井下潜油多段举升式抽油系统及配置方法
【专利摘要】本发明提出一种井下潜油多段举升式抽油系统及配置方法，属于采油设备领域。系统包括地面驱动控制装置、井下电缆、油管、潜油式机泵一体化装置，由分布在井下到井口之间的多台潜油式机泵一体化装置组成抽油举升系统。进行系统的配置安装时，依据油液需要被举升的最大高度、潜油式机泵一体化装置的扬程，综合考虑静载荷和动载荷等因素，计算分配潜油式机泵一体化装置的台数和间隔的油管数。该系统取消了变速箱等机械传动部分，系统效率大大提高、消除了地面噪音，节能环保；采用多段式举升方式，结构简单、制造安装方便，解决了无杆式抽油方法体积受限、功率不足的问题，可进行深井和分层采油，并在一定程度上提高了系统整体可靠性。
【专利说明】井下潜油多段举升式抽油系统及配置方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种井下潜油多段举升式抽油系统及配置方法，属于采油设备领域。
【背景技术】
[0002]目前油田抽油使用的设备大都是用电机带动平衡块、游梁进行往复运动，带动抽油杆提拉抽油泵，完成抽油的全过程，即为俗称的“磕头机”抽油。这种传统的抽油方式地面要设置抽油机，上面安装机械变速箱，油管内要安装抽油杆，承受负荷较大，存在抽油系统效率很低、浪费能源、地面噪音大等问题。
[0003]为提高抽油系统效率，多种潜油式无杆举升系统被提出，将电机和泵都安装于井下，取消了抽油杆。但受限于井下狭长空间，安装于井下的电机和泵难以将功率做的足够大，因此对于较深的井无法满足要求。此外，油田为提高产量，还有采用分层采油的抽汲需求，这都是现有抽油系统无法实现的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对目前地面抽油方法存在的耗电大、浪费能源、噪音大等问题，提供一种结构简单、体积小巧、效率较高、节约能源的抽油方式；同时，解决无杆式抽油方法中潜油泵体积受限、功率不足，以及分层采油等问题。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
系统包括地面驱动控制装置(I)、井下电缆(2)、多段油管(3)、多个潜油式机泵一体化装置(4)。由分布在井下到井口之间的多台潜油式机泵一体化装置(4)组成抽油举升系统，相邻两台潜油式机泵一体化装置(4)之间为多段油管(3)。
[0006]多台潜油式机泵一体化装置(4)分别与井下电缆(2)相连，井下电缆(2)连接到地面驱动控制装置(I )，由地面驱动控制装置(I)对多台潜油式机泵一体化装置(4)进行监测、控制和驱动。
[0007]进行潜油式机泵一体化装置(4)的配置安装时，首先用油液需要被举升的最大高度除以单台潜油式机泵一体化装置(4)的扬程，得出一个基本数量，然后在考虑动载荷的基础上将该基本数量乘以一个大于I的裕度系数，最后结果加1，取整得到最终需要安装的潜油式机泵一体化装置(4)的数量。这里的裕度系数是为了考虑动载荷因素，由于动载荷是叠加在静载荷基础上的，因此要大于I ;而最后的结果加1，则是为了防止万一某台潜油式机泵一体化装置(4)发生故障，仍能保证系统的正常工作而留的裕度；从概率角度看，2台以上同时故障的几率很小，因此只考虑I台故障的可能性即可。
[0008]用油液需要被举升的最大高度除以最终需要安装数量，即可得到相邻两台潜油式机泵一体化装置(4)的安装距离；将该距离除以单个油管(3)的安装长度可得到需间隔的油管(3)数量，从井口开始每隔相应的油管(3)数量安装一台潜油式机泵一体化装置(4)。这里进行计算时，严格意义上应扣除潜油式机泵一体化装置(4)本身的长度，不过由于其长度相对井筒长度很小，进行近似计算即可。
[0009]井下电缆连接时，可根据需要和投资采用两种方式，一种是多个潜油式机泵一体化装置(4)采用总线方式依次并联到同一组井下电缆(2)上统一供电，此时整个系统只需要一组井下电缆，成本较低、接线方便，但不能对多个潜油式机泵一体化装置(4)分别进行控制或检测。
[0010]另一种是多个潜油式机泵一体化装置(4)采用星型接线方式，井下电缆(2)有多组，每组井下电缆(2)分别连接一台潜油式机泵一体化装置(4);地面驱动控制装置(I)可以对每台潜油式机泵一体化装置(4)进行单独的监测、控制和驱动，以及故障诊断。该方式投资大、安装复杂。
[0011]安装于各段的多台潜油式机泵一体化装置(4)同步工作，共同完成逐段举升工作。
[0012]潜油式机泵一体化装置(4)为电机与泵一体式结构，且转子中空构成油液通道，从而实现级联举升效果。中空直线柱塞泵或者是电机转子中空的离心泵，均能作为本系统的潜油式机泵一体化装置(4)使用，与单独使用时相比，功率或扬程均可设计的比较小，因此设计和制造的难度也大大降低。
[0013]与现有技术相比较，本发明具有如下优点:
采用井下潜油式举升结构，相对地面抽油方法而言，取消了皮带、变速箱等机械传动部分，系统效率大大提高、消除了地面噪音，节能环保；且可方便的进行调速控制，便于提高产量和效率。采用多段式举升方式，结构简单、制造安装方便，解决了无杆式抽油方法体积受限、功率不足的问题，可进行深井和分层采油。将单井的抽油泵由一台分解为多台，在任一台抽油泵发生故障时仍能正常工作，从而在一定程度上提高了系统的可靠性；而且由于井况变化，正常工作时的负载一般都小于额定负载，因此出现两台以上抽油泵发生故障时仍可能正常工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为井下潜油多段举升式抽油系统安装示意图。
[0015]图中:1-地面驱动控制装置、2-井下电缆、3-油管、4-潜油式机泵一体化装置。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:
如图1所示，系统包括地面驱动控制装置(I)、井下电缆(2)、多段油管(3)、多个潜油式机泵一体化装置(4)。由分布在井下到井口之间的多台潜油式机泵一体化装置(4)组成抽油举升系统，相邻两台潜油式机泵一体化装置(4)之间为多段油管(3)。
[0017]图1中多个潜油式机泵一体化装置(4)采用总线方式依次并联到同一组井下电缆
(2)上统一供电，此时整个系统只需要一组井下电缆，成本较低、接线方便，但不能对多个潜油式机泵一体化装置(4)分别进行控制或检测。
[0018]地面驱动控制装置(I)可以根据潜油式机泵一体化装置(4)的不同，采用工频或变频器供电，驱动各段的多台潜油式机泵一体化装置(4)同步工作。采用变频器供电时，还可以方便地进行调速、调产量控制。
[0019]进行潜油式机泵一体化装置(4)的配置安装时，假设井深为1000米，单台潜油式机泵一体化装置(4)的扬程为100米，则用油液需要被举升的最大高度1000米除以单台潜油式机泵一体化装置(4)的扬程120米，得出基本数量为8.33 ;裕度系数可根据井况取为1.2，则8.33乘以1.2，然后加I为10.99，取整后得到最终需要安装的潜油式机泵一体化装置(4)的数量为11台。相当于每台潜油式机泵一体化装置(4)实际上承担的负载扬程为1000除以11为90.9米，从电机的负载率-效率关系上看，仍然处于电机运行的高效区间。
[0020]油管(3)—般长度为9-10米左右，可设为10米，用相邻两台潜油式机泵一体化装置(4)的安装距离90.9米除以油管(3)长度10米，得到油管(3)安装数量为9.09根，这时就要考虑潜油式机泵一体化装置(4)本身的长度。可以采用外接非标准的短油管方式，也可以将油管(3)数量取整，这时可能会导致相邻两台潜油式机泵一体化装置(4)的安装距离变小，必要时可增加I台潜油式机泵一体化装置(4)。
[0021]本系统中，潜油式机泵一体化装置(4)不论是采用直线驱动还是旋转驱动，转子都必须为中空结构，使油液通过中空部分连通，形成整体连续的压力传递关系，从而使液柱负载自动均匀的在各级潜油式机泵一体化装置(4)之间分配。
【权利要求】
1.井下潜油多段举升式抽油系统及配置方法，其特征在于:系统包括地面驱动控制装置(I)、井下电缆(2)、油管(3)、潜油式机泵一体化装置(4)，由分布在井下到井口之间的多台潜油式机泵一体化装置(4)组成抽油举升系统，相邻两台潜油式机泵一体化装置(4)之间为多段油管(3); 多台潜油式机泵一体化装置(4)分别与井下电缆(2)相连，井下电缆(2)连接到地面驱动控制装置(I )，由地面驱动控制装置(I)对多台潜油式机泵一体化装置(4)进行监测、控制和驱动。
2.根据权利要求1所述的井下潜油多段举升式抽油系统及配置方法，其特征在于:进行潜油式机泵一体化装置(4)的配置安装时，首先用油液需要被举升的最大高度除以单台潜油式机泵一体化装置(4)的扬程，得出一个基本数量，然后在考虑动载荷的基础上将该基本数量乘以一个大于I的裕度系数，最后结果加1，取整得到最终需要安装的潜油式机泵一体化装置(4)的数量； 用油液需要被举升的最大高度除以最终需要安装数量，即可得到相邻两台潜油式机泵一体化装置(4)的安装距离； 将该距离除以单个油管(3)的安装长度可得到需间隔的油管(3)数量，从井口开始每隔相应的油管(3)数量安装一台潜油式机泵一体化装置(4)。
3.根据权利要求1所述的井下潜油多段举升式抽油系统及配置方法，其特征在于:多个潜油式机泵一体化装置(4)采用总线方式依次并联到同一组井下电缆(2)上统一供电； 根据权利要求3所述的井下潜油多段举升式抽油系统及配置方法，其特征在于:多个潜油式机泵一体化装置(4)采用星型接线方式，井下电缆(2)有多组，每组井下电缆(2)分别连接一台潜油式机泵一体化装置(4);地面驱动控制装置(I)对每台潜油式机泵一体化装置(4)进行单独的监测、控制和驱动，以及故障诊断。
4.根据权利要求1所述的井下潜油多段举升式抽油系统及配置方法，其特征在于:安装于各段的多台潜油式机泵一体化装置(4)同步工作。
5.根据权利要求1所述的井下潜油多段举升式抽油系统及配置方法，其特征在于--潜油式机泵一体化装置(4)为电机与泵一体式结构，且转子中空构成油液通道。
【文档编号】E21B43/00GK104265244SQ201410464124
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月14日 优先权日:2014年9月14日
【发明者】周封, 郝婷, 周至柔, 王晨光, 王丙全, 刘健, 汪洋, 李伟力, 殷大伟, 刘小可 申请人:哈尔滨理工大学, 周封