容积式泵及采油装置
技术领域
本实用新型属于采油设备技术领域,具体涉及一种容积式泵及采油该容积式泵的采油装置。
背景技术
机械采油是用机械能量把油采出地面的方式。目前,主要的机械采油方式有抽油机井采油、电动潜油离心泵井采油和地面驱动螺杆泵井采油。
(1)游粱式抽油机采油系统
游粱式抽油机采油系统由地面抽油机系统和井下抽汲系统2部分组成,是油田的主要采油设备,使用数量大,耗电量大,系统效率低,属于典型的“大马拉小车”。
我国游梁式抽油机采油井超过20万口,占生产油井总数的90%以上,是油田的主要采油设备,而系统效率平均运行效率仅为26%,属于典型的“大马拉小车”,能耗已占油田能耗的三分之一,全国每年耗电电量逾百亿千瓦时。由于电机启动转矩小,而游梁式抽油机需较大启动转矩带动平衡块,匹配的电机功率比抽油机启动后正常运行所需功率大2个等级以上,而正常运行时电机负载率仅在40%左右;另外,由于与抽油机联合工作的井下抽油泵载荷交替变化造成地面系统工作不平衡,加剧了动力系统的无功消耗,导致抽油系统的低效率运行,造成巨大的能源浪费。在平衡率为100%时电动机提供的动力仅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等。抽油机地面系统由电机、皮带轮、减速器和四连杆机构组成。查有关的机械工程手册,由于抽油机载荷不均匀,电机最大效率达到80%,皮带轮+减速器效率为82%,四连杆机构效率为95%,地面系统最大效率为62%;盘根盒效率为90%,抽油杆效率为90%,抽油泵效率为80%,油管柱效率为95%,井下抽汲系统最大效率为62%;整个游梁式抽油系统最大效率只有38.4%。目前国内各油田抽油机井系统效率主要分布在20%~30%之间,大庆油田平均为28%,胜利油田平均为25%,长庆油田平均为20%。抽油机能耗已占油田能耗的三分之一。2014年中国石油各油田机采系统数据分析来看,油田机采系统总耗电量占到油田业务总耗电量的50%左右。
(2)螺杆泵举升技术
螺杆泵由定子和转子组成,通过转子的旋转运动实现对介质的传输。螺杆泵结构简单、体积小、重量轻、耗电少、效率高。由于橡胶定子限制,扬程小,无法深抽。目前大多数现场应用是在井深1000m左右的井。
(3)潜油电泵采油系统
潜油电泵又称潜油电动离心泵,主要由多级离心泵、分离器、保护器和潜油电机组成,主要特点是排量大,最适用于中、高含水期采油,并且管理方便。潜油电泵采油系统在国内外油田应用越来越广泛,主要缺点是下入深度受电机功率的限制,扬程2000米的离心泵长达20米,设备昂贵,初期投资高;日常维护要求高;用于4000米超深举升尚无法正常工作。
2014年下半年,国际油价暴跌,我国油田出现大面积严重亏损,国内各个油田均在想尽办法降本增效,许多低产井无效益而被迫关停。另外,随着油气资源的不断开发,开采油层深度逐年增加,油田含水率的迅速上升,开发经济效益逐年下降,老区块应何时改变采油方式,才能延长油田的经济开采期,新区块应如何选择最佳的举升方式,使油田获得更大的经济效益,是企业面临的重要问题。
综上所述,现有三种主要机采方法均不能满足经济开发的需求,急需让操作成本维持更低水平的新采油方法。
实用新型内容
本实用新型实施例涉及一种容积式泵及采油该容积式泵的采油装置,至少可解决现有技术的部分缺陷。
本实用新型实施例涉及一种容积式泵,包括壳体,所述壳体的其中一端开口构成排液端,所述壳体具有圆柱形的泵腔,所述壳体的侧壁上开设有至少一个与所述泵腔导通的进液口,所述壳体的侧壁内还形成有排液通道,所述排液通道分别与所述泵腔及所述排液端导通;
于所述壳体内同轴嵌装有可绕自身轴线旋转的转子体,所述转子体内形成有至少一个用于将进液口侧的液体导引至所述排液通道内的贯通孔,每一所述贯通孔内滑设有一个柱塞,各所述柱塞沿所述转子体的轴向依次设置且轴线均与所述转子体的轴线垂直;于所述转子体内同轴设有用于带动各所述柱塞在对应的所述贯通孔内往复滑移的传动曲轴,所述传动曲轴具有与所述转子体固连的连接端及用于连接外设的驱动装置的传动端,各所述柱塞均与所述传动曲轴连接。
作为实施例之一,所述传动曲轴包括连接端轴段、传动端轴段以及多个偏心轴段,所述连接端轴段及所述传动端轴段均与所述转子体同轴,各所述偏心轴段沿所述转子体的轴向依次设置于所述连接端轴段与所述传动端轴段之间,各所述偏心轴段的轴线均偏离所述连接端轴段的轴线,每一所述柱塞对应与其中一个所述偏心轴段连接。
作为实施例之一,各所述柱塞均开设有穿设孔,每一所述穿设孔的半径大于对应的所述偏心轴段的半径与该偏心轴段的偏心距之和,各所述柱塞套设在对应的所述偏心轴段外。
作为实施例之一,各所述柱塞均包括柱塞本体和两个承推件,各所述穿设孔分别开设于对应的所述柱塞本体上,各所述承推件均具有曲率与对应的所述偏心轴段曲率相同的弧形承推槽,各所述承推槽的圆心角均小于180°且槽口方向均与对应的所述柱塞本体的轴向相同,每一所述柱塞的两所述承推槽正对设置且槽壁均与对应的所述偏心轴段贴靠。
作为实施例之一,各所述承推件均可拆卸安装于对应的所述柱塞本体上。
作为实施例之一,各所述柱塞中,包括至少一个第一柱塞和至少一个第二柱塞,各所述第一柱塞的轴线相互平行,各所述第二柱塞的轴线相互平行,且所述第一柱塞的轴线与所述第二柱塞的轴线互为垂直。
作为实施例之一,所述壳体的内壁上相对开设有进液槽和排液槽,各所述进液口均与所述进液槽连通,所述排液槽与所述排液端导通。
作为实施例之一,沿所述转子体的轴向,各所述第一柱塞与各所述第二柱塞交叉布置。
本实用新型实施例涉及一种采油装置,包括如上所述的容积式泵,所述传动曲轴的传动端连接有驱动装置。
作为实施例之一,所述驱动装置包括潜油电机,所述壳体的远离其排液端的一端与所述潜油电机的连接接头固连,所述传动端与所述潜油电机的输出轴连接。
本实用新型实施例至少具有如下有益效果:本实施例提供的容积式泵结构简单,设备成本低廉;应用于采油时,由于柱塞直径小,液体排量低,若降低转子体的旋转速度,还可进一步降低排量,因此能够满足常规油田和低渗透油气田的采油排量和扬程的要求,可较好地适应产液量小的陆上油田的需求,解决现有技术中采用电潜离心泵存在的能耗高、扬程低、初期投资大、油气开发成本高等问题以及采用游粱式抽油机采油系统存在的效率低、能耗高、油气开发成本高等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本实用新型实施例提供的容积式泵的结构示意图;
图2为图1沿A-A的剖视图;
图3为本实用新型实施例提供的采油装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型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实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本实用新型保护的范围。
实施例一
如图1和图2,本实用新型实施例提供一种容积式泵1,包括壳体101,该壳体101具有圆柱形的泵腔,即具有由圆柱环形内壁围设形成的泵腔,一般地,上述壳体101采用中空的圆柱形壳体101,当然,也可以采用长方体等形状的壳体101。该壳体101的其中一端开口构成排液端,其另一端可以是封闭设置的也可以是开口设置的,依据实际需求相应设计即可;本实施例中,该壳体101两端开口,其中一端即为排液端,另一端可根据需要连接相应的设备。如图1-图2,所述壳体101的侧壁上开设有至少一个与所述泵腔导通的进液口105,所述壳体101的侧壁内还形成有排液通道106,所述排液通道106分别与所述泵腔及所述排液端导通。于所述壳体101内同轴嵌装有可绕自身轴线旋转的转子体102,所述转子体102内形成有至少一个用于将进液口105侧的液体导引至所述排液通道106内的贯通孔,每一所述贯通孔内滑设有一个柱塞103,各所述柱塞103沿所述转子体102的轴向依次设置且轴线均与所述转子体102的轴线垂直;各所述柱塞103均连接有驱动其在对应的所述贯通孔内往复滑移的驱动机构。其中,上述的进液口105的数量及尺寸规格等可根据实际使用情况等进行设计,如采用单一的大口径的进液孔或采用多个小口径的进液孔等。上述贯通孔用于将进液口105侧的液体导引至排液通道106内,为实现此功能,贯通孔的数量及位置宜对应设置,在转子体102绕自身轴线旋转过程中,每一贯通孔可与其中至少一个进液口105至少有部分正对连通,且与排液通道106至少有部分正对连通,以便经由进液口105进入的液体可进入贯通孔内,再导入至排液通道106内;体现在结构上,沿转子体102的轴向,每一进液口105与排液端口之间的距离为一区间距离值,每一贯通孔与排液端之间的距离也为一区间距离值,每一进液口105所对应的区间距离值与至少其中一个贯通孔所对应的区间距离值至少有部分重叠(不包含仅有一个端点值相同的情况);以上述壳体101竖直设置为例,每一进液口105上端和/或下端所在的高度(或者说水平面)应位于其中一个贯通孔的上下两端所在的高度(或者说水平面)之间。本实施例中,上述各进液口105优选为沿壳体101径向开设的进液孔或进液槽(即与壳体101曲率相同的弧形槽);上述各贯通孔优选为沿转子体102径向开设的通孔,贯通孔的轴线与转子体102的轴线垂直相交。上述的排液通道106优选为是在壳体101内壁上对应开设的排液槽,可以是平行于壳体101轴向的多条排液槽道,也可以是一个完整的弧形槽道,各排液槽优选为延伸开设至排液端,各排液槽与转子体102外壁之间可以围设形成一排液腔;当然,上述排液通道106也可以是形成于壳体101壁内的液体流道,对应需在壳体101内壁上开设至少一个与液体流道导通的排液孔,排液孔的设置则可参考各进液口105的设置方式,如可与进液口105数量相同且一一正对设置等。无疑义地,各柱塞103的长度小于对应的贯通孔的长度。在转子体102转动过程中,各贯通孔可周期性地与对应的进液口105导通,液体经由进液口105进入各贯通孔内,通过柱塞103滑动可让出空间以容纳液体,再通过转子体102转动使得各贯通孔的储存有液体的一侧与排液通道106导通,通过柱塞103活动将贯通孔内的液体推入至排液通道106内,实现液体的泵出。本实施例提供的容积式泵1结构简单,设备成本低廉;应用于采油时,由于柱塞103直径小,液体排量低,若降低转子体102的旋转速度,还可进一步降低排量,因此能够满足常规油田和低渗透油气田的采油排量和扬程的要求,可较好地适应产液量小的陆上油田的需求,解决现有技术中采用电潜离心泵存在的能耗高、扬程低、初期投资大、油气开发成本高等问题以及采用游粱式抽油机采油系统存在的效率低、能耗高、油气开发成本高等问题。
上述的容积式泵1中,泵腔体、贯通孔、柱塞103等核心部件均是圆柱形零件,加工时可以达到很高的精度配合,部件之间摩擦小,具有容积效率高、运转平稳、流量均匀性好、噪声低、工作压力高等优点。
接续上述容积式泵1的结构,对于上述的用于驱动柱塞103在贯通孔内往复滑移的驱动机构,可以采用如下结构:如图1,于所述转子体102内同轴设有用于带动各所述柱塞103在对应的所述贯通孔内往复滑移的传动曲轴104,所述传动曲轴104具有与所述转子体102固连的连接端及用于连接外设的驱动装置的传动端,各所述柱塞103均与所述传动曲轴104连接。上述转子体102与传动曲轴104同轴,即为转子体102与传动曲轴104的主轴同轴,这对于本领域技术人员是易知地;对应在转子体102内开设容置腔,用以容置该传动曲轴104,该容置腔沿转子体102轴向开设,可以是圆柱体形状的腔室,并与传动曲轴104的主轴同轴;本实施例中,优选地,上述传动曲轴104两端分别伸出于转子体102的两端之外,其中,其传动端便于与外设的驱动装置连接,而对于本容积式泵1的泵壳体101与连接接头螺纹连接的结构,上述传动曲轴104的连接端伸出转子体102的对应端之外且与对应侧的连接接头之间通过轴承配合实现可转动连接,另外,转子体102与泵壳体101之间以及转子体102与连接接头之间均可以通过轴承配合,以保证转子体102的工作稳定性及可靠性。
对于本领域技术人员而言,易于确定的是,为实现传动曲轴104带动各柱塞103在对应的贯通孔内往复滑移的功能,上述的各柱塞103与传动曲轴104的偏心构件连接,如连杆轴颈或曲柄臂等,可以通过连杆等实现柱塞103与对应的偏心构件的之间的连接,并通过该偏心构件驱动柱塞103在对应的贯通孔内作直线滑移运动,这是本领域技术人员根据现有技术易于设计实现的,具体此处不再赘述。请参见图1,作为本实施例的一个优选实施例,对上述的传动曲轴104优化如下:所述传动曲轴104包括连接端轴段1041、传动端轴段1043以及多个偏心轴段1042,所述连接端轴段1041及所述传动端轴段1043均与所述转子体102同轴,各所述偏心轴段1042沿所述转子体102的轴向依次设置于所述连接端轴段1041与所述传动端轴段1043之间,各所述偏心轴段1042的轴线均偏离所述连接端轴段1041的轴线,每一所述柱塞103对应与其中一个所述偏心轴段1042连接。相应地,各所述柱塞103均开设有穿设孔1031,每一所述穿设孔1031的半径大于对应的所述偏心轴段1042的半径与该偏心轴段1042的偏心距之和,各所述柱塞103套设在对应的所述偏心轴段1042外,即传动曲轴104依次穿过各柱塞103,各偏心轴段1042可在对应的穿设孔1031内自由转动。进一步地,如图1和图2,各所述柱塞103均包括柱塞本体和两个承推件1032,各所述穿设孔1031分别开设于对应的所述柱塞本体上,各所述承推件1032均具有曲率与对应的所述偏心轴段1042曲率相同的弧形承推槽,各所述承推槽的圆心角均小于180°且槽口方向均与对应的所述柱塞本体的轴向相同,每一所述柱塞103的两所述承推槽正对设置且槽壁均与对应的所述偏心轴段1042贴靠;也即两承推槽的槽壁位于同一圆柱面上,而且两槽壁不能围合形成一完整的圆柱面,易知地,该圆柱面的直径与偏心轴段1042的直径相同,从而偏心轴段1042在随传动端轴段1043等转动时,其外壁面可始终与对应柱塞103的两承推槽贴合,在其偏心转动作用下,可推动两承推槽交替地靠近或远离转子体102的轴线,即带动对应柱塞103在贯通孔内往复滑移;由于两承推槽的槽壁的圆心角之和小于360°,即两承推槽之间具有一定的让位空间,容许偏心轴段1042在转动过程中有部分时段不与承推槽或穿设孔壁接触,从而避免偏心轴段1042对柱塞103产生沿柱塞103径向方向的作用力;本领域技术人员可以根据合理地设计(包括两承推槽的圆心角等),实现偏心轴段1042在转动过程中可连贯地驱动柱塞103在对应的贯通孔内往复滑移。
上述传动曲轴104组成中,将传统的曲柄臂与连杆轴颈集成为一个偏心轴段1042,可以简化该传动曲轴104的结构,便于设计,结构精度高,可精确地实现对柱塞103的驱动控制。需要说明的是,上述的偏心轴段1042与柱塞103之间并不限于上述的驱动连接结构,如也可以采用连杆连接等实现二者之间的驱动连接关系,这是本领域技术人员易于确定的,此处不再详述。
进一步优选地,各所述承推件1032均可拆卸安装于对应的所述柱塞本体上,如可通过螺栓固定等;上述可拆卸连接结构,可方便传动曲轴104与各柱塞103之间的配合连接关系,使得传动曲轴104与柱塞103之间可相互拆离,便于安装维护。其中,各承推件1032可以是安装在柱塞本体的穿设孔1031孔壁上;或者,可以是在柱塞本体外壁上开设一个或两个安装槽(已图示,未标注),各安装槽的槽底均被对应的穿设孔1031贯通,采用一个安装槽时,其开设于柱塞本体的靠近转子体102的连接端或传动端的外壁上(以泵壳体101竖直放置为例,则在该柱塞本体的顶端或底端对应开设该安装槽),两承推件1032均安装在该安装槽内且其承推槽伸至对应的穿设孔1031处以便与偏心轴段1042贴合,采用两个安装槽时,两个安装槽沿转子体102的轴向分列于柱塞本体的轴线两侧,可在每个安装槽内对应配置上述的承推件1032(可以理解为每个承托件包括两个分解件,两个分解件分别位于两个安装槽内)。
作为本实施例提供的容积式泵1的一种具体实施方式,如图1,各所述柱塞103中,包括至少一个第一柱塞和至少一个第二柱塞,各所述第一柱塞的轴线相互平行,各所述第二柱塞的轴线相互平行,且所述第一柱塞的轴线与所述第二柱塞的轴线互为垂直。当第一柱塞所在的贯通孔的两端分别与进液通道和排液通道106连通时,第二柱塞所在的贯通孔的两端被泵壳体101内壁所封堵;当第一柱塞所在的贯通孔的两端被泵壳体101内壁封堵时,第二柱塞所在的贯通孔的两端分别与进液通道和排液通道106连通。通过上述结构,可以提高本容积式泵1的工作效率。进一步优选地,如图1,沿所述转子体102的轴向,各所述第一柱塞与各所述第二柱塞交叉布置,即每相邻两个第一柱塞之间有一个第二柱塞,每相邻两个第二柱塞之间有一个第一柱塞。
进一步优选地,如图1-图2,各进液口105均与排液通道106相对设置,其中,各进液口105优选为沿转子体102轴向依次间隔设置,而排液通道106则优选为采用上述的在壳体101内壁上对应开设排液槽的结构。通过合理的设计,基于转子体102的转动及各柱塞103的直线往复滑移之间的相对运动,使得各贯通孔可将液体由进液口105转运至排液通道106内。进一步可在壳体101的内壁上开设进液槽109,各进液口105均与进液槽109连通,便于各贯通孔的导液操作。
本实施例中,上述的柱塞103数量可以在2~200范围内选择,进液口105的数量在1~6组之间。
实施例二
本实用新型实施例涉及一种采油装置,包括上述实施例一所提供的容积式泵1,所述传动曲轴104的传动端连接有驱动装置。
如图3,作为实施例之一,所述驱动装置包括潜油电机2,所述壳体101的远离其排液端的一端(该端可连接一下部接头108)与所述潜油电机2的连接接头201固连,所述传动端与所述潜油电机2的输出轴202连接。上述潜油电机2与容积式泵1的连接结构是本领域技术人员根据现有技术易于设计的,此处不再一一赘述。
上述壳体101的排液端可连接油管,该排液端可螺纹连接上部接头107,并通过该上部接头107连接油管。如图1,在该上部接头107的外壁上开设有环形槽式的液体入口1071,该液体入口1071与泵壳体101的排液通道106导通,在该上部接头107的壁内开设有至少一个导液通孔1072,各导液通孔1072均与该上部接头107的中空内腔及上述的环形槽式的液体入口1071连通,则环形槽式的液体入口1071+各导液通孔1072构成该上部接头107的液体流通道,用于将泵壳体101内排出的液体导引至油管内。上述各导液通孔1072优选为是倾斜设计的,适用于常规油田和低渗透油气田的采油排量和扬程的要求,可较好地适应产液量小的陆上油田的需求。
对于上述采油装置,与现有机采方法相比,具有如下优点:
(1)排量范围好,覆盖现有的游梁式抽油机井采油
上述采油装置排量范围可控制在0.5m3/d~45m3/d,适应我国陆上油田生产需求。我国陆上油井产液量较小,低渗透油田的产液量甚至不足1m3/d,主要应用游梁式抽油机采油,井数超过20万口,占生产油井总数的90%以上。而电潜离心泵主要应用于高产直井,特点是大排量(>100m3/d)、低扬程(<1800m),应用范围较小,不能替代游梁式抽油机井。
本实施例中,通过减小柱塞103直径,降低柱塞103腔体的旋转速度,可进一步降低排量,满足常规油田和低渗透油气田的采油排量和扬程的要求,解决系统效率低、能耗高,初期投资大等油气开发成本高的问题。
(2)大幅度节能
上述采油装置电能几乎全部参与举升油气,理论效率高达95%,与游梁式抽油机平均运行效率仅为26%相比,总效率提高64%。我国陆上油田游梁式抽油机超过20万口,年耗电量逾百亿千瓦时,新型容积式泵1替代游粱式抽油机采油有望每年节省电能超过64亿千瓦时。
(3)使用寿命长
上述采油装置的载荷稳定,且均由油管承载,而不需要保护器作为主要支撑件,工作工况比电潜离心泵还要好,另外,采油装置效率高,所需潜油电机功率小,进一步提高了使用寿命。通过理论对比分析,新型泵的寿命长达9年以上,每年节约大量作业费。
(4)成本低,节约地面建设费和设备费
容积式泵1单台成本远远低于潜油电动离心泵。潜油电动离心泵的排量越小,系统效率越低,例如排量为50m3/d的电潜泵效率仅为42%。而应用上述容积式泵1,效率高达95%,举升相同产液量的所需电机功率比潜油电动离心泵小50%,电机长度短一半;而且上述容积式泵1不怕气蚀,无需分离器;上述容积式泵1长度远比离心泵短,单级容积式泵1(仅一个柱塞103)长度仅0.5m,而离心泵长度达到20m;
上述采油装置用于一口新井无需庞大的地面设备和占地费。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。