CN106014347B - 无杆采油的直线液马达采油设备 - Google Patents

无杆采油的直线液马达采油设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无杆采油的直线液马达采油设备，包括：地面动力站，对采出的油气水混合液进行分离，生成动力液，驱动井下直线液马达沿油井向下方运动，直至井下直线液马达带动抽油泵完成进液过程，并将动力液经动力液管输出至井下直线液马达；井下直线液马达，被动力液驱动沿油井垂直方向直线运动，直至井下直线液马达能够带动其连接抽油泵完成抽油泵进液过程；以及，对抽油泵抽到的油气水混合液进行举升，动力液驱动井下直线液马达沿油井向上运动，将抽油泵抽到的油气水混合液经采油管传送至地面动力站。本发明能够避免采油管和抽油杆长时间往复摩擦，能够有效提高采油效率节省采油经济成本。

Description

无杆采油的直线液马达采油设备
技术领域
本发明涉及石油机械领域，特别是涉及一种无杆采油的直线液马达采油设备。
背景技术
石油工业中，降低采油硬件损耗是节约油田经济成本和时间成本的重要途径。
目前油田采油活动中的油井主要分垂直井、定向井和水平井。地面向下1000m至3000m，倾斜角度在3°以内的油井定义为垂直井；地面向下500米至800米位置开始以一定的倾角(一般小于45°)向指定方位延伸至指定深度，这样的井定义为定向井；地面向下800米至1500米位置开始以接近180°的角度向指定方位延伸至指定深度，这样的井定义为水平。
针对不同的井采油方式各有不同。目前油田采油活动中的采油方式主要为抽油机采油。抽油机采油是最普遍采用的采油方式，优点是抽油机设备造价低，易管理维护。缺点是采油管和抽油杆长时间往复摩擦(定向井更严重)，不仅降低了采油的系统效率也使采油管和抽油杆很快磨损，致使检泵维修作业周期较短。频繁的检泵作业造成采油活动的成本较高。
目前尚未存在一种可避免采油管和抽油杆长时间往复摩擦的，能够有效节省油田采油时间成本和经济成本的采油方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、可避免采油管和抽油杆长时间往复摩擦的，能够有效节省油田采油时间成本和经济成本的采油方法的无杆采油的直线液马达采油设备。
基于本发明的一个方面，本发明实施例提供了一种无杆采油的直线液马达采油设备，包括地面动力站、动力液、井下直线液马达和采油管，其中，
所述地面动力站，用于对采出的油气水混合液进行分离，生成能够驱动所述井下直线液马达沿油井向下方运动，直至所述井下直线液马达能够带动其连接抽油泵完成抽油泵进液过程的动力液，并将所述动力液经所述动力液管输出至所述井下直线液马达；
所述动力液管，用于将所述动力液输出至所述井下直线液马达；
所述井下直线液马达，用于通过所述动力液管接收所述地面动力站生成的动力液，被所述动力液驱动沿油井垂直方向运动，直至所述井下直线液马达能够带动其连接的抽油泵完成抽油泵进液过程；以及，对所述抽油泵抽到的油气水混合液进行举升，动力液驱动所述井下直线液马达沿油井向上运动，将所述抽油泵抽到的油气水混合液经所述采油管传送至所述地面动力站；
所述采油管，用于将所述抽油泵抽到的油气水混合液传送至所述地面动力站。
可选地，还包括：
增压泵，用于对所述动力液进行增压，并将增压后的动力液经所述动力液管输出至所述井下直线液马达。
可选地，所述地面动力站还用于：接收所述抽油泵抽到的油气水混合液，将除动力液的其他部分通过外输管送入集输系统。
可选地，所述井下直线液马达包括：
液马达上接头，与所述采油管连接；
直线中心管，与所述动力液管连接；
液马达下接头，与所述抽油泵连接；
设置有换向活塞和动力活塞的动力拉杆，与所述抽油泵的活塞连接，用于经所述换向活塞、所述动力活塞和所述抽油泵的活塞互相作用，使得所述动力拉杆能够被所述动力液或者所述抽油泵举升液驱动上下重复性运动。
可选地，所述动力拉杆还包括换向阀和与所述换向活塞连接的伸缩换向拉杆，其中，
当所述换向活塞处于高于油井液面的第一位置时，将所述动力液经所述换向活塞进入所述动力拉杆的换向阀，并通过所述换向阀的A1和B1口流出、经所述动力活塞上进排液口进入所述动力活塞上腔，驱动所述动力活塞带动所述动力拉杆下行；
当所述动力活塞下行进入到下死点位置，由所述伸缩换向拉杆拉动所述换向活塞下行至低于所述第一位置的第二位置，将所述动力液经所述动力活塞上行动力液入口进入所述换向阀，再经换向阀的A2和B2口流出，进入所述动力活塞下腔，由所述动力液驱动所述动力活塞带动所述动力拉杆上行。
可选地，所述动力活塞还用于：
将位于所述动力活塞下腔的乏液，通过所述动力活塞下进排液口、所述换向阀的A2和B2口进入所述换向阀，再经所述换向阀的下行乏液出口流出，通过所述直线液马达的混合液出口进入液举升通道。
可选地，所述动力活塞还用于：
将位于所述动力活塞上腔的乏液，通过所述动力活塞上进排液口、所述换向阀的A1和B1口进入所述换向阀，再经过所述换向阀的上行乏液出口流出与所述抽油泵举升液混合，通过所述直线液马达的混合液出口进入液举升通路。
可选地，所述动力活塞还用于：当所述动力活塞上行至上死点位置时，推动所述换向活塞复位至所述第一位置，驱动所动力拉杆重复下行。
可选地，所述直线液马达适于油井壁倾斜或弯曲的油井原油采集。
本发明实施例中，去除了抽油杆，采油时不再存在抽油杆与采油管来回摩擦所导致的抽油杆磨损问题。具体地，为保证无杆采油的可实现性，本发明实施例采用地面动力站将采出的油、气、水混合液进行分离，一部分液体分离出来生成能够驱动井下直线液马达沿油井向下方运动的动力液。而井下直线液马达被动力液驱动向下运动，随后，在抽油泵完成抽油泵进液过程后，动力液驱动井下直线液马达沿油井向上运动，井下直线液马达对抽油泵抽到的油气水混合液连同直线液马达一起进行举升。由此可见，动力液和抽油泵举升液相互作用，使得井下直线液马达反复重复上下运动，从而实现了无杆化的采油工作。在本发明实施例中，井下直线液马达无需抽油杆驱动即可实现上下往返运动，使得采油过程中不存在抽油杆与采油管的磨损，大大降低了采油过程的设备损耗，节省了经济成本和时间成本，进而提高了采油过程的生产效率。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的无杆采油的直线液马达采油设备的结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例的换向阀中的A1、B1、A2、B2四个接口的截面示意图；
图3示出了根据本发明一个实施例的井下直线液马达的实物部分简略示意图；
图4示出了本发明实施例的直线液马达采油设备在实施现场的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
油田采油过程中多使用有杆采油装置。所述有杆采油装置的采油管和抽油杆长时间往复摩擦(定向井更严重)，不仅降低了采油的系统效率也使采油管和抽油杆很快磨损，致使检泵维修作业周期较短。频繁的检泵作业造成采油活动的成本较高。设计一种可有效避免采油管和抽油杆往复摩擦的采油装置是解决油田采油时间成本和经济成本较高的最佳解决方法。
本发明实施例提供了一种无杆采油的直线液马达采油设备。图1示出了根据本发明实施例的无杆采油的直线液马达采油设备的结构示意图。参见图1，该无杆采油直线液马达装置至少包括：地面动力站110、动力液管120、井下直线液马达130和采油管140。
其中各部件的连接关系以及具体功能见下文描述。
地面动力站110，用于对采出的油气水混合液进行分离，生成能够驱动所述井下直线液马达130沿油井向下方运动，直至所述井下直线液马达130能够带动其连接抽油泵完成抽油泵进液过程的动力液，并将所述动力液经所述动力液管120输出至所述井下直线液马达130；
动力液管120，用于将所述动力液输出至所述井下直线液马达130；
井下直线液马达130，用于通过所述动力液管120接收所述地面动力站110生成的动力液，被所述动力液驱动沿油井垂直方向直线运动，直至所述井下直线液马达130能够带动其连接抽油泵完成抽油泵进液过程；以及，对所述抽油泵抽到的油气水混合液进行举升，动力液驱动所述井下直线液马达130沿油井向上运动，将所述抽油泵抽到的油气水混合液经所述采油管140传送至所述地面动力站110；
采油管140，用于将所述抽油泵抽到的油气水混合液传送至所述地面动力站110。
本发明实施例中，去除了抽油杆，采油时不再存在抽油杆与采油管来回摩擦所导致的抽油杆磨损问题。具体地，为保证无杆采油的可实现性，本发明实施例采用地面动力站将采出的油、气、水混合液进行分离，一部分液体分离出来生成能够驱动井下直线液马达沿油井向下方运动的动力液。而井下直线液马达被动力液驱动向下运动，随后，在抽油泵完成抽油泵进液过程后，动力液驱动井下直线液马达沿油井向上运动，井下直线液马达对抽油泵抽到的油气水混合液连同直线液马达乏液一起进行举升。由此可见，动力液和抽油泵举升液相互作用，使得井下直线液马达反复重复上下运动，从而实现了无杆化的采油工作。在本发明实施例中，井下直线液马达无需抽油杆驱动即可实现上下往返运动，使得采油过程中不存在抽油杆与采油管的磨损，大大降低了采油过程的设备损耗，节省了经济成本和时间成本，进而提高了采油过程的生产效率。
为保障井下直线液马达能够顺利下行运动，本发明实施例中使用增压泵对动力液增压，使动力液加压后通过动力液管注入井下驱动井下直线液马达做功。所述增压泵可根据井内向上压力，动态设置具体增压值，确保动力液管注入井下驱动井下直线液马达向下运动。
抽油泵所抽到的油水混合液会被传输至地面动力站110，由地面动力站110对其进行分离，一小部分被分离出的油水混合液被作为动力液作为井下直线液马达130的向下驱动动力，而除动力液之外的部分，本发明实施例中使用地面动力站110将除动力液外的其他部分通过外输管送入集输系统。因动力液占抽油泵所抽到的油水混合液的比例非常小，这使得地面动力站110所能够提供给集输系统的油水混合液损耗很小，基本可以视为零损耗。而动力液在井下直线液马达130的往返运动过程中，动力液可视为可重复性使用，因此，即使井下直线液马达130在多次往返运动中所产生的动力液的损耗也是非常少的，对于抽油泵所采的油水混合液而言，后续基本不产生损耗，保证了抽油泵所采的油水混合液尽可能多的传输至集输系统。
在本发明实施例中，井下直线液马达130中设置有液马达上接头131、直线中心管132和液马达下接头133。为实现直线液马达130向上分别和动力液管120及采油管140相连，和向下采油泵相连这一上下连接，本发明实施例中的直线液马达130上部通过液马达上接头131与采油管140相连，直线中心管132和动力液管120相连，所述直线液马达130的下接头133与抽油泵桶连接，具体的连接关系请参见图3。
为实现井下直线液马达130能够通过动力液的向下压力和抽油泵举升液的向上压力实现上下往复抽油工作，本发明实施例还在井下直线液马达130中设置有换向活塞1341和动力活塞1342的动力拉杆134。动力拉杆134与抽油泵的活塞连接，用于经所述换向活塞1341、所述动力活塞1342和所述抽油泵的活塞互相作用，使得所述动力拉杆134能够被所述动力液或者所述抽油泵举升液驱动上下重复性运动。
进一步，为保证动力拉杆的可移动性，所述动力拉杆134还包括换向阀1343和与所述换向活塞1341连接的伸缩换向拉杆1344。其中，当所述换向活塞1341处于高于油井液面的第一位置时，即此时井下直线液马达130可直接向下驱动，进而驱动抽油泵完成抽油工作，此时对井下直线液马达130起作用的是由地面工作站分离出的动力液。将所述动力液经所述换向活塞1341进入所述动力拉杆134的换向阀1343，并通过所述换向阀1343的A1和B1口流出、经所述动力活塞1342上进排液口进入所述动力活塞1342上腔，驱动所述动力活塞1342带动所述动力拉杆134下行。
而当所述动力活塞1342下行进入到下死点位置，由所述伸缩换向拉杆1344拉动所述换向活塞下行至低于所述第一位置的第二位置，将所述动力液经所述动力活塞1342上行动力液入口进入所述换向阀1343，再经换向阀的A2和B2口流出，进入所述动力活塞1342下腔，由所述动力液驱动所述动力活塞1342带动所述动力拉杆134上行。
其中，需要说明的是，换向阀1343中的A1、B1、A2、B2四个接口是具备其独特入口方向的，具体请参见图2。
图3示出了根据本发明一个实施例的井下直线液马达的实物部分简略示意图。本发明实施例依据图3的具体示意对本发明所提供的无杆采油的直线液马达采油设备的采油方式进行详细说明。
参见图3，为了能够将抽油泵采到的油水混合液通过采油管140输送至地面动力站110，井下直线液马达130配置液马达上接头131和采油管140相连。进一步地，为了能够利用动力液下行压力实现无杆无摩擦采油，井下直线液马达130配置直线中心管132和动力液管120相连接。
进一步地，为实现将抽油泵抽到的油水混合物通过向上压力输送至地面动力站110，井下直线液马达130配置液马达下接头133和抽油泵相连。
进一步地，为了利用动力液向下压力和抽油泵举升液向上压力配合实现无杆无摩擦采油，井下直线液马达130配置了动力拉杆134和抽油泵活塞相连。
进一步地，井下直线液马达130配置了换向活塞1341以实现动力拉杆134在不同位置的运动上下换向工作。具体地，当井下直线液马达130的换向活塞1341处于伸缩换向拉杆1344锁紧帽和伸缩换向拉杆1344定位器之间时，井下直线液马达基于动力液下行压力实现动力拉杆134下行运动。
具体地，当井下直线液马达130的换向活塞1341处于伸缩换向拉杆1344锁紧帽和伸缩换向拉杆1344定位器之间时，地面动力站110分离的动力液通过下行动力液入口进入换向阀1343并通过换向阀1343的A1口和B1口流出、经所述动力活塞1348经排液口进入动力活塞1342上腔，驱动动力活塞1342下行。
此时，与动力活塞1342相连的动力拉杆134带动抽油泵活塞实现下行工作并完成抽油泵进液过程。在动力拉杆134下行的过程中，动力活塞1342下腔的乏液，通过动力活塞1342下进排液口和与换向阀1343的A2和B2口连接的软管进入换向阀1343，再经过下行乏液出口流出，通过动力活塞1342的下乏液出口排除，再通过混合液出口进入液举升通道。
本发明实施例通过动力活塞1342、固定在动力活塞1342上的伸缩换向拉杆1344、换向阀1343实现动力拉杆134的下行截至并自动上行运动过程。
具体地，当动力活塞1342下行至下行死点位置时，固定在动力活塞1342上的伸缩换向拉杆1344拉动动力拉杆134下行至伸缩换向拉杆锁紧螺栓和下行动力液入口之间位置。
此时，动力液通过上行动力液入口进入换向阀1343，再通过换向阀1343的A2口和B2口流出，经过连接动力活塞1342下进排液口的软管进入动力活塞1342的下腔，向上压力使得动力活塞1342向上运动。
进一步地，动力活塞1342向上运动，带动固定在动力活塞1342上的动力拉杆134向上运动。进一步地，动力拉杆134向上运动带动抽油泵活塞上行并完成抽油泵举升做功过程。
在动力拉杆134向上运动的过程中，本发明实施例通过乏液和抽油泵举升液实现举升压力带动动力拉杆134向上运动。
具体地，动力活塞1342上腔的乏液，通过动力活塞1342上行排液口和换向阀1343的A1口和B1口连接的软管进入换向阀1343。
进一步地，所述乏液再经过上行乏液出口流出和抽油泵的举升液混合，再通过混合液出口进入采出液举升通道，完成井下直线液马达130带动抽油泵举升做功的过程。
在动力拉杆134向上运动的过程中，当动力活塞1342上行至上行死点时，动力活塞1342推动换向活塞1341至伸缩换向拉杆1344锁紧帽和伸缩换向拉杆1344定位器之间。这样，根据所述井下直线液马达130的上下驱动过程，地面动力站110连续供给动力液给井下直线液马达130，井下直线液马达130不断依靠向下压力和抽油泵举升力带动抽油泵上下运动，周而复始地完成抽油泵的举升和下落过程，实现无杆无摩擦采油工作。
除上述各器件之外，参见图3，本发明实施例所提供的井下直线液马达还可以包括：中心管密封、换向杆密封、密封件涨紧环、平式油管扣、分隔环、动力拉杆次密封、抽油泵采出液通道、动力拉杆主密封和井下直线液马达外壳等器件。各器件组合完成直线液马达的无杆无摩擦采油工作，因直线液马达还包括的上述各器件所起到作用与其各器件常规作用相同，在此不做赘述。
图4示出了本发明实施例的直线液马达采油设备在实施现场的示意图。图4中省略了地下部分，所述地下部分的具体示意图请参见图3。图4中，地面设施部分除地面动力站部分外，还包括了集输管41、参水管42、三通道分配阀43、动力液管44、采出液管45和井口阀门46。图3及图4中示出的各部件集合完成无杆采油过程，使得采油过程中不存在抽油杆与采油管的磨损，大大降低了采油过程的设备损耗，节省了经济成本和时间成本，进而提高了采油过程的生产效率。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无杆采油的直线液马达采油设备，其特征在于，包括地面动力站、动力液、井下直线液马达和采油管，其中，
所述地面动力站，用于对采出的油气水混合液进行分离，生成能够驱动所述井下直线液马达沿油井垂直方向运动，直至所述井下直线液马达能够带动其连接抽油泵完成抽油泵进液过程的动力液，并将所述动力液经动力液管输出至所述井下直线液马达；多余的混合液通过外输管送入集输系统；
所述动力液管，用于将所述动力液输出至所述井下直线液马达；
所述井下直线液马达，用于通过所述动力液管接收所述地面动力站生成的动力液，被所述动力液驱动沿油井向下方运动，直至所述井下直线液马达能够带动其连接抽油泵完成抽油泵进液过程；以及，对所述抽油泵抽到的油气水混合液进行举升，动力液驱动所述井下直线液马达沿油井向上运动，将所述抽油泵抽到的油气水混合液经所述采油管传送至所述地面动力站；
所述采油管，用于将所述抽油泵抽到的油气水混合液传送至所述地面动力站；
所述井下直线液马达包括：
液马达上接头，与所述采油管连接；
直线中心管，与所述动力液管连接；
液马达下接头，与所述抽油泵连接；
设置有换向活塞和动力活塞的动力拉杆，与所述抽油泵的活塞连接，用于经所述换向活塞、所述动力活塞和所述抽油泵的活塞互相作用，使得所述动力拉杆能够被所述动力液或者所述抽油泵举升液驱动上下重复性运动；
所述动力拉杆还包括换向阀和与所述换向活塞连接的伸缩换向拉杆，其中，
当所述换向活塞处于高于油井液面的第一位置时，将所述动力液经所述换向活塞进入所述动力拉杆的换向阀，并通过所述换向阀的A1和B1口流出、经所述动力活塞上进排液口进入所述动力活塞上腔，驱动所述动力活塞带动所述动力拉杆下行；
当所述动力活塞下行进入到下死点位置，由所述伸缩换向拉杆拉动所述换向活塞下行至低于所述第一位置的第二位置，将所述动力液经所述动力活塞上行动力液入口进入所述换向阀，再经换向阀的A2和B2口流出，进入所述动力活塞下腔，由所述动力液驱动所述动力活塞带动所述动力拉杆上行。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括：
增压泵，用于对所述动力液进行增压，并将增压后的动力液经所述动力液管输出至所述井下直线液马达。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述地面动力站还用于：接收所述抽油泵抽到的油气水混合液，将除动力液的其他部分通过外输管送入集输系统。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述动力活塞还用于：
将位于所述动力活塞下腔的乏液，通过所述动力活塞下进排液口、所述换向阀的A2和B2口进入所述换向阀，再经所述换向阀的下行乏液出口流出，通过所述直线液马达的混合液出口进入液举升通道。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述动力活塞还用于：
将位于所述动力活塞上腔的乏液，通过所述动力活塞上进排液口、所述换向阀的A1和B1口进入所述换向阀，再经过所述换向阀的上行乏液出口流出与所述抽油泵举升液混合，通过所述直线液马达的混合液出口进入液举升通路。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述动力活塞还用于：当所述动力活塞上行至上死点位置时，推动所述换向活塞复位至所述第一位置，驱动所述动力拉杆重复下行。
7.根据权利要求1-6任一项所述的设备，其特征在于，所述直线液马达适于油井壁倾斜或弯曲的油井原油采集。
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