專利名稱：：水平井電潛柱塞泵舉升裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：水平井電潛柱塞泵舉升裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
-本實用新型涉及油田采油工程領(lǐng)域中的一種舉升裝置，尤其是涉及一種應(yīng)用于水平井采油領(lǐng)域中的無桿泵舉升裝置。技術(shù)背景目前，國內(nèi)許多外圍低產(chǎn)低滲透油田都已經(jīng)應(yīng)用水平井技術(shù)進行開發(fā)，隨著石油資源的日漸減少，應(yīng)用水平井的規(guī)模正在逐年擴大?，F(xiàn)在應(yīng)用于水平井上完成舉升的技術(shù)主要有潛油電泵、水力射流泵等無桿泵舉升工藝，但是這些成熟的技術(shù)由于投資高、排量大等原因而難以滿足低滲透、低產(chǎn)水平井舉升的需要，尤其是難以滿足水平井、大斜度定向井深抽的需要。而如果采用抽油機-深井泵、螺桿泵等有桿泵舉升工藝卻又無法解決桿、管之間的偏磨問題，無法下到水平段，因此，水平井采出液的舉升問題已經(jīng)成為制約低產(chǎn)低滲透油田提高采收率的一大難題。
實用新型內(nèi)容-為了解決現(xiàn)有水平井舉升裝置釆用潛油電泵、水力射流泵導致投資高、排量大難以滿足需要而采用有桿泵卻又無法解決桿、管之間的偏磨等問題，本實用新型提供了一種水平井電潛柱塞泵舉升裝置，該種水平井電潛柱塞泵舉升裝置生產(chǎn)成本低、可在小排量下工作，能夠解決桿、管之間的偏磨問題，降低桿系統(tǒng)因素的作業(yè)維護工作量，延長檢泵周期。此外該裝置可下至水平井段舉升，可在任意流壓下生產(chǎn)，確保水平井的合理流壓。本實用新型的技術(shù)方案是該種水平井電潛柱塞泵舉升裝置，包括采油樹、油管、潛油電纜及地面控制柜，以及一個小直徑高彈性永磁直線電機、一個水平舉升抽油泵。所述小直徑高彈性永磁直線電機主要由定子與動子兩部分組成，定子部分包括環(huán)形定子線圈、環(huán)形定子鐵心、高彈性外筒、耐磨保護內(nèi)筒。其中，環(huán)形定子鐵芯在高彈性外筒內(nèi)間隙配合，每個環(huán)形定子鐵心與每個嵌入的環(huán)形定子線圈構(gòu)成一個磁極單元，由若千個磁極單元構(gòu)成單節(jié)電機的電磁部分，多級單節(jié)電機的電磁部分串聯(lián)后組成電機定子的電磁部分，高彈性外筒與耐磨保護內(nèi)筒之間為密閉空間，其內(nèi)充入絕緣油，動子部分包括連接桿、永磁體、動子鐵心以及動子底座，其中，連接桿固定在動子底座上，而在連接桿上則間隔固定有環(huán)形永磁體以及環(huán)形動子鐵心，在永磁體及動子鐵心的外壁上有一個由防腐耐磨材料構(gòu)成的保護套，所述動子部分固定于定子部分的環(huán)形中心孔內(nèi)，兩部分之間留有氣隙。所述水平舉升抽油泵由固定凡爾、泵筒、柱塞以及上、下兩個游動凡爾組成。其中固定凡爾由固定凡爾罩、固定凡爾球、以及復位彈簧組成，復位彈簧、固定凡爾球、固定球座依次置于固定凡爾罩內(nèi)，固定凡爾罩與固定凡爾球之間為間隙配合，在固定凡爾罩的前端有過流通道，所述上、下兩個游動凡爾分別由上游動凡爾罩、上游動球座、上游動球、游動彈簧和下游動凡爾罩、下游動球座、下游動球構(gòu)成，上游動球座、上游動球、游動彈簧位于上游動凡爾罩內(nèi)，下游動球座、下游動球位于下游動凡爾罩內(nèi)，上游動凡爾罩與上游動球以及下游動凡爾罩與下游動球之間均為間隙配合，在上游動凡爾罩前端有過流通道，'所述固定凡爾在泵筒的前端，游動凡爾與柱塞位于泵筒內(nèi)，其中上、下游動凡爾罩與柱塞螺紋連接，所述柱塞在泵筒內(nèi)與其間隙配合，保護筒固定于泵筒外。所述小直徑高彈性永磁直線電機通過電機上接頭、動子上接頭、泵連管、電泵刮砂杯、出砂接頭、刮砂光桿、光桿接頭、篩管、推桿、光桿接頭座連接在水平舉升抽油泵的后端，其中小直徑高彈性永磁直線電機的定子部分與泵筒相連，動子部分與柱塞相連，水平舉升抽油泵的前端與油管相連，篩管上的通孔為液體進入泵筒的通道，所述動子部分在地面控制柜的控制下沿軸向往復運動，帶動柱塞往復運動。本實用新型具有如下有益效果首先，由于小直徑高彈性永磁直線電機電磁部分采用了多級式聯(lián)結(jié)配合高彈性材料制成的外筒，使得它可以產(chǎn)生彈性變形量然后通過水平井的曲率最大處，可順利下至水平井段；其次，這個小直徑高彈性永磁直線電機連接在泵的后端，泵前端與油管相連，直線電機的動子與抽油泵柱塞相連，液體由泵和電機中間的篩管進入泵筒，當動子在控制系統(tǒng)的控制下沿軸向往復運動時，則帶動柱塞往復運動，由于水平抽油泵固定凡爾設(shè)計在泵頂部，游動凡爾與柱塞在泵筒內(nèi)，所有的凡爾球向前單向開啟，從而將水平井段的采出液通過油管舉升到地面；此外，可在變頻控制柜內(nèi)通過設(shè)定上行頻率調(diào)整上行舉升力、上行時間，設(shè)計定下行頻率調(diào)整下行舉升力、下行時間，設(shè)定沖次數(shù)控制電機在下死點停留時間，從而控制動子單位時間往復的次數(shù)，達到調(diào)節(jié)排量的目的。-圖1是本實用新型的組成示意圖。圖2是本實用新型所述裝置中的電機、抽油泵聯(lián)結(jié)后的結(jié)構(gòu)剖視圖。圖3是本實用新型所述裝置中包含的小直徑高彈性永磁直線電機的結(jié)構(gòu)剖視圖。圖4是本實用新型所述裝置中包含的水平舉升抽油泵的結(jié)構(gòu)剖視圖。圖5是本實用新型所述裝置中實現(xiàn)水平舉升抽油泵與小直徑高彈性永磁直線電機聯(lián)結(jié)的幾個連接件的結(jié)構(gòu)剖視圖。圖中l(wèi)一高彈性外筒，2—定子鐵心，3—定子線圈，4一絕緣油，5—耐磨保護內(nèi)筒，6—氣隙，7—保護套，8—永磁體，9一動子鐵心，IO—連接桿，ll一動子底座，12—平衡孔，13—固定凡爾罩，M—固定彈簧，15—固定球，16—固定球座，17—柱塞刮砂杯，18—游動彈簧，19—上游動球，20—上游動球座，21—上游動凡爾罩，22—柱塞，23—泵筒，24—保護筒，25—下游動凡爾罩，26—下游動球，27—下游動球座，28—推桿，29-篩管，30—光桿接頭，31—刮砂光桿，32一出砂接頭，33—電泵刮砂杯，34—泵連管，35—油管接箍，36—油管短接，37—光桿接頭座，38—動子上接頭，39—電機上接頭，40一變頻控制柜，41一潛油電纜，42—油管，43—水平舉升抽油泵，44一小直徑高彈性永磁直線電機，45—電機尾管，46—電機外筒。具體實施方式以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明如圖1所示，該種水平井電潛柱塞泵舉升裝置，包括采油樹、油管42、潛油電纜41、地面變頻控制柜40、小直徑高彈性永磁直線電機44、水平舉升抽油泵43，各部件間的連接方式為小直徑高彈性永磁直線電機44連接在水平舉升抽油泵43的后端，水平舉升抽油泵43的前端與油管42相連，通過地面變頻控制柜40、潛油電纜41為小直徑高彈性永磁直線電機44提供電能。小直徑高彈性永磁直線電機44的定子與水平舉升抽油泵43的泵筒相連，動子與該抽油泵的柱塞相連，電機在后，泵在前，液體由泵和電機中間的篩管進入泵筒。動子在地面變頻控制柜40的控制下沿軸向往復運動，帶動柱塞往復運動，從而將進入泵筒內(nèi)的采出液通過油管42向地面舉升。本裝置中，采油樹、油管42、潛油電纜41、地面變頻控制柜40等部件均為現(xiàn)有技術(shù)，在這里不再重復介紹，下面詳細介紹本裝置中屬于發(fā)明人獨創(chuàng)的幾個部件的結(jié)構(gòu)與原理。如圖2所示，是本實用新型所述裝置中的小直徑高彈性永磁直線電機44與水平舉升抽油泵43聯(lián)結(jié)后的整體結(jié)構(gòu)剖視圖，圖3是小直徑高彈性永磁直線電機的結(jié)構(gòu)剖視圖。如圖所示，所述小直徑高彈性永磁直線電機44主要由定子與動子兩部分組成。定子部分包括環(huán)形定子線圈3、環(huán)形定子鐵心2、高彈性外筒1、耐磨保護內(nèi)筒5，其中，環(huán)形定子鐵芯2在高彈性外筒1內(nèi)間隙配合，每個環(huán)形定子鐵心2與每個嵌入的環(huán)形定子線圈3構(gòu)成一個磁極單元，由若干個磁極單元構(gòu)成單節(jié)電機的電磁部分，多級單節(jié)電機的電磁部分串聯(lián)后組成電機定子的電磁部分。高彈性外筒1與耐磨保護內(nèi)筒5之間為密閉空間，其內(nèi)考入絕緣油4。動子部分包括連接桿IO、永磁體8、動子鐵心9以及動子底座11，其中，連接桿10與動子底座11螺紋連接，而在連接桿10上則間隔固定有環(huán)形永磁體8以及環(huán)形動子鐵心9，在永磁體8及動子鐵心9的外壁上有一個由防腐耐磨材料構(gòu)成的保護套7，所述動子部分置于定子部分的環(huán)形中心孔內(nèi)，兩部分之間留有氣隙6。這種結(jié)構(gòu)的電動機，由于內(nèi)部采用了多級式聯(lián)結(jié)，外部采用高彈性材料制成的外筒，使得它可以在外力作用下產(chǎn)生彈性變形量從而彎曲通過水平井的曲率最大處，實現(xiàn)順利下至水平井段的'目的。在實際設(shè)計時，可使電機最大彈性變形量達到通過水平井需求的200%，這樣在通過造斜段進入水平段后，電機將自動恢復原始平直狀態(tài)。發(fā)明人設(shè)計該種電機是基于如下工作原理-依據(jù)電磁學理論，通電線圈周圍產(chǎn)生磁場，磁場的方向用右手螺旋定則判斷，當電流方向改變時，磁場方向隨之改變，當線圈通過交流電后，在線圈周圍產(chǎn)生交變磁場，磁場變化的頻率與交流電頻率同步。因此，發(fā)明人考慮，將三相交流電通過電纜送到定子線圈，直線電機定子A、B、C三相中通入交流對稱正弦電流后，產(chǎn)生氣隙磁場，氣隙磁場沿直線呈正弦分布。當A相電流達到最大值時，B相和C相電流為負的l/2最大值，磁場波幅處于A相位置；當B相電流達到最大值時，C相和A相電流為負的1/2最大值，磁場波幅處于B相位置；當C相電流達到最大值時，A相和B相電流為負的1/2最大值，磁場波幅處于C相位置；隨著電流的變化，磁場的波幅按A相、B相、C相沿直線移動，動子與氣隙磁場相互作用產(chǎn)生電磁推力，在定子不動的條件下，動子沿行波磁場方向作直線運動。電流方向改變時，行波磁場方向隨之改變，動子的運行方向改變，從而實現(xiàn)動子在定子內(nèi)作往復直線運動。圖4是水平舉升抽油泵43的結(jié)構(gòu)剖視圖，如圖所示，所述水平舉升抽油泵43由固定凡爾、泵筒23、柱塞22以及上、下兩個游動凡爾組成。其中固定凡爾由固定凡爾罩13、固定凡爾球15以及復位彈簧14組成，復位彈簧14、固定凡爾球15、固定球座16依次置于固定凡爾罩13內(nèi)，固定凡爾罩13與固定凡爾球15之間為間隙配合，在固定凡爾罩13的前端有過流通道，所述上、下兩個游動凡爾分別由上游動凡爾罩21、上游動球座20、上游動球19、游動彈簧18和下游動凡爾罩25、下游動球座27、下游動球26構(gòu)成，上游動球座20、上游動球19、游動彈簧18位于上游動凡爾罩21內(nèi)，下游動球座27、下游動球26位于下游動凡爾罩25內(nèi)，上游動凡爾罩21與上游動球19以及下游動凡爾罩25與下游動球26之間均為間隙配合，在上游動凡爾罩21前端有過流通道，所述固定凡爾在泵筒23的前端，游動凡爾與柱塞22位于泵筒23內(nèi)，其中上游動凡爾罩21、下游動凡爾罩25與柱塞22螺紋連接，所述柱塞22在泵筒23內(nèi)與其間隙配合，保護筒24固定于泵筒23外。當泵水平放置時上游動球19、下游動球26受上游動凡爾罩21、下游動凡爾罩25的支撐，保證上游動球19、下游動球26能夠進行軸向運動。在游動彈簧18的彈力、壓力作用下，保證上游動球19及時關(guān)閉，以滿足水平舉升的需要。這種泵的工作過程為下行程時，柱塞22下行，在固定彈簧14的彈力作用下使固定球15與固定球座16及時關(guān)閉，柱塞22讓出的體積在泵筒23內(nèi)形成一個低壓腔，液體在流壓的作用下克服游動彈簧18的彈力頂開上游動球19，進入泵筒23內(nèi)。上沖程時，柱塞22向上運動，上游動球19關(guān)閉，柱塞22上行推動液體克服固定彈簧14彈力、液柱壓力頂開固定球15，進入油管內(nèi)，完成舉升過程。如圖5所示，是本實用新型所述裝置中實現(xiàn)水平舉升抽油泵與小直徑高彈性永磁直線電機聯(lián)結(jié)的幾個連接件的結(jié)構(gòu)剖視圖，具體的說，所述小直徑高彈性永磁直線電機44通過電機上接頭39、動子上接頭38、泵連管34、電泵刮砂杯33、出砂接頭32、刮砂光桿31、光桿接頭30、篩管29、推桿28、光桿接頭座37連接在水平舉升抽油泵43的后端。其中小直徑高彈性永磁直線電機44的定子部分與泵筒23相連，動子部分與柱塞22相連，水平舉升抽油泵43的前端與油管相連，篩管29上的通孔為液體進入泵筒的通道，所述動子部分在地面變頻控制柜40的控制下沿軸向往復運動，帶動柱塞22往復運動。整個抽油舉升過程是下行程時，電流由A相至C相時，行波磁場移動方向A相至C相，與動子永磁體形成的磁場相互作用，產(chǎn)生電磁推力，定子不動，動子沿軸向由A相向C相運動。動子帶動柱塞向后運動，固定凡爾在固定彈簧14的作用下與固定球座14及時關(guān)閉，柱塞22后移，柱塞22讓出的空間形成一個低壓腔，液體在流壓的作用下，使上游動球19和下游動球26打開，液體經(jīng)柱塞22進入泵筒23。上沖程時，電流由C相至A相時，行波磁場移動方向C相至A相，與動子永磁體形成的磁場相互作用，產(chǎn)生電磁推力，定子不動，動子沿軸向由C相向A相運動。動子帶動柱塞22向前運動，上游動球19和下游動球26在游動彈簧18的作用下與上游動球座20、下游動球座27關(guān)閉，柱塞22前移推動液體頂開固定球15，將液體排出泵筒，進入油管，完成舉升過程。操作人員可以在地面變頻控制柜40內(nèi)通過設(shè)定上行頻率調(diào)整上行舉升力、上行時間，設(shè)定下行頻率調(diào)整下行舉升力、下行時間，設(shè)定沖次數(shù)控制電機在下死點停留時間。調(diào)整控制系統(tǒng)參數(shù)，控制動子單位時間往復的次數(shù)，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)排量。下面是應(yīng)用本實用新型進行電潛柱塞抽油泵水平舉升工藝現(xiàn)場試驗情況。本次試驗共在3口井上進行，現(xiàn)場施工順利，無卡阻現(xiàn)象。分別為-肇68-平21井2005年12月15日投產(chǎn)，試驗前日產(chǎn)液6.6t，日產(chǎn)油6.2t，含水9%，動液面913m，沉沒度177m，流壓3.6MPa;2006年7月5日完井，泵徑38mm，泵掛1481m，最大井眼曲率9.29°/25m，泵掛距指端562m，試驗后日產(chǎn)液9.lt，日產(chǎn)油8.5t，含水7%，動液面1158m，流壓1.5MPa，泵效97%,井下運行時間138天。肇46-平34井2005年1月5日投產(chǎn)，試驗前日產(chǎn)液7.9t，日產(chǎn)油7,4t，含水8%，動液面1190m，沉沒度Om，流壓2.OMPa。2006年9月5日完井，泵徑38mm，泵掛1768m，最大井眼曲率9.62。/25m，泵掛距指端479m，試驗后日產(chǎn)液13.4t，日產(chǎn)油12.3t,含水8%，動液面1264m，流壓1.4MPa,泵效90%，井下運行時間74天。州57-平61井2005年12月20日投產(chǎn)，試驗前日產(chǎn)液4.8t，日產(chǎn)油4.5t，含水6%，動液面1170m，沉沒度Ora，流壓1.9MPa。2006年11月17日完井，泵徑38mm，泵掛1785m，最大井眼曲率12.8°/25m，泵掛距指端244m,運行情況待觀察。3口井生產(chǎn)情況見表一。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表10從試驗情況看，流壓平均降低0.7MPa，平均單井日增油3Jt，噸液耗電指標下降17kWh，系統(tǒng)效率提高了11.77個百分點。權(quán)利要求1.一種水平井電潛柱塞泵舉升裝置，包括采油樹、油管(41)、潛油電纜(41)及地面變頻控制柜(40)，其特征在于所述裝置還包括一個小直徑高彈性永磁直線電機(44)、一個水平舉升抽油泵(43)；所述小直徑高彈性永磁直線電機(44)主要由定子與動子兩部分組成，定子部分包括環(huán)形定子線圈(3)、環(huán)形定子鐵心(2)、高彈性外筒(1)、耐磨保護內(nèi)筒(5)，其中，環(huán)形定子鐵芯(2)在高彈性外筒(1)內(nèi)間隙配合，每個環(huán)形定子鐵心(2)與每個嵌入的環(huán)形定子線圈(3)構(gòu)成一個磁極單元，由若干個磁極單元構(gòu)成單節(jié)電機的電磁部分，多級單節(jié)電機的電磁部分串聯(lián)后組成電機定子的電磁部分，高彈性外筒(1)與耐磨保護內(nèi)筒(5)之間為密閉空間，其內(nèi)充入絕緣油(4)，動子部分包括連接桿(10)、永磁體(8)、動子鐵心(9)以及動子底座(11)，其中，連接桿(10)與動子底座(11)螺紋連接，而在連接桿(10)上則間隔固定有環(huán)形永磁體(8)以及環(huán)形動子鐵心(9)，在永磁體(8)及動子鐵心(9)的外壁上有一個由防腐耐磨材料構(gòu)成的保護套(7)，所述動子部分置于定子部分的環(huán)形中心孔內(nèi)，兩部分之間留有氣隙(6)；所述水平舉升抽油泵(43)由固定凡爾、泵筒(23)、柱塞(22)以及上、下兩個游動凡爾組成，其中固定凡爾由固定凡爾罩(13)、固定凡爾球(15)以及復位彈簧(14)組成，復位彈簧(14)、固定凡爾球(15)、固定球座(16)依次置于固定凡爾罩(13)內(nèi)，固定凡爾罩(13)與固定凡爾球(15)之間為間隙配合，在固定凡爾罩(13)的前端有過流通道，所述上、下兩個游動凡爾分別由上游動凡爾罩(21)、上游動球座(20)、上游動球(19)、游動彈簧(18)和下游動凡爾罩(25)、下游動球座(27)、下游動球(26)構(gòu)成，上游動球座(20)、上游動球(19)、游動彈簧(18)位于上游動凡爾罩(21)內(nèi)，下游動球座(27)、下游動球(26)位于下游動凡爾罩(25)內(nèi)，上游動凡爾罩(21)與上游動球(19)以及下游動凡爾罩(25)與下游動球(26)之間均為間隙配合，在上游動凡爾罩(21)前端有過流通道，所述固定凡爾在泵筒(23)的前端，游動凡爾與柱塞(22)位于泵筒(23)內(nèi)，其中上、下游動凡爾罩(21，25)與柱塞(22)螺紋連接，所述柱塞(22)在泵筒(23)內(nèi)與其間隙配合，保護筒(24)固定于泵筒(23)外；所述小直徑高彈性永磁直線電機(44)通過電機上接頭(39)、動子上接頭(38)、泵連管(34)、電泵刮砂杯(33)、出砂接頭(32)、刮砂光桿(31)、光桿接頭(30)、篩管(29)、推桿(28)、光桿接頭座(37)連接在水平舉升抽油泵(43)的后端，其中小直徑高彈性永磁直線電機(44)的定子部分與泵筒(23)相連，動子部分與柱塞(22)相連，水平舉升抽油泵(43)的前端與油管相連，篩管(29)上的通孔為液體進入泵筒(23)的通道，所述動子部分在地面變頻控制柜(40)的控制下沿軸向往復運動，帶動柱塞(22)往復運動。專利摘要一種水平井電潛柱塞泵舉升裝置。主要解決現(xiàn)有水平井舉升裝置采用潛油電泵、水力射流泵導致投資高、排量大難以滿足需要而采用有桿泵卻又無法解決桿、管之間的偏磨等問題。其特征在于所述裝置還包括一個小直徑高彈性永磁直線電機(44)、一個水平舉升抽油泵(43)，所述小直徑高彈性永磁直線電機(44)主要由定子與動子兩部分組成，所述水平舉升抽油泵(43)由固定凡爾、泵筒(23)、柱塞(22)以及上、下兩個游動凡爾組成，小直徑高彈性永磁直線電機(44)的定子部分與泵筒(23)相連，動子部分與柱塞(22)相連。該種裝置生產(chǎn)成本低、可在小排量下工作，能夠解決桿、管之間的偏磨問題，可在任意流壓下生產(chǎn)，確保水平井的合理流壓。文檔編號F04B47/06GK201083193SQ20072015506公開日2008年7月9日申請日期2007年7月20日優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日發(fā)明者侯維前,馮春國,盧東風,姬生柱,宏孫,程杰成,葛東元申請人:大慶油田有限責任公司