CN100410535C - 可捞式直线电机往复泵 - Google Patents

Abstract

一种用于石油井下的可捞式直线电机往复泵，它由电缆、往复泵、锚定密封装置、直线电机、油管等组成，直线电机是圆筒型永磁同步直线电机。电机由定子和动子组成，定子为线圈，动子是永久磁铁。直线电机的动子通过动子连杆与往复泵柱塞连接。往复泵的位置在直线电机的上部。锚定密封装置起到固定和密封作用。通过释放筒将抽油泵和直线电机内芯一起座在锚定密封装置的密封筒上，还可以通过打捞筒起出，但是电缆可以不起出。彻底解决了直线电机驱动的往复泵起下泵时，必须起下电缆的难题。打破了直线电机驱动的往复泵传统结构，并获得了意想不到的技术突破。

Description

可捞式直线电机往复泵

技术领域

本发明涉及一种应用于石油开采的井下往复泵，特别涉及一种井下直线电机驱动的往复泵。属于机械采油领域，适合于机械采油井，尤其适合于斜井、定向井、水平井及偏磨井采油用。

背景技术

目前，已有将直线电机应用在石油井下，直接驱动往复泵工作的报道和专利申请。如“电潜式永磁直线往复泵”专利公开号CN 1563715A；“一种直线电机驱动的柱塞式抽油泵”专利公开号CN 1587708A；“圆筒形稀土永磁直线电机驱动的节能潜油电泵采油装置”就是其中几例。直线电机应用在石油井下驱动往复泵采油，是一项节约能源，减少抽油机占地面积，节约采油成本的好方法。吸引了许多工程技术人员进行研究。但在现场应用直线电机驱动往复泵采油确没有见到。这是由于目前直线电机驱动的往复泵采油方案，还存在实际问题没有得到解决。如在上述的这些专利中存在一个共同的结构缺点。目前，直线电机驱动的采油往复泵，结构是直线电机动子、定子和往复泵安装在油井套管内的油管上，缺点就是：直线电机的动子和定子的安装位置在往复泵的上部。检修往复泵和直线电机时，直线电机的供电电缆必须同往复泵、直线电机一同从油井套管中起出。从事修井的操作人员和技术人员都知道，受井倾斜角和方位角变化的影响，电缆在下井或起出过程中，容易与套管、油管发生挤压，极容易导致电缆破损。如果是起出电缆时受损，在下泵时换一根新电缆；如果是在下电缆、安装泵时电缆受损，必须将安装好的直线电机驱动的采油往复泵，连同电缆起出，更换新电缆。一根数千米的井下电缆，价值十多万元。改变直线电机驱动的采油往复泵结构，克服井下电缆受损问题，是实施本技术的关键，也是长期以来技术人员想解决的难题。

发明内容

本发明的目的是提供了一种可捞式直线电机往复泵，改变原有直线电机驱动的采油往复泵结构，将抽油泵或双作用抽油泵的柱塞位置连接在直线电机动子之上。当供电电缆给直线电机的定子线圈供电，产生气隙磁场，直线电机动子与气隙磁场相互作用产生电磁推力，沿行波磁场方向作直线运动，电流方向改变，力的方向而相应改变，实现带动往复泵往复运动；电缆位置在套管与油管之间的环形空间内，检修往复泵时只需从油管内取出往复泵和电机动子，不需要取出直线电机定子，因此套管与油管之间的电缆也不需要从井中取出。克服现有的井下直线电机驱动的往复泵在检修时，供电电缆必须起出，电缆容易挤压损伤的不足。

本发明的任务是通过下述方案实现的。

可捞式直线电机往复泵主要由以下几部分组成：电缆、油管、扶正器、锚定装置、打捞头、往复泵、锚定密封装置、直线电机组成。直线电机采用永磁材料制作大推力慢速度圆筒型永磁同步直线电机，它由定子和动子组成，定子的主要部件是线圈，动子的主要部件是永久磁铁。特征是：直线电机的动子通过动子连杆与往复泵柱塞连接。往复泵的位置在直线电机的上部。锚定密封装置的位置在往复泵与直线电机之间。锚定密封装置有两个作用，一是将直线电机定子固定于连接在油管的外密封上，另一是阻止油抽油泵抽汲到泵上油管内的液体向下泄漏。

所述往复泵的特征是：在筒状泵体内有固定凡尔和游动凡尔，固定凡尔在游动凡尔上部。固定凡尔内有固定凡尔球。筒状泵体内有柱塞，柱塞与泵体滑动配合，柱塞内有游动凡尔球。柱塞下部连接动子连杆。将直线电机动子与往复泵柱塞连接在一起，直线电机动子上下运动，带动柱塞上下运动。动子连杆中心有孔，提升的井液可以通过动子连杆中心孔进入往复泵。泵筒的底部有呼吸孔，柱塞上下活动时，柱塞下部空间的井液可以进出。往复泵的柱塞、游动凡尔球和固定凡尔球的其它具体结构，不详细叙述，本技术领域的技术人员能参照上述特征完成设计。

上述直线电机所采用的是钕铁硼永磁材料制作大推力慢速度圆筒型永磁同步直线电机。直线电机由定子和动子两大部分组成：定子由管状电机外壳、定子磁铁芯、定子线圈、内衬管组成。动子由钕铁硼永磁材料制成，直线电机的特征是：动子中心有孔井液可以通过动子孔进入连杆中心孔，再进入往复泵。

在往复泵与直线电机动子之间的动子连接杆外壁上有支撑环和弹簧爪，与密封筒配合固定内心装置。动子连接杆外壁上还有密封圈。

为了将直线电机动子、动子连杆和往复泵所组成的可捞式直线电机往复泵内心装置，固定在外壳上，外壳的结构是：外连接管下有支撑环，支撑环下部连接外密封环、密封筒、直线电机外壳，外壳内有定子。

为了在井下安装内心装置或从井下起出内心装置，在内心装置顶部固定有打捞头。打捞头的形状是带有环形槽的圆锥体。

可捞式直线电机往复泵外壳悬挂在油管下端。检泵作业安装时，用钢丝绳或抽油杆通过释放筒连接打捞头，将往复泵和直线电机内芯一起下到预定位置，并座在锚定密封装置的密封筒上，这样抽油泵就通过锚定密封装置固定在油管上，并将抽油泵排入到油管内的液体与抽油泵下面的液体密封隔离开来。检泵作业起泵时，用钢丝绳或抽油杆通过打捞筒连接打捞头，将往复泵和直线电机内芯一起从井中起出。直线电机的定子留在井下，当然，电缆不用从井下起出。

本装置与现有技术相比具有明显的有益效果，如下：

①、检泵作业不需要从井下起出直线电机定子，也不需要起出电缆和油管，减少了井下作业工作量和作业费用，避免了起下电缆对电缆造成的损伤，降低了作业和维护成本。

②、抽油泵采用杆式泵结构，锚定、密封可靠，起下方便。

③、该装置不仅适合在直井，而且适合在定向井、斜直井、水平井和方位角变化大的油井中使用。

④、彻底解决了困扰直线电机驱动的往复泵在采油中应用，最难解决的起下泵时，必须起下电缆的难题。为直线电机往复泵在采油中推广应用攻克了一道技术难关。

⑤、本发明打破了直线电机驱动的往复泵传统结构。长期以来，动力源直线电机的位置只能在往复泵上端。本发明将动力源直线电机的位置改变到往复泵下端，并获得了意想不到的技术突破。

附图说明

附图1是可捞式直线电机往复泵整体结构剖面示意图。

附图2是可捞式直线电机往复泵结构示意图。是将内心装置与外壳组装到一起的整体结构图。

附图3是释放筒结构示意图。

附图4是打捞筒结构示意图。

附图5是直线电机动子、动子连杆和往复泵所组成的可捞式直线电机往复泵内心装置结构示意图。

附图6是可捞式直线电机往复泵外壳结构示意图。

1.套管，2.电缆，3.油管，4.扶正器，5.锚定装置，6.打捞头，7.抽油泵，8.锚定密封装置，9.直线电机，10.固定凡尔球，11.泵体，12.柱塞，13.游动凡尔球，14.泵筒，15.外连接管，16.支撑环，17.弹簧爪，18.内密封环，19.外密封环，20.密封圈，21.支撑套，22.小泵筒，23.密封筒，24.直线电机外壳，25.动子连杆，26.动子，27.定子。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进一步说明。

实施例：参阅图1。套管1外径139.7毫米或177.8毫米，是油井中的必备的。油管3外径88.9毫米、内径75.9毫米或外径73毫米、内径62毫米，长度1120米。油管3下端连接本发明可捞式直线电机往复泵。电缆2通过套管1和油管3之间的环形空间与直线电机定子27绕组相连，驱动电机动子26上下运动。本发明可捞式直线电机往复泵从外形上，主要分3大部分：往复泵7、锚定密封装置8和直线电机9部分。锚定密封装置8在往复泵7和直线电机9的中间，起到锚定和密封作用。往复泵7的柱塞和直线电机9的之间由空心动子连杆25连接。与往复泵连接本发明与其它相关技术比较，特点是往复泵7在直线电机9的上部。由于往复泵7和直线电机9的位置的倒置，各部件机构也发生了相应变化。

参阅图5：往复泵：在筒状泵体11内有固定凡尔球10和游动凡尔球13，固定凡尔在游动凡尔上部。筒状泵体11内有柱塞12，柱塞12的外径小于泵体内径。柱塞12与泵体11滑动配合，柱塞12的行程长度为1000毫米～6000毫米。柱塞12内有游动凡尔球13。柱塞12下部连接动子连杆25。动子连杆25中心有内径为20毫米～60毫米的通孔。泵筒11的底部有3～6个呼吸孔，每个呼吸孔的直径是20毫米～40毫米。

参阅图2：直线电机：定子27由管状电机外壳、定子磁铁芯、定子线圈、内衬管组成。定子27外径116毫米，内径70毫米，长度3000毫米～9000毫米。动子由钕铁硼永磁材料制成。直线电机的动子26外径69毫米，长度3000毫米～6000毫米。

参阅图5：往复泵与直线电机动子27之间的动子连接杆25外壁上均布有4个压片式弹簧爪17，有内密封环18、密封圈20、支撑套21。与密封筒23配合固定内心装置。

参阅图6：外壳的结构是：外连接管15内径100毫米，外连接管15下连接支撑环16，下部连接外密封环19、密封筒23、直线电机外壳24，直线电机外壳24内有定子27。直线电机外壳24内径30毫米～60毫米，长度3000毫米～6000毫米。

参阅图5：在内心装置顶部固定有打捞头6。打捞头6的形状是带有环形槽的圆锥体，直径45毫米，高度100毫米。打捞头6的环形槽有两个，宽度8毫米。

参阅图3：是一个能与打捞头6连接并能脱开的连接体释放筒，通过释放筒将内心装置安装在外壳内。

参阅图4：是一个能与打捞头6连接并能脱开的连接体打捞筒，通过打捞筒将内心装置从外壳内取出。

对于往复泵7，其工作原理与普通往复泵的原理基本相同。

当直线电机9中定子27线圈中通有适当的电流时，电机定子27形成一行波磁场，该磁场与固定在动子27上的永久磁铁相互作用，驱动电机动子26往复运动；直线电机的动子26由一根中心管外表面套永久磁铁及固定环组成。永久磁铁采用性能特别优异的永磁材料，固定环采用阻磁性能良好的黄铜或不导磁的不锈钢，中心管采用导磁性能优良的高碳钢管，这种结构可以大大提高直线电机磁路中磁场强度，从而提高单位电流产生的电磁力。

锚定密封装置8作用是：当直线电机9带动往复泵7工作时，套管1与油管3之间的液体被举升到油管3内，油管3内的压力大于套管1与油管3之间的压力，在锚定密封装置8内、外形成压差，推动锚定密封装置8的活塞向外运动，使锚定密封装置8的锚牙紧贴套管1内壁，油管3在锚定密封装置8的锚牙锚定力作用下不能上、下运动。假如电缆出现故障或其它原因需要起出油管3时，先拉出往复泵7和直线电机动子26，由于这时油、套环空连通，油、套环空与油管3内压力平衡，锚定装置8的锚牙在油管3的上提时收回，管柱就可以顺利起出。锚定密封装置8采用现有技术在这里不详细叙述。

安装和打捞往复泵7与直线电机动子26的过程是这样的：打捞：参阅如图4。当井下出现故障或需要起出往复泵7、直线电机动子26等井下部件时，通过钢丝绳或抽油杆连接打捞筒，从油管3内下入，捞住打捞头6，将抽油泵7、直线电机动子26起出到地面进行维修。参阅图3。维修好后，再用钢丝绳或抽油杆连接释放筒将往复泵7和直线电机动子26下放到预定位置。参阅如图5。此时，连接在油管3上外密封环19将支撑与连接在装置内芯上的内密封环18，与密封圈20一起形成双重密封。

Claims (4)

1. 一种可捞式直线电机往复泵，由电缆(2)、油管(3)、锚定密封装置(8)、打捞头(6)、往复泵(7)、直线电机(9)组成，直线电机(9)由定子(27)和动子(26)组成，定子(27)的主要部件是线圈，动子(26)的主要部件是永久磁铁，其特征在于：直线电机的动子(26)通过动子连杆(25)与往复泵柱塞(12)连接，往复泵(7)的位置在直线电机(9)的上部，锚定密封装置(8)的位置在往复泵(7)与直线电机(9)之间，往复泵(7)的结构是：在筒状泵体(11)内有固定凡尔和游动凡尔，固定凡尔在游动凡尔上部，固定凡尔内有固定凡尔球(10)，筒状泵体(11)内有柱塞(12)，柱塞(12)与泵体(11)滑动配合，柱塞(12)内有游动凡尔球(13)，柱塞(12)下部连接动子连杆(25)，动子连杆(25)中心有孔，提升的井液能通过动子连杆中心孔进入往复泵；直线电机定子(27)由管状电机外壳(24)、定子磁铁芯、定子线圈、内衬管组成，直线电机动子(26)中心有孔，井液能通过动子孔进入连杆中心孔，再进入往复泵。

2. 如权利要求1所述的一种可捞式直线电机往复泵，其特征在于：往复泵(7)与直线电机动子(26)之间的动子连杆(25)外壁上有支撑环(16)和弹簧爪(17)，与密封筒(23)配合固定内心装置，动子连杆(25)外壁上还有密封圈(20)。

3. 如权利要求1所述的一种可捞式直线电机往复泵，其特征在于：外壳的结构是：外连接管(15)下有支撑环(16)，支撑环(16)下部连接外密封环(19)、密封筒(23)、直线电机外壳(24)，外壳(24)内有定子(27)。

4. 如权利要求1所述的一种可捞式直线电机往复泵，其特征在于：在内心装置顶部固定有打捞头(6)，打捞头(6)的形状是带有环形槽的圆锥体。

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