CN101016834B - 直线驱动式螺杆泵采油系统 - Google Patents

Abstract

直线驱动式螺杆泵采油系统，涉及油田开采技术领域，特别是采油装置的技术。包括抽油机、抽油杆、动力转换机构和螺杆泵；动力转换机构的一端与抽油杆连接，另一端与螺杆泵连接。当抽油机带动抽油杆做上下往复直线运动时，通过动力转换机构，将抽油杆的往复直线运动变换为旋转运动，从而驱动螺杆泵转子转动而举升原油。本发明除了适应于高含砂量、高油气比和高粘度的原油开采外，还具有有杆柱塞泵采油的适应性强、寿命长，可用于深井采油的特点。

Description

直线驱动式螺杆泵采油系统

技术领域

本发明涉及油田开采技术领域，特别是采油装置的技术。 

背景技术

目前我国大多数油田已经相继进入了开发的中后期，油田基本上丧失了自喷能力，开采方法已从自喷法转为机采法。有杆抽油机械是目前我国主要的抽油设备，到2003年止，我国机械采油井数已达到总油井数的90％，约80％的机械采油井采用有杆柱塞泵采油方式，产出量占总产量的75％以上。其中运用最广泛的当属游梁式抽油机，此外还包括无游梁式抽油机、摩擦提升式抽油机和直线电机驱动式抽油机等。随着我国各大油田开发的不断发展，油田开发的难度不断增加，许多油田相继出现了高含砂量、高油气比的稠油。倘若继续使用有杆柱塞泵采油，则会出现泵效低、甚至无法开采，严重影响了生产效率。对于这些情况，采用螺杆泵采油是比较理想的机采方式。螺杆泵是一种新型的内啮合回转式容积泵，具有效率高、自吸能力强、适应范围广等优点，它以其优越的性能在油田生产中的作用越来越显著。目前，螺杆泵采油作为一种重要的油田举升方法，其应用数量与水平正呈明显的上升趋势，在今后的石油开采中，以螺杆泵作为举升工具的采油井数量还会继续增加。螺杆泵不仅比有杆柱塞泵采油效率高，而且还非常适用于高粘度、高含砂量、高油气比的原油开采。许多油田使用螺杆泵开采上述的稠油，均取得了较好的效果。目前使用的螺杆泵采油系统主要应用以下三种驱动方式： 

一、地面驱动螺杆泵：它是井下采油螺杆泵中最简单的结构形式，也是国内外井下采油螺杆泵采用的主要结构形式。其主要特点是螺杆泵在井下，提供动力的装置在井上，二者之间用抽油杆连接起来。由于是利用抽油杆传递螺杆泵所需的扭矩，因此在大排量情况下很难实现深井采油。 

二、电动潜油螺杆泵：包括螺杆泵和潜油电机在内的主要机组都在井下。工作时，电缆将电力从地面传给潜油电机，而油液则通过油管被举升到井口。它最大的特点是不需要抽油杆传递动力，特别适合于深井、斜井和水平井采油作业。 

三、液动螺杆泵：它主要由供液泵、旁通阀、液马达及螺杆泵等部分组成。工作时，供液泵将高压动力液供给液马达，液马达旋转带动螺杆泵工作，从而将与动力液混合的井底原油通过油管、套管的环形空间举升到井口。目前这种装置已投入现场应用，但数量很少。 

由此可知，无论采用哪种现有驱动方式的螺杆泵开采原油，都与目前使用的抽油机的动力驱动方式不匹配，将意味着原有的数万台抽油机、抽油杆等有杆柱塞泵的功率驱动装置全部报废，将会造成极大的资源浪费。 

发明内容

本发明目的在于提供一种能克服采用螺杆泵来抽取高含砂油和稠油所带来的原有抽油机、抽油杆等抽油设备报废的问题，提高原有设备利用率的直线驱动式螺杆泵采油系统。 

本发明包括抽油机、抽油杆、动力转换机构和螺杆泵；动力转换机构的一端与抽油杆连接，另一端与螺杆泵连接。 

当抽油机带动抽油杆做上下往复直线运动时，通过动力转换机构，将抽油杆的往复直线运动变换为旋转运动，从而驱动螺杆泵转子转动而举升原油。本发明除了适应于高含砂量、高油气比和高粘度的原油开采外，还具有有杆柱塞泵采油的适应性强、寿命长，可用于深井采油的特点。 

由于我国许多油田还在大量使用着上述类型的抽油机，通过本发明，既可以使用螺杆泵采油，提高了生产效率，又可以继续利用原来“三抽”设备采油系统的抽油机和抽油杆作为螺杆泵的动力驱动装置，不至于造成巨大的资源浪费，降低了改造费用，节约了成本。本发明结合了原“三抽”设备采油的结构简单、工作可靠和螺杆泵采油的适用范围广、泵效高的特点，非常适合原“三抽”采油设备的改造及新建油井的使用。

本发明所指的抽油机可以是游梁式抽油机，也可以是无游梁式抽油机、摩擦提升式抽油机和直线电机驱动式抽油机等，适用范围较广

本发明所述动力转换机构和螺杆泵可以包括转子、定子，转子下方设置泵底座，泵底座上设置进油阀(一)、出油阀(二)，还包括从下往上布置的万向联轴器、第一连接轴(一)、第二连接轴(二)、直旋丝杠副、花键副，万向联轴器与转子的上端连接，万向联轴器的外围设置泵基座，泵基座上设置进油阀(二)和出油阀(一)，直旋丝杠副包括直旋丝杠轴、丝杠套、直旋回珠块、滚珠，直旋丝杠轴的外壁设置螺旋槽，直旋丝杠轴的外部套接直旋套，直旋套的两端设置直旋回珠块，直旋套与直旋丝杠轴上的对应螺旋槽之间设置滚珠；花键副包括花键轴、花键套、回珠块、花键滚珠，花键轴的外壁设置直槽，花键轴的外围套接花键套，花键套的两端设置回珠块，花键套与花键轴上的对应直槽之间设置花键滚珠；直旋丝杠轴与花键轴之间通过连接套和销轴连接。 

 当抽油机带动抽油杆做上下往复直线运动时，通过直旋丝杠副，将往复直线驱动力转换为往复旋转驱动力矩，以驱动螺杆泵转子往复转动。使用花键副的目的是为抽油杆导向，并平衡螺杆泵旋转工作时产生的反力矩。通过使用这种直线驱动式往复旋转螺杆泵，可以利用油田中原有的抽油机和抽油杆作为螺杆泵的动力驱动装置来驱动螺杆泵工作，使原有的抽油机及抽油杆得到了重新利用，降低了改造成本，节约了资源，同时这种螺杆泵也适合在新建油井中使用。在泵体的底座及泵基座分别设置了进、出油阀，保证了螺杆泵在正、反方向运转时都能从出油阀排出油液。当抽油机带动抽油杆向上做直线运动时，油液从进油阀(一)流入、出油阀(一)流出；当抽油机带动抽油杆向下做直线运动时，油液从进油阀(二)流入、出油阀(二)流出。使用这种利用抽油机和抽油杆驱动的螺杆泵采油，除了具有螺杆泵适应于高含砂量、高油气比和高粘度的原油开采以及适用范围广、泵效高的特点外， 还具有有杆柱塞泵采油的适应性强、寿命长、结构简单、工作可靠，可用于深井采油的特点。 

本发明所述动力转换机构和螺杆泵也可以包括定子、转子，定子设置在转子的外围，还包括从下往上布置的万向联轴器、传动轴、直旋丝杠副、花键副，万向联轴器的下端与转子的上端连接；传动轴的外围设置三个沿传动轴长度方向布置的锥齿轮，三个锥齿轮相互之间外啮合，位于外侧的两个锥齿轮与传动轴之间分别设置单向离合器，所述两个单向离合器的安装方向相同；直旋丝杠副包括直旋丝杠轴、丝杠套、直旋回珠块、滚珠，直旋丝杠轴的外壁设置螺旋槽，直旋丝杠轴的外围套接直旋套，直旋套的两端设置直旋回珠块，直旋套与直旋丝杠轴上的对应螺旋槽之间设置滚珠；花键副包括花键轴、花键套、回珠块、花键滚珠，花键轴的外壁设置直槽，花键轴的外围套接花键套，花键套的两端设置回珠块，花键套与花键轴上的对应直槽之间设置花键滚珠。 

抽油机带动抽油杆做上下往复直线运动，通过连接套使得花键轴、直旋丝杠轴作往复直线运动，再通过直旋丝杠副，将丝杠轴的往复直线驱动力变换为直旋套的往复旋转驱动力矩，通过传动套，使锥齿轮作往复旋转运动，同时利用两个单向离合器，将往复旋转运动变换为单方向的旋转运动，用以驱动螺杆泵转子转动。使用花键副的目的是为抽油杆导向，并平衡螺杆泵旋转工作时产生的反力矩。通过使用这种新型的直旋螺杆泵，可以利用原有的抽油机作为动力装置来驱动螺杆泵工作，使原有的抽油机及抽油杆得到了重新利用，降低了改造成本，节约了资源；三个锥齿轮用轴承支承在外套上，锥齿轮相互之间外啮合，通过中间的锥齿轮改变外侧锥齿轮的转动方向，使得外侧两个锥齿轮的转动方向始终相反，当抽油机工作的时候无论传动轴是正方向转动还是反方向转动，都能够满足螺杆泵转子的工作需要，提高了生产效率。本实用新型实现了结构简单、适用范围广、工作可靠、生产效率高的目的。 

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图。 

图2为动力转换机构和螺杆泵第一实施例的上半部的结构示意图。 

图3是动力转换机构和螺杆泵第一实施例的下半部的结构示意图。 

图4是动力转换机构和螺杆泵在第一实施例中在泵基座上设置油阀的结构示意图。 

图5是动力转换机构和螺杆泵第二实施例的上半部的结构示意图。 

图6是动力转换机构和螺杆泵第二实施例的下半部的结构示意图。 

图7是图6中A-A向、B-B向俯视图。 

具体实施方式

图1游梁式抽油机为例，其中主要包括螺杆泵1，动力转换机构2，抽油杆3，油管4，套管5，井口6，悬绳器7，驴头8，抽油机架9，游梁10，连杆11，曲柄12，减速器13，皮带轮14和动力机15等。 

动力机15通过带传动带动减速器输入轴上的皮带轮14旋转，经过减速器13减速后，使得减速器的输出轴带动曲柄12转动，再通过曲柄连杆机构中的连杆11，使得摆杆即游梁10相对于抽油机架9作往复摆动，通过驴头8和悬绳器7，使抽油杆3做上下往复直线运动，再通过此系统中的动力转换机构2，将抽油杆3的往复直线运动变换为旋转运动，从而驱动螺杆泵的转子转动，使螺杆泵1工作，油液沿抽油杆3和油管4间的环型空腔被举升到井口6。 

如图2、3、4所示，螺杆泵1主要由泵底座1-1、进油阀(一)1-2，出油阀(二)1-3、泵壳连接套1-4、定子1-6，转子1-5、泵基座1-9、进油阀(二)1-7、出油阀(一)1-8组成。 

动力转换机构2主要由连接套(四)2-1、回珠块2-2、上部接头2-3、隔套2-4、连接套(三)2-5、锁紧螺母2-6、中部接头2-7、支承轴套2-8、直旋套2-9、滚珠2-10、传动套(一)2-11、传动套(二)3-12、直旋回珠块 2-13、圆锥滚子轴承2-14、销轴2-15、花键轴2-16、定位销2-17、弹性挡圈2-18、花键套2-19、花键滚珠2-20、连接套(二)2-21、向心球轴承2-22、轴承端盖2-23、锁紧螺母2-24、连接轴(一)2-25、连接法兰2-26、直旋丝杠轴2-27、底部接头2-28、连接轴(二)2-29、连接套(一)2-30、轴承端盖2-31、圆锥滚子轴承2-32、变截面连接套2-33、紧固螺母2-34、万向联轴器2-35组成。 

其中进油阀(一)1-2和出油阀(一)1-8，进油阀(二)1-7和出油阀(二)1-3分别是螺杆泵1正向和反向运转时的进、出油阀。另外在各个密封部位设置有O型密封圈，保证了密封要求。 

上部接头2-3通过连接套与油管相连，抽油杆通过螺纹与花键轴2-16相连接。在花键轴2-16和直旋丝杠轴2-27的工作行程范围内，用隔套2-4、传动套(一)2-11将油液与花键导轨副、直旋丝杠副隔开，以防止油液中的杂质进入，造成花键副、直旋丝杠副的过度磨损。 

花键轴2-16通过花键滚珠2-20，可以在花键套2-19内往复移动；花键套2-19通过隔套2-4固定在上部接头2-3和中间接头2-7上，花键滚珠2-20通过回珠块2-2在花键套2-19内回珠。 

直旋套2-9的一端通过支承轴套2-8、圆锥滚子轴承2-14支承在中部接头2-7上，另一端通过传动套(二)2-12、传动套(一)2-11、连接轴(二)2-29和轴承2-22支承在底部接头2-28上；滚珠2-10通过直旋回珠块2-13在直旋套2-9内回珠。 

花键轴2-16和直旋丝杠轴2-27之间通过连接套(三)2-5和销轴2-15连接。连接轴(一)2-25通过圆锥滚子轴承2-32支承在泵基座1-9上。连接轴(二)2-29和连接轴(一)2-25间通过连接套(一)2-30连接。连接轴(一)2-25通过连接法兰2-26、万向联轴器2-35连接转子1-5。定子1-6通过螺钉连接固定在泵基座1-9上。泵基座1-9和底部接头2-28之间用变截面连接套2-33连接。泵底座1-1和泵基座1-9间通过泵壳连接套1-4连接。 

当抽油机带动抽油杆3做往复直线运动时，使用本发明可实现螺杆泵1的转子在正、反两个方向运转时螺杆泵都可以进行抽油工作。 

如图5、6、7所示，抽油杆2和花键轴2-2之间用连接套2-1连接，花键套2-5固定连接在连接套(一)2-3中，直旋套2-10通过轴承2-8支承在外套(二)2-7中，花键轴2-2和直旋丝杠轴2-9之间用螺钉连接。 

锥齿轮(一)2-14通过轴承(一)2-20支承在外套(三)2-26中，锥齿轮(二)2-15通过轴承(二)2-23、轴承座2-21和轴承端盖2-22支承在外套(三)2-26中，锥齿轮(三)2-16通过轴承(三)2-24支承在外套(三)2-26中，传动轴2-17通过圆锥滚子轴承2-25、向心球轴承2-13支承在外套(三)2-26和传动套(二)2-19中。 

在锥齿轮(一)2-14和传动轴2-17之间以及锥齿轮(三)2-16和传动轴2-17之间分别装有一个单向离合器。 

定子套1-1通过螺纹连接固定在外套(三)2-26中，并用锁紧螺母1-5锁紧，传动轴2-17和转子1-3之间用万向联轴器1-2连接，定子1-4胶粘在定子套1-1中。 

当抽油杆2作上(或下)运动时，通过连接套2-1、花键轴2-2带动直旋丝杠轴2-9上(或下)运动，通过直旋副的转换，使得直旋套2-10作顺时针(或反时针)方向旋转，通过传动套(一)2-18、传动套(二)2-19带动锥齿轮(一)2-14作顺时针(或反时针)方向旋转，同时利用锥齿轮(二)2-15的换向，带动锥齿轮(三)2-6作逆时针(或顺时针)方向旋转。此时锥齿轮(一)2-14和传动轴2-17间的单向离合器(A-A位置)进入接合(或分离)状态，锥齿轮(三)2-16和传动轴2-17之间的单向离合器(B-B位置)处于分离(或接合)状态，使得传动轴2-17做顺时针方向旋转。传动轴2-17则通过万向联轴器1-2带动螺杆泵的转子1-3转动，驱动螺杆泵工作。本例实现了转子1-3的单方向连续旋转。 

Claims (1)

1.直线驱动式螺杆泵采油系统，包括抽油机、抽油杆、动力转换机构和螺杆泵；动力转换机构的一端与抽油杆连接，另一端与螺杆泵连接；其特征在于所述动力转换机构和螺杆泵包括转子、定子，转子下方设置泵底座，泵底座上设置进油阀(一)、出油阀(二)，还包括从下往上布置的万向联轴器、第一连接轴(一)、第二连接轴(二)、直旋丝杠副、花键副，万向联轴器与转子的上端连接，万向联轴器的外围设置泵基座，泵基座上设置进油阀(二)和出油阀(一)，直旋丝杠副包括直旋丝杠轴、丝杠套、直旋回珠块、滚珠，直旋丝杠轴的外壁设置螺旋槽，直旋丝杠轴的外部套接直旋套，直旋套的两端设置直旋回珠块，直旋套与直旋丝杠轴上的对应螺旋槽之间设置滚珠；花键副包括花键轴、花键套、回珠块、花键滚珠，花键轴的外壁设置直槽，花键轴的外围套接花键套，花键套的两端设置回珠块，花键套与花键轴上的对应直槽之间设置花键滚珠；直旋丝杠轴与花键轴之间通过连接套和销轴连接。

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