U形管单井液力自循环采油方法及配套装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明为一种U形管单井液力自循环采油方法及配套装置，属机械采油新领域。
【背景技术】
[0002]在油田开发中，除油田开发初期依靠地层能量的自喷采油外，随着开发年限的延长，油井都将转入机械举升采油方式。据不完全统计，全世界目前有油井约200万口，其中机械采油约占95%以上。
[0003]国内外常用的机械采油方式主要为电潜泵采油、螺杆泵采油、射流泵采油、四连杆游梁式抽油机有杆泵采油和为了节能增效改进的天平平衡电机直驱立式抽油抽采油。上述采油方式虽然各有优势，但也各有技术局限。
[0004]电潜泵采油适应大排量的排液需要，但要举升液柱重量和克服摩擦阻力，能耗高，使用寿命短，且更换费用及入井电缆的高成本制约着该种采油方式的大规模推广。
[0005]螺杆泵采油同样需要举升液柱重量和克服摩擦阻力，且对深井、斜井、稀油井难以适应，使用范围较小。
[0006]射流泵采油没有运动部件，靠动力液与地层流体之间的动量转换实现液体举升，不受举升高度的限制，工作原理不失为一种较理想的采油方式，但高压喷嘴的磨损和低产能井的不适应制约了其长寿命大面积推广。
[0007]四连杆游梁式抽油机和改进的立式抽油机经平衡后只举升液重之半的载荷，且疲实可靠、经久耐用，至今仍占机械采油的90 %左右，成为机械采油的主导机型。但结构庞大、维护笨重、费用昂贵和管杆偏磨导致井下故障率高，对斜井、超深井、稠油井使用受限，越来越不适应现代社会低碳经济的发展需要。
[0008]上世纪八十年代，国内部分油田曾引进水力活塞泵，引起广泛关注，但由于该采油方式控制机构和换向阀的结构缺陷突出，地面动力液系统的建设费用偏高，很快便退出应用现场。
[0009]随着油田开发的深化，诸多矛盾严重制约着油田开发:
[0010]一是随着定向斜井和从式井越来越多，井斜问题导致的管杆偏磨成为有杆泵难以攻克的难题；
[0011]二是受油田中后期开采越来越严重的砂、蜡、稠、气制约，上述采油方式已难以适应；
[0012]三是随着深抽、大排量井的增多，已接近和超出上述机械采油方式的负荷极限；
[0013]四是节能、安全、环保、基本免维护的现代企业管理要求亟待采油新工艺、新技术的创新和发展。
[0014]如何攻克上述诸多采油工艺的技术制约瓶颈，近10年来，国内围绕液力抽油泵的研究持续深入，先后公开了 60多项有关专利，为技术创新提供了宝贵的启示，但均未投入现场应用，究其原因，其液力换向机构复杂导致的上下换向交替瞬间液流通道的闭合和开启可靠性差、流道阻力大、内外筒多个密封面的装配难度及应对砂、蜡、稠、气等技术制约是难以矿场应用的症结，只有对其进一步改进和优化，才能更好地实现向生产力的转化。
[0015]针对上述制约机械采油的诸多矛盾，本发明通过分析对比上述各类采油方式的优势和缺陷得出如下结论:
[0016]上述诸多采油方式，大多需举升液体重量和摩擦阻力之和，造成高能耗和高物耗。
[0017]根据U形管原理:U形管内装有同一种液体时,液体总是从一端流向另一端,一直流到两端液面一样平为止。因此，举升U形管内液体，只需克服液体与管壁之间往返摩擦力，其举升力小于等液柱压力的30%。因而，为更好地适应现代采油工艺的需求，经优化筛选，U形管采油原理是所有采油方式的最佳选择。
【发明内容】
[0018]本发明的目的是根据U形管原理，利用油井油管、油套管环形空间和井下液力往复泵组成的U形管循环回路，通过地面加压泵提供液体动力，实现井下液力泵往复运动举升采油，并一揽子解决井下砂、蜡、稠、气、斜、深，地面节能、安全、环保、基本免维护的诸多难题，实现机械采油的创新和突破，为采油方式的更新换代开创方向性新方法并提供高效配套装置。
[0019]本发明的技术解决方案是:
[0020]所述的U形管单井液力自循环采油方法及配套装置包括如图1所示的由加压泵2泵入动力液的油管5、油管5自上而下依次串接的弹性扶正爪7、井下液力往复泵8、油气分离罩9及封隔器10密封的油管5和套管6环形空间U形管产液通道，封隔器10之下尾管串接的旋流分砂管11，产出液经D 口流经多功能中转罐4，并由此一路经A 口流入过滤器3、加压泵2，另一路通过E 口进入集输管道所组成的采油密闭循环流程；地面配套装置包括依次串连的电动机1、加压泵2、过滤器3和多功能中转罐4。
[0021]所述的采油密闭循环流程为由封隔器10密封油套管环形空间组成的U形管产液密闭循环回路，其流程至少为以下七种类型之一:
[0022]第一种如图1和图5所示为加压泵2将高压动力液从C 口泵入油管5，经井下液力往复泵8换向阀芯8-5换向，推动液动缸柱塞8-19往复运动，并带动排液缸柱塞8-25双向将产出液经上排液凡尔8-21和下排液凡尔8-28排入油套管环形空间，进而以U形管方式将产出液举升至地面，经D 口进入多功能中转罐4预处理分配，大部分产出液经E 口进入集输管道，少部分产出液经A 口进入过滤器3，过滤后经B 口进入加压泵2加压，成为新动力液实现新一轮循环；
[0023]第二种如图2所示为加压泵2将高压动力液从C 口泵入油套管环形空间，经常规抽油泵泵筒下部入口进泵筒推动柱塞上行，以U形管方式将产出液由油管5举升至地面，经D 口进入多功能中转罐4预处理分配，大部分产出液经E 口进入集输管道，停加压泵2柱塞靠液柱压力完成下行程进油，再次启动加压泵2，少部分产出液经A 口进入过滤器3，过滤后经B 口吸入加压泵2，加压后成为新动力液间歇实现新一轮循环；
[0024]第三种如图3所示为动力液通过地面液力换向阀总成12换向，加压泵2交替将高压动力液从C 口泵入油管5和油套管环形空间，以U形管方式将产出液交替由油套管环形空间、油管5举升至地面，进入多功能中转罐4预处理分配，大部分产出液经E 口进入集输管道，少部分产出液经A 口进入过滤器3，过滤后经B 口吸入加压泵2，加压后成为新动力液交替实现新一轮循环；
[0025]第四种-第六种为油管5内下入空心抽油杆取代油管5，油管5功能代替套管6，组成空心抽油杆和油管5环形空间，实现与第一、第二、第三种密闭循环流程相同的U形管密闭米油流程；
[0026]第七种为加压泵2将高压动力液从C 口泵入油套管环形空间，经井下液力往复泵8乏动力液出口流道8-7进入换向阀芯8-5中空内腔，顶开上部单流凡尔从油管5返回多功能中转罐4的反冲洗流程。
[0027]所述的加压泵2为柱塞泵或离心泵或兼有与电动机I传动轴非接触传动的无泄露和自加热功能的磁力密封泵，其与电动机I的配套方式为三相异步电动机或永磁同步电机或开关磁阻调速电机，传动轴耦合为通用联轴器或永磁联轴器。
[0028]所述的多功能中转罐4为图4所示的集聚光太阳能真空传热装置、强磁旋流自发电加热装置、产出液余温加热和油气旋流分离装置及产出液流向分配多种功能于一罐的多功能中转罐，该罐罐体为双层真空罐4-1，其真空夹层底部充装导热介质4-6，真空罐体外壁上设置抽气充液阀4-9，真空罐体上、下部设置液位计4-12;罐体内部通过上、下转轴固定过滤隔板4-7设置由轴承固定的两轴端带叶轮4-5、轴径外围包覆强磁体环4-3的转轴4-4及强磁体环4-3外置的套装式组合鼠笼4-2所组成的强磁旋流自发电加热装置；罐体上部设置法兰式罐盖4-8，罐盖4-8顶部设置超压报警安全阀4-11，罐盖4-8下部设置油气旋流分离伞4-10 ;罐体中部、底部、上部、顶部径向90°或120°切向分布产生高速旋流，为强磁体环4-3高速旋转切割套装式组合鼠笼4-2发电制热提供动力的低压动力液出口 A、产出液进口 D、产出液出口 E、分离气出口 F，其中低压动力液出口 A连接过滤器3，过滤器3出口 B连接加压泵2，加压泵2出口 C高压动力液泵入油管5形成U形管采油密闭循环回路。
[0029]所述的聚光太阳能真空传热装置包括如图4所示的双层真空罐4-1，罐壁上部设置的抽气充液阀4-9，通过抽气充液阀4-9向双层真空罐4-1夹层充装的水、冠醚、硫酸钾或重铬酸钾、可解离顺磁化合物Fe2O3导热介质4-6以及导热介质4-6聚焦点设置的弧形线聚焦菲涅耳高倍聚光镜，有光照条件通过太阳能聚能光斑激发导热介质4-6急骤汽化、蒸发、与罐内旋转液流快速换热、凝结、回流高强度循环换热；无光照条件通过罐内产液余温激发导热介质4-6进行低强度上述循环换热过程。
[0030]所述的强磁旋流自发电加热装置包括如图4所示的多功能中转罐4罐体内部通过上、下转轴固定过滤隔板4-7设置的由轴承固定的两轴端带叶轮4-5、轴径外围包覆强磁体环4-3的转轴4-4及强磁体环4-3外置的套装式组合鼠笼4-2，转轴4_4为非导磁材料，套装式组合鼠笼4-2为高阻非导磁材料，其中强磁体环4-3永磁体为径向充磁轴向叠置；套装式组合鼠笼4-2在磁力线影响范围内轴向套置一组、二组或多组，构成同轴多机发电制热机组，套置间距0.2-3mm ;套装式组合鼠笼4_2的结构至少为以下五种类型之一:
[0031]第一种为同轴多组轴向套装同心管，管与管之间互相绝缘，管壁上对称开形成闭合导体的两端封闭的直长缝或斜长缝或直长孔