有機六防無桿液力驅動雙作用往復泵的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明為一種集防腐、防垢、防蠟、防粘稠、防氣、防砂于一體的有機六防無桿液力驅動雙作用往復泵，屬機械采油技術新領域。
【背景技術】
[0002]在油田有桿泵機械采油中，無一例外地采用無機鋼制抽油泵。由于油層復雜的地質條件和原油物性的差異，砂、蠟、稠、垢、氣和高礦化度腐蝕介質嚴重影響著無機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，采油工藝技術人員竭盡努力，開發(fā)出眾多先進實用的新技術、新工藝。化學固砂、旋流除砂、高效濾砂、機械清蠟、化學防蠟降粘、強磁防蠟降粘、高效氣錨、防腐鍍層等一大批防蠟、防砂、除氣、防腐裝置應用于油田采油工藝，形成了門類齊全，跨學科、跨工種的注、采、輸系統(tǒng)，支撐著石油工業(yè)的發(fā)展。
[0003]上述技術和工藝雖一定程度上延長了無機鋼制有桿泵的使用壽命，但難以從根本上杜絕上述危害，機泵故障率高，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，為了實現(xiàn)采油工藝的高效、低耗，并一舉解決砂、蠟、稠、氣和腐蝕、結垢的困擾，國內興起了無桿液力泵的研究和攻關熱潮，并已取得近100項專利成果。技術人員試圖通過地面供液站提供溫度較高的高質量動力液驅動井下往復泵做功，實現(xiàn)一舉多得。
[0005]一是節(jié)電降耗，實現(xiàn)低能耗采油；
[0006]二是通過溫度較高的動力液解決防蠟降粘問題；
[0007]三是取消抽油機、抽油桿，節(jié)約建設投資；
[0008]四是簡化優(yōu)化地面流程，減少維護工作量。
[0009]上述研究成果從理論上將推動采油技術進步,但也隨之帶來一定的負面影響。
[0010]一是地面集中供液雖解決了動力液的質量問題，但無形中加大了建設投資和管理難度；
[0011]二是單井分散供液便于操作運行，但動力液的損耗和補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，但十年來，尚沒有一項專利技術成功地運用到礦場實踐。
[0014]如何實現(xiàn)一泵多功能，減緩或杜絕砂、蠟、稠、垢、氣和腐蝕介質的危害，進一步提高油田開發(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難以轉化為生產(chǎn)力的原因，并非專利成果技術含量問題，而是研究過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問題的本質癥結。比如要解決井下抽油泵的防腐、結垢問題，人們習慣于研究昂貴的不銹鋼或高污染的有色金屬鍍層，而不去開發(fā)不腐蝕、難結垢、防蠟、防稠效果極佳的有機塑料，既是提出有機塑料的方案，也要用從未用過的疑問打100個問號，致使許多高性能有機塑料制品已隨衛(wèi)星上天，但至今卻未見隨抽油泵入地下井；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)明內容】

[0016]針對無機鋼制有桿泵采油面臨的腐蝕、結垢和砂、蠟、稠、氣危害，本發(fā)明的目的是打破傳統(tǒng)慣性思維，探索用高強度、耐高溫、抗老化、耐腐蝕、不粘附的有機材料構件取代無機鋼制構件，并對通用有桿泵的密封方式和市售二位四通閥的換向結構及最大限度地避免磨損環(huán)節(jié)和減少磨損時間進行突破性創(chuàng)新，同時巧妙地設置防砂、除氣裝置，設計一種集防腐、防垢、防蠟、防粘稠、防氣、防砂于一體的有機六防無桿液力驅動雙作用往復泵，實現(xiàn)油田采油工藝的方向性更新?lián)Q代。
[0017]有機六防無桿液力驅動雙作用往復泵的工作機理:
[0018]有機六防無桿液力驅動雙作用往復泵通過液體動力驅動液動缸柱塞垂直往復運動，進而拖動排液缸柱塞上下行程雙作用排液。與通用有桿泵的無機鋼制構件比較，該泵的高分子有機合成材料構件(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，對油水介質具有得天獨厚的防腐、防垢、防蠟、防粘稠功效，輔之以除砂、防氣裝置設計的有機材料井下往復泵，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]有機材料的研究和優(yōu)選:
[0020]實現(xiàn)井下往復泵六防的捷徑是用有機構件取代無機鋼制構件，但取而代之的有機材料除具備優(yōu)異的耐高溫、抗老化、耐腐蝕、不粘附性能外，還必須具備無機鋼制構件的抗拉、抗壓、抗彎、抗蠕變、耐磨等機械力學性能。
[0021]現(xiàn)代有機化學的發(fā)展和有機材料的不斷創(chuàng)新，為實現(xiàn)上述目的開創(chuàng)了成功之路。如:
[0022]1.聚苯並咪咪機械性能
[0023]連續(xù)工作溫度310°C，最高工作溫度500°C，保持極高的機械強度、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，保持極高機械強度、硬度、抗蠕變性，良好的表面滑動性，高耐磨性和極佳的電絕緣和隔熱性，防腐效果極佳。
[0026]3.聚四氟乙烯機械性能
[0027]連續(xù)工作溫度200-26(TC，在-100°C時仍柔軟，適應井下長期高溫工作環(huán)境；能耐王水和一切有機溶劑腐蝕，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，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級絕緣材料，報紙厚的一層就能阻擋1500V的聞壓。
[0028]4.MC尼龍機械性能
[0029]MC尼龍制品抗老化、防腐、耐熱，機械強度大、韌性好、抗沖擊、耐疲勞，尤其具有良好的抗蠕變特性，能長期承受軸承的重負荷，摩擦系數(shù)為0.3-0.4，具有良好的耐磨和無油自潤滑性能，對振動衰減率比鋼大幾十倍，抗振減噪效果極佳。
[0030]上述有機材料機械強度高、抗老化、耐高溫、耐腐蝕、耐磨、不粘附和無油削閏滑性能優(yōu)異，使用壽命長，且方便成形，極易加工，為有機六防無桿液力驅動雙作用往復泵提供了理想的替代材料和結構優(yōu)化條件。
[0031]本發(fā)明的技術解決方案是:
[0032]所述的有機六防無桿液力驅動雙作用往復泵由上公母扣接頭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、液動缸總成、排液缸總成有機構件組成，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)化組合為單驅單排或單驅多排或多驅單排或多驅多排液動驅排裝置。
[0033]所述的有機六防無桿液力驅動雙作用往復泵優(yōu)選以下有機材料之一構成井下往復泵的結構部件:
[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]第五種為上述有機材料的組合；
[0039]第六種為上述有機材料在鋼材內、外表面的涂層或襯層；
[0040]第七種為耐高溫、抗老化、耐腐蝕有機材料與高強度無機鋼材的合成材料；
[0041]第八種不排除機械性能和化學性能更優(yōu)異或機械性能和化學性能滿足礦場需要價格更適中的有機材料。
[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磁彈射瞬時強制換向雙保險機構，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、上強磁彈射環(huán)13、下強磁彈射環(huán)14、底強磁彈射環(huán)15、鎖緊調節(jié)螺母16，換向閥體3中心孔上端設置單流閥，各部件的結構和裝配關系為:
[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置中空緩沖限位墊；閥體中心孔中部徑向車連通乏動力液出口流道6、動力液入口流道7、乏動力液返回流道8、液動缸進口流道9的等間距凹槽；閥體上部沿圓周呈60-120°軸向開動力液入口流道7，與上述流道交錯位置向上斜向開乏動力液出口流道6 ;閥體下部沿圓周呈60-120°軸向開液動缸進口流道9，與上述流道交錯位置徑向開乏動力液返回流道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)行機構，包括空心芯管和與其緊配合的有機耐磨護套5，其中有機耐磨護套5徑向開與換向閥體3中心孔等間距凹槽對應的連通孔；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耐磨護套5連通孔相對應的凹槽，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°開徑向通孔與乏動力液出口流道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磁彈射瞬時強制換向雙保險控制機構，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，其下端密封通過液動缸柱塞18中心孔后進入與液動缸柱塞18下部連接的排液缸空心柱塞桿19 ;排液缸空心柱塞桿19頂部設置下強磁彈射環(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塊上強磁彈射環(huán)13，擋環(huán)12上部設置緩沖限位墊11 ;換向拉桿10下行程終端固定鎖緊調節(jié)螺母16，鎖緊調節(jié)螺母16上部同極性疊置2-3塊底強磁彈射環(huán)15，底強磁彈射環(huán)15上部設置緩沖限位墊。