CN104819140A - 旋转杆抽油泵及其构成的旋转杆抽油系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的是旋转杆抽油泵，同时还公开了旋转杆抽油系统，主要解决了现阶段现有抽油系统实施时动液面越深，举升效率就越低，管杆无用功的耗能就越大的问题。本发明中的旋转杆抽油泵，包括具有活塞（11）、泵筒（12）的泵本体（1）；所述泵筒（12）顶端设置有连接支撑套（2），该活塞（11）顶端设置有底端与其固定连接且具有外螺纹的螺纹杆（3），该连接支撑套（2）上还设置有与螺纹杆（3）外螺纹相匹配且旋转时驱动螺纹杆（3）做上下直线运动的旋转器（4）。本发明还包括上述旋转杆抽油泵与抽油杆和驱动装置组成的旋转杆抽油系统。本发明具有适应性广泛、节能效果好，设备成本以及维护成本低等优点。

Description

旋转杆抽油泵及其构成的旋转杆抽油系统

技术领域

本发明涉及一种抽油泵，具体涉及的是一种旋转杆抽油泵，并公开了一种利用该旋转杆抽油泵构成的旋转杆抽油系统。

背景技术

目前油田用电量紧张，作业维护费、管杆费用等都高居不下，能耗年年加大的现状愈趋严重。在这种情况下，各油田的决策者普遍感受到使用和推广节能型三抽设备是提高采油效率，降低生产成本的一种好途径。所述三抽设备是由抽油机—抽油杆—抽油泵组成的抽油系统。

在深抽油井中，目前采用的普通螺纹连接抽油杆和游梁式抽油机配套使用中，虽然在驱动电机和启动控制柜上增加了很多节能设备，但不能从根本解决抽油杆笨重，抽油杆接头预紧力不够易脱扣，抽油杆和接箍与油管的过度磨损导致寿命较短和游梁抽油机有加速度的结构问题。且由于动液面越深，泵也越深，导致抽油杆越重、能耗越高，抽油机带动抽油杆做的无用功太多，必然存在泵效低、维护费用高、能耗大的缺点。同时，随深度的增加，由于油管与抽油杆的弹性伸缩，造成的泵的冲程损失增大，泵效较低。

同时，针对目前油藏的埋深较深、油井日产量较低的开采特点，采用现有抽油系统实施的有杆泵举升工艺同时存在以下问题：

A、动液面越深，举升效率就越低，管杆无用功的耗能就越大。另一方面，随深度的增加，由于油管与抽油杆的弹性伸缩，造成的泵的冲程损失增大，泵效较低。

B、加深泵挂，造成液面随之下降。炮眼流出的液量满足不了泵抽的需要，尽管泵径、冲程、冲次很低，因为匹配不合理，出现追液面现象。

C、对抽油机的要求增大，一般在12型以上，且机型大，进而导致能耗增加。

D、杆断脱的频率增加。

E、液面下降导致部分井脱气，降低泵效。

根据以上情况，如何有效的挖掘这些低产低效井的潜力，提高油井的液量，使油井的产量与开采设备、生产参数处于最佳匹配状态，达到油井产量最高、生产能耗最低、周期长的目标，成为了采油工作者需深入研究的新课题。

发明内容

本发明的主要目的在于解决现阶段现有抽油系统实施时动液面越深，举升效率就越低，管杆无用功的耗能就越大的问题，提供一种解决上述问题的旋转杆抽油泵。为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

旋转杆抽油泵，包括具有活塞、泵筒的泵本体；所述泵筒顶端设置有连接支撑套，该活塞顶端设置有底端与其固定连接且具有外螺纹的螺纹杆，该连接支撑套上还设置有与螺纹杆外螺纹相匹配且旋转时驱动螺纹杆做上下直线运动的旋转器。

本发明的设计要点在于：在现有抽油泵的基础上增加了螺纹杆和旋转器，通过螺纹杆和旋转器的配合，将原有抽油杆上下移动带动活塞上下移动的方式，变换成抽油杆旋转驱动螺纹杆上下移动，进而带动活塞上下移动的方式。

即活塞的上行与下行，采用螺纹杆驱动的方式，当螺纹杆运行至上死点时，旋转器换向下行。其基本原理是：在螺纹杆上有外螺纹，旋转器上设置有与外螺纹相匹配的结构，旋转器旋转时促使螺纹杆上下移动，进而将旋转运动变为直线运动，也就是将操作转矩变为操作推力，活塞随螺纹杆一起作直线运动。

通过上述移动方式的改变，可以达到以下效果：

首先，本发明中的抽油杆无需再通过上下运动来带动活塞上下运动，只需旋转即可驱使活塞运动，可以看出本发明中的抽油杆已经不再承受拉力，只是起到传递扭矩的作用，进而解决抽油杆越重导致能耗越高的问题，减少抽油机带动抽油杆上下运动所做的无用功，节约能耗。同时，本发明有效避免了油管与抽油杆的弹性伸缩，避免抽油杆接头预紧力不够易脱扣的情况发生，尤其对于Φ70以上的大泵时，采用本发明的结构，抽油杆无需上下移动，只做旋转运动，解决了大泵生产抽油杆应力幅度大，易发生疲劳断裂，从而使系统可靠性变差、失效增多的问题。

同时，由于活塞直接连接在螺纹杆上，所以冲程损失与泵深无关，可以说几乎没有任何损失，因而可以满足深抽和超深抽的需求；且活塞随螺纹杆的旋转上升，进而使活塞的运行更加平稳，导致泵的充满程度更高，泵效更高，符合目前油田的开发需要。

其次，由于普通抽油杆接箍及泵活塞的活塞效应，导致抽油杆下行阻力增大，杆柱弯曲，杆管偏磨严重。本发明采用螺纹杆结构后，使管杆的受力状态与抽油机和螺杆泵完全不同，消除了抽油杆的轴向受力，使抽油杆变为只传递力矩，不受轴拉力。进而使管杆的使用期限比现在的有杆泵延长数倍以上，可以大大降低管杆使用费用。

再次，由于在稠油、结蜡井上使用时，采用原有抽油杆上下运动带动活塞上下运动时，抽油杆受到的阻力较大，下行时操作困难。而本发明中的抽油杆无需上下移动，进而解决了抽油杆下行困难的问题，所以，本发明使采用普通抽油泵即可有效对稠油、结蜡井进行开采，该开采具有独特的优势。

最后，本发明的排量容易控制，安装与调参等管理方便，大大降低了工人的劳动强度；即该系统的理论排量可进行地面与井下的无级调节，实现各种油井工况参数经济、合理的匹配，实现采油系统和油井的最佳匹配运行，充分发挥目前机械采油的最佳效能。

为了能更好地在稠油、结蜡井上使用，本发明中优选的泵本体结构如下所示：所述泵本体还包括设置在活塞上的上游动阀与下游动阀，设置在下游动阀底端的进油口，设置在泵筒底端内部的固定阀，以及用于将固定阀固定在泵筒上的连接套。

为了便于活塞与螺纹杆之间的连接，同时便于维护检修，所述活塞顶端还设置有用于与螺纹杆固定连接的活塞上接头。

为了便于油管与泵筒之间的连接，所述泵筒底端还设置有油管下接头。

针对上述旋转杆抽油泵的结构，本发明还提供了一种旋转杆抽油系统，其包括如权利要求1～4任一项所述的旋转杆抽油泵，为旋转杆抽油泵提供动力的驱动装置，以及连接驱动装置与旋转杆抽油泵上旋转器且用于传输驱动的抽油杆。

本发明中为了更好地实现抽油杆旋转的作用，所述抽油杆底端设置有插接件、顶端则设置与有该插接件相匹配的插接槽；所述旋转器上也设置有与插接件相匹配的插接槽。通过上述插接式抽油杆的设置，在抽油杆对接后，正反转都不会造成抽油杆脱扣情况的发生，进而有效防止抽油杆在井下正转与反转过程中防断脱事故。

进一步，所述插接件上方设置有外螺纹，该抽油杆顶端则设置有具有与外螺纹相匹配内螺纹的连接筒体。

由于本发明中的抽油杆需要随井下泵冲程而换向，因而本发明中的驱动装置与抽油机的区别在于：本发明中驱动装置需要驱动换向，换向方式有两种，一种是采用换向电机，第二种是采用机械换向的方式。

采用换向电机时，可直接购买现有成型的产品，如智能换向抽油机，其在井下泵上、下冲程的转换过程中，实现智能换向。采用机械换向的方式时，可在驱动电机上安装一个转向器，即可实现驱动电机一直运转，且随井下泵一个上或下冲程过程而进行转换。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

1、本发明具有适应性广泛、节能效果好，降低设备投入成本以及维护投入成本的优点；

2、本发明解决了深抽和超深抽的问题，减小泵的冲程损失，提高泵的充满程度，进而提高泵效；

3、本发明有效减缓偏磨，提高管杆的使用寿命；同时非常适合在稠油、结蜡井上使用，延长热洗周期；

4、采用本发明的结构，使抽油杆不再承受拉力，只起到传递扭矩的作用，所以使大泵深下成为可能，同时有效提高系统可靠性，防止底部杆体失稳在纵向弯曲应力下易脱扣的情况发生；

5、本发明中的排量容易控制，安装与调参等管理方便，大大降低了工人的劳动强度。

附图说明

图1为本发明中旋转杆抽油泵的整体结构示意图。

图2为本发明中泵本体的整体结构示意图。

图3为本发明中抽油杆的结构示意图。

其中，图中附图标记对应的零部件名称为：

1－泵本体，2－连接支撑套，3－螺纹杆，4－旋转器，5－插接件，6－外螺纹，7－连接筒体；

11－活塞，12－泵筒，13－上游动阀，14－下游动阀，15－进油口，16－固定阀，17－连接套，18－活塞上接头，19－油管下接头。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

旋转杆抽油泵，如图1所示，包括具有活塞11、泵筒12的泵本体1，连接支撑套2，螺纹杆3，以及旋转器4。

本实施例中，该泵筒12顶端固定连接有连接支撑套2，该连接支撑套2内则设置有旋转器4，该旋转器4上设置有螺纹孔，该螺纹杆3贯穿旋转器4上的螺纹孔，并设置有与螺纹孔相匹配的外螺纹，如图1所示。

所述连接支撑套2限制旋转器4的相对位置，但不限制旋转器4的转动；同时在旋转器4上还设置有旋转器4旋转时驱动螺纹杆3做上下直线运动的辅助旋转件，该旋转件可以是套接在螺纹杆3上的螺母，也可以是类似螺母的结构；该旋转件的设置方式多样，只要是能够有效和旋转器4配合促使螺纹杆3上下移动的方式均可。

本实施例中公开了两种设置方式：一是在螺纹杆3上直接套接一个螺母，该螺母相对泵本体1的位置固定不变。 二是将旋转件的侧壁直接固定在连接支撑套2上，在使用过程中该旋转件与连接支撑套2直接的位置关系不变；或在旋转器4下方设置旋转件，旋转件底部与连接支撑套2固定连接，旋转件顶部通过滑轮与旋转器4连接。

通过上述设置方式，即可通过旋转器4将其旋转运动转化成螺纹杆3上下移动的直线运动，进而达到本发明的效果。

本实施例中该旋转杆抽油泵的理论排量由泵径、转速、螺距、螺杆长度等参数决定。

经过统计得到：螺纹杆理论排量如表1所示：

表1

上述螺纹杆理论排量的单位为m³/d。

泵径、泵深与举升载荷的关系如表2所示：

表2

表中介质为水，抽油杆的规格为∮25mm，油管的内径为∮62mm，举升载荷单位为吨。

螺纹杆的初步设计结果如表3所示：

表3

通过理论值可以看出，采用∮85mm的螺纹杆，∮95mm的泵可以下到3000mm。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上优选以下结构的泵本体1，其具体结构如图2所示。

所述泵本体1还包括设置在活塞11上的上游动阀13与下游动阀14，设置在下游动阀14底端的进油口15，设置在泵筒12底端内部的固定阀16，以及用于将固定阀16固定在泵筒12上的连接套17。

所述活塞11顶端还设置有用于与螺纹杆3固定连接的活塞上接头18，通过活塞上接头18即可有效实现螺纹杆3与活塞11顶端的连接。同时，所述泵筒12底端还设置有油管下接头19，通过油管下接头19的设置即可有效实现泵筒12与油管之间的连接。

实施例3

本实施例与实施例1或实施例2的区别在于：本实施例公开了一种旋转杆抽油系统，其不仅仅包括实施例1或实施例2中的旋转杆抽油泵，本实施例在其基础上还增加了驱动装置和抽油杆。

抽油杆的一端与驱动装置连接，驱动装置的另一端则与旋转杆抽油泵连接，该驱动装置提供的旋转动力通过抽油杆传递到旋转杆抽油泵上。旋转杆抽油泵上的旋转器4接收到旋转动力后旋转做功，将旋转动力转化为螺纹杆3上下移动的直线动力，通过螺纹杆3的作用进而推动活塞11做直线运动。

本实施例还优化了该抽油杆的具体结构，通过该结构的设置，在抽油杆对接后，正反转都不会造成抽油杆脱扣情况的发生，有效防止抽油杆在井下正转与反转过程中防断脱事故。

所述抽油杆的具体结构如图3所示，该抽油杆的底端设置有插接件5、顶端则设置与有该插接件5相匹配的插接槽；所述旋转器4上也设置有与插接件5相匹配的插接槽。所述插接件5上方设置有外螺纹6，该抽油杆顶端则设置有具有与外螺纹6相匹配内螺纹的连接筒体7。

由于本发明中的抽油杆需要随井下泵冲程而换向，因而本发明中的驱动装置与抽油机的区别在于：本发明中驱动装置需要驱动换向，换向方式有两种，一种是采用换向电机，第二种是采用机械换向的方式。

采用换向电机时，可直接购买现有成型的产品，如智能换向抽油机，其在井下泵上、下冲程的转换过程中，实现智能换向。采用机械换向的方式时，可在驱动电机上安装一个转向器，即可实现驱动电机一直运转，且随井下泵一个上或下冲程过程而进行转换。

本实施例中采用的是智能换向抽油机。本实施例中的旋转杆抽油系统不仅仅比现有技术中有杆泵系统的设备成本更低，而且其运行维护成本也相对较低。

本实施例中该系统的设备成本的具体构成如表4所示。

表4

通过上述表格和描述的对比可以看出，旋转杆抽油泵采油系统比有杆泵系统一次性投入节省11万元。

本实施例中该系统的运行费用主要包括电费和维护费用。

电费：通过与螺杆泵的轴扭矩对比，可以看出：旋转杆抽油泵采油系统转子扭矩是很低的，二者相差20多倍。所以装机电机二者将差别很大，预计电费较螺杆泵相比，会下降明显。

维护费用：旋转杆抽油泵采油系统采油方式的改变，大大延长了杆管间的磨损周期，使油井免修期将成倍的延长。管杆费用、作业占产与检泵井的维护费用减少。

综上所述，无论在初始投资还是后期运行，旋转杆抽油泵采油系统具有无比的优势。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.旋转杆抽油泵，包括具有活塞（11）、泵筒（12）的泵本体（1），其特征在于：所述泵筒（12）顶端设置有连接支撑套（2），该活塞（11）顶端设置有底端与其固定连接且具有外螺纹的螺纹杆（3），该连接支撑套（2）上还设置有与螺纹杆（3）外螺纹相匹配且旋转时驱动螺纹杆（3）做上下直线运动的旋转器（4）。

2.根据权利要求1所述的旋转杆抽油泵，其特征在于：所述泵本体（1）还包括设置在活塞（11）上的上游动阀（13）与下游动阀（14），设置在下游动阀（14）底端的进油口（15），设置在泵筒（12）底端内部的固定阀（16），以及用于将固定阀（16）固定在泵筒（12）上的连接套（17）。

3.根据权利要求2所述的旋转杆抽油泵，其特征在于：所述活塞（11）顶端还设置有用于与螺纹杆（3）固定连接的活塞上接头（18）。

4.根据权利要求3所述的旋转杆抽油泵，其特征在于：所述泵筒（12）底端还设置有油管下接头（19）。

5. 旋转杆抽油系统，其特征在于：包括如权利要求1～4任一项所述的旋转杆抽油泵，为旋转杆抽油泵提供动力的驱动装置，以及连接驱动装置与旋转杆抽油泵上旋转器（4）且用于传输驱动的抽油杆。

6.根据权利要求5所述的旋转杆抽油系统，其特征在于：所述抽油杆底端设置有插接件（5）、顶端则设置与有该插接件（5）相匹配的插接槽；所述旋转器（4）上也设置有与插接件（5）相匹配的插接槽。

7.根据权利要求6所述的旋转杆抽油系统，其特征在于：所述插接件（5）上方设置有外螺纹（6），该抽油杆顶端则设置有具有与外螺纹（6）相匹配内螺纹的连接筒体（7）。

8.根据权利要求5所述的旋转杆抽油系统，其特征在于：所述驱动装置为换向电机或安装有转向器的驱动电机。