CN114439435A - 井下爬行式动力气举柱塞 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了井下爬行式动力气举柱塞,涉及石油天然气柱塞气举排水采气设备技术领域。该装置包括柱塞,柱塞圆周外壁的下半段上对称开设有两处喷孔,柱塞上对称焊接有八处安装柱,八处安装柱上均转动安装有一处爬行轮;所述柱塞的底端焊接固定有一处圆形加粗块,圆形加粗块上锁紧固定有一处驱动电机,驱动电机的转轴穿过圆形加粗块插置于柱塞的内部空间中,本发明驱动电机的驱动形式采用丝杠螺母变径机构以及轮式驱动机构,其中丝杠螺母变径机构可将驱动电机输出的动力变为其转轴的旋转动力以及八处爬行轮的行走动力。本发明的四曲柄滑杆缓冲机构可对驱动电机上滑停止时受到的冲击力进行缓冲,减小驱动电机被冲撞损坏的机率。

Description

井下爬行式动力气举柱塞
技术领域
本发明属于石油天然气柱塞气举排水采气设备技术领域,具体而言,涉及一种井下爬行式动力气举柱塞。
背景技术
石油天然气的策略贮藏是国家动力安全稳固供给的重要手段之一,随着气田的不停开发,产水井的数量在不断地增加,气井产量压力不断降低,积液日趋增加,带液的能力变差,有些甚至要频繁降压带液来辅佐生产,对气井产能的稳固释放产生了极其重大的影响,井下爬行式动力柱塞气举装置能有效地改变气井积液的问题所带来的影响,使低产以及井筒积液的低压低产井实现高产以及清理积液的效果。能够满足了长期稳产和提高采气效率的要求。
现有气举柱塞大都缺少辅助行走机构,在运动过程中易卡顿、举液动力不足,影响柱塞气举的工作效率,且密封性较差,经常出现柱塞启动动力不足无法排液的情况,此外缺少辅助打捞的部件,不易被打捞,且大都不能够对井下管柱内壁上的垢、泥沙进行清理。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种井下爬行式动力气举柱塞,其具有行走机构,行走机构具有足够的刚度和稳定性,从而实现了使柱塞运动在狭小的管道内这一目标,可以大幅度地提高柱塞气举的工作效率,解决传统装置因缺少行走机构造成柱塞气举效率欠佳的问题。
本发明提供如下技术方案:一种井下爬行式动力气举柱塞,包括柱塞;所述柱塞的内部中空,且柱塞圆周外壁的下半段上对称开设有两处喷孔,柱塞上对称焊接有八处安装柱,八处安装柱上均转动安装有一处爬行轮;所述柱塞的底端焊接固定有一处圆形加粗块,圆形加粗块上锁紧固定有一处驱动电机,驱动电机的转轴穿过圆形加粗块插置于柱塞的内部空间中,且驱动电机的转轴上呈上下间隔套装有两处主动伞齿轮,本发明驱动电机的驱动形式采用丝杠螺母变径机构以及轮式驱动机构,其中丝杠螺母变径机构可将驱动电机输出的动力变为其转轴的旋转动力以及八处爬行轮的行走动力,其运动所需的驱动力小,从而增强了管内行走能力,结构紧凑,提高负载能力和自适应管径能力;本发明选择的动力机是永磁同步电机,是一种由定子、永久磁钢转子、位置传感器、电子换向开关等组成的电动机,通过永磁体来提供励磁,使电动机构造变得较为简略,降低使用过程中所产生的相关费用,同时去掉了集电环和电刷等较为不稳定的零件,电动机运转的可靠性增加;因为不需要励磁电流,所以没有相关的励磁损耗,电动机的使用效率和功率密度得到了提升,其具备着构造不复杂,体积较小、重量轻、损耗小、效率高、功率因数高等优点;本发明还包括通信部分,通信部分配备了多种传感器,包括转速传感器、压力传感器、位置传感器、电源检测等传感器,可对柱塞的运动过程以及轨迹进行较为全面的检测,井上检测系统通过无线通信模块,将信息反馈给控制器,以此实现控制的闭环,其中转速传感器可以实时提供各个爬行轮的转速,方便检测调整;压力传感器可以提供驱动电机的驱动机构所受的压力,以供控制柱塞行进路线参考;位置传感器可以检测到爬行轮的位置,以此达到更加及时准确地控制柱塞活动的目的;电源检测可以提供驱动电机的电压电流等信息;
进一步优选地,所述驱动电机的顶端中心处竖撑焊接有一处定位柱,定位柱上通过弹簧顶推滑动套装有一处滑环。
进一步优选地,所述柱塞的圆周内壁上呈上下间隔对称转动安装有四处从动伞齿轮,且四处从动伞齿轮对应与上下两处主动伞齿轮啮合传动。
进一步优选地,所述柱塞的圆周外壁上等距间隔开设有一排环形凹槽,且环形凹槽呈纵向排布。
进一步优选地,所述滑环的顶端上方水平焊接有一处受力环,且滑环的圆周外圈上环绕转动连接有四处连杆,四处连杆的尾端均转动连接有一处顶柱,顶柱的首端均固定有一处橡胶球。
进一步优选地,八处所述爬行轮对应与柱塞的圆周外壁贯穿转动配合,且八处爬行轮的内侧部分上开设有一圈齿槽。
进一步优选地,八处所述爬行轮通过其上的八圈齿槽对应与四处从动伞齿轮啮合传动,且八处爬行轮与井下管柱的圆周内壁滚压接触。
进一步优选地,所述柱塞的底部焊接固定有一处打捞头,打捞头的截面呈T形结构。
进一步优选地,所述圆形加粗块的圆周外圈上开设有一圈螺旋槽,一圈螺旋槽与井下管柱的圆周内壁滑动接触。
与现有技术相比,本发明提供的井下爬行式动力气举柱塞具有如下优点和进步性:
(1)本发明的喷孔可以起到扶正的作用,减小柱塞磨损,且一排环形凹槽可提升柱塞的密封性;
(2)本发明,八处爬行轮共同组成了本发明的行走机构,行走机构具有足够的刚度和稳定性,从而实现了使柱塞运动在狭小的管道内这一目标,可以大幅度地提高柱塞气举的工作效率;
(3)本发明的四曲柄滑杆缓冲机构可对驱动电机上滑停止时受到的冲击力进行缓冲,减小驱动电机被冲撞损坏的机率,且当驱动电机上滑与井下管柱顶端的限位机构撞击接触时,受力环会被反向顶推下滑并通过四处连杆摆转顶推驱使四处顶柱以及其首端的四处橡胶球同步外滑与井下管柱的内壁摩擦顶压接触,大大限制减小驱动电机的上滑惯性力,进一步降低驱动电机被冲撞损坏的机率,对驱动电机实施较佳的缓冲保护。
附图说明
图1为本发明主视图;
图2为本发明三维结构示意图;
图3为本发明半剖内部结构示意图;
图4为本发明从动伞齿轮安装位置示意图;
图5为本发明驱动电机结构示意图;
图6为本发明滑环安装位置示意图;
图7为本发明图5中A部分放大结构示意图;
图8为本发明图4中B部分放大结构示意图。
图中,部件名称与附图编号的对应关系为:
1、柱塞;101、喷孔;102、安装柱;103、从动伞齿轮;105、螺旋槽;106、环形凹槽;2、打捞头;3、驱动电机;301、主动伞齿轮;302、滑环;303、受力环;304、连杆;305、顶柱;306、定位柱;4、爬行轮。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
请参阅图1至图8;本发明设计了一种井下爬行式动力气举柱塞,包括:柱塞1;柱塞1的内部中空,且柱塞1圆周外壁的下半段上对称开设有两处喷孔101,喷孔101可以起到扶正的作用,减小柱塞1磨损,柱塞1上对称焊接有八处安装柱102,八处安装柱102上均转动安装有一处爬行轮4;柱塞1的底端焊接固定有一处圆形加粗块,圆形加粗块上锁紧固定有一处驱动电机3,驱动电机3的转轴穿过圆形加粗块插置于柱塞1的内部空间中,且驱动电机3的转轴上呈上下间隔套装有两处主动伞齿轮301;柱塞1的圆周内壁上呈上下间隔对称转动安装有四处从动伞齿轮103,且四处从动伞齿轮103对应与上下两处主动伞齿轮301啮合传动;柱塞1的圆周外壁上等距间隔开设有一排环形凹槽106,且环形凹槽106呈纵向排布,一排环形凹槽106可提升柱塞1的密封性;滑环302的顶端上方水平焊接有一处受力环303,且滑环302的圆周外圈上环绕转动连接有四处连杆304,四处连杆304的尾端均转动连接有一处顶柱305,顶柱305的首端均固定有一处橡胶球,受力环303、滑环302、四处连杆304、四处顶柱305以及定位柱306上的弹簧共同连接组成了一处四曲柄滑杆缓冲机构,此机构可对驱动电机3上滑停止时受到的冲击力进行缓冲,减小驱动电机3被冲撞损坏的机率,且当驱动电机3上滑与井下管柱顶端的限位机构撞击接触时,受力环303会被反向顶推下滑并通过四处连杆304摆转顶推驱使四处顶柱305以及其首端的四处橡胶球同步外滑与井下管柱的内壁摩擦顶压接触,大大限制减小驱动电机3的上滑惯性力,进一步降低驱动电机3被冲撞损坏的机率,对驱动电机3实施较佳的缓冲保护;所述驱动电机3的顶端中心处竖撑焊接有一处定位柱306,定位柱306上通过弹簧顶推滑动套装有一处滑环302。
进一步,八处爬行轮4对应与柱塞1的圆周外壁贯穿转动配合,且八处爬行轮4的内侧部分上开设有一圈齿槽,八处爬行轮4共同组成了本发明的行走机构,行走机构具有足够的刚度和稳定性,从而实现了使柱塞1运动在狭小的管道内这一目标,可以大幅度地提高柱塞气举的驱动动力。
进一步,八处爬行轮4通过其上的八圈齿槽对应与四处从动伞齿轮103啮合传动,且八处爬行轮4与井下管柱的圆周内壁滚压接触;柱塞1的顶部焊接固定有一处打捞头2,打捞头2的截面呈T形结构,打捞头2有利于放置和捞起柱塞1。
进一步,圆形加粗块的圆周外圈上开设有一圈螺旋槽105,一圈螺旋槽105与井下管柱的圆周内壁滑动接触,螺旋槽105可以使柱塞1在运动过程中不易卡,同时可以清洁井下管柱内壁上的垢、泥沙。
行走机构的工作原理:驱动电机3通过其转轴输出旋转力矩并驱使两处主动伞齿轮301旋转,且两处主动伞齿轮301可啮合驱使四处从动伞齿轮103旋转,而四处从动伞齿轮103可啮合驱使八处爬行轮4沿井下管柱的内壁上下滚移;
在作业使用时,通信部分通过配备的多种传感器转速传感器、压力传感器、位置传感器、电源检测等传感器,可对柱塞1的运动过程以及轨迹进行较为全面的检测,井上检测系统通过无线通信模块,将信息反馈给控制器,以此实现控制的闭环,其中转速传感器可以实时提供各个爬行轮4的转速,方便检测调整,压力传感器可以提供驱动电机3的驱动机构所受的压力,以供控制柱塞1行进路线参考,位置传感器可以检测到爬行轮4的位置,以此达到更加及时准确地控制柱塞1活动的目的,电源检测可以提供驱动电机3的电压电流等信息。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.井下爬行式动力气举柱塞,其特征在于:该气举柱塞包括柱塞(1);所述柱塞(1)的内部中空,且柱塞(1)圆周外壁的下半段上对称开设有两处喷孔(101),柱塞(1)上对称焊接有八处安装柱(102),八处安装柱(102)上均转动安装有一处爬行轮(4);所述柱塞(1)的底端焊接固定有一处圆形加粗块,圆形加粗块上锁紧固定有一处驱动电机(3),驱动电机(3)的转轴穿过圆形加粗块插置于柱塞(1)的内部空间中,且驱动电机(3)的转轴上呈上下间隔套装有两处主动伞齿轮(301);所述驱动电机(3)的顶端中心处竖撑焊接有一处定位柱(306),定位柱(306)上通过弹簧顶推滑动套装有一处滑环(302);所述柱塞(1)的圆周外壁上等距间隔开设有一排环形凹槽(106),且环形凹槽(106)呈纵向排布。
2.根据权利要求1所述的井下爬行式动力气举柱塞,其特征在于:所述柱塞(1)的圆周内壁上呈上下间隔对称转动安装有四处从动伞齿轮(103),且四处从动伞齿轮(103)对应与上下两处主动伞齿轮(301)啮合传动。
3.根据权利要求1所述的井下爬行式动力气举柱塞,其特征在于:所述滑环(302)的顶端上方水平焊接有一处受力环(303),且滑环(302)的圆周外圈上环绕转动连接有四处连杆(304),四处连杆(304)的尾端均转动连接有一处顶柱(305),顶柱(305)的首端均固定有一处橡胶球。
4.根据权利要求1所述的井下爬行式动力气举柱塞,其特征在于:八处所述爬行轮(4)对应与柱塞(1)的圆周外壁贯穿转动配合,且八处爬行轮(4)的内侧部分上开设有一圈齿槽。
5.根据权利要求2所述的井下爬行式动力气举柱塞,其特征在于:八处所述爬行轮(4)通过其上的八圈齿槽对应与四处从动伞齿轮(103)啮合传动,且八处爬行轮(4)与井下管柱的圆周内壁滚压接触。
6.根据权利要求1所述的井下爬行式动力气举柱塞,其特征在于:所述柱塞(1)的底部焊接固定有一处打捞头(2),打捞头(2)的截面呈T形结构。
7.根据权利要求1所述的井下爬行式动力气举柱塞,其特征在于:所述圆形加粗块的圆周外圈上开设有一圈螺旋槽(105),一圈螺旋槽(105)与井下管柱的圆周内壁滑动接触。
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