CN113494279B - 一种复合连续油管配套的抽油装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抽油装置，具体涉及一种复合连续油管配套的抽油装置。该抽油装置包括井上部件和井下部件，井上部件通过复合连续油管与井下部件连接；井上部件包括采油树和控制柜；井下部件包括潜油电机和螺杆泵本体。该抽油装置不易脱扣、短杆、偏执，且能耐磨损，延长使用寿命；能够在井下依据不同的井况进行智能调速，以达到最合适转速，提高使用寿命的同时有效地增加了采油速率；能够对潜油电机实行断电保护，避免了因空转或不转造成的损伤，进一步提高了使用寿命；解决了现有采油泵存在的脱扣、短杆、偏执，或易磨损，且使用寿命低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种抽油装置，具体涉及一种复合连续油管配套的抽油装置。
背景技术
在目前我国机械采油的方式当中，应用最广泛的是电潜泵和杆式泵，随着油田含水率在油藏开发后期越来越高，高含砂、含气井、稠油井越来越多,给目前使用杆式泵和电潜离心泵的油井带来了诸多问题。杆式泵属有杆抽油设备，存在脱扣、短杆、偏执的问题，在高负荷井中,常常会出现抽油装置下行困难等问题, 在高含砂量井中, 还经常会出现砂卡等问题。电动潜油离心泵虽然属于无杆采油设备,有着大排量的特点，但其对气体、砂较为敏感,其旋转的叶片速度较高，容易磨损，因而寿命不高。
同时采油过程中油量的多少以及油的粘稠度为一个不断变化的过程，当油藏聚油速度不足或者油藏粘稠度过高时，采油泵易空转或者不转，容易对采油泵造成损伤。因此有必要发明一种复合连续油管配套的抽油装置及其控制方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种采油效率高，耐磨损，且能在采油过程中调节转速，从而进行保护，延长使用寿命，以解决现有采油泵存在的脱扣、短杆、偏执，或易磨损，且使用寿命低问题的复合连续油管配套的抽油装置。
本发明的技术方案是：
一种复合连续油管配套的抽油装置，包括井上部件和井下部件，井上部件通过复合连续油管与井下部件连接；井上部件包括采油树和控制柜；其特征在于：井下部件包括上壳体、下壳体、潜油电机和螺杆泵本体，上壳体底部设置有下壳体，下壳体内设置有潜油电机，潜油电机通过继电器与控制柜电连接；潜油电机的输出轴上通过减速器安装有传动轴；上壳体内设置有螺杆泵本体，上壳体与下壳体之间通过滤网支架安装有过滤网，螺杆泵本体的进口通过过滤网与外部连通；所述的螺杆泵本体由定子和螺杆转子构成，定子内插装有螺杆转子，螺杆转子通过万向节与传动轴连接；所述的潜油电机上还设置有转速传感器，过滤网外侧设置有流速传感器，流速传感器和转速传感器分别与控制柜电连接。
所述的定子出口端面上通过出口法兰上安装有连续油管连接头，连续油管连接头通过复合连续油管与采油树连通。
所述的复合连续油管由连续管、保护层和连接电缆构成，连续管外壁上包裹有保护层，保护层内呈环形均布有连接电缆；连续管分别与连续油管连接头和采油树连通；控制柜分别通过连接电缆与继电器、流速传感器和转速传感器连接。
所述的万向节外侧设置有万向节保护壳，万向节保护壳的底部端头通过固定螺栓分别与下壳体内壁上设置的内凸缘固定连接；万向节保护壳的底部端头通过轴承与传动轴活动连接。
所述的滤网支架由下支撑环、支撑杆和上支撑环构成，下支撑环上通过支撑杆固定安装有上支撑环；下支撑环分别与下壳体和过滤网底部端头焊接，下支撑环还通过固定螺栓与万向节保护壳固定连接；上支撑环分别与上壳体和过滤网顶部端头焊接，上支撑环还通过固定螺栓与定子固定连接。
所述的潜油电机外侧的下壳体上通过固定螺栓安装有电机法兰，电机法兰上设置有电机保护壳体，电机保护壳体与潜油电机套装连接。
本发明的有益效果在于：
该复合连续油管配套的抽油装置不使用抽油杆，从而不易脱扣、短杆、偏执，且不使用离心叶片，从而能耐磨损，且延长使用寿命；潜油电机以及转速传感器和流速传感器的配合使用，使潜油电机和螺杆泵本体能够在井下依据不同的井况进行智能调速，以达到最合适转速，提高使用寿命的同时有效地增加了采油速率；同时配合继电器的使用，能够对潜油电机实行断电保护，避免了因空转或不转造成的损伤，进一步提高了使用寿命；解决了现有采油泵存在的脱扣、短杆、偏执，或易磨损，且使用寿命低的问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明螺杆泵本体的结构示意图；
图3是图2中A处的放大示意图；
图4是图2中B处的放大示意图；
图5是本发明复合连续油管的结构示意图；
图6是本发明控制原理框图。
图中：1、复合连续油管，101、连续管，102、保护层，103、连接电缆，2、采油树，3、控制柜，4、上壳体，5、下壳体，6、潜油电机，7、螺杆泵本体，701、定子，702、螺杆转子，8、继电器，9、减速器，10、传动轴，11、过滤网，12、万向节，13、转速传感器，14、流速传感器，15、出口法兰，16、连续油管连接头，17、万向节保护壳，18、下支撑环，19、支撑杆，20、上支撑环，21、电机法兰，22、电机保护壳体。
具体实施方式
该复合连续油管配套的抽油装置包括井上部件和井下部件，井上部件通过复合连续油管1与井下部件连接；井上部件包括采油树2和控制柜3；复合连续油管1由连续管101、保护层102和连接电缆103构成，连续管101外壁上包裹有保护层102，保护层102内呈环形均布有连接电缆103；连续管101的作用是在工作时输送采集的油液，将油液由井下输送至地面；保护层102的作用是对连续管101和连接电缆103进行隔离保护，以避免井下恶劣环境（高温、高压）损坏连续管101和连接电缆103，同时对连接电缆103进行绝缘保护，以防止连接电缆103之间短路或连接电缆103与井下的油液接通。
井下部件包括上壳体4、下壳体5、潜油电机6和螺杆泵本体7，上壳体4底部设置有下壳体5，下壳体5内设置有潜油电机6，潜油电机6为无级调速电机，潜油电机6通过继电器8与控制柜3电连接，继电器8的作用是控制潜油电机6与电源的通断，从而控制潜油电机6的转动，进而对潜油电机6进行保护，延长使用寿命；潜油电机6外侧的下壳体5上通过固定螺栓安装有电机法兰21，电机法兰21上设置有电机保护壳体22，电机保护壳体22与潜油电机6套装连接，电机保护壳体22的作用是与电机法兰21配合将潜油电机6固定在下壳体5内，同时对潜油电机6进行保护；上壳体4内设置有螺杆泵本体7，上壳体4与下壳体5之间通过滤网支架安装有过滤网11，螺杆泵本体7的进口通过过滤网11与外部连通，过滤网11的作用是对油液中的杂质进行过滤，以避免油液进入螺杆泵本体7，进而保证螺杆泵本体7不易堵塞和卡泵，从而保证螺杆泵本体7的正常运行，由此保证抽油工作的正常进行；螺杆泵本体7由定子701和螺杆转子702构成，定子701内插装有螺杆转子702；螺杆泵本体7是通过螺杆转子702在定子701内旋转运动，使螺杆转子702与定子701之间的工作容积发生周期性的变化，以此来实现流体的输送和增压，具有结构简单、直径小、流量压力脉动小、噪音低、工作转速高、自吸能力强以及使用寿命长的优点，同时其相比于杆式泵，其不存在脱扣、短杆、偏执的问题；同时由于橡胶技术的发展，影响单螺杆泵寿命和使用范围的关键部件定子衬套已经得到了极大的提升，相比于离心泵，具有耐磨、使用寿命长的优点；潜油电机6的输出轴上通过减速器9安装有传动轴10，传动轴10通过万向节12与螺杆转子702连接，万向节12的作用是将潜油电机6的同心运动转化为螺杆转子702所需的偏心运动，进而使潜油电机6能正常驱动螺杆转子702转动；定子701出口端面上通过固定螺栓安装有出口法兰15，出口法兰15的顶部端面通过固定螺栓安装有连续油管连接头16，连续油管连接头16通过复合连续油管1与采油树2连通；具体的：连续油管连接头16通过连续管101与和采油树2连通，以将螺杆泵本体7输出的油液通过连续管101输送至采油树2处，进而将油液输送至地面；潜油电机6上还设置有转速传感器13，过滤网11外侧设置有流速传感器14，流速传感器14和转速传感器13分别与控制柜3电连接；具体的：控制柜3分别通过连接电缆103与继电器8、流速传感器14和转速传感器13连接，以通过控制柜分别向继电器8、流速传感器14和转速传感器13供电，同时采集流速传感器14监测的螺杆泵本体7进口处的油液流速信息和转速传感器13监测的潜油电机6转速信息；控制柜3包括信息处理模块、转速控制模块和继电器控制模块（信息处理模块、转速控制模块和继电器控制模块均为市售产品），信息处理模块分别与流速传感器14、转速传感器13、转速控制模块和继电器控制模块，以采集并处理流速传感器14的油液流速信号和转速传感器13的潜油电机转速信号，根据信号处理结果，控制转速控制模块和继电器控制模块运作；转速控制模块与潜油电机6连接，以根据信号处理模块的处理结果控制潜油电机6的转速；继电器控制模块与继电器8连接，以根据信号处理模块的处理结果控制继电器8，进而控制潜油电机6电源的通断，保护潜油电机6，同时通过控制潜油电机6的转动，控制螺杆泵本体7的转动，从而防止螺杆泵本体7空转或因油液粘稠转不动，由此保护螺杆泵本体7，延长其使用寿命。
万向节12外侧设置有万向节保护壳17，万向节保护壳17的底部端头通过固定螺栓分别与下壳体5内壁上设置的内凸缘固定连接；万向节保护壳17的底部端头通过轴承与传动轴10活动连接，以对万向节12和传动轴10进行限位，进而对其进行保护。
滤网支架由下支撑环18、支撑杆19和上支撑环20构成，下支撑环18上通过支撑杆19固定安装有上支撑环20；下支撑环18分别与下壳体5和过滤网11底部端头焊接，下支撑环18还通过固定螺栓与万向节保护壳17固定连接；上支撑环20分别与上壳体4和过滤网11顶部端头焊接，上支撑环20还通过固定螺栓与定子701固定连接；滤网支架的作用是对过滤网11进行支撑，以避免过滤网在压力作用下变形，同时对万向节保护壳17和定子701进行定位。
该复合连续油管配套的抽油装置工作时，通过控制柜3的继电器控制模块启动继电器，使潜油电机6与电源接通，潜油电机6接通电源后，潜油电机6依次通过减速器9、传动轴10、万向节12带动螺杆泵本体7的螺杆转子702转动；螺杆转子702转动过程中与定子701配合抽取上壳体4和下壳体5外侧的油液，使油液经过过滤网11过滤后进入螺杆泵本体7中；进入螺杆泵本体7中的油液在通过螺杆泵本体7增压后依次通过出口法兰15、连续油管连接头16、复合连续油管1的连续管101输送至采油树2处，进而输送至地面。
在螺杆转子702转动过程中，控制柜3的信息处理模块采集流速传感器14的油液流速信息和转速传感器13的潜油电机6转速信息。
信息采集后，信息处理模块对油液流速信息和潜油电机6转速信息进行处理，根据信息处理结果对潜油电机6进行控制，以保护潜油电机6和螺杆泵本体7，控制规则具体为：
当潜油电机6转速为0，即油液过于粘稠，导致螺杆泵本体7的螺杆转子702转不动，进而使潜油电机6转不动时，信息处理模块向继电器控制模块发送信号，使继电器控制模块控制继电器8对潜油电机6与电源断开，使潜油电机6断电停止；
当潜油电机6转速不为0，油液的流速为0，即油藏聚油速度不足，油液不能通过过滤网进入螺杆泵本体7进口，导致螺杆转子702空转时，信息处理模块向继电器控制模块发送信号，使继电器控制模块控制继电器8对潜油电机6与电源断开，使潜油电机6断电停止；
当潜油电机6转速不为0，油液的流速也不为0时，信息处理模块根据油液流速通过转速控制模块对潜油电机6的转速进行控制，进而控制螺杆转子702的转速，使油液流速与转速匹配，螺杆转子702的转速根据以下公式确定：
其中: ，表示螺杆转子702转了一转，；表示螺杆转子702转速，；表示入口油液流速，；表示螺杆转子702的螺距，；为过流面积（即定子701和螺杆转子702的截面差），；为螺杆头数，对于螺杆转子702，可分为单头螺杆和多头螺杆，螺杆头数记为定子701头数为。
转速控制模块对潜油电机6的转速进行控制时，信息处理模块通过油液流速信息和转速信息对潜油电机6的转速进行闭环控制，油液流速过高时，控制潜油电机6加速，从而通过螺杆泵本体7将油液加速泵出，提升采油效率；油液流速过低时，控制潜油电机6减速，避免聚油速度不足，导致螺杆泵本体7的螺杆转子702空转，进而保护螺杆泵本体7和潜油电机6。
当潜油电机6断电停止后，信息处理模块在经过时间T后，通过继电器控制模块控制继电器8对潜油单机6恢复供电，使潜油电机6重启，恢复采油作业，时间T通过以下公式确定：
其中：k为系数；H为螺杆泵本体7在井下的深度，m。
该复合连续油管配套的抽油装置不使用抽油杆，从而不易脱扣、短杆、偏执，且不使用离心叶片，从而能耐磨损，且延长使用寿命；潜油电机6以及转速传感器13和流速传感器14的配合使用，使潜油电机6和螺杆泵本体7能够在井下依据不同的井况进行智能调速，以达到最合适转速，提高使用寿命的同时有效地增加了采油速率；同时配合继电器的使用，能够对潜油电机实行断电保护，避免了因空转或不转造成的损伤，进一步提高了使用寿命；解决了现有采油泵存在的脱扣、短杆、偏执，或易磨损，且使用寿命低的问题。
Claims (6)
1.一种利用复合连续油管配套抽油装置的采油方法，其特征在于：
该复合连续油管配套的抽油装置，包括井上部件和井下部件，井上部件通过复合连续油管(1)与井下部件连接；井上部件包括采油树(2)和控制柜(3)；井下部件包括上壳体(4)、下壳体(5)、潜油电机(6)和螺杆泵本体(7)，上壳体(4)底部设置有下壳体(5)，下壳体(5)内设置有潜油电机(6)，潜油电机(6)通过继电器(8)与控制柜(3)电连接；潜油电机(6)的输出轴上通过减速器(9)安装有传动轴(10)；上壳体(4)内设置有螺杆泵本体(7)，上壳体(4)与下壳体(5)之间通过滤网支架安装有过滤网(11)，螺杆泵本体(7)的进口通过过滤网(11)与外部连通；所述的螺杆泵本体(7)由定子(701)和螺杆转子(702)构成，定子(701)内插装有螺杆转子(702)，螺杆转子(702)通过万向节(12)与传动轴(10)连接；所述的潜油电机(6)上还设置有转速传感器(13)，过滤网(11)外侧设置有流速传感器(14)，流速传感器(14)和转速传感器(13)分别与控制柜(3)电连接；
该利用复合连续油管配套抽油装置的采油方法，包括以下步骤：
1)、通过该复合连续油管配套抽油装置的控制柜(3)的继电器控制模块启动继电器，使潜油电机(6)带动螺杆泵本体(7)的螺杆转子(702)转动；抽取上壳体(4)和下壳体(5)外侧的油液输送至地面；
2)、控制柜(3)的信息处理模块采集流速传感器(14)的油液流速信息和转速传感器(13)的潜油电机(6)转速信息；
3)、信息处理模块对油液流速信息和潜油电机(6)转速信息进行处理，根据信息处理结果对潜油电机(6)进行控制；
所述的控制规则具体为：
当潜油电机(6)转速为0，使潜油电机(6)断电停止；
当潜油电机(6)转速不为0，油液的流速为0，使潜油电机(6)断电停止；
当潜油电机(6)转速不为0，油液的流速也不为0时，控制螺杆转子(702)的转速，使油液流速与转速匹配，螺杆转子(702)的转速根据以下公式确定：
其中:n＝1，表示螺杆转子(702)转了一转，r；γ表示螺杆转子(702)转速，r/min；Q表示入口油液流速，L/s；d表示螺杆转子(702)的螺距，m；A为过流面积，m2；N为螺杆头数，对于螺杆转子(702)，可分为单头螺杆和多头螺杆，螺杆头数记为N，螺杆定子(701)头数为N+1；
当潜油电机(6)断电停止后，信息处理模块在经过时间T后，使潜油电机(6)重启，恢复采油作业，时间T通过以下公式确定：
T＝kH
其中：k为系数；H为螺杆泵本体(7)在井下的深度，m。
2.根据权利要求1所述的一种利用复合连续油管配套抽油装置的采油方法，其特征在于：所述的定子(701)出口端面上通过出口法兰(15)上安装有连续油管连接头(16)，连续油管连接头(16)通过复合连续油管(1)与采油树(2)连通。
3.根据权利要求1所述的一种利用复合连续油管配套抽油装置的采油方法，其特征在于：所述的复合连续油管(1)由连续管(101)、保护层(102)和连接电缆(103)构成，连续管(101)外壁上包裹有保护层(102)，保护层(102)内呈环形均布有连接电缆(103)；连续管(101)分别与连续油管连接头(16)和采油树(2)连通；控制柜(3)分别通过连接电缆(103)与继电器(8)、流速传感器(14)和转速传感器(13)连接。
4.根据权利要求1所述的一种利用复合连续油管配套抽油装置的采油方法，其特征在于：所述的万向节(12)外侧设置有万向节保护壳(17)，万向节保护壳(17)的底部端头通过固定螺栓分别与下壳体(5)内壁上设置的内凸缘固定连接；万向节保护壳(17)的底部端头通过轴承与传动轴(10)活动连接。
5.根据权利要求1所述的一种利用复合连续油管配套抽油装置的采油方法，其特征在于：所述的滤网支架由下支撑环(18)、支撑杆(19)和上支撑环(20)构成，下支撑环(18)上通过支撑杆(19)固定安装有上支撑环(20)；下支撑环(18)分别与下壳体(5)和过滤网(11)底部端头焊接，下支撑环(18)还通过固定螺栓与万向节保护壳(17)固定连接；上支撑环(20)分别与上壳体(4)和过滤网(11)顶部端头焊接，上支撑环(20)还通过固定螺栓与定子(701)固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种利用复合连续油管配套抽油装置的采油方法，其特征在于：所述的潜油电机(6)外侧的下壳体(5)上通过固定螺栓安装有电机法兰(21)，电机法兰(21)上设置有电机保护壳体(22)，电机保护壳体(22)与潜油电机(6)套装连接。
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