技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本使用新型為一種U形管單井液力自循環(huán)采油裝置，屬機(jī)械采油新領(lǐng)域。
背景技術(shù)
[0002] 在油田開發(fā)中，除油田開發(fā)初期依靠
地層能量的自噴采油外，隨著開發(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，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，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] 隨著油田開發(fā)的深化，諸多矛盾嚴(yán)重制約著油田開發(fā)：
[0010] 一是隨著定向斜井和從式井越來越多，井斜問題導(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采越來越嚴(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，國(guó)內(nèi)圍繞液力抽油泵的研究持續(xù)深入，先后公開了60多項(xiàng)有關(guān)
專利，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)明通過分析對(duì)比上述各類采油方式的優(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] 本使用新型的目的是根據(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代開創(chuàng)方向性新方法并提供高效配套裝置。
[0019] 本使用新型的技術(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
過濾器3、加壓泵2，另一路通過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)入過濾器3，過濾后經(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)入過濾器3，過濾后經(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)入過濾器3，過濾后經(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] 第四種一第六種為油管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形管密閉采油流程；
[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)1
傳動(dòng)軸非
接觸傳動(dòng)的無泄露和自加熱功能的磁力密封泵，其與電動(dòng)機(jī)1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)部通過上、下
轉(zhuǎn)軸固定過濾隔板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連接過濾器3，過濾器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)置的弧形線聚焦菲涅
耳高倍聚光鏡，有光照條件通過太陽(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；無光照條件通過罐內(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)部通過上、下轉(zhuǎn)軸固定過濾隔板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)稱開形成閉合導(dǎo)體的兩端封閉的直長(zhǎng)縫或斜長(zhǎng)縫或直長(zhǎng)孔；
[0032] 第二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)稱開形成閉合導(dǎo)體的兩端封閉的針狀電暈放電錐尖；
[0033] 第三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)稱開形成閉合導(dǎo)體的兩端封閉的鋸齒狀
電弧放電錐尖；
[0034] 第四種為同軸多組軸向套裝同心管，管與管之間互相并聯(lián)，管壁上對(duì)稱開形成閉合導(dǎo)體的兩端封閉的直長(zhǎng)縫或斜長(zhǎng)縫或直長(zhǎng)孔或針狀電暈放電錐尖或鋸齒狀電弧放電錐尖；
[0035] 第五種為對(duì)稱真空管閉合鼠籠，管內(nèi)充裝低溫快速啟動(dòng)，并以汽化、蒸發(fā)、 冷凝、回流方式與管外旋轉(zhuǎn)流體快速循環(huán)換熱的蒸餾水、
乙醇導(dǎo)熱介質(zhì)。
[0036] 所述的油氣旋流分離裝置包括如圖4所示的沿罐壁切向設(shè)置的產(chǎn)出液進(jìn)口D，罐蓋4-8之下設(shè)置的旋流分離傘4-10，正置或倒置的傘面上設(shè)徑向旋流導(dǎo)流槽，經(jīng)旋流分離的重質(zhì)砂、水經(jīng)上、下轉(zhuǎn)軸固定過濾隔板4-7進(jìn)入產(chǎn)出液出口E，經(jīng)旋流分離的
天然氣經(jīng)出口F并入產(chǎn)出液出口E混輸入油氣處理站。
[0037] 所述的井下液力往復(fù)泵8為由內(nèi)外筒組成的整筒式或分體式液力雙向舉升裝置，包括如圖5所示的自上而下用絲扣密封連接的上接箍8-1、換向閥總成H、外筒8-2和下接頭兼固定凡爾座8-3以及外筒8-2內(nèi)自上而下密封串連的換向閥總成H、液動(dòng)缸總成Y、上吸入排出凡爾總成S、排液缸總成P、下吸入排出凡爾總成X，其中液動(dòng)缸總成Y和排液缸總成P之間通過換向閥總成H的液動(dòng)缸進(jìn)口流道8-8、乏動(dòng)力液返回流道8-9以及上吸入排出凡爾總成S和下吸入排出凡爾總成X的進(jìn)出油流道構(gòu)成密閉循環(huán)回路，根據(jù)不同井深和排液量需求，液動(dòng)缸總成Y和排液缸總成P可串連組成單級(jí)或多級(jí)抽排裝置，各總成的構(gòu)造和連接關(guān)系為：
[0038] 換向閥總成H為柱塞上下行程終端軸向拉桿牽引強(qiáng)磁彈射和強(qiáng)磁吸合雙保險(xiǎn)換向機(jī)構(gòu)，包括中心孔徑向開泵入、進(jìn)液、返液、出液等間距凹槽的換向
閥體8-4、與等間距凹槽對(duì)應(yīng)開徑向通孔的空心換向閥芯8-5、從換向閥體8-4下端中心孔密封通過連接空心換向閥芯8-5的控制拉桿8-10，其中：
[0039] 換向閥體8-4為上部密封連接上接箍8-1，下部密封連接外筒8-2、內(nèi)筒液動(dòng)缸筒8-18的液流換向中樞，其閥體上部沿圓周呈60-120°軸向開與動(dòng)力液入口流道8-6相通的連通孔，與上述連通孔交錯(cuò)
位置向上斜向開與乏動(dòng)力液出口流道8-7相通的連通孔；閥體下部沿圓周呈60-120°軸向開與液動(dòng)缸進(jìn)口流道8-8相通的連通孔，與上述連通孔交錯(cuò)位置徑向開與乏動(dòng)力液返回流道8-9相通的連通孔；
[0040] 換向閥芯8-5為與換向閥體8-4密封配合的液流換向執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括上部帶中心孔、外壁開長(zhǎng)凹槽的芯管和外覆的與芯管長(zhǎng)凹槽對(duì)應(yīng)配合的短徑向通孔耐磨耐熱材料護(hù)套，其芯管上下長(zhǎng)凹槽沿圓周每30-120°開徑向通孔與乏動(dòng)力 液出口流道8-7連通；
[0041] 控制拉桿8-10為柱塞上下行程終端軸向拉桿牽引強(qiáng)磁彈射和強(qiáng)磁吸合雙保險(xiǎn)換向控制機(jī)構(gòu)，其上端連接換向閥芯8-5，并從換向閥體8-4下部中心孔密封通過，其下端密封通過液動(dòng)缸柱塞8-19中心孔后進(jìn)入與液動(dòng)缸柱塞8-19下部連接的空心排液缸柱塞桿8-24；空心排液缸柱塞桿8-24頂部設(shè)置上強(qiáng)磁吸合環(huán)8-14；控制拉桿8-10上行程終端固定上擋環(huán)8-12，上擋環(huán)8-12上部同極性疊置2-3
塊強(qiáng)磁彈射環(huán)8-11，上擋環(huán)8-12下部設(shè)置上緩沖簧8-13；控制拉桿8-10下行程終端固定下?lián)醐h(huán)8-17，下?lián)醐h(huán)8-17上部異極性疊置2-3塊下強(qiáng)磁吸合環(huán)8-16，下強(qiáng)磁吸合環(huán)8-16上部設(shè)置下緩沖簧8-15；
[0042] 液動(dòng)缸總成Y為提供液體動(dòng)力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括液動(dòng)缸筒8-18和與其密封配合的液動(dòng)缸柱塞8-19，液動(dòng)缸柱塞8-19下端中心孔用絲扣或活節(jié)連接空心排液缸柱塞桿8-24；
[0043] 上吸入排出凡爾總成S為下吸上排的兩用閥，包括空心上凡爾體8-20、上排液凡爾8-21和上吸入凡爾8-22，其中上凡爾體8-20上端徑向呈90°或120°設(shè)置與油套管環(huán)形空間出油流道連通的上排液凡爾8-21；上凡爾體8-20下端徑向呈90°或120°設(shè)置與內(nèi)外筒進(jìn)油流道連通的上吸入凡爾8-22；上排液凡爾8-21和上吸入凡爾8-22由凡爾罩限位的凡爾球?yàn)楦吣湍ツ蜔岵牧锨蝮w或帶尾桿的半球體，凡爾腔與凡爾球間隙配合，并呈90°或120°設(shè)置軸向出進(jìn)油流道；
[0044] 排液缸總成P為雙吸雙排的抽排機(jī)構(gòu)，包括排液缸筒8-23和與其密封配合的排液缸柱塞8-25以及拖動(dòng)排液缸柱塞8-25的空心排液缸柱塞桿8-24，排液缸柱塞8-25上部中心孔與從上吸入排出凡爾總成S中心孔密封通過的空心排液缸柱塞桿8-24用絲扣或活節(jié)連接，排液缸柱塞8-25下部為以下兩種類型之一：
[0045] 第一種為不設(shè)中心孔的光柱塞；
[0046] 第二種為柱塞下部設(shè)置中心孔，該中心孔用絲扣或活節(jié)與從下吸入排出凡爾總成X中心孔密封通過的平衡桿連接；
[0047] 下吸入排出凡爾總成X為上吸下排的兩用閥，包括空心下凡爾體8-26、下吸入凡爾8-27和下排液凡爾8-28，其中下凡爾體8-26上端徑向呈90°或120°設(shè)置與內(nèi)外筒進(jìn)油流道連通的下吸入凡爾8-27；下凡爾體8-26下端徑向呈90°或120°設(shè)置與油套管環(huán)形空間出油流道連通的下排液凡爾8-28；下吸入凡爾8-27和下排液凡爾8-28由凡爾罩限位的凡爾球?yàn)楦吣湍ツ蜔岵牧锨蝮w或帶尾桿的半球體，凡爾腔與凡爾球間隙配合，并呈90°或120°設(shè)置軸向進(jìn)出油流道。
[0048] 所述的液動(dòng)缸柱塞8-19和排液缸柱塞8-25與缸筒的密封為高耐磨金屬間隙密封或
張力密封，其中張力密封至少為以下二種類型之一：
[0049] 第一種為熱張力密封，柱塞本體為高耐磨金屬，與缸筒保持間隙密封，柱塞徑向凹槽內(nèi)熱裝熱脹冷縮系數(shù)大于柱塞本體材質(zhì)的有機(jī)或無機(jī)或有機(jī)無機(jī)合成材料密封環(huán)，靠磨損后密封環(huán)熱張力大于柱塞本體熱張力可靠密封，密封環(huán)材料為無油自潤(rùn)滑、耐高溫、耐磨、耐油、耐
腐蝕改性MC尼龍、丁腈
橡膠、氟橡膠、聚四氟乙烯、聚苯亞咪咪、聚酰亞胺的其中之一；
[0050] 第二種為液壓張力密封，柱塞本體為高耐磨金屬，與缸筒保持間隙密封，柱塞本體外層設(shè)置與動(dòng)力液連通的密封薄壁耐磨金屬空腔，靠磨損后動(dòng)力液高壓對(duì)薄壁金屬的張力
變形可靠密封。
[0051] 采用以上技術(shù)方案，本使用新型是各種采油方式的最佳選擇，可一攬子解決井下砂、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)械采油的方向性創(chuàng)新。
附圖說明
[0052] 圖1為U形管單井液力自循環(huán)采油裝置結(jié)構(gòu)、流程示意圖；
[0053] 圖2為圖1的U形管單井液力間歇式循環(huán)配套裝置結(jié)構(gòu)、流程示意圖；
[0054] 圖3為圖1的U形管單井液力交替式循環(huán)配套裝置結(jié)構(gòu)、流程示意圖；
[0055] 圖4為圖1的地面配套裝置結(jié)構(gòu)、流程示意圖；
[0056] 圖5為圖1的井下液力往復(fù)泵結(jié)構(gòu)示意圖。
[0057] 圖中：
[0058] 1.電動(dòng)機(jī)；2.加壓泵；3.過濾器；4.多功能中轉(zhuǎn)罐；5.油管；6.套管；7.彈性扶正爪；8.井下液力往復(fù)泵；9.油氣分離罩；10.封隔器；11.旋流分砂管；12.地面液力換向閥總成。
[0059] 其中多功能中轉(zhuǎn)罐4各部件名稱和標(biāo)注號(hào)為：
[0060] 4-1.雙層真空罐；4-2.套裝式組合鼠籠；4-3.強(qiáng)磁體環(huán)；4-4.轉(zhuǎn)軸；4-5.葉輪；4-6.導(dǎo)熱介質(zhì)；4-7.轉(zhuǎn)軸固定過濾隔板；4-8.罐蓋；4-9.抽氣充液閥；4-10.旋流分離傘；
4-11.安全閥；4-12.液位計(jì)。
[0061] 井下液力往復(fù)泵8各部件名稱和標(biāo)注號(hào)為：
[0062] (1).泵體
[0063] 8-1.上接箍；8-2.外筒；8-3.下接頭兼固定凡爾座；
[0064] (2).液流口
[0065] A口.低壓動(dòng)力液出口；
[0066] B口.過濾器3出口；
[0067] C口.加壓泵2出口；
[0068] D口.產(chǎn)出液進(jìn)口；
[0069] E口.產(chǎn)出液出口；
[0070] F口.分離氣出口；
[0071] (3).換向閥總成H
[0072] 8-4.換向閥體；8-5.換向閥芯；8-6.動(dòng)力液入口流道；8-7.乏動(dòng)力液出口流道；8-8.液動(dòng)缸進(jìn)口流道；8-9.乏動(dòng)力液返回流道；8-10.控制拉桿；8-11.強(qiáng)磁彈射環(huán)；8-12.上擋環(huán)；8-13.上緩沖簧；8-14.上強(qiáng)磁吸合環(huán)；8-15.下緩沖簧；8-16.下強(qiáng)磁吸合環(huán)；
8-17.下?lián)醐h(huán)；
[0073] (4).液動(dòng)缸總成Y
[0074] 8-18.液動(dòng)缸筒；8-19.液動(dòng)缸柱塞；
[0075] (5).上吸入排出凡爾總成S
[0076] 8-20.上凡爾體；8-21.上排液凡爾；8-22.上吸入凡爾；
[0077] (6).排液缸總成P
[0078] 8-23.排液缸筒；8-24.排液缸柱塞桿；8-25.排液缸柱塞；
[0079] (7).下吸入排出凡爾總成X
[0080] 8-26.下凡爾體；8-27.下吸入凡爾；8-28.下排液凡爾。
具體實(shí)施方式
[0082] 如圖1和圖5所示：本使用新型所述的U形管單井液力自循環(huán)采油裝置包括由加壓泵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口流入過濾器3、加壓泵2，另一路通過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、過濾器3和多功能中轉(zhuǎn)罐4。
[0083] 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)入過濾器3，過濾后經(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)。
[0084] 所述的加壓泵2為柱塞泵或離心泵或兼有與電動(dòng)機(jī)1傳動(dòng)軸非接觸傳動(dòng)的無泄露和自加熱功能的磁力密封泵，其與電動(dòng)機(jī)1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。
[0085] 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)部通過上、下轉(zhuǎn)軸固定過濾隔板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連接過濾器3，過濾器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。
[0086] 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)置的弧形線聚焦菲涅耳高倍聚光鏡，有光照條件通過太陽(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；無光照條件通過罐內(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)換熱過程。
[0087] 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)部通過上、下轉(zhuǎn)軸固定過濾隔板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)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)稱開形成閉合導(dǎo)體的兩端封閉的直長(zhǎng)縫或斜長(zhǎng)縫或直長(zhǎng)孔。
[0088] 所述的油氣旋流分離裝置包括如圖4所示的沿罐壁切向設(shè)置的產(chǎn)出液進(jìn)口 D，罐蓋4-8之下設(shè)置的旋流分離傘4-10，正置或倒置的傘面上設(shè)徑向旋流導(dǎo)流槽，經(jīng)旋流分離的重質(zhì)砂、水經(jīng)上、下轉(zhuǎn)軸固定過濾隔板4-7進(jìn)入產(chǎn)出液出口E，經(jīng)旋流分離的天然氣經(jīng)出口F并入產(chǎn)出液出口E混輸入油氣處理站。
[0089] 所述的井下液力往復(fù)泵8為由內(nèi)外筒組成的整筒式或分體式液力雙向舉升裝置，包括如圖5所示的自上而下用絲扣密封連接的上接箍8-1、換向閥總成H、外筒8-2和下接頭兼固定凡爾座8-3以及外筒8-2內(nèi)自上而下密封串連的換向閥總成H、液動(dòng)缸總成Y、上吸入排出凡爾總成S、排液缸總成P、下吸入排出凡爾總成X，其中液動(dòng)缸總成Y和排液缸總成P之間通過換向閥總成H的液動(dòng)缸進(jìn)口流道8-8、乏動(dòng)力液返回流道8-9以及上吸入排出凡爾總成S和下吸入排出凡爾總成X的進(jìn)出油流道構(gòu)成密閉循環(huán)回路，根據(jù)不同井深和排液量需求，液動(dòng)缸總成Y和排液缸總成P可串連組成單級(jí)或多級(jí)抽排裝置，各總成的構(gòu)造和連接關(guān)系為：
[0090] 換向閥總成H為柱塞上下行程終端軸向拉桿牽引強(qiáng)磁彈射和強(qiáng)磁吸合雙保險(xiǎn)換向機(jī)構(gòu)，包括中心孔徑向開泵入、進(jìn)液、返液、出液等間距凹槽的換向閥體8-4、與等間距凹槽對(duì)應(yīng)開徑向通孔的空心換向閥芯8-5、從換向閥體8-4下端中心孔密封通過連接空心換向閥芯8-5的控制拉桿8-10，其中：
[0091] 換向閥體8-4為上部密封連接上接箍8-1，下部密封連接外筒8-2、內(nèi)筒液動(dòng)缸筒8-18的液流換向中樞，其閥體上部沿圓周呈60-120°軸向開與動(dòng)力液入口流道8-6相通的連通孔，與上述連通孔交錯(cuò)位置向上斜向開與乏動(dòng)力液出口流道8-7相通的連通孔；閥體下部沿圓周呈60-120°軸向開與液動(dòng)缸進(jìn)口流道8-8相通的連通孔，與上述連通孔交錯(cuò)位置徑向開與乏動(dòng)力液返回流道8-9相通的連通孔；
[0092] 換向閥芯8-5為與換向閥體8-4密封配合的液流換向執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括上部帶中心孔、外壁開長(zhǎng)凹槽的芯管和外覆的與芯管長(zhǎng)凹槽對(duì)應(yīng)配合的短徑向通孔耐磨耐熱材料護(hù)套，其芯管上下長(zhǎng)凹槽沿圓周每30-120°開徑向通孔與乏動(dòng)力液出口流道8-7連通；
[0093] 控制拉桿8-10為柱塞上下行程終端軸向拉桿牽引強(qiáng)磁彈射和強(qiáng)磁吸合雙 保險(xiǎn)換向控制機(jī)構(gòu)，其上端連接換向閥芯8-5，并從換向閥體8-4下部中心孔密封通過，其下端密封通過液動(dòng)缸柱塞8-19中心孔后進(jìn)入與液動(dòng)缸柱塞8-19下部連接的空心排液缸柱塞桿8-24；空心排液缸柱塞桿8-24頂部設(shè)置上強(qiáng)磁吸合環(huán)8-14；控制拉桿8-10上行程終端固定上擋環(huán)8-12，上擋環(huán)8-12上部同極性疊置2-3塊強(qiáng)磁彈射環(huán)8-11，上擋環(huán)8-12下部設(shè)置上緩沖簧8-13；控制拉桿8-10下行程終端固定下?lián)醐h(huán)8-17，下?lián)醐h(huán)8-17上部異極性疊置2-3塊下強(qiáng)磁吸合環(huán)8-16，下強(qiáng)磁吸合環(huán)8-16上部設(shè)置下緩沖簧8-15；
[0094] 液動(dòng)缸總成Y為提供液體動(dòng)力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括液動(dòng)缸筒8-18和與其密封配合的液動(dòng)缸柱塞8-19，液動(dòng)缸柱塞8-19下端中心孔用絲扣或活節(jié)連接空心排液缸柱塞桿8-24；
[0095] 上吸入排出凡爾總成S為下吸上排的兩用閥，包括空心上凡爾體8-20、上排液凡爾8-21和上吸入凡爾8-22，其中上凡爾體8-20上端徑向呈90°或120°設(shè)置與油套管環(huán)形空間出油流道連通的上排液凡爾8-21；上凡爾體8-20下端徑向呈90°或120°設(shè)置與內(nèi)外筒進(jìn)油流道連通的上吸入凡爾8-22；上排液凡爾8-21和上吸入凡爾8-22由凡爾罩限位的凡爾球?yàn)楦吣湍ツ蜔岵牧锨蝮w或帶尾桿的半球體，凡爾腔與凡爾球間隙配合，并呈90°或120°設(shè)置軸向出進(jìn)油流道；
[0096] 排液缸總成P為雙吸雙排的抽排機(jī)構(gòu)，包括排液缸筒8-23和與其密封配合的排液缸柱塞8-25以及拖動(dòng)排液缸柱塞8-25的空心排液缸柱塞桿8-24，排液缸柱塞8-25上部中心孔與從上吸入排出凡爾總成S中心孔密封通過的空心排液缸柱塞桿8-24用絲扣或活節(jié)連接，排液缸柱塞8-25下部為以下兩種類型之一：
[0097] 第一種為不設(shè)中心孔的光柱塞；
[0098] 第二種為柱塞下部設(shè)置中心孔，該中心孔用絲扣或活節(jié)與從下吸入排出凡爾總成X中心孔密封通過的平衡桿連接；
[0099] 下吸入排出凡爾總成X為上吸下排的兩用閥，包括空心下凡爾體8-26、下吸入凡爾8-27和下排液凡爾8-28，其中下凡爾體8-26上端徑向呈90°或120 °設(shè)置與內(nèi)外筒進(jìn)油流道連通的下吸入凡爾8-27；下凡爾體8-26下端徑向呈90°或120°設(shè)置與油套管環(huán)形空間出油流道連通的下排液凡爾8-28；下吸入凡爾8-27和下排液凡爾8-28由凡爾罩限位的凡爾球?yàn)楦吣湍ツ蜔岵牧锨蝮w或帶尾桿的半球體，凡爾腔與凡爾球間隙配合，并呈90°或120°設(shè)置軸向進(jìn)出油流道。
[0100] 所述的液動(dòng)缸柱塞8-19和排液缸柱塞8-25與缸筒的密封為高耐磨金屬間隙密封或張力密封，其中張力密封至少為以下二種類型之一：
[0101] 第一種為熱張力密封，柱塞本體為高耐磨金屬，與缸筒保持間隙密封，柱塞徑向凹槽內(nèi)熱裝熱脹冷縮系數(shù)大于柱塞本體材質(zhì)的有機(jī)或無機(jī)或有機(jī)無機(jī)合成材料密封環(huán)，靠磨損后密封環(huán)熱張力大于柱塞本體熱張力可靠密封，密封環(huán)材料為無油自潤(rùn)滑、耐高溫、耐磨、耐油、耐腐蝕改性MC尼龍、丁腈橡膠、氟橡膠、聚四氟乙烯、聚苯亞咪咪、聚酰亞胺的其中之一；
[0102] 第二種為液壓張力密封，柱塞本體為高耐磨金屬，與缸筒保持間隙密封，柱塞本體外層設(shè)置與動(dòng)力液連通的密封薄壁耐磨金屬空腔，靠磨損后動(dòng)力液高壓對(duì)薄壁金屬的張力變形可靠密封。
[0103] 所述的U形管單井液力自循環(huán)采油裝置設(shè)計(jì)參數(shù)為：
[0104] 舉升高度：3000m；
[0105] 電動(dòng)機(jī)功率：22kw；
[0106] 加壓泵額定壓力：9Mpa；
[0107] 整機(jī)重量：2000kg；
[0108] 外型尺寸：2.5×1.2×1.6(m)。
[0109] 實(shí)施例2：
[0110] 如圖2所示：本實(shí)施例的井下液力往復(fù)泵采用常規(guī)管式泵，泵筒底部開進(jìn)油孔，地面配套裝置同實(shí)施例1，只對(duì)如下裝置進(jìn)行了調(diào)整：
[0111] 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)入過濾器3，過濾后經(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)。
[0112] 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)部通過上、下轉(zhuǎn)軸固定過濾隔板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)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)稱開形成閉合導(dǎo)體的兩端封閉的針狀電暈放電錐尖。
[0113] 所述的U形管單井液力自循環(huán)采油裝置設(shè)計(jì)參數(shù)為：
[0114] 舉升高度：2500m；
[0115] 電動(dòng)機(jī)功率：15kw；
[0116] 加壓泵額定壓力：8Mpa；
[0117] 整機(jī)重量：1500kg；
[0118] 外型尺寸：2.5×1.2×1.6(m)。
[0119] 實(shí)施例3：
[0120] 如圖3所示：本實(shí)施例的井下液力往復(fù)泵采用常規(guī)管式泵，泵筒底部開進(jìn)油孔，地面配套裝置同實(shí)施例1，只對(duì)如下裝置進(jìn)行了調(diào)整：
[0121] 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，其流程為動(dòng)力液通過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)入過濾器3，過濾后經(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)。
[0122] 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)部通過上、下轉(zhuǎn)軸固定過濾隔板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)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)稱開形成閉合導(dǎo)體的兩端封閉的鋸齒狀電弧放電錐尖。
[0123] 所述的U形管單井液力自循環(huán)采油裝置設(shè)計(jì)參數(shù)為：
[0124] 舉升高度：1600m；
[0125] 電動(dòng)機(jī)功率：10kw；
[0126] 加壓泵額定壓力：5Mpa；
[0127] 整機(jī)重量：1000kg；
[0128] 外型尺寸：2.5×1.2×1.6(m)。
[0129] 采用以上技術(shù)方案，本使用新型是各種采油方式的最佳選擇，可一攬子解決井下砂、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)械采油的方向性創(chuàng)新。
[0130] 上述3例實(shí)施方案僅用于說明本使用新型三種U形管單井液力自循環(huán)采油裝置，并非對(duì)本使用新型涉及技術(shù)方案的限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本使用新型涉及的技術(shù)范圍內(nèi)提出的各種雷同或相似變化方案，仍屬于本使用新型的權(quán)利保護(hù)范圍。
