一种潜油直驱螺杆泵吞吐采油装置

摘要

本发明提供了一种潜油直驱螺杆泵吞吐采油装置，包括用来实现注水和采油通道相切换的井下自动注水开关以及潜油直驱螺杆泵；其中井下自动注水开关上端出液口与油管连接，其下端进液口与潜油直驱螺杆泵的上端的出油口通过油管连接；潜油直驱螺杆泵包括自上而下同轴连接的螺杆泵、柔性轴、上保护器、下保护器、潜油电机以及扶正器；其中螺杆泵的上端与井下自动注水开关的下端联接；螺杆泵以及潜油电机分别电连接通向井口外的潜油电缆。本发明不需要反复起下钻，具有作业流程简便，施工效率高，安全环保风险低等特点；其举升方式具有“低转速、大扭矩”的特点，适用于低液量井，并消除了管杆偏磨，提高油井免修期，可有效地提高经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及机械采油技术领域，具体是一种潜油直驱螺杆泵吞吐采油装置。

背景技术

注水吞吐采油技术是当地层压力下降，产量很低时，向生产井注水，恢复地层压力，然后关井一定时间，依靠毛细管力的自吸作用与基质中的油置换，利用开井压降使置换出的油与部分注入水一同采出的采用方法，它是开发无能量补充的小型油藏提高采收率的有效方法。迄今，该项采用工艺已在国内一些油田得到应用并取得了一定经济效益，并有进一步推广应用的前景。目前采用的注水吞吐采油工艺流程多为：下注水管柱→注水→关井平衡→起钻→下机采管柱→开井采油，称为一个注水吞吐周期。这就势必决定了在多个吞吐周期内，需要频繁起下钻，导致施工效率低，安全环保风险高。

发明一种不动管柱的注水吞吐采油装置可有效解决这一弊端。解决“不动管柱”的重点在于减少抽油系统的传动环节。潜油直驱螺杆泵无杆采油技术，用电缆将潜油电机供电，带动潜油螺杆泵旋转，将井液举升至地面。它取消了抽油机和抽油杆，既能够有效减少传动环节，又可以消除偏磨、提高效率、降低成本。同时，为实现注水、采油通道的井下转换，还需要发明设计一种“井下自动注水开关”。当采用注水流程时，注水开关开启，潜油螺杆泵机组停机；当采用采油流程时，注水开关关闭，潜油螺杆泵机组工作。随着水平井找水技术的日趋成熟，类似于“智能找水开关”的井下工具，为“井下自动注水开关”的发明设计提供了思路。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中问题，提供一种不动管柱潜油直驱螺杆泵吞吐采油装置，该装置不需要起下钻，就可以实现注水、采油流程的自动切换，使得作业流程简便，施工效率高。

本发明的技术方案是：一种潜油直驱螺杆泵吞吐采油装置，包括用来实现注水和采油通道相切换的井下自动注水开关以及潜油直驱螺杆泵；其中井下自动注水开关上端出液口与油管连接，其下端进液口与潜油直驱螺杆泵的上端的出油口通过油管连接；所述潜油直驱螺杆泵包括自上而下同轴连接的螺杆泵、柔性轴、上保护器、下保护器、潜油电机以及扶正器；其中螺杆泵的上端与井下自动注水开关的下端联接；螺杆泵以及潜油电机分别电连接通向井口外的潜油电缆。

上述井下自动注水开关包括位于其工作筒内的井下电源、控制电路、驱动电机以及机械开关四个部分；其中井下电源分别与驱动电机以及控制电路电连接，控制电路与驱动电机电连接；所述机械开关包括桥式通道、下活塞筒、上活塞筒、活塞以及压力计，其中上活塞筒以及下活塞筒位于工作筒内，上活塞筒位于下活塞筒的左侧并与下活塞筒处于同一同轴线上，两个活塞筒的内径相等并连接在一起，上、下活塞筒之间的筒壁上设有通孔，该通孔经注水通道与工作筒外部相连通；所述活塞位于上、下活塞筒内，且活塞的活塞杆通过滚珠丝杠与驱动电机的传动轴连接；所述桥式通道位于工作筒内，其作为采油通道连通工作筒两端的进、出液口，工作筒的进液口内还设有分别与井下电源以及控制电路连接的压力计。

上述控制电路与井口外的控制柜电连接。

上述潜油直驱螺杆泵吞吐采油装置位于井下的套管内，且通过潜油电缆与井口外的控制柜电连接。

上述螺杆泵的上端与井下自动注水开关的下端通过螺纹固定连接。

本发明的有益效果：1.本发明提供的吞吐采油装置不需要反复起下钻，较传统吞吐采油工艺相比，具有作业流程简便，施工效率高，安全环保风险低；

2.采用的“潜油直驱螺杆泵”装置，具有“低转速、大扭矩”的特点，适用于低液量井，并消除了管杆偏磨，提高油井免修期，可有效地提高经济效益；

3.自动化程度高，生产流程及生产状态可远程调节和监控，有效降低劳动强度。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是井下自动注水开关装置示意图；

图2是潜油直驱螺杆泵示意图；

图3是潜油直驱螺杆泵吞吐采油装置管柱图。

附图标记说明：1、井口；2、控制柜；3、套管；4、油管；5、潜油电缆；6、井下自动注水开关；7、螺杆泵；8、潜油电机；9、出液口；10、进液口；11、工作筒；12、桥式通道；13、下活塞筒；14、上活塞筒；15、活塞；16、压力计；17、注水通道；18、柔性轴；19、上保护器；20、下保护器；21、扶正器。

具体实施方式

实施例1：

参见图2及图3，本发明提供了一种潜油直驱螺杆泵吞吐采油装置，包括用来实现注水和采油通道相切换的井下自动注水开关6以及潜油直驱螺杆泵；其中井下自动注水开关6上端出液口9与油管4连接，其下端进液口10与潜油直驱螺杆泵的上端的出油口通过油管4连接；所述潜油直驱螺杆泵包括自上而下同轴连接的螺杆泵7、柔性轴18、上保护器19、下保护器20、潜油电机8以及扶正器21；其中螺杆泵7的上端与井下自动注水开关6的下端联接；螺杆泵7以及潜油电机8分别电连接通向井口1外的潜油电缆5。其中螺杆泵为ZQLB40-40型螺杆泵，适用于日产液量2-10m³、扬程1600m的工况。潜油电机为永磁同步电机，通过一种旋转磁场借助感应作用，与转子绕组内感应电流相互作用，以产生电磁转矩来实现拖动作用。最大特点是有多个永磁同步电机共用一个轴以解决多电机同步问题，而每个电机的相同一相绕组都是串行连接。上保护器和下保护器的主要功能是：当电机油受热膨胀或冷却收缩时，保护器能够溢出或补偿电机油，以满足电机油体积的变化。防止井液进入潜油电机，保护电机油不被井液污染。柔性轴的主要功能是：把电机扭矩传递给螺杆泵、把电机转子的同心运动转换成螺杆泵转子的双行星偏转运动、把螺杆泵转子轴向压力传递给油管。

本实施例提供的潜油直驱螺杆泵吞吐采油装置安装于井下的套管3内，其潜油直驱螺杆泵以及井下自动注水开关均与井口1外的控制柜2电连接并受其控制。其中井下自动注水开关与油管、潜油直驱螺杆泵通过不加厚普通油管圆螺纹连接，下井前应安装电池，并调试好相应控制电路，确保井下自动注水开关能够开启与关闭；采油流程时，井下自动注水开关的注水通道关闭，潜油直驱螺杆泵机组开启，井液通过井下自动注水开关的采油通道举升至井口；注水流程时，注水通道开启，潜油直驱螺杆泵机组关闭，注入水通过注水通道注入地层。

实施例2：

在实施例1的基础上，所述井下自动注水开关6包括位于其工作筒11内的井下电源、控制电路、驱动电机以及机械开关四个功能组件；其中井下电源分别与驱动电机以及控制电路电连接，控制电路与驱动电机电连接；控制电路主要控制电机的旋转方向，实现对“注水-采油”流程的转换。井下电源采用高温锂电池，环境温度范围-20oC～+150oC，可以实现大电流连续放电、高脉冲电流放电。

如图1所示，所述机械开关包括桥式通道12、下活塞筒13、上活塞筒14、活塞15以及压力计16，其中上活塞筒14以及下活塞筒13位于工作筒11内，上活塞筒14位于下活塞筒13的左侧并与下活塞筒13处于同一同轴线上，两个活塞筒的内径相等并连接在一起，上、下活塞筒14,13之间的筒壁上设有通孔，该通孔经注水通道17与工作筒11外部相连通；所述活塞15位于上、下活塞筒14,13内，且活塞15的活塞杆通过滚珠丝杠与驱动电机的传动轴连接；驱动电机是注水开关的执行元件，配备多级行星齿轮减速器，最高温度达125℃，扭矩5N·m，满足井下高温、大扭矩输出的使用要求。所述井下自动注水开关6与油管连接，桥式通道12位于井下自动注水开关6的工作筒11内，其作为采油通道连通工作筒11两端的进、出液口10,9，工作筒的进液口10内还设有分别与井下电源以及控制电路连接的压力计16。当给驱动电机供电时，带动传动轴转动，并由滚珠丝杠转换为活塞的直线运动。采油流程时，注水通道关闭（即活塞运动到上活塞筒14内），井液通过井下自动注水开关6中间的桥式通道（采油通道）举升至井口；注水流程时，注水通道开启（即活塞运动到下活塞筒13内），注入水通过注水通道17注入地层。

本发明的工作原理：本发明提供的潜油直驱螺杆泵吞吐采油装置安装于井下的套管3内，其潜油电缆5以及井下自动注水开关6的控制电路均与井口1外的控制柜2电连接并受其控制；其中井下自动注水开关与油管、潜油螺杆泵通过不加厚普通油管圆螺纹连接，下井前应安装电池，并调试好控制电路，确保开关能够开启与关闭；螺杆泵和潜油电机与中间的柔性轴和保护器，均为法兰联接，组成无杆泵采油系统。采油流程时，注水通道关闭，潜油螺杆泵机组开启，井液通过注水开关装置中间的桥式通道（采油通道）举升至井口；注水流程时，注水通道开启，潜油螺杆泵机组关闭，注入水通过注水通道注入地层。

本发明不需要反复起下钻，较传统吞吐采油工艺相比，具有作业流程简便，施工效率高，安全环保风险低等特点。而且，举升方式采用的“潜油直驱螺杆泵”装置，具有“低转速、大扭矩”的特点，适用于低液量井，并消除了管杆偏磨，提高油井免修期，可有效地提高经济效益。

本实施方式中没有详细叙述的部分属本行业的公知的常用手段，这里不一一叙述。以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。