活塞式潛油電泵高溫保護器的製作方法

2023-05-14 09:31:31

本發明涉及一種油田採油設備，具體涉及一種活塞式潛油電泵高溫保護器。

背景技術：

隨著國內外各油田的深入開發，作為油田增採增收主要設備之一的潛油電泵在油田的應用量越來越大。潛油電泵保護器直接與潛油電機軸和泵軸(或分離器軸)聯接，並與電機殼體和泵殼體(或分離器殼體)聯接，起到保護潛油電機的作用。潛油電泵保護器的這一作用決定了保護器的基本結構是以隔離電機油和井液為主要目的，使電機不僅在油井中運行時能夠有足夠的電機油提供潤滑，而且在機組變冷時，保護器能夠為電機補充不足的電機油，防止井液進入電機。

現有的潛油電泵保護器一般為沉澱式和膠囊式兩種。沉澱式保護器是根據井液、電機油兩種液體的密度不同，利用沉澱的方法，將進入保護器的井液和電機油分開，以保證井液不能從連通系統進入電機。沉澱式保護器的主要缺點是當機組反覆啟停時，保護器腔內的電機油將很快全部替代為井液，此時保護器就失去作用，井液就能夠進入電機，最終導致電機燒毀；另外，由於其工作原理是利用重力沉澱分離，所以只能用於直井或斜度不大的油井中。

膠囊式保護器是採用膠囊直接隔離井液和電機油，並且利用橡膠膠囊的彈性特性實現電機油的熱膨脹呼吸作用，減少電機油的漏失。相對於沉澱式保護器，其優點是只要膠囊不破損，井液就不能進入電機，而且可以應用於斜井和水平井，擴大了潛油電泵應用範圍。但是，膠囊式保護器的缺點是其橡膠膠囊在高溫、高壓、腐蝕的油井中工作時易發生老化、脆裂和腐蝕，工作壽命短。

隨著石油開採後期的到來，井況較差(高溫、高壓、腐蝕)的油井數量不斷增加，因此，開發研製耐高溫、耐腐蝕的潛油電泵保護器是保證潛油電泵系統能夠應用於高溫、腐蝕油井的前提條件。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種活塞式潛油電泵高溫保護器，它可以有效解決潛油電泵系統在高溫、腐蝕油井中的應用。

為解決上述技術問題，本發明活塞式潛油電泵高溫保護器的技術解決方案為：

包括軸1，軸1的上端連接上接頭2，軸1的中部連接中間接頭11，軸1的下端連接下接頭13；上接頭2與中間接頭11之間形成活塞腔，活塞腔內活動設置有活塞裝置8，活塞裝置8將活塞腔分隔為活塞上部腔體和活塞下部腔體；上接頭2的上端形成有上腔體ⅴ；上接頭2開設有第一連通孔a，第一連通孔a將活塞上部腔體與上腔體ⅴ相連通；上接頭2的內圈與軸1之間形成有上接頭間隙ⅰ；上接頭間隙ⅰ通過機械密封3與上腔體ⅴ隔離開；上接頭2內設置有溢流油道c，溢流油道c將上接頭間隙ⅰ與活塞上部腔體相連通；溢流油道c內設置有單流閥5，以使溢流油道c內的液體流向為從上接頭間隙ⅰ流向活塞上部腔體；中間接頭11與下接頭13之間形成止推軸承腔；中間接頭11的內圈與軸1之間形成有中間接頭間隙ⅲ；中間接頭間隙ⅲ與止推軸承腔相連通；軸1上套設有護軸管9，護軸管9的內圈與軸1之間形成有護軸管間隙ⅱ；護軸管間隙ⅱ的一端與上接頭間隙ⅰ相連通，護軸管間隙ⅱ的另一端與中間接頭間隙ⅲ相連通；護軸管9的下端通過護軸管接頭10連接中間接頭11；護軸管接頭10開設有第二連通孔b，第二連通孔b將活塞下部腔體與中間接頭間隙ⅲ相連通；下接頭13的內圈與軸1之間形成有下接頭間隙ⅳ；下接頭間隙ⅳ與止推軸承腔相連通。

所述保護器的注油油路為：潛油電機的電機油從下接頭13與軸1之間的下接頭間隙ⅳ進入，流經止推軸承腔，之後進入中間接頭間隙ⅲ；中間接頭間隙ⅲ內的電機油一部分進入護軸管間隙ⅱ，然後進入上接頭間隙ⅰ；上接頭間隙ⅰ的電機油進入溢流油道c流至單流閥5；與此同時，中間接頭間隙ⅲ內的電機油另一部分經護軸管接頭10的第二連通孔b進入活塞下部腔體。

所述活塞裝置8活動設置於護軸管9上；活塞裝置8的內外圈分別與護軸管9和上殼體6之間設置有滑動密封組件7，能夠實現活塞裝置8的軸向運動。

所述止推軸承腔內設置有止推軸承系統12，止推軸承系統12能夠限定軸1的軸向運動。

所述上接頭2與軸1之間設置有上接頭扶正套4，上接頭扶正套4的內圈與軸1之間形成有上扶正套間隙；上扶正套間隙將護軸管間隙ⅱ與上接頭間隙ⅰ相連通。

所述中間接頭11與軸1之間設置有中間接頭扶正套15，中間接頭扶正套15的內圈與軸1之間形成有中間扶正套間隙；中間扶正套間隙將中間接頭間隙ⅲ與止推軸承腔相連通。

所述上接頭2與中間接頭11之間設置上殼體6，上殼體6的內腔作為所述活塞腔。

所述中間接頭11與下接頭13之間設置下殼體14，下殼體14的內腔作為所述止推軸承腔。

所述活塞裝置8採用316l奧氏體不鏽鋼材料。

正常工作狀態下，所述活塞下部腔體內充滿電機油，而活塞上部腔體內為井液；通過活塞裝置8、機械密封3、單流閥5將電機油與井液隔離開；電機油受熱膨脹，活塞下部腔體內的電機油壓力升高，使活塞裝置8向上運動，活塞下部腔體的體積增大；電機油繼續膨脹，活塞下部腔體內的電機油壓力不斷升高，活塞裝置8持續向上運動；當活塞裝置8運動至與上接頭2接觸後，活塞裝置8無法繼續運動，而電機油的壓力繼續升高；當電機油的壓力達到單流閥5的開啟壓力時，電機油打開單流閥5，最後進入活塞上部腔體；當電機油受冷收縮時，活塞下部腔體內的電機油壓力降低，使活塞裝置8向下運動，活塞下部腔體的體積減小。

本發明可以達到的技術效果是：

本發明能夠隔離井液和電機油，防止井液進入電機，從而保護潛油電機，實現電機油的熱膨脹呼吸作用，而且能夠滿足耐腐蝕、耐高溫的使用要求。

本發明利用潛油電機在不同工況下的工作溫度所產生的電機油壓力，使活塞裝置隨電機油壓力的不同而運動，通過調節活塞上下部腔體的容積來平衡電機油與井液的壓差，實現電機油的熱膨脹呼吸作用。

本發明將現有膠囊式保護器的長期使用溫度界限由180℃提高至300℃以上，大大的拓展了潛油電泵的應用範圍。

附圖說明

本領域的技術人員應理解，以下說明僅是示意性地說明本發明的原理，所述原理可按多種方式應用，以實現許多不同的可替代實施方式。這些說明僅用於示出本發明的教導內容的一般原理，不意味著限制在此所公開的發明構思。

結合在本說明書中並構成本說明書的一部分的附圖示出了本發明的實施方式，並且與上文的總體說明和下列附圖的詳細說明一起用於解釋本發明的原理。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明：

圖1是本發明活塞式潛油電泵高溫保護器的示意圖。

圖中附圖標記說明：

1為軸，2為上接頭，

3為機械密封，4為上接頭扶正套，

5為單流閥，6為上殼體，

7為滑動密封組件，8為活塞裝置，

9為護軸管，10為護軸管接頭，

11為中間接頭，12為止推軸承系統，

13為下接頭，14為下殼體，

15為中間接頭扶正套，

ⅰ為上接頭間隙，ⅱ為護軸管間隙，

ⅲ為中間接頭間隙，ⅳ為下接頭間隙，

ⅴ為上腔體，

a為第一連通孔，b為第二連通孔，

c為溢流油道。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例的附圖，對本發明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於所描述的本發明的實施例，本領域普通技術人員在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。除非另外定義，此處使用的技術術語或者科學術語應當為本發明所屬領域內具有一般技能的人士所理解的通常意義。本文中使用的「第一」、「第二」以及類似的詞語並不表示任何順序、數量或者重要性，而只是用來區分不同的組成部分。「包括」等類似的詞語意指出現該詞前面的元件或者物件涵蓋出現在該詞後面列舉的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。「連接」或者「相連」等類似的詞語並非限定於物理的或者機械的連接，而是可以包括電性的連接，不管是直接的還是間接的。「上」、「下」等僅用於表示相對位置關係，當被描述對象的絕對位置改變後，則該相對位置關係也可能相應地改變。

如圖1所示，本發明活塞式潛油電泵高溫保護器，包括軸1，軸1的上端連接上接頭2，軸1的中部連接中間接頭11，軸1的下端連接下接頭13；

上接頭2的內圈與軸1之間形成有上接頭間隙ⅰ；

中間接頭11的內圈與軸1之間形成有中間接頭間隙ⅲ；

下接頭13的內圈與軸1之間形成有下接頭間隙ⅳ；

上接頭2與軸1之間設置有上接頭扶正套4，上接頭扶正套4的內圈與軸1之間形成有上扶正套間隙；上扶正套間隙將護軸管間隙ⅱ與上接頭間隙ⅰ相連通；

軸1的中部套設有護軸管9，護軸管9的內圈與軸1之間形成有護軸管間隙ⅱ；護軸管間隙ⅱ的一端與上接頭間隙ⅰ相連通，護軸管間隙ⅱ的另一端與中間接頭間隙ⅲ相連通；

上接頭扶正套4位於護軸管9的上方；

護軸管9的上端連接上接頭2的下端內圈；護軸管9的下端通過護軸管接頭10連接中間接頭11的上端內圈；

上接頭2的下端外圈連接上殼體6的上端，上殼體6的下端連接中間接頭11的上端外圈；上殼體6的內腔作為活塞腔；

護軸管9上活動設置有活塞裝置8，活塞裝置8將上殼體6的內腔分隔為活塞上部腔體和活塞下部腔體；活塞裝置8的內外圈分別與護軸管9和上殼體6之間設置有滑動密封組件7，能夠實現活塞裝置8的軸向運動；滑動密封組件7不僅能夠實現活塞裝置8與護軸管9之間以及活塞裝置8與上殼體6之間的密封，而且能夠對活塞裝置8相對於上殼體6的軸向運動起到導向作用；

活塞裝置8採用316l奧氏體不鏽鋼材料，具有耐腐蝕、耐高溫的特性；

滑動密封組件7不僅能夠隔離活塞上部腔體和活塞下部腔體，而且能夠起到扶正作用，保證活塞裝置8移動順暢；

上接頭2的上端形成有上腔體ⅴ；上接頭2開設有第一連通孔a，第一連通孔a將活塞上部腔體與上腔體ⅴ相連通；

護軸管接頭10開設有第二連通孔b，第二連通孔b將活塞下部腔體與中間接頭間隙ⅲ相連通；

軸1的上端與上接頭2的內端面之間設置有機械密封3；機械密封3將上接頭間隙ⅰ與上腔體ⅴ隔離開；

上接頭2內設置有溢流油道c，溢流油道c將上接頭間隙ⅰ與活塞上部腔體相連通；溢流油道c內設置有單流閥5，以使溢流油道c內的液體流向為由上向下(即從上接頭間隙ⅰ流向活塞上部腔體)；

中間接頭11的下端外圈連接下殼體14的上端，下殼體14的下端連接下接頭13的上端外圈；下殼體14的內腔作為止推軸承腔；止推軸承腔與下接頭間隙ⅳ相連通；

中間接頭11與軸1之間設置有中間接頭扶正套15，中間接頭扶正套15的內圈與軸1之間形成有中間扶正套間隙；中間扶正套間隙將中間接頭間隙ⅲ與止推軸承腔相連通；

下殼體14的內腔設置有止推軸承系統12。

使用時，軸1的下端連接潛油電機軸，下接頭13連接潛油電機殼體；軸1的上端連接泵軸，上接頭2連接泵殼體；井液從上接頭2的上腔體ⅴ經第一連通孔a進入活塞上部腔體。

本發明的注油油路如下：

潛油電機的電機油從下接頭13與軸1之間的下接頭間隙ⅳ進入，流經止推軸承系統12，之後通過中間接頭扶正套15與軸1之間的中間扶正套間隙進入中間接頭間隙ⅲ；

中間接頭間隙ⅲ內的電機油一部分進入護軸管間隙ⅱ，經上扶正套間隙進入上接頭間隙ⅰ；上接頭間隙ⅰ的電機油經溢流油道c流至單流閥5；與此同時，中間接頭間隙ⅲ內的電機油另一部分經護軸管接頭10的第二連通孔b進入活塞下部腔體。

本發明的工作原理如下：

正常工作狀態下，活塞下部腔體內充滿電機油，而活塞上部腔體內為井液；通過活塞裝置8、上接頭2內端面的機械密封3、單流閥5將電機油與井液隔離開；

當電機油受熱膨脹時，活塞下部腔體內的電機油壓力升高，使活塞裝置8向上運動，活塞下部腔體的體積增大，從而能夠容納膨脹的電機油；

電機油繼續膨脹，活塞下部腔體內的電機油壓力不斷升高，活塞裝置8持續向上運動；

當活塞裝置8運動至與上接頭2接觸後，活塞裝置8無法繼續運動，而電機油的壓力繼續升高；當電機油的壓力達到單流閥5的開啟壓力時，電機油通過上接頭間隙ⅰ流經溢流油道c並打開單流閥5，最後進入活塞上部腔體；

當電機油受冷收縮時，電機油按照上述注油油路的相反方向向下流動；隨著電機油不斷收縮，活塞下部腔體內的電機油壓力降低，使活塞裝置8向下運動，活塞下部腔體的體積減小，以補充潛油電機所需的電機油，並達到平衡狀態。

本發明在使用過程中，當潛油電機的電機油溫度過高時，電機油能夠打開單流閥5並進入活塞上部腔體，從而使活塞下部腔體的壓力降低，並達到一個新的平衡狀態，因此本發明的耐溫範圍更大。本發明中單流閥5的設置，使活塞下部腔體內的電機油只能經經溢流油道c進入活塞上部腔體，而活塞上部腔體內的井液是不能進入活塞下部腔體的。

雖然在上文中詳細說明了本發明的實施方式，但是對於本領域的技術人員來說顯而易見的是，能夠對這些實施方式進行各種修改和變化。但是，應理解，這種修改和變化都屬於權利要求書中所述的本發明的範圍和精神之內。而且，在此說明的本發明可有其它的實施方式，並且可通過多種方式實施或實現。