煤层气井低沉没度防煤粉排采泵制造技术

本发明专利技术提供了一种煤层气井低沉没度防煤粉排采泵，应用于低沉没度工况下的防煤粉。该防煤粉排采泵的双筒体采用刮粉式短筒技术避免煤粉进入短内筒体和柱塞体间的空隙而引起磨损，并通过内外双筒构成环形空腔实现大颗粒煤粉的沉降；煤粉搅拌器采用轴流式随动对中搅拌技术实现柱塞体和双筒体间的随动对中，并避免煤粉在柱塞体上方发生沉积，柱塞体采用长柱塞而避免煤粉在短内筒体和柱塞本体的空隙内发生沉积，双动阀组的两套动阀组自上而下同轴心布置，双簧定阀组采用双弹簧辅助启动技术实现低沉没度工况下泵阀顺利启闭，井液经定阀板的增压孔道射入定阀罩而避免煤粉发生沉积，支撑器用来保持长外筒体和短内筒体的同轴心布置。

【技术实现步骤摘要】
煤层气井低沉没度防煤粉排采泵
本专利技术涉及一种煤层气排采用的井下抽吸装置，特别是涉及一种采用轴流式随动对中搅拌、双弹簧辅助启动和刮粉式短筒技术的低沉没度防煤粉排采泵。
技术介绍
煤层气开采进入稳定生产阶段以后，多数井筒中排采泵的沉没度较低，而井下排采泵固定阀组的开启需要一定的压力，由此低沉没度工况可能会达不到固定阀组的开启压力。同时，井下排采泵在排水采气作业期间中经常会遇到类似于煤粉卡泵、煤粉堵泵和煤粉埋泵等问题，为此现场急需研发一种既可以降低井下排采泵固定阀组开启压力的低沉没度泵，同时还可以有效防止煤粉卡泵、煤粉堵泵和煤粉埋泵的防煤粉排采泵，以保证排采泵在低沉没度工况下高效无故障运行。目前煤层气井所使用的排采泵主要是开采常规油气时常用的防砂泵，包括美国Eagle技术革新公司的旋流柱塞泵、Quinn泵公司的抗冲蚀泵、CDI动力装置公司的防气防砂泵和自旋转柱塞泵，但由于煤储层在地质条件和井下工况等诸多方面与常规油层存在明显差异，使得针对砂卡等问题所改造的防砂泵在煤层气井的实际排采中往往达不到预期的效果。此外，我国煤层气井所配套的井下排采泵包括自旋式防砂泵、泵筒带螺旋槽防砂泵、长柱塞式防砂卡泵、等径刮粉柱塞防砂泵以及动筒式防砂泵等，现场排采作业的过程中，由于产水量小，动液面不稳定，容易造成煤粉在排采管中不断沉积，严重影响泵效，甚至造成卡泵和井底口袋淤积过快等问题；另外，泵沉没度较低，泵阀在稳定生产阶段开启较困难。
技术实现思路
为了有效解决低沉没度工况井下排采泵防煤粉技术问题并克服现有煤层气井用防砂泵存在的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供一种煤层气井低沉没度工况防煤粉专用的排采泵。该防煤粉排采泵采用轴流式随动对中搅拌、双弹簧辅助启动和刮粉式短筒技术，实现低沉没度工况下泵阀顺利启闭和防煤粉功能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种煤层气井低沉没度防煤粉排采泵，该防煤粉排采泵整体设计为轴对称构造，它主要由煤粉搅拌器、双筒体、柱塞体、双动阀组、双簧定阀组和支撑器组成。双筒体和支撑器沿轴向由上而下依次同轴心布置，煤粉搅拌器、柱塞体和双簧定阀组沿轴向由上而下依次同轴心布置，双动阀组置入柱塞体并与双筒体沿径向由内而外依次同轴心布置。该防煤粉排采泵的上部经双筒体的对中接箍与煤层气井的排采管柱相连，同时其下部由支撑器的支撑接箍与筛管相连，柱塞体通过煤粉搅拌器接于排采杆柱的底端，双簧定阀组通过支撑器的支撑短节与沉砂尾管相连接。双筒体采用刮粉式短筒技术避免煤粉进入短内筒体和柱塞体间的空隙而引起磨损，并通过内外双筒构成环形空腔实现大颗粒煤粉的沉降，它包括长外筒体、对中接箍、短内筒体、刮粉环、短筒接箍和定阀短节。长外筒体采用长直圆管，其轴向长度大于短内筒体、定阀短节、煤粉搅拌器和排采泵冲程长度之和，长外筒体的两侧端通过圆锥形密封性管螺纹分别与对中接箍和支撑接箍相连，长外筒体的环腔内壁直径大于短筒接箍的外环面直径。对中接箍采用厚壁筒体，其上部通过圆锥形密封性管螺纹与排采管柱相连，对中接箍的环腔内壁中部设有锥状卡环实现对中盘的轴向定位。短内筒体采用短直圆管，其环腔内壁直径等于柱塞本体的外环面直径，且短内筒体的轴向长度大于柱塞体轴向长度和排采泵冲程长度之和，短内筒体位于顶端的端面上铣有燕尾槽式环沟且其内配置刮粉环，短内筒体的筒壁上端钻有沿周向均布的排粉孔，保证短内筒体的筒壁内外相联通，同时各排粉孔倾斜朝下放置，及时排出下冲程排采作业中经刮粉环落入短内筒体和柱塞本体空隙的极少量煤粉颗粒。短筒接箍的两端通过密封性管螺纹分别与短内筒体和定阀短节相连，短筒接箍的中部设有柱状挡环实现柱塞体的轴向定位，且短筒接箍的柱状挡环中央部位钻有柱形流道，双簧定阀组排出的井液经由短筒接箍的柱形流道进入短内筒体的环腔内。刮粉环的材质选用耐油耐酸碱胶料，其截面的上部呈直角梯形而其下部则呈等腰梯形，刮粉环的环腔内壁与柱塞体紧密接触，及时刮除吸附在柱塞本体上的煤粉颗粒，刮粉环的外环面直径等于短内筒体的外环面直径，且刮粉环的上端面采用圆锥面，将刮除后的煤粉导入长外筒体和短内筒体构成的环形空腔内。定阀短节的下端通过密封性管螺纹与支撑器相连，定阀短节的环腔内壁采用阶梯回转面，其截面变化处形成的轴肩实现双簧定阀组的轴向固定，且定阀短节上部环腔内壁的直径等于短内筒体的内径。短内筒体和定阀短节的外环面与长外筒体的环腔内壁之间构成环形空腔，实现大颗粒煤粉的沉降。煤粉搅拌器采用轴流式随动对中搅拌技术实现柱塞体和双筒体间的随动对中，并可避免煤粉在柱塞体上方发生沉积，它包括对中盘、搅拌基体和搅拌齿。对中盘采用圆盘体，其外环面沿轴向由上而下依次设有锥状卡箍和柱状滑移面，对中盘的锥状卡箍与对中接箍的锥状卡环相配合，同时对中盘的柱状滑移面与长外筒体的环腔内壁之间精密配合而构成柱面移动副。对中盘的环腔内壁设置变截面的柱形孔道，对中盘柱形孔道的上部孔壁与排采杆柱的外环面之间精密配合而构成柱面移动副，以辅助柱塞体和双筒体间的对中。对中盘的柱形孔道四周设有沿周向均布的射流孔道，各射流孔道的轴线与搅拌基体的轴线保持平行，且射流孔道采用截面积自上而下逐渐增大的类喇叭口形构造，由此双筒体内的井液经由对中盘的各射流孔道增速后射入排采杆柱和排采管柱构成的环形空间内。搅拌基体沿轴向由上而下依次设有缓冲环、防涡锥体、齿柱体和螺纹接头，搅拌基体的缓冲环与对中盘柱形孔道的下部孔壁之间相配合，搅拌基体的防涡锥体采用圆锥面，将搅拌后的井液经由搅拌齿顺利导入对中盘下部的环形空间内，搅拌基体的齿柱体上焊接有搅拌齿，搅拌基体的螺纹接头与柱塞体的柱塞短节相连接，齿柱体与螺纹接头连接处轴段的长度大于短内筒体与柱塞体的轴向长度之差，且齿柱体的外环面直径小于短内筒体的内径。搅拌齿的齿线为沿搅拌基体的齿柱体展开的螺旋线，搅拌齿在垂直于齿线的法面端面呈三角形，且搅拌齿法面端面的上端面倾斜程度小而其下端面的倾斜程度大，由此搅拌齿的法面端面沿轴向呈现类锯齿状外形。搅拌齿法面端面的面积沿齿线自下而上不断变大，由此井液与搅拌齿的接触面逐步增大而形成稳定的液膜，充分搅拌后井液由搅拌齿的上端面导入搅拌基体的防涡锥体。与此同时，搅拌齿的齿高沿齿线自下而上逐渐增大，使得搅拌齿的齿顶面整体呈现倒锥形，由此井液在搅拌齿的齿顶面外缘形成轴流式动态液膜，以保证柱塞体和双筒体间的随动对中。柱塞体采用长柱塞而避免煤粉在短内筒体和柱塞本体的空隙内发生沉积，它包括柱塞本体、柱塞短节、防磨瓦和防冲头。柱塞本体采用长厚壁筒体，其环腔内壁的上部和下部分别配置双动阀组的两套动阀组，柱塞本体的环腔内壁截面变化处形成轴肩并实现双动阀组的轴向定位。柱塞本体的外环面与短内筒体的环腔内壁之间精密配合而构成柱面移动副，柱塞本体的截面积与排采杆柱的截面积之差为排采泵的有效抽吸面积。柱塞本体的外环面铣有分层布置的环形凹槽和环形油沟，柱塞本体的环形凹槽和环形油沟沿轴向交错排列，柱塞本体的环形凹槽内配置防磨瓦，同时柱塞本体的环形油沟内填充满润滑脂，由此减小短内筒体和柱塞本体间的磨损。防磨瓦采用剖分式瓦状结构，其材质选用减摩合金，防磨瓦的上下端面与柱塞本体的环形凹槽间采用过盈配合，且防磨瓦的外环面直径等于柱塞本体的外径。柱塞短节采用直管体，它通过螺纹连接与柱塞本体连为一体并实现双动阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤层气井低沉没度防煤粉排采泵，它整体设计为轴对称构造，双筒体和支撑器沿轴向由上而下依次同轴心布置，煤粉搅拌器、柱塞体和双簧定阀组沿轴向由上而下依次同轴心布置，双动阀组置入柱塞体并与双筒体沿径向由内而外依次同轴心布置，其特征在于：一双筒体；所述双筒体采用刮粉式短筒技术避免煤粉进入短内筒体和柱塞体间的空隙，它包括长外筒体、对中接箍、短内筒体、刮粉环、短筒接箍和定阀短节；长外筒体采用长直圆管，对中接箍的环腔内壁中部设有锥状卡环，短内筒体采用短直圆管，短内筒体位于顶端的端面上铣有燕尾槽式环沟且其内配置刮粉环，短内筒体的筒壁上端钻有沿周向均布的排粉孔，短筒接箍的柱状挡环中央部位钻有柱形流道，刮粉环截面的上部呈直角梯形而其下部则呈等腰梯形，短内筒体和定阀短节的外环面与长外筒体的环腔内壁之间构成环形空腔；一煤粉搅拌器；所述煤粉搅拌器采用轴流式随动对中搅拌技术实现柱塞体和双筒体间的随动对中，它包括对中盘、搅拌基体和搅拌齿；对中盘的外环面沿轴向由上而下依次设有锥状卡箍和柱状滑移面，对中盘的环腔内壁设置变截面的柱形孔道，对中盘的柱形孔道四周设有沿周向均布的射流孔道，搅拌基体沿轴向由上而下依次设有缓冲环、防涡锥体、齿柱体和螺纹接头，搅拌基体的齿柱体上焊接有搅拌齿；搅拌齿在垂直于齿线的法面端面呈三角形，搅拌齿的齿顶面整体呈现倒锥形，井液在搅拌齿的齿顶面外缘形成轴流式动态液膜；一柱塞体；所述柱塞体采用长柱塞，它包括柱塞本体、柱塞短节、防磨瓦和防冲头；柱塞本体环腔内壁的上部和下部分别配置双动阀组的两套动阀组，柱塞本体的外环面铣有分层布置的环形凹槽和环形油沟，柱塞本体的环形凹槽内配置防磨瓦；防磨瓦采用剖分式瓦状结构，柱塞短节的管壁上设有沿周向均布的锥状孔道，防冲头的中央部位设置柱状流道，且防冲头的外环面下部设有锥状捕捉面；一双动阀组；所述双动阀组的两套动阀组自上而下同轴心布置，每套动阀组由动阀罩、动阀座和动阀球组成；动阀罩的环腔内壁设有沿周向均布的动阀卡齿，实现动阀球的上限位，动阀座的外环面设有卡箍并与动阀罩的环腔内壁相配合，动阀座中央的动阀流道采用流线型，动阀座的环腔内壁顶端加工有环形密封带，动阀座的环形密封带采用球面；一双簧定阀组；所述双簧定阀组采用双弹簧辅助启动技术实现低沉没度工况下泵阀顺利启闭，它包括定阀罩、定阀座、定阀板、定阀球、上弹簧、下弹簧、上导杆和下导杆；定阀罩的罩壁顶部中央部位钻有定阀孔眼，且定阀孔眼的四周钻有沿周向均布的过流孔道，定阀座中央的定阀流道采用流线型，定阀座的环腔内壁顶端加工有环形密封带，定阀座的环形密封带采用球面；定阀球上加工有两相互平行的环切平面，上导杆和下导杆的杆体通过螺纹连接分别实现上弹簧和下弹簧的轴向定位，并形成定阀球启闭过程中沿轴向的滑移通道，上弹簧采用压缩弹簧，同时下弹簧采用拉伸弹簧，定阀板的中央部位钻有阀板孔眼，且定阀板阀板孔眼的四周钻有沿周向均布的增压孔道；一支撑器；所述支撑器包括支撑接箍、支撑短节和支撑罩，支撑接箍的中下部沿轴向由上而下依次设有锥状导粉面和管螺纹挡环，支撑罩的环腔内壁配置定阀板，支撑罩的罩壁顶部中央部位钻有柱状流道，支撑短节的下部采用圆盘体且其四周钻有沿周向均布的导粉流道。...

【技术特征摘要】
1.一种煤层气井低沉没度防煤粉排采泵，它整体设计为轴对称构造，双筒体和支撑器沿轴向由上而下依次同轴心布置，煤粉搅拌器、柱塞体和双簧定阀组沿轴向由上而下依次同轴心布置，双动阀组置入柱塞体并与双筒体沿径向由内而外依次同轴心布置，其特征在于：一双筒体；所述双筒体采用刮粉式短筒技术避免煤粉进入短内筒体和柱塞体间的空隙，它包括长外筒体、对中接箍、短内筒体、刮粉环、短筒接箍和定阀短节；长外筒体采用长直圆管，对中接箍的环腔内壁中部设有锥状卡环，短内筒体采用短直圆管，短内筒体位于顶端的端面上铣有燕尾槽式环沟且其内配置刮粉环，短内筒体的筒壁上端钻有沿周向均布的排粉孔，短筒接箍的柱状挡环中央部位钻有柱形流道，刮粉环截面的上部呈直角梯形而其下部则呈等腰梯形，短内筒体和定阀短节的外环面与长外筒体的环腔内壁之间构成环形空腔；一煤粉搅拌器；所述煤粉搅拌器采用轴流式随动对中搅拌技术实现柱塞体和双筒体间的随动对中，它包括对中盘、搅拌基体和搅拌齿；对中盘的外环面沿轴向由上而下依次设有锥状卡箍和柱状滑移面，对中盘的环腔内壁设置变截面的柱形孔道，对中盘的柱形孔道四周设有沿周向均布的射流孔道，搅拌基体沿轴向由上而下依次设有缓冲环、防涡锥体、齿柱体和螺纹接头，搅拌基体的齿柱体上焊接有搅拌齿；搅拌齿在垂直于齿线的法面端面呈三角形，搅拌齿的齿顶面整体呈现倒锥形，井液在搅拌齿的齿顶面外缘形成轴流式动态液膜；一柱塞体；所述柱塞体采用长柱塞，它包括柱塞本体、柱塞短节、防磨瓦和防冲头；柱塞本体环腔内壁的上部和下部分别配置双动阀组的两套动阀组，柱塞本体的外环面铣有分层布置的环形凹槽和环形油沟，柱塞本体的环形凹槽内配置防磨瓦；防磨瓦采用剖分式瓦状结构，柱塞短节的管壁上设有沿周向均布的锥状孔道，防冲头的中央部位设置柱状流道，且防冲头的外环面下部设有锥状捕捉面；一双动阀组；所述双动阀组的两套动阀组自上而下同轴心布置，每套动阀组由动阀罩、动阀座和动阀球组成；动阀罩的环腔内壁设有沿周向均布的动阀卡齿，实现动阀球的上限位，动阀座的外环面设有卡箍并与动阀罩的环腔内壁相配合，动阀座中央的动阀流道采用流线型，动阀座的环腔内壁顶端加工有环形密封带，动阀座的环形密封带采用球面；一双簧定阀组；所述双簧定阀组采用双弹簧辅助启动技术实现低沉没度工况下泵阀顺利启闭，它包括定阀罩、定阀座、定阀板、定阀球、上弹簧、下弹簧、上导杆和下导杆；定阀罩的罩壁顶部中央部位钻有定阀孔眼，且定阀孔眼的四周钻有沿周向均布的过流孔道，定阀座中央的定阀流道采用流线型，定阀座的环腔内壁顶端加工有环形密封带，定阀座的环形密封带采用球面；定阀球上加工有两相互平行的环切平面，上导杆和下导杆的杆体通过螺纹连接分别实现上弹簧和下弹簧的轴向定位，并形成定阀球启闭过程中沿轴向的滑移通道，上弹簧采用压缩弹簧，同时下弹簧采用拉伸弹簧，定阀板的中央部位钻有阀板孔眼，且定阀板阀板孔眼的四周钻有沿周向均布的增压孔道；一支撑器；所述支撑器包括支撑接箍、支撑短节和支撑罩，支撑接箍的中下部沿轴向由上而下依次设有锥状导粉面和管螺纹挡环，支撑罩的环腔内壁配置定阀板，支撑罩的罩壁顶部中央部位钻有柱状流道，支撑短节的下部采用圆盘体且其四周钻有沿周向均布的导粉流道。2.根据权利要求1所述的煤层气井低沉没度防煤粉排采泵，其特征在于：所述双筒体中的长外筒体的轴向长度大于短内筒体、定阀短节、煤粉搅拌器和排采泵冲程长度之和，长外筒体的环腔内壁直径大于短筒接箍的外环面直径，对中接箍采用厚壁筒体；所述双筒体中的短内筒体的轴向长度大于柱塞体轴向长度和排采泵冲程长度之和，短内筒体的各排粉孔倾斜朝下放置，及时排出下冲程排采作业中经刮粉环落入短内筒体和柱塞本体空隙的极少量煤粉颗粒；短筒接箍的中部设有柱状挡环实现柱塞体的轴向定位，双簧定阀组排出的井液经由短筒接箍的柱形流道进入短内筒体的环腔内。3.根据权利要求1所述的煤层气井低沉没度防煤粉排采泵，其特征在于：所述双筒体中的刮粉环的环腔内壁与柱塞体紧密接触，及时刮除吸附在柱塞本体上的煤粉颗粒，刮粉环的外环面直径等于短内筒体的外环面直径，且刮粉环的上端面采用圆锥面，将刮除后的煤粉导入长外筒体和短内筒体构成的环形空腔内；所述双筒体中的定阀短节的环腔内壁采用阶梯回转面，其截面变化处形成的轴肩实现双簧定阀组的轴向固定，且定阀短节上部环腔内壁的直径等于短内筒体的内径。4.根据权利要求1所述的煤层气井低沉没度防煤粉排采泵，其特征在于：所述煤粉搅拌器可避免煤粉在柱塞体上方发生沉积，对中盘采用圆盘体，对中盘的锥状卡箍与对中接箍的锥状卡环相配合，同时对中盘的柱状滑移面与长外筒体的环腔内壁之间精密配合而构成柱面移动副；对中盘柱形孔道的上部孔壁与排采杆柱的外环面之间精密配合而构成柱面移动副，以辅助柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新福，刘国强，吴建军，周超，李博，何鸿铭，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37