CN105464629B - 潜油隔膜泵复合材料连续管采油系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种潜油隔膜泵复合材料连续管采油系统，包括一根连续不断的复合材料连续管，复合材料连续管的一端扣压连接一悬挂金具，使复合材料连续管的该端固定于地面井口处，复合材料连续管的另一端扣压连接一井下金具，并通过过渡接头连接井下潜油隔膜泵；井下潜油隔膜泵通过井下潜油电机实现驱动；复合材料连续管内嵌有多根动力电缆和多根数据通讯光纤；井下潜油电机通过动力电缆连接设置于地面的电源；井下设置有井下传感器，井下传感器所采集的数据通过数据通讯光纤传输至设置于地面的控制器。本发明通过复合材料连续管实现井下动力、传感器数据与地面控制装置之间的传输，具有节能、抗结垢、抗结蜡的特点，能够较为容易地实现智能化采油。
Description
技术领域
本发明涉及一种无杆举升采油系统，具体涉及一种潜油隔膜泵复合材料连续管采油系统。
背景技术
目前，中国陆地油井大致有数十万口，采油技术以有杆抽油为主。随着斜井、水平井、深井、稠油井等的增多，有杆抽油更加困难，普遍存在偏磨、断杆、空抽、结蜡、结垢以及地层压力与采液量不匹配等问题，部分油井有杆采油方式已不能胜任。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种潜油隔膜泵复合材料连续管采油系统，它可以实现智能化采油。
为解决上述技术问题，本发明潜油隔膜泵复合材料连续管采油系统的技术解决方案为：
包括一根连续不断的复合材料连续管7，复合材料连续管7的一端扣压连接一悬挂金具6，使复合材料连续管7的该端固定于地面井口4处；复合材料连续管7的另一端扣压连接一井下金具8，并通过过渡接头9连接井下潜油隔膜泵10，井下潜油隔膜泵10通过井下潜油电机13实现驱动；井下设置有井下传感器14，井下传感器14用于测量井下的温度和压力；复合材料连续管7内嵌有多根动力电缆7-5和多根数据通讯光纤7-4；井下潜油电机13通过动力电缆7-5连接设置于地面的电源1，电源1用于对井下潜油电机13进行供电；井下传感器14通过数据通讯光纤7-4连接设置于地面的控制器2，从而实现井下传感器14与控制器2之间的数据通讯；控制器2通过数据通讯光纤7-4连接井下潜油电机13，控制器2用于实现对井下潜油电机13的控制。
所述复合材料连续管7包括多层式管体，管体形成有中空的通道，用于原油的通过；所述管体的内层为热塑性树脂内层7-1，中间层为热塑性树脂纤维结构层7-2，外层为热塑性树脂外层7-3；热塑性树脂内层7-1铺设有沿管体的长度方向延伸的所述动力电缆7-5和所述数据通讯光纤7-4。
所述热塑性树脂内层7-1的材料为超高分子量聚乙烯、聚烯烃或聚四氟乙烯。
所述热塑性树脂外层7-3的材料为采用耐高温高密度聚乙烯。
所述数据通讯光纤7-4包括单模数据光纤和/或多模数据光纤；所述单模数据光纤用于测量井下潜油电机13和井下潜油隔膜泵10所在位置的温度和压力，并将测量数据传送给地面的控制器2，控制器2自动调节井下潜油电机13的工作频率，使地层出液量与井下潜油隔膜泵10的采液量保持平衡，从而达到智能化采油的目标；所述多模数据光纤用于测量整个复合材料连续管7内轴向不同位置的内外平衡温度、复合材料连续管7的受力状态，从而对复合材料连续管7的安全状态进行实时监测。
所述过渡接头9为具有压力锚、上提解锁、自动泄油阀功能的液力锚。
所述悬挂金具6包括悬挂器6-1，悬挂器6-1内固定设置有内胀管6-2，内胀管6-2使悬挂金具6形成上下贯通的通道；内胀管6-2的外部固定设置有外缩管6-3，且内胀管6-2与外缩管6-3之间形成有环形的连续管安装间隙，连续管安装间隙与复合材料连续管7的壁厚相吻合；外缩管6-3与悬挂器6-1的底端固定连接；复合材料连续管7的顶部固定穿设于连续管安装间隙内，悬挂金具6通过连续管安装间隙实现与复合材料连续管7的固定连接，从而实现对复合材料连续管7顶部的固定，并使复合材料连续管7的通道与悬挂金具6的通道相连通，以使复合材料连续管7内的原油能够通过悬挂金具6向上流动，从而实现通油功能；外缩管6-3的管壁上固定设置有螺孔柱台6-4，螺孔柱台6-4内设置有螺塞6-5；螺孔柱台6-4将悬挂器6-1的连续管安装间隙与悬挂金具6的外部相连通，以使复合材料连续管7的动力电缆7-5和数据通讯光纤7-4能够从悬挂金具6的螺孔柱台6-4处引出，与地面的电源1和控制器2相连接，从而实现通电和信号通讯功能。
所述内胀管6-2及外缩管6-3与复合材料连续管7的连接部形成有螺纹齿形结构。
所述螺塞6-5与螺孔柱台6-4之间密封。
所述悬挂器6-1的主体为上大小下的锥形。
所述井下金具8包括金具主体8-2，金具主体8-2内固定设置有金具内胀管8-3，金具内胀管8-3使井下金具8形成上下贯通的通道；金具内胀管8-3的外部固定设置有金具外缩管8-4，且金具内胀管8-3与金具外缩管8-4之间形成有环形的连续管安装间隙，连续管安装间隙与复合材料连续管7的壁厚相吻合；金具外缩管8-4与金具主体8-2的顶端固定连接；复合材料连续管7的底部固定穿设于连续管安装间隙内，井下金具8通过连续管安装间隙实现与复合材料连续管7的固定连接，从而实现对复合材料连续管7底部的固定，并使复合材料连续管7的通道与井下金具8的通道相连通，以使原油能够通过过渡接头9、井下金具8向复合材料连续管7由下向上流动，从而实现通油功能；金具外缩管8-4的管壁上固定设置有螺孔柱台8-5，螺孔柱台8-5内设置有螺塞8-6；螺孔柱台8-5将井下金具8的连续管安装间隙与井下金具8的外部相连通，以使复合材料连续管7的动力电缆7-5和数据通讯光纤7-4能够从井下金具8的螺孔柱台8-5处引出，与井下潜油电机13和井下传感器14相连接，从而实现通电和信号通讯功能。
所述金具内胀管8-3及金具外缩管8-4与复合材料连续管7的连接部形成有螺纹齿形结构。
所述螺塞8-6与螺孔柱台8-5之间密封。
本发明可以达到的技术效果是：
本发明通过复合材料连续管实现井下动力、传感器数据与地面控制装置之间的传输，具有节能、抗结垢、抗结蜡的特点，能够较为容易地实现智能化采油。
本发明中，复合材料连续管作为采油系统的核心，复合材料连续管的单根连续长度可达2000～5000米且可卷绕，其长度可根据井深割取，在井口作业时能够实现连续提升或注入，大大简化了传统采油管一节一节续接的方式，不仅能够节省作业时间、提高效率，而且能够大幅度降低工人的作业强度。
本发明能够实现管内壁不结垢、不结蜡、流阻小、保温，使得原油的举升畅通，不需要对管子作任何解堵等物理和化学处理，其使用过程更加节能环保。
本发明将动力电缆内嵌于复合材料连续管内，解决了现有电潜泵外置供电所带来的诸多问题，特别是斜井和水平井的磕碰、卡缆、拖拽等问题，有效降低了外置电缆高事故率。
本发明将数据通讯光纤内嵌于复合材料连续管内，以实现井下传感器将测量数据向控制器的传送。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明潜油隔膜泵复合材料连续管采油系统的示意图；
图2是本发明的复合材料连续管的截面示意图；
图3是本发明的悬挂金具的剖面示意图；
图4是本发明的井下金具的剖面示意图。
图中附图标记说明：
1为电源， 2为控制器，
3为接线盒， 4为井口，
6为悬挂金具，
7为复合材料连续管， 8为井下金具，
9为过渡接头， 10为井下潜油隔膜泵，
11为减速器， 12为联轴器，
13为井下潜油电机， 14为井下传感器，
6-1为悬挂器， 6-2为内胀管，
6-3为外缩管， 6-4为螺孔柱台，
6-5为螺塞，
7-1为热塑性树脂内层， 7-2为热塑性树脂纤维结构层，
7-3为热塑性树脂外层， 7-4为数据通讯光纤，
7-5为动力电缆，
8-1为螺钉， 8-2为金具主体，
8-3为金具内胀管， 8-4为金具外缩管，
8-5为螺孔柱台， 8-6为螺塞。
具体实施方式
如图1所示，本发明潜油隔膜泵复合材料连续管采油系统，包括一根连续不断的复合材料连续管7，复合材料连续管7的一端(顶部)扣压连接一悬挂金具6，使复合材料连续管7的该端固定于地面井口4处；复合材料连续管7的另一端(底部)扣压连接一井下金具8，并通过过渡接头9连接井下潜油隔膜泵10，井下潜油隔膜泵10通过减速器11及联轴器12连接井下潜油电机13；井下设置有井下传感器14；井下传感器14用于测量井下的温度和压力；
过渡接头9可以是具有压力锚、上提解锁、自动泄油阀等功能的液力锚；
复合材料连续管7内嵌有多根动力电缆7-5和多根数据通讯光纤7-4；
井下潜油电机13通过动力电缆7-5连接设置于地面的电源1，电源1用于对井下潜油电机13进行供电；
井下传感器14通过数据通讯光纤7-4经接线盒3连接设置于地面的控制器2，从而实现井下传感器14与控制器2之间的数据通讯，井下传感器14所采集的数据通过动力导线或数据通讯光纤7-4传输至设置于地面的控制器2；控制器2通过数据通讯光纤7-4连接井下潜油电机13，控制器2用于实现对井下潜油电机13的控制。
如图2所示，复合材料连续管7包括三层式管体，管体形成有中空的通道，用于原油的通过；管体的内层为热塑性树脂内层7-1，中间层为热塑性树脂纤维结构层7-2，外层为热塑性树脂外层7-3；热塑性树脂内层7-1铺设有多根沿管体的长度方向延伸的动力电缆7-5和数据通讯光纤7-4。
本发明的复合材料连续管7的内层为热塑性树脂内层7-1，根据工作环境的温度等级，其材料可以选用超高分子量聚乙烯、聚烯烃或聚四氟乙烯，利用其自润滑性和不粘附性，使得复合材料连续管7的内壁不结垢、不结蜡、流动阻力小，可长期保持流速和流量不减。
其中，超高分子量聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene，简称UHMWPE)是一种饱和分子团结构，其化学稳定性极高，在一定温度和浓度范围内能耐各种高腐蚀性介质(酸、碱、盐)及有机溶剂的侵蚀；超高分子量聚乙烯管材的耐磨性在输送各种浆体时比钢管、不锈钢管高4～7倍，比聚氯乙烯管和聚乙烯管高10倍左右，能够大幅度提高管道的使用寿命。
本发明的复合材料连续管7的外层为热塑性树脂外层7-3作为外保护层，热塑性树脂外层7-3的材料可以采用耐高温高密度聚乙烯，它同样具有耐腐蚀性能。
数据通讯光纤7-4可以是单模或多模数据光纤；
单模数据光纤用于测量井下潜油电机13和井下潜油隔膜泵10所在位置的温度和压力，并将测量数据传送给地面的控制器2，控制器2自动调节井下潜油电机13的工作频率，使地层出液量与井下潜油隔膜泵10的采液量保持平衡，从而达到智能化采油的目标；
多模数据光纤用于测量整个复合材料连续管7内轴向(即深度方向)不同位置的内外平衡温度、复合材料连续管7的受力状态等参数，从而对复合材料连续管7的安全状态进行实时监测。
本发明节电效果明显。
如图3所示，悬挂金具6包括悬挂器6-1，悬挂器6-1内固定设置有内胀管6-2，内胀管6-2使悬挂金具6形成上下贯通的通道；
内胀管6-2的外部固定设置有外缩管6-3，且内胀管6-2与外缩管6-3之间形成有环形的连续管安装间隙，连续管安装间隙与复合材料连续管7的壁厚相吻合；外缩管6-3与悬挂器6-1的底端固定连接；
复合材料连续管7的顶部固定穿设于连续管安装间隙内，悬挂金具6通过连续管安装间隙实现与复合材料连续管7的固定连接，从而实现对复合材料连续管7顶部的固定，并使复合材料连续管7的通道与悬挂金具6的通道相连通，以使复合材料连续管7内的原油能够通过悬挂金具6向上流动，从而实现通油功能；
悬挂金具6通过内胀管6-2与外缩管6-3之间所形成的连续管安装间隙实现对复合材料连续管7的固定，利用内胀管6-2与外缩管6-3之间形成的扣压咬合力，使复合材料连续管7(非金属材料)与悬挂金具6(金属材料)结合成一体，从而将复合材料连续管7的顶部悬挂固定于井口；
为了进一步增大悬挂金具6对复合材料连续管7的扣压咬合力，在内胀管6-2及外缩管6-3与复合材料连续管7的连接部(即内胀管6-2的外壁以及外缩管6-3的内壁)形成有螺纹齿形结构，以增大扣压咬合力；
悬挂器6-1上固定设置有螺孔柱台6-4，螺孔柱台6-4上开设有导线通过孔，将悬挂器6-1的连续管安装间隙与悬挂金具6的外部相连通，以使复合材料连续管7的动力电缆7-5和数据通讯光纤7-4能够从悬挂金具6的螺孔柱台6-4处引出，与地面的变压器1和控制器2相连接，从而实现通电和信号通讯功能；
导线通过孔内设置有螺塞6-5；螺塞6-5用于动力电缆7-5及数据通讯光纤7-4的密封绝缘；
螺塞6-5采用复合材料；
悬挂器6-1的主体为上大小下的锥形；使用时，悬挂器6-1的主体支撑于井口4处，以使与悬挂金具6连接的复合材料连续管7处于悬挂状态；由于悬挂器6-1的主体与井口4为锥面配合，能够使悬挂器6-1在受力情况下仍保持稳定的固定状态。
如图4所示，井下金具8包括金具主体8-2，金具主体8-2的底部通过螺钉8-1固定连接过渡接头9；
金具主体8-2内固定设置有金具内胀管8-3，金具内胀管8-3使井下金具8形成上下贯通的通道；
金具内胀管8-3的外部固定设置有金具外缩管8-4，且金具内胀管8-3与金具外缩管8-4之间形成有环形的连续管安装间隙，连续管安装间隙与复合材料连续管7的壁厚相吻合；金具外缩管8-4与金具主体8-2的顶端固定连接；
复合材料连续管7的底部固定穿设于连续管安装间隙内，井下金具8通过连续管安装间隙实现与复合材料连续管7的固定连接，从而实现对复合材料连续管7底部的固定，并使复合材料连续管7的通道与井下金具8的通道相连通，以使原油能够通过过渡接头9、井下金具8向复合材料连续管7由下向上流动，从而实现通油功能；
井下金具8通过金具内胀管8-3与金具外缩管8-4之间所形成的连续管安装间隙实现对复合材料连续管7的固定，利用金具内胀管8-3与金具外缩管8-4之间形成的扣压咬合力，使复合材料连续管7(非金属材料)与井下金具8(金属材料)结合成一体，从而将复合材料连续管7的底部固定于井下；
为了进一步增大井下金具8对复合材料连续管7的扣压咬合力，在金具内胀管8-3及金具外缩管8-4与复合材料连续管7的连接部(即金具内胀管8-3的外壁以及金具外缩管8-4的内壁)形成有螺纹齿形结构，以增大扣压咬合力；
金具主体8-2上固定设置有螺孔柱台8-5，螺孔柱台8-5上开设有导线通过孔，将井下金具8的连续管安装间隙与井下金具8的外部相连通，以使复合材料连续管7的动力电缆7-5和数据通讯光纤7-4能够从井下金具8的螺孔柱台8-5处引出，与井下潜油电机13和井下传感器14相连接，从而实现通电和信号通讯功能；
导线通过孔内设置有螺塞8-6；螺塞8-6用于动力电缆7-5及数据通讯光纤7-4的密封绝缘；
螺塞8-6采用复合材料。
Claims (10)
1.一种潜油隔膜泵复合材料连续管采油系统，其特征在于：包括一根连续不断的复合材料连续管(7)，复合材料连续管(7)的一端扣压连接一悬挂金具(6)，使复合材料连续管(7)的该端固定于地面井口(4)处；复合材料连续管(7)的另一端扣压连接一井下金具(8)，并通过过渡接头(9)连接井下潜油隔膜泵(10)；井下潜油隔膜泵(10)通过井下潜油电机(13)实现驱动；井下设置有井下传感器(14)，井下传感器(14)用于测量井下的温度和压力；
复合材料连续管(7)内嵌有多根动力电缆(7-5)和多根数据通讯光纤(7-4)；井下潜油电机(13)通过动力电缆(7-5)连接设置于地面的电源(1)，电源(1)用于对井下潜油电机(13)进行供电；
井下传感器(14)通过数据通讯光纤(7-4)连接设置于地面的控制器(2)，从而实现井下传感器(14)与控制器(2)之间的数据通讯；控制器(2)通过数据通讯光纤(7-4)连接井下潜油电机(13)，控制器(2)用于实现对井下潜油电机(13)的控制；
所述悬挂金具(6)包括悬挂器(6-1)；悬挂器(6-1)的主体为上大小下的锥形；
所述悬挂器(6-1)内固定设置有内胀管(6-2)，内胀管(6-2)使悬挂金具(6)形成上下贯通的通道；
内胀管(6-2)的外部固定设置有外缩管(6-3)，且内胀管(6-2)与外缩管(6-3)之间形成有环形的连续管安装间隙，连续管安装间隙与复合材料连续管(7)的壁厚相吻合；外缩管(6-3)与悬挂器(6-1)的底端固定连接；
复合材料连续管(7)的顶部固定穿设于连续管安装间隙内，悬挂金具(6)通过连续管安装间隙实现与复合材料连续管(7)的固定连接，从而实现对复合材料连续管(7)顶部的固定，并使复合材料连续管(7)的通道与悬挂金具(6)的通道相连通，以使复合材料连续管(7)内的原油能够通过悬挂金具(6)向上流动，从而实现通油功能；
所述井下金具(8)包括金具主体(8-2)，金具主体(8-2)内固定设置有金具内胀管(8-3)，金具内胀管(8-3)使井下金具(8)形成上下贯通的通道；
金具内胀管(8-3)的外部固定设置有金具外缩管(8-4)，且金具内胀管(8-3)与金具外缩管(8-4)之间形成有环形的连续管安装间隙，连续管安装间隙与复合材料连续管(7)的壁厚相吻合；金具外缩管(8-4)与金具主体(8-2)的顶端固定连接；
复合材料连续管(7)的底部固定穿设于连续管安装间隙内，井下金具(8)通过连续管安装间隙实现与复合材料连续管(7)的固定连接，从而实现对复合材料连续管(7)底部的固定，并使复合材料连续管(7)的通道与井下金具(8)的通道相连通，以使原油能够通过过渡接头(9)、井下金具(8)向复合材料连续管(7)由下向上流动，从而实现通油功能；
所述复合材料连续管(7)的长度为2000～5000米。
2.根据权利要求1所述的潜油隔膜泵复合材料连续管采油系统，其特征在于：所述复合材料连续管(7)包括多层式管体，管体形成有中空的通道，用于原油的通过；所述管体的内层为热塑性树脂内层(7-1)，中间层为热塑性树脂纤维结构层(7-2)，外层为热塑性树脂外层(7-3)；热塑性树脂内层(7-1)铺设有沿管体的长度方向延伸的所述动力电缆(7-5)和所述数据通讯光纤(7-4)。
3.根据权利要求2所述的潜油隔膜泵复合材料连续管采油系统，其特征在于：所述热塑性树脂内层(7-1)的材料为超高分子量聚乙烯、聚烯烃或聚四氟乙烯。
4.根据权利要求2所述的潜油隔膜泵复合材料连续管采油系统，其特征在于：所述热塑性树脂外层(7-3)的材料为采用耐高温高密度聚乙烯。
5.根据权利要求1所述的潜油隔膜泵复合材料连续管采油系统，其特征在于：所述数据通讯光纤(7-4)包括单模数据光纤和/或多模数据光纤；所述单模数据光纤用于测量井下潜油电机(13)和井下潜油隔膜泵(10)所在位置的温度和压力，并将测量数据传送给地面的控制器(2)，控制器(2)自动调节井下潜油电机(13)的工作频率，使地层出液量与井下潜油隔膜泵(10)的采液量保持平衡，从而达到智能化采油的目标；
所述多模数据光纤用于测量整个复合材料连续管(7)内轴向不同位置的内外平衡温度、复合材料连续管(7)的受力状态，从而对复合材料连续管(7)的安全状态进行实时监测。
6.根据权利要求1所述的潜油隔膜泵复合材料连续管采油系统，其特征在于：所述过渡接头(9)为具有压力锚、上提解锁、自动泄油阀功能的液力锚。
7.根据权利要求1所述的潜油隔膜泵复合材料连续管采油系统，其特征在于：所述
外缩管(6-3)的管壁上固定设置有螺孔柱台(6-4)，螺孔柱台(6-4)内设置有螺塞(6-5)；螺孔柱台(6-4)将悬挂器(6-1)的连续管安装间隙与悬挂金具(6)的外部相连通，以使复合材料连续管(7)的动力电缆(7-5)和数据通讯光纤(7-4)能够从悬挂金具(6)的螺孔柱台(6-4)处引出，与地面的电源(1)和控制器(2)相连接，从而实现通电和信号通讯功能。
8.根据权利要求1所述的潜油隔膜泵复合材料连续管采油系统，其特征在于：所述内胀管(6-2)及外缩管(6-3)与复合材料连续管(7)的连接部形成有螺纹齿形结构。
9.根据权利要求1所述的潜油隔膜泵复合材料连续管采油系统，其特征在于：所述
金具外缩管(8-4)的管壁上固定设置有螺孔柱台(8-5)，螺孔柱台(8-5)内设置有螺塞(8-6)；螺孔柱台(8-5)将井下金具(8)的连续管安装间隙与井下金具(8)的外部相连通，以使复合材料连续管(7)的动力电缆(7-5)和数据通讯光纤(7-4)能够从井下金具(8)的螺孔柱台(8-5)处引出，与井下潜油电机(13)和井下传感器(14)相连接，从而实现通电和信号通讯功能。
10.根据权利要求1所述的潜油隔膜泵复合材料连续管采油系统，其特征在于：所述金具内胀管(8-3)及金具外缩管(8-4)与复合材料连续管(7)的连接部形成有螺纹齿形结构。
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