潛油磁浮雙向柱塞電泵採油方法
2023-05-17 08:46:36
專利名稱：潛油磁浮雙向柱塞電泵採油方法
技術領域：
本發明涉及一種油田開發中所用的一種機械採油方法，具體地說是一種潛油磁浮雙向柱塞電泵採油方法，無需地面抽油機、抽油杆，將潛油磁浮雙向採油電泵潛入油井液面之下，磁浮直線電機將電能直接轉為直線動能，聯動抽油泵往復運動，實現採油。該工藝方法不但系統效率高，而且能使衝程、衝次自動調整，實現智能化採油。
背景技術：
1、常規採油系統的現狀採油系統的生產機械分為兩大類，一是有杆採油系統的生產機械，包括遊梁式抽油機、皮帶式抽油機、鏈條式抽油機、異型抽油機等等，二是無杆採油系統的生產機械，主要包括潛油電泵、水力活塞泵等，其中潛油電泵應用較廣，它是一種無杆採油設備，其原理通過潛油電機帶動離心泵旋轉將井液舉升到地面，達到了採油的目的。這兩類生產機械共同缺點是系統效率低，電能消耗高。以遊梁式抽油機為例說明，遊梁式抽油機被廣泛應用於採油中，其特點在於結構相對簡單、容易製造、維修方便，可靠性好等。但它的不足之處是①需藉助減速器和四連杆機構等中間環節電動機旋轉運動變為直線運動。因驢頭懸點運動加速度較大，平衡效果差；②使用減速器和四連杆機構等較多的中間環節，系統效率很低；③長衝程抽油機體積龐大且笨重，使用材料多，造價高。
油田採油系統的電能消耗約佔生產總成本的30％以上，其中有杆採油系統的能耗所佔比例較大，以遊梁式抽油機系統為例，整個系統效率的最大目標值只有38.4％，而無杆採油系統的效率較有杆採油系統還低，尤其是多級離心泵。
2、傳統的抽油系統存在的其它問題(1)傳動環節多，維護、維修工作量大。體積大和重量重，平衡調整難。
(2)存在衝程損失。
(3)偏磨現象嚴重，造成井下作業費用過高。
傳統抽油系統存在的最主要問題是系統效率低，嚴重偏磨。
發明內容
本發明的目的是提供一種潛油磁浮雙向柱塞電泵採油方法，解決上述已有技術工藝中存在的傳動環節多，機械損失大，系統效率低，維護維修管理工作量大，調整油井生產參數困難和偏磨現象嚴重的問題。
本發明的技術方案是通過以下方式實現的本發明包括圓筒形潛油磁浮直線電機、圓筒形直線雙向柱塞抽油泵、電纜，電機控制櫃和安裝方式，電機控制櫃安裝於地面、潛油磁浮直線電機與直線抽油泵設置一體，兩者同軸心，並通過與油管連接下到套管內的800-3000米深處(井內液面之下)，潛油磁浮直線電機的接線端子通過電纜與電機控制的出線端子連接，通過電機控制櫃控制潛油磁浮直線電機直線往復運動帶動直線抽油泵直線往復運動，通過對直線電機磁通量的改變直線抽油泵的衝次和衝程，實現自動改變油井生產參數提高油井採收率的目的。
潛油磁浮直線電機與直線雙向柱塞抽油泵組成的一體機構，可根據油層的儲油量大小，分層採油的需要，與封隔器、配產器配套，可實現油管和套管採油或根據油層深度實現油管接力採油。
潛油磁浮直線電機與直線抽油泵組成的一體機構，直線抽泵可配單向柱塞或雙向柱塞，實現合理採油節約電能的目的。
潛油磁浮直流電機定子或叫初級，設計長度5-10米，動子或叫次級，設計長度5-15米。
直線抽油泵的柱塞與潛油磁浮直線電機的動子之間設為一體或絲扣連接或卡箍連接或法蘭連接，連接處上面動子的拉杆內設有出油單流閥，在柱塞下端部設有遊動單流閥，在泵筒下端設有進油單流閥。
直線抽油泵雙作用泵的柱塞與潛油磁浮直線電機的動子之間設為一體或設為絲扣連接或卡箍連接或法蘭連接，連接處動子的拉杆內設有混流單流閥，其閥下面與泵筒和柱塞相通；在泵筒的中上部周側設有混流進油閥，在泵筒的下端部設有進油單流閥。
潛油磁浮直線電機電源可設置為交流電源或直流電源。
本發明與已有技術相比具有以下優點1、直線電機將電能直接轉換成舉升原油動力，中間轉換環節少，以較小的能耗達到較高系統效率。
2、直線電機作為井下泵動力系統，易於機一泵一體化設計，更加方便實施油層分採工藝，可簡化井下工具，降低施工難度，達到一層一泵精確分採的目的。
3、因無需抽油杆，徹底解決油杆、油管摩擦和偏磨現象，大大增加油管使用期，檢泵周期也相應延長。
4、潛油磁浮直線電機採油系統易於控制。可隨油井的實際油液的動態，調節泵的衝程、衝次，使整個系統處於全面協調開採狀態，更加充分利用地層的能量，提高原油採收率。還可以充分利用電機運行產生的熱量提高原油的溫度，有效地防止原油中蠟的析出。
四
圖1-本發明的直線抽油泵的雙作用泵結構示意2-本發明的直線抽油泵的單作用泵結構示意3-本發明的潛油磁浮直線電機動子(電機次級)結構示意4-本發明的潛油磁浮直線電機定子(電機初級)結構示意5-潛油直線電機電路控制示意1、2中1-套管 2-電纜 3-油管 4-定子(初級) 5-動子(次級) 6-動子拉杆 7-泵筒 8-柱塞 9-單流閥圖3中10-極靴 11-鈦鋼內管 12-永磁鐵圖4中13-矽鋼片 14-餅狀繞組 15-鈦鋼內襯管 16-定子外殼五具體實施方式
為進一步公開本發明的技術方案，下面結合說明書附圖通過實施例作詳細說明如圖1、2所示，本發明包括圓柱形潛油磁浮直線電機、圓柱形直線抽油泵、電纜電機控制櫃和安裝方式，電機控制櫃安裝於地面、潛油磁浮直線電機與直線抽油泵設置一體，兩者同軸心，並通過與油管3連接下到套管1內的800-3000米深處，潛油磁浮直線電機的接線端子4通過電纜2與電機控制的出線端子連接，通過電機控制櫃控制潛油磁浮直線電機直線往復運動帶動直線抽油泵直線往復運動，通過對直線電機磁通量的改變直線抽油泵的衝次和衝程，實現自動改變油井生產參數提高油井採收率的目的。
潛油磁浮直線電機與直線抽油油泵組成的一體機構，可根據油層的儲油量大小分層採油的需要，與封隔器、配產器配套，可實現油管和套管採油或根據油層深度實現油管接力採油。
潛油磁浮直線電機與直線抽油泵組成的一體機構，直線抽油泵可配單向柱塞或雙向柱塞，實現合理採油節約電能的目的。
潛油磁浮直流電機定子或叫初級設計長度5-10米，動子或叫次級，設計長度5-15米。
如圖2所示，直線抽油泵單向泵的柱塞8與潛油磁浮直線電機的動子5之間設為一體或絲扣連接或卡箍連接或法蘭連接，連接處上面動子的拉杆6內設有出油單流閥9，在柱塞下端部設有遊動單流閥9，在泵筒下端設有進油單流閥9。
潛油磁浮直線電機是將電能直接轉換成直線運動的機械能。圓筒形式的潛油磁浮直線電機，可採用交流電源、直流電源或脈衝電源等進行工作，能廣泛應用於各種直線運動的需要。直線電機不但具有高速、大推力的特點，還具有低速、精細等特點。
圓筒形潛油磁浮直線電機如圖1、2所示，具有體積小、易於進行機、泵一體化設計，適合在油井中起落。因此，採用圓筒形直線電機作為井下動力系統是採油工藝的最佳選擇。
圓筒形同步稀土永磁直線電機由圓筒形電機初級和電機次級同心組成，電機初級由多個圓環繞組疊置組成，電機次級為置於空心鈦管外的圓形永磁體和阻尼環交替連而成，相鄰圓環形永磁體的極性排列為N、S極交錯排列。(圖3)如圖1、2所示，電機定子4外徑φ114mm，內徑φ56mm，電機動子直徑φ55mm，同步永磁直線電機動子5衝程為1-6m，衝次為1-8min-1無極可調，程序可按工藝要求設定，達到智能採油，上述直線電機可由單個或二組、三組電機與泵組成整個採油裝置。
由於該系統採用了圓筒形直線電機作為推進柱塞做往復運動，所以將該電機結構原理介紹如下如圖4，其初級定子鐵心由矽鋼片13加工成具有凹槽的若干圓環組成，初級繞組由導線組成餅式繞組14(即圓環式)裝配時將初級圓環鐵心與餅式繞組交替疊放。
圓筒形直線電動機整個餅式線圈都是有效力，因此，圓筒形電機不存在繞組端部，同理，它的次級繞組也不存在端部，這就提高了繞組的利用率，這是圓簡直線電動機的一個特點及優點。其次圓筒形電動機中一個餅式線圈的作用相當於扁平直線電動機單層繞組一條有效邊(即半個線圈)的作用，因此在設計計算時必須把餅式線圈額匝數作為每槽導體數處理，由於圓筒數電機不存在繞組端部，因此也就不存在橫向邊效應。由於該電機可頻繁往復運動，且沒有啟動電流，系統效率高，製造工藝簡單，可在高溫、高壓、有害氣體中不間斷工作。潛油磁浮直線電機控制系統(圖5)潛油磁浮雙向採油電泵參數如下電壓380-660V(根據井下實際電壓降，供電系統自動調整)功率15-37KW推力10KN-40KN衝程0-4.2m(無級可調)衝次0-8min-1泵徑φ38-φ57電機初級長5-10m電機次級長5-15m排量0-100t/d工作壓力≤15Mpa
試驗壓力≤20Mpa工作溫度≤120℃井下潛油磁浮直線電機與柱塞泵可組成兩種採油方式。一種是常規柱塞泵的聯接方式圖2；另一種是雙作用柱塞泵的聯接方式(圖1)。
由圓筒形同步稀土永磁直線電機系統提供動力，將直線電機初極連接在雙作用泵上方，拉管上端連接於電機次極(中空鈦管)內腔下端，由圓筒形同步稀土永直線電動機的次級做上下往復運動帶動柱塞泵完成抽油。
用潛油磁浮直線電機採油，整個系統率在95％以上，由於電機在一個採油周期內速度可調。且在上、下死點根據採油工藝要求停留，充分發揮泵的效率，使一個周期內採油效率提高。例如仍採用φ57mm泵徑，衝程為4.2m，衝次為8次，理論排量123.3噸/天，如果泵效按95％計算，每天排量為117.13噸；同樣下井深度為1100米，電機功效為15KW，節能50％，直線電機動子有效長度7米，工作電壓根據下井深度可調節(範圍380-660V)。
雙作用柱塞泵工作原理如圖1所示柱塞8下衝程時，柱塞下腔室的體積變小，壓力升高，使泵筒進油單流閥9關閉，柱塞單流閥9打開，原油通過柱塞上端的拉管單流閥9進入電機動子5次極的內腔，與此同時，柱塞與泵筒之間環形空間增大，壓力降低，使泵筒周側進油單流閥9打開，拉杆單流閥關閥，原油由油套環形空間進入柱塞8直腔，柱塞8上腔完成抽油過程。上衝程時，柱塞8下腔室體積增大，壓力降低，泵筒單流閥打開吸油，與此同時，柱塞與泵筒之間環形空間減小，壓力增大，泵筒周側進油單流閥關閉，拉杆單流閥打開，柱塞腔室排油，如此循環往復將液體舉升到地面達到採油目的，由於採油雙作用泵上下衝程時都抽油，受力比較均衡，使整個系統節能性更突出，使單臺泵產油量更高。
雙作用柱塞泵理排量計算V＝Lπ(2D12-D22)n/4式中V-每分排量 L-衝程，本次實驗設計為4m；D1-下柱塞外徑設計為φ57mm，D2-拉管外徑，設計為φ38mm；n-衝次設計為8min-1，所以V＝4×3.14×(2×572-382)×8/4＝1.27×105mm2比較相同衝程與衝次的φ83mm泵；Vφ83＝4×3.14×832×8/4＝1.7×105mm2比較相同衝程與衝次的φ70mm泵；Vφ70＝4×3.14×702×8/4＝1.23×105mm2該雙作用泵的理論排量與φ70mm泵的理論排量相等，可實現小泵大排量。
1、第一口實驗井大慶油田採油九廠，井號龍_27-172004年7月16日下井，泵徑38衝程3米，衝次4次，泵深1500米，產液量19.6m3/d 耗電5.7kw至今運行正常。
2、第二口實驗井遼河油田曙光採油廠，井號_2-7-3072005年6月19日下井，該井原為遊梁抽油機泵徑￠44衝程3米，衝次4次，泵深1400米，日產液20T有功耗電9.8kw改用潛油直線電機採油泵徑￠44衝程3米，衝次5次泵深1400米，日產液28T有功耗電6.8kw。初步測算與遊梁抽油機相比節電50％ 日產液增加40％。
3、第三口實驗井大慶油田採油六廠，井號_喇-20822005年8月18日下井，該井原為遊梁抽油機泵徑￠70泵深1200米，衝程4米，衝次3次日產液25T有功耗電9.9kw改用潛油直線電機採油泵徑￠70泵深1200米衝程2米，衝次5次泵深1400米，日產液58T，有功耗電9kw。與抽油機相比節電66％日產液增加130％。
潛油磁浮雙向採油電泵經濟意義潛油磁浮雙向採油電泵是採油工程新技術、新工藝、新設備的代表，有廣泛推廣應用的平臺，採用潛油直線電磁電機為驅動力的潛入式抽油泵，可將電能直接轉化為泵體的往復運動，省去遊梁式抽油機和抽油杆，簡化採油裝置，降低成本，同時大大提高能源利用率。潛油磁浮雙向採油電泵與遊梁式抽油機比較遊梁式抽油機設備成本23-25萬元，年運行費用9.9675-15.0712萬元。
直線採油電機設備成本13-15萬元，年運行費用5.5212-8.2081萬元。
潛油磁浮直線採油電機比遊梁式抽油機每口油井年平均費用降低5.655萬元，以勝利油田兩萬多口油井50％計算為例，年可降低費用近6億元。
潛油磁浮雙向柱塞電泵採油工藝是油田採油工藝技術的創新，應用該工藝採油定會促進油田安全、節能、平穩採油，降本增效，採油智能化。
權利要求
1.一種潛油磁浮雙向柱塞電泵採油方法，包括圓筒形潛油磁浮直線電機、圓筒形直線雙向柱塞抽油泵、電纜，電機控制櫃和安裝方式，其特徵在於電機控制櫃安裝於地面、潛油磁浮直線電機與直線抽油泵設置一體，兩者同軸心，並通過與油管連接下到套管內的800-3000米深處(井內液面之下)，潛油磁浮直線電機的接線端子通過電纜與電機控制的出線端子連接，通過電機控制櫃控制潛油磁浮直線電機直線往復運動帶動直線抽油泵直線往復運動，通過對直線電機磁通量的改變直線抽油泵的衝次和衝程，實現自動改變油井生產參數提高油井採收率的目的。
2.根據權利要求1所述的潛油磁浮雙向柱塞電泵採油方法，其特徵在於所述潛油磁浮直線電機與直線雙向柱塞抽油泵組成的一體機構，可根據油層的儲油量大小，分層採油的需要，與封隔器、配產器配套，可實現油管和套管採油或根據油層深度實現油管接力採油。
3.根據權利要求1所述的潛油磁浮雙向柱塞電泵採油方法，其特徵在於所述潛油磁浮直線電機與直線抽油泵組成的一體機構，直線抽泵可配單向柱塞或雙向柱塞，實現合理採油節約電能的目的。
4.根據權利要求1所述的潛油磁浮雙向柱塞電泵採油方法，其特徵在於所述潛油磁浮直流電機定子或叫初級，設計長度5-10米，動子或叫次級，設計長度5-15米。
5.根據權利要求1所述的潛油磁浮雙向柱塞電泵採油方法，其特徵在於所述直線抽油泵的柱塞與潛油磁浮直線電機的動子之間設為一體或絲扣連接或卡箍連接或法蘭連接，連接處上面動子的拉杆內設有出油單流閥，在柱塞下端部設有遊動單流閥，在泵筒下端設有進油單流閥。
6.根據權利要求1所述的潛油磁浮雙向柱塞電泵採油方法，其特徵在於所述直線抽油泵雙作用泵的柱塞與潛油磁浮直線電機的動子之間設為一體或設為絲扣連接或卡箍連接或法蘭連接，連接處動子的拉杆內設有混流單流閥，其閥下面與泵筒和柱塞相通；在泵筒的中上部周側設有混流進油閥，在泵筒的下端部設有進油單流閥。
7.根據權利要求1所述的潛油磁浮雙向柱塞電泵採油方法，其特徵在於所述潛油磁浮直線電機電源可設置為交流電源或直流電源。
全文摘要
一種潛油磁浮雙向柱塞電泵採油方法，包括圓筒形潛油磁浮直線電機、圓筒形直線雙向柱塞抽油泵、電纜，電機控制櫃和安裝方式，其特徵在於電機控制櫃安裝於地面、潛油磁浮直線電機與直線抽油泵設置一體，兩者同軸心，並通過與油管連接下到套管內的800－3000米深處(井內液面之下)，潛油磁浮直線電機的接線端子通過電纜與電機控制的出線端子連接，通過電機控制櫃控制潛油磁浮直線電機直線往復運動帶動直線抽油泵直線往復運動，通過對直線電機磁通量的改變直線抽油泵的衝次和衝程，實現自動改變油井生產參數提高油井採收率的目的。
文檔編號F04B47/00GK1869397SQ20061004500
公開日2006年11月29日 申請日期2006年6月16日 優先權日2006年6月16日
發明者蓋舉輝, 田麗霞, 王子貴, 王維綱 申請人:東營華冠石油裝備有限公司