CN106801592A - 无杆闭环采油系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种无杆闭环采油系统，包括井下开采部分，井下开采部分包括设置于油管底部的潜油螺杆泵，潜油螺杆泵的下方连接有能驱动潜油螺杆泵转动的同步电机，同步电机的下方连接有能采集油井内温度和压力数据的温度压力采集短接，温度压力采集短接的下方连接有能将井下开采部分卡止固定于油井内的锚定器；无杆闭环采油系统还包括闭环控制系统，同步电机通过潜油电缆与闭环控制系统连接，温度压力采集短接与闭环控制系统信号连接。该无杆闭环采油系统克服现有技术中存在的能量损失、抽油杆易损坏、可靠性差、不能智能采油等问题，实现了无杆举升和智能开采，减少修井作业，降低采油作业成本。

Description

无杆闭环采油系统

技术领域

本发明涉及采油机械领域，尤其涉及一种无杆闭环采油系统。

背景技术

目前，国内油田采油设备主要是有杆举升，包括抽油机和地面驱动螺杆泵，井下泵动力源是地面电机通过上千米的抽油杆传递到井下，这种工况下，不但在动力传递过程中存在能量损失，还会造成抽油杆断脱、抽油杆与油管的磨损等问题，造成修井作业增加，提高了采油成本。

现有技术中存在一种低速大排量电动潜油螺杆泵采油系统，其采用了异步电机和减速装置，主要包括潜油电机、减速器、螺杆泵等，该技术的主要不足是减速器装置存在尺寸大、可靠性差的问题；现有技术中还存在一种潜油直驱螺杆泵，去掉了保护器和螺杆泵之间的减速器，采用永磁同步电机直接驱动井下螺杆泵，主要包括永磁同步电机、保护器、柔性轴和螺杆泵同轴连接，自下而上，转速在1-300转/分钟，该技术存在的问题有：完全人工操作，无法根据油井动液面和井底温度调整运行参数，增加故障风险，转速不合适容易造成螺杆泵空抽烧毁或影响油井的产量，不能实现智能采油；无法实现远程数据实时监测与控制；没有反洗功能，卡泵时造成修井作业。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种无杆闭环采油系统，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无杆闭环采油系统，克服现有技术中存在的能量损失、抽油杆易损坏、可靠性差、不能智能采油等问题，该无杆闭环采油系统实现无杆举升和智能开采，减少修井作业，降低采油作业成本。

本发明的另一目的在于提供一种无杆闭环采油系统，油管堵塞时使用反洗短接完成洗井作业，减少修井，降低作业成本。

本发明的目的是这样实现的，一种无杆闭环采油系统,所述无杆闭环采油系统包括井下开采部分，所述井下开采部分包括设置于油管底部的潜油螺杆泵，所述潜油螺杆泵的下方连接有能驱动所述潜油螺杆泵转动的同步电机，所述同步电机的下方连接有能采集油井内温度和压力数据的温度压力采集短接，所述温度压力采集短接的下方连接有能将所述井下开采部分卡止固定于油井内的锚定器；所述潜油螺杆泵的上方设置有能允许油井内流体单向进入所述油管中、且能防止流体自上而下流向所述潜油螺杆泵的反洗短接；所述无杆闭环采油系统还包括闭环控制系统，所述同步电机通过潜油电缆与所述闭环控制系统连接，所述温度压力采集短接与所述闭环控制系统信号连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述反洗短接的侧壁上设置有能允许油井内流体单向进入油管中的反洗阀，所述反洗短接的底部设置有防止流体自上而下流向所述潜油螺杆泵的单向阀。

在本发明的一较佳实施方式中，所述温度压力采集短接包括一短接，所述短接上设置有温度传感器和压力传感器。

在本发明的一较佳实施方式中，所述同步电机为永磁同步低速电机。

在本发明的一较佳实施方式中，所述温度压力采集短接与所述同步电机集成设置，所述温度压力采集短接通过电机星点将采集的数据信号传递给所述闭环控制系统。

在本发明的一较佳实施方式中，所述潜油螺杆泵的下方连接有一能传递电机扭矩的、且能吸收所述同步电机的转子的轴向力的柔性止推结构，所述柔性止推结构的下方连接有能传递电机扭矩、且能保持所述同步电机的内外压力平衡的电机保护器，所述电机保护器的下方连通设置所述同步电机。

在本发明的一较佳实施方式中，所述闭环控制系统包括处理器、变频器和远程控制上位机，所述处理器，设置于地面控制柜中，用于接收所述温度压力采集短接采集的压力和温度信号，所述处理器分析且处理所述压力和温度信号，并向所述变频器发出电机转速调整信号，所述处理器向所述远程控制上位机发出所述压力和温度信号和所述电机转速调整信号；

所述变频器，设置于地面控制柜中，根据所述处理器发出的所述电机转速调整信号，对所述同步电机的转速进行调整；

所述远程控制上位机，设置于远程控制室中，接收所述处理器发出的所述压力和温度信号和所述电机转速调整信号，通过监控所述压力和温度信号和所述电机转速调整信号来远程监控所述井下开采部分的开采情况。

由上所述，本发明提供的无杆闭环采油系统具有如下有益效果：

(1)本发明提供的无杆闭环采油系统采用直驱的潜油螺杆泵，实现无杆举升，从根本上解决了地面驱动螺杆泵偏磨和潜油螺杆泵减速器易损的问题，延长了机组的使用寿命，有效的降低了能耗；

(2)本发明提供的无杆闭环采油系统中设置闭环控制系统，闭环控制系统对无杆闭环采油系统的运行状态进行监测，使无杆闭环采油系统运行于最佳的工作状态；闭环控制系统可以将油井数据实时传递到办公场所，使操作者可以远程对无杆闭环采油系统的运行状况进行监测和控制，实现无杆闭环采油系统的远程启停和电机转速调整，实现了智能开采，减少了人员的参与，降低了人力成本；

(3)本发明提供的无杆闭环采油系统中设置永磁同步低速电机，永磁同步低速电机作为整个系统的动力源，采用变频器来对电机进行直接控制，省去了减速装置，增强了无杆闭环采油系统的可靠性；

(4)本发明提供的无杆闭环采油系统中设置反洗短接，油管堵塞时使用反洗短接完成洗井作业，减少修井，降低作业成本；

(5)本发明提供的无杆闭环采油系统井口占地面积小、噪声小、不会产生抽油杆反转的情况，提高了安全性，适用于大斜度井和水平井。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明的无杆闭环采油系统的结构示意图。

图2：为本发明的温度压力采集短接的结构示意图。

图中：

100、无杆闭环采油系统；

1、潜油螺杆泵；

2、同步电机；

21、电机保护器；

3、温度压力采集短接；

30、短接；

31、温度传感器；

32、压力传感器；

4、锚定器；

5、闭环控制系统；

51、远程控制上位机；

6、潜油电缆；

7、反洗短接；

8、柔性止推结构；

91、套管；

92、油管；

93、环空。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明提供一种无杆闭环采油系统100,包括井下开采部分，井下开采部分包括设置于油管92底部的潜油螺杆泵1，潜油螺杆泵1的下方连接有能驱动所述潜油螺杆泵转动的同步电机2，在本实施方式中，同步电机2为永磁同步低速电机；同步电机2的下方连接有能采集油井内温度和压力数据的温度压力采集短接3，温度压力采集短接3的下方连接有能将井下开采部分卡止固定于油井内的锚定器4(在本发明的一具体实施例中，锚定器4将井下开采部分固定于套管91内)，锚定器4防止倒扣且起到固定作用；无杆闭环采油系统100还包括闭环控制系统5，同步电机2通过潜油电缆6与闭环控制系统5连接，温度压力采集短接3与闭环控制系统5信号连接。

本发明提供的无杆闭环采油系统100采用直驱的潜油螺杆泵1，实现无杆举升，从根本上解决了地面驱动螺杆泵偏磨和潜油螺杆泵减速器易损的问题，延长了机组的使用寿命，有效的降低了能耗；无杆闭环采油系统100中设置闭环控制系统5，闭环控制系统5对无杆闭环采油系统100的运行状态进行监测，使无杆闭环采油系统100运行于最佳的工作状态；闭环控制系统5可以将油井数据实时传递到办公场所，使操作者可以远程对无杆闭环采油系统100的运行状况进行监测和控制，实现无杆闭环采油系统100的远程启停和电机转速调整，实现了智能开采，减少了人员的参与，降低了人力成本；无杆闭环采油系统100中设置同步电机2，同步电机作为整个系统的动力源，直接驱动潜油螺杆泵1转动；本发明的无杆闭环采油系统100井口占地面积小、噪声小、不会产生抽油杆反转的情况，提高了安全性，适用于大斜度井和水平井。

进一步，如图1所示，潜油螺杆泵1的上方设置有能允许油井内流体单向进入油管92中、且能防止流体自上而下流向潜油螺杆泵1的反洗短接7。在本实施方式中，反洗短接7的侧壁上设置有能允许油井内流体单向进入油管中的反洗阀，反洗短接7的底部设置有防止流体自上而下流向潜油螺杆泵的单向阀，采油时，单向阀能够允许潜油螺杆泵采取的油液通过反洗短接7进入油管92。反洗短接7兼具单向阀和反洗阀的功能，油管结蜡堵塞后，用泵车向油管92和套管91之间的环空93加压，环空93中的高压流体通过反洗短接7进入油管92，同时防止高压流体进入潜油螺杆泵1，洗通油管92内通道的同时避免对无杆闭环采油系统100造成伤害，延长了无杆闭环采油系统100的运行周期，减少了修井作业，降低作业成本。

进一步，如图1、图2所示，温度压力采集短接3包括一短接30，短接30上设置有温度传感器31和压力传感器32。温度传感器31用于采集井内的温度信息，压力传感器32用于采集井内的压力信息。温度传感器31和压力传感器32集成设置于同一短接上，使得结构更加简单，装配操作便捷。

进一步，温度压力采集短接3与同步电机2集成设置，温度压力采集短接3通过电机星点(现有技术，图中未示出)将采集的数据信号传递给闭环控制系统5。

进一步，如图1所示，潜油螺杆泵1的下方连接有一能传递电机扭矩的、且能吸收同步电机2的转子的轴向力的柔性止推结构8，柔性止推结构8的下方连接有能传递电机扭矩且能保持同步电机2内外压力平衡的电机保护器21，电机保护器21的下方连通设置前述的同步电机2。电机保护器21中存放有电机油，通过呼吸为同步电机2供油，确保同步电机2的润滑与散热，电机保护器21与环空93中的井液、同步电机2的内部分别连通，电机保护器21的呼是指同步电机2温度升高、压力升高时，同步电机2中的电机油进入电机保护器21，并部分排出到环空93中，同步电机2内的压力与外界压力得到平衡；电机保护器21的吸是指同步电机2停止运行后，温度下降且压力下降，环空93中的井液进入电机保护器21，同步电机2内的压力与外界压力得到平衡。柔性止推结构8连接潜油螺杆泵1和电机保护器21，柔性止推结构8吸收潜油螺杆泵1的转子产生的轴向力，同时将潜油螺杆泵1的转子的行星运动转化为同心运动，将从电机保护器21传递过来的电机扭矩传递给潜油螺杆泵1的转子，潜油螺杆泵1将井液加压后通过油管92输送到地面采油装置(现有技术，图中未示出)。

进一步，如图1所示，闭环控制系统5包括处理器、变频器和远程控制上位机51，处理器设置于地面控制柜中，用于接收温度压力采集短接3发出的压力和温度信号，所述处理器分析且处理所述压力和温度信号，并向所述变频器发出电机转速调整信号，所述处理器向所述远程控制上位机发出所述压力和温度信号和所述电机转速调整信号；；变频器设置于地面控制柜中，根据所述处理器发出的所述电机转速调整信号，对所述同步电机的转速进行调整；；远程控制上位机51设置于远程控制室中，接收所述处理器发出的所述压力和温度信号和所述电机转速调整信号，通过监控所述压力和温度信号和所述电机转速调整信号来远程监控所述井下开采部分的开采情况。在本发明的一具体实施例中，闭环控制系统5使同步电机2的转速在50～500rpm范围内调整，进而实现潜油螺杆泵1的转速调整，达到根据井内流体压力调整产量的目的。闭环控制系统5实现对同步电机2的转矩控制，同时将无杆闭环采油系统100运行工况参数无线发送至远程控制上位机51，实现无杆闭环采油系统100的远程监控和人工操作，减少操作人员的工作量，提高了生产时效。

由上所述，本发明提供的无杆闭环采油系统具有如下有益效果：

(1)本发明提供的无杆闭环采油系统采用直驱的潜油螺杆泵，实现无杆举升，从根本上解决了地面驱动螺杆泵偏磨和潜油螺杆泵减速器易损的问题，延长了机组的使用寿命，有效的降低了能耗；

(2)本发明提供的无杆闭环采油系统中设置闭环控制系统，闭环控制系统对无杆闭环采油系统的运行状态进行监测，使无杆闭环采油系统运行于最佳的工作状态；闭环控制系统可以将油井数据实时传递到办公场所，使操作者可以远程对无杆闭环采油系统的运行状况进行监测和控制，实现无杆闭环采油系统的远程启停和电机转速调整，实现了智能开采，减少了人员的参与，降低了人力成本；

(3)本发明提供的无杆闭环采油系统中设置永磁同步低速电机，永磁同步低速电机作为整个系统的动力源，采用变频器来对电机进行直接控制，省去了减速装置，增强了无杆闭环采油系统的可靠性；

(4)本发明提供的无杆闭环采油系统中设置反洗短接，油管堵塞时使用反洗短接完成洗井作业，减少修井，降低作业成本；

(5)本发明提供的无杆闭环采油系统井口占地面积小、噪声小、不会产生抽油杆反转的情况，提高了安全性，适用于大斜度井和水平井。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种无杆闭环采油系统,其特征在于，所述无杆闭环采油系统包括井下开采部分，所述井下开采部分包括设置于油管底部的潜油螺杆泵，所述潜油螺杆泵的下方连接有能驱动所述潜油螺杆泵转动的同步电机，所述同步电机的下方连接有能采集油井内温度和压力数据的温度压力采集短接，所述温度压力采集短接的下方连接有能将所述井下开采部分卡止固定于油井内的锚定器；所述潜油螺杆泵的上方设置有能允许油井内流体单向进入所述油管中、且能防止流体自上而下流向所述潜油螺杆泵的反洗短接；所述无杆闭环采油系统还包括闭环控制系统，所述同步电机通过潜油电缆与所述闭环控制系统连接，所述温度压力采集短接与所述闭环控制系统信号连接。

2.如权利要求1所述的无杆闭环采油系统，其特征在于，所述反洗短接的侧壁上设置有能允许油井内流体单向进入油管中的反洗阀，所述反洗短接的底部设置有防止流体自上而下流向所述潜油螺杆泵的单向阀。

3.如权利要求1所述的无杆闭环采油系统，其特征在于，所述温度压力采集短接包括一短接，所述短接上设置有温度传感器和压力传感器。

4.如权利要求1所述的无杆闭环采油系统，其特征在于，所述同步电机为永磁同步低速电机。

5.如权利要求1所述的无杆闭环采油系统，其特征在于，所述温度压力采集短接与所述同步电机集成设置，所述温度压力采集短接通过电机星点将采集的数据信号传递给所述闭环控制系统。

6.如权利要求1所述的无杆闭环采油系统，其特征在于，所述潜油螺杆泵的下方连接有一能传递电机扭矩的、且能吸收所述同步电机的转子的轴向力的柔性止推结构，所述柔性止推结构的下方连接有能传递电机扭矩、且能保持所述同步电机的内外压力平衡的电机保护器，所述电机保护器的下方连通设置所述同步电机。

7.如权利要求1或5所述的无杆闭环采油系统，其特征在于，所述闭环控制系统包括处理器、变频器和远程控制上位机，

所述处理器，设置于地面控制柜中，用于接收所述温度压力采集短接采集的压力和温度信号，所述处理器分析且处理所述压力和温度信号，并向所述变频器发出电机转速调整信号，所述处理器向所述远程控制上位机发出所述压力和温度信号和所述电机转速调整信号；

所述变频器，设置于地面控制柜中，根据所述处理器发出的所述电机转速调整信号，对所述同步电机的转速进行调整；

所述远程控制上位机，设置于远程控制室中，接收所述处理器发出的所述压力和温度信号和所述电机转速调整信号，通过监控所述压力和温度信号和所述电机转速调整信号来远程监控所述井下开采部分的开采情况。