CN201843550U - 钢丝起下电泵过油管作业系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型所述的钢丝起下电泵过油管作业系统，包括套管、电缆、油管和泵油机械，其中，电缆走形于套管和油管之间，直达油管下方给泵油机械供电，油管内部容纳泵油机械，泵油机械从上至下依次为相互连接的悬挂密封总成、柔性调节短节、泵、保护器、电机、悬挂器、偏心导向抗扭器和井下控制阀。其中，偏心导向抗扭器保证了电机和电缆的准确连接，同时也避免了落物对连接部位的破坏作用，长度可调的柔性调节短节分担了油管液柱的压力，另一方面也确保了下方的偏向导向抗扭器的准确对接，进行控制阀有效的避免了井喷的危险。本实用新型所述的钢丝起下电泵过油管作业系统，降低了维护成本和修井时间，使用安全，具有广阔的应用前景。

Description

钢丝起下电泵过油管作业系统 

技术领域

本实用新型申请涉及一种能够通过钢丝起下电泵，并且电泵通过油管的作业系统，属于采油机械技术领域。 

背景技术

油田生产开发是在已知油藏钻井，完井后，将地下油藏的油气输送到地面的工艺流程。在油田开发初期，油气的上升可以通过诱流等方法，依靠地层的能量自喷，把油气输送到地面上来。当油藏能量不足，或油藏含水上升时，可以依靠抽油泵、气举等人工增补的能量举出。泵抽采油法是人工举升最为常见的采油法，在油井中下入抽油泵，把油藏中产出的液体泵送到地面的方法，简称抽油法，此法所用的抽油泵按动力传动方式分为有杆和无杆两类。电动潜油泵((electric submersible pump(ESP))是无杆驱动方式，它一套多级离心泵和电动机直接连接的泵组，由动力电缆把电送给井下的电机以驱动离心泵，把井中的流体泵送到地面，由于机泵组是在套管内使用，机泵的直径受到限制，所以采取细长的形状。为防止井下流体(特别是水)进入电枢使电机失效，需采取特殊的密封装置，并在泵和电动机的连接部位加装保护器。 

电动潜油泵适用于中、高产液量，含气和砂较少的稀油或含水原油的油井。一般日排量为100～1000m³、扬程在2000m以内时，效率较高，可用于斜井。建井较简单，管理方便，免修期较长，泵效率在70％左右，但也存在着机泵组成本较高，起下作业和检修都比较复杂的缺陷。 

传统电泵完井作业系统，存在着以下的不足之处：1、由于传统的油管 尺寸比电泵小，电泵出口接于油管最下端，每次起下都得把油管，电缆，电泵一并起下，需要动用大型的设备(如60-100吨修井机)，很多的人员(20-40人)；2、传统修井更换设备多，把寿命没到期的油管，电缆，安全阀，封隔器等辅助设备一起换掉，费用较高；3、传统修井准备及修井周期都长，一般3-5天准备，3-7天修井作业，总的修井周期时间为6-12天，效率低下；4、传统完井/修井在海上无人平台，沙漠，山区，沼泽等特殊环境非常困难。 

在国际上，美国BAKER HUGHES CENTRILIFT公司使用“连续小油管起下电泵”的作业系统，该系统电缆在特制的小油管内封装，油管的尺寸大于电泵的尺寸，这样，在修井作业时，就可以通过上提油管中与电动潜油泵相连接的小油管和电缆将电泵从油管里取出。但这种作业系统，也存在着不足之处：1、连续小油管盘管车非常巨大，自重30-40吨，动员及作业费用非常高，需要8-10人操作；2、连续小油管里包裹电缆，需定制，制作成本高，和普通电缆不能通用；3、连续小油管修井，准备需3-5天，作业2-3天，修井周期总计5-8天；4、连续小油管完井/修井在海上平台受吊车起重吨位限制，在沙漠，山区，沼泽受道路条件限制。 

美国ZEITECS公司提出了一种通过钢丝起下电泵的作业系统，该系统电缆位于油管和套管之间，电机和电缆的连接处采用“三相平衡导向承重电气连接”的方式，修井作业时，可以通过钢丝将电泵、电机由油管内取出，节省了人力和物力。但该系统设计仍然存在着以下的缺点：1、该系统的插头设计在底部为三相夹角为120度平衡式的，没有空间设计遮挡板，修井作业时，一有任何落物，沉沙，插头插不到位，整个系统失效，就必须把油管，电缆，井下辅助工具全部起出，降低了系统的可靠性，增加了 作业风险；2、该系统的上密封总成没有悬挂功能，调节短接是刚性的，所有电泵自重，油管里的液柱压力都通过电泵总成传递到下面的承重台阶上，油管液柱压力很大，会把电泵压弯，电泵工作时，轴高速旋转，电泵震动严重，轴容易疲劳断裂，大大降低了电泵的寿命；3、该系统从管侧进液，管串上没有办法加装安全阀等其他必须的工具串。这些缺点都限制了它的应用范围，增加了采油作业的风险，不利于风险控制。 

发明内容

本实用新型申请即是针对上述存在于油井作业系统中的不足之处，提供一种钢丝起下电泵过油管作业系统，该系统能够通过钢丝起下电泵，电机和电缆连接处能够准确对位，并能够有效防止落物卡塞，而且系统中具有柔性短节，以实现分散油管液压和确保电机、电缆准确对位的功能，还安装了控制阀，防止上起电泵管串抽吸而诱发井喷。 

本实用新型申请的设计思路是：1、油管的尺寸大于电泵的尺寸，可以通过钢丝将电泵从油管中起下；2、电缆走形于油管和套管之间，并到达油管下端与电机底部连接；3、电机和电缆插接的连接处，增设一个“偏心导向抗扭器”，并且在电缆插座的上方设计一个遮挡板，能够确保电机、电缆准确对接，并防止落物卡塞在两者之间；4、在悬挂密封总成下方增设长度可调的“柔性短节”，并且将悬挂总成下方的油管设计为略微缩窄的一段“承重肩”，从而使悬挂总成恰巧坐在承重肩上，这样，一方面，柔性短节确保了下方的电机和电缆之间能够准确对位，另一方面，承重肩的设计，分担了油管的绝大部分液柱压力，使得下面的承重台阶上的压力大大减少，避免了电泵压弯而疲劳断裂的危险；5流体从偏心导向抗扭器的管中进入，下面设有控制阀，中心管串插入时打开，上提时关闭，有效地防止上起电泵管串抽吸而诱发井喷。 

具体来说，本实用新型所述的钢丝起下电泵过油管作业系统，所述的作业系统包括套管、电缆、油管和泵油机械，其中，电缆走形于套管和油管之间，直达油管下方给泵油机械供电，油管内部容纳泵油机械，泵油机械从上至下依次为相互连接的悬挂密封总成、柔性调节短节、泵、保护器、电机、悬挂器、偏心导向抗扭器和井下控制阀，其特征在于： 

1、所述的柔性调节短节由两个直径不等的圆管套接组成，两圆管接触部位由胶圈密封；两圆管可以相对上下滑动，做类似活塞运动； 

2、在所述油管与悬挂密封总成接触的部位设置一段直径略窄的用于承受悬挂密封总成的承重肩；使得所述的悬挂密封总成能够坐在所述的承重肩上； 

3、所述的偏心导向抗扭器连接在悬挂器下方，由位于下方的与电缆连接的供电端和位于上方的与电机连接的接电端两部分可以相互对接吻合的管状结构组成，供电端和接电端的电连接部位偏于管状结构的一侧，管状结构的其余部分为中空的油路通道，在所述供电端的电连接部位上方覆有一个能够开合的遮物板；遮物板在没有插接时遮挡位于其下方的供电端的电连接部位，在所述偏心导向抗扭器接电端的下行过程中能够将遮物板打开，从而使得接电端与供电端的电连接部位准确对接，偏心导向抗扭器插接后，两端相互紧密配合，在泵运行时，承受电机的反扭矩； 

4、在所述偏心导向抗扭器下方安装有可以开合的井下控制阀，偏心导向抗扭器接电端下端设有杆状的用于控制井下控制阀开合的控制杆。下插时，控制杆推开井下控制阀，上提时，控制杆一起上提，井下控制阀自动关闭。 

本实用新型所述的钢丝起下电泵过油管作业系统，其特征在于：所述的偏心导向抗扭器的供电端与接电端相互吻合的平面与所述管状结构的横截面成一定的角度，并且在所述平面的最高点和最低点的管壁上分别设有能够使供电 端和接电端互相嵌合的凹槽和凸键。 

本实用新型所述的钢丝起下电泵过油管作业系统，其特征在于：在所述偏心导向抗扭器接电端吻合平面的最高点的管壁上开有一个开口朝下的上凹槽，在最低点的管壁上向下延伸出一尖头朝下的上凸键；与之相配的是，在所述偏心导向器供电端吻合平面的最高点的管壁上延伸出一尖头朝上的下凸键，在最低点的管壁上开有一开口朝上的下凹槽，上凹槽与下凸键相互嵌合，上凸键与下凹槽相互嵌合。 

本实用新型所述的钢丝起下电泵过油管作业系统，其特征在于：所述偏心导向抗扭器供电端上与接电端的连接部位为凸起的插头，接电端上与供电端的连接部位为凹进的插孔。 

本实用新型所述的钢丝起下电泵过油管作业系统，其特征在于：所述偏心导向抗扭器管壁上的凹槽和凸键的高度大于所述插头和插孔的高度。 

本实用新型所述的钢丝起下电泵过油管作业系统，其特征在于：所述电缆采用三相交流电给电机供电。 

本实用新型所述的钢丝起下电泵过油管作业系统，具有以下的优点： 

1、ZEITECS公司的设计，电机和电缆的连接处采用“三相平衡导向承重电气连接”的方式，插头设计三相夹角为120度平衡式的，无遮挡板，也无法设计遮挡板，一旦有任何落物，插头插不到位，整个系统失效，必须把油管，电缆，井下辅助工具全部起出；而本实用新型申请采用了“偏心导向”的设计，在电气插接头上方才有空间设置“遮物板”，有效的避免了落物在电气插接头连接处的阻断和破坏作用，能够实现电气插接头的准确对接，大大提高了系统的抗干扰能力和可靠性； 

2、本实用新型申请在悬挂密封总成与泵之间增设了长度可以变化调节的“柔性调节短节”，并且在油管与悬挂密封总成接触部位设有一段略微狭窄的“承重肩”，从而使得悬挂密封总成坐在所述的“承重肩”上，这种改进带来了两方面的技术效果：一、由于“柔性调节短节”具有一定的伸缩性，因此，可以确保下方的“偏心导向器”有足够的空间进行准确的对位；二、“承重肩”的设计，分担了油管的一部分液柱压力，使得下面的承重台阶上的压力大大减少，避免了电泵压弯和疲劳断裂的危险； 

3、本实用新型所述的钢丝起下电泵过油管作业系统，电泵和电机的尺寸小于油管的尺寸，可以通过钢丝将所述的作业系统起下，维修方便，节省人力物力，休井时间短； 

4、“偏心导向抗扭器”供电端的电连接部位为凸起的插头(公端)，接电端的电连接部位为凹进的插孔(母端)，与供电端的电连接部位为母端相比，这样的设计更进一步确保了落物不至于跌落于供电端的插孔内，降低了落物对电机和电缆连接的破坏作用； 

5、“偏心导向抗扭器”管壁上的凹槽和凸键，以及供电端和接电端接触面倾斜的设计，当供电端在下行过程中，如果供电端与接电端没有完全吻合，接电端会顺着倾斜的管壁滑动，最终滑入与之相配的凹槽内，起到了准确“导向”的作用； 

6、“偏心导向抗扭器”管壁上的凹槽和凸键的高度大于插头和插孔的高度，这样的设计是考虑到了，在井下系统工作时，难免会有泥沙的存留，确保了如果在“偏心导向器”管壁上存有泥沙，凸键在还没完全插到凹槽底部时，电源插头、插孔已经紧密连接； 

7、在电缆插接处下方安装有控制阀，偏心导向抗扭器上装有控制杆，下 插时，控制杆推开控制阀，上提时，控制杆一起上提，控制阀在弹簧的作用下自动关闭。 

附图说明

图1是ZEITECS公司的井下作业系统的剖面结构示意图，其中10为套管、11为电缆、12为油管、13为密封总成、14为刚性调节短节、15为泵、16为保护器、17为电机、18为三相平衡导向承重电气连接部位； 

图2是ZEITECS公司的井下作业系统的三相平衡导向承重电气连接部位的横断面结构示意图，其中，180为平衡湿接头、181为平衡导向器、182为平衡承载器，它们的夹角都同为120度； 

图3是本实用新型所述的钢丝起下电泵过油管作业系统的剖面结构示意图，其中，20为套管、21为电缆、22为油管、23为上悬挂密封总成、24为柔性调节短节、25为泵、26为保护器、27为电机、28为下悬挂器、29为偏心导向抗扭器、30为井下控制阀； 

图4是本实用新型所述的钢丝起下电泵过油管作业系统柔性调节短节和承重肩的剖面结构示意图，23为悬挂密封总成、230为承重肩、24为柔性调节短节、240为胶圈； 

图5是本实用新型所述的钢丝起下电泵过油管作业系统偏心导向抗扭器剖面结构示意图，其中，21为电缆、290为管壁、291为油路通道、292上凹槽、293为上凸键、294为插孔、295为插头、296为遮物板、297为下凸键、298为下凹槽； 

图6是本实用新型所述的钢丝起下电泵过油管作业系统偏心导向抗扭器剖面连接结构示意图，其中，21为电缆、290为管壁、291为油路通道； 

图7是本实用新型所述的钢丝起下电泵过油管作业系统偏心导向器的立体结构示意图，其中，292上凹槽、293为上凸键、297为下凸键、298为下凹槽； 

图8是本实用新型所述的钢丝起下电泵过油管作业系统偏心导向器接电端横截面结构示意图，其中，291为油路通道、294为电气插孔； 

图9是本实用新型所述的钢丝起下电泵过油管作业系统偏心导向器供电端横截面结构示意图，其中，291为油路通道、295为电气插头； 

图10是本实用新型所述的钢丝起下电泵过油管作业系统的井下控制阀的剖面结构示意图，其中295为插头、30为井下控制阀、31为控制杆。 

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型申请所述的钢丝起下电泵过油管作业系统结构及其功能进行详细的描述，目的是为了公众更好的理解本实用新型的内容，而不是对本实用新型所述技术内容的限制，事实上，在不违反本实用新型所述的发明精神实质内所做出的任意元件的增减、替换和改进都在本实用新型申请所要求保护的技术方案之内。 

图1和图2是对本实用新型的背景技术，ZEITECS公司的井下作业系统的结构进行一些说明，目的是为了与之对比，从而突出本实用新型的革新要点。该系统由套管10、电缆11、油管12、密封总成13、刚性调节短节14、泵15、保护器16、电机17、三相平衡导向承重电气连接部位18构成，其中，电缆11位于油管12和套管10之间，电机17和电缆11的连接处采用“三相平衡导向承重电气连接”的方式18，由于油管12的尺寸大于泵15的尺寸，修井作业时，可以通过钢丝将电泵15、电机17由油管12内取 出，节省了人力和物力。但该系统仍然存在着以下的缺点：1、该系统的插头设计为三相夹角为120度平衡式的(如图2所示)，没有办法设计遮挡板，一但有任何落物，插头插不到位，整个系统失效，就必须动用大型设备(60-100吨修井机)把油管，电缆，井下辅助工具全部起出，这样修井周期比传统修井还要长；2、该系统的密封总成13没有悬挂功能，调节短接14是刚性的，所有电泵自重，油管液柱压力都传递到下面的承重台阶上，油管液柱压力很大，会把电泵压弯，电泵轴高速旋转，电泵震动严重，轴容易疲劳断裂，降低了电泵的寿命；3，应为采用了平衡式设计，井液不能从管中通过，没有办法设计控制阀，当上提电泵时，油井很容易因为抽吸而诱发井喷；这些缺点都大大增加了采油作业的风险，不利于风险控制。 

如图3所示，本实用新型申请所述的钢丝起下电泵过油管作业系统，包括套管20、电缆21、油管22和泵油机械，其中，套管20位于整个作业系统的最外层，电缆21走形于套管20和油管22之间，直达油管下方给泵油机械供电，油管内部容纳泵油机械，泵油机械从上至下依次为相互连接的悬挂密封总成23、柔性调节短节24、泵25、保护器26、电机27、悬挂器28、偏心导向抗扭器29和井下安全阀30。 

如图4所示，所述的柔性调节短节24由两个直径不等的圆管套接组成，两圆管接触部位由胶圈240密封，并且两圆管可以相对上下滑动，做类似活塞运动；在所述油管与悬挂密封总成23接触的部位设置一段直径略窄的承重肩230，使得所述的悬挂密封总成23能够坐在所述的承重肩230上。 

如图5-7所示，所述的偏心导向抗扭器29由位于下方的与电缆连接的供电端和位于上方的与电机连接的接电端两部分可以相互对接吻合的管 状结构组成，供电端和接电端的电连接部位偏于管状结构的一侧，管状结构的其余部分为中空的油路通道291，在所述供电端的电连接部位上方覆有一个能够开合的遮物板296，遮物板296平时遮挡位于其下方的供电端的电连接部位，在所述偏心导向抗扭器接电端的下行过程中能够将遮物板296推开，从而使得接电端与供电端的电连接部位准确对接。 

所述的偏心导向抗扭器供电端与接电端相互吻合的平面与所述管状结构的横截面成一定的角度，在所述偏心导向抗扭器接电端吻合平面的最高点的管壁290上开有一尖头朝上的上凹槽292，在最低点的管壁上向下延伸出一尖头朝下的上凸键293；与之相配，在所述偏心导向器供电端吻合平面的最高点的管壁上延伸出一尖头朝上的下凸键297，在最低点的管壁上开有一尖头朝下的下凹槽298，上凹槽292与下凸键297相互嵌合，上凸键293与下凹槽298相互嵌合。 

偏心导向抗扭器的设计，目的是为了当供电端在下行过程中，如果供电端与接电端没有准确接合时，接电端会顺着供电端倾斜的管壁接触面滑动，最终上凸键293会滑入与之相配的下凹槽298，同时，上凹槽292也会与下凸键297紧密嵌合，从而保证了接电端与供电端电气连接部位的准确对接，起到了准确“导向”的作用，并且对接成功后，两端相互紧密配合，在泵运行时，承受电机的反扭矩。作为优选的实施方式，所述凹槽和凸键的高度大于所述插头和插孔的高度。确保了如果在“偏心导向抗扭器”管壁上存有泥沙，凸键在还没完全插到凹槽底部时，电源插头、插孔已经紧密连接。 

如图8-9所示，所述偏心导向抗扭器供电端上与接电端的连接部位为凸起的插头295，接电端上与供电端的连接部位为凹进的插孔294，由图可知，插头与插孔都偏在管腔的一侧，另一侧为中空的油路通道291。由于电气接头偏在 一侧，因此可以在供电端的电连接处设置一个可以开合的遮物板，在接电端下行的过程中，可以将遮物板打开，确保电气连接；供电端(即下端)的电气连接部位设置为凸出的插头，有效的避免了落物陷在电气连接端的发生，确保了准确对接，并降低了维护的风险。 

图10是本实用新型所述的钢丝起下电泵过油管作业系统的井下控制阀的剖面结构示意图，在所述偏心导向抗扭器下方安装有井下控制阀30，偏心导向抗扭器接电端下端设有控制杆31，下插时，控制杆推开井下控制阀，上提时，控制杆一起上提，井下控制阀自动关闭，防止了上起电泵管串抽吸而诱发井喷。 

本实用新型申请所述的钢丝起下电泵过油管作业系统能够通过钢丝起下电泵及辅助机械，节约了大量的人力物力；通过电气插接的偏心导向和遮挡板设计，确保了电机和电缆的准确对接，还有效避免了落物对电路连接的破坏作用，而且分散了油管液柱的压力，减轻了下承重的压力使电泵弯曲，从而延长了电泵的寿命；在插接头的下方设计有控制阀，使得起下电泵修井时，井下安全控制大大提高。 

Claims (5)

1.一种钢丝起下电泵过油管作业系统，所述的作业系统包括套管、电缆、油管和泵油机械，其中，电缆走形于套管和油管之间，直达油管下方给泵油机械供电，油管内部容纳泵油机械，泵油机械从上至下依次为相互连接的悬挂密封总成、柔性调节短节、泵、保护器、电机、悬挂器、偏心导向抗扭器和井下控制阀，其特征在于：

1)所述的柔性调节短节由两个直径不等的圆管套接组成，两圆管接触部位由胶圈密封；

2)在所述油管与悬挂密封总成接触的部位设置一段直径略窄的用于承受悬挂密封总成的承重肩；

3)所述的偏心导向抗扭器连接在悬挂器下方，由位于下方的与电缆连接的供电端和位于上方的与电机连接的接电端两部分可以相互对接吻合的管状结构组成，供电端和接电端的电连接部位偏于管状结构的一侧，管状结构的其余部分为中空的油路通道，在所述供电端的电连接部位上方覆有一个能够开合的遮物板；

4)在所述偏心导向抗扭器下方安装有可以开合的井下控制阀，偏心导向抗扭器接电端下端设有杆状的用于控制井下控制阀开合的控制杆。

2.根据权利要1所述的钢丝起下电泵过油管作业系统，其特征在于：所述的偏心导向抗扭器的供电端与接电端相互吻合的平面与所述管状结构的横截面成一定的角度，并且在所述平面的最高点和最低点的管壁上分别设有能够使供电端和接电端互相嵌合的凹槽和凸键。

3.根据权利要2所述的钢丝起下电泵过油管作业系统，其特征在于：在所述偏心导向抗扭器接电端吻合平面的最高点的管壁上开有一尖头朝上的上凹槽，在最低点的管壁上向下延伸出一尖头朝下的上凸键；在所述偏心导向器供电端吻合平面的最高点的管壁上延伸出一尖头朝上的下凸键，在最低点的管壁上开有一尖头朝下的下凹槽，上凹槽与下凸键相互嵌合，上凸键与下凹槽相互嵌合。

4.根据权利要求2所述的钢丝起下电泵过油管作业系统，其特征在于：所述偏心导向抗扭器管壁上的凹槽和凸键的高度大于所述插头和插孔的高度。

5.根据权利要求1所述的钢丝起下电泵过油管作业系统，其特征在于：所述偏心导向抗扭器供电端上与接电端的连接部位为凸起的插头，接电端上与供电端的连接部位为凹进的插孔。

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