一种采油井口伴生气连动式活塞增压回收装置
技术领域
本实用新型涉及一种石油与天然气行业增压回收装置，特别涉及一种采油井口伴生气连动式活塞增压回收装置。
背景技术
在原油开采过程中，油井管道分油管和套管两部分，油管是流体经泵做工后升举到地面的流道，而套管是油管外层的流道，套管可以将地层分离出来的气体引申到地面。在此过程中，石油在地层压力的驱动下流入井底，在井底压力作用下又沿井筒向上流动，随着流动压力的逐步降低，溶解在石油中的天然气在低于饱和压力下伴生，分离出来，进入套管和油管之间的环形空间，这就是套管气也叫伴生气。
油田伴生气资源量丰富，具有很高的回收利用价值，但伴生气的富集度很低、不确定性大、递减相对较快、冬夏季及新老区的产量和需求呈现较大的不均衡性，进行低成本回收和高效的利用难度较大。特别是低渗透油田，低渗透油田单井产量低，建设投资高，必须低成本开发才能保证其开发的效益，地面工程建设的投资必须有效控制在经济限额内。因此从降低成本的需求出发，研究并开发出适合于低渗透油田特点的、经济环保的伴生气回收及综合利用的技术，并进行有效的技术集成，以实现低渗透油田伴生气综合利用、节能减排。
现阶段低渗透油田油井套管气回收主要采用定压阀回收工艺，该方案投资较少，设备简单，但该技术受低渗透油井深井采油泵的正常工作和效率影响，往往要求低套压运行，也造成了高回压井组的套管气回收困难，尤其是冬季运行时套管气放空量较大，浪费宝贵资源也对环境产生破坏。因此，为保证从源头有效回收套管气，需要开发研究一种能够将井口伴生气增压输至出输油管线中的增压装置，该装置需要具备成本低廉、运行可靠等优点。
实用新型内容
现在广泛使用的采油井口增压装置主要存在以下几个问题：1.现有采油井口地理环境复杂，分布区域较广，温度波动大，高温或极寒条件下增压设备难以正常工作。2.增压泵设计容积过小，但井口伴生气过多时，无法及时压缩伴生气增压，容易造成气锁现象。3.采油井口伴生气产量会有所波动，伴生气流量突然升高或降低，影响增压泵的正常使用。4.现有增压泵因为缺少充分润滑或保养，导致装置使用寿命较低，一般只能工作半年就需对增压装置进行更换或维修。为了克服上述问题，本实用新型提供一种采油井口伴生气连动式活塞增压回收装置，本实用新型用于回收采油井场产生的套管气，并且泵入输油管线进行油气混输，本实用新型采用压力控制系统、流量控制系统、电伴热系统来分别调整井场伴生气的压力、流量和温度，并通过设计润滑系统和改进伴生气增压泵结构来增加泵的使用寿命。
本实用新型采用的技术方案为：
一种采油井口伴生气连动式活塞增压回收装置，包括抽油机、连接座、套管气增压泵、过滤器、进气管线、采油井口、出气管线、采油树、放空系统、火炬燃烧系统、四通、压力控制系统、流量控制系统和润滑系统；所述的抽油机与套管气增压泵通过连接座连接，套管气增压泵与过滤器连接，过滤器与位于采油井口内的采油树连接，出气管线与套管气增压泵出气口连接；所述的采油树气出口分别与压力控制系统、放空系统和火炬燃烧系统连接，所述的压力控制系统与过滤器之间设置有流量控制系统；所述的采油树油出口通过四通分别连接有闸阀、油气混输和压缩气体进入输油管道；所述的过滤器与套管气增压泵之间设置有电伴热系统、水冷式冷却器和球阀；所述的套管气增压泵上设有四条进气管线，每条管线上上均设有单向阀；所述的套管气增压泵上设置有增压泵润滑系统；所述的套管气增压泵连接有加压气缓冲罐；所述的加压气缓冲罐油出口经水冷式冷却器通过输油管道进入油出口四通，该输油管线上设置有压力表。
所述的电伴热系统至少包括电源、电伴热控制柜、伴热线和输气管道，所述的电伴热控制柜与输气管道通过伴热线连接，所述的电源与电伴热控制柜电连接。
所述的压力控制系统至少包括流量压力表、压力关断阀、气体压力控制器和减压阀，所述的压力关断阀设置在气体压力控制器上，所述的减压阀设置在压力关断阀的进口与输油管道之间；所述的流量控制系统至少包括气体流量控制器、流量关断阀、和节流阀，所述的节流阀和气体流量控制器分别与气体压力控制器的出口连接，所述的气体流量控制器上设有流量关断阀。
所述的润滑系统至少包括润滑油泵、润滑油储存罐、润滑油管线和润滑油油池；所述的润滑油泵与润滑油存储罐连接，润滑油存储罐通过润滑油管线分别与润滑油油池和套管气增压泵连接，润滑油油池设置在套管气增压泵下方。
所述的套管气增压泵至少由井口增压泵上下关节连接结构、缸盖与缸头的连接固定结构、增压泵的密封结构和增压泵输气管结构组成。
所述的井口增压泵上下关节连接结构至少包括增压泵上支架、六角头螺栓、螺母、垫圈、挡板、开口销、非固定隔断圈、关节轴承、销轴、缸盖支耳、连接支耳和锁紧螺母；所述的增压泵上支架与增压泵通过缸盖支耳连接，缸盖支耳与连接支耳通过开口销冷装连接，并且缸盖支耳和连接支耳内部有空余腔体；腔体最外层是开口销，腔体中间为可转动关节轴承，最内层为销轴，各支耳中间安装非固定隔断圈避免支耳直接接触；开口销两端外侧设置有挡板，挡板由穿越销轴的六角头螺栓、螺母连接，螺栓螺母之间设有垫圈。
所述的缸盖与缸头的连接固定结构至少包括填料板、内六角螺栓、等长双头螺栓、内部填料、增压泵缸体、衬套、上缸体O型圈、上缸盖、填料压套、双头螺栓和缸头；所述的填料压套设置在填料板与上缸盖之间，填料板与上缸盖通过双头螺栓进行紧固连接；上缸盖与增压泵缸体通过等长双头螺栓进行连接，上缸盖与上缸头通过内六角螺栓连接；在缸头与增压泵缸体之间有三道环形槽，中间的环形槽设有上缸体O型圈；缸体与活塞杆之间装有内部填料，内部填料下方装有衬套。
所述的增压泵的密封结构至少包括增压泵缸体、活塞杆、活塞、活塞O型圈、活塞锁紧螺母、弹性垫圈、活塞胀环和活塞密封环；所述的活塞的外周有5道环形槽，环形槽里面套接有活塞密封环和活塞涨环，其中活塞密封环在外层，活塞涨环在内层；活塞杆与活塞之间通过底部的活塞锁紧螺母连接，并且中间设置弹性垫圈；在活塞内部的活塞杆有3道环形槽，3道环形槽里面均装有活塞O型密封圈。
所述的增压泵输气管结构至少包括增压泵缸体、输气管道管体、压缩弹簧、活塞杆、管道固定卡环和气阀；所述的输气管道管体位于增压泵缸体上，所述的管道固定卡环焊接于输气管道管体内部；管道固定卡环通过气阀与压缩弹簧连接，压缩弹簧位于输气管道管体内部；所述的活塞杆位于增压泵缸体中心内。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型中伴生气由采油井采出，经过四通可以输往放空系统、火炬燃烧系统或回收系统，经过压力和流量计量后的伴生气依次进入压力控制系统和流量控制系统，由过滤器过滤后洁净伴生气输往温度控制系统进行调温，经过调温的伴生气由活塞式增压泵上方或下方共四个进气泵口处进入增压泵，加压后入缓冲罐缓冲，并再次流经温度控制系统进行降温作业，压力计量后泵入输油管线进行混输，如无需加压或增压泵正在检修，则伴生气直接输入旁接管路，经过减压阀后输入输油管线进行外输；增压泵由润滑系统进行定时润滑以延长增压泵的使用寿命。
以下将结合附图进行进一步的说明。
附图说明
图1 井口连动式活塞增压泵增压工艺图。
图2 采油井口伴生气连动式活塞增压回收装置总体流程图。
图3 连动式增压回收装置进气管道控制流程图。
图4 伴生气连动式活塞增压泵内部结构图。
图5 伴生气连动式活塞增压泵外部结构图。
图6 伴生气连动式活塞增压泵关节连接结构图。
图7 伴生气连动式活塞增压泵输气管道结构图。
图8 伴生气连动式活塞增压泵活塞密封结构图。
图9 伴生气连动式活塞增压泵缸盖与缸体连接结构图。
图10 伴生气连动式活塞增压泵顶部俯视图。
图11 电伴热管道加热系统图。
图中，附图标记为：1、抽油机；2、连接座；3、套管气增压泵；4、气体过滤器；5、进气管线；6、采油井口；7、出气管线；8、润滑油泵；9、润滑油储存罐；10、加压气缓冲罐；11、润滑油管线；12、单向阀；13、润滑油油池；14、球阀；15、水冷式冷却器；16、电伴热系统；17、气体流量控制器；18、流量关断阀；19、节流阀；20、压力关断阀；21、气体压力控制器；22、流量压力表；23、采油树；24、油出口四通；25、闸阀；26、减压阀；27、压力表；28、增压泵上支架；29、六角头螺栓；30、螺母；31、垫圈；32、挡板；33、开口销；34、非固定隔断圈；35、关节轴承；36、销轴；37、缸盖支耳；38、连接支耳；39、锁紧螺母；40、填料板；41、内六角螺栓；42、等长双头螺栓；43、内部填料；44、增压泵缸体；45、输气管道管体；46、压缩弹簧；47、活塞杆；48、增压泵空腔；49、活塞；50、活塞O型圈；51、活塞锁紧螺栓；52、活塞锁紧螺母；53、下缸体O型圈；54、增压泵下支架；55、缸体下关节连接；56、下缸盖；57、弹性垫圈；58、活塞涨环；59、活塞密封环；60、管道固定卡环；61、气阀；62、衬套；63、上缸体O型圈；64、上缸盖；65、填料压套；66、双头螺栓；67、关节连接螺栓；68、输气管；69、缸头；70、电源；71、电伴热控制柜；72、伴热线；73、输气管道；74、气出口四通。
具体实施方式
实施例1：
现在广泛使用的采油井口增压装置主要存在以下几个问题：1.现有采油井口地理环境复杂，分布区域较广，温度波动大，高温或极寒条件下增压设备难以正常工作。2.增压泵设计容积过小，但井口伴生气过多时，无法及时压缩伴生气增压，容易造成气锁现象。3.采油井口伴生气产量会有所波动，伴生气流量突然升高或降低，影响增压泵的正常使用。4.现有增压泵因为缺少充分润滑或保养，导致装置使用寿命较低，一般只能工作半年就需对增压装置进行更换或维修。为了克服上述问题，本实用新型提供如图1-11所示的一种采油井口伴生气连动式活塞增压回收装置，本实用新型用于回收采油井场产生的套管气，并且泵入输油管线进行油气混输，本实用新型采用压力控制系统、流量控制系统、电伴热系统来分别调整井场伴生气的压力、流量和温度，并通过设计润滑系统和改进伴生气增压泵结构来增加泵的使用寿命。
一种采油井口伴生气连动式活塞增压回收装置，包括抽油机1、连接座2、套管气增压泵3、过滤器4、进气管线5、采油井口6、出气管线7、采油树23、放空系统、火炬燃烧系统、气出口四通24、压力控制系统、流量控制系统和润滑系统；所述的抽油机1与套管气增压泵3通过连接座2连接，套管气增压泵3与过滤器4连接，过滤器4与位于采油井口6内的采油树23连接，出气管线7与套管气增压泵3出气口连接；所述的采油树23气出口分别与压力控制系统、放空系统和火炬燃烧系统连接，所述的压力控制系统与过滤器4之间设置有流量控制系统；所述的采油树23油出口通过油出口四通74分别连接有闸阀25、油气混输和压缩气体进入输油管道；所述的过滤器4与套管气增压泵3之间设置有电伴热系统16、水冷式冷却器15和球阀14；所述的套管气增压泵3上设有四条进气管线，每条管线上上均设有单向阀12；所述的套管气增压泵3上设置有增压泵润滑系统；所述的套管气增压泵3连接有加压气缓冲罐10；所述的加压气缓冲罐10油出口经水冷式冷却器15通过输油管道进入油出口四通74，该输油管线上设置有压力表27。
如图1所示，套管气增压泵3上支架通过连接座2安装在抽油机1的游梁上，套管气增压泵3下支架安装在固定座上。伴生气活塞式增压泵借助抽油机的动力，对套管气进行抽吸、压缩，从而达到对套管气进行增压的目的。
如图2所示，本实用新型中伴生气由采油井套管中开采出后，经过气出口四通24输往放空系统、火炬燃烧系统或增压回收系统，经过流量压力表22计量后的伴生气依次进入压力控制系统和流量控制系统。若伴生气符合增压回收条件则会输往气体过滤器4中，经过过滤器过滤后的洁净伴生气将输往温度控制系统进行调温。经过调温的伴生气由套管气增压泵3四个进气管道进入泵中进行增压，后进入加压气缓冲罐10缓冲，增压后的伴生气再次流经温度控制系统进行降温作业，确保伴生气温度不超过指定温度范围，压力计量后通入输油管线进行混输。如无需加压或增压泵正在检修，则伴生气直接通入旁接管路，经过减压阀26后输入输油管线进行外输。润滑系统对伴生气增压泵和抽油机进行自动润滑，延长增压泵和抽油机的使用寿命。
实施例2：
基于实施例1的基础上，本实施例中所述的电伴热系统16至少包括电源70、电伴热控制柜71、伴热线72和输气管道73，所述的电伴热控制柜71与输气管道73通过伴热线72连接，所述的电源70与电伴热控制柜71电连接。
如图2所示，温度控制系统主要由水冷式冷却器15和电伴热系统16组成。通过改变水冷式冷却器15或电伴热系统16的功率来对输气管线中的伴生气进行降温或加热，使温度保持在增压泵正常工作温度范围内。
所述的压力控制系统至少包括流量压力表22、压力关断阀20、气体压力控制器21和减压阀26，所述的压力关断阀20设置在气体压力控制器21上，所述的减压阀26设置在压力关断阀20的进口与输油管道之间；所述的流量控制系统至少包括气体流量控制器17、流量关断阀18、和节流阀19，所述的节流阀19和气体流量控制器17分别与气体压力控制器21的出口连接，所述的气体流量控制器17上设有流量关断阀18。
如图3所示，压力控制系统至少由流量压力表22、压力关断阀20、气体压力控制器21和减压阀26组成。正常工作时伴生气计量后由进气管线进入压力关断阀20，气体压力控制器21依据流量压力表22测量数据对压力关断阀20进行控制，若伴生气进气压力大于油气混输最小指定压力或者伴生气增压后的压力大于油气混输最大指定压力，则控制压力关断阀20关断，打开旁接管路的球阀，让伴生气进入减压阀26进行减压后输入油管进行混输。
如图3所示，流量控制系统至少包括气体流量控制器17、流量关断阀18、节流阀19。伴生气由压力控制系统出来后进入流量控制系统，气体流量控制器17依据流量计22测得数据对流量关断阀进行控制，若伴生气流量大于增压泵指定工作流量，则控制流量关断阀19关断，伴生气经过并联的节流阀19节流后流向增压泵。
所述的润滑系统至少包括润滑油泵8、润滑油储存罐9、润滑油管线11和润滑油油池13；所述的润滑油泵8与润滑油存储罐9连接，润滑油存储罐9通过润滑油管线11分别与润滑油油池13和套管气增压泵3连接，润滑油油池13设置在套管气增压泵3下方。
如图2所示，润滑系统主要由润滑油泵8、润滑油储存罐9、润滑油管线11和润滑油油池14组成。润滑油泵8将润滑油存储罐9中的润滑油泵入伴生气增压泵3中进行润滑，在伴生气增压泵3下方有一个润滑油油池14，专门用来接收增压泵下方润滑油出口流出的润滑油，并通过润滑油管线11将经过沉淀和过滤的润滑油重新输入润滑油储存罐9中，以备下次重新使用。
所述的套管气增压泵3至少由井口增压泵上下关节连接结构、缸盖与缸头的连接固定结构、增压泵的密封结构和增压泵输气管结构组成。
所述的井口增压泵上下关节连接结构至少包括增压泵上支架28、六角头螺栓29、螺母30、垫圈31、挡板32、开口销33、非固定隔断圈34、关节轴承35、销轴36、缸盖支耳37、连接支耳38和锁紧螺母39；所述的增压泵上支架28与增压泵通过缸盖支耳37连接，缸盖支耳37与连接支耳38通过开口销33冷装连接，并且缸盖支耳37和连接支耳38内部有空余腔体；腔体最外层是开口销33，腔体中间为可转动关节轴承35，最内层为销轴36，各支耳中间安装非固定隔断圈34避免支耳直接接触；开口销33两端外侧设置有挡板32，挡板32由穿越销轴36的六角头螺栓29、螺母30连接，螺栓螺母之间设有垫圈。
所述的缸盖与缸头的连接固定结构至少包括填料板40、内六角螺栓41、等长双头螺栓42、内部填料43、增压泵缸体44、衬套62、上缸体O型圈63、上缸盖64、填料压套65、双头螺栓66和缸头69；所述的填料压套65设置在填料板40与上缸盖64之间，填料板40与上缸盖64通过双头螺栓66进行紧固连接；上缸盖64与增压泵缸体44通过等长双头螺栓42进行连接，上缸盖64与上缸头69通过内六角螺栓41连接；在缸头69与增压泵缸体44之间有三道环形槽，中间的环形槽设有上缸体O型圈63；缸体69与活塞杆47之间装有内部填料43，内部填料43下方装有衬套62。
所述的增压泵的密封结构至少包括增压泵缸体44、活塞杆47、活塞49、活塞O型圈50、活塞锁紧螺母52、弹性垫圈57、活塞胀环58和活塞密封环59；所述的活塞49的外周有5道环形槽，环形槽里面套接有活塞密封环59和活塞涨环58，其中活塞密封环59在外层，活塞涨环58在内层；活塞杆47与活塞49之间通过底部的活塞锁紧螺母52连接，并且中间设置弹性垫圈57；在活塞49内部的活塞杆47有3道环形槽，3道环形槽里面均装有活塞O型密封圈50。
所述的增压泵输气管结构至少包括增压泵缸体44、输气管道管体45、压缩弹簧46、活塞杆47、管道固定卡环60和气阀61；所述的输气管道管体45位于增压泵缸体44上，所述的管道固定卡环60焊接于输气管道管体45内部；管道固定卡环60通过气阀61与压缩弹簧46连接，压缩弹簧46位于输气管道管体45内部；所述的活塞杆47位于增压泵缸体44中心内。
如图4所示，套管气增压泵3主要由伴生气井口增压泵上下关节连接结构、缸盖与缸头的连接固定结构、增压泵的密封结构和增压泵输气管结构组成。
如图5所示，井口增压泵上下关节连接结构包含：增压泵上支架28、六角头螺栓29、螺母30、垫圈31、挡板32、开口销33、非固定隔断圈34、关节轴承35、销轴36、缸盖支耳37、连接支耳38和锁紧螺母39。增压泵上支架28与增压泵通过缸盖支耳37连接，缸盖支耳37与连接支耳38通过开口销33冷装连接，并且缸盖支耳37和连接支耳38内部有空余腔体；腔体最外层是开口销33，腔体中间为可转动关节轴承35，最内层为销轴36，各支耳中间安装非固定隔断圈34避免支耳直接接触，减小滑动摩擦；开口销33两端外侧设置有挡板32用以防尘，挡板32由穿越销轴36的六角头螺栓29、螺母30连接，螺栓螺母之间有垫圈。
如图6所示，缸盖与缸头的连接固定结构包含：填料板40、内六角螺栓41、等长双头螺栓42、内部填料43、增压泵缸体44、衬套62、上缸体O型圈63、上缸盖64、填料压套65、双头螺栓66和缸头69。在填料板40与上缸盖64之间放置填料压套65，二者利用双头螺栓66进行紧固连接；上缸盖64与增压泵缸体44通过等长双头螺栓42进行连接，上缸盖64与上缸头69通过内六角螺栓41连接；在缸头69与增压泵缸体44之间有三道环形槽，中间布置上缸体O型圈63来增加结构密封性；缸体69与活塞杆47之间装有内部填料43，用于减小活塞杆与缸体的摩擦力，同时增加密封性能，内部填料43下方装有衬套62，起到密封的作用。
如图7所示，增压泵的密封结构包含：增压泵缸体44、活塞杆47、活塞49、活塞O型圈50、活塞锁紧螺母52、弹性垫圈57、活塞胀环58和活塞密封环59。活塞49的外周有5道环形槽，里面套接有活塞密封环59和活塞涨环58，其中活塞密封环59在外层，活塞涨环58在内层，通过5个环形槽的活塞涨环和活塞密封环实现活塞在缸体上下运行的密封；活塞杆47与活塞49之间通过底部的活塞锁紧螺母52连接，并且中间设置弹性垫圈57，起到防松的作用；在活塞49内部的活塞杆47有3道环形槽，里面装有活塞O型密封圈50，增加活塞与活塞杆之间的密封性能。
如图9所示，增压泵输气管结构包含：增压泵缸体44、输气管道管体45、压缩弹簧46、活塞杆47、管道固定卡环60和气阀61。管道固定卡环60焊接于输气管道管体45内部，为固定结构；进气时活塞泵外部的气压较大，向内侧推挤压缩弹簧46，进气阀61打开，气体进入泵内；排气时活塞泵内部气压较大，向外侧推挤压缩弹簧46，出气阀61打开，气体向外排出。
一种采油井口伴生气连动式活塞增压回收方法，具体步骤为：
伴生气由采油井套管中开采出后，经过气出口四通24输往放空系统、火炬燃烧系统或增压回收系统，经过压力和流量计量后的伴生气依次进入压力控制系统和流量控制系统；若伴生气符合增压回收条件则会由气体过滤器4过滤后输往由电伴热系统16和水冷式冷却器15组成的温度控制系统进行调温；经过调温的伴生气由套管气增压泵3四个进气管道进入泵中进行增压，后进入加压气缓冲罐10缓冲，增压后的伴生气再次流经温度控制系统进行控温作业，确保伴生气温度不超过指定温度范围，压力计量后通入输油管线进行混输；如无需加压或增压泵正在检修，则伴生气直接通入旁接管路，经过减压阀26后输入输油管线进行外输；润滑系统对伴生气增压泵和抽油机进行自动润滑。
如图1和2所示，套管气增压泵3上支架通过连接座2安装在抽油机1的游梁上，套管气增压泵3下支架安装在固定座上。伴生气活塞式增压泵借助抽油机的动力，对套管气进行抽吸、压缩，从而达到对套管气进行增压的目的。伴生气由采油井套管中开采出后，经过气出口四通24输往放空系统、火炬燃烧系统或增压回收系统，经过流量压力表22计量后的伴生气依次进入压力控制系统和流量控制系统。若伴生气符合增压回收条件则会输往气体过滤器4中，经过过滤器过滤后的洁净伴生气将输往温度控制系统进行调温。经过调温的伴生气由套管气增压泵3四个进气管道进入泵中进行增压，后进入加压气缓冲罐10缓冲，增压后的伴生气再次流经温度控制系统进行降温作业，确保伴生气温度不超过指定温度范围，压力计量后通入输油管线进行混输。如无需加压或增压泵正在检修，则伴生气直接通入旁接管路，经过减压阀26后输入输油管线进行外输。润滑系统对伴生气增压泵和抽油机进行自动润滑，延长增压泵和抽油机的使用寿命。
如图2所示，增压泵进气管线5、出气管线7、旁接管线、增压管线、增压后管线和外输管线均为输气管线。增压泵正常工作时，伴生气由进气管线5进入压力控制系统和流量控制系统，处理后经过温度控制系统调温进入增压管线，伴生气经过增压管线输送至增压泵，进行二次增压后输送至增压后管线，经温度控制系统调温后压如输油管线进行外输；如增压泵无法正常工作或伴生气压力过大无需增压，伴生气可由进气管线5输入旁接管线，然后直接压入输油管线进行外输；如增压装置和旁接管线都出现故障，伴生气可由进气管线5输入放空系统进行放空或输入火炬燃烧系统进行燃烧排放作业，确保整个装置安全。放空系统和火炬燃烧系统均为现有技术。
以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。本实施例中没有详细描述的结构部件及其系统方法均为现有技术，本实用新型中将不再进行进一步的说明。
