CN106812503A - 一体化无杆举升管柱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种一体化无杆举升管柱，其包括：外筒和穿设于所述外筒内的油管；螺杆泵，设于所述外筒内，所述螺杆泵连接在所述油管下方，且包括螺杆、以及套设在所述螺杆外的螺杆泵定子，所述螺杆泵定子与所述螺杆之间形成与所述油管连通的输油腔室；潜油电机，设于所述外筒内，且包括连接在所述螺杆泵定子外的电机转子、以及套设在所述电机转子外且与所述外筒连接的电机定子，所述电机转子能带动所述螺杆泵定子旋转；柔性轴，设于所述外筒内，且连接在所述螺杆下方；止推装置，固定于所述外筒内，且连接在所述柔性轴下方。本发明能减小举升管柱工具串长度，提高斜井段通过性。

Description

一体化无杆举升管柱

技术领域

本发明涉及采油技术领域，尤其是一种一体化无杆举升管柱。

背景技术

随着油田开发的深入，为了增加泄油面积，提高单井产量，斜井、水平井数量不断增加，在长庆油田等低产低渗油田，新井斜井数量占到60％以上。由于单井产量低，常规抽油机举升时系统效率低，能耗高，而且杆管偏磨严重，维护成本高。无杆举升技术能够很好的解决这个问题。

在目前的无杆举升工艺中，电潜泵举升要求油井产量不小于30m³/d，难以满足低产量单井的应用要求；气举等需要气源充足，地面设备复杂，实施困难。申请号为201320650324.0的中国专利介绍了一种电潜螺杆泵抽油装置，其为一种无杆举升系统，该系统包括井下低速电机、保护器、偏心减震系统、螺杆泵等，该系统能够满足井下无杆举升的需要，但是其工具串过长，对于斜井来说，过长的工具串组合会影响井下的通过性，尤其是在狗腿度比较大的地方，可能会发生遇卡的复杂工况，影响泵挂深度。

发明内容

本发明的目的是提供一种一体化无杆举升管柱，以减小工具串长度，提高斜井段通过性。

为达到上述目的，本发明提出一种一体化无杆举升管柱，其包括：外筒和穿设于所述外筒内的油管；螺杆泵，设于所述外筒内，所述螺杆泵连接在所述油管下方，且包括螺杆、以及套设在所述螺杆外的螺杆泵定子，所述螺杆泵定子与所述螺杆之间形成与所述油管连通的输油腔室；潜油电机，设于所述外筒内，且包括连接在所述螺杆泵定子外的电机转子、以及套设在所述电机转子外且与所述外筒连接的电机定子，所述电机转子能带动所述螺杆泵定子旋转；柔性轴，设于所述外筒内，且连接在所述螺杆下方；止推装置，固定于所述外筒内，且连接在所述柔性轴下方。

如上所述的一体化无杆举升管柱，其中，所述螺杆泵定子包括外壳、以及覆设于所述外壳内壁上的衬套，所述衬套的内壁面为螺旋面，所述衬套与所述螺杆之间形成所述输油腔室。

如上所述的一体化无杆举升管柱，其中，所述外壳为金属外壳，所述衬套为橡胶衬套。

如上所述的一体化无杆举升管柱，其中，所述电机转子包括安装在所述螺杆泵定子外的永磁体，所述电机定子包括定子铁芯和围绕所述定子铁芯布置的定子绕组。

如上所述的一体化无杆举升管柱，其中，所述电机定子通过电缆与地面上的电控箱电连接，所述电控箱能控制所述潜油电机的通断。

如上所述的一体化无杆举升管柱，其中，所述一体化无杆举升管柱还包括与所述潜油电机电连接的电机保护装置，所述电机保护装置设于所述外筒内，且位于所述潜油电机上方。

如上所述的一体化无杆举升管柱，其中，所述螺杆泵定子和所述螺杆延伸至所述潜油电机下方，所述螺杆泵定子与所述外筒之间设有位于所述潜油电机下方的至少一个扶正轴承。

如上所述的一体化无杆举升管柱，其中，所述止推装置为止推轴承，所述止推轴承设于止推轴承仓内，所述止推轴承仓与所述外筒连接。

如上所述的一体化无杆举升管柱，其中，所述柔性轴包括空心轴和填充于所述空心轴内的多个滚珠。

如上所述的一体化无杆举升管柱，其中，所述一体化无杆举升管柱具有供油液进入所述外筒内的吸入口，所述吸入口位于所述柔性轴下方。

本发明的一体化无杆举升管柱的特点和优点是：

1、本发明的一体化无杆举升管柱，通过将潜油电机和螺杆泵设置为一体化结构，能缩短举升管柱工具串的长度，提高在斜井段的通过性，通过设置柔性轴，来承受螺杆的偏心摆动和轴向载荷，适应螺杆泵旋转时中心轴线的不断变化，解决螺杆泵偏心与电机同心的矛盾，使潜油电机和螺杆泵平稳运行，还能消除螺杆泵偏心运动产生的振动；

2、本发明的一体化无杆举升管柱，采用永磁同步低速电机，无功功率，降低能耗，提高举升管柱的效率。

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是本发明的一体化无杆举升管柱的示意图；

图2是本发明的一体化无杆举升管柱设于井下的示意图。

主要元件标号说明：

1外筒

2油管

3螺杆泵 31螺杆

32螺杆泵定子 321外壳 322衬套

4潜油电机 41电机转子 42电机定子

5柔性轴 6吸入口 7止推轴承仓

8电机保护装置 9扶正轴承 10油管接头

11电机接线短接 12电机接线口 13电缆

14电控箱 15井口

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，本发明提供一种一体化无杆举升管柱，其包括外筒1、穿设于外筒内的油管2、以及设于外筒内的螺杆泵3、潜油电机4、柔性轴5和止推装置，螺杆泵3连接在油管2下方，且包括螺杆31、以及套设在螺杆31外的螺杆泵定子32，螺杆泵定子32与螺杆31之间形成与油管2连通的输油腔室，潜油电机4包括连接在螺杆泵定子32外的电机转子41、以及套设在电机转子41外且与外筒1连接的电机定子42，电机转子42能带动螺杆泵定子32旋转，而螺杆31保持静止，这与普通螺杆泵的工作方式相反，当螺杆泵定子32相对螺杆31旋转时，推动输油腔室内的油液向上流动进入油管2；柔性轴5连接在螺杆31下方，即柔性轴5的上端与螺杆31连接，通过设置柔性轴5，能承受螺杆31的偏心摆动和螺杆31的轴向载荷，柔性轴5能适应螺杆泵3旋转时中心轴线的不断变化，解决螺杆泵3偏心与潜油电机4同心的矛盾，止推装置连接在柔性轴5下方，即柔性轴5的下端与止推装置连接，止推装置例如与外筒1固定连接，通过设置止推装置承受螺杆31的轴向力，在轴向方向对螺杆31定位。

本发明的一体化无杆举升管柱，通过将潜油电机和螺杆泵设置为一体化结构，能缩短工具串的长度，提高在斜井段的通过性，增加了下泵深度，改善井筒流动阻力，从而提高单井产量，通过设置柔性轴，来适应螺杆泵旋转时中心轴线的不断变化，解决螺杆泵偏心与电机同心的矛盾，使潜油电机和螺杆泵平稳运行，还能消除螺杆泵偏心运动产生的振动。

进一步，柔性轴5包括空心轴和填充于空心轴内的多个滚珠，当柔性轴5随螺杆31的偏心摆动而弯曲时，滚珠能在空心轴内滚动，空心轴的材质例如为钛合金或铝钛合金，空心轴的形状为细长的管状结构，滚珠例如为钢珠。通过在空心轴内填充滚珠，能有效提高柔性轴5的强度和韧性，保证电机和螺杆泵平稳运行，结构简单，制作容易。

进一步，一体化无杆举升管柱具有供油液进入外筒1内的吸入口6，吸入口6位于柔性轴5下方，通过将吸入口6设置在管柱的最下方，与现有技术将吸入口6设置在管柱中部相比，在含沙量较大的井中，方便在管柱最下方设置防砂装置，使油液经过防砂处理后再进入吸入口6，确保油井能够稳定生产。

进一步，止推装置为止推轴承，止推轴承设于止推轴承仓7(或称为推力轴承仓)内，止推轴承仓7与外筒1连接，螺杆31在工作时会产生轴向载荷，轴向载荷通过柔性轴5传递给止推轴承仓7，再由止推轴承仓7最终传递到外筒1上。

如图1所示，在一个具体实施例中，螺杆泵定子32包括外壳321、以及覆设于外壳321内壁上的衬套322，衬套322的内壁面为螺旋面，衬套322与螺杆31之间形成输油腔室，输油腔室为沿螺杆31的轴向排列的多个密封腔室，随着螺杆泵定子32的旋转，油液经由一个个密封腔室连续地沿轴向向上移动，直至从输油腔室排出流入油管2。

进一步，外壳321为金属外壳，衬套322为橡胶衬套，以增加与螺杆31之间的耐磨性。

在另一个具体实施例中，潜油电机4为永磁同步低速电机，电机转子41包括安装在螺杆泵定子32外的永磁体，电机定子包括定子铁芯和围绕定子铁芯布置的定子绕组，定子组件通电后产生旋转磁场，使电机转子41旋转，无功功率，降低系统能耗，提高系统效率。

其中，永磁体例如安装在外壳321的外周壁上。但本发明并不限于此，也可以这样设置：电机转子41包括转子铁芯和设置在转子铁芯外的永磁体，螺杆泵定子32包括衬套322，衬套322覆设于转子铁芯的内壁上，因此无需设置外壳321。

如图2所示，进一步，电机定子42通过电缆13(潜油电缆)与地面上的电控箱14电连接，电控箱14能控制潜油电机4的通断。具体是，定子绕组与电控箱14电连接。

在一个优选的实施例中，一体化无杆举升管柱还包括与潜油电机4电连接的电机保护装置8，电机保护装置8设于外筒1内，且位于潜油电机4上方，电机保护装置8例如连接在油管2外，通过设置电机保护装置8能对潜油电机4起到保护作用。电机保护装置8例如为电机保护器。

进一步，螺杆泵定子32和螺杆31延伸至潜油电机4下方，螺杆泵定子32与外筒1之间设有至少一个扶正轴承9，扶正轴承9位于潜油电机4下方，当扶正轴承9为两个以上时，各扶正轴承9沿轴向间隔排列。

再如图1所示，油管2上方连接有油管接头10，以通过油管接头10与上方部件连接，外筒1内例如还设有电机接线短接11和供电缆13或电机接线穿过的电机接线口12，电机接线短接11用于将电机本体和油管2连接起来，电机接线短接11内部预埋电机的出线端，电机接线口12设于电机接线短接11上，电机接线短接11和电机接线口12位于电机保护装置8下方，且位于潜油电机4上方。

本发明将螺杆泵3和潜油电机4设计为一体化结构，并配套低功率电机保护装置8和高强度柔性轴5，能大大缩短管柱整体长度，提高在斜井段的通过性。

本发明的一体化无杆举升管柱工作时，通过电缆13对潜油电机4进行供电，螺杆31、柔性轴5和电机定子42处于静止状态，螺杆泵定子32和电机转子41旋转，井下油液通过吸入口6进入外筒1内，再被抽吸到输油腔室内，经由输油腔室输送至油管2，从而举升到地面。

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的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (10)

1.一种一体化无杆举升管柱，其特征在于，所述一体化无杆举升管柱包括：

外筒和穿设于所述外筒内的油管；

螺杆泵，设于所述外筒内，所述螺杆泵连接在所述油管下方，且包括螺杆、以及套设在所述螺杆外的螺杆泵定子，所述螺杆泵定子与所述螺杆之间形成与所述油管连通的输油腔室；

潜油电机，设于所述外筒内，且包括连接在所述螺杆泵定子外的电机转子、以及套设在所述电机转子外且与所述外筒连接的电机定子，所述电机转子能带动所述螺杆泵定子旋转；

柔性轴，设于所述外筒内，且连接在所述螺杆下方；

止推装置，固定于所述外筒内，且连接在所述柔性轴下方。

2.如权利要求1所述的一体化无杆举升管柱，其特征在于，所述螺杆泵定子包括外壳、以及覆设于所述外壳内壁上的衬套，所述衬套的内壁面为螺旋面，所述衬套与所述螺杆之间形成所述输油腔室。

3.如权利要求2所述的一体化无杆举升管柱，其特征在于，所述外壳为金属外壳，所述衬套为橡胶衬套。

4.如权利要求1至3任一项所述的一体化无杆举升管柱，其特征在于，所述电机转子包括安装在所述螺杆泵定子外的永磁体，所述电机定子包括定子铁芯和围绕所述定子铁芯布置的定子绕组。

5.如权利要求1至3任一项所述的一体化无杆举升管柱，其特征在于，所述电机定子通过电缆与地面上的电控箱电连接，所述电控箱能控制所述潜油电机的通断。

6.如权利要求1至3任一项所述的一体化无杆举升管柱，其特征在于，所述一体化无杆举升管柱还包括与所述潜油电机电连接的电机保护装置，所述电机保护装置设于所述外筒内，且位于所述潜油电机上方。

7.如权利要求1至3任一项所述的一体化无杆举升管柱，其特征在于，所述螺杆泵定子和所述螺杆延伸至所述潜油电机下方，所述螺杆泵定子与所述外筒之间设有位于所述潜油电机下方的至少一个扶正轴承。

8.如权利要求1至3任一项所述的一体化无杆举升管柱，其特征在于，所述止推装置为止推轴承，所述止推轴承设于止推轴承仓内，所述止推轴承仓与所述外筒连接。

9.如权利要求1至3任一项所述的一体化无杆举升管柱，其特征在于，所述柔性轴包括空心轴和填充于所述空心轴内的多个滚珠。

10.如权利要求1至3任一项所述的一体化无杆举升管柱，其特征在于，所述一体化无杆举升管柱具有供油液进入所述外筒内的吸入口，所述吸入口位于所述柔性轴下方。