CN108884824A - 包括直线电机和双动水泵的潜水泵装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种潜水泵装置，包括整合在单壳体内的用于井筒流体入口的过滤系统、重力气体分离器、用于连接到管道的头部、双动泵、直线电机、水力保护器和遥测系统。直线电机包括固定部分、工作体积填充有介电液体的定子和作为滑块的可动部分，可动部分包括沿直径与定子壳体中心轴线隔开的多个部分，并用于沿纵向轴线往复运动。双动泵包括两个柱塞对；泵的可动部分、柱塞与滑块部分机械连接；泵固定部分、气缸布置如下：一气缸位于电机定子中心部分，第二个气缸位于水力保护器内部固定部分。泵缸工作容积通过双动阀系统与外部环境和出口歧管连通。水力保护器安装在装置底部，并通过管状通道与定子工作容积连接，并通过填充和安全阀与外界环境连接。

Description

包括直线电机和双动水泵的潜水泵装置

技术领域

本发明涉及一种在机械工程领域的新型抽水装置，特别涉及包括由直线电机驱动的排量泵的设备，主要在石油生产领域用于从低产量井产生地层流体。

背景技术

在现有技术中，双动泵是已知的，如申请号为RU151393，F04B47/00的实用新型专利。该装置包括具有水力保护的潜水电动机、主泵致动器、以及通过杆与致动器连接的主泵。主泵包括彼此串联连接的两个操作缸，以及具有安装在其上的压力阀并通过杆相互连接的两个空心柱塞；下柱塞通过平滑杆与主泵的致动器连接；上柱塞上方的空腔通过上吸气阀与圆形环形空间连接；下柱塞下方的腔体通过下吸气阀与圆形环形空间连接；上柱塞下方的空腔与下柱塞上方的空腔连接，并且由外壳形成的旁路通道从外侧覆盖上气缸，其中，旁通通道与泵排出管连接。

该技术方案的缺点在于在电机和泵组件之间存在密封组件，从而增加了设备的长度。大量阀组件的存在降低了系统的可靠性。设备的外壳应设计用于液柱的总压力，这导致包括直径在内的设备尺寸增加，并且提高了对经受高压的制造部件和组件的材料和质量的要求。

由潜水电机驱动的双动泵是已知的，如申请号为US20150176574A1、F04B17/03、F04B47/06、F04B 49/22的专利。该装置包括由固定筒和活动柱塞组成的潜水井泵。安装在泵下方并与柱塞连接的潜水电机产生柱塞的往复运动。安装在柱塞下部的阀组件在向上移动时用井筒流体填充气缸，并且当向下移动时，将井泵的腔体填充至柱塞下方。

该技术方案的缺点还在于马达和泵部分之间存在密封组件，从而增加设备的长度；设备的外壳还应设计用于液柱的总压力，这导致包括直径在内的设备尺寸增加，并且提高了对经受高压的制造部件和组件的材料和质量的要求。

潜水电泵是已知的，如申请号为RU2521534C2、F04B 47/06、F04B 17/的专利。该装置包括内部配置有直线电机的配套电源外壳，直线电机包括不可移动的定子和空心流道；由定子、壳体和流道形成的电动机的腔体充满液体；所述流道被安装和构造成沿着所述定子的纵向轴线往复运动；与流道结合的圆柱形活塞、管道、入口和出口阀。流道具有密封的横向壁，其沿轴向形成两个空腔；在流道的至少一个空腔内设置有在外表面上具有密封组件的固定中空杆；杆的内腔与流道内腔连接，且和泵的操作室连接；泵的操作室分别通过入口阀和出口阀传递到泵送介质和出口管。

该技术解决方案的缺点是存在具有内部和外部工作表面的气缸，这需要提高加工精度并增加制造的复杂性，并且设备的外壳也应设计为液柱的总压力，这导致包括直径在内的设备尺寸增加，并且提高了对经受高压的制造部件和组件的材料和质量的要求。

所提供的发明的最接近的现有技术是包括线性马达和双动泵的潜水装置，如申请号为RU2535900C1、F04B 47/06的专利。该装置包括直线电机，其中可移动部分(流道)被配置成沿纵向轴往复运动，双动泵(工作元件)与流道机械连接。活塞、固定元件和阀箱位于电机两侧，形成泵的上、下部分，泵的操作室分别通过吸入阀和压力阀与外部环境和出口歧管相连。形成具有中心开口的流道；泵的工作元件(活塞)形成为中空圆筒；泵的固定元件也形成为中空圆筒，其工作表面与活塞的工作表面接触。泵的固定元件相对于活塞形成为内筒和外筒；泵的底部的操作室通过压力阀和流道中的中心孔与出口歧管连接。

该技术解决方案的缺点是存在具有内部和外部工作表面的气缸，这需要提高加工精度并增加了制造的复杂性。将泵活塞安装到电动机的流道腔中导致装置尺寸(包括装置直径)的增加。

发明内容

本发明的目的是减少设备尺寸，同时提高生产率、可靠性和寿命延长以及降低成本。

上述目的是通过直线电机的可移动部分-滑块-包括沿着直径与定子壳体中心轴线间隔开的几个部分，并且在定子的中心部分设置有双动泵的柱塞对来实现的；第二柱塞对位于水力保护器的内部。过滤和气体分离系统设置在由设备的外壳和直线电机定子的壳体形成的空腔中。该设备的这种实施例提供了长度的显着减小、设备的有效强制冷却和活性气体的分离。双动泵包括两个柱塞对，当柱塞的双冲程执行交替液体体积泵送时，从而增加泵出口，同时减少致动直线电机的所需功率。双动泵包括两个柱塞对，当柱塞的双冲程交替执行液体体积泵送时，从而增加泵出口，同时减少致动直线电机的所需功率。

附图说明

从以下结合附图的说明给出的描述中，本发明的其它特征和优点将变得更加明显。

图1示出了该装置的结构，并示出了该泵的工作原理；

图2示出了致动电动机的结构；

图3示出了致动电动机的磁系统；

图4示出了该装置的减摩系统的结构。

具体实施方式

潜水泵装置包括重力气体分离器和用于连接到油管柱的头部3、双动泵4、致动电动机5、水力保护器6和遥测系统7，它们结合在单个壳体1中，其在结构上是具有用于引入井眼流体的过滤系统2的装置。

双动泵4是两个不同尺寸的柱塞对8和9以及双动阀10和11的系统。不同尺寸的柱塞在套筒12的帮助下相互串联连接。此外，设置有阀节流系统的液压阻尼器13和14被放置在柱塞对的气缸上。

此外，该装置的潜水部分包括由作为定子15的固定部分和和作为滑块16的可动部分构成的致动电动机5。

定子15形成为三相分布绕组，其以这样的方式连接，使得其具有安装在由两个同轴定位的管18和19形成的密封腔中的中性点，该管18和19填充有介电液体。三相绕组沿着设备的直径以横截面分布成几个部分，其间安装有由固体非磁性减摩材料制成的多个型材管20。三相绕组的每个部分包括若干线圈组，其形成为平行并混合地安装在串联连接的芯上的环形绕组线圈17。芯是由软磁材料制成的层压磁芯。此外，温度测量传感器(图中未示出)位于定子的密封腔中。柱塞对8中的一个位于由定子的内管19形成的空腔中。

滑块16在结构上是截面并用于相对于定子15往复运动。滑块包括多个部分29，它们在由定子的型材管20形成的空腔中间隔开。

每个滑块部分是磁体21位于其中的壳体20。滑块部分通过套筒12连接在一起。

此外，装置的潜水部分包括形成为管22的水力保护器6，其上安装有至少一个弹性材料隔膜23，将形成在隔膜和管之间的水力保护器腔连接到定子的密封腔的管状空腔24、25、26，以及填充物27和安全阀28，通过该阀，水力保护器的内腔与外部环境连接。如同定子的内腔一样，液体保护器的内腔充满介电液体。

此外，在水力保护器和定子之间的区域以及定子和用于附接的头部之间的区域中，以具有润滑特性的固体材料条的形式提供滑块导轨30。此外，滑块的至少一个位置传感器(未示出)安装在水力保护器的顶部和用于附接的头部区域中。

此外，该装置的潜水部分包括位于设备底部的遥测系统7，在一个柱塞对和水力保护器之下。在结构上，遥测系统包括放置在其中的密封壳体和电子模块。遥测系统电连接到定子绕组的中性点和温度传感器。

潜水泵装置如下操作。

泵送装置经由用于附接的头部3附接到管道；通过电流引线插座以隔离的三线电缆方式进行设备与控制站的电连接。

当控制站将三相交流电压馈送到潜水装置时，电流在定子的分段线圈17中流动，产生行进磁场。在行进磁场的影响下，直线电机的截面滑块16执行平移运动，使双动泵的柱塞8和9运动；当达到泵柱塞的两个端点操作点之一时，控制站接收来自相应位置传感器的信号，并改变提供的三相电源电压的相位的交替，使得线性电机的截面滑块改变其运动方向。

当泵柱塞向上移动时，井筒流体从井的环形空间通过位于设备壳体顶部的过滤系统2中的进气口进入。进入由装置的壳体1和线性电动机定子的容纳管18形成的空腔的井筒流体被加热，结果是发生了线性电动机定子的强制冷却，并且由于井筒流体的加热和稀释，被安装在定子的下部的过滤系统2的下部过滤器切断的气体被排出，当流体通过时，其通过双动阀11进入下缸的工作区域，其中通过具有闭合双动阀10的上柱塞对8的柱塞将井眼流体喷射到油管柱中。当向下移动泵柱塞时，当双动阀11关闭时，井筒流体被下柱塞对9的柱塞弹出到油管柱中，并且通过双动阀10填充上柱塞对的气缸的工作容积，同时将井筒流体通过过滤系统喷射到气体分离器腔中，从而提供过滤系统2的自清洁。

当分段滑块沿着安装在直线电机定子两侧的滑动导轨30往复运动时，该直线电机定子由具有润滑特性的固体材料制成并且在一定压力下滑动到滑块部分，润滑层被转移到滑块部分的工作表面，从而确保摩擦表面的磨损最小化。

Claims (14)

1.一种潜水泵装置包括在单一壳体内的直线电机，所述直线电机包括填充有介电液体的密封定子形式的固定部分和作为滑块的可动部分，所述介电液体包括安装有温度传感器的三相绕组，其特征在于，所述可动部分包括在定子的圆周方向上间隔开的多个部分，所述多个部分用于相对于所述定子往复运动并且具有与多个泵的柱塞的机械连接；其中的一个泵位于定子的内腔中，第二个泵位于装置的底部中的水力保护器的内腔中；泵缸包括行程结束点的液体阻尼器；多个泵的工作腔是相互关联的并且通过位于定子两侧的多个过滤器和吸气阀与外部相连，并通过止回阀和用于将油井抽油装置连接到油管柱的单元与出口歧管相连；由减摩材料制成的滑动导轨和位置传感器安装在所述定子两侧；安装在底部的遥测系统包括用于井筒流体的压力和温度传感器、振动传感器、倾角计、与安装在电动机定子内的温度传感器连接的测量单元，并且所述遥测系统经由电动机绕组的中性点连接到主表面控制单元。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，磁系统由定子的环形线圈构成，所述环形线圈的间隙放置有滑块的具有永磁体的部分。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，三相定子绕组形成为具有环形绕组的分段线圈，并且位于线圈内部的芯由层压铁制成。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，直线电机的可动部分、滑块包括位于定子的空腔中的若干部分，这些部分在圆周方向上间隔开并且用于相对于定子往复运动，并且与泵的柱塞机械连接。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，由具有润滑特性的固体材料制成的滑动导轨安装在定子的两侧，滑动导轨被一直压靠在滑块部分上，并允许将减摩层转移到滑块部分的工作表面，从而提供最小的摩擦表面的磨损。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，滑块位置传感器通过电动机绕组的中性点与主表面控制单元电连接，绝缘三线电缆和出口变压器的次级绕组的中性点安装在定子的两侧。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它包括两个柱塞泵，第一个泵位于定子的内腔中，第二个泵位于装置的底部的液压补偿器的内腔中，并且通过柱塞的内腔在工作容积之间互相连通。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，安装在气缸端部的液压阻尼器设置有阀节流装置，并且当达到上下冲程的端点时，能够提供使泵柱塞免受冲击的保护。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置的外管在上部具有进气口，并且形成用于井筒流体沿着定子的外管流动的空腔。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，气体分离器在结构上形成在由所述装置的外管、定子的外管和位于定子两侧的清洁过滤器限定的空腔中。

11.一种从井里提液体的方法，包括:

(a)将泵装置的潜水部分安装到井眼中，其中，柱塞泵通过使柱塞往复运动，利用从直线电机滑块传递来的力，通过气体分离器从井的环形空间吸入井筒流体，并将井筒流体通过双动阀排出到油管柱；

(b)通过主表面控制单元将三相交流电馈送到电动机以在定子中形成行进磁场，并提供滑块的平滑的同步往复运动；

(c)在向上的工作行程期间，通过位于装置底部的吸气阀从井筒的环形空间中摄取井筒流体，当关闭压力阀时，由上柱塞对的柱塞将井筒流体喷射到油管柱中；

(d)在向下的工作行程期间，将井筒流体用下柱塞对的柱塞喷射到油管柱中，当下柱塞对的吸气阀关闭时，通过第二泵的压力阀填充上柱塞对的气缸的工作容积。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中，当填充下柱塞对的工作容积时，井筒流体通过装置的外管的上部的进气口，并沿着定子的外管流入空腔，从而冷却电动机。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中，通过气体分离来进行井筒流体的吸入，其中，在所述井筒流体在腔内沿着所述定子的外管流动期间，由于加热液体和负压，被安装在定子的泵入口底部的过滤器切断的气体被释放。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤(d)中，在向下的工作行程期间，井筒流体通过过滤器喷射到气体分离器的空腔中，从而提供过滤器的自清洁。