專利名稱：可撈式直線電機往復(fù)泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于石油開采的井下往復(fù)泵，特別涉及一種井下直線電機驅(qū)動的往復(fù)泵。屬于機械采油領(lǐng)域，適合于機械采油井，尤其適合于斜井、定向井、水平井及偏磨井采油用。
背景技術(shù)：
目前，已有將直線電機應(yīng)用在石油井下，直接驅(qū)動往復(fù)泵工作的報道和專利申請。如“電潛式永磁直線往復(fù)泵”專利公開號CN 1563715A；“一種直線電機驅(qū)動的柱塞式抽油泵”專利公開號CN 1587708A；“圓筒形稀土永磁直線電機驅(qū)動的節(jié)能潛油電泵采油裝置”就是其中幾例。直線電機應(yīng)用在石油井下驅(qū)動往復(fù)泵采油，是一項節(jié)約能源，減少抽油機占地面積，節(jié)約采油成本的好方法。吸引了許多工程技術(shù)人員進行研究。但在現(xiàn)場應(yīng)用直線電機驅(qū)動往復(fù)泵采油確沒有見到。這是由于目前直線電機驅(qū)動的往復(fù)泵采油方案，還存在實際問題沒有得到解決。如在上述的這些專利中存在一個共同的結(jié)構(gòu)缺點。目前，直線電機驅(qū)動的采油往復(fù)泵，結(jié)構(gòu)是直線電機動子、定子和往復(fù)泵安裝在油井套管內(nèi)的油管上，缺點就是直線電機的動子和定子的安裝位置在往復(fù)泵的上部。檢修往復(fù)泵和直線電機時，直線電機的供電電纜必須同往復(fù)泵、直線電機一同從油井套管中起出。從事修井的操作人員和技術(shù)人員都知道，受井傾斜角和方位角變化的影響，電纜在下井或起出過程中，容易與套管、油管發(fā)生擠壓，極容易導(dǎo)致電纜破損。如果是起出電纜時受損，在下泵時換一根新電纜；如果是在下電纜、安裝泵時電纜受損，必須將安裝好的直線電機驅(qū)動的采油往復(fù)泵，連同電纜起出，更換新電纜。一根數(shù)千米的井下電纜，價值十多萬元。改變直線電機驅(qū)動的采油往復(fù)泵結(jié)構(gòu)，克服井下電纜受損問題，是實施本技術(shù)的關(guān)鍵，也是長期以來技術(shù)人員想解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種可撈式直線電機往復(fù)泵，改變原有直線電機驅(qū)動的采油往復(fù)泵結(jié)構(gòu)，將抽油泵或雙作用抽油泵的柱塞位置連接在直線電機動子之上。當(dāng)供電電纜給直線電機的定子線圈供電，產(chǎn)生氣隙磁場，直線電機動子與氣隙磁場相互作用產(chǎn)生電磁推力，沿行波磁場方向作直線運動，電流方向改變，力的方向而相應(yīng)改變，實現(xiàn)帶動往復(fù)泵往復(fù)運動；電纜位置在套管與油管之間的環(huán)形空間內(nèi)，檢修往復(fù)泵時只需從油管內(nèi)，取出往復(fù)泵和電機動子，不需要取出直線電機定子，因此套管與油管之間的電纜也不需要從井中取出?？朔F(xiàn)有的井下直線電機驅(qū)動的往復(fù)泵在檢修時，供電電纜必須起出，電纜容易擠壓損傷的不足。
本發(fā)明的任務(wù)是通過下述方案實現(xiàn)的。
可撈式直線電機往復(fù)泵主要由以下幾部分組成電纜、油管、扶正器、錨定裝置、打撈頭、往復(fù)泵、錨定密封裝置、直線電機組成。直線電機采用永磁材料制作大推力慢速度圓筒型永磁同步直線電機，它由定子和動子組成，定子的主要部件是線圈，動子的主要部件是永久磁鐵。特征是直線電機的動子通過動子連桿與往復(fù)泵柱塞連接。往復(fù)泵的位置在直線電機的上部。錨定密封裝置的位置在往復(fù)泵與直線電機之間。錨定密封裝置有兩個作用，一是將直線電機定子固定于連接在油管的外密封上，另一是阻止油抽油泵抽汲到泵上油管內(nèi)的液體向下泄漏。
所述往復(fù)泵的特征是在筒狀泵體內(nèi)有固定凡爾和游動凡爾，固定凡爾在游動凡爾上部。固定凡爾內(nèi)有固定凡爾球。筒狀泵體內(nèi)有柱塞，柱塞與泵體滑動配合，柱塞內(nèi)有游動凡爾球。柱塞下部連接動子連桿。將直線電機動子與往復(fù)泵柱塞連接在一起，直線電機動子上下運動，帶動柱塞上下運動。動子連桿中心有孔，提升的井液可以通過動子連桿中心孔進入往復(fù)泵。泵筒的底部有呼吸孔，柱塞上下活動時，柱塞下部空間的井液可以進出。往復(fù)泵的柱塞、游動凡爾球和固定凡爾球的其它具體結(jié)構(gòu)，不詳細敘述，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能參照上述特征完成設(shè)計。
上述直線電機所采用的是釹鐵硼永磁材料制作大推力慢速度圓筒型永磁同步直線電機。直線電機由定子和動子兩大部分組成定子由管狀電機外殼、定子磁鐵芯、定子線圈、內(nèi)襯管組成。動子由釹鐵硼永磁材料制成，直線電機的特征是動子中心有孔井液可以通過動子孔進入連桿中心孔，再進入往復(fù)泵。
在往復(fù)泵與直線電機動子之間的動子連接桿外壁上有支撐環(huán)和彈簧爪，與密封筒配合固定內(nèi)心裝置。動子連接桿外壁上還有密封圈。
為了將直線電機動子、動子連桿和往復(fù)泵所組成的可撈式直線電機往復(fù)泵內(nèi)心裝置，固定在外殼上，外殼的結(jié)構(gòu)是外連接管下有支撐環(huán)，支撐環(huán)下部連接外密封環(huán)、密封筒、直線電機外殼，外殼內(nèi)有定子。
為了在井下安裝內(nèi)心裝置或從井下起出內(nèi)心裝置，在內(nèi)心裝置頂部固定有打撈頭。打撈頭的形狀是帶有環(huán)形槽的圓錐體。
可撈式直線電機往復(fù)泵外殼懸掛在油管下端。檢泵作業(yè)安裝時，用鋼絲繩或抽油桿通過釋放筒連接打撈頭，將往復(fù)泵和直線電機內(nèi)芯一起下到預(yù)定位置，并座在錨定密封裝置的密封筒上，這樣抽油泵就通過錨定密封裝置固定在油管上，并將抽油泵排入到油管內(nèi)的液體與抽油泵下面的液體密封隔離開來。檢泵作業(yè)起泵時，用鋼絲繩或抽油桿通過打撈筒連接打撈頭，將往復(fù)泵和直線電機內(nèi)芯一起從井中起出。直線電機的定子留在井下，當(dāng)然，電纜不用從井下起出。
本裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的有益效果，如下①、檢泵作業(yè)不需要從井下起出直線電機定子，也不需要起出電纜和油管，減少了井下作業(yè)工作量和作業(yè)費用，避免了起下電纜對電纜造成的損傷，降低了作業(yè)和維護成本。
②、抽油泵采用桿式泵結(jié)構(gòu)，錨定、密封可靠，起下方便。
③、該裝置不僅適合在直井，而且適合在定向井、斜直井、水平井和方位角變化大的油井中使用。
④、徹底解決了困擾直線電機驅(qū)動的往復(fù)泵在采油中應(yīng)用，最難解決的起下泵時，必須起下電纜的難題。為直線電機往復(fù)泵在采油中推廣應(yīng)用攻克了一道技術(shù)難關(guān)。
⑤、本發(fā)明打破了直線電機驅(qū)動的往復(fù)泵傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。長期以來，動力源直線電機的位置只能在往復(fù)泵上端。本發(fā)明將動力源直線電機的位置改變到往復(fù)泵下端，并獲得了意想不到的技術(shù)突破。


附圖1是可撈式直線電機往復(fù)泵整體結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
附圖2是可撈式直線電機往復(fù)泵結(jié)構(gòu)示意圖。是將內(nèi)心裝置與外殼組裝到一起的整體結(jié)構(gòu)圖。
附圖3是釋放筒結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖4是打撈筒結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖5是直線電機動子、動子連桿和往復(fù)泵所組成的可撈式直線電機往復(fù)泵內(nèi)心裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖6是可撈式直線電機往復(fù)泵外殼結(jié)構(gòu)示意圖。
1.套管，2.電纜，3.油管，4.扶正器，5.錨定裝置，6.打撈頭，7.抽油泵，8.錨定密封裝置，9.直線電機，10.固定凡爾球，11.泵體，12.柱塞，13.游動凡爾球，14.泵筒，15.外連接管，16.支撐環(huán)，17.彈簧爪，18.內(nèi)密封環(huán)，19.外密封環(huán)，20.內(nèi)密封，21.支撐套，22.小泵筒，23.密封筒，24.直線電機外殼，25.動子連桿，26.動子，27.定子。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明進一步說明。
實施例在圖1中，套管(1)外徑139.7毫米或177.8毫米，是油井中的必備的。油管(3)外徑88.9毫米、內(nèi)徑75.9毫米或外徑73毫米、內(nèi)徑62毫米，長度1120米。油管(3)下端連接本發(fā)明可撈式直線電機往復(fù)泵。電纜(2)通過套管(1)和油管(3)之間的環(huán)形空間與直線電機定子(27)繞組相連，驅(qū)動電機動子(26)上下運動。本發(fā)明可撈式直線電機往復(fù)泵從外形上，主要分3大部分，往復(fù)泵(7)、錨定密封裝置(8)和直線電機(9)部分。錨定密封裝置(8)在抽往復(fù)泵(7)和直線電機(9)的中間，起到錨定和密封作用。往復(fù)泵(7)的柱塞和直線電機(9)的之間由空心動子連桿(25)連接。與往復(fù)泵連接本發(fā)明與其它相關(guān)技術(shù)比較，特點是往復(fù)泵(7)在直線電機(9)的上部。由于往復(fù)泵(7)和直線電機(9)的位置的倒置，各部件機構(gòu)也發(fā)生了相應(yīng)變化。
見圖5往復(fù)泵在筒狀泵體(11)內(nèi)有固定凡爾球(10)和游動凡爾球(13)，固定凡爾在游動凡爾上部。筒狀泵體(11)內(nèi)有柱塞(12)，柱塞(12)的外徑小于泵體內(nèi)徑。柱塞(12)與泵體(11)滑動配合，柱塞(12)的行程長度為1000毫米～6000毫米。柱塞(12)內(nèi)有游動凡爾球(13)。柱塞(12)下部連接動子連桿(25)。動子連桿(25)中心有內(nèi)徑為20毫米～60毫米的通孔。泵筒(11)的底部有3～6個呼吸孔，每個呼吸孔的直徑是20毫米～40毫米。
見圖2直線電機定子(27)由管狀電機外殼、定子磁鐵芯、定子線圈、內(nèi)襯管組成。定子(27)外徑116毫米，內(nèi)徑70毫米，長度3000毫米～9000毫米。動子由釹鐵硼永磁材料制成。直線電機的動子(26)外徑69毫米，長度3000毫米～6000毫米。
見圖5往復(fù)泵與直線電機動子(27)之間的動子連接桿(25)外壁上均布有4個壓片式彈簧爪(17)，有內(nèi)密封環(huán)(18)、密封圈(20)、支撐套(21)。與密封筒(23)配合固定內(nèi)心裝置。
見圖6外殼的結(jié)構(gòu)是外連接管(15)內(nèi)徑100毫米，外連接管(15)下連接支撐環(huán)(16)，下部連接外密封環(huán)(19)、密封筒(20)、直線電機外殼(24)，直線電機外殼(24)內(nèi)有定子(27)。直線電機外殼(24)內(nèi)徑30毫米～60毫米，長度3000毫米～6000毫米。
見圖5在內(nèi)心裝置頂部固定有打撈頭(6)。打撈頭(6)的形狀是帶有環(huán)形槽的圓錐體，直徑45毫米，高度100毫米。打撈頭(6)的環(huán)形槽有兩個，寬度8毫米。
見圖3是一個能與打撈頭(6)連接并能脫開的連接體釋放筒，通過釋放筒將內(nèi)心裝置安裝在外殼內(nèi)。
見圖4是一個能與打撈頭(6)連接并能脫開的連接體打撈筒，通過打撈筒將內(nèi)心裝置從外殼內(nèi)取出。
對于往復(fù)泵(7)，其工作原理與普通往復(fù)泵的原理基本相同。
當(dāng)直線電機(9)中定子(27)線圈中通有適當(dāng)?shù)碾娏鲿r，電機定子(27)形成一行波磁場，該磁場與固定在動子(27)上的永久磁鐵相互作用，驅(qū)動電機動子(26)往復(fù)運動；直線電機的動子(26)由一根中心管外表面套永久磁鐵及固定環(huán)組成。永久磁鐵采用性能特別優(yōu)異的永磁材料，固定環(huán)采用阻磁性能良好的黃銅或不導(dǎo)磁的不銹鋼，中心管采用導(dǎo)磁性能優(yōu)良的高碳鋼管，這種結(jié)構(gòu)可以大大提高直線電機磁路中磁場強度，從而提高單位電流產(chǎn)生的電磁力。
錨定密封裝置(8)作用是當(dāng)直線電機(9)帶動往復(fù)泵(7)工作時，套管(1)與油管(30之間的液體被舉升到油管(3)內(nèi)，油管(3)內(nèi)的壓力大于套管(1)與油管(3)之間的壓力，在錨定密封裝置(8)內(nèi)、外形成壓差，推動錨定密封裝置(8)的活塞向外運動，使錨定密封裝置(8)的錨牙緊貼套管(1)內(nèi)壁，油管(3)在錨定密封裝置(8)的錨牙錨定力作用下不能上、下運動。假如電纜出現(xiàn)故障或其它原因需要起出油管(3)時，先拉出往復(fù)泵(7)和直線電機動子(26)，由于這時油、套環(huán)空連通，油、套環(huán)空與油管(3)內(nèi)壓力平衡，錨定裝置(8)的錨牙在油管(3)的上提時收回，管柱就可以順利起出。錨定密封裝置(8)采用現(xiàn)有技術(shù)在這里不詳細敘述。
安裝和打撈往復(fù)泵(7)與直線電機動子(26)的過程是這樣的1、打撈當(dāng)井下出現(xiàn)故障或需要起出往復(fù)泵(7)、直線電機動子(26)等井下部件時，通過鋼絲繩或抽油桿連接打撈筒(如圖4)，從油管(3)內(nèi)下入，撈住打撈頭(6)，將抽油泵(7)、直線電機動子(26)起出到地面進行維修。維修好后，再用鋼絲繩或抽油桿連接釋放筒(如圖3)將往復(fù)泵(7)和直線電機動子(26)下放到預(yù)定位置，此時，連接在油管(3)上外密封環(huán)(19)將支撐與連接在裝置內(nèi)芯(如圖5)上的內(nèi)密封環(huán)(18)，與密封圈(20)一起形成雙重密封。
權(quán)利要求
1.一種可撈式直線電機往復(fù)泵，由電纜(2)、油管(3)、錨定密封裝置(8)、打撈頭(6)、往復(fù)泵(7)、直線電機(9)組成，直線電機(9)由定子(27)和動子(26)組成，定子(27)的主要部件是線圈，動子(26)的主要部件是永久磁鐵，其特征在于直線電機的動子(26)通過動子連桿(25)與往復(fù)泵柱塞(12)連接，往復(fù)泵(7)的位置在直線電機(9)的上部，錨定密封裝置(8)的位置在往復(fù)泵(7)與直線電機(9)之間。
2.如權(quán)利要求1所述的一種可撈式直線電機往復(fù)泵，其特征在于往復(fù)泵(7)的特征是在筒狀泵體(11)內(nèi)有固定凡爾和游動凡爾，固定凡爾在游動凡爾上部，固定凡爾內(nèi)有固定凡爾球(10)，筒狀泵體(11)內(nèi)有柱塞(12)，柱塞(12)與泵體(11)滑動配合，柱塞(12)內(nèi)有游動凡爾球(13)，柱塞(12)下部連接動子連桿(25)，動子連桿(25)中心有孔。
3.如權(quán)利要求1所述的一種可撈式直線電機往復(fù)泵，其特征在于直線電機定子(27)由管狀電機外殼(24)、定子磁鐵芯、定子線圈、內(nèi)襯管組成，其特征在于直線電機動子(26)中心有孔。
4.如權(quán)利要求1、或2、或3所述的一種可撈式直線電機往復(fù)泵，其特征在于往復(fù)泵(7)與直線電機動子(26)之間的動子連桿(25)外壁上有支撐環(huán)(16)和彈簧爪(17)，與密封筒(23)配合固定內(nèi)心裝置，動子連桿(25)外壁上還有密封圈(20)。
5.如權(quán)利要求1、或2、或3所述的一種可撈式直線電機往復(fù)泵，其特征在于外殼的結(jié)構(gòu)是外連接管(15)下有支撐環(huán)(16)，支撐環(huán)(16)下部連接外密封環(huán)(19)、密封筒(23)、直線電機外殼(24)，外殼(24)內(nèi)有定子(27)。
6.如權(quán)利要求1、或2、或3所述的一種可撈式直線電機往復(fù)泵，其特征在于在內(nèi)心裝置頂部固定有打撈頭(6)，打撈頭(6)的形狀是帶有環(huán)形槽的圓錐體。
全文摘要
一種用于石油井下的可撈式直線電機往復(fù)泵，它由電纜、往復(fù)泵、錨定密封裝置、直線電機、油管等組成，直線電機是圓筒型永磁同步直線電機。電機由定子和動子組成，定子為線圈，動子是永久磁鐵。直線電機的動子通過動子連桿與往復(fù)泵柱塞連接。往復(fù)泵的位置在直線電機的上部。錨定密封裝置起到固定和密封作用。通過釋放筒將抽油泵和直線電機內(nèi)芯一起座在錨定密封裝置的密封筒上，還可以通過打撈筒起出，但是電纜可以不起出。徹底解決了直線電機驅(qū)動的往復(fù)泵起下泵時，必須起下電纜的難題。打破了直線電機驅(qū)動的往復(fù)泵傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并獲得了意想不到的技術(shù)突破。
文檔編號F04B17/04GK1900521SQ200510085460
公開日2007年1月24日 申請日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月21日
發(fā)明者佘梅卿, 查振國, 王新志, 喬榮娜, 楊玉山 申請人:中國石油化工股份有限公司河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院