一种用于电动潜油往复泵采油系统的密封装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于电动潜油往复泵采油系统的密封装置，包括电动潜油往复泵泵筒、抽油泵拉杆，还包括直线电机，直线电机的上下端分别被上波纹管和下波纹管密封包围，上波纹管和下波纹管外分别设置上波纹管防护管和下波纹管防护管，采用高弹性耐蚀橡胶波纹管，实现了潜油直线电机运动部分与井液的彻底隔离，同时在波纹管内充满润滑油，使动子轴始终处在良好的润滑状态，保证了电动潜油往复泵采油系统的无故障工作时间。
【专利说明】一种用于电动潜油往复泵采油系统的密封装置
【技术领域】
[0001]本发明属于石油天然气工业井下作业工具【技术领域】，具体涉及一种用于电动潜油往复泵采油系统的密封装置，是针对油田电动潜油往复泵采油系统而设计的密封装置，适用于采用潜油直线电机连接往复泵举升原油的采油井。
【背景技术】
[0002]电动潜油往复泵采油系统是将潜油直线电机置于井下，通过磁激励将电能转变为直线往复运动机械能，不需要任何中间转换机构的传动装置，从而直接驱动抽油泵实现往复运动,举升抽油。
[0003]比如中国专利CN103557145A，公开了电动潜油往复泵，包括直线电机、抽油泵和地面控制柜三部分，直线电机为电力拖动装置，直线电机动子通过光杆与管式泵推杆相连，直线电机下方设有扶正器；抽油泵包括外筒、内筒及柱塞，抽油泵内部自下而上依次为连接接箍、推杆、进液筛管、柱塞、游动凡尔球、游动弹簧、固定凡尔球、固定弹簧、吊卡位及接连接箍。所述的直线电机动子由永磁体、磁堆、中心杆组成；永磁体采用抗腐合金材料密封；磁堆和中心杆为不锈钢材料；直线电机定子由绕组铁芯、内筒和外壳组成；定子、动子之间没有轴承；动子铁环外表面与定子支撑导套构成摩擦副；直线电机引出电缆采用不锈钢管做保护，不锈钢管外壁与定子总成在出线口处焊接相连；引出电缆在接线筒内与小扁电缆对接。所述的在进液筛管套在推杆上，进液筛管上端安装有多刀刃刮砂器，与推杆紧密配合。所述的柱塞外侧套有套管。所述的固定凡尔球上端加装了弹簧复位导向阀。所述的内筒和外筒之间的环状空间为沉砂筒。所述的固定凡尔球位于泵腔上端，柱塞行程至上止点时，柱塞与固定球座之间的距离小于10mm，进液筛管11下端安装有刮砂杯。
[0004]井液至下而上(垂直井)经过直线电机外壁流向抽油泵，电机通过井液散热，同时对井液起到加温作用，增强了井液的流动性。电机定子交变的行波磁场，对井液有稀释作用。电机定子上行时，井液在I秒时间内通过平衡腔进液孔被吸入电机平衡腔；电机定子下行时，平衡腔内的井液在I秒时间内被动子挤压排除。周而复始，不断对油层产生局部冲击，亦可增加油液的流动性，有效的解决的解堵问题，适应于直井、斜井、水平井的开采。
[0005]又如中国专利CN202900189U，公开了一种电潜泵工艺管柱，该电潜泵工艺管柱包括管柱总成与装入管柱总成中的电潜泵总成，所述管柱总成包括套入套管内部的油管，油管的前端设置有不压井开关，所述电潜泵总成包括电潜泵及安装于泵前端部的不压井开关操作杆，所述电潜泵安装于油管内部，所述不压井开关操作杆位于不压井开关上方。所述油管和不压井开关之间还设置有泵连接座，所述电潜泵上安装有锁爪并同锁爪卡合在泵连接座上；所述锁爪与电潜泵之间设置有密封圈；所述电潜泵前端连接不压井开关操作杆的位置还开设有吸入口 ；所述电潜泵后端连接入电缆，该电缆被密封罩于连续管内；所述油管分为相互连接的两段直径不同的油管，在直径大的油管内安装电潜泵，在直径小的油管外壁与套管之间安装封隔器和排气阀；所述套管为7in套管，油管分别为4in油管和5in油管。
[0006]油管柱采用上细下粗的两级油管组合，上部油管外安装有无套压封隔器，下部油管底部安装有插入式电潜泵的连接座和单向开启的不压井开关，这一整套管柱及工具组合作为驻井管柱长期安装于井下。吸入口下置式的插入式电潜泵由连续管输送下井，插入泵连接座内锁定、密封，同时不压井开关操作杆开启不压井开关，打通油管通道，地层产液经由电潜泵举升沿连续管和油管之间环空产出地面。当电潜泵起出时，不压井开关自动关闭，隔断油管通道。使用简单井下工具实现电潜泵井检泵不压井作业，简化作业流程，缩短作业时间，省去作业平台，节省作业费用；检泵时无需压井，降低储层伤害，保护储层产能。
[0007]从上述两项专利可以看出，与抽油机有杆泵采油系统相比，电动潜油往复泵采油系统由于不需要抽油杆，消除了冲程损失，提高了抽油泵泵效和系统运行效率、降低能耗，也从根本上解决了定向井普遍存在的杆管偏磨问题。
[0008]然而经过国内外调研发现，目前电机存在的动密封失效问题已成为制约该系统推广应用的一大障碍。一旦动密封失效，带有杂质的井液便会进入电机内部造成动子磁钢腐蚀，定子内孔磨损，甚至烧毁电机，严重影响了该采油系统的使用寿命。因此，需要对该系统的动密封装置进行重新设计以满足油井的生产需要。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是克服目前电机存在动密封失效，在密封失效后，带有杂质的井液便会进入电机内部造成动子磁钢腐蚀，定子内孔磨损，甚至烧毁电机，严重影响了该采油系统的使用寿命的问题。
[0010]为此，本发明提供了一种用于电动潜油往复泵采油系统的密封装置，包括电动潜油往复泵泵筒、电动潜油往复泵泵筒内部的抽油泵拉杆，还包括直线电机，抽油泵拉杆下端连接直线电机的上拉杆上端，直线电机的电机外筒的下端连接有堵头；
上拉杆上部外壁套有上波纹管，上波纹管外设置有上波纹管防护管，上波纹管的上端连接在抽油泵拉杆和上拉杆连接处，上波纹管的下端连接在电机外筒的上端，上波纹管防护管的上下端分别连接电动潜油往复泵泵筒的下端和电机外筒的上端；
直线电机的下拉杆下部外壁套有下波纹管，下波纹管外设置有下波纹管防护管，下波纹管的上端连接直线电机的电机尾管的下端，下波纹管的下端连接下拉杆下端，下波纹管防护管的上下端分别连接电机尾管的下端和堵头的上端。
[0011]所述的抽油泵拉杆和上拉杆连接处设置有第一法兰盘，电机外筒的上端设置有第二法兰盘，上波纹管的上下端分别连接在第一法兰盘和第二法兰盘上；
所述的电机尾管的下端设置有第三法兰盘，下拉杆下端设置有第四法兰盘，下波纹管的上下端分别连接在第三法兰盘和第四法兰盘上。
[0012]所述的上波纹管防护管的内壁上端通过螺纹连接在电动潜油往复泵泵筒的外壁下端，所述的上波纹管防护管的下端通过螺栓连接电机外筒的上端，下波纹管防护管的内壁上端通过螺纹连接电机尾管的外壁下端，下波纹管防护管的外壁下端通过螺纹连接堵头的内壁上端。
[0013]所述的堵头内部安装有竖直方向的缓冲弹簧，所述缓冲弹簧的上端连接在下拉杆下端部，缓冲弹簧的下端固定在堵头底部。
[0014]所述的上波纹管和下波纹管为橡胶波纹管。
[0015]所述的上波纹管和下波纹管内嵌有不锈钢弹簧。
[0016]所述的不锈钢弹簧在直线电机处于下限位时候处于自由状态，所述的不锈钢弹簧在直线电机处于上限位时候处于最大储能状态。
[0017]所述的上波纹管和下波纹管内充满润滑油。
[0018]所述的上波纹管防护管和下波纹管防护管内壁上设置有多圈等位移的限位挡块。
[0019]本发明的有益效果:本发明采用高弹性耐蚀橡胶波纹管，实现了潜油直线电机运动部分与井液的彻底隔离，同时在波纹管内充满润滑油，使动子轴始终处在良好的润滑状态，保证了电动潜油往复泵采油系统的无故障工作时间。
[0020]以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明结构原理图。
[0022]附图标记说明:1、电动潜油往复泵泵筒；2、抽油泵拉杆；3、上波纹管防护管；4、上波纹管；5、电机外筒；6、上拉杆；7、电机尾管；8、下波纹管防护管；9、下波纹管；10、下拉杆；11、堵头；12、缓冲弹簧。
【具体实施方式】
[0023]目前电机存在的动密封失效问题已成为制约该系统推广应用的一大障碍。一旦动密封失效，带有杂质的井液便会进入电机内部造成动子磁钢腐蚀，定子内孔磨损，甚至烧毁电机，严重影响了该采油系统的使用寿命。因此，需要对该系统的动密封装置进行重新设计以满足油井的生产需要。
[0024]实施例1:
本实施例提供一种用于电动潜油往复泵采油系统的密封装置，如图1所示，包括电动潜油往复泵泵筒1、电动潜油往复泵泵筒I内部的抽油泵拉杆2，还包括直线电机，抽油泵拉杆2下端连接直线电机的上拉杆6上端，直线电机的电机外筒5的下端连接有堵头11 ；上拉杆6上部外壁套有上波纹管4，上波纹管4外设置有上波纹管防护管3，上波纹管4的上端连接在抽油泵拉杆2和上拉杆6连接处，上波纹管4的下端连接在电机外筒5的上端，上波纹管防护管3的上下端分别连接电动潜油往复泵泵筒I的下端和电机外筒5的上端;
直线电机的下拉杆10下部外壁套有下波纹管9，下波纹管9外设置有下波纹管防护管8，下波纹管9的上端连接直线电机的电机尾管7的下端，下波纹管9的下端连接下拉杆10下端，下波纹管防护管8的上下端分别连接电机尾管7的下端和堵头11的上端。
[0025]本实施例中的这种结构使得上波纹管4和下波纹管9分别位于直线电机的上端和下端，起到潜油直线电机运动部分彻底与井液隔离的作用。随着直线电机的轴在运动时产生轴向位移(本发明中表现为上拉杆6和下拉杆10的轴向往复运动)，使得上波纹管4和下波纹管9被不断地拉伸和压缩，隔绝井液进入潜油电机内部，上、下波纹管防护管分别位于上、下橡胶波纹管外部，起到对波纹管发生形变时的导向作用。
[0026]实施例2:
上述实施例1中的各处连接关系，可以是本实施例中的这种情况:抽油泵拉杆2和上拉杆6连接处设置有第一法兰盘，电机外筒5的上端设置有第二法兰盘，上波纹管4的上下端分别连接在第一法兰盘和第二法兰盘上；电机尾管7的下端设置有第三法兰盘，下拉杆10下端设置有第四法兰盘，下波纹管9的上下端分别连接在第三法兰盘和第四法兰盘上。
[0027]法兰盘分别连接潜油直线电机的上、下拉杆，与波纹管连接的法兰盘兼作波纹防护管支撑，防止波纹管与波纹防护管直接接触磨擦损伤波纹管外部的作用。
[0028]本实施例中的几个法兰盘与上波纹管4和下波纹管9均连接地非常密封，不会使得井液从此处进入直线电机的运动部位，这样的结构便可以使得直线电机的运动部位被法兰盘、上波纹管4和下波纹管9密封包围，在运动的过程中也不会有井液能够渗透，保障了电机内部的完整密封运行。
[0029]实施例3:
上述实施例1中的外围的防护管柱在本实施例中结构如下，上波纹管防护管3的内壁上端通过螺纹连接在电动潜油往复泵泵筒I的外壁下端，所述的上波纹管防护管3的下端通过螺栓连接电机外筒5的上端，下波纹管防护管8的内壁上端通过螺纹连接电机尾管7的外壁下端，下波纹管防护管8的外壁下端通过螺纹连接堵头11的内壁上端。
[0030]通过此种结构保障了上波纹管4和下波纹管9的工作环境，使其不易受到外界井液环境的侵扰，更加能够保障设备的长时间运行，一定程度上延长了其使用寿命。
[0031]实施例4:
在上述实施例1、2、3的基础上，本实施例在堵头11内部安装有竖直方向的缓冲弹簧12，所述缓冲弹簧12的上端连接在下拉杆10下端部，缓冲弹簧12的下端固定在堵头11底部。
[0032]因为直线电机的运行状态为沿轴向往复运动，此种结构能够使得直线电机的拉杆在运行过程中有一定的缓冲，不会机械的碰撞到堵头而使得直线电机被损坏。
[0033]实施例5:
本实施例中，上波纹管4和下波纹管9具体为橡胶波纹管，橡胶波纹管柔性较强，在满足密封的前提下，能够多次地不断实现拉伸和收缩，相比于其他材质的波纹管，更适用于本发明的结构类型。而且可以将波纹结构设计成波纹两边垂直的形式使波纹管拉伸和压缩更加顺畅，应力较小。
[0034]进一步地，上波纹管4和下波纹管9内嵌有不锈钢弹簧，不但能够增加其弹性，而且能够防止波纹管被过度拉伸或压缩。不锈钢弹簧在直线电机处于下限位时候处于自由状态，所述的不锈钢弹簧在直线电机处于上限位时候处于最大储能状态。直线电机向下限位运动时拖动油泵排出井液，弹簧释放储能，减小潜油直线电机工作电流，降低系统能耗。
[0035]在本实施例中，上波纹管4和下波纹管9内充满润滑油，使得直线电机的运动部位始终处在良好的润滑状态，同时保持内腔与井液压力平衡。
[0036]实施例6:
在上述实施例1至5的基础上，本实施例中在上波纹管防护管3和下波纹管防护管8内壁上设置有多圈等位移的限位挡块。由于上波纹管4和下波纹管9在往复运动的过程中，可能会产生部分位置伸展不均匀的状态，严重时会造成重叠，影响波纹管的使用寿命，这些限位挡块的设置，相当于将波纹管分成了多个小单元部分，每个限位挡块相当于刮刷器一样，可以修正一小段的波纹管，保证各个单元波纹管均匀伸展。
[0037]综上所述，本发明的这种用于电动潜油往复泵采油系统的密封装置，将潜油直线电机运动部分彻底与井液隔离，以期获得较长的无故障工作时间。
[0038]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。
【权利要求】
1.一种用于电动潜油往复泵采油系统的密封装置，包括电动潜油往复泵泵筒(1)、电动潜油往复泵泵筒(1)内部的抽油泵拉杆(2)，还包括直线电机，其特征在于:抽油泵拉杆(2)下端连接直线电机的上拉杆(6)上端，直线电机的电机外筒(5)的下端连接有堵头(11)； 上拉杆(6)上部外壁套有上波纹管(4)，上波纹管(4)外设置有上波纹管防护管(3)，上波纹管(4)的上端连接在抽油泵拉杆(2)和上拉杆(6)连接处，上波纹管(4)的下端连接在电机外筒(5)的上端，上波纹管防护管(3)的上下端分别连接电动潜油往复泵泵筒(1)的下端和电机外筒(5)的上端； 直线电机的下拉杆(10)下部外壁套有下波纹管(9)，下波纹管(9)外设置有下波纹管防护管(8)，下波纹管(9)的上端连接直线电机的电机尾管(7)的下端，下波纹管(9)的下端连接下拉杆(10)下端，下波纹管防护管(8)的上下端分别连接电机尾管(7)的下端和堵头(11)的上端。
2.如权利要求1所述的用于电动潜油往复泵采油系统的密封装置，其特征在于:所述的抽油泵拉杆(2)和上拉杆(6)连接处设置有第一法兰盘，电机外筒(5)的上端设置有第二法兰盘，上波纹管(4)的上下端分别连接在第一法兰盘和第二法兰盘上； 所述的电机尾管(7)的下端设置有第三法兰盘，下拉杆(10)下端设置有第四法兰盘，下波纹管(9 )的上下端分别连接在第三法兰盘和第四法兰盘上。
3.如权利要求1或2所述的用于电动潜油往复泵采油系统的密封装置，其特征在于:所述的上波纹管防护管(3)的内壁上端通过螺纹连接在电动潜油往复泵泵筒(1)的外壁下端，所述的上波纹管防护管(3)的下端通过螺栓连接电机外筒(5)的上端，下波纹管防护管(8)的内壁上端通过螺纹连接电机尾管(7)的外壁下端，下波纹管防护管(8)的外壁下端通过螺纹连接堵头(11)的内壁上端。
4.如权利要求3所述的用于电动潜油往复泵采油系统的密封装置，其特征在于:所述的堵头(11)内部安装有竖直方向的缓冲弹簧(12)，所述缓冲弹簧(12)的上端连接在下拉杆(10)下端部，缓冲弹簧(12)的下端固定在堵头(11)底部。
5.如权利要求1或2或4所述的用于电动潜油往复泵采油系统的密封装置，其特征在于:所述的上波纹管(4)和下波纹管(9)为橡胶波纹管。
6.如权利要求5所述的用于电动潜油往复泵采油系统的密封装置，其特征在于:所述的上波纹管(4)和下波纹管(9)内嵌有不锈钢弹簧。
7.如权利要求6所述的用于电动潜油往复泵采油系统的密封装置，其特征在于:所述的不锈钢弹簧在直线电机处于下限位时候处于自由状态，所述的不锈钢弹簧在直线电机处于上限位时候处于最大储能状态。
8.如权利要求6或7所述的用于电动潜油往复泵采油系统的密封装置，其特征在于:所述的上波纹管(4)和下波纹管(9)内充满润滑油。
9.如权利要求1或2或4或6或7所述的用于电动潜油往复泵采油系统的密封装置，其特征在于:所述的上波纹管防护管(3)和下波纹管防护管(8)内壁上设置有多圈等位移的限位挡块。
【文档编号】F04B53/18GK104454477SQ201410726053
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月4日 优先权日:2014年12月4日
【发明者】杨海涛, 曾亚勤, 黄伟, 甘庆明, 李明, 辛宏, 韩二涛, 张磊, 刘天宇, 李佰涛, 张岩, 呼苏娟, 刘涛 申请人:中国石油天然气股份有限公司