CN111075699B - 井油泵送装置及方法 - Google Patents

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Abstract

井油泵送装置及方法。该装置包括：安装在采油井中的具有活动柱塞的长冲程活塞泵；与柱塞相连的刚性连杆或抽油杆；固定安装在采油井井口上方的导向轮；具有可相对转动的外壳和输出轴的双向电机，其中输出轴相对地面不可转动地安装；以及牵引缆或柔性光杆，一端与刚性连杆的上端相连，另一端绕过导向轮伸向电机并缠绕固定在电机的外壳上，其中位于导向轮与刚性连杆之间的牵引缆与刚性连杆基本始终在同一垂线上。本发明通过反常设计以及低冲次使用双向电机来结合牵引抽油杆的牵引缆，从而可以高效地进行柱塞在例如串联泵体内的长冲程(高达上百米)采油作业，延长装置的使用寿命，减少人工维护或者免维护并且使装置整体更加紧凑。

Description

井油泵送装置及方法
技术领域
本发明涉及一种采油井尤其是深度高达千米的深井用采油装置。
背景技术
目前的采油井多采用常见的“磕头机”形式的采油装置，机型庞大，采油泵冲程短，采油效率低，维护成本高。
CN208236391U和CN201554430U等对采油装置进行了一定程度的改进，但仍然存在装置不够紧凑的问题，并且在采油效率上仍有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种采油系统，其结构紧凑且高效，使用寿命长，维护成本大为降低。
根据本发明的第一方面，提供了一种井油泵送装置，其包括：
安装在采油井中的活塞泵，具有长筒状泵体和在泵体内可往复移动的柱塞；
刚性连杆，下端与活塞泵的柱塞相连，上端向采油井井口方向延伸；
导向轮，固定安装在采油井井口上方；
安装在采油井井口附近的双向电机，具有可相对转动的外壳和输出轴，其中输出轴相对地面不可转动地安装；以及
牵引缆，一端与刚性连杆的上端相连，另一端绕过导向轮伸向电机并缠绕固定在电机的外壳上，其中位于导向轮与刚性连杆之间的牵引缆与刚性连杆基本始终在同一垂线上。
根据本发明的井油泵送装置的优选实施例，电机的外壳可以构造成外表面具有螺纹沟槽的圆筒，圆筒的螺纹沟槽适于将牵引缆缠绕接收在其中。螺纹沟槽还兼起增大电机散热表面的作用。
根据本发明的井油泵送装置的进一步优选实施例，导向轮直径可以为80-110cm，电机的外壳直径可以为90-120cm，优选二者相等，均为例如100cm。牵引缆与导向轮所形成的夹角优选为45-65°。此外，切线牵引缆与电机外圆筒表面处的相应螺纹沟槽所形成的夹角在-3°至+3°之间。
根据本发明的井油泵送装置，优选选用低转速电机，例如转速在1-10rpm之间的电机，更优选选用转速在3-8rpm之间的电机。选用低转速的电机将使得整个传动装置的速度都很低，从而使整个装置故障率大大降低，减少维护和配套设施从而节省成本。
根据本发明的井油泵送装置，活塞泵的柱塞在泵体内的冲程优选不低于10米，更优选在30-70米之间。
根据本发明的井油泵送装置，刚性连杆优选为钢质连杆或者碳纤维连杆。连杆直径可以为16-28mm。
根据本发明的井油泵送装置，牵引缆由柔性金属内芯和光滑护套构成。牵引缆的直径优选在18-32mm之间。根据本发明的第二方面，还提供了一种井油泵送方法，其包括：
将多个活塞泵的泵体串联安装在采油井中，其中串联泵体形成优选总长为20-80m的密封圆柱状内腔并在其内设置有一个可上下往复移动的活动柱塞；
将刚性连杆下端与活动柱塞相连，上端向油井井口方向延伸并与光滑牵引缆相连；
在采油井井口地面附近安装台架，将导向轮固定设置在台架上并位于采油井井口上方；
将支架固定安装在地面上并与采油井井口间隔开；
将具有可相对转动的外壳和输出轴的双向电机安装在支架上，其中输出轴不可转动地固定安装在支架上，使得电机工作时外壳能够围绕输出轴转动；
将牵引缆绕过导向轮伸向电机并缠绕在电机的外壳上，并使位于导向轮与刚性连杆之间的牵引缆与刚性连杆基本始终在同一垂线上；
使电机正转直至柱塞升高至泵体形成的圆柱状内腔的最高位置；以及
再使电机反转直至柱塞下降至泵体形成的圆柱状内腔的最低位置，
其中电机转速在1-10rpm之间。
根据本发明的方法，其中优选电机每小时连续进行1-10次正反转循环，即泵油的冲次在每小时1-10次左右。
本发明通过反常设计(电机的外壳可旋转而直接用作卷筒)以及低冲次使用(每小时仅需执行1-10个冲次)双向电机来结合牵引连杆(或亦可称作“抽油杆”)的牵引缆(或亦可称作“柔性光杆”)，从而可以高效地进行柱塞在例如串联泵体内的超长冲程(高达百米)采油作业，延长电机使用寿命并且使装置整体更加紧凑。此外，由于采用低转速电机并且冲次也因此大为降低，从而使得整套泵送装置的使用寿命大为增加、维护保养成本大为降低。
附图说明
图1示出了本发明的井油泵送装置的纵剖面示意图；
图2示出了本发明的双向电机的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明。本领域技术人员应当理解，以下图示实施例仅用于解释而非限制本发明。
如图1所示，本发明的井油泵送装置总体包括活塞泵、连杆20、牵引缆30、导向轮40以及双向电机50。
参见图1，活塞泵安装在采油井的竖直井管w中，具有长筒状泵10和在泵体10内可上下往复移动的活动柱塞11。井管w深度可达几千米，例如200-5000米，通常在1000-3000米之间。泵体10长度或高度可达数十米乃至百米，例如10-100米，通常在30-80米之间。泵体10也可以由多个活塞泵的泵体串联组成，使得柱塞11的冲程得以方便地增加多倍。柱塞11的直径或者泵体10的内径通常为5-10cm。
图1所示柱塞11与连杆20(下端)相连并通过其传递向上拉力。连杆20为刚性连杆，由钢制成，直径为16-28mm，可重达数吨。连杆20(上端)通过接头21连接于后面将要描述的牵引缆30。当柱塞11达到其最大冲程时(即处于最高位置)，连杆20的上端通常位于井口附近位置。
继续参见图1，导向轮40为安装在采油井井口附近地面上固定的台架41上的定滑轮，以预定高度固定安装在采油井的井口上方。导向轮40直径通常为80-110cm。
如图1和2所示，双向电机50安装在采油井井口附近，具有可相对转动的外壳52和输出轴53。在图1所示本发明中，输出轴53相对地面不可转动地安装，即不可转动或静止不动地安装在支架51上，支架51又固定安装在井口附近地面上。这样，电机50工作时，外壳52即可围绕转轴或输出轴53正向或反向转动。电机50选用低转速电机，转速在1-10rpm之间，更优选在3-8rpm之间。
如图2清楚所示，电机50的外壳52构造成圆筒或转筒，直径在90-120cm之间。外壳52的外圆周表面形成螺纹沟槽54，用于将牵引缆30缠绕接收在其中，并同时增大电机散热表面。
再回到图1，牵引缆30绕过导向轮40伸向电机50并缠绕固定在电机50的外壳52上的螺纹沟槽54中。位于导向轮40与连杆20之间的牵引缆30与连杆20基本始终在同一垂线上。牵引缆30由柔性钢丝内芯和光滑的树脂或高分子塑料护套构成，直径在18-32mm之间。牵引缆30与导向轮40所形成的夹角通常在40-70°之间，例如60°。切线牵引缆与电机外圆筒表面处的相应螺纹沟槽所形成的夹角在-3°至+3°之间。牵引缆30、导向轮40以及电机50的这种特征组合设计可以显著促进力的高效传递和空间的高效利用。
以下简要描述本发明的井油泵送装置的工作原理。
首先，按照图1所示进行组装。采油作业时，先使双向电机50正转，将使牵引缆30卷绕在电机50的外壳52上的螺纹沟槽54中，从而带动连杆20并因此带动柱塞11上行，直至其最大冲程——即柱塞11处于泵体10中的最高位置。这时，原油在真空吸力作用下通过进油单向阀(未示出)充满泵体10的内腔。接下来，使电机50反转，即使牵引缆30逐渐脱离电机50的外壳52上的螺纹沟槽54，依靠连杆20的自重，使柱塞11下降至其最低位置。这时，原油在压力作用下通过排油单向阀(同样未示出)向上排出泵体10。
本发明通过使用上述双向电机50来结合牵引连杆20的牵引缆30，从而可以高效地进行柱塞11在泵体10内的长冲程采油作业。本发明的双向电机每小时仅需执行1-10个冲次或(正反)循环就能进行不间断采油，这大大增加了电机使用寿命。另外，使用本发明上述结构的电机50由于省略了减速和连接机构，使装置更加紧凑或小型化。此外，控制双向电机50的反转(转速)还可以省略平衡对重，从而进一步简化装置结构，节省成本。

Claims (2)

1.一种省略平衡对重的井油泵送方法，包括：
将多个活塞泵的泵体串联安装在采油井中，其中串联泵体形成总长为20-80m的密封圆柱状内腔并在其内设置有一个可往复移动的活动柱塞；
将刚性连杆下端与活动柱塞相连，上端向油井井口方向延伸并与光滑牵引缆相连；
在采油井井口地面附近安装台架，将导向轮固定设置在台架上并位于采油井井口上方；
将支架固定安装在地面上并与采油井井口间隔开；
将具有可相对转动的外壳和输出轴的双向电机安装在支架上，其中输出轴不可转动地固定安装在支架上，使得电机工作时外壳能够围绕输出轴转动；
将牵引缆绕过导向轮伸向电机并缠绕在电机的外壳上，并使位于导向轮与刚性连杆之间的牵引缆与刚性连杆基本始终在同一垂线上；
使电机正转直至柱塞升高至泵体形成的圆柱状内腔的最高位置；以及
再使电机反转直至柱塞下降至泵体形成的圆柱状内腔的最低位置，
其中电机转速在3-8rpm之间，
其中电机每小时连续进行1-10次正反转循环，
其中将电机的外壳构造成外表面具有螺纹沟槽的圆筒，并将牵引缆缠绕接收在圆筒的螺纹沟槽中，
其中牵引缆与导向轮所形成的夹角在40°-70°之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中牵引缆由柔性金属内芯和光滑护套构成。
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