CN105156340B - 一种倒置注水电潜泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种倒置注水电潜泵系统，包括套管、以及套管内由上至下依次连接的带孔管、出口接头、上保护器、电机、止推段、下保护器和倒置潜油泵；所述出口接头与所述带孔管连接；所述电机上的电缆穿过处于套管顶端的井口装置与外部电源接通；所述下保护器上设有倒置潜油泵吸入口；所述倒置潜油泵出口端的第二油管上设有单向阀，且该第二油管穿过用于隔绝外部液体从套管底端进入套管内部的定位分隔器。本系统将地表水再次注入到地层中，增加地层压力，有利于浮出原油，并且有效减少了注水设备安装所占用的空间。

Description

一种倒置注水电潜泵系统

技术领域

本发明创造属于石油开采设备技术领域，尤其是涉及一种倒置注水电潜泵系统。

背景技术

油田投入开发后，随着开采时间的增长，油层本身能量将不断地被消耗，致使油层压力不断地下降，地下原油大量脱气，粘度增加，油井产量大大减少，甚至会停喷停产，造成地下残留大量死油采不出来。为了弥补原油采出后所造成的地下亏空，保持或提高油层压力，实现油田高产稳产，并获得较高的采收率，必须对油田进行注水。现有的注水方法技术复杂，注水井数量需求大，注水量大，难以操作，施工成本高。

发明创造内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种倒置注水电潜泵系统，实现了抽油设备向油井内注水，同时注水设备占地面积小，施工容易，成本低。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种倒置注水电潜泵系统，包括套管、以及套管内由上至下依次连接的带孔管、出口接头、上保护器、电机、止推段、下保护器和倒置潜油泵；所述出口接头与所述带孔管连接；所述电机上的电缆穿过处于套管顶端的井口装置与外部电源接通；所述下保护器上设有倒置潜油泵吸入口；所述倒置潜油泵出口端的第二油管上设有单向阀，且该第二油管穿过用于隔绝外部液体从套管底端进入套管内部的定位分隔器。

进一步，所述上保护器包括由上至下依次设置的上保护器头、上保护器第一壳体、上护轴管座、上保护器第二壳体和上底座；所述上保护器头内设有与上保护器胶囊室输入端相通的护轴管；所述护轴管安装在所述上护轴管座上，其上端安装在上保护器头底部；所述护轴管上设有与上保护器胶囊室相通的进液孔；所述上护轴管座上设有与上保护器沉降室接通的护轴管座通孔；所述上保护器头上设有与护轴管空腔相通的上保护器胶囊内腔排气孔、以及上保护器胶囊室与所述套管内部形成的空腔与外部相通的上保护器胶囊外腔排气孔；所述下底座上设有下底座通孔，在该下底座通孔上竖直的安装有沉降管。

进一步，所述上底座下端设有与电机连接的法兰和外止口。

进一步，所述进液孔设置在护轴管处于上保护器胶囊室上部的位置，且所述进液孔沿护轴管的径向设置若干个。

进一步，所述下保护器包括由上至下依次设置的下保护器头、下保护器壳体、下护轴管、下护轴管座和下保护器底座；所述下护轴管下端安装在下护轴管座上，上端安装在下保护器头上；所述下护轴管座与下保护器底座之间设有下保护器止推轴承段；所述下保护器止推轴承段底部安装有所述下保护器底座；所述下保护器头上设有与下保护器沉降室接通的轴向通孔，且设有外界相通的下部内腔排气孔。

进一步，所述下保护器头上端设有连接所述止推段的螺孔。

进一步，所述止推段包括止推轴承轴、止推轴承外壳、止推轴承轴上下两端分别安装的花键套、与止推轴承轴上同轴安装的止推轴承副；所述止推轴承外壳内设有固定止推轴承副的锁紧环。

相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

1)本系统将地表水再次注入到地层中，增加地层压力，有利于浮出原油，并且有效减少了注水设备安装所占用的空间。

2)上保护器有效的为电机密封，保证电机绝缘，同时平衡油井套管环形空间与电机内部的压力，使其达到平衡，并为电机补充润滑油，保证电泵正常运转。

3)下保护器给电潜泵传递扭矩，其内部的止推轴承用来承载电潜泵的轴向推力，保证电泵能正常向地层挤压注水。本系统中设置两套高承载止推轴承，提高了轴向承载力。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1是本发明创造的结构示意图；

图2是本发明创造中上保护器的结构示意图；

图3是本发明创造中止推轴承段的结构示意图；

图4是本发明创造中下保护器的结构示意图。

图中：1-井口装置；2-第一油管；3-带孔管；4-出口接头；5-电缆；6-上保护器；7-电机；8-止推段；9-下保护器；10-倒置潜油泵吸入口；11-倒置潜油泵；12-单向阀；13-定位分隔器，14-套管，15-第二油管；16-上保护器头；17-上保护器第一壳体；18-上护轴管座；19-上保护器第二壳体；20-上底座；21-上保护器胶囊室；22-护轴管；23-补偿管；24-进液孔；25-上保护器沉降室；26-护轴管座通孔；27-上保护器胶囊内腔排气孔；28-上保护器胶囊外腔排气孔；29-下底座通孔；30-沉降管；31-下保护器头；32-下保护器壳体；33-下护轴管；34-下护轴管座；35-下保护器底座；36-下保护器止推轴承段；37-下保护器沉降室；38-轴向通孔；39-下部内腔排气孔；40-止推轴承轴；41-止推轴承外壳；42-花键套；43-止推轴承副；44-锁紧环；45-放液孔；46-下部排气孔；47-下保护器外腔排气孔；48-下保护器补偿管。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

一种倒置注水电潜泵系统，如图1所示，包括套管14、以及套管14内由上至下依次连接的带孔管3、出口接头4、上保护器6、电机7、止推段8、下保护器9和倒置潜油泵11；所述出口接头4与所述带孔管3连接；所述电机7上的电缆5穿过处于套管14顶端的井口装置1与外部电源接通；所述下保护器9上设有倒置潜油泵吸入口10；所述倒置潜油泵出口端的第二油管15上设有单向阀12，且该第二油管15穿过用于隔绝外部液体从套管底端进入套管内部的定位分隔器13。

需要说明的是，带孔管上端连接无孔的第一油管2，该油管2穿过井口装置与外部水源相接。井口装置包括常见的油管固定装置以及套管的安装座等，这里不再赘述。

定位分隔器13可以是安装在套管14底部的分隔板，该板呈圆形，其外缘与套管内壁密封处理，且该分隔板上设有用于第二油管15穿过的通孔，此通孔与第二油管15间密封处理。在倒置潜油泵11出口处加装一个单向阀12，确保其在电泵工作时打开，在电泵停止工作时关闭。该单向阀12和倒置注水泵上的第二油管15最好处于定位分隔器13下端。这样，即使地层压力高于不工作时倒置潜油泵出口压力，在本电潜泵系统不工作时，地层水也不会发生倒流。

需要指出的是，倒置注水泵电力的传输，是经由地面供电系统和控制系统后经过动力电缆，该电缆要穿过油井的井口装置倒置注水泵系统中直至上部保护器的上端位置，换接引接电缆后再传输给井下潜油电机，从而驱动井下潜油电机工作，以提供给倒置的潜油泵动力。

如图2所示，所述上保护器6包括由上至下依次设置的上保护器头16、上保护器第一壳体17、上护轴管座18、上保护器第二壳体19和上底座20；所述上保护器头16内设有与上保护器胶囊室21输入端相通的护轴管22；所述护轴管22安装在所述上护轴管座18上，其上端安装在上保护器头16底部；所述护轴管22上设有与上保护器胶囊室21相通的进液孔24；所述上护轴管座18上设有与上保护器沉降室25接通的护轴管座通孔26；所述上保护器头16上设有与护轴管22空腔相通的上保护器胶囊内腔排气孔27、以及上保护器胶囊室21与所述套管14内部形成的空腔与外部相通的上保护器胶囊外腔排气孔28；所述下底座20上设有下底座通孔29，在该下底座通孔29上竖直的安装有沉降管30。

护轴管座18下端的中心管与上保护器沉降室输入端相连接；上保护器沉降室输出端与上底座上端相连接。在上部外腔排气孔处于上保护器胶囊室内的一侧安装有竖直向下的短管。

需要说明的是，所述上护轴管座18上设有与上保护器沉降室25接通的通孔包括护轴管座上靠近保护器胶囊室一侧的中心孔、以及护轴管座上靠近上保护器沉降室一侧的垂孔、以及连接中心孔和垂孔的交联孔。另外，在垂孔下端安装有补偿管23，此补偿管23上端连接垂孔，下端竖直的伸入上保护器沉降室。

当倒置注水电潜泵下井后，井液通过上保护器头部的呼吸孔首先进入上保护器胶囊外圆与上保护器第一壳体17内圆之间形成的上保护器胶囊室21的外腔，随着井液的进入，同时也置换出去了上保护器胶囊室外腔中的电机油(此电机油是机组下井时注油)。这样上保护器胶囊室21内的胶囊就在电机油与井液之间形成了有弹性的隔离层。当倒置注水电潜泵机组工作时，内部的电机油升温膨胀上升，通过上保护器头部的单流阀进入井液中，随之通过呼吸孔进入油井套管中，这样就可保持内外压力的平衡。当倒置注水电潜泵停止工作时，内部的电机油降温收缩，此时单流阀自动关闭，导致上保护器胶囊室内的胶囊开始收缩变形，以此来保持内外压力的平衡。机组的每次关启，均要重复上述的动作。由于胶囊的调节作用，满足了电机在运行和停机时的热胀冷缩的呼吸需要，由于胶囊的隔离作用，就不会导致井液进入胶囊内腔，更进入不了下一级保护系统下部沉降室。

需要说明的是，上保护器头部的呼吸孔在注油时即是上保护器胶囊外腔排气孔28。

由于电机油与井液的比重差，即使上保护器胶囊室21的胶囊老化损坏，井液通过破损处进入上保护器胶囊室内腔，通过护轴管上的径向通孔进入护轴管内，由此路径向下走，通过上护轴管座中心孔进入交联孔。由交联孔向下进入垂孔，紧接着顺补偿管进入下部沉降室。这时比重大的井液只能处在补偿管的下部端口，以下的环形空间，也就是上保护器胶囊室的下方，而比重小的电机油浮在了井液的上面。由于上保护器沉降室的上部各孔均已封堵，电机油从上部没有出路，这样沉在下部的井液也就不能够通过设置在中心管上部开的径向通孔进入下部的电机，再次保护了电机内部电机油的清洁度和绝缘性能，同时提供了电机油热胀冷缩的路径，既保证了密封又能使电机内外压力达到平衡，由于此保护器是设置在电机的上部，也就保证了电机润滑油的补充供给。

上保护器第一壳体17与上保护器第二壳体19分别连接在上护轴管座18上下两端，构成上保护器的外壳。上保护器头上有使保护器头上部与出口接头法兰相连接的螺孔和上保护器胶囊内腔排气孔、与胶囊内腔排气孔垂直相交的垂孔、垂孔下部连接有单流阀、以及作为呼吸孔的上保护器胶囊外腔排气孔，需要说明的是，上保护器胶囊外腔排气孔下井工作时必须敞着口，不许堵死。

其中，所述进液孔24设置在护轴管22处于上保护器胶囊室21上部的位置，且所述进液孔24沿护轴管的径向设置若干个。这样，液体可以自由进出胶囊室的同时，胶囊室上方的护轴管的空腔还可以与外部正常的排气。通过内部的胶囊腔和沉降腔实现与电机外部压力平衡作用，同时化解热膨胀给电机带来的危害。

具体的，倒置注水泵系统的散热是利用倒置潜油泵11外壁与油井套管14内径所形成的环形空间中灌注用水流动将热量带离。即当电泵工作时由于泵工作使环形空间形成一定流速的水的流动，高速流动的水将电机7表面的热量带离，这将使电机7表面和内部形成一定的温度差，电机7内部热量将在温度差的作用下通过热传导和辐射向外部散热，这就形成温度平衡。只要流速够大这个平衡点温度将低于潜油电机的绝缘等级的温度，确保电机7正常工作。

潜油电机和止推轴承在高速工作时，会造成内部的电机油碳化损耗，上保护器胶囊室21、上保护器沉降室25以及下保护器沉降室37中油会在重力作用下自动补充。

其中，所述上底座20下端设有与电机7连接的法兰和外止口。这样，采用法兰、高强度轴和高强度花键套来实现将潜油电机产生扭矩传递给倒置的潜油泵。

如图4所示，所述下保护器9包括由上至下依次设置的下保护器头31、下保护器壳体32、下护轴管33、下护轴管座34和下保护器底座35；所述下护轴管33下端安装在下护轴管座34上，上端安装在下保护器头31上；所述下护轴管座34与下保护器底座35之间设有下保护器止推轴承段36；所述下保护器止推轴承段36底部安装有所述下保护器底座35；所述下保护器头31上设有与下保护器沉降室37接通的轴向通孔38，且设有外界相通的下部内腔排气孔39。

需要说明的是，平常的电潜泵保护器是立式向上使用，只有一个置于电机之上且处于油气分离器之下的保护器，且不可倒置使用。本系统中下保护器给电潜泵传递扭矩，其内部的止推轴承用来承载电潜泵的轴向推力，保证电泵能正常向地层挤压注水。本系统中设置两套高承载止推轴承，提高了轴向承载力。

止推段8上部有与电机7连接用的保护器头，头内有轴瓦有排气孔及呼吸孔。头的下部是高承载止推轴承付，轴承付的下部是保护器底座，底座中间有轴瓦，底座上有注油阀，有过油孔。止推轴承外壳装于外圆形设备的壳体。轴瓦中间装有轴，轴的上部装有花键套与电机轴相联接，轴的下部同样装有花键套与保护器轴相联。

如图3所示，所述止推段8包括止推轴承轴40、止推轴承外壳41、止推轴承轴40上下两端分别安装的花键套42、与止推轴承轴40上同轴安装的止推轴承副43；所述止推轴承外壳41内设有固定止推轴承副43的锁紧环44。

设置在上部的止推段8上端的法兰与上方电机的下部法兰通过螺钉相连接，止推段8内的花键套42与上方电机的下端花键轴相连接，止推轴承轴40的下端花键轴与花键套42的上端相连接，花键套42内装有通过实测计算配置的调整垫片，其花键套下端与下保护器轴上端花键轴相连接。下保护器轴下端花键轴再通过泵上的花键套与泵轴的上端花键轴相连接。这样几种不同的轴通过花键套连成了整体，也就可用来传递电机的扭矩，使泵旋转工作，向地层挤压注水。轴向产生的反作用力，均由各止推轴承段来承担。

需要指出的是，在倒置的潜油泵工作时，其叶导轮逐级将低压的水加压到高压水的同时也产生向上压力，这个压力将通过紧密相连轴传递给止推段8。为了确保系统的可靠性，在系统设计中增加了一级密封段，用以提高系统的轴向承载力。另外，潜油电机的静密封采用橡胶的O型密封圈和止口来实现，轴向动态密封采用两道机械密封实现，这两道机械密封安装在下部保护器中，这样就保证了潜油电机的密封性，使得潜油电机正常工作。

下部保护器头31与上部的止推段8的底座相联接，下保护器头31内装有机械密封，中间有轴瓦，且下保护器头上还设有下保护器内腔排气孔39、下保护器外腔排气孔47及轴向通孔38，在轴向通孔38下端装有与上保护器内作用相同的下保护器补偿管48，下保护器头的下部设计成下保护器沉降室。此沉降室可用来收集上部系统(电机及止推段)产生的垃圾。沉降室下部是下保护器护轴管座，下保护器护轴管座上设有下部排气孔46及放液孔45。护轴管座下部为高承载的止推轴承副43，止推轴承副43下部装有密封座，密封座的下端内圆中间装有机械密封，此机械密封可防止系统漏油。

在密封座的外圆中部设有注油阀、放液孔、排气孔和斜孔，同时，最好在排气孔的沉孔外圆划有φ20×深2的标记，在机组下井工作时此孔必须打开，不许堵死，是为了保证机械密封部位无气体。密封座内圆装有轴瓦，密封座上端环形凹槽同样是为收垃圾用，在凹槽中间的凸起上装有甩砂环。注油阀相交的孔装有开口向上的短管，这些措施就是为了防止机组运转产生的垃圾以及砂粒危害机械密封。

密封座的下部安装下保护器底座31，下保护器底座35在中间轴瓦的外圆开有6个轴向通孔，是为了给机械密封部位进液。下保护器底座的最下部为与泵联接的法兰及外止口。

其中，所述下保护器头31上端设有连接所述止推段8的螺孔。

本倒置注水泵系统的工作过程为：首先将地面需要灌注的水依次通过地面管道、井口装置1、第一油管2、带孔管3，并通过带孔管3的筛孔流入倒置注水泵外壁与油井套管14内壁间的环形空间。水在这个环形空间中向下依次流经上保护器6、电机7、止推段8、下保护器9、倒置潜油泵吸入口10、倒置潜油泵11、最后到达油井分隔的定位分隔器13。由于定位分隔器13的阻拦，水将不能向下继续流动，而在倒置注水泵的外壁和套管14内壁之间形成的环形空间贮存。

当倒置注水泵工作时，通过倒置潜油泵吸入口10将上述环形空间贮存的水吸入倒置的潜油泵中，水流经倒置潜油泵各级叶导轮。水经过叶导轮逐渐加压，在倒置潜油泵出口处形成大于地层高压水流，其顶开倒置潜油泵出口端的单向阀，进入油井底部，再通过油井底部的射孔段进入地层内部。由于倒置潜油泵吸入口10安装在定位分隔器上端，而倒置潜油泵出口安装在定位分隔器13的下端。因此，在这个加压灌注的过程中，由于定位分隔器13的作用，将倒置潜油泵吸入口处的低压水与倒置潜油泵出口处的高压水分隔开，使高压水不可能倒流回倒置潜油泵吸入口10处。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种倒置注水电潜泵系统，其特征在于：包括套管、以及套管内由上至下依次连接的带孔管、出口接头、上保护器、电机、止推段、下保护器和倒置潜油泵；所述出口接头与所述带孔管连接；所述电机上的电缆穿过处于套管顶端的井口装置与外部电源接通；所述下保护器上设有倒置潜油泵吸入口；所述倒置潜油泵出口端的第二油管上设有单向阀，且该第二油管穿过用于隔绝外部液体从套管底端进入套管内部的定位分隔器；所述上保护器包括由上至下依次设置的上保护器头、上保护器第一壳体、上护轴管座、上保护器第二壳体和上底座；所述上保护器头内设有与上保护器胶囊室输入端相通的护轴管；所述护轴管安装在所述上护轴管座上，其上端安装在上保护器头底部；所述护轴管上设有与上保护器胶囊室相通的进液孔；所述上护轴管座上设有与上保护器沉降室接通的上护轴管座通孔；所述上保护器头上设有与护轴管空腔相通的上保护器胶囊内腔排气孔、以及上保护器胶囊室与所述套管内部形成的空腔与外部相通的上保护器胶囊外腔排气孔；所述上底座上设有下底座通孔，在该下底座通孔上竖直的安装有沉降管；上护轴管座上设有与上保护器沉降室接通的通孔，包括上护轴管座上靠近上保护器胶囊室一侧的中心孔、以及上护轴管座上靠近上保护器沉降室一侧的垂孔、以及连接中心孔和垂孔的交联孔。

2.根据权利要求1所述的一种倒置注水电潜泵系统，其特征在于：所述上底座下端设有与电机连接的法兰和外止口。

3.根据权利要求1所述的一种倒置注水电潜泵系统，其特征在于：所述进液孔设置在护轴管处于上保护器胶囊室上部的位置，且所述进液孔沿护轴管的径向设置若干个。

4.根据权利要求1所述的一种倒置注水电潜泵系统，其特征在于：所述下保护器包括由上至下依次设置的下保护器头、下保护器壳体、下护轴管、下护轴管座和下保护器底座；所述下护轴管下端安装在下护轴管座上，上端安装在下保护器头上；所述下护轴管座与下保护器底座之间设有下保护器止推轴承段；所述下保护器止推轴承段底部安装有所述下保护器底座；所述下保护器头上设有与下保护器沉降室接通的轴向通孔，且设有外界相通的下部内腔排气孔。

5.根据权利要求4所述的一种倒置注水电潜泵系统，其特征在于：所述下保护器头上端设有连接所述止推段的螺孔。

6.根据权利要求1所述的一种倒置注水电潜泵系统，其特征在于：所述止推段包括止推轴承轴、止推轴承外壳、止推轴承轴上下两端分别安装的花键套、与止推轴承轴上同轴安装的止推轴承副；所述止推轴承外壳内设有固定止推轴承副的锁紧环。