CN106523334B - 油田井下机械采油装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油田井下机械采油装置。其技术方案是上壳体内部设有偏心进油阀总成和上胶囊泵，偏心进油阀总成与上壳体之间的缝隙为液压油通道，液压油通道的上端与上胶囊泵内部连通，下端与上缸体连通；所述偏心进油阀总成位于上壳体的内腔偏心处，上胶囊泵与上壳体之间为井液通道，井液通道的上端通过出油阀与上壳体上端连接的油管连通，井液通道的下端与进油阀的上端出口连通；通过动子带动缸体内的柱塞上下往复运动，推动液压油驱动上胶囊泵的胶囊胀缩把井液举升到地面。有益效果是：一是上胶囊泵阻隔了井液与直线电机及液压缸内部运动副的接触，延长泵的使用寿命；二是增加了储能包，可以提高电机的工作效率。

Description

油田井下机械采油装置

技术领域

本发明涉及一种油田井下机械采油装置，适用于一般常规井及含有砂粒、腐蚀性井液的特殊油井、斜井及水平井。

背景技术

目前，在石油开采中，有杆抽油设备在采油系统中占有相当大的比重，目前有杆抽油系统的最大效率目标值不到４０％，实测值只有２０％左右。传统的地面旋转电机有杆抽油方式的所有地面与井下设备多，能量损失大，与抽油机联合工作的井下抽油杆、泵载荷交替变化造成地面系统工作不稳，加剧了动力系统的无功消耗，导致采油系统的低效率运行，又由于抽油杆本身与井液的摩擦及与油管内壁的摩擦，造成巨大的能源浪费及油管和抽油杆的损耗，且由于井液与运动件接触，柱塞与泵筒间磨损、腐蚀严重，检泵周期短，特别是不适用于高含砂井，斜井及水平井。

无杆抽油泵—潜油电泵靠井底的高速旋转电机直接驱动多级离心泵，将井液举升至地面。但由于电机转速高、排量大，不适用于占统治地位的中低产油井，且泵效低、离心叶片及泵內腔接触井液，损坏快，应用范围受到很大的局限。

普通直线电机抽油泵（现有的新技术），利用装在活塞泵下方的直线电机动子带动活塞做上下往复运动，下冲程靠动子自由落体带动活塞下行，井液进入泵内，半个冲程周期电机闲置不做功；上冲程时靠动子带动活塞上行，井液举升到地面，电机做功，即电机只有半个冲程周期在做功，效率低。但由于运动副与井液接触，动子与定子之间的环空间隙大，尽管电机有自我对动子的居中功能，但在上、下两个冲程的止点转换处动子瞬间停止并落到定子内腔壁上，又由于是上行程排液，动子轴向压应力自下而上逐渐加大使动子弯曲，在动子的上部尤其严重，在动子离开定子内腔的部分更为严重，在所有检修故障中由于动子弯曲磨损而损坏电机的事故占绝大多数。

中国专利文献号为1844667A，专利名称为《带平衡重的井下直线电机液压驱动胶囊抽油泵》，利用装在胶囊泵下方的直线电机动子带动活塞做上下往复运动推动液压缸内的液压油流进或流出，迫使胶囊胀缩。当上冲程时液压油吸入液压缸，胶囊泵膨胀井液进入胶囊泵内，平衡重块也被同时升高储存了势能，当下冲程时液压油从液压缸排出，胶囊泵收缩井液被挤出胶囊泵并举升到地面，平衡重块也被同时下降释放了势能，一起对下行的活塞做功，优点是运动副与井液隔离，动子始终处于拉伸状态不易弯曲。但由于下行的拉杆占据了活塞横截面积，使泵的排量变小，配重部分需要占据更长的井下空间，密封盒始终保持密封有困难。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种油田井下机械采油装置，将井液与运动副隔离，阻止井液中的砂粒和腐蚀性物质对运动副的磨损、腐蚀，提高电机和泵的工作效率。

其技术方案是包括外壳、定子、动子、上缸体、上柱塞、上胶囊泵、出油阀、电机铠装电缆引出线、控制装置和上壳体，定子通过电机铠装电缆引出线与装在地面的控制装置连接，上缸体与上壳体连接，动子的上端与上缸体内的上柱塞连接，所述的动子的下端与下缸体内的下柱塞连接，下缸体的上端与电机的定子连接，下缸体的下端与外壳连接，外壳的下端设有堵头，所述外壳内部设有圆筒形的可压缩或膨胀的储能包；所述的上壳体内部设有偏心进油阀总成和上胶囊泵，偏心进油阀总成与上壳体之间的缝隙为液压油通道，液压油通道的上端与上胶囊泵内部连通，下端与上缸体连通；所述偏心进油阀总成位于上壳体的内腔偏心处，偏心进油阀总成的内部设有单向的进油阀，所述上胶囊泵与上壳体之间为井液通道，井液通道的上端通过出油阀与上壳体上端连接的油管连通，井液通道的下端与进油阀的上端出口连通；上胶囊泵阻隔了井液与液压油的接触，通过动子带动缸体内的柱塞上下往复运动，推动液压油驱动上胶囊泵的胶囊胀缩把井液举升到地面。

上述的上胶囊泵包括胶囊外壳和内部设有的筛管，胶囊外壳的底部和筛管的下端分别与转换接头的上端连接，且筛管与液压油通道连通。

上述的转换接头的下端与偏心进油阀总成连接，且偏心侧设有井液出口。

在上、下缸体分别设有一个压力释放平衡孔，在上止点位置把上缸体、电机定子內腔及下缸体通过平衡孔实现液压油互相连通而达到设备初始加注液压油时的平衡状态。

上述的动子上设有多个间隔层，每对N－S极的间隔层为耐磨无磁合金加工而成，在周沿均匀分布有用于液压油通过的纵向过流槽，每两个相邻的间隔层过流槽互相错开排列，与电机定子形成滑动轴承式接触配合。

另外，本发明提到的一种油田井下机械采油装置的使用方法是：

在上冲程时，被压缩的储能包膨胀驱动下液压油推动下柱塞向上运动，同时电机对动子向上做功，一起推动上柱塞推动上液压缸的液压油进入上胶囊泵内部使胶囊膨胀，偏心进油阀总成的进油阀关闭，出油阀打开，上胶囊泵外的井液进入油管并举升到地面；

在下冲程时，上胶囊泵内的液压油流回上缸体，胶囊收缩，偏心进油阀总成的进油阀打开，出油阀关闭，井液进入胶囊外部，同时动子带动下缸体内的下柱塞下行推动下缸体内的液压油流入储能包室并压缩储能包，包内的气体压力升高，把动子下行和电机下行半个冲程周期的能量储存起来，以备在上冲程时储能包膨胀释放能量。

本发明的有益效果是：一是通过设有全新的上胶囊泵，从而阻隔了井液与直线电机及液压缸内部运动副的接触，避免了运动副受井液中的砂粒磨损和有害物质腐蚀，液压油同时为运动副提供润滑和散热，延长泵的使用寿命；二是增加了储能包，通过储能包内气体膨胀推动液压油流回下液压缸推动下柱塞上行做功释放储能，这样就可以提高电机的工作效率；三是具有结构简单可靠、制造加工容易、造价低、调参容易、能量传递转换效率高、电机的工作效率高及节电等优点，可实现机电一体化，特别适用于平台井组及高出砂井及其它不同情况的油井，是对传统采油方式的重大革新，具有广阔的应用前景。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图；

上图中：堵头1、外壳2、储能包3、下缸体4、下柱塞5、定子6、动子7、上缸体8、上柱塞9、偏心进油阀总成10、上胶囊泵11、筛管12、井液13、出油阀14、电机铠装电缆引出线15、控制装置16、上壳体17、转换接头18。

具体实施方式

结合附图1，对本发明作进一步的描述：

本发明包括堵头1、外壳2、储能包3、下缸体4、下柱塞5、定子6、动子7、上缸体8、上柱塞9、偏心进油阀总成10、上胶囊泵11、筛管12、井液13、出油阀14、电机铠装电缆引出线15、控制装置16、上壳体17、转换接头18，定子6通过电机铠装电缆引出线15与装在地面的控制装置16连接，上缸体8与上壳体17连接，动子7的上端与上缸体8内的上柱塞9连接，所述的动子7的下端与下缸体4内的下柱塞5连接，下缸体4的上端与电机的定子6连接，下缸体4的下端与外壳2连接，外壳2的下端设有堵头1，所述外壳2内部设有圆筒形的可压缩或膨胀的储能包3；所述的上壳体17内部设有偏心进油阀总成10和上胶囊泵11，偏心进油阀总成10与上壳体17之间的缝隙为液压油通道，液压油通道的上端与上胶囊泵11内部连通，下端与上缸体8连通；所述偏心进油阀总成10位于上壳体17的内腔偏心处，偏心进油阀总成10的内部设有单向的进油阀，所述上胶囊泵11与上壳体17之间为井液通道，井液通道的上端通过出油阀14与上壳体17上端连接的油管连通，井液通道的下端与进油阀的上端出口连通；上胶囊泵11阻隔了井液与液压油的接触，通过动子7带动缸体内的柱塞上下往复运动，推动液压油驱动上胶囊泵的胶囊胀缩把井液举升到地面。

上述的上胶囊泵11包括胶囊外壳和内部设有的筛管12，胶囊外壳的底部和筛管12的下端分别与转换接头18的上端连接，且筛管12与液压油通道连通。

上述的转换接头18的下端与偏心进油阀总成10连接，且偏心侧设有井液出口。

在上、下缸体分别设有一个压力释放平衡孔，在上止点位置把上缸体、电机定子內腔及下缸体通过平衡孔实现液压油互相连通而达到设备初始加注液压油时的平衡状态，图中未示出。

上述的动子7上设有多个间隔层，每对N－S极的间隔层为耐磨无磁合金加工而成，在周沿均匀分布有用于液压油通过的纵向过流槽，每两个相邻的间隔层过流槽互相错开排列，与电机定子6形成滑动轴承式接触配合，这样就对N－S极起到保护作用。这样也可以保证电机的动子在电机定子的内腔、下液压缸及上液压缸三个的内腔自由上下往复运动，同时可以保证上、下柱塞在上、下各自的液压缸内自由上下往复运动，各个运动部件间隙保存的液压油也一起做同步运动，从而减小了整个系统的运动阻力，节约电能，液压油给运动副提供润滑和散热。

另外，本发明提到的一种油田井下机械采油装置的使用方法是：

把本发明与油管连接下到油井中，并通过电机铠装电缆引出线15与装在地面的控制装置16连接，直线电机的动子7的上、下端分别与上液压缸体内的上柱塞9和下液压缸体内的下柱塞5连接，下缸体4的上端与电机的定子6连接，下端与储能包3连接，上胶囊泵11、上、下缸体、储能包及外壳2连接在一起，外壳2的下端用堵头1封闭，防止井液进入，全部泵体在出厂时组装成一个整体并调试好，便于运输，在现场连接好电缆并检查好后，直接吊起来下入井内就可以。

本发明在上冲程时，被压缩的储能包3膨胀驱动下液压油推动下柱塞5向上运动，同时电机对动子7向上做功，一起推动上柱塞9推动上液压缸的液压油进入上胶囊泵11内部使胶囊膨胀，偏心进油阀总成10的进油阀关闭，出油阀14打开，上胶囊泵11外的井液13进入油管并举升到地面；

本发明在下冲程时，上胶囊泵11内的液压油流回上缸体8，胶囊收缩，偏心进油阀总成10的进油阀打开，出油阀14关闭，井液13进入胶囊外部，同时动子带动下缸体4内的下柱塞5下行推动下缸体4内的液压油流入储能包室并压缩储能包3，包内的气体压力升高，把动子下行和电机下行半个冲程周期的能量储存起来，以备在上冲程时储能包膨胀释放能量。

本发明的优点是：一是通过设有全新的上胶囊泵，从而阻隔了井液与直线电机及液压缸内部运动副的接触，避免了运动副受井液中的砂粒磨损和有害物质腐蚀，液压油同时为运动副提供润滑和散热，延长泵的使用寿命；二是增加了储能包，通过储能包内气体膨胀推动液压油流回下液压缸推动下柱塞上行做功释放储能，这样就可以提高电机的工作效率；三是具有结构简单可靠、制造加工容易、造价低、调参容易、能量传递转换效率高、电机的工作效率高及节电等优点，可实现机电一体化，特别适用于平台井组及高出砂井及其它不同情况的油井，是对传统采油方式的重大革新，具有广阔的应用前景。

Claims (1)

1.一种油田井下机械采油装置，包括外壳（2）、定子（6）、动子（7）、上缸体（8）、上柱塞（9）、上胶囊泵（11）、出油阀（14）、电机铠装电缆引出线（15）、控制装置（16）和上壳体（17），定子（6）通过电机铠装电缆引出线（15）与装在地面的控制装置（16）连接，上缸体（8）与上壳体（17）连接，动子（7）的上端与上缸体（8）内的上柱塞（9）连接，其特征是：所述的动子（7）的下端与下缸体（4）内的下柱塞（5）连接，下缸体（4）的上端与电机的定子（6）连接，下缸体（4）的下端与外壳（2）连接，外壳（2）的下端设有堵头（1），所述外壳（2）内部设有圆筒形的可压缩或膨胀的储能包（3）；所述的上壳体（17）内部设有偏心进油阀总成（10）和上胶囊泵（11），偏心进油阀总成（10）与上壳体（17）之间的缝隙为液压油通道，液压油通道的上端与上胶囊泵（11）内部连通，下端与上缸体（8）连通；所述偏心进油阀总成（10）位于上壳体（17）的内腔偏心处，偏心进油阀总成（10）的内部设有单向的进油阀，所述上胶囊泵（11）与上壳体（17）之间为井液通道，井液通道的上端通过出油阀（14）与上壳体（17）上端连接的油管连通，井液通道的下端与进油阀的上端出口连通；上胶囊泵（11）阻隔了井液与液压油的接触，通过动子（7）带动缸体内的柱塞上下往复运动，推动液压油驱动上胶囊泵的胶囊胀缩把井液举升到地面；

在上、下缸体分别设有一个压力释放平衡孔，在上止点位置把上缸体、电机定子内腔及下缸体通过平衡孔实现液压油互相连通而达到设备初始加注液压油时的平衡状态；

所述的动子（7）上设有多个间隔层，每对N－S极的间隔层为耐磨无磁合金加工而成，在周沿均匀分布有用于液压油通过的纵向过流槽，每两个相邻的间隔层过流槽互相错开排列，与电机定子（6）形成滑动轴承式接触配合；

所述的上胶囊泵（11）包括胶囊外壳和内部设有的筛管（12），胶囊外壳的底部和筛管（12）的下端分别与转换接头（18）的上端连接，且筛管（12）与液压油通道连通；

所述的转换接头（18）的下端与偏心进油阀总成（10）连接，且偏心侧设有井液出口；

其中，油田井下机械采油装置的使用方法是：

把油田井下机械采油装置与油管连接下到油井中，并通过电机铠装电缆引出线（15）与装在地面的控制装置（16）连接，直线电机的动子（7）的上、下端分别与上缸体内的上柱塞（9）和下缸体内的下柱塞（5）连接，下缸体（4）的上端与电机的定子（6）连接，下端与储能包（3）连接，上胶囊泵（11）、上、下缸体、储能包及外壳（2）连接在一起，外壳（2）的下端用堵头（1）封闭，防止井液进入，全部泵体在出厂时组装成一个整体并调试好，便于运输，在现场连接好电缆并检查好后，直接吊起来下入井内。