CN206830144U - 双柱塞潜油隔膜泵系统 - Google Patents

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丁学光
艾纯峰
冯国竟
张放
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Abstract

本实用新型公开了一种双柱塞潜油隔膜泵系统,包括上级柱塞模块和下级柱塞模块;上级柱塞模块和下级柱塞模块通过同一潜油电机实现驱动;潜油电机的潜油电机轴旋转,带动上级柱塞和下级柱塞反向往复运动;上级柱塞的往复运动带动隔膜上下运动,从而在隔膜上方的井液容置腔中产生正压或负压;通过井液容置腔中正负压的切换作用,将外界的井液吸入到井液容置腔中,然后排出至油管中,从而将井液通过油管举升至地面。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油井。

Description

双柱塞潜油隔膜泵系统
技术领域
本实用新型涉及一种油田采油设备,具体涉及一种双柱塞潜油隔膜泵系统。
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柱塞潜油隔膜泵系统,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,本实用新型双柱塞潜油隔膜泵系统的技术解决方案为:
包括上级柱塞模块和下级柱塞模块;上级柱塞模块和下级柱塞模块通过同一潜油电机实现驱动;上级柱塞模块包括上接头22,上接头22内固定设置有缸套4,缸套4内活动设置有上级柱塞6;缸套4的上方形成工作腔体,工作腔体内固定设置有隔膜3;下级柱塞模块包括下接头23,下接头23内活动设置有下级柱塞18;下级柱塞18连接推杆17;推杆17的周围形成负压腔Ⅵ;上级柱塞6通过上运动转换机构连接潜油电机的潜油电机轴14的上端;潜油电机轴14的下端通过下运动转换机构连接推杆17;上下运动转换机构能够将潜油电机轴14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;上运动转换机构位于上部液压油工作腔Ⅲ内;下运动转换机构位于下部液压油工作腔Ⅱ内;上部液压油工作腔Ⅲ与下部液压油工作腔Ⅱ相连通;下级柱塞18的下方形成下弹簧容置腔;所述下弹簧容置腔通过液压油平衡油道32与下部液压油工作腔Ⅱ相连通;;当上级柱塞6向上运动时,上级柱塞6受下级柱塞模块所产生的增压作用和潜油电机轴14的驱动力的双重作用。
所述潜油电机的潜油电机轴14旋转,带动上级柱塞6和下级柱塞18反向往复运动;上级柱塞6的往复运动带动隔膜3上下运动,从而在隔膜3上方的井液容置腔Ⅴ中产生正压或负压;通过井液容置腔Ⅴ中正负压的切换作用,将外界的井液吸入到井液容置腔Ⅴ中,然后排出至油管25中,从而将井液通过油管举升至地面。
在所述上级柱塞6受潜油电机轴14的驱动向上运动的同时,潜油电机轴14驱动推杆17和下级柱塞18向下运动,使下弹簧容置腔的容积变小,下弹簧容置腔内的液压油经液压油平衡油道32流入下部液压油工作腔Ⅱ,使下部液压油工作腔Ⅱ和上部液压油工作腔Ⅲ内的压力变大;该压力通过上级柱塞6的下端面作用于上级柱塞6,使上级柱塞6向上运动,实现对上级柱塞6的增压作用。
所述下级柱塞18的截面积略大于推杆17与上级柱塞6的截面积之和。
所述下接头23的下方形成液压油贮存腔Ⅰ;所述下部液压油工作腔Ⅱ通过液压油溢流通道33与液压油贮存腔Ⅰ相连通;液压油溢流通道33内设置有溢流阀21;所述下弹簧容置腔通过液压油补液通道31与液压油贮存腔Ⅰ相连通;液压油补液通道31内设置有补液阀19。
所述隔膜3的上方为井液容置腔Ⅴ,井液容置腔Ⅴ开设有井液吸入口9和井液排出口2,井液容置腔Ⅴ通过井液吸入口9与外界连通,进液阀10用于控制井液吸入口9的开闭;井液容置腔Ⅴ通过井液排出口2与油管25的内腔连通,出液阀11用于控制井液排出口2的开闭。
所述隔膜3的下方为液压油容置腔;所述上弹簧5的顶端固定连接弹簧固定管24;上弹簧5所在的上弹簧容置腔通过弹簧固定管24的内腔与液压油容置腔相连通,形成隔膜压力调节腔Ⅳ。
所述上运动转换机构包括上减速换向总成7、上小齿轮8,小齿轮8连接潜油电机轴14的上端,小齿轮8与上减速换向总成7的大齿轮相啮合;上减速换向总成7的大齿轮与曲轴偏心连接;上减速换向总成7的曲轴连接上级柱塞6的下端;所述上级柱塞6的顶部连接上弹簧5;上弹簧5为上级柱塞6提供向下的作用力。
所述下运动转换机构包括下减速换向总成16、下小齿轮15,下小齿轮15连接潜油电机轴14的下端,下小齿轮15与下减速换向总成16的大齿轮相啮合;下减速换向总成16的大齿轮与曲轴偏心连接;下减速换向总成16的曲轴连接推杆17的上端;所述下级柱塞18的下端连接下弹簧20,下弹簧20为下级柱塞18提供向上的作用力;下弹簧20位于所述下弹簧容置腔内。
所述潜油电机包括潜油电机转子12,潜油电机转子12连接潜油电机轴14;潜油电机转子12设置于潜油电机定子13内;潜油电机转子12与潜油电机定子13之间形成有间隙,以连通上部液压油工作腔Ⅲ与下部液压油工作腔Ⅱ。
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,从而使潜油隔膜泵能够应用于低产、高扬程油井。
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。
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是本实用新型双柱塞潜油隔膜泵系统的示意图。
图中附图标记说明:
1为潜油电缆, 2为井液排出口,
3为隔膜, 4为缸套,
5为上弹簧, 6为上级柱塞,
7为上减速换向总成, 8为上小齿轮,
9为井液吸入口, 10为进液阀,
11为出液阀, 12为潜油电机转子,
13为潜油电机定子, 14为潜油电机轴,
15为下小齿轮, 16为下减速换向总成,
17为推杆, 18为下级柱塞,
19为补液阀, 20为下弹簧,
21为溢流阀, 22为上接头,
23为下接头, 24为弹簧固定管,
25为油管,
31为液压油补液通道, 32为液压油平衡油道,
33为液压油溢流通道,
Ⅰ为液压油贮存腔, Ⅱ为下部液压油工作腔,
Ⅲ为上部液压油工作腔, Ⅳ为隔膜压力调节腔,
Ⅴ为井液容置腔, Ⅵ为负压腔。
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。本文中使用的“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,本实用新型双柱塞潜油隔膜泵系统,包括上级柱塞模块和下级柱塞模块;上级柱塞模块和下级柱塞模块通过同一潜油电机实现驱动;
上级柱塞模块包括上接头22,上接头22内固定设置有缸套4,缸套4内活动设置有上级柱塞6;上级柱塞6的下端连接上减速换向总成7的曲轴,曲轴偏心连接大齿轮;上减速换向总成7的大齿轮与上小齿轮8相啮合;大齿轮与上小齿轮8组成锥齿轮副,从而能够将垂直旋转运动转化为水平旋转运动;由于上减速换向总成7的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运动,曲轴带动上级柱塞6往复运动,从而将水平转动转化为上下往复运动;上接头22与缸套4为分体式或一体式。
上减速换向总成7和上小齿轮8位于上部液压油工作腔Ⅲ内;
缸套4的上方形成工作腔体,工作腔体内固定设置有隔膜3;隔膜3的上方为井液容置腔Ⅴ,隔膜3的下方为液压油容置腔;井液容置腔Ⅴ开设有井液吸入口9和井液排出口2,井液容置腔Ⅴ通过井液吸入口9与外界连通,进液阀10用于控制井液吸入口9的开闭;井液容置腔Ⅴ通过井液排出口2与油管25的内腔连通,出液阀11用于控制井液排出口2的开闭;
优选地,上级柱塞6的顶部连接上弹簧5;上弹簧5为上级柱塞6提供向下的作用力;上弹簧5的顶端固定连接弹簧固定管24;上弹簧5所在的上弹簧容置腔通过弹簧固定管24的内腔与液压油容置腔相连通,形成隔膜压力调节腔Ⅳ;本实施例采用上弹簧5为上级柱塞6提供向下的复位力;当然也可以通过连杆将潜油电机轴14的驱动力作为带动上级柱塞6向下运动的力;
上级柱塞模块的上小齿轮8连接潜油电机轴14的上端;潜油电机轴14固定连接潜油电机转子12,潜油电机转子12设置于潜油电机定子13内;潜油电机转子12和潜油电机定子13组成潜油电机;潜油电机通过潜油电缆1实现供电;
下级柱塞模块包括下接头23,下接头23内活动设置有下级柱塞18;下级柱塞18的下端连接下弹簧20,下级柱塞18的上端连接推杆17的下端;推杆17的上端连接下减速换向总成16的曲轴,曲轴偏心连接大齿轮;下减速换向总成16的大齿轮与下小齿轮15相啮合;大齿轮与下小齿轮15组成锥齿轮副;下级柱塞模块的下小齿轮15连接潜油电机轴14的下端;下级柱塞18与推杆17为分体式或一体式。
推杆17与下接头23之间形成封闭的负压腔Ⅵ;且下级柱塞18的截面积略大于推杆17与上级柱塞6的截面积之和;当推杆17和下级柱塞18向下运动的同时上级柱塞6向上运动,此过程中下级柱塞18向下运动所产生的下弹簧容置腔的容积减小量略大于推杆17向下运动所产生的下部液压油工作腔Ⅱ的容积增大量与上级柱塞6向上运动所产生的上部液压油工作腔Ⅲ的容积增大量之和;
本实用新型使下级柱塞18的截面积略大于推杆17与上级柱塞6的截面积之和,能够使得下级柱塞18向下运动所产生的环形负压腔Ⅵ的容积增大量略大于上级柱塞6向上运动所产生的上部液压油工作腔Ⅲ的容积增大量,多出的部分作为冗余使用,以充分保证下级柱塞18将机组内腔压力(即下部液压油工作腔Ⅱ和上部液压油工作腔Ⅲ内的压力)提高。
下减速换向总成16和下小齿轮15位于下部液压油工作腔Ⅱ内;
下部液压油工作腔Ⅱ通过潜油电机转子12与潜油电机定子13之间的间隙与上部液压油工作腔Ⅲ相连通;
下接头23的下方形成液压油贮存腔Ⅰ;
下弹簧20所在的下弹簧容置腔通过开设于下接头23内的液压油平衡油道32与下部液压油工作腔Ⅱ相连通;
下弹簧容置腔通过开设于下接头23内的液压油补液通道31与液压油贮存腔Ⅰ相连通;液压油补液通道31内设置有补液阀19;
液压油平衡油道32与液压油补液通道31相连通;
下部液压油工作腔Ⅱ通过开设于下接头23内的液压油溢流通道33与液压油贮存腔Ⅰ相连通;液压油溢流通道33内设置有溢流阀21。
本实用新型的上减速换向总成7和下减速换向总成16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:
地面驱动设备通过潜油电缆1将电能从地面输送至井下的潜油电机,使潜油电机定子13与潜油电机转子12之间产生扭矩,从而带动潜油电机轴14旋转;潜油电机轴14驱动上级柱塞模块的上小齿轮8和下级柱塞模块的下小齿轮15旋转,并通过上减速换向总成7和下减速换向总成16将垂直旋转运动转化为上下往复运动;上级柱塞模块的上小齿轮8带动上级柱塞6作往复运动,下级柱塞模块的下小齿轮15带动推杆17和下级柱塞18作往复运动;且上级柱塞6与下级柱塞18的运动方向相反;
当推杆17和下级柱塞18向下运动时,下级柱塞18压缩下弹簧20,使下弹簧容置腔的容积变小(与此同时负压腔Ⅵ的容积变大),下弹簧容置腔内的液压油经液压油平衡油道32流入下部液压油工作腔Ⅱ,使下部液压油工作腔Ⅱ和上部液压油工作腔Ⅲ内的压力变大;该压力通过上级柱塞6的下端面作用于上级柱塞6,使上级柱塞6向上运动;与此同时,上级柱塞模块的上小齿轮8通过上减速换向总成7带动上级柱塞6向上运动,则上级柱塞6受下级柱塞模块所产生的增压作用和潜油电机对上级柱塞6的驱动力的双重作用;上级柱塞6向上运动,压缩上弹簧5,并将力通过液压油传递给隔膜3,使隔膜3向上运动,在井液容置腔Ⅴ中产生正压,此正压迫使出液阀11打开(同时使进液阀10关闭),从而将井液容置腔Ⅴ中的井液通过井液排出口2排出至油管25中;
当下部液压油工作腔Ⅱ和上部液压油工作腔Ⅲ内的压力上升到溢流阀21的开启压力之后,能够迫使溢流阀21打开,下部液压油工作腔Ⅱ和上部液压油工作腔Ⅲ内多余的液压油能够通过液压油溢流通道33返流至液压油贮存腔Ⅰ,以使下部液压油工作腔Ⅱ和上部液压油工作腔Ⅲ内的压力维持在设定值。
当上减速换向总成7和下减速换向总成16复位后,作用于推杆17和下级柱塞18的推力消失,推杆17和下级柱塞18在下弹簧20的复位弹力的作用下向上运动,此时下部液压油工作腔Ⅱ和上部液压油工作腔Ⅲ内的压力消失,下弹簧容置腔的容积变大产生负压,一部分液压油通过液压油平衡油道32补充到下弹簧容置腔中,不足的部分通过补液阀19从液压油贮存腔Ⅰ经液压油补液通道31补充到下弹簧容置腔中;
上级柱塞6在上弹簧5的复位弹力,或者潜油电机的驱动力的作用下向下运动,使隔膜3向下运动,在井液容置腔Ⅴ中产生负压,此负压迫使进液阀10打开(同时使出液阀11关闭),从而将外界的井液通过井液吸入口9吸入井液容置腔Ⅴ中。
本实用新型通过潜油电机驱动上级柱塞6和下级柱塞18同时做功,即下级柱塞18向下运动的同时上级柱塞6向上运动,下级柱塞18的向下运动能够对上级柱塞6产生向上的力,以实现接力举升效果,从而能够比普通的潜油隔膜泵达到更高的工作扬程。
本实用新型在下级柱塞18上方设置有负压腔Ⅵ,当推杆17和下级柱塞18向下运动的同时上级柱塞6向上运动,使下部液压油工作腔Ⅱ和上部液压油工作腔Ⅲ的容积变大,而下弹簧容置腔的容积变小,同时负压腔Ⅵ变大;由于负压腔Ⅵ变大,使下弹簧容置腔的容积变小量(即下弹簧容置腔的排油体积)大于下部液压油工作腔Ⅱ和上部液压油工作腔Ⅲ的容积变大量,从而使从下弹簧容置腔流入的液体量大于下部液压油工作腔Ⅱ和上部液压油工作腔Ⅲ的容积变化量,最终使下部液压油工作腔Ⅱ及上部液压油工作腔Ⅲ内的压力变大。
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 (8)

1.一种双柱塞潜油隔膜泵系统,其特征在于:包括上级柱塞模块和下级柱塞模块;上级柱塞模块和下级柱塞模块通过同一潜油电机实现驱动;
上级柱塞模块包括上接头(22),上接头(22)内固定设置有缸套(4),缸套(4)内活动设置有上级柱塞(6);缸套(4)的上方形成工作腔体,工作腔体内固定设置有隔膜(3);
下级柱塞模块包括下接头(23),下接头(23)内活动设置有下级柱塞(18);下级柱塞(18)连接推杆(17);推杆(17)的周围形成负压腔(Ⅵ);
上级柱塞(6)通过上运动转换机构连接潜油电机的潜油电机轴(14)的上端;潜油电机轴(14)的下端通过下运动转换机构连接推杆(17);上下运动转换机构能够将潜油电机轴(14)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;
上运动转换机构位于上部液压油工作腔(Ⅲ)内;下运动转换机构位于下部液压油工作腔(Ⅱ)内;上部液压油工作腔(Ⅲ)与下部液压油工作腔(Ⅱ)相连通;
下级柱塞(18)的下方形成下弹簧容置腔;所述下弹簧容置腔通过液压油平衡油道(32)与下部液压油工作腔(Ⅱ)相连通;
当上级柱塞(6)向上运动时,上级柱塞(6)受下级柱塞模块所产生的增压作用和潜油电机轴(14)的驱动力的双重作用。
2.根据权利要求1所述的双柱塞潜油隔膜泵系统,其特征在于:所述下级柱塞(18)的截面积略大于推杆(17)与上级柱塞(6)的截面积之和。
3.根据权利要求1所述的双柱塞潜油隔膜泵系统,其特征在于:所述下接头(23)的下方形成液压油贮存腔(I);所述下部液压油工作腔(Ⅱ)通过液压油溢流通道(33)与液压油贮存腔(I)相连通;液压油溢流通道(33)内 设置有溢流阀(21);所述下弹簧容置腔通过液压油补液通道(31)与液压油贮存腔(I)相连通;液压油补液通道(31)内设置有补液阀(19)。
4.根据权利要求1所述的双柱塞潜油隔膜泵系统,其特征在于:所述隔膜(3)的上方为井液容置腔(Ⅴ),井液容置腔(Ⅴ)开设有井液吸入口(9)和井液排出口(2),井液容置腔(Ⅴ)通过井液吸入口(9)与外界连通,进液阀(10)用于控制井液吸入口(9)的开闭;井液容置腔(Ⅴ)通过井液排出口(2)与油管(25)的内腔连通,出液阀(11)用于控制井液排出口(2)的开闭。
5.根据权利要求1或4所述的双柱塞潜油隔膜泵系统,其特征在于:所述隔膜(3)的下方为液压油容置腔;上弹簧(5)的顶端固定连接弹簧固定管(24);上弹簧(5)所在的上弹簧容置腔通过弹簧固定管(24)的内腔与液压油容置腔相连通,形成隔膜压力调节腔(IV)。
6.根据权利要求1所述的双柱塞潜油隔膜泵系统,其特征在于:所述上运动转换机构包括上减速换向总成(7)、上小齿轮(8),小齿轮(8)连接潜油电机轴(14)的上端,小齿轮(8)与上减速换向总成(7)的大齿轮相啮合;上减速换向总成(7)的大齿轮与曲轴偏心连接;上减速换向总成(7)的曲轴连接上级柱塞(6)的下端;所述上级柱塞(6)的顶部连接上弹簧(5);上弹簧(5)为上级柱塞(6)提供向下的作用力。
7.根据权利要求1所述的双柱塞潜油隔膜泵系统,其特征在于:所述下运动转换机构包括下减速换向总成(16)、下小齿轮(15),下小齿轮(15)连接潜油电机轴(14)的下端,下小齿轮(15)与下减速换向总成(16)的大齿轮相啮合;下减速换向总成(16)的大齿轮与曲轴偏心连接;下减速换向总成(16)的曲轴连接推杆(17)的上端;所述下级柱塞(18)的下端连接下弹簧(20),下弹簧(20)为下级柱塞(18)提供向上的作用力;下弹簧(20)位于所述下 弹簧容置腔内。
8.根据权利要求1所述的双柱塞潜油隔膜泵系统,其特征在于:所述潜油电机包括潜油电机转子(12),潜油电机转子(12)连接潜油电机轴(14);潜油电机转子(12)设置于潜油电机定子(13)内;潜油电机转子(12)与潜油电机定子(13)之间形成有间隙,以连通上部液压油工作腔(Ⅲ)与下部液压油工作腔(Ⅱ)。
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