CN107542429A - 叶轮导流式变速旋流防蜡装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是叶轮导流式变速旋流防蜡装置，这种叶轮导流式变速旋流防蜡装置包括电动机、皮带轮总成、空心杆，电动机通过皮带轮总成连接空心杆，空心杆依靠上四通总成悬挂在井口，空心杆向下伸入到油管中，空心杆上端安装法兰接头，空心杆下端安装单向阀，空心杆伸入到油管中的部位设置导流叶轮，导流叶轮具有叶片，导流叶轮随空心杆旋转时，导流叶轮对产液产生增压和增速作用，形成螺旋流动的液流，对壁面结蜡冲刷及刮削，加速液流的流动并携带蜡晶；通过调频变速驱动控制柜控制电动机的转速。本发明清理结蜡和结垢的同时还具有防止蜡结晶的功能，从而达到防蜡清蜡的目的，解决目前无杆采油结蜡的问题。

Description

叶轮导流式变速旋流防蜡装置

技术领域

本发明涉及石油工业中的无杆采油井下工具技术领域，具体涉及叶轮导流式变速旋流防蜡装置。

背景技术

在石油开采过程中，由于油藏内石油的蜡质和沥青质成分含量高，或者进入油田开采中后期，原油中的轻质成分降低，也导致蜡质和沥青质成分含量高，在井筒内向地面输送过程中，由于温度和压力的降低，原油中的蜡就以结晶体的形式析出、聚集并沉降在管壁壁面和抽油杆壁面，即出现油井井筒结蜡现象。油井结蜡会造成油井堵塞，影响产量，严重的会发生停产或采油设备损坏等事故。目前有热油（或热水、蒸汽）清蜡、化学清蜡、机械清蜡、微生物清蜡及电磁清蜡和超声波清蜡。但是这些方法或者成本较高，如加热清蜡、化学清蜡，或者效果不理想，超声波清蜡，或者清理不彻底，如机械方法清蜡后，清掉的蜡易沉降到井筒低，造成堵住井眼的问题。特别是无杆抽油方式，由于缺少抽油杆的往复运动或者旋转运动的搅动作用，油管结蜡更加严重。而目前还没有一种清蜡效果好、成本低的防蜡装置解决无杆采油结蜡的问题。因此，本发明设计了一种方便使用，安全可靠，防蜡效果好，针对无杆抽油井，并可以间歇清蜡的技术和装置。

发明内容

本发明的一个目的是提供叶轮导流式变速旋流防蜡装置，这种叶轮导流式变速旋流防蜡装置用于解决目前无杆采油结蜡的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种叶轮导流式变速旋流防蜡装置包括电动机、皮带轮总成、空心杆，电动机通过皮带轮总成连接空心杆，空心杆依靠上四通总成悬挂在井口，空心杆向下伸入到油管中，空心杆上端安装法兰接头，空心杆下端安装单向阀，空心杆伸入到油管中的部位设置导流叶轮，导流叶轮具有叶片，导流叶轮随空心杆旋转时，导流叶轮对产液产生增压和增速作用，形成螺旋流动的液流，对壁面结蜡冲刷及刮削，加速液流的流动并携带蜡晶；电动机的转速通过调频变速驱动控制柜控制。

上述方案中上四通总成包括轴承盖、推力轴承、轴承座、上四通，轴承座设置在上四通的上端口上，轴承座与空心杆之间设置推力轴承，推力轴承安装在轴承座中，推力轴承通过轴承盖封闭，轴承盖固定在轴承座上，轴承座与上四通的上端口设置有密封圈。推力轴承用以承受整个井下防蜡装置净重量和对产液做功时产生的额外轴向力。

上述方案中导流叶轮具有2-5个叶片，叶片是具有混流特征的翼型叶片。

上述方案中空心杆由一段段空心抽油杆连接而成，一个或多个导流叶轮连接在相邻两段空心抽油杆之间，用具有密封作用的锥螺纹连接，导流叶轮的轮轴为空心轴，空心杆与导流叶轮相通构成热载体通道，可将热载体通过空心杆及导流叶轮输送到油管内，通过热载体洗井，用于进行循环热力清蜡工艺。

上述方案中导流叶轮安装在井深500m-700m以上的易结蜡位置，并按井深位置的结蜡难易程度，按上密下疏的不均匀方式间隔布置在油管内。

上述方案中空心杆伸入到油管底部，导流叶轮全井布置在油管内，此方式用于油井结蜡严重时。

上述方案中油管上端设置中四通，中四通的上端设置轴密封，轴密封为填料密封结构，用以密封空心杆壁面的泄漏通道；套管上端设置下四通，中四通坐在下四通上并将下四通与油管之间的环形空间封闭。

上述方案中电动机为三相异步电动机，调频变速驱动控制柜与油田变压器连接，并将三相电流传输给三相异步电动机，同时改变输出电流的频率，能够根据结蜡情况和产液流量调整三相异步电动机的驱动速度，从而改变导流叶轮的旋转速度。

本发明具有以下有益效果：

1. 本发明中导流叶轮的转动驱使产液沿油管壁面一定角度螺旋流流动，具有冲刷壁面结蜡结垢作用，也有携带蜡晶流向井口的作用。

2. 本发明中导流叶轮对产液具有增压和增速作用，使得产液加快流动速度和提高流动压力，阻止或延缓产液中的蜡的结晶、聚集和沉淀。导流叶轮旋转时，还具有刮削壁面蜡层的作用。

3. 本发明调频变速驱动控制柜设置在地面，通过调整电动机的输入电流频率，实时改变电动机的转速，在达到清蜡的目的前提下，尽量节约电能的消耗。

4. 本发明中调频变速驱动控制柜具有间歇工作制度设定功能，间歇旋流清蜡可以达到节能的目的。

5.本发明装置下井深度在500m-700m之间，一个或多个导流叶轮安装在两个空心杆之间，可充分利用空心抽油杆，简化了安装结构。

6. 本发明中导流叶轮按结蜡难易程度，沿井口到装置下井深度之间按不均匀设置，上部设置的导流叶轮比较稠密（空心杆接头之间都装有一个或多个导流叶轮），下部为稀疏设置（2-3根空心杆之间安装一个或多个导流叶轮），本安装方式可以节省导流叶轮数量及减少消耗的电能。

6. 本发明中的空心杆可以通入热载体（热油、热水、热蒸汽等）进行循环热力清蜡，彻底清除油管内结蜡和结垢。

附图说明

图1 是本发明的示意图。

图中： 1-调频变速驱动控制柜；2-电缆；3-三相异步电动机；4-小皮带轮；5-皮带；6-大皮带轮；7-法兰接头；8-轴承盖；9-推力轴承；10-轴承座； 12-上四通；13-紧固螺栓；14-轴密封；15-中四通；16-下四通；17-空心杆；18-导流叶轮；19-油管；20-套管；21-单向阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

如图1所示，这种叶轮导流式变速旋流防蜡装置包括电动机、皮带轮总成、空心杆17，电动机通过皮带轮总成连接空心杆17，空心杆17依靠上四通总成悬挂在井口，空心杆17向下伸入到油管19中，空心杆17上端安装法兰接头7，空心杆17下端安装单向阀21，空心杆17伸入到油管19中的部位设置导流叶轮18，导流叶轮18具有叶片，导流叶轮18随空心杆17旋转时，导流叶轮18对产液产生增压和增速作用，形成螺旋流动的液流，对壁面结蜡冲刷及刮削，加速液流的流动并携带蜡晶；电动机通过调频变速驱动控制柜1控制，电动机为三相异步电动机3。本发明利用导流叶轮18上具有一定方向角的叶片，会对产液产生一定的压升和加速，导流叶轮18出口的液流是与油管19壁面有一定角度的旋流，旋流具有较强的携带和冲刷作用，不但可以防止蜡晶的形成，也可以冲刷壁面上的结蜡，并携带蜡晶输运到井口。同时采用空心杆17，在有特殊需要时，可以临时通入热水、热油或热蒸汽，通过热载荷在油管19和套管20环形空间的反冲洗，达到彻底清蜡的目的。

调频变速（VSD）驱动控制柜1与地面的供电变压器连接，并将变频后的电流通过电缆2输送给三相异步电动机3。调频变速（VSD）驱动控制柜1内设有控制面板，通过调整电机输入电流的频率，从而控制电动机的输出转速，改变输出转速能够合理匹配产液流速与结蜡的关系，在达到清蜡防蜡的目的的同时节约电能的消耗。调频变速驱动控制柜1具有间歇工作制度选取功能，可以通过改变间歇工作时间，耗能最少情况下达到清蜡防蜡和节能的目的。三相异步电动机3与空心杆17之间用皮带轮总成联接，皮带轮总成包括小皮带轮4、皮带5和大皮带轮6组成，通过减速皮带轮传动转速和扭矩，皮带轮联接具有降低传动比功能，也有过载打滑保护功能，以防过载时扭坏防蜡结构和保护电动机。空心杆17与大皮带轮6之间靠键连接来传动扭矩。

空心杆17的轴向重力和导流叶轮18产生轴向推力靠推力轴承9来承载。推力轴承9安装在轴承座10内，上部靠轴承盖8压住，轴承座总成包括轴承座10、推力轴承9、轴承盖8、密封圈和连接螺栓。推力轴承9具有承载和减小旋转摩擦的功能。

空心杆17的密封结构总成包括上四通12、轴密封14、中四通15及密封圈和紧固螺栓13。轴密封14为填料密封，在密封空心杆17壁面泄漏通道的同时，具有自润滑功能，以减小摩擦损耗。油管19与中四通15连接。套管20与下四通16连接。

空心杆17由一段段空心抽油杆连接而成，空心杆17是空心的，是热载体被输送到井底的通道；导流叶轮18连接在相邻两段空心杆17之间，用具有密封作用的锥螺纹连接，导流叶轮18的轮轴为空心轴，空心杆17与导流叶轮18相通构成热载体通道。空心杆17之间用锥形螺纹连接，锥形螺纹具有密封可靠，连接紧密的特征。导流叶轮18与空心杆17之间也用锥形螺纹连接。导流叶轮18的轮轴是中空的，空心杆17也是中空的，两者连接的空心孔道（热载体通道）提供修井洗井时热载体的输送通道，在有热载体（热油、热水、热蒸汽）洗井修井工作时，提供油井反向热清洗功能。空心杆17下部安装一个单向阀21，在不洗井时是关闭的，单向阀21防止井筒内产液的倒流结蜡，在需要修井洗井的时候，热载体靠压力打开单向阀21，热载体在油管19和空心杆17之间的环形空间流动，热洗油管19内结蜡和结垢，达到彻底清理井筒的目的。空心杆17上部安装有法兰接头7，用以连接热载体管线，以达到循环热洗油井的目的。

导流叶轮18具有2-5个叶片，是具有一定混流特征的翼型叶片。导流叶轮18可以对产液产生一定的增压和增速作用，增压和增速都有防止蜡晶的形成、聚集和沉淀的功能。沿导流叶轮18出口的液流具有螺旋流流动特征，可以对壁面结蜡具有冲刷及刮削作用，加速液流的流动还可以携带蜡晶。

导流叶轮18沿井筒深度方向是不均匀分布设置，井筒上部按每两根空心杆17之间一个导流叶轮18进行安置装配，井筒深度方向的下部按每2-3根空心杆17的间隔布置导流叶轮18，这样在达到清蜡防蜡目的的前提下尽量减少导流叶轮18的数量。本发明的清蜡防蜡装置下井深度为500-700m之间，此深度位置是结蜡的初始点，这样可以减少空心杆17长度和导流叶轮18的数量。

本发明的工作原理为：空心杆17与电动机之间是三角皮带轮联接，皮带轮联接具有降速功能和防过载功能。通过电动机的驱动，空心杆17上的导流叶轮18转动，导流叶轮18对产液产生一定的增压和增速，由于空心杆17与油管19之间的环形空间比原油管的流道空间小，及在叶轮的翼型叶片推动作用下，导流叶轮18出口的产液具有较高的速度和压力，此时产液对油管19壁面具有一定的冲刷和携带蜡晶作用，清理结蜡和结垢的同时还具有防止蜡结晶的功能，从而达到防蜡清蜡的目的，且清蜡防蜡时不妨碍油井生产。

Claims (8)

1.一种叶轮导流式变速旋流防蜡装置，其特征在于：这种叶轮导流式变速旋流防蜡装置包括电动机、皮带轮总成、空心杆（17），电动机通过皮带轮总成连接空心杆（17），空心杆（17）依靠上四通总成悬挂在井口，空心杆（17）向下伸入到油管（19）中，空心杆（17）上端安装法兰接头（7），空心杆（17）下端安装单向阀（21），空心杆（17）伸入到油管（19）中的部位设置导流叶轮（18），导流叶轮（18）具有叶片，导流叶轮（18）随空心杆（17）旋转时，导流叶轮（18）对产液产生增压和增速作用，形成螺旋流动的液流，对壁面结蜡冲刷及刮削，加速液流的流动并携带蜡晶；通过调频变速驱动控制柜（1）控制电动机的转速。

2.根据权利要求1所述的叶轮导流式变速旋流防蜡装置，其特征在于：所述的上四通总成包括轴承盖（8）、推力轴承（9）、轴承座（10）、上四通（12），轴承座（10）设置在上四通（12）的上端口上，轴承座（10）与空心杆（17）之间设置推力轴承（9），推力轴承（9）安装在轴承座（10）中，推力轴承（9）通过轴承盖（8）封闭，轴承盖（8）固定在轴承座（10）上，轴承座（10）与上四通（12）的上端口设置有密封圈。

3.根据权利要求2所述的叶轮导流式变速旋流防蜡装置，其特征在于：所述的导流叶轮（18）具有2-5个叶片，叶片是具有混流特征的翼型叶片。

4.根据权利要求3所述的叶轮导流式变速旋流防蜡装置，其特征在于：所述的空心杆（17）由一段段空心抽油杆连接而成，一个或多个导流叶轮（18）连接在相邻两段空心抽油杆之间，用具有密封作用的锥螺纹连接，导流叶轮（18）的轮轴为空心轴，空心杆（17）与导流叶轮（18）相通构成热载体通道，用于进行循环热力清蜡工艺。

5.根据权利要求4所述的叶轮导流式变速旋流防蜡装置，其特征在于：所述的油管（19）上端设置中四通（15），中四通（15）的上端设置轴密封（14），轴密封（14）为填料密封结构，用以密封空心杆（17）壁面的泄漏通道；套管（20）上端设置下四通（16），中四通（15）坐在下四通（16）上并将下四通（16）与油管（19）之间的环形空间封闭。

6.根据权利要求5所述的叶轮导流式变速旋流防蜡装置，其特征在于：所述的导流叶轮（18）安装在井深500m-700m以上的易结蜡位置，并按井深位置的结蜡难易程度，按上密下疏的不均匀方式间隔布置在油管（19）内。

7.根据权利要求5所述的叶轮导流式变速旋流防蜡装置，其特征在于：所述的空心杆（17）伸入到油管（19）底部，导流叶轮（18）全井布置在油管（19）内。

8.根据权利要求6所述的叶轮导流式变速旋流防蜡装置，其特征在于：所述的电动机为三相异步电动机（3），调频变速驱动控制柜（1）与油田变压器连接，并将三相电流传输给三相异步电动机（3），同时改变输出电流的频率，根据结蜡情况和产液流量调整三相异步电动机（3）的驱动速度，改变导流叶轮（18）的旋转速度。