驅(qū)動(dòng)井下往復(fù)泵做功，實(shí)現(xiàn)一舉多得。
[0005]一是節(jié)電降耗，實(shí)現(xiàn)低能耗采油；
[0006]二是通過(guò)溫度較高的動(dòng)力液解決防蠟降粘問(wèn)題；
[0007]三是取消抽油機(jī)、抽油桿，節(jié)約建設(shè)投資；
[0008]四是簡(jiǎn)化優(yōu)化地面流程，減少維護(hù)工作量。
[0009]上述研究成果從理論上將推動(dòng)采油技術(shù)進(jìn)步,但也隨之帶來(lái)一定的負(fù)面影響。
[0010]一是地面集中供液雖解決了動(dòng)力液的質(zhì)量問(wèn)題，但無(wú)形中加大了建設(shè)投資和管理難度；
[0011]二是單井分散供液便于操作運(yùn)行，但動(dòng)力液的損耗和補(bǔ)充又造成不必要的麻煩；
[0012]三是不管地面還是井下液力換向，換向閥的可靠性和壽命大打折扣。
[0013]因此，盡管理論和專利成果已取得可喜成績(jī)，但十年來(lái)，尚沒(méi)有一項(xiàng)專利技術(shù)成功地運(yùn)用到礦場(chǎng)實(shí)踐。
[0014]如何實(shí)現(xiàn)一泵多功能，減緩或杜絕砂、蠟、稠、垢、氣和腐蝕介質(zhì)的危害，進(jìn)一步提高油田開(kāi)發(fā)效益，成為亟待解決和攻克的課題。
[0015]探索離成功往往只有一步之遙，深入分析眾多專利技術(shù)難以轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的原因，并非專利成果技術(shù)含量問(wèn)題，而是研究過(guò)程擺脫不了慣性定律的束縛，研究思路存在慣性思維盲區(qū)，往往突破的捷徑就在身邊卻找不到解決技術(shù)問(wèn)題的本質(zhì)癥結(jié)。比如要解決井下抽油泵的防腐、結(jié)垢問(wèn)題，人們習(xí)慣于研究昂貴的不銹鋼或高污染的有色金屬鍍層，而不去開(kāi)發(fā)不腐蝕、難結(jié)垢、防蠟、防稠效果極佳的有機(jī)塑料，既是提出有機(jī)塑料的方案，也要用從未用過(guò)的疑問(wèn)打100個(gè)問(wèn)號(hào)，致使許多高性能有機(jī)塑料制品已隨衛(wèi)星上天，但至今卻未見(jiàn)隨抽油泵入地下井；再如要提高頻繁連續(xù)磨損工況的工件壽命，往往不計(jì)成本優(yōu)選超硬耐磨的合金鋼并苛求加工精度，卻忽略了不磨損或少磨損的技術(shù)途徑。因而，成功的訣竅需打破傳統(tǒng)慣性思維死角，另辟蹊徑，反其道而行之，才能收到事半功倍的奇效！

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]針對(duì)無(wú)機(jī)鋼制有桿泵采油面臨的腐蝕、結(jié)垢和砂、蠟、稠、氣危害，本發(fā)明的目的是打破傳統(tǒng)慣性思維，探索用高強(qiáng)度、耐高溫、抗老化、耐腐蝕、不粘附的有機(jī)材料構(gòu)件取代無(wú)機(jī)鋼制構(gòu)件，并對(duì)通用有桿泵的密封方式和市售二位四通閥的換向結(jié)構(gòu)及最大限度地避免磨損環(huán)節(jié)和減少磨損時(shí)間進(jìn)行突破性創(chuàng)新，同時(shí)巧妙地設(shè)置防砂、除氣裝置，設(shè)計(jì)一種集防腐、防垢、防蠟、防粘稠、防氣、防砂于一體的有機(jī)六防無(wú)桿液力驅(qū)動(dòng)雙作用往復(fù)泵，實(shí)現(xiàn)油田采油工藝的方向性更新?lián)Q代。
[0017]有機(jī)六防無(wú)桿液力驅(qū)動(dòng)雙作用往復(fù)泵的工作機(jī)理:
[0018]有機(jī)六防無(wú)桿液力驅(qū)動(dòng)雙作用往復(fù)泵通過(guò)液體動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液動(dòng)缸柱塞垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而拖動(dòng)排液缸柱塞上下行程雙作用排液。與通用有桿泵的無(wú)機(jī)鋼制構(gòu)件比較，該泵的高分子有機(jī)合成材料構(gòu)件(如聚四氟乙烯)耐高溫、抗老化、耐磨性能優(yōu)異，而且具有固體材料中最小的表面張力而不粘附任何物質(zhì)，對(duì)油水介質(zhì)具有得天獨(dú)厚的防腐、防垢、防蠟、防粘稠功效，輔之以除砂、防氣裝置設(shè)計(jì)的有機(jī)材料井下往復(fù)泵，可以起到理想的防腐、防垢、防蠟、防粘稠、防氣、防砂六防效果。
[0019]有機(jī)材料的研究和優(yōu)選:
[0020]實(shí)現(xiàn)井下往復(fù)泵六防的捷徑是用有機(jī)構(gòu)件取代無(wú)機(jī)鋼制構(gòu)件，但取而代之的有機(jī)材料除具備優(yōu)異的耐高溫、抗老化、耐腐蝕、不粘附性能外，還必須具備無(wú)機(jī)鋼制構(gòu)件的抗拉、抗壓、抗彎、抗蠕變、耐磨等機(jī)械力學(xué)性能。
[0021]現(xiàn)代有機(jī)化學(xué)的發(fā)展和有機(jī)材料的不斷創(chuàng)新，為實(shí)現(xiàn)上述目的開(kāi)創(chuàng)了成功之路。如:
[0022]1.聚苯並咪咪機(jī)械性能
[0023]連續(xù)工作溫度310°C，最高工作溫度500°C，保持極高的機(jī)械強(qiáng)度、硬度、抗蠕變性，在250°C以下有極低的熱膨脹系數(shù)，杰出的耐磨特性，低易燃性，優(yōu)良的絕緣體，高純度的離子水平和高抗輻射性。
[0024]2.聚酰亞胺機(jī)械性能
[0025]連續(xù)工作溫度288°C，最高工作溫度480°C，保持極高機(jī)械強(qiáng)度、硬度、抗蠕變性，良好的表面滑動(dòng)性，高耐磨性和極佳的電絕緣和隔熱性，防腐效果極佳。
[0026]3.聚四氟乙烯機(jī)械性能
[0027]連續(xù)工作溫度200-26(TC，在-100°C時(shí)仍柔軟，適應(yīng)井下長(zhǎng)期高溫工作環(huán)境；能耐王水和一切有機(jī)溶劑腐蝕，在高礦化度混合液中可經(jīng)久不腐；具有塑料中最佳的抗老化壽命和最小的摩擦系數(shù)(0.04)，與金屬和非金屬表面摩擦比冰還滑，適于連續(xù)頻繁的密封摩擦工況；具有固體材料中最小的表面張力而不粘附任何物質(zhì)，防蠟、防粘稠、防垢性能絕佳；具有生理惰性，優(yōu)異的電氣性能，是理想的C級(jí)絕緣材料，報(bào)紙厚的一層就能阻擋1500V的聞壓。
[0028]4.MC尼龍機(jī)械性能
[0029]MC尼龍制品抗老化、防腐、耐熱，機(jī)械強(qiáng)度大、韌性好、抗沖擊、耐疲勞，尤其具有良好的抗蠕變特性，能長(zhǎng)期承受軸承的重負(fù)荷，摩擦系數(shù)為0.3-0.4，具有良好的耐磨和無(wú)油自潤(rùn)滑性能，對(duì)振動(dòng)衰減率比鋼大幾十倍，抗振減噪效果極佳。
[0030]上述有機(jī)材料機(jī)械強(qiáng)度高、抗老化、耐高溫、耐腐蝕、耐磨、不粘附和無(wú)油削閏滑性能優(yōu)異，使用壽命長(zhǎng)，且方便成形，極易加工，為有機(jī)六防無(wú)桿液力驅(qū)動(dòng)雙作用往復(fù)泵提供了理想的替代材料和結(jié)構(gòu)優(yōu)化條件。
[0031]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0032]所述的有機(jī)六防無(wú)桿液力驅(qū)動(dòng)雙作用往復(fù)泵由上公母扣接頭1、下接頭與固定凡爾一體閥28自上而下串連在一起的換向閥總成、液動(dòng)缸總成、排液缸總成有機(jī)構(gòu)件組成，下接頭與固定凡爾一體閥28之下選擇性配置除砂、防氣裝置，其中液動(dòng)缸總成、排液缸總成可根據(jù)不同井深、壓力和排液量需求串連優(yōu)化組合為單驅(qū)單排或單驅(qū)多排或多驅(qū)單排或多驅(qū)多排液動(dòng)驅(qū)排裝置。
[0033]所述的有機(jī)六防無(wú)桿液力驅(qū)動(dòng)雙作用往復(fù)泵優(yōu)選以下有機(jī)材料之一構(gòu)成井下往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)部件:
[0034]第一種為聚苯並咪咪；
[0035]第二種為聚酰亞胺；
[0036]第三種為聚四氟乙烯；
[0037]第四種為MC尼龍；
[0038]第五種為上述有機(jī)材料的組合；
[0039]第六種為上述有機(jī)材料在鋼材內(nèi)、外表面的涂層或襯層；
[0040]第七種為耐高溫、抗老化、耐腐蝕有機(jī)材料與高強(qiáng)度無(wú)機(jī)鋼材的合成材料；
[0041]第八種不排除機(jī)械性能和化學(xué)性能更優(yōu)異或機(jī)械性能和化學(xué)性能滿足礦場(chǎng)需要價(jià)格更適中的有機(jī)材料。
[0042]如圖1所示:所述的換向閥總成為柱塞上、下行程終端軸向拉桿牽引換向和強(qiáng)磁彈射瞬時(shí)強(qiáng)制換向雙保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)，包括中心孔徑向車等間距凹槽的換向閥體3，與換向閥體3密封配合的空心換向閥芯4，從換向閥體3下端縮徑中心孔密封通過(guò)連接空心換向閥芯4的換向拉桿10及換向拉桿10自上而下套裝的緩沖限位墊11、擋環(huán)12、上強(qiáng)磁彈射環(huán)13、下強(qiáng)磁彈射環(huán)14、底強(qiáng)磁彈射環(huán)15、鎖緊調(diào)節(jié)螺母16，換向閥體3中心孔上端設(shè)置單流閥，各部件的結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系為:
[0043]換向閥體3為上部密封連接上公母扣接頭1、外部密封連接外泵筒2、下部密封連接液動(dòng)缸筒17的液流換向中樞，其閥體中心孔底部縮徑部位上部設(shè)置中空緩沖限位墊；閥體中心孔中部徑向車連通乏動(dòng)力液出口流道6、動(dòng)力液入口流道7、乏動(dòng)力液返回流道8、液動(dòng)缸進(jìn)口流道9的等間距凹槽；閥體上部沿圓周呈60-120°軸向開(kāi)動(dòng)力液入口流道7，與上述流道交錯(cuò)位置向上斜向開(kāi)乏動(dòng)力液出口流道6 ;閥體下部沿圓周呈60-120°軸向開(kāi)液動(dòng)缸進(jìn)口流道9，與上述流道交錯(cuò)位置徑向開(kāi)乏動(dòng)力液返回流道8 ;
[0044]換向閥芯4為與換向閥體3中心孔密封配合的液流換向執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括空心芯管和與其緊配合的有機(jī)耐磨護(hù)套5，其中有機(jī)耐磨護(hù)套5徑向開(kāi)與換向閥體3中心孔等間距凹槽對(duì)應(yīng)的連通孔；空心芯管底部縮徑部位連接換向拉桿10 ;空心芯管外壁徑向車與有機(jī)耐磨護(hù)套5連通孔相對(duì)應(yīng)的凹槽，其中靠中部2道凹槽連為一體，空心芯管上、下2道凹槽沿圓周每30-120°開(kāi)徑向通孔與乏動(dòng)力液出口流道6連通；
[0045]換向拉桿10為柱塞上、下行程終端軸向拉桿牽引換向和強(qiáng)磁彈射瞬時(shí)強(qiáng)制換向雙保險(xiǎn)控制機(jī)構(gòu)，其上端連接換向閥芯4，并從換向閥體3下部縮徑中心孔密封通過(guò)，其下端密封通過(guò)液動(dòng)缸柱塞18中心孔后進(jìn)入與液動(dòng)缸柱塞18下部連接的排液缸空心柱塞桿19 ;排液缸空心柱塞桿19頂部設(shè)置下強(qiáng)磁彈射環(huán)14 ;換向拉桿10上行程終端固定擋環(huán)12，擋環(huán)12下部同極性疊置2-3塊上強(qiáng)磁彈射環(huán)13，擋環(huán)12上部設(shè)置緩沖限位墊11 ;換向拉桿10下行程終端固定鎖緊調(diào)節(jié)螺母16，鎖緊調(diào)節(jié)螺母16上部同極性疊置2-3塊底強(qiáng)磁彈射環(huán)15，底強(qiáng)磁彈射環(huán)15上部設(shè)置緩沖限位墊。