CN206753877U - 双隔膜潜油隔膜泵系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种双隔膜潜油隔膜泵系统，包括共用同一潜油电机的上级隔膜泵和下级隔膜泵；潜油电机带动上级活塞和下级活塞同向往复运动，使上级隔膜和下级隔膜上下运动，从而在上级密闭腔体和下级密闭腔体中产生正压或负压；通过密闭腔体中正负压的切换作用，下级隔膜泵将油井封隔器下方的井液吸入到下级密闭腔体中，然后排出至油井封隔器上方的油套环空中；上级隔膜泵将油套环空内的井液吸入到上级密闭腔体中，然后排出至生产油管中，从而将井液通过生产油管举升至地面。本实用新型能够大幅度提高其扬程参数，并进一步提高其整体效率，从而使潜油隔膜泵能够应用于低产油井。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种油田采油设备，具体涉及一种双隔膜潜油隔膜泵系统。
背景技术
随着国内外各油田的深入开发，大量油井开始进入低产阶段，采用潜油电泵等高产采油设备已经不适合这类油井的实际情况。同时，随着国家对节能减排的重视，采油设备的效率也越来越受到重视。
潜油隔膜泵是一种低产量、高效率的石油举升设备，在相同排量和扬程条件下其能耗仅为抽油机的一半，因此，采用潜油隔膜泵进行低产油井的开采，对于节能减排具有非常明显的效果。
但是，由于潜油隔膜泵的排量与扬程基本成反比，排量升高的同时扬程随之下降，因此，现有的潜油隔膜泵存在扬程偏低的缺点，最大排量的潜油隔膜泵的扬程仅有600米。这种潜油隔膜泵受扬程参数的限制，无法满足大多数油井的应用要求。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种双隔膜潜油隔膜泵系统，它可以在保证排量不变的前提下，大幅度提高其扬程。
为解决上述技术问题，本实用新型双隔膜潜油隔膜泵系统的技术解决方案为：
包括上级隔膜泵1和下级隔膜泵2；上级隔膜泵1和下级隔膜泵2共用同一潜油电机；上级隔膜泵1设置有上级缸套10-1，上级缸套10-1内活动设置有上级活塞16-1；上级缸套10-1的上方形成上级密闭腔体，上级密闭腔体内固定设置有上级隔膜9-1；下级隔膜泵2设置有下级缸套10-2，下级缸套10-2内活动设置有下级活塞16-2；下级缸套10-2的下方形成下级密闭腔体，下级密闭腔体内固定设置有下级隔膜9-2；上级活塞16-1通过运动转换机构连接潜油电机的潜油电机轴21的上端；下级活塞16-2通过另一运动转换机构连接潜油电机的潜油电机轴21的下端；运动转换机构能够将潜油电机轴21的垂直旋转运动转化为水平旋转运动，并将水平旋转运动转化为上下往复运动。
所述潜油电机的潜油电机轴21旋转，带动上级活塞16-1和下级活塞16-2同向往复运动，使上级隔膜9-1和下级隔膜9-2上下运动，从而在上级密闭腔体和下级密闭腔体中产生正压或负压；通过密闭腔体中正负压的切换作用，下级隔膜泵2将油井封隔器25下方的井液吸入到下级密闭腔体中，然后排出至油井封隔器25上方的油套环空中；上级隔膜泵1将油套环空内的井液吸入到上级密闭腔体中，然后排出至生产油管中，从而将井液通过生产油管举升至地面。
所述上级隔膜泵1的上级缸套10-1固定设置于上接头7-1内；上接头7-1通过上部油管短节4与生产油管相连；所述上级缸套10-1与上接头7-1为分体式或一体式。
所述下级隔膜泵2的下级缸套10-2固定设置于下接头7-2内，下接头7-2的下端连接下部油管短节24，下部油管短节24上固定套设有油井封隔器25；油井封隔器25能够将油井分割成两段以实现接力举升，下部油管短节24的内腔与油井封隔器25的下方空间相连通；油井封隔器25的上方空间为油套环空；所述下级缸套10-2与下接头7-2为分体式或一体式。
所述上级隔膜泵1的上接头7-1和下级隔膜泵2的下接头7-2固定设置于隔膜泵机组壳体14内。
所述运动转换机构包括曲轴齿轮总成12、小齿轮18、连杆11，小齿轮18连接潜油电机轴21，小齿轮18与曲轴齿轮总成12的大齿轮相啮合；曲轴齿轮总成12的大齿轮与曲轴偏心连接；曲轴齿轮总成12的曲轴连接连杆11；连杆11连接上级活塞16-1或下级活塞16-2。
所述上级密闭腔体开设有井液吸入口6和井液排出口13，上级密闭腔体通过井液吸入口6与油套环空连通，上级隔膜泵进液阀总成8用于控制井液吸入口6的开闭；上级密闭腔体通过井液排出口13与生产油管的内腔连通，上级隔膜泵出液阀总成15用于控制井液排出口13的开闭。
所述下级密闭腔体开设有井液吸入口和井液排出口，下级密闭腔体通过井液吸入口与下部油管短节24的内腔连通，下级隔膜泵进液阀总成22用于控制井液吸入口的开闭；下级密闭腔体通过井液排出口与油套环空连通，下级隔膜泵出液阀总成23用于控制井液排出口的开闭。
所述潜油电机包括潜油电机转子19，潜油电机转子19连接潜油电机轴21；潜油电机转子19设置于潜油电机定子20内。
本实用新型可以达到的技术效果是：
本实用新型能够在保证排量不变的前提下，大幅度提高其扬程参数，并进一步提高其整体效率，从而使潜油隔膜泵能够应用于低产、高扬程的油井，大幅度提高隔膜泵的适应性，满足大多数油井的应用需求。
本实用新型相比于单级潜油隔膜泵，能够将大大提高扬程，扩大了潜油隔膜泵产品的应用范围。
本实用新型相比于单级潜油隔膜泵，能够进一步提高工作效率和节电效果。
本实用新型通过油井封隔器能够将油井分割成两段以实现接力举升功能。
附图说明
本领域的技术人员应理解，以下说明仅是示意性地说明本实用新型的原理，所述原理可按多种方式应用，以实现许多不同的可替代实施方式。这些说明仅用于示出本实用新型的教导内容的一般原理，不意味着限制在此所公开的实用新型构思。
结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施方式，并且与上文的总体说明和下列附图的详细说明一起用于解释本实用新型的原理。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
图1是本实用新型双隔膜潜油隔膜泵系统的示意图。
图中附图标记说明：
1为上级隔膜泵， 2为下级隔膜泵，
3为套管， 4为上部油管短节，
5为电缆， 6为井液吸入口，
7-1为上接头， 8为上级隔膜泵进液阀总成，
9-1为上级隔膜， 10-1为上级缸套，
11为连杆， 12为曲轴齿轮总成，
13为井液排出口， 14为隔膜泵机组壳体，
15为上级隔膜泵出液阀总成， 16-1为上级活塞，
17为销钉， 18为小齿轮，
19为潜油电机转子， 20为潜油电机定子，
21为潜油电机轴， 22为下级隔膜泵进液阀总成，
23为下级隔膜泵出液阀总成， 24为下部油管短节，
25为油井封隔器，
7-2为下接头， 9-2为下级隔膜，
10-2为下级缸套， 16-2为下级活塞。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如图1所示，本实用新型双隔膜潜油隔膜泵系统，包括上级隔膜泵1和下级隔膜泵2；上级隔膜泵1和下级隔膜泵2共用同一潜油电机；
上级隔膜泵1包括上接头7-1，上接头7-1的上端连接上部油管短节4；上部油管短节4与生产油管相连；
上接头7-1内固定设置有上级缸套10-1，上级缸套10-1内活动设置有上级活塞16-1；上级缸套10-1与上接头7-1为两个零件(即分体式)，当然也可以为一体式；
上级缸套10-1的上方形成上级密闭腔体，上级密闭腔体内固定设置有上级隔膜9-1；
上级密闭腔体开设有井液吸入口6和井液排出口13，上级密闭腔体通过井液吸入口6与油套环空连通，上级隔膜泵进液阀总成8用于控制井液吸入口6的开闭；上级密闭腔体通过井液排出口13与上部油管短节4的内腔连通，上级隔膜泵出液阀总成15用于控制井液排出口13的开闭；
上级活塞16-1的下端通过销钉17连接连杆11；连杆11连接曲轴齿轮总成12的曲轴；曲轴齿轮总成12的大齿轮与小齿轮18相啮合；大齿轮与小齿轮18组成能够将垂直转动转化为水平转动的锥齿轮副；上级隔膜泵1的小齿轮18连接潜油电机轴21的上端；
潜油电机轴21固定连接潜油电机转子19，潜油电机转子19设置于潜油电机定子20内；潜油电机转子19和潜油电机定子20组成潜油电机；潜油电机通过电缆5实现供电；
下级隔膜泵2与上级隔膜泵1的结构相同，下级隔膜泵2与上级隔膜泵1背靠背布置；下级隔膜泵2包括下接头7-2，下接头7-2的下端连接下部油管短节24，下部油管短节24上固定套设有油井封隔器25；
下接头7-2内固定设置有下级缸套10-2，下级缸套10-2内活动设置有下级活塞16-2；下级缸套10-2的下方形成下级密闭腔体，下级密闭腔体内固定设置有下级隔膜9-2；
下级密闭腔体开设有井液吸入口和井液排出口，下级密闭腔体通过井液吸入口与下部油管短节24的内腔连通，下级隔膜泵进液阀总成22用于控制井液吸入口的开闭；下级密闭腔体通过井液排出口与油套环空连通，下级隔膜泵出液阀总成23用于控制井液排出口的开闭；
下级活塞16-2的上端通过销钉17连接连杆11；连杆11连接曲轴齿轮总成12的曲轴；曲轴齿轮总成12的大齿轮与小齿轮18相啮合；大齿轮与小齿轮18组成能够将垂直转动转化为水平转动的锥齿轮副；下级隔膜泵2的小齿轮18连接潜油电机轴21的下端；
潜油电机的潜油电机轴21能够驱动上级隔膜泵1和下级隔膜泵2的小齿轮18及曲轴齿轮总成12的大齿轮转动，将垂直旋转运动转化为水平旋转运动；由于曲轴与大齿轮为偏心连接，大齿轮在水平旋转的过程中能够带动曲轴上下往复运动，曲轴带动连杆11往复运动，从而将水平转动转化为往复运动；连杆11带动上级活塞16-1和下级活塞16-2同向往复运动，使上级隔膜9-1和下级隔膜9-2上下运动，从而密闭腔体中产生正压或负压；通过密闭腔体中正负压的切换作用，下级隔膜泵2将油井封隔器25下方的井液吸入到下级密闭腔体中，然后排出至油井封隔器25上方的油套环空中；上级隔膜泵1将油套环空内的井液吸入到上级密闭腔体中，然后排出至生产油管中，从而将井液通过生产油管举升至地面。
上级隔膜泵1的上接头7-1和下级隔膜泵2的下接头7-2固定设置于隔膜泵机组壳体14内。
本实用新型的曲轴齿轮总成12的作用在于将垂直旋转运动转化为上下往复运动，本实施例采用偏心曲轴和锥齿轮副，当然也可以采用其它能够将垂直旋转运动转化为上下往复运动的结构，在此不作赘述。
本实用新型的工作原理如下：
使用时，将本实用新型置于油井的套管3内，油井封隔器25将油井分割成两段以实现接力举升；下部油管短节24的内腔与油井封隔器25的下方空间相连通；油井封隔器25的上方空间为油套环空；
地面驱动设备通过电缆5将电能从地面输送至潜油电机，使潜油电机定子20与潜油电机转子19之间产生扭矩，从而带动潜油电机轴21旋转；潜油电机轴21带动上级隔膜泵1和下级隔膜泵2的小齿轮18转动；
下级隔膜泵2的小齿轮18带动曲轴齿轮总成12的大齿轮转动，将垂直转动转化为水平转动，曲轴齿轮总成12的大齿轮在转动的同时带动曲轴上下往复运动，曲轴带动连杆11往复运动，从而将水平转动转化为往复运动；连杆11通过销钉17带动下级活塞16-2往复运动；下级活塞16-2在往复运动的过程中将力通过液压油传递给下级隔膜9-2，使下级隔膜9-2上下运动；当下级隔膜9-2向上运动时，使下级密闭腔体中产生负压，此负压迫使下级隔膜泵进液阀总成22打开(同时使下级隔膜泵出液阀总成23关闭)，从而通过下部油管短节24将油井封隔器25下方的井液从井液吸入口吸入到下级密闭腔体中；当下级隔膜9-2向下运动时，使下级密闭腔体中产生正压，此正压迫使下级隔膜泵出液阀总成23打开(同时使下级隔膜泵进液阀总成22关闭)，从而将下级密闭腔体中的井液排出至油井封隔器25上方的油套环空中；
与此同时，上级隔膜泵1的小齿轮18带动曲轴齿轮总成12的大齿轮转动，将垂直转动转化为水平转动，曲轴齿轮总成12的大齿轮在转动的同时带动曲轴上下往复运动，曲轴带动连杆11往复运动，从而将水平转动转化为往复运动；连杆11通过销钉17带动上级活塞16-1往复运动；上级活塞16-1在往复运动的过程中将力通过液压油传递给上级隔膜9-1，使上级隔膜9-1上下运动；当上级隔膜9-1向下运动时，使上级密闭腔体中产生负压，此负压迫使上级隔膜泵进液阀总成8打开(同时使上级隔膜泵出液阀总成15关闭)，将油套环空内的井液通过井液吸入口6吸入到上级密闭腔体中；当上级隔膜9-1向上运动时，使上级密闭腔体中产生正压，此正压迫使上级隔膜泵出液阀总成15打开(同时使上级隔膜泵进液阀总成8关闭)，从而将上级密闭腔体中的井液通过井液排出口13经上部油管短节4排出至生产油管中；
以上过程循环进行，即可将井液通过生产油管举升至地面。
本实用新型通过上级隔膜泵1和下级隔膜泵2实现接力举升，下级隔膜泵2将井液从油井封隔器25下方举升至油井封隔器25上方，上级隔膜泵1再将井液举升至地面。
由于隔膜泵为往复泵，对于单级隔膜泵，潜油电机在运转过程中的负载不均衡，导致潜油电机输出效率比较低，从而导致整体效率不高。这是因为，潜油电机通过活塞的往复运动驱动隔膜做功，只有活塞正向运动才会做功，反向运动时潜油电机处于空载状态，也就是说潜油电机每转一周仅有半周做功，另外半周处于空载状态，这种工作方式将降低潜油电机的工作效率(使功率因数偏低)。
本实用新型采用同一潜油电机驱动上级隔膜泵1和下级隔膜泵2，且上级隔膜泵1的上级活塞16-1和下级隔膜泵2的下级活塞16-2同向运动；潜油电机通过上级活塞16-1和下级活塞16-2的往复运动驱动上级隔膜9-1和下级隔膜9-2做功，当潜油电机驱动上级隔膜泵1的上级活塞16-1上行时做功，此时下级隔膜泵2的下级活塞16-2上行不做功(处于空载状态)；当潜油电机驱动下级隔膜泵2的下级活塞16-2下行时做功，此时上级隔膜泵1的上级活塞16-1上行不做功(处于空载状态)，即潜油电机工作时交替驱动上级隔膜泵1和下级隔膜泵2做功，从而使潜油电机工作的时候始终处于负载状态，有效地提高潜油电机的输出效率，即提高整体系统的运行效率和节电效果，相比于两套单级隔膜泵能够有效降低成本和能耗。
本实用新型在启动初期，油套环空内的井液比较少，上部油管短节4中的井液也比较少，此时上级隔膜泵1和下级隔膜泵2所需举升的扬程都比较低，因此上下级隔膜泵都处在大排量状态下且排量基本相等(潜油隔膜泵的排量与扬程基本成反比)；随着机组工作时间的推移，上部油管短节4中的井液越来越多，上级隔膜泵1所需举升的扬程增加，上级隔膜泵1的排量随之下降，此时上级隔膜泵1的排量小于下级隔膜泵2，导致下级隔膜泵2从油井封隔器25下方举升到油井封隔器25上方的油套环空的井液不能完全被上级隔膜泵1举升到上部油管短节4中，在此状态下油套环空内的井液将越来越多，使下级隔膜泵2工作时所需的举升扬程逐渐增加，下级隔膜泵2的排量随之下降；当下级隔膜泵2的排量下降到与上级隔膜泵1一致之后，上下级隔膜泵工作状态达到平衡，之后上下级隔膜泵的排量和扬程保持相同状态稳定工作，即便机组工作过程中受到干扰因素使上下级隔膜泵的工作参数产生偏差，由于机组的固有特性，上下级隔膜泵也会自动调节达到平衡状态。综上所述，本实用新型的两个隔膜泵能够在工作过程中自动调节扬程和排量并达到平衡的状态，从而实现自适应功能。本实用新型利用潜油隔膜泵的工作特性，能够使上下两级隔膜泵完美地配合工作，而不需要复杂的控制方式和设备。
虽然在上文中详细说明了本实用新型的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本实用新型的范围和精神之内。而且，在此说明的本实用新型可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。
Claims (9)
1.一种双隔膜潜油隔膜泵系统，其特征在于：包括上级隔膜泵(1)和下级隔膜泵(2)；上级隔膜泵(1)和下级隔膜泵(2)共用同一潜油电机；
上级隔膜泵(1)设置有上级缸套(10-1)，上级缸套(10-1)内活动设置有上级活塞(16-1)；上级缸套(10-1)的上方形成上级密闭腔体，上级密闭腔体内固定设置有上级隔膜(9-1)；
下级隔膜泵(2)设置有下级缸套(10-2)，下级缸套(10-2)内活动设置有下级活塞(16-2)；下级缸套(10-2)的下方形成下级密闭腔体，下级密闭腔体内固定设置有下级隔膜(9-2)；
上级活塞(16-1)通过运动转换机构连接潜油电机的潜油电机轴(21)的上端；下级活塞(16-2)通过另一运动转换机构连接潜油电机的潜油电机轴(21)的下端；运动转换机构能够将潜油电机轴(21)的垂直旋转运动转化为水平旋转运动，并将水平旋转运动转化为上下往复运动。
2.根据权利要求1所述的双隔膜潜油隔膜泵系统，其特征在于：所述潜油电机的潜油电机轴(21)旋转，带动上级活塞(16-1)和下级活塞(16-2)同向往复运动，使上级隔膜(9-1)和下级隔膜(9-2)上下运动，从而在上级密闭腔体和下级密闭腔体中产生正压或负压；通过密闭腔体中正负压的切换作用，下级隔膜泵(2)将油井封隔器(25)下方的井液吸入到下级密闭腔体中，然后排出至油井封隔器(25)上方的油套环空中；上级隔膜泵(1)将油套环空内的井液吸入到上级密闭腔体中，然后排出至生产油管中，从而将井液通过生产油管举升至地面。
3.根据权利要求1所述的双隔膜潜油隔膜泵系统，其特征在于：所述上级隔膜泵(1)的上级缸套(10-1)固定设置于上接头(7-1)内；上接头(7-1)通过上部油管短节(4)与生产油管相连；所述上级缸套(10-1)与上接头(7-1)为分体式或一体式。
4.根据权利要求3所述的双隔膜潜油隔膜泵系统，其特征在于：所述下级隔膜泵(2)的下级缸套(10-2)固定设置于下接头(7-2)内，下接头(7-2)的下端连接下部油管短节(24)，下部油管短节(24)上固定套设有油井封隔器(25)；油井封隔器(25)能够将油井分割成两段以实现接力举升，下部油管短节(24)的内腔与油井封隔器(25)的下方空间相连通；油井封隔器(25)的上方空间为油套环空；所述下级缸套(10-2)与下接头(7-2)为分体式或一体式。
5.根据权利要求4所述的双隔膜潜油隔膜泵系统，其特征在于：所述上级隔膜泵(1)的上接头(7-1)和下级隔膜泵(2)的下接头(7-2)固定设置于隔膜泵机组壳体(14)内。
6.根据权利要求1所述的双隔膜潜油隔膜泵系统，其特征在于：所述运动转换机构包括曲轴齿轮总成(12)、小齿轮(18)、连杆(11)，小齿轮(18)连接潜油电机轴(21)，小齿轮(18)与曲轴齿轮总成(12)的大齿轮相啮合；曲轴齿轮总成(12)的大齿轮与曲轴偏心连接；曲轴齿轮总成(12)的曲轴连接连杆(11)；连杆(11)连接上级活塞(16-1)或下级活塞(16-2)。
7.根据权利要求1所述的双隔膜潜油隔膜泵系统，其特征在于：所述上级密闭腔体开设有井液吸入口(6)和井液排出口(13)，上级密闭腔体通过井液吸入口(6)与油套环空连通，上级隔膜泵进液阀总成(8)用于控制井液吸入口(6)的开闭；上级密闭腔体通过井液排出口(13)与生产油管的内腔连通，上级隔膜泵出液阀总成(15)用于控制井液排出口(13)的开闭。
8.根据权利要求7所述的双隔膜潜油隔膜泵系统，其特征在于：所述下级密闭腔体开设有井液吸入口和井液排出口，下级密闭腔体通过井液吸入口与下部油管短节(24)的内腔连通，下级隔膜泵进液阀总成(22)用于控制井液吸入口的开闭；下级密闭腔体通过井液排出口与油套环空连通，下级隔膜泵出液阀总成(23)用于控制井液排出口的开闭。
9.根据权利要求1所述的双隔膜潜油隔膜泵系统，其特征在于：所述潜油电机包括潜油电机转子(19)，潜油电机转子(19)连接潜油电机轴(21)；潜油电机转子(19)设置于潜油电机定子(20)内。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN106989000A (zh) * | 2017-05-28 | 2017-07-28 | 上海飞舟博源石油装备技术有限公司 | 双隔膜潜油隔膜泵系统及其接力举升方法 |
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2017
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