CN108397159A - 一种无杆采油装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种无杆采油装置及系统。所述装置包括：往复泵，所述往复泵包括柱塞泵以及往复传动装置，所述往复传动装置包括螺纹连接的往复传动轴以及承载螺母，所述承载螺母与所述柱塞泵的柱塞连接，其中，所述承载螺母沿往复传动轴做直线往复运动，并带动所述柱塞做直线往复运动；油管，所述油管与所述柱塞泵的泵筒连接，以将柱塞泵输送的液体排出地面；电机，所述电机的转子轴与所述往复传动轴连接，以驱动所述往复传动轴单方向旋转；控制柜，所述控制柜通过电缆控制所述电机运转。利用本申请中各个实施例，可以有效避免井下电机频繁启停、换向带来的撞击故障。
Description
技术领域
本发明涉及采油设备技术领域，特别地，涉及一种无杆采油装置及系统。
背景技术
目前，无杆采油技术逐渐发展，主要是电动潜油柱塞泵和电动潜油螺杆泵，相比有杆采油工艺，体现出了高效、安全、环保采油的巨大优势，应用数量不断增加，检泵周期不断延长。在研究过程中发现，电潜柱塞泵受电机举升力的限制，主要应用于油井日产量15m3以下的油井，电潜螺杆泵由于橡胶对原油的配伍性要求高，经常出现定子溶胀严重系统无法启动现象。由于各地区原油物性差异较大，想要准确进行橡胶特性研究，实验工作量大，并且气体等挥发类物质无法进行试验。所以，螺杆泵经常由于溶胀问题不能启动。
针对上述难题，专利200610009854.1公开了一种旋转电机驱动的地下往复式抽油机，缓冲管内设有电机、电机的输出轴与丝杠连接，电机带动丝杠旋转即会带动与丝杠配合的柱塞做直线运动。该专利基于旋转电机+滚珠丝杠的传动形式把点击的旋转运动转换为柱塞泵的直线运动。但利用该结构采油的过程中，通过地面控制设备控制井下电机运转时，不能准确的确定井下电机的具体位置参数，中间停井时容易造成撞击故障。
发明内容
本申请目的在于提供一种无杆采油装置及系统，可以有效避免井下电机频繁启停、换向带来的撞击故障，满足采油工艺自动控制的要求。
本申请提供的一种无杆采油装置及系统是通过包括以下方式实现的：
一种无杆采油装置，所述装置包括：
往复泵，所述往复泵包括柱塞泵以及往复传动装置，所述往复传动装置包括螺纹连接的往复传动轴以及承载螺母，所述承载螺母与所述柱塞泵的柱塞连接，其中，所述承载螺母沿往复传动轴做直线往复运动，并带动所述柱塞做直线往复运动；
油管，所述油管与所述柱塞泵的泵筒连接，以将柱塞泵输送的液体排出地面；
电机，所述电机的转子轴与所述往复传动轴连接，以驱动所述往复传动轴单方向旋转；
控制柜，所述控制柜通过电缆控制所述电机运转。
进一步地，所述无杆采油装置的另一个实施例中，所述电机的转子轴与往复传动轴通过转换接头连接。
进一步地，所述无杆采油装置的另一个实施例中，所述承载螺母与所述柱塞泵的柱塞通过转换连接机构连接。
进一步地，所述无杆采油装置的另一个实施例中，所述承载螺母与所述转换连接机构平键连接。
进一步地，所述无杆采油装置的另一个实施例中，所述往复泵还包括外筒，所述外筒与所述柱塞泵的泵筒连接，所述泵筒与外筒间通过密封圈密封。
进一步地，所述无杆采油装置的另一个实施例中，所述柱塞泵包括第一液体腔、第二液体腔、过流管以及进液孔；
其中，所述第一液体腔壁上开有第一阀门以及第二阀门，所述第一阀门用于液体进入第一液体腔，所述第二阀门用于第一液体腔内的液体流入过过流管；
所述第一液体腔下端开有第三阀门以及第四阀门，所述第三阀门用于液体进入第二液体腔，所述第四阀门用于第二液体腔内的液体流入过流管；
所述进液口用于使得外侧的液体通过第三阀门流入第二液体腔。
进一步地，所述无杆采油装置的另一个实施例中，所述过流管与油管相连，所述过流管内的液体经所述油管排出地面。
进一步地，所述无杆采油装置的另一个实施例中，所述电机为井下永磁同步低速电机或开关磁阻电机，所述电机的转速范围为：200-800rpm。
进一步地，所述无杆采油装置的另一个实施例中，所述往复传动轴的长度范围为：0.6-1.5m。
进一步地，所述无杆采油装置的另一个实施例中，所述承载螺母的端面均匀分布有至少两个圆孔，所述圆孔与所述承载螺母的螺纹孔相切，所述圆孔内设置有螺杆，所述螺杆上的螺纹与所述螺纹孔的螺纹相配合，以实现所述承载螺母与所述往复传动轴进行螺纹连接。
另一个方面，本申请还提供一种采油系统，所述系统包括套管、锚定器以及上述无杆采油装置，其中，所述无杆采油装置通过所述锚定器固定在所述套管上。
本申请提供的无杆采油装置及系统，利用往复传动轴结构，使得电机在同一个方向旋转的时既可实现柱塞泵的柱塞进行往复运动，完成采油。相比现有技术中电机正反转的方式，承载螺母始终沿着往复传动轴上下运动，不会出现位置定位不准带来的撞击现象，满足采油工艺自动控制的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一个实施例中一种无杆采油装置及系统结构的示意图；
图2是本申请另一个实施例中承载螺母的放大结构示意图；
图3是本申请另一个实施例中柱塞泵的放大结构示意图；
图4是本申请另一个实施例中柱塞泵的放大结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
专利200610009854.1公开了一种旋转电机驱动的地下往复式抽油机，缓冲管内设有电机、电机的输出轴与丝杠连接，电机带动丝杠旋转即会带动与丝杠配合的柱塞做直线运动。该专利基于旋转电机+滚珠丝杠的传动形式把点击的旋转运动转换为柱塞泵的直线运动。但利用该结构采油的过程中，通过地面控制设备控制井下电机运转时，不能准确的确定井下电机的具体位置参数，中间停井时容易造成撞击故障。
针对上述问题，本申请提供了一种无杆采油装置，利用往复传动结构，使得电机在同一个方向旋转的时候既可实现柱塞泵的柱塞进行往复运动，完成采油。相比现有技术中电机正反转的方式，承载螺母始终沿着往复传动轴上下运动，不会出现位置定位不准带来的撞击问题。
图1是本申请一个实施例中无杆采油装置结构示意图，如图1所示，本申请提供的无杆采油装置包括：
往复泵20，所述往复泵20包括柱塞泵60以及往复传动装置40，所述往复传动装置40包括螺纹连接的往复传动轴4以及承载螺母3，所述承载螺母3与所述柱塞泵60的柱塞6连接，其中，所述承载螺母3沿往复传动轴4做直线往复运动，并带动所述柱塞6做直线往复运动；
油管8，所述油管8与所述柱塞泵的泵筒7连接，以将柱塞泵60输送的液体排出地面；
电机1，所述电机的转子轴与所述往复传动轴4连接，以驱动所述往复传动轴4单方向旋转；
控制柜11，所述控制柜11通过电缆10控制所述电机1运转。
具体的，电机1的转子轴与往复传动轴4连接，电机1向一个方向运转，带动往复传动轴4单方向旋转。往复传动轴4与承载螺母3组成旋转变直线运动副，往复传动轴4单方向转动带动承载螺母3沿着往复传动轴4做上下直线往复运动。所述柱塞泵60包括柱塞6以及泵筒7，承载螺母3与柱塞泵60的柱塞6连接，承载螺母3带动柱塞6做上下直线往复运动。从而柱塞泵60通过柱塞6的往复运动完成采油工作，并通过油管8将柱塞泵采出的原油排除地面。本说明书的一个实施例中，所述往复传动轴可以采用双螺纹形式，两条螺纹为螺距相同、旋向相反的螺纹槽，两端用过度曲线连接。所述承载螺母中部设置有用于旋入往复传动轴的螺纹孔，所述承载螺母与所述往复传动轴进行螺纹连接。往复传动轴单方向旋转时，螺旋槽侧面推动置于螺旋槽内的承载螺母作轴向往复运动，从而带动所述柱塞泵的柱塞做直线往复运动。
相比现有技术中电机正反转的方式，本实施例中的电机1仅需单方向转动既可以实现柱塞泵的柱塞进行上下往复运动，完成采油工作。同时，承载螺母3始终沿着往复传动轴4进行上下运动，即使不知道电机的具体位置参数，中间停井时，也不会出现位置定位不准的撞击现象，从而满足采油工艺自动控制的要求。
本说明书的一个或者多个实施例中，所述往复传动轴4的长度范围可以设置在0.6-1.5米(m)之间，以满足泵冲程要求。
本说明书的一个实施例中，所述电机1的转子轴与往复传动轴4可以通过转换接头2连接，从而电机1通过转换接头2将扭矩传递给往复传动轴4。同时，所述转换接头2还可以实现对往复传动轴4的轴向固定以及径向支撑。
本说明书的一个实施例中，所述电机1可以为低速电机。优选的，所述电机1可以为井下永磁同步低速电机或井下开关磁阻电机，所述电机1的转速可以为300-800转/分钟(rpm)。所述控制柜11通过电缆10控制所述电机1运转，并同时进行油井温度、压力等运行参数的采集；然后，控制柜对实时采集的油井运行参数进行分析，根据分析结果调控电机1的运转速度，以实现实际操作中对冲次调节的需求。利用本说明书上述实施例提供的方案，可以控制电机的转速与往复传动轴的导程相配合，调整冲次，同时还可以产生足够的推力。从而，本说明书上述实施例提供的结构可以同时应用于低产井以及高产井采油，扩大了适用范围。
本说明书的一个实施例中，所述承载螺母3与柱塞6可以通过转换连接机构5连接。所述承载螺母3做往复运动运动时，带动转换连接机构5进行上下运动，所述转换连接机构5带动柱塞6运动。所述转换连接机构5可以加长柱塞6与承载螺母3之间的距离，从而可以避免承载螺母3带动柱塞6向下运动时，柱塞6与往复传动轴4之间的碰撞。本说明书的一个实施例中，所述承载螺母3与所述转换连接机构5固定连接。优选的，所述承载螺母3与所述转换连接机构5可以采用平键连接，在固定承载螺母与转换连接机构的同时，方便于拆装。
图2是本说明书的另一个实施例中承载螺母的横切面放大示意图，如图2所示，所述承载螺母3采用多支撑分布结构。所述承载螺母3的中部设置有用于旋入往复传动轴4的螺纹孔301，同时，所述承载螺母3的端面还均匀分布有至少两个圆孔302，所述圆孔与所述螺纹孔相切。所述圆孔302内设置有螺杆，所述螺杆可以在所述圆孔内自由转动。所述螺杆上的螺纹与所述螺纹孔301的螺纹相配合，以实现所述承载螺母3与所述往复传动轴4进行螺纹连接。具体的，所述承载螺母3绕往复传动轴4转动时，所述螺杆与所述往复传动轴进行螺纹连接，同时，所述螺杆在圆孔302内进行自转。从而利用多个同时旋转的螺杆，可以分散承载螺母作用在往复传动轴上的作用力，进一步提高整个往复转动装置的承载能力。本实施例的承载螺母通过采用多支撑分布结构，与往复传动轴结合，可以提高往复传动装置的承载能力，以满足井下采油的需求。
本说明书的另一个实施例中，所述往复泵20还包括外筒12，所述外筒12与泵筒7连接，所述外筒12与所述泵筒7之间通过密封圈14进行密封，从而使得转换连接机构5到井下电机1之间整体为密封结构，不与井液接触。从而避免往复传动装置暴露在井液中，保证充足的润滑条件延长系统寿命。本说明书的另一个实施例中，所述柱塞泵60可以为金属结构。从而相比电潜螺杆泵，适应性更好，避免出现螺杆泵由于原油物性导致泵溶胀的问题。
本说明书的另一个实施例中，所述柱塞泵可以包括第一液体腔、第二液体腔、过流管以及进液口。其中，所述第一液体腔壁上开有第一阀门以及第二阀门，所述第一阀门用于液体进入第一液体腔，所述第二阀门用于第一液体腔内的液体流入过过流管。所述第一液体腔壁上开有第三阀门以及第四阀门，所述第三阀门用于液体进入第二液体腔，所述第四阀门用于第二液体腔内的液体流入过流管。本说明书的一个或者多个实施例中，所述过流管与油管相连，所述过流管内的液体经过所述油管排出地面。
图3和图4是本说明书一个实施例中柱塞泵60的放大结构示意图。所述柱塞泵60包括6个阀门，分别为对应于第一液体腔608的第一阀门601、602，以及第二阀门603，对应于第二液体腔609的第三阀门605、606，以及第四阀门604。所述柱塞泵60还包括进液孔607，所述进液孔607用于使得外侧的液体，通过第三阀门流入第二液体腔609。所述柱塞泵60还包括过流管610。
如图3所示，电机1通过往复传动轴4以及承载螺母3带动柱塞6上下运动，当柱塞6向上运动时，第一液体腔608受到压缩，第一阀门601、602关闭，第二阀门603打开，第四阀门604关闭，第一液体腔608内的液体受到压缩，经第二阀门603进入过流管610后流入油管8。同时，第二液体腔609体积增大，第三阀门605、606打开，外侧液体通过进液孔607，由第三阀门605、606进入第二液体腔609。
如图4所示，当柱塞6向下运动时，第二液体腔609受到压缩，第一液体腔608体积增大，第一阀门601、602打开，第二阀门603关闭，外侧液体通过第一阀门601、602进入第一液体腔608；第四阀门604打开，第三阀门605、606关闭，第二液体腔609内的液体通过第四阀门604进入过流管610，从而进入油管8。
与常规上部抽油杆驱动柱塞泵不同，本说明书上述实施例提供的方案中，柱塞泵的柱塞在向上和向下运动中都能实现采油，每天最大排量能够达到50m3，大大提高了采油效率。
本说明书的另一个实施例还提供一种无杆采油系统，所述系统可以包括套管9、锚定器13以及上述实施例中所述的无杆采油装置，其中，所述无杆采油装置通过所述锚定器13固定在所述套管9上。本说明书上述一个或者多个实施例体用的采油系统，实现无杆举升，结构简单、运行平稳，且效率高、节能效果好，可以满足采油工艺自动控制的要求。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。本申请说明书附图仅仅只是示意图，不代表各个部件的实际结构。
以上所述仅为本说明书一个或多个实施例的实施例而已，并不用于限制本本说明书一个或多个实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在权利要求范围之内。
Claims (11)
1.一种无杆采油装置，其特征在于，所述装置包括：
往复泵，所述往复泵包括柱塞泵以及往复传动装置，所述往复传动装置包括螺纹连接的往复传动轴以及承载螺母，所述承载螺母与所述柱塞泵的柱塞连接，其中，所述承载螺母沿往复传动轴做直线往复运动，并带动所述柱塞做直线往复运动；
油管，所述油管与所述柱塞泵的泵筒连接，以将柱塞泵输送的液体排出地面；
电机，所述电机的转子轴与所述往复传动轴连接，以驱动所述往复传动轴单方向旋转；
控制柜，所述控制柜通过电缆控制所述电机运转。
2.根据权利要求1所述的无杆采油装置，其特征在于，所述电机的转子轴与往复传动轴通过转换接头连接。
3.根据权利要求1所述的无杆采油装置，其特征在于，所述承载螺母与所述柱塞泵的柱塞通过转换连接机构连接。
4.根据权利要求3所述的无杆采油装置，其特征在于，所述承载螺母与所述转换连接机构平键连接。
5.根据权利要求1所述的无杆采油装置，其特征在于，所述往复泵还包括外筒，所述外筒与所述柱塞泵的泵筒连接，所述泵筒与外筒间通过密封圈密封。
6.根据权利要求1所述的无杆采油装置，其特征在于，所述柱塞泵包括第一液体腔、第二液体腔、过流管以及进液孔；
其中，所述第一液体腔壁上开有第一阀门以及第二阀门，所述第一阀门用于液体进入第一液体腔，所述第二阀门用于第一液体腔内的液体流入过过流管；
所述第一液体腔下端开有第三阀门以及第四阀门，所述第三阀门用于液体进入第二液体腔，所述第四阀门用于第二液体腔内的液体流入过流管；
所述进液口用于使得外侧的液体通过第三阀门流入第二液体腔。
7.根据权利要求6所述的无杆采油装置，其特征在于，所述过流管与油管相连，所述过流管内的液体经所述油管排出地面。
8.根据权利要求1所述的无杆采油装置，其特征在于，所述电机为井下永磁同步低速电机或开关磁阻电机，所述电机的转速范围为：200-800rpm。
9.根据权利要求1所述的无杆采油装置，其特征在于，所述往复传动轴的长度范围为：0.6-1.5m。
10.根据权利要求1所述的无杆采油装置，其特征在于，所述承载螺母的端面均匀分布有至少两个圆孔，所述圆孔与所述承载螺母的螺纹孔相切，所述圆孔内设置有螺杆，所述螺杆上的螺纹与所述螺纹孔的螺纹相配合，以实现所述承载螺母与所述往复传动轴进行螺纹连接。
11.一种无杆采油系统，其特征在于，所述系统包括套管、锚定器以及如权利要求1-10所述的无杆采油装置，其中，所述无杆采油装置通过所述锚定器固定在所述套管上。
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| CN1746499A (zh) * | 2005-07-26 | 2006-03-15 | 中国石油化工股份有限公司河南油田分公司石油工程技术研究院 | 双作用往复泵直线电机举升装置 |
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| CN104612630A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-05-13 | 胜利油田新大管业科技发展有限责任公司 | 一种往复丝杆换向抽油机及使用方法 |
| CN105332901A (zh) * | 2014-08-10 | 2016-02-17 | 满灵子 | 一种井用电动液力转换高扬程柱塞泵 |
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2018
- 2018-02-07 CN CN201810122310.9A patent/CN108397159B/zh active Active
Patent Citations (4)
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