直流步進永磁直線電機驅動式潛油採油泵的製作方法

2023-12-11 09:06:47

專利名稱：直流步進永磁直線電機驅動式潛油採油泵的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於油田石油開採的井下裝置，屬採油機械設備類。
背景技術：
長期以來，油田現場採用的石油開採設備均以遊梁式或鏈條式抽油機和 井下抽油泵為主。此種採油裝置技術成熟，故障率較低，經久耐用，但需要 在地面上設置龐大的抽油機，並需要使用上千米的抽油杆，且系統效率低， 能耗高，特別是對於井身有一定斜度的井還會發生抽油杆偏磨，造成抽油杆 損壞斷脫等事故，井下作業工作量較大。目前，部分油區採用的電動潛油泵 主要由電纜、潛油電機和多級葉輪構成的離心泵組成，此種電泵揚程低，只 適合淺井和產量較大的油井使用，同時還存在電機效率低、電泵壽命短、故 障率高等缺點。此外，現有電潛泵開採技術中雖然出現過多種類型的井下直 線電機，但是多為交流感應同步電機，使用時必須降低電源頻率，且功率較 低，推力小，不適合深井採油的要求。

發明內容
本發明的目的在於提供一種能耗和故障率較低、效率較高、使用壽命長 且適用於深井採油的直流步進永磁直線電機驅動式潛油採油泵。
本發明的技術方案如下。此種電潛泵由電纜、電機筒、電機動子、變徑護 套、泵筒、柱塞、球閥組組成，電纜上下端分別與地面控制櫃和電機筒中的 線圈相連接，電機筒上下端分別以螺紋與油管和電機護套相連接，變徑護套 下端以螺紋與泵筒相連接，電機筒、泵筒內分別設有電機動子和柱塞、球閥 組，電機動子下端與柱塞上端相連接。工作時，地面控制櫃電源供給的電流 由電纜傳輸給井下直線電機，線圈通電後，電流流經線圈在由碳鋼製作的電 機動子內產生磁場，與定子磁鐵產生的永磁場形成吸力與推力的相互作用， 使動子前進或後退；在電機動子的帶動下連接在電機下方的柱塞泵作上下往 復運動，原油在柱塞泵的作用和球閥組的開關動作下吸入泵筒，並通過筒形 直線電機內腔和其上方的油管採出到地面。
本發明結構新穎，摒棄了結構複雜、體積龐大的地面抽油機和上千米的
抽油杆，並可避免抽油杆偏磨，降低作業費用；與現有離心式電潛泵相比， 則由於直流電機採用脈衝直流驅動，具有能耗和故障率低、使用壽命長和可 用於深井等優點。


圖1為本發明電潛泵在工作狀態下的總體結構示意圖； 圖2為直流步進永磁直線電機的結構示意圖； 圖3為圖2中的A—A剖面圖。 圖4為圖3的B—B剖面立體示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明的實施作進一步說明。
如圖1所示，本發明由電纜l、電機筒2、電機動子3、變徑護套4、泵筒 5、柱塞6、球閥組7組成，其結構組裝關係如下電纜1上、下端分別與地 面控制櫃8和電機筒2中的線圈相連接，電機筒2上、下端分別以螺紋與油 管9和變徑護套4相連接，變徑護套4下端以螺紋與泵筒5相連接，電機筒2、 泵筒5內分別設有電機動子3和柱塞6、球閥組7，電機動子3下端與柱塞6 上端相連接。其中，電機筒2 (見圖2)由變徑接頭IO、電機絲堵11和26、 電纜12、密封件13和25、位置採集控制器15、位置採集傳感器16、電機支 架17、定子鐵芯18、定子線圈19、磁鐵20、滑動軸承套21組成，電機筒2 上端設有變徑接頭IO，腔內設有多個彼此咬合的電機支架17，每個電機支架 17由端板和多個支柱組成，端板上留有電纜穿線槽和螺絲孔，端板中心鑲有 滑動軸承套21，端板兩側分別由螺栓固定有兩組定子鐵芯18，定子鐵芯18 由多片內徑不同的鐵芯疊加而成，斷面呈槽形，相鄰的兩組定子鐵芯18中間 夾有定子線圈19,定子鐵芯18外緣齒形槽中夾有多組條形鐵芯27，定子鐵 芯18的外部吸附有多條弧形磁鐵20;電機動子3由厚壁低碳鋼管制作，其外 套裝有相互間隔的鐵環22和滑動軸環23，滑動軸環23和滑動軸承套21由特 種高強度耐磨的陶瓷或合金製作，電機動子3上下兩端用動子絲堵14和24 鎖定，電機動子3外側間隔設有多組鐵環22和滑動軸環23，滑動軸環組與電 機筒2上的多個滑動軸承套21之間形成特種直線軸承組合。定子線圈19分 為A、 B兩組，交替間隔安裝，相鄰線圈A、 B的定子鐵芯18產生的磁極相 反，永磁鐵20為軸向充磁，形成多組永磁磁路。A、 B兩組線圈各接電纜的 兩條線，共用一根零線，採用直流電源分組供電，通過對不同線圈供電的脈
衝變化控制電機動子3的上升或下降動作。當電機A組線圈加正向直流電時， 線圈兩側電機動子3上鐵環22的磁場與靠近的定子鐵芯18凸極磁場異性吸 引對齊，使電機動子3產生運動；而B組線圈的電流在波形時序上滯後90度， 所產生的鐵環22磁場，只能與定子鐵芯18凸極對上其長度的一半，這樣， 線圈兩側的鐵環22—面是推力，另一面是拉力，均朝一個方向；當A組線圈 變換電流方向時，B組線圈兩側對應的鐵環22向著定子鐵芯1 8凸極對齊的 方向運動，當A組線圈換完電流方向後，A組線圈兩側對應的動子的磁極方 向與原來相反，此時，動子向著原對齊方向外運動，使得A、 B兩組線圈產生 的磁力同時並同向作用於動子，使動子產生比原來一組線圈多一倍的動力。 此時，B組線圈在動子上的鐵環22與定子鐵芯18異性凸極對齊，而A組線 圈兩側在動子上鐵環22與定子鐵芯1 8凸極對上一半，準備在B組線圈換向 時，向定子鐵芯18異性凸極的方向對齊。如此，A、 B兩組線圈周而復始地 依次逐一改變電流方向，使動子產生一個方向的連續運動。直到電機動子的 前進行程達到柱塞泵的一個衝程。此時，在地面控制櫃8的控制下，電機開 始加載反序列的電流，使電機動子反向運動，電機動子上的鐵環組22用以與 定子鐵芯18凸極相吸引或排斥，使動子運動。位置採集傳感器16由相互反 串的差動線圈組成，它套裝在電機動子3的鐵環22上，鐵環22在線圈中穿 行運動時，位置採集傳感器16產生脈衝信號，通過累計脈衝信號獲得電機動 子3的位置參數；位置採集控制器15是一個具有信號放大和電力載波功能的 單片機，將位置採集傳感器16採集的位置信號，通過電纜l傳到地面控制櫃 8，實現電機動作的閉環控制。
本發明提供的直流步進永磁直線電機驅動式潛油採油泵泵筒(5)以上的 直線電機部分，也可以獨立地與現有標準的油井柱塞泵相連接，通過電機動 子上下往復運動驅動柱塞泵工作。
權利要求
1、一種直流步進永磁直線電機驅動式潛油採油泵，由電纜(1)、電機筒(2)、電機動子(3)、變徑護套(4)、泵筒(5)、柱塞(6)、球閥組(7)組成，其特徵在於電纜(1)上、下端分別與地面控制櫃(8)和電機筒(2)中的線圈相連接，電機筒(2)上、下端分別以螺紋與油管(9)和變徑護套(4)相連接，變徑護套(4)下端以螺紋與泵筒(5)相連接，電機筒(2)、泵筒(5)內分別設有電機動子(3)和柱塞(6)、球閥組(7)，電機動子(3)下端與柱塞(6)上端相連接。
2 、根據權利要求1所述的直流步進永磁直線電機驅動式潛油採油泵，其 特徵在於，電機筒(2)由變徑接頭(10)、電機絲堵(11)和(26)、電 纜(12)、密封件(13)和(25)、位置採集控制器(15)、位置採集傳感 器(16)、電機支架(17)、定子鐵芯(18)、定子線圈(19)、磁鐵(20)、 滑動軸承套(21)組成；電機筒(2)上端設有變徑接頭(10)，腔內設有 多個彼此咬合的電機支架(17)，每個電機支架(17)由端板和多個支柱 組成，端板上留有電纜穿線槽和螺絲孔，端板中心鑲有滑動軸承套(21)， 端板兩側分別由螺栓固定有兩組定子鐵芯(18)，定子鐵芯(18)由多片 內徑不同的鐵芯疊加而成，斷面呈槽形，相鄰兩組定子鐵芯(18)中間夾 有定子線圈(19),定子鐵芯(18)外緣齒形槽中夾有多組條形鐵芯(27)， 定子鐵芯(18)的外部吸附有多條弧形磁鐵(20);定子線圈(19)分為 A、 B兩組，交替間隔安裝，相鄰線圈A、 B的定子鐵芯(18)產生的磁 極相反，永磁鐵(20)為軸向充磁，形成多組永磁磁路。
3 、根據權利要求1所述的直流步進永磁直線電機驅動式潛油採油泵，其 特徵在於，電機動子(3)由厚壁低碳鋼管制作，其外套裝有相互間隔的 鐵環(22)和滑動軸環(23)，滑動軸環(23)和滑動軸承套(21)由特 種高強度耐磨陶瓷或合金製作，電機動子3上下兩端用動子絲堵(14)和(24)鎖定，電機動子(3)外側間隔設有多組鐵環(22)和滑動軸環(23)， 滑動軸環(23)與電機筒(2 )上的多個滑動軸承套(21)之間形成特種 直線軸承組合。
4 、根據權利要求1所述的直流步進永磁直線電機驅動式潛油採油泵，其 特徵在於，泵筒(5)以上的直線電機部分，也可以獨立地與現有標準的 油井柱塞泵相連接，通過電機動子(3)上下往復運動驅動柱塞泵工作。
全文摘要
本發明涉及一種直流步進永磁直線電機驅動式潛油採油泵，由電纜(1)、電機筒(2)、電機動子(3)、變徑護套(4)、泵筒(5)、柱塞(6)、球閥組(7)組成，電纜(1)上、下端分別與地面控制櫃(8)和電機筒(2)中的線圈相連接，電機筒(2)上、下端分別以螺紋與油管(9)和變徑護套(4)相連接，變徑護套(4)下端以螺紋與泵筒(5)相連接，電機筒(2)、泵筒(5)內分別設有電機動子(3)和柱塞(6)、球閥組(7)，電機動子下端與柱塞(6)上端相連接。此種採油泵結構新穎，摒棄了結構複雜、體積龐大的地面抽油機和上千米的抽油杆，並可避免抽油杆偏磨，降低作業費用；與現有離心式電潛泵相比，具有能耗和故障率低、使用壽命長和可用於深井等優點。
文檔編號H02K41/03GK101377195SQ20081016089
公開日2009年3月4日 申請日期2008年10月9日 優先權日2008年10月9日
發明者夏德權, 越 張, 張洪新 申請人:張洪新;夏德權;張 越