CN106704160B - 一种井下抽油泵电力驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种井下抽油泵电力驱动装置，解决现有技术存在的抽油杆与油管易偏磨，经常导致油管报废，维修工期长、成本高，影响采油生产的问题。包括外壳体，活塞和活塞杆，其特征在于：外壳体顶部的进油口处设置进油单向阀的，外壳体顶部的出油口处设置出油单向阀；外壳体内部的间隔板将容置腔体分割成上腔和下腔；活塞布置在上腔内，活塞杆的下端伸入到下腔内；下腔内设置的导向柱的上部伸入到活塞杆杆体的导向插槽内；导向柱上设置若干个、由外部缠绕有导电线圈的铁芯构成的电力推动单元；最上面的电力推动单元与活塞杆杆体下端相连；各电力推动单元分别与直流电源相连。其设计合理，结构紧凑，适应油井下工作环境，减少能耗，故障率低，维修方便。

Description

一种井下抽油泵电力驱动装置

技术领域

本发明属于油田开采技术领域，具体涉及一种可放置在油管底部，结构简单，采油成本低，安全、高效的井下抽油泵电力驱动装置。

背景技术

应用抽油机和抽油杆进行采油的传统方式，要求油井必须建立体积庞大、结构复杂的钢架，不但消耗大量的钢材、增加采油成本；而且，由于抽油机和抽油杆结构以及工作原理的限制，在抽油杆上下运动的过程中，所产生的径向力，经常造成抽油杆与油管的偏磨。当磨损严重时，将导致油管报废，维修工期长、成本高，影响采油生产的连续性。

据相关专利文献报导，公布号为CN105756909A的“井下抽油泵”是传统采油的抽油机和抽油杆结构，抽油杆长时间处于摩擦状态，需要频繁更换；如果疏于维护，容易造成抽油杆的断裂，处理困难，维修费用高。

公告号为CN202646240U的“一种井下抽油泵液压驱动装置”，包括油柜、细长型电动机、油泵、行程换向阀、液压缸和活塞；该专利所描述的装置，虽然能够放置在油井内的油管底部，取消传统采油的抽油机和抽油杆，在一定程度上解决抽油杆与油管偏磨造成的油管报废问题；但该液压驱动装置所采用的电动机，液压缸和活塞，因为需要在地下高温高压的环境下使用，所以制造成本较高。并且，由于油泵的工作原理就是高压动密封，这样的结构要求油泵需要在液压油冷却条件下工作，但是在油井底部温度较高的环境下，很难满足设计的工作温度（30℃～80℃）；所以在使用很短时间后，就会由于动密封的破坏，影响正常工作。行程换向阀同样是精密配合的机械装置，也存在类似的问题。另外，驱动装置的液压系统结构复杂、维修困难，严重影响采油生产，实用性差。故有必要对现有技术的井下抽油泵驱动装置予以改进。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种可放置在油管底部，结构简单，采油成本低，安全、高效的井下抽油泵电力驱动装置。

本发明所采用的技术方案是：该井下抽油泵电力驱动装置包括外壳体，活塞和活塞杆，其特征在于：所述外壳体围合构成内部的细长型容置腔体，外壳体顶部的侧壁上设置有进油口，进油口处设置有进油单向阀；外壳体顶部的顶壁上设置有出油口，出油口处设置有出油单向阀，出油单向阀与抽油管相连；细长型容置腔体的中部设置有间隔板，间隔板将容置腔体分割成上腔和下腔两个部分；所述活塞布置在上腔内，活塞的下部设置有活塞杆，活塞杆包括杆体，杆体内设置有沿轴向布置的导向插槽；活塞杆杆体的上端与活塞相连，活塞杆杆体的下端穿过间隔板中间的通孔、伸入到下腔内；下腔内设置有竖直布置的导向柱，导向柱采用非导磁材料制成，导向柱的轴线与活塞杆杆体的轴线相重合；导向柱的下端固定在下腔的底部，导向柱的上部则伸入到活塞杆杆体的导向插槽内，并且，导向柱的上端位于间隔板的下方；导向柱上设置有至少两个电力推动单元，电力推动单元包括铁芯，铁芯的中部设置有导向通孔，铁芯的外部缠绕有导电线圈，电力推动单元通过铁芯的导向通孔、依次套设在导向柱上；位于导向柱最上面的电力推动单元与活塞杆杆体的下端相连，位于导向柱最下面的电力推动单元固定在下腔的底部；各电力推动单元铁芯外部缠绕的导电线圈，分别与可改变电流方向的直流电源相连。

所述位于导向柱最上面的电力推动单元与间隔板之间，设置有复位弹簧。以通过弹簧的弹力加快电力推动单元的回落速度，提高吸油效率。

所述间隔板中间的通孔与活塞杆之间，设置有防锈耐磨套；所述电力推动单元铁芯的导向通孔与导向柱之间，也设置有防锈耐磨套。以防止长时间使用过程中，间隔板中间通孔与活塞杆外壁之间、以及电力推动单元导向通孔与导向柱外壁之间产生铁锈，影响活塞的动作效果。

所述间隔板中间的通孔与活塞杆之间，以及电力推动单元导向通孔与导向柱之间设置的防锈耐磨套的材料为铜或尼龙。

所述活塞与上腔内壁之间设置有密封圈。以确保装置的吸油和排油效果。

所述外壳体顶部侧壁上设置的进油口处，设置有油液过滤装置。以对进入到上腔内的油液进行初步的过滤，延长装置的使用寿命。

所述电力推动单元铁芯的材料是软铁或硅钢。以使铁芯在导电线圈通电时快速磁化，并在导电线圈断电后立即消除磁性，提升输油效率。

所述采用非导磁材料制成的导向柱的材料为陶瓷或奥氏体型不锈钢。以确保套设在导向柱上的各个电力推动单元在通电磁化后，仍然能够沿着导向柱顺畅地升降。

本发明的有益效果：由于本发明采用内部围合构成细长型容置腔体的外壳体，外壳体顶部的侧壁上设置带有进油单向阀的进油口，外壳体顶部的顶壁上设置带有出油单向阀的出油口；容置腔体中部的间隔板将容置腔体分割成上腔和下腔；活塞布置在上腔内，活塞下部设置的活塞杆包括杆体，杆体内设置导向插槽；活塞杆杆体的下端穿过间隔板中间的通孔、伸入到下腔内；下腔内设置的非导磁材料导向柱的下端固定在下腔的底部，导向柱的上部则伸入到活塞杆杆体的导向插槽内；导向柱上设置至少两个电力推动单元，电力推动单元的铁芯外部缠绕有导电线圈，电力推动单元通过铁芯中部的导向通孔、依次套设在导向柱上；位于最上面的电力推动单元与活塞杆杆体的下端相连，位于最下面的电力推动单元固定在下腔的底部；各电力推动单元的导电线圈分别与可改变电流方向的直流电源相连的结构形式，所以其设计合理，结构紧凑，取消传统采油的抽油机和抽油杆，大大降低了钢材的消耗量，解决了抽油杆与油管偏磨造成的油管报废等问题。而且，该井下抽油泵电力驱动装置放弃了油柜、细长型电动机、油泵、行程换向阀和液压缸等精密装置，所使用的电力驱动结构没有高精度的机械配合，能够适应油井下恶劣的工作环境，节约采油成本，减少能耗，故障率低，维修方便，使用安全、高效。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是图1中的活塞杆的一种结构示意图。

图3是图1中的电力推动单元的一种结构示意图。

图4是本发明中的相邻电力推动单元相斥（活塞向外排油时）的一种结构示意图。

图5是本发明中的相邻电力推动单元相吸（活塞向内吸油时）的一种结构示意图。

图6 是图1中的活塞吸油时的一种结构示意图。

图中序号说明：1出油单向阀、2出油口、3进油口、4进油单向阀、5容置腔体、6外壳体、7上腔、8间隔板、9下腔、10导向柱、11电力推动单元、12复位弹簧、13活塞杆、14活塞、15抽油管、16杆体、17导向插槽、18铁芯、19导向通孔、20导电线圈。

具体实施方式

根据图1～6详细说明本发明的具体结构。该井下抽油泵电力驱动装置包括内部围合构成有细长型容置腔体5的外壳体6，以及设置在外壳体6容置腔体5内的活塞14和活塞杆13，其中，外壳体6顶部的侧壁上设置有用于吸入油井内油液的进油口3，进油口3处设置有用于控制油液吸入的电控进油单向阀4。外壳体6顶部的顶壁上，则设置有用于将容置腔体5内油液输送入抽油管15的出油口2，出油口2处设置有用于控制油液排出的电控出油单向阀1；外壳体6顶部的电控出油单向阀1与输送油液的抽油管15相连接。为了对进入到细长型容置腔体5上腔7内的油液进行初步的过滤，外壳体6顶部侧壁上设置的进油口3处，可以设置有油液过滤装置，以延长装置的使用寿命。

外壳体6内部的细长型容置腔体5的中部，设置有中间带有通孔的间隔板8；间隔板8将细长型容置腔体5分割成位于上部的上腔7、以及位于下部的下腔9两个部分。用于吸油和排油的活塞14布置在容置腔体5的上腔7内，活塞14的下部设置有竖直布置的活塞杆13。为了确保装置的吸油和排油效果，活塞14与容置腔体5的上腔7内壁之间设置有密封圈。活塞杆13由杆体16构成，杆体16内设置有沿杆体16轴线方向布置、用于与导向柱10配合连接的导向插槽17；活塞杆13杆体16的上端与活塞14的下部相连接，活塞杆13杆体16的下端则穿过间隔板8中间的通孔、伸入到容置腔体5的下腔9内。

容置腔体5的下腔9内设置有竖直布置、用于电力推动单元11升降导向的导向柱10，导向柱10的轴线与活塞杆13杆体16的轴线相重合。出于确保套设在导向柱10上的各个电力推动单元11在通电磁化后，仍然能够沿着导向柱10顺畅地升降的目的，导向柱10采用陶瓷或奥氏体型不锈钢等非导磁材料制成。导向柱10的下端固定在容置腔体5下腔9的底部，导向柱10的上部则伸入到活塞杆13杆体16的导向插槽17内；并且，导向柱10的上端位于容置腔体5中部的间隔板8下方。为了防止长时间使用过程中，间隔板8中间通孔与活塞杆13外壁之间产生铁锈，影响活塞14的动作效果，间隔板8中间的通孔与活塞杆13之间，设置有由铜或尼龙等材料制成的防锈耐磨套。

下腔9内设置的非导磁材料导向柱10上，设置有至少两个电力推动单元11；能够理解的是，可根据具体的容置腔体5形状、活塞14行程以及所需输油效率等，来确定电力推动单元11的结构尺寸和实际布置数量。套设在导向柱10上的电力推动单元11由铁芯18构成，铁芯18的中部设置有用于与导向柱10配合连接的导向通孔19，铁芯18的外部则缠绕有导电线圈20。各个电力推动单元11通过铁芯18中部的导向通孔19、依次套设在导向柱10上。为了防止长时间使用过程中，电力推动单元11导向通孔19与导向柱10外壁之间产生铁锈，影响活塞14动作效果，电力推动单元11铁芯18中部的导向通孔19与导向柱10之间，设置有由铜或尼龙等材料制成的防锈耐磨套。位于导向柱10最上面的一个电力推动单元11，与活塞杆13杆体16的下端相连接；位于导向柱10最下面的一个电力推动单元11，固定在容置腔体5下腔9的底部。各个电力推动单元11铁芯18外部所缠绕的导电线圈20，分别与可自由改变电流流动方向的直流电源和控制电路相连接。为了加快电力推动单元11的回落速度，位于导向柱10最上面的一个电力推动单元11与容置腔体5中部的间隔板8之间，设置有复位弹簧12，以通过弹簧的弹力来提高吸油效率。

为了使电力推动单元11的铁芯18在导电线圈20通电时快速磁化，并在导电线圈20断电后立即消除磁性，提升输油效率，电力推动单元11的铁芯18可以采用容易磁化，又容易消失磁性的软铁或硅钢等材料制成。能够理解的是，电力推动单元11磁性的有无，可以用导电线圈20的通、断电来控制；电力推动单元11磁性的大小，可以用导电线圈20内电流的强弱或线圈的匝数来控制；电力推动单元11铁芯18两端的极性，则通过导电线圈20内直流电流的流动方向来控制。

使用时，首先，把该井下抽油泵电力驱动装置放置在井下油管的底部，并将外壳体6顶部电控出油单向阀1的出油口2与通向地面的抽油管15相连，将外壳体6顶部侧壁上的电控进油单向阀4置于井下油液的底部。容置腔体5下腔9内的若干个电力推动单元11的初始状态为依次叠落在下腔9的底部，同时，通过活塞杆13与位于导向柱10最上面的一个电力推动单元11相连的活塞14，则位于容置腔体5上腔7的底部（如图6所示）。开启进油单向阀4（此时，出油单向阀1为关闭状态），井下的油液经由进油口3流入到容置腔体5的上腔7内。当上腔7内的油液达到输送量时，关闭进油单向阀4，停止吸油。

然后，开启出油单向阀1，并通过可改变电流方向的直流电源，分别为容置腔体5下腔9内的若干个电力推动单元11的导电线圈20通电，并利用对各电力推动单元11导电线圈20内直流电流流动方向的控制，调整各电力推动单元11两端的极性（N极或S极），以使相邻的两个电力推动单元11之间相互排斥（如图4所示）；从而，带动与位于导向柱10最上面的一个电力推动单元11通过活塞杆13相连的活塞14，向上推举上腔7内的油液，让油液经由出油口2排出到抽油管15内，将油液顺着输油管输送到地面（如图1所示）。最后，通过对各电力推动单元11导电线圈20内直流电流流动方向的控制，来调整各电力推动单元11两端的极性，以使相邻的两个电力推动单元11之间相互吸引（通常是间隔一个电力推动单元11，改变电流方向；例如：只改变第一、三、五个电力推动单元11的电流方向，如图5所示），让各电力推动单元11依次回落到下腔9底部，回到初始状态，并借由复位弹簧12的弹力加速回位。之后，关闭出油单向阀1。

重复上述开启进油单向阀4，向容置腔体5上腔7内吸油，关闭进油单向阀4；开启出油单向阀1，为电力推动单元11通电，推举活塞14，向抽油管15排油；改变电力推动单元11电流方向，降下活塞14，关闭出油单向阀1等步骤，对井下的油液进行连续的逐次输送。

Claims (7)

1.一种井下抽油泵电力驱动装置，包括外壳体（6），活塞（14）和活塞杆（13），其特征在于：所述外壳体（6）围合构成内部的细长型容置腔体（5），外壳体（6）顶部的侧壁上设置有进油口（3），进油口（3）处设置有进油单向阀（4）；外壳体（6）顶部的顶壁上设置有出油口（2），出油口（2）处设置有出油单向阀（1），出油单向阀（1）与抽油管（15）相连；细长型容置腔体（5）的中部设置有间隔板（8），间隔板（8）将容置腔体（5）分割成上腔（7）和下腔（9）两个部分；所述活塞（14）布置在上腔（7）内，活塞（14）的下部设置有活塞杆（13），活塞杆（13）包括杆体（16），杆体（16）内设置有沿轴向布置的导向插槽（17）；活塞杆（13）杆体（16）的上端与活塞（14）相连，活塞杆（13）杆体（16）的下端穿过间隔板（8）中间的通孔、伸入到下腔（9）内；下腔（9）内设置有竖直布置的导向柱（10），导向柱（10）采用非导磁材料制成，导向柱（10）的轴线与活塞杆（13）杆体（16）的轴线相重合；导向柱（10）的下端固定在下腔（9）的底部，导向柱（10）的上部则伸入到活塞杆（13）杆体（16）的导向插槽（17）内，并且，导向柱（10）的上端位于间隔板（8）的下方；导向柱（10）上设置有至少两个电力推动单元（11），电力推动单元（11）包括铁芯（18），铁芯（18）的中部设置有导向通孔（19），铁芯（18）的外部缠绕有导电线圈（20），电力推动单元（11）通过铁芯（18）的导向通孔（19）、依次套设在导向柱（10）上；位于导向柱（10）最上面的电力推动单元（11）与活塞杆（13）杆体（16）的下端相连，位于导向柱（10）最下面的电力推动单元（11）固定在下腔（9）的底部；各电力推动单元（11）铁芯（18）外部缠绕的导电线圈（20），分别与可改变电流方向的直流电源相连；所述位于导向柱（10）最上面的电力推动单元（11）与间隔板（8）之间，设置有复位弹簧（12）。

2.根据权利要求1所述的井下抽油泵电力驱动装置，其特征在于：所述间隔板（8）中间的通孔与活塞杆（13）之间，设置有防锈耐磨套；所述电力推动单元（11）铁芯（18）的导向通孔（19）与导向柱（10）之间，也设置有防锈耐磨套。

3.根据权利要求2所述的井下抽油泵电力驱动装置，其特征在于：所述间隔板（8）中间的通孔与活塞杆（13）之间，以及电力推动单元（11）导向通孔（19）与导向柱（10）之间设置的防锈耐磨套的材料为铜或尼龙。

4.根据权利要求1所述的井下抽油泵电力驱动装置，其特征在于：所述活塞（14）与上腔（7）内壁之间设置有密封圈。

5.根据权利要求1所述的井下抽油泵电力驱动装置，其特征在于：所述外壳体（6）顶部侧壁上设置的进油口（3）处，设置有油液过滤装置。

6.根据权利要求1所述的井下抽油泵电力驱动装置，其特征在于：所述电力推动单元（11）铁芯（18）的材料是软铁或硅钢。

7.根据权利要求1所述的井下抽油泵电力驱动装置，其特征在于：所述采用非导磁材料制成的导向柱（10）的材料为陶瓷或奥氏体型不锈钢。