一种潜油电驱混抽泵 |
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| 申请号 | CN202311579465.2 | 申请日 | 2023-11-24 | 公开(公告)号 | CN117404290B | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 大庆冬青技术开发有限公司; | 发明人 | 邹淑君; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种潜油电驱混抽 泵 ，涉及抽油泵技术领域。本发明为了解决现有混抽泵有较多的砂粒进入泵内，导致卡泵、磨损及泵效降低，同时如果井下液体含气比较高时， 柱塞 上行程形成气 锁 ，固定凡尔无法打开，存在泵无法排液的问题。其中油管接箍、泵管和进液筛管由上至下依次连接，防砂组合软密封组件内嵌到泵管的内 侧壁 上，且防砂组合软密封组件位于泵管的下部，固定凡尔单元安装在泵管的上端并位于油管接箍内；柱塞滑动安装在泵管和进液筛管内，游动凡尔单元安装在柱塞的上端，游动凡尔单元上的防气撞头凡尔罩在柱塞推 力 作用下插装在固定凡尔单元内，进液推拉轴安装在柱塞的下端面上，电动 推杆 与进液推拉轴连接，提高了泵排液效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种潜油电驱混抽泵，其特征在于，包括电动推杆、进液推拉轴、进液筛管、泵管、柱塞、游动凡尔单元、油管接箍、固定凡尔单元、防砂组合软密封组件和控制模块； |
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| 说明书全文 | 一种潜油电驱混抽泵技术领域[0001] 本发明涉及抽油泵技术领域，尤其涉及一种潜油电驱混抽泵。 背景技术[0002] 抽油泵广泛被广泛应用于石油开采、煤层气排水开采行业，使用量占到机械采油（水）装置总体的80％以上。是一种将石油、煤层气水由地下举升到地面的机械设备。目前，国内油田、煤层气田有许多机采井存在出砂（煤粉）严重、含气比大的复杂井况。由于井下采出液不仅含有原油，还含有气体、砂粒及水等多种成分，在抽汲采液过程中，砂和气会随着油液一起进入抽油泵中，砂进入抽油泵后，常会进入柱塞与泵筒之间的配合面内，加速柱塞与泵筒之间的磨损，降低抽油泵的使用寿命，严重时还会造成砂卡砂埋，影响油水井生产。气体进入抽油泵后，会填充泵腔容积、减少原油进入，降低泵效，严重时还会导致抽油泵气锁，无法正常生产。采用防气泵开采时，经常出现砂粒进入泵内造成砂卡、砂埋现象，即使在抽油泵的下部挂防砂滤网等防砂工具后，仍有较多的砂粒进入泵内，导致泵效降低，检泵周期减短。 [0003] 采用井下电驱潜油抽油泵采油时，柱塞在上行程过程中，游动凡尔球处于关闭状态，防止井液泄压，在柱塞的推力作用下，液体压力使固定凡尔球处于打开状态，抽油泵将井液输送至油管内传递到井口。当井下液体含气量较高，泵的上行程形成气锁，固定凡尔无法打开，存在泵无法排液的问题。 [0004] 综上所述，现有抽油泵仍有较多的砂粒进入泵内，导致泵效降低，同时当井下液体含气量较高时易形成气锁，存在泵无法排液的问题。 发明内容[0005] 为此，本发明提供一种潜油电驱混抽泵，用以克服现有技术中现有抽油泵仍有较多的砂粒进入泵内，导致泵效降低，同时柱塞上行程形成气锁，固定凡尔无法打开，存在泵无法排液的问题。 [0007] 控制模块，其与所述混抽泵连接，用以在预设行程条件下确定所述电动推杆驱动所述柱塞的各运行冲程是否合格，并在单个运行冲程处于不合格条件对所述驱动电动推杆的电机的运行进行修正，以使到达相应行程且使抽油量达标； [0008] 其中，所述游动凡尔单元包括防气撞头凡尔罩、游动凡尔座和游动凡尔球，游动凡尔座卡装在柱塞的上端面上，游动凡尔座的中部开设游动通孔，游动凡尔球安装在游动凡尔座内，防气撞头凡尔罩罩装在游动凡尔座上，防气撞头凡尔罩包括罩体和撞针，罩体上加工有下部通液口，撞针竖直安装在罩体上端面中部。 [0009] 进一步地，固定凡尔单元包括固定凡尔座、固定凡尔球和固定凡尔罩，固定凡尔座卡装在泵管的上端，固定凡尔座的中部开设有固定通孔，固定凡尔球安装在固定凡尔座内，固定凡尔罩罩装在固定凡尔座上，固定凡尔罩上开设有出口； [0011] 其中，所述支撑环的上部加工有第一环形凹槽，第二级密封环的上部、下部分别加工有凹槽和凸槽，进液推拉轴的上部开设有多个第一进液口，进液筛管上开设多个第二进液口。 [0013] 其中，第一预设行程条件为所述混抽泵的柱塞处于上冲程状态。 [0014] 进一步地，所述控制模块在所述抽油量不合格条件下，计算所述位移量和预设位移量的位移量比值，以根据该位移量比值和预设位移量比值的比对结果确定所述混抽泵在第一预设冲程条件下的工作方式，其中，所述工作方式包括所述控制模块在位移量比值小于等于预设位移量比值条件下确定的第一工作方式和所述控制模块在位移量比值小于等于预设位移量比值条件下确定的第二工作方式； [0015] 其中，所述第一工作方式满足所述柱塞以第一速度上行，所述第二工作方式满足所述柱塞以第二速度上行，且第一速度大于第二速度。 [0016] 进一步地，所述控制模块在相应工作方式下，获取通过设置的压力传感器检测的泵腔油液压力与进液筛管处的压差值，并将该压差值与预设压差值进行比对，以根据比对结果确定对所述混抽泵相应工作方式的调整方式，并在压差值大于等于预设压差值条件下确定调节降低相应工作方式下的上行速度。 [0017] 进一步地，所述控制模块在所述油液压力超标条件下，计算所述压差值和预设压差值的第一压差差值，以根据该第一压差和预设压差的比对结果确定对相应工作方式下的上行速度调整的速度调节系数。 [0018] 进一步地，所述控制模块在压差值小于预设压差值确定调节降低所述电动推杆的电机功率。 [0019] 进一步地，所述控制模块计算所述油液压力和预设最大压力的第二差值，以根据该第二差值和预设差值的比对结果确定对所述电动推杆的电机功率调整的功率调节系数。 [0020] 进一步地，所述油管接箍、泵管和进液筛管由上至下依次连接，防砂组合软密封组件内嵌到泵管的内侧壁上，且防砂组合软密封组件位于泵管的下部，固定凡尔单元安装在泵管的上端并位于油管接箍内；柱塞滑动安装在泵管和进液筛管内，进液推拉轴安装在柱塞的下端面上，所述电动推杆与进液推拉轴连接。 [0021] 进一步地，所述游动凡尔单元安装在柱塞的上端，游动凡尔单元上的防气撞头凡尔罩在柱塞推力作用下可插入固定凡尔单元内，主动打开固定凡尔球。 [0022] 进一步地，还包括推杆接箍，电动推杆与进液推拉轴之间通过推杆接箍连接。 [0023] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明中的防砂组合软密封泵筒对于含砂油液的防砂作用，当混抽泵柱塞上行时，游动凡尔关闭固定凡尔打开，此时混抽泵上方的液柱压力作用于支撑环上端面，因混抽泵上方压力大于下方作用于支撑环端面的油液压力，防砂组合软密封泵筒的多个密封环会因挤压产生膨胀，从而产生密封作用，磨损之后也因压力挤压作用具有自补偿功能，此处的密封能够有效防止含砂油液之中的砂粒进入柱塞和泵筒之间产生卡泵现象。 [0024] 进一步地，本发明的固定凡尔处于上端，在停泵状态下，固定凡尔处于关闭状态，井筒内的液体沉砂不会像常规泵一样落入柱塞和泵筒间形成砂卡。 [0025] 进一步地，本发明的混抽泵可以有效适用于含砂、含气量的油水井。 [0027] 图1为本发明实施例潜油电驱混抽泵的外部结构示意图； [0028] 图2为本发明实施例潜油电驱混抽泵的内部结构示意图； [0029] 图3为本发明实施例潜油电驱混抽泵中防砂组合软密封组件的结构示意图。 具体实施方式[0030] 为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。 [0031] 下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。 [0032] 需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0033] 此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0034] 请参阅图1‑3所示，图1为本发明实施例潜油电驱混抽泵的外部结构示意图；图2为本发明实施例潜油电驱混抽泵的内部结构示意图；图3为本发明实施例潜油电驱混抽泵中防砂组合软密封组件的结构示意图。 [0035] 本发明实施例所述潜油电驱混抽泵，包括： [0036] 包括电动推杆1、进液推拉轴2、进液筛管3、泵管4、柱塞5、游动凡尔单元、油管接箍7、固定凡尔单元、防砂组合软密封组件和控制模块； [0037] 控制模块，其与所述混抽泵连接，用以在预设行程条件下确定所述电动推杆驱动所述柱塞的各运行冲程是否合格，并在单个运行冲程处于不合格条件对所述电机的运行进行修正，以使相应行程条件下的抽油量达标； [0038] 其中，所述油管接箍7、泵管4和进液筛管3由上至下依次连接，防砂组合软密封组件内嵌到泵管4的内侧壁上，且防砂组合软密封组件位于泵管4的下部，固定凡尔单元安装在泵管4的上端并位于油管接箍7内；柱塞5滑动安装在泵管4和进液筛管3内，游动凡尔单元安装在柱塞5的上端，游动凡尔单元上的防气撞头凡尔罩6在柱塞5推力作用下插装在固定凡尔单元内，进液推拉轴2安装在柱塞5的下端面上，电动推杆1与进液推拉轴2连接。 [0039] 具体而言，所述控制模块在第一预设行程条件下，获取设置在所述泵管内壁上的位移传感器检测的所述游动凡尔相对于所述固定凡尔的位移量D，以根据该位移量D和预设位移量D0的比对结果确定所述混抽泵的抽油量是否合格； [0040] 若D＜D0，所述控制模块确定所述抽油量不合格； [0041] 若D≥D0，所述控制模块确定所述抽油量合格； [0042] 其中，第一预设行程条件为所述混抽泵的柱塞处于上冲程状态。 [0043] 本发明实施例中，预设位移量D0为所述游动凡尔当前工作所处的标准位置相对于所述固定凡尔的位移量。 [0044] 具体而言，所述控制模块在所述抽油量不合格条件下，计算所述位移量D和预设位移量D0的位移量比值B，以根据该位移量比值B和预设位移量比值B0的比对结果确定所述混抽泵在第一预设冲程条件下的工作方式； [0045] 若B≤B0，所述控制模块确定所述混抽泵在第一预设冲程条件下的工作方式为第一工作方式； [0046] 若B＞B0，所述控制模块确定所述混抽泵在第一预设冲程条件下的工作方式为第二工作方式； [0047] 其中，所述第一工作方式满足所述柱塞以第一速度上行，所述第二工作方式满足所述柱塞以第二速度上行，且第一速度大于第二速度。 [0048] 本发明实施例中，预设位移量比值B0的取值为0.8，第一速度的取值为0.8m/s，第二速度的取值为0.5m/s。 [0049] 具体而言，所述控制模块在相应工作方式下，获取通过设置的压力传感器检测泵腔油液压力与进液筛管处的压差值Y，并将该压差值Y与预设压差值Y0进行比对，以根据比对结果确定对所述混抽泵相应工作方式的调整方式； [0050] 若Y≥Y0，所述控制模块确定调节降低相应工作方式下的上行速度； [0051] 若Y＜Y0，所述控制模块确定调节降低所述电动推杆的电机功率。 [0052] 具体而言，所述控制模块计算所述压差值Y与预设压差值Y0的第一差值Ca，以根据该第一差值Ca和预设差值C0的比对结果确定对相应工作方式下的上行速度的速度调节系数； [0053] 若Ca≤C0，所述控制模块确定以第一速度调节系数降低所述上行速度； [0054] 若Ca＞C0，所述控制模块确定以第二速度调节系数降低所述上行速度。 [0055] 本发明实施例中，预设压差C0的取值为200N，第一速度调节系数的取值为0.8，第二速度调节系数的取值为0.7，但上述调节系数的取值并不限于此，本领域技术人员也可根据实际情况对上述调节系数进行限定。 [0056] 具体而言，所述控制模块计算所述油液压力Y和预设最大压力Ymax的第二差值Cb，以根据该第二差值Cb和预设差值C0的比对结果确定对所述电动推杆的电机功率的功率调节系数； [0057] 若Cb≤C0，所述控制模块确定以第一功率调节系数降低所述电机功率； [0058] 若Cb＞C0，所述控制模块确定以第二速度调节系数降低所述电机功率。 [0059] 本发明实施例中，预设最大压力为混抽泵的额定压力，第一功率调节系数的取值为0.9，第二功率调节系数的取值为0.85，但上述调节系数的取值并不限于此，本领域技术人员也可根据实际情况对上述调节系数进行限定。 [0060] 具体而言，所述控制模块在对所述上行速度或电机功率调节完成，若所述抽油量仍不合格，则所述位移量D和预设位移量D0的位移量差值ΔD，以根据该位移量差值ΔD与预设位移量差值ΔD0的比对结果确定对所述电机功率的修正系数； [0061] 若ΔD≤ΔD0，所述控制模块确定以第一修正系数对所述电机功率进行修正； [0062] 若ΔD＞ΔD0，所述控制模块确定以第二修正系数对所述电机功率进行修正。 [0063] 本发明实施例中，预设位移量差值的取值为2m，第一修正系数的取值为1.15，第二修正系数的取值为1.35。 [0064] 实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的一种潜油电驱混抽泵包括电动推杆1，还包括进液推拉轴2、进液筛管3、泵管4、柱塞5、游动凡尔单元、油管接箍7、固定凡尔单元和防砂组合软密封泵筒，油管接箍7、泵管4和进液筛管3由上至下依次连接，防砂组合软密封泵筒内嵌到泵管4的内侧壁上，且防砂组合软密封泵筒位于泵管4的下部，固定凡尔单元安装在泵管4的上端并位于油管接箍7内；柱塞5滑动安装在泵管4和进液筛管3内，游动凡尔单元安装在柱塞5的上端，游动凡尔单元上的防气撞头凡尔罩6在柱塞5推力作用下插装在固定凡尔单元内，进液推拉轴2安装在柱塞5的下端面上，电动推杆1与进液推拉轴2连接。 [0065] 本实施方式的柱塞5采用耐磨材料，可以有限解决砂卡、砂磨问题，本发明实施例中，所述耐磨材料优选为稀铝合金并且表面经阳极氧化或微弧氧化硬化处理，或优选合金钢材料并且表面经镀铬或渗碳、氮处理。 [0067] 本实施方式的油管接箍7的内径由上至下逐渐缩小，直至油管接箍7的下部与泵管4的上部连接。 [0068] 实施例二：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的游动凡尔单元包括防气撞头凡尔罩6、游动凡尔座8和游动凡尔球9，游动凡尔座8卡装在柱塞5的上端面上，游动凡尔座8的中部开设游动通孔10，游动凡尔球9安装在游动凡尔座8内，防气撞头凡尔罩6罩装在游动凡尔座8上。 [0069] 本实施方式的防气撞头凡尔罩6用于撞击冲开固定凡尔球，有效的解决了因气锁造成的固定凡尔球无法排气液的问题。其它组成和连接关系与实施例一相同。 [0070] 实施例三：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的防气撞头凡尔罩6包括罩体6‑2和撞针6‑1，罩体6‑2上加工有下部通液口6‑3，撞针6‑1竖直安装在罩体6‑2上端面中部。如此设置，撞针6‑1的外径小于固定凡尔球的固定通孔11‑1的内径，便于撞针6‑1顺利插装，并将固定凡尔球12撞开，进行排气液。其它组成和连接关系与实施例一或二相同。 [0071] 实施例四：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的固定凡尔单元包括固定凡尔座11、固定凡尔球12和固定凡尔罩13，固定凡尔座11卡装在泵管4的上端，固定凡尔座11的中部开设有固定通孔11‑1，固定凡尔球12安装在固定凡尔座11内，固定凡尔罩13罩装在固定凡尔座11上，固定凡尔罩13上开设有出口13‑1。如此设置，便于当柱塞上行时，通过防气撞头凡尔罩6将固定凡尔球12撞开，避免气锁导致的不能排气液的问题。其它组成和连接关系与实施例一、二或三相同。 [0072] 实施例五：结合图2至图3说明本实施方式，本实施方式的防砂组合软密封组件包括压环14、第一级密封环15、第二级密封环16和支撑环17，其中压环14、第一级密封环15、第二级密封环16和支撑环17由上至下依次内嵌到泵管内侧壁的下部。 [0073] 本实施方式的泵筒采用的是防砂组合软密封结构，防砂组合软密封结构由支撑环、压环、多级密封环组成。在实际使用时，当混抽泵柱塞上行时，游动凡尔关闭固定凡尔打开，此时混抽泵上方的液柱压力作用于支撑环上端面，因混抽泵上方压力大于下方作用于支撑环下端面的油液压力，防砂组合软密封组件会因挤压产生膨胀，从而产生密封作用，磨损之后也因压力挤压作用具有自补偿功能，此处的密封可以有效防止含砂油液之中的砂粒进入柱塞和泵筒之间产生卡泵现象。其它组成和连接关系与实施例一、二、三或四相同。 [0074] 实施例六：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的进液推拉轴2的上部开设有多个第一进液口21。如此设置，便于进行快速进油。其它组成和连接关系与实施例一、二、三、四、五、六或七相同。 [0075] 实施例七：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的进液筛管3上开设多个第二进液口22，第二进液口22大于第一进液口21，油液先通过第二进液口22进入到进液筛管内后，再通过第一进液口21进入到柱塞5中。其它组成和连接关系与实施例一至八中任意一项相同。 [0076] 实施例八：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式还包括推杆接箍23，电动推杆1与进液推拉轴2之间通过推杆接箍23连接。如此设置，便于二者紧固连接，将动力传递给柱塞5。其它组成和连接关系与实施例一至九中任意一项相同。 [0077] 结合图1至图3说明本发明的工作原理： [0078] 本发明潜油电驱混抽泵是由潜油电机动力驱动往复伸缩电动推杆，电动推杆将上下往复的动力通过进液推拉轴传递给柱塞，柱塞的上下往复运动、游动凡尔和固定凡尔的协同动作，将井液源源不断地从泵体输送至地面井口管中，实现无杆采油的人工举升设备。 [0079] 潜油电驱混抽泵的举升工艺可以分解为上行程和下行程两个工艺过程。 [0080] 在上行程过程中，游动凡尔球处于关闭状态，防止井液泄压，在柱塞的推力作用下，液体压力使固定凡尔球处于打开状态，混抽泵将井液输送至油管内传递到井口管汇。当井下液体含气量较高，泵的上行程形成气锁，固定凡尔无法打开，这时防气撞头凡尔罩在推杆的作用下主动撞开固定凡尔球，达到排气排液。 [0081] 在下行程过程中，固定凡尔球关闭，游动凡尔球处于打开状态，井液在井下储层压力下持续进入到泵管内，直至泵管内外井液在井下维持平衡状态。 [0082] 本发明上述实施例中，所述控制模块用以控制电机带动电动推杆频繁往复运动中柱塞的每个冲程都能达到预设行程，以确保混抽泵单个冲程的理论排量达到要求，并且确保柱塞不超过预设的最大行程，以免造成柱塞超过冲程限制对固定凡尔单元的撞击破坏。 [0083] 如果柱塞没有到达预设行程，或因初始达到预设行程但随着频繁往复运动形成的累计误差等因素造成单个冲程未达到预设行程时，控制模块可对电机的运动进行自动修正。 [0084] 在预设的行程下需要调节排量时，控制模块可通过变频调节电机的速度以实现电动推杆带动柱塞的冲次（柱塞往返时间）变化，实现排量按需要的变化。 [0085] 本发明上述实施例中，油水井含气量大时泵产生气锁，防气撞头凡尔罩的撞针在上行程上死点可主动打开固定凡尔球，实现排液排气，并且不超过最大行程位置，避免撞击破坏。 [0086] 本发明上述实施例中，通过第一级密封环、第二级密封环的软密封结构、短密封泵筒技术解决含砂量大时的砂卡问题，固定凡尔在非排液状态下关闭可防止柱塞砂埋。 [0087] 本发明另一实施例中，所述电机转速的控制通过状态观测器进行电机的电压和电流的观测，以确定出电机的实际位置，并通过设置电动推杆的预设位置，通过将运动位置和预设位置作差后计算电机的运行速度，进一步通过电机速度计算出电机的正弦电流，通过正弦电流控制电机速度达到上述运行速度，通过速度和设定运行时间确定出电机的运行位置，即电动推杆位置，且上述过程若实际位置与预设位置不相等，则通过上述方式对运行速度进行确定，从而实现对抽油过程的控制。 [0088] 并且柱塞在上下死点换向瞬间，电机频率较低情况采用方波或高频注入控制。 [0089] 至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些实施例。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。 [0090] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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