CN207406468U - 一种液压采油系统 - Google Patents

Abstract

一种液压采油系统，包括液压控制系统，其特征是：液压控制系统上设有液压管路，液压管路延伸至驱动外管中，驱动外管设置在地面下，驱动外管中设有驱动泵筒，驱动泵筒内为排油腔室，排油腔室与地面输油管道连接；所述的驱动泵筒内设有驱动柱塞，驱动柱塞上端设置在驱动泵筒中且与驱动泵筒内壁之间紧密贴合，下端设有驱动杆，驱动杆部分延伸至抽油泵筒中；驱动柱塞在驱动泵筒中的一段驱动杆与驱动泵筒内壁之间为驱动腔室，驱动腔室与液压管路连通。通过采用上述结构，减少了钻采设备能耗，提高了钻采作业效率，同时使设备结构更加简单轻便，和常规“三抽”采油系统比较，在节能降耗、油井智能控制及提升系统可靠性等方面有显著优势。

Description

一种液压采油系统

技术领域

本实用新型涉及石油钻采领域，特别是一种液压采油系统。

背景技术

在研究和实践应用中我们发现，常规由抽油机、抽油杆、抽油泵组成的“三抽”系统在原油开采中存在诸多问题：

a、耗能高。目前陆上油田的一套有杆抽油系统的装机容量平均为33.1kw，全国陆上油田有杆抽油系统年耗电总量为676x108kw·h，占全国陆上油气田生产用电量的32.2％；占全国陆上油田机械采油井总用电量的73.8％。可见其耗电量是十分惊人的。

b、效率低。由于有杆抽油机有巨大的平衡块、庞大的减速器和四连杆机构，并用老式的皮带传动方式，在运转过程小，耗费了大量的动能和摩擦能。所以全国陆上油田的有杆抽油机的地面效率平均只有39.5％,而再加上抽油杆在井下的摩擦损耗,整个有杆抽油系统的系统效率仅有27.2％。

c、安装维修工作量大。由于有杆抽油机具有庞大而笨重的机身，在安装时需要多台平板车和吊车等运输车辆和专业的安装队伍，每次大修时又需拆卸吊运回机械厂车间进行修理，且下井时，需要将抽油杆、抽油泵依次连接，缓慢下放至指定油层深度，所以要耗费大量的人力、物力，且效率低下。

d、防盗性差。由于有杆抽油机的机形庞大，机械变速皮带传动和就地启动等特点，所以难以做成全封闭式。在偏远的油井现场，变压器被偷，机油被盗，皮带被卸和启动装置被破坏等事件时有发生，给油田的生产造成了严重的损失。

依据上述分析，国内外石油行业的相关工程技术人员都在致力于开发一种能够有效解决此类问题的新型采油系统，例如液压马达系统、液压缸采油系统以及直线电机采油系统等，但由于使用寿命难以保证、下井操作复杂等原因，目前还没有一套成熟可靠地系统能够很好的解决问题，并有效运用在实际生产过程中。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种液压采油系统，能够实现更优化的石油钻采作业，减少了钻采设备能耗，提高了钻采作业效率，同时使设备结构更加简单轻便，和常规“三抽”采油系统比较，在节能降耗、油井智能控制及提升系统可靠性等方面有显著优势。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种液压采油系统，包括液压控制系统，其特征是：液压控制系统上设有液压管路，液压管路延伸至驱动外管中，驱动外管设置在地面下，驱动外管中设有驱动泵筒，驱动泵筒内为排油腔室，排油腔室与地面输油管道连接；

所述的驱动泵筒内设有驱动柱塞，驱动柱塞上端设置在驱动泵筒中且与驱动泵筒内壁之间紧密贴合，下端设有驱动杆，驱动杆部分延伸至抽油泵筒中；

驱动柱塞在驱动泵筒中的一段驱动杆与驱动泵筒内壁之间为驱动腔室，驱动腔室与液压管路连通。

优选的方案中，所述的驱动杆位于抽油泵筒中的一端上设有抽油柱塞，抽油柱塞中设有至少两个腔室，最下端的腔室中设有下出油阀，最上端的腔室中设有上出油阀。

优选的方案中，所述的抽油泵筒的下端设有尾部筛管，尾部筛管伸入油井中，在靠近尾部筛管的抽油泵筒内还设有进油阀。

优选的方案中，所述的驱动柱塞上端设有防砂阀。

优选的方案中，所述的抽油泵筒上端与驱动外管固定连接，抽油泵筒靠近上端的侧壁上设有排砂机构。

优选的方案中，所述的抽油泵筒内部靠近上端的位置上设有密封防砂机构，密封防砂机构与排砂机构设置在同一水平位置上。

优选的方案中，所述的驱动腔室与液压管路之间的驱动泵筒侧壁上设有过滤机构。

本新型所提供的一种液压采油系统，通过采用上述结构，具有以下有益效果：

(1)由简单可靠的液压系统代替体型庞大而笨重的地面抽油机，占地面积小，安装检修方便，且在井场就能对大部分故障进行维修处理，节约了大量的人力物力成本，提高了生产效率，降低了采油成本。；

(2)常规采油系统在斜井和水平井中使用时，受重力分力的影响，系统内部偏磨严重，能量损耗大，系统效率低。该系统无需使用抽油杆柱，避免了系统内部的摩擦损耗，减少了传动能量的损失，有效提高了能量转换率，节能降耗；

(3)无需使用抽油杆柱，避免了因抽油杆偏磨断脱造成的起井、打捞及修井作业，降低了作业成本，在节约作业时间、提高生产效率上有显著的优势；

(4)通过液压控制系统，可实时对采油参数进行检测，并能根据反馈情况，随时对相应液压系统参数进行调整，且参数调整均通过电器及液压元器件配合完成，调整精度高，实现了采油参数的智能自动控制；

(5)设计了双层、软硬结合密封防砂机构。可以有效的将原油和驱动腔室进行密封分离，从而防止原油中的砂粒进入驱动液中影响系统运行；

(6)设计了排砂机构。因系统内属于高压区，故经下层密封防砂机构过滤后的原油中细小砂粒在内外压差的作用下，可以通过排砂机构11由系统内高压区向外部低压区排出；

(7)设计了单向防砂阀，当液压系统停机检修时，防砂阀在液柱压力作用下关闭，系统上方油管内原油中的砂粒无法进入系统内，可以有效避免卡死驱动柱塞，砂埋出油阀等现象，同时，可以保证原油内砂粒等杂质不会在系统内沉积，有效延长了系统使用寿命。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图中：液压控制系统1，液压管路2，排油腔室3，驱动外管4，驱动泵筒5，防砂阀6，驱动柱塞7，驱动腔室8，过滤机构9，驱动杆10，排砂机构11，密封防砂机构12，抽油柱塞13，上出油阀14，下出油阀15，抽油泵筒16，进油阀17，尾部筛管18。

具体实施方式

实施例1：

如图1中，一种液压采油系统，包括液压控制系统1，其特征是：液压控制系统1上设有液压管路2，液压管路2延伸至驱动外管4中，驱动外管4设置在地面下，驱动外管4中设有驱动泵筒5，驱动泵筒5内为排油腔室3，排油腔室3与地面输油管道连接；

所述的驱动泵筒5内设有驱动柱塞7，驱动柱塞7上端设置在驱动泵筒5中且与驱动泵筒5内壁之间紧密贴合，下端设有驱动杆10，驱动杆10部分延伸至抽油泵筒16中；

驱动柱塞7在驱动泵筒5中的一段驱动杆10与驱动泵筒5内壁之间为驱动腔室8，驱动腔室8与液压管路2连通。

优选的方案中，所述的驱动杆10位于抽油泵筒16中的一端上设有抽油柱塞13，抽油柱塞13中设有至少两个腔室，最下端的腔室中设有下出油阀15，最上端的腔室中设有上出油阀14。

优选的方案中，所述的抽油泵筒16的下端设有尾部筛管18，尾部筛管18伸入油井中，在靠近尾部筛管18的抽油泵筒16内还设有进油阀17。

优选的方案中，所述的驱动柱塞7上端设有防砂阀6。

优选的方案中，所述的抽油泵筒16上端与驱动外管4固定连接，抽油泵筒16靠近上端的侧壁上设有排砂机构11。

优选的方案中，所述的抽油泵筒16内部靠近上端的位置上设有密封防砂机构12，密封防砂机构12与排砂机构11设置在同一水平位置上。

优选的方案中，所述的驱动腔室8与液压管路2之间的驱动泵筒5侧壁上设有过滤机构9。

其中，产品主要参数参照表1

表1液压采油系统系列产品主要技术参数

注：抽油泵理论排量Q＝K·S·N

K—泵常数(米³/日)S—冲程(米)N—泵冲次(次/分)

实施例2：

本装置的具体工作原理如下：

抽油时，液压控制系统通过驱动液带动驱动泵总成、抽油泵总成进行直线往复运动，并通过抽油泵总成泵腔体积和压力的变化将原油举升至地面输油管道。

当液压控制系统1通过液压管路2向系统内供驱动液时，驱动液经驱动外管4及过滤机构9进入驱动腔室8，带动驱动柱塞7向上运动，驱动柱塞7通过驱动杆10带动抽油柱塞13向上运动，此时，抽油柱塞13下部泵腔体积增大，压力减小，进油阀17打开，油井中的原油通过尾部筛管18过滤后进入此腔室。同时，抽油柱塞13上部泵腔体积减小，压力增大，上出油阀14和下出油阀15关闭，此腔室内原油通过驱动杆10内孔被举升至排油腔室3中，通过油管进入地面输油管道。

当液压控制系统1通过液压管路2从系统内回收驱动液时，驱动液经过滤机构9回到液压系统，驱动腔室8压力减小，驱动柱塞7在液柱压力及负压的作用下向下运动，此时，抽油柱塞13下部泵腔体积减小，压力增大，进油阀17关闭，上出油阀14和下出油阀15开启，由进油阀17进入抽油泵筒16的原油，通过上出油阀14和下出油阀15进入抽油柱塞13上部泵腔中。

如此通过液压控制系统带动进行上下往复运动，原油被不断的被举升到地面，完成整个抽汲过程。

实施例3：

在实施例1的基础上，按照以下方式进行理论排量及泵常数计算：

液压采油系统每天的理论排量为：

Q＝K·S·N

式中：

Q——泵的理论排量(m³/d)

K——泵常数(某公称直径的泵在1米冲程，每分钟一个冲次一天的排量)

S——冲程(m)

N——冲次(次/分钟)

驱动泵总成采用83mm规格、驱动杆采用57mm规格、抽油泵总成采用83mm规格，系统实际排量为83mm抽油泵的

式中：D——柱塞公称泵径(m)；

Q＝K·S·N

＝7.79·6·2

＝93.48(m³/d)

式中：冲程S＝6(m)；冲次N＝2(次/分钟)

实施例3：

液压采油系统在设计过程中须进行强度验算，一般应对由驱动柱塞、驱动杆及柱塞组成的运动部分和由驱动泵筒、外管及泵筒组成的固定部分分别进行强度校核，步骤如下：

a)分析系统工作时的受力状态，根据油井参数确定最大工作载荷；

b)确定两部分上的危险截面积。

c)根据最大工作载荷和危险截面积计算出危险截面处的工作应力σ。

d)根据零件材料和工作状况确定材料的极限应力和安全系数，从而计算出危险截面处的许用应力[σ]。

e)计算出在σ＜[σ]时，强度条件成立。

下面同样以系统配比为驱动泵总成采用83mm规格、驱动杆采用57mm规格、抽油泵总成采用83mm规格为例进行强度校核计算:

1)受力分析：

运动部分上行时，进油阀打开，上、下出油阀关闭，上出油阀处承受向下的油管液柱载荷，它包括液柱的静载荷和动载荷，其它力可忽略不计。由此可分析出，上行程时，驱动杆与上出油阀连接处为危险部位。

此外，工作时，固定部分承受外压，其值等于液柱压力与井口回压的和；内部承受内压，其值等于沉没度压力。固定部分在高压下容易引起变形。因此，根据截面面积计算，泵筒螺纹连接处也为危险部位。

2)运动部分强度校核

驱动杆连接螺纹截面面积最小，为该液压采油系统运动部分强度最薄弱的环节，需对该处强度进行校核。

式中：

S_危险截面——驱动杆螺纹处危险截面面积。(mm²)

D1——驱动杆螺纹处危险截面外径。(mm)取D1＝57

D2——驱动杆螺纹处危险截面内径。(mm)取D2＝48

由以上公式可得：

该危险截面承受最大载荷：

P_max＝P_静+P_动

式中：

P_max——最大载荷

P_静——公称泵径液柱的静载荷

P_动——公称泵径液柱的动载荷

P_静＝ρ_油·g·h·A

式中：

ρ_油——原油密度(Kg/m³)

g——重力加速度(m/S²)

h——下泵深度(m)

A——公称泵径上液柱截面积(m²)

P_动＝P_静·S·n2/g

式中：

S——柱塞运动的最大冲程(m)

n——冲次

由以上公式得：

P_max＝P_静(1+S·n²/1790)

设定：

ρ_油＝900Kg/m³

S＝6m

n＝2次/分钟

A＝π/4×D 2

式中:

D——抽油泵总成泵径，值为83mm

则P_max＝ρ_油·g·h·A·[1+S·n²/1790]

＝49.303h

该最薄弱环节下泵深度计算：

其危险截面为S_危险截面，该零件的材料为3Cr13，屈服强度为σs＝540MPa，

安全系数取4，则许用应力：[σ]＝σs/n＝135MPa

由强度理论可知:P_max/S_危险截面≤[σ]

即49.303h/9.45×10^-4≤135×10⁶

可知，柱塞总成最薄弱环节下泵深度h≤2587.6米

3)固定部分强度校核

经分析可知，液压采油系统固定部分危险截面在泵筒螺纹M98*3-6h处，螺纹大径D＝98mm，螺纹小径D2＝94.75mm，内孔直径D1＝83.19mm，泵筒工作状况可以看作是承受内压作用的闭口圆筒，根据第四强度理论

式中：

σ泵筒——泵筒危险截面处当量应力

P——泵筒内、外压力(MPa)

σ_C——附加轴向应力(MPa)，假设不承受尾管重量，则σ_C＝0

D₁——泵筒危险截面处内径(mm)

D₂——泵筒危险截面处外径(mm)

取D1＝83.19mm，D2＝94.75mm；

σ泵筒≤[σ]

[σ]＝σs/n

P＝ρgH_max+P_B

式中：

Hmax——最大下井深度。(米)

P_B——井口回压，一般PB取2(MPa)

[σ]——许用应力，(MPa)

σs——材料屈服极限，(MPa)

n——安全系数，n＝1.2～1.8。

即：

泵筒零件的材料用UNS G10450钢时，屈服强度为σs＝355MPa，安全系数取1.4，代入上式，可得：

ρ·g·H_max+P_B≤33.673×10⁶

900×10×H_max≤31.673×10⁶

求得在不承受尾管重量的情况下，最大下井深度为：H_max≤3519.2米

可知，固定部分最薄弱环节下泵深度h≤3519.2米

通过对运动部分和固定部分薄弱环节的分别计算，综合分析可知：最大下井深度取较小值H＝2587.6m。

该产品必须按照图纸及有关标准进行检测，检测的项目包括以下几个方面：

a.阀球、阀座的密封性能试验。试验方法按GB/T18607-2008《抽油泵及其组件规范》中7.3.4要求执行或API SPEC 11AX-2015《地下杆式抽油泵及其配件规范》中7.3.4要求执行，经过检测，所有阀球、阀球都符合要求。

b.柱塞在泵筒内的拉动灵活性试验。试验方法按按GB/T18607-2008《抽油泵及其组件规范》中7.3.5.3要求执行，经过检测，灵活性符合要求。

c.抽油泵总成密封性能试验。试验方法按GB/T18607-2008《抽油泵及其组件规范》中7.3.5.1要求执行，经过检测，总成密封性能符合要求。

d.柱塞与泵筒的配合间隙漏失量试验。试验方法按GB/T18607-2008《抽油泵及其组件规范》中7.3.5.1要求执行，经过检测，柱塞与泵筒的漏失量均符合要求。

Claims (7)

1.一种液压采油系统，包括液压控制系统（1），其特征是：液压控制系统（1）上设有液压管路（2），液压管路（2）延伸至驱动外管（4）中，驱动外管（4）设置在地面下，驱动外管（4）中设有驱动泵筒（5），驱动泵筒（5）内为排油腔室（3），排油腔室（3）与地面输油管道连接；

所述的驱动泵筒（5）内设有驱动柱塞（7），驱动柱塞（7）上端设置在驱动泵筒（5）中且与驱动泵筒（5）内壁之间紧密贴合，下端设有驱动杆（10），驱动杆（10）部分延伸至抽油泵筒（16）中；

驱动柱塞（7）在驱动泵筒（5）中的一段驱动杆（10）与驱动泵筒（5）内壁之间为驱动腔室（8），驱动腔室（8）与液压管路（2）连通。

2.根据权利要求1所述的一种液压采油系统，其特征在于：所述的驱动杆（10）位于抽油泵筒（16）中的一端上设有抽油柱塞（13），抽油柱塞（13）中设有至少两个腔室，最下端的腔室中设有下出油阀（15），最上端的腔室中设有上出油阀（14）。

3.根据权利要求2所述的一种液压采油系统，其特征在于：所述的抽油泵筒（16）的下端设有尾部筛管（18），尾部筛管（18）伸入油井中，在靠近尾部筛管（18）的抽油泵筒（16）内还设有进油阀（17）。

4.根据权利要求1所述的一种液压采油系统，其特征在于：所述的驱动柱塞（7）上端设有防砂阀（6）。

5.根据权利要求1所述的一种液压采油系统，其特征在于：所述的抽油泵筒（16）上端与驱动外管（4）固定连接，抽油泵筒（16）靠近上端的侧壁上设有排砂机构（11）。

6.根据权利要求5所述的一种液压采油系统，其特征在于：所述的抽油泵筒（16）内部靠近上端的位置上设有密封防砂机构（12），密封防砂机构（12）与排砂机构（11）设置在同一水平位置上。

7.根据权利要求1所述的一种液压采油系统，其特征在于：所述的驱动腔室（8）与液压管路（2）之间的驱动泵筒（5）侧壁上设有过滤机构（9）。