螺杆泵采油装置的制作方法

本申请涉及采油设备技术领域，尤其涉及一种螺杆泵采油装置。

背景技术：

本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

传统的有杆采油工艺常存在因抽油杆偏磨而导致抽油杆发生断脱事故。潜液螺杆泵采油工艺因取消了抽油杆而成功的解决了上述问题，且潜液螺杆泵采油工艺还具有投资少、占地面积小、维护方便、节约能耗、适用性较好可适用于稠油、含气、含砂井的开采等优点，因而被广泛的应用。

然而，作为潜液螺杆泵采油工艺的主要工作部件，当螺杆泵的沉没度低于某一阈值的大小时，易发生烧泵的情况。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现要素：

本申请发明人发现，螺杆泵易烧泵的主要原因是螺杆泵多采用橡胶定子，当螺杆泵的沉没度低于某一阈值时，螺杆泵的供液会受到影响，如此易造成螺杆泵的定子与转子之间的摩擦阻力增大，使橡胶定子发热，温度升高。螺杆泵长时间在这样的工况条件下运转就容易发生烧泵事故。

本申请实施方式的目的是提供一种螺杆泵采油装置，该螺杆泵采油装置能根据动液面高度自动调整螺杆泵的转速，从而使螺杆泵能在合理的沉没度下运行，以保证螺杆泵供液正常，尽量避免橡胶定子发热引发的烧泵情况的发生，从而保护螺杆泵。

为实现上述目的，本申请实施方式提供了如下的技术方案。

一种螺杆泵采油装置，包括：

套管，所述套管中能存储井液；

油管，所述油管套设在所述套管中；

螺杆泵，所述螺杆泵具有进口端和出口端，其中，所述进口端位于所述套管中并能淹没在井液中，所述出口端与所述油管伸入所述套管中的端部相连接；

电机，所述电机的输出轴与所述螺杆泵的转子相连接以驱动所述螺杆泵运转；

动液面检测件，所述动液面检测件设置在所述套管中；所述动液面检测件能检测所述套管中所存储的井液的液面高度；

控制部，所述控制部与所述动液面检测件和所述电机信号连接；所述控制部能接收所述动液面检测件检测到的液面高度数据，并基于接收到的液面高度数据控制所述电机的转速，以控制所述螺杆泵运转的速度。

优选地，所述控制部在接收到的液面高度数据低于预定阈值时控制所述电机降低转速，以降低所述螺杆泵的运转速度。

优选地，所述动液面检测件为液位传感器。

优选地，所述螺杆泵采油装置还包括单向阀，所述单向阀设置在所述油管和所述螺杆泵的出口端之间；所述单向阀用于防止进入所述油管中的井液回流至所述螺杆泵中。

优选地，所述螺杆泵采油装置还包括电机保护器，所述电机保护器连接在所述螺杆泵与所述电机的输出轴之间；所述电机保护器能隔离所述电机和位于所述电机附近的井液。

优选地，所述螺杆泵采油装置还包括止推机构，所述止推机构连接在所述螺杆泵与所述电机的输出轴之间；所述止推机构能缓冲轴向冲击。

优选地，所述止推机构包括：

纵长延伸的壳体，所述壳体沿其纵长延伸方向的两端分别与所述螺杆泵的外壁和所述电机的外壁相连接；所述壳体内设置有沿径向向内延伸的限位部；

活动穿设在所述壳体内的传动轴，所述传动轴的一端与所述螺杆泵的转子相连接，所述传动轴的另一端与所述电机的输出轴相连接；所述传动轴能传递所述电机的输出轴的转动扭矩以带动所述螺杆泵的转子转动；

止推轴承，所述止推轴承套设在所述传动轴外，并支撑在所述限位部上。

优选地，所述传动轴包括多个连接杆，多个所述连接杆通过万向节接头连接。

优选地，所述壳体靠近上端的侧壁上设置有多个通孔。

优选地，所述壳体靠近下端的侧壁上设置有多个凹槽，多个所述凹槽中分别设置有扶正块，所述扶正块与所述凹槽之间设置有弹簧，所述弹簧能向所述扶正块施加向外的弹力。

优选地，所述螺杆泵采油装置还包括锚定器，所述锚定器连接在所述电机的下端；所述锚定器锚定在所述套管的内壁上。

优选地，所述螺杆泵采油装置还包括显示器，所述显示器与所述控制部信号连接；所述显示器用于显示所述控制部接收到的液面高度数据。

借由以上的技术方案，本申请通过在套管中设置能够检测套管中所存储的井液的液面高度的动液面检测件，并将检测到的液面高度数据反馈给与之信号连接的控制部。当检测到套管中井液的液面高度数据低于预定阈值，即螺杆泵的沉没度较低时，由控制部控制电机降低转速，以降低螺杆泵的运转速度，使套管中的井液的液面高度不至于下降过快，从而使螺杆泵能够在合理的沉没度下运行，保证螺杆泵有充足的井液供应，从而保护螺杆泵避免发生烧泵的情况。

同样的，当动液面检测件检测到套管中井液的液面高度数据较大，即螺杆泵的沉没度较深时，由控制部控制电机提高转速，以提高螺杆泵的运转速度，使套管中的井液的液面高度得以快速下降，从而提高抽油效率。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。在附图中：

图1为本申请实施方式的螺杆泵采油装置的结构示意图；

图2为本申请实施方式的止推机构的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当一个零部件被称为“设置于”另一个零部件，它可以直接在另一个零部件上或者也可以存在居中的零部件。当一个零部件被认为是“连接”另一个零部件，它可以是直接连接到另一个零部件或者可能同时存在居中零部件。本文所使用的术语“竖直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

如图1所示，为本申请实施方式的螺杆泵采油装置的结构示意图。请参阅图1，本申请实施方式的螺杆泵采油装置包括：套管1，所述套管1中能存储井液4；油管2，所述油管2套设在所述套管1中；螺杆泵3，所述螺杆泵3具有进口端和出口端，其中，所述进口端位于所述套管1中并能淹没在井液4中，所述出口端与所述油管2伸入所述套管1中的端部相连接；电机5，所述电机5的输出轴与所述螺杆泵3的转子相连接以驱动所述螺杆泵3运转；动液面检测件6，所述动液面检测件6设置在所述套管1中；所述动液面检测件6能检测所述油套环空中所存储的井液4的液面高度；控制部7，所述控制部7与所述动液面检测件6和所述电机5信号连接；所述控制部7能接收所述动液面检测件6检测到的液面高度数据，并基于接收到的液面高度数据控制所述电机5的转速，以控制所述螺杆泵3运转的速度。

本申请实施方式的螺杆泵采油装置通过在套管1中设置能够检测套管1中所存储的井液4的液面高度的动液面检测件6，并将检测到的液面高度数据反馈给与之信号连接的控制部7。当检测到套管1中井液4的液面高度数据低于预定阈值，即螺杆泵3的沉没度较低时，由控制部7控制电机5降低转速，以降低螺杆泵3的运转速度，使套管1中的井液4的液面高度不至于下降过快，从而使螺杆泵3能够在合理的沉没度下运行，保证螺杆泵3有充足的井液供应，从而保护螺杆泵3避免发生烧泵的情况。

同样的，当动液面检测件6检测到套管1中井液4的液面高度数据较大，即螺杆泵3的沉没度较深时，由控制部7控制电机5提高转速，以提高螺杆泵3的运转速度，使套管1中的井液的液面高度得以快速下降，从而提高抽油效率。

螺杆泵3的出口端与油管2连接，进口端淹没在套管1中的井液4中，从而，螺杆泵3泵输后的井液4经出口端流向油管2，实现采油。

螺杆泵3可以任意合适的现有构造，实际中可以根据需要选择使用适当型号、尺寸和功率的螺杆泵3，本申请对此不作限定。

通常，采用本实施方式的螺杆泵采油装置进行采油作业时，一般会存在作业周期和停工周期；或者，当需要对本实施方式的螺杆泵采油装置所涉及到的一些零部件或相关的其他设备进行维护时，也需要停工。此时，具体是通过使电机5停止运行实现停工。

一般地，当停工时，已经抽取到油管2或地面上的井液会在自身重力的作用下回流。如果不采取相应的限制井液回流的措施，一方面会造成将井液抽取至油管2或地面所耗费的能源被无端浪费，另一方面井液回流还会冲击位于井下的设备例如螺杆泵5、套管1等，从而可能造成这些设备的损坏。

因此，为了防止停工时已经进入油管2中或者已经被抽取至地面上的井液回流，在本实施方式中，所述螺杆泵采油装置还包括单向阀8，所述单向阀8设置在所述油管2和所述螺杆泵3的出口端之间；所述单向阀8用于防止进入所述油管2中的井液回流至所述螺杆泵3中。通过在油管2和螺杆泵3的出口端之间设置单向阀8，从而可以限制井液的回流，这样可以避免因井液回流造成的能源浪费，也可以避免因井液回流对井下设备的冲击，保护井下设备。

电机5用于驱动螺杆泵3运转，并且在本实施方式中，电机5需要通过转速的变化来调整螺杆泵3运转速度，以实现对套管1中的井液4的液面高度的控制，使螺杆泵3能够始终保持较为合理的沉没度。因此，电机5应具有较佳的变速性能。由于三相异步电机的变速性能较为优良，实际中，电机5可以采用三相异步电机。

此外，一般地，套管1的尺寸有限，其能够为电机5提供的井下安装空间也是有限的。因此，实际中还应该考虑电机5的体积不应过大，以适应井下的安装空间。由于低速电机的体积较小，可以较佳地的满足电机5的安装空间的要求。

综上，为了同时满足对变速和体积小的要求，电机5优选采用低速、三向异步电机。具体的，例如，电机5可以参阅公告号为CN203504376U，名称为《低转速多速三相异步电动机》的中国实用新型提供的电机。

在本实施方式中，电机5沉没在井液中，井液可能浸入电机5中，从而对电机5的运行产生不利影响，严重时可能造成电机5中的电路短路，烧毁电机5。因此，对电机5实施保护，使其与井液隔离开来是必要的。

因此，进一步地，在本实施方式中，所述螺杆泵采油装置还包括电机保护器9，所述电机保护器9连接在所述螺杆泵3与所述电机5的输出轴之间；所述电机保护器9能隔离所述电机5和位于所述电机5附近的井液4。

电机5的输出轴伸出电机5的壳体，且由于输出轴需要转动，因此输出轴与电机5的壳体之间转动连接，这样在两者的转动连接处极有可能存在缝隙，井液有可能由该缝隙浸入电机5中。因此，一般地，电机保护器9连接在电机5输出轴的一端，将井液与电机5的输出轴进行隔离，防止井液经输出轴与电机5的壳体的连接处浸入电机5中，实现对电机5较佳地保护。

在本申请中，电机保护器9可以采用任意合适的现有构造，在本申请对此不作限定。具体的，例如，电机保护器9可以为胶囊式保护器、沉降式保护器。实际中，电机保护器9可以采用公开号为CN202737636U，名称为《防吸破胶囊潜油电机保护器》的中国实用新型提供的电机保护器；或者，还可以采用公开号为CN105207418A，名称为《井下电机保护器及其应用》的中国发明专利申请提供的电机保护器。

此外，电机5带动螺杆泵3在运行过程中，可能会产生振动。这种振动可能会带动井下其他一系列的部件例如油管2、动液面检测件6一起振动。这样，会使得整个采油装置承受交变的振动载荷，从而造成部件疲劳，尤其在部件连接处，由于疲劳可能会导致连接断脱。更有甚者，如果电机5带动螺杆泵3在运行过程中产生的振动导致本申请实施方式的螺杆泵采油装置中处于井下部分的相关部件发生共振，将会发生十分严重的生产事故。

电机5带动螺杆泵3在运行过程中产生的振动主要可分解为径向振动和轴向振动。具体的，如图1所示，径向振动可以表现为井下部分的相关部件沿水平方向发生左右的位移，轴向振动可以表现为井下部分的相关部件沿竖直方向发生上下的位移。因此，为了能最大限度的降低电机5带动螺杆泵3在运行过程中产生的振动，可以对井下部分的相关部件分别在径向和轴向上进行限制。

因此，为了实现对井下部分的相关部件在径向上的限制，本申请实施方式的所述螺杆泵采油装置还包括锚定器11，所述锚定器11连接在所述电机5的下端；所述锚定器11锚定在所述套管1的内壁上。

锚定器11连接在电机5的下端，并锚定在套管1的内壁上，从而可以限制井下部分的相关部件的径向位移，实现对井下部分的相关部件在径向上的限制。

此外，井下部分的相关部件发生径向位移的支点处于井口，这样远离井口的部分发生径向位移的幅度最大。在本实施方式中，将锚定器11设置在井下部分的相关部件的最下端，可以最大限度的发挥锚定器11对径向位移的限制作用，从而可大大降低井下部分的相关部件发生径向位移的幅度。

相应地，为了实现对井下部分的相关部件在轴向上的限制，本申请实施方式的所述螺杆泵采油装置还包括止推机构10，所述止推机构10连接在所述螺杆泵3与所述电机5的输出轴之间；所述止推机构10能缓冲轴向冲击。

由于振动的来源是电机5的输出轴的转动，因此，将止推机构10设置在螺杆泵3与电机5的输出轴之间，可以最大限度的发挥止推机构10对轴向位移的限制作用，从而可大大降低井下部分的相关部件发生轴向位移的幅度。

如图2所示，为本申请实施方式的止推机构10的结构示意图。请参阅图2，所述止推机构10包括：纵长延伸的壳体101，所述壳体101沿其纵长延伸方向的两端分别与所述螺杆泵3的外壁和所述电机5的外壁相连接；所述壳体101内设置有沿径向向内延伸的限位部102；活动穿设在所述壳体101内的传动轴103，所述传动轴103的一端与所述螺杆泵3的转子相连接，所述传动轴103的另一端与所述电机5的输出轴相连接；所述传动轴103能传递所述电机5的输出轴的转动扭矩以带动所述螺杆泵3的转子转动；止推轴承104，所述止推轴承104套设在所述传动轴103外，并支撑在所述限位部102上。

壳体101可以将传动轴103收容在其中，从而将传动轴103与井液4隔离开来，起到保护传动轴103的作用；另一方面，通过在壳体101内设置限位部102(壳体101可以以内壁向内凸起的方式形成限位部102；或者，壳体101的壁上设置螺孔，在该螺孔中旋入螺钉的方式形成限位部102)，以支撑止推轴承104，实现止推目的。

进一步地，所述传动轴103包括多个连接杆1031，多个所述连接杆1031通过万向节接头1032连接。

多个连接杆1031通过万向节接头1032拼接的方式形成传动轴103，可以使电机5的输出轴对螺杆泵3的转子实现变角度动力传递，这样，当电机5的输出轴与螺杆泵3的转子在轴向的角度出现偏差时，通过上述结构的传动轴103，电机5仍实现对螺杆泵3正常驱动，保证本申请实施方式的螺杆泵采油装置的正常运行。

此外，通过上述结构的传动轴103，使得本申请实施方式的螺杆泵采油装置在装配过程中，可以允许电机5的输出轴和螺杆泵3的转子在轴向的角度上出现一定的偏差余量，从而简化电机5和螺杆泵3的装配难度。

为了使井液4能正常经螺杆泵3的进口端进入螺杆泵3，所述壳体101靠近上端的侧壁上设置有多个通孔105。从而，井液4能依次经多个通孔105和进口端进入螺杆泵3中，实现螺杆泵3的正常供液。

此外，为了均衡井液4进入螺杆泵3的流量，多个通孔105优选以环形阵列的形式均匀设置在壳体101的侧壁上。

为了进一步提高对井下部分的相关部件的径向限制作用，止推机构10还可以具有径向限位功能。具体的，所述壳体101靠近下端的侧壁上设置有多个凹槽106，多个所述凹槽106中分别设置有扶正块107，所述扶正块107与所述凹槽106之前设置有弹簧108，所述弹簧108能向所述扶正块107施加向外的弹力。如此，扶正块107在弹簧108的作用下，可以顶固在套管1的内壁上，实现对井下部分的相关部件的径向限制作用。

在本实施方式中，动液面检测件6用于检测套管1中井液4的液面高度，并可以将检测到的液面高度数据反馈给与之信号连接的控制部7。具体的，例如，动液面检测件6与控制部7可以通过有线或无线的方式实现两者的信号连接。在一个实施方式中，所述动液面检测件6为液位传感器。

控制部7用于根据接收到的液面高度数据，实现对电机5转速的实时控制。当其接收到的液面高度数据小于预定阈值时，表明套管1中井液4的当前液面高度较低，螺杆泵3的沉没度较低，则螺杆泵3供液量较少。此时控制部7控制电机5降低转速，以降低螺杆泵3的运转速度，使套管1中的井液4的液面高度不至于下降过快，从而使螺杆泵3能够在合理的沉没度下运行，保证螺杆泵3有充足的井液供应，从而保护螺杆泵3避免发生烧泵的情况。

在本申请中，控制部7可以按任何适当的方式实现。具体的，例如，控制部7可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该微处理器或处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)和嵌入微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)的形式，上述模块的例子包括但不限于以下微控制单元：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320。本领域技术人员也应当知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现所述控制部7的功能以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制单元等形式来实现相同功能。

在本申请中，预定阈值可以根据实际情况进行设置，实际中将预定阈值设置的高于螺杆泵3所处深度一定距离即可，具体预定阈值在不同工况条件下可以不同，且螺杆泵3的不同也可能导致预定阈值发生变化，因此，本申请对此不作限定。

进一步地，本申请实施方式的螺杆泵采油装置还包括显示器12，所述显示器12与所述控制部7信号连接；所述显示器12用于显示所述控制部7接收到的液面高度数据。通过设置与控制部7信号连接的显示器12，可以对控制部7接收到的液面高度数据进行直观的展示，实现对套管1中井液4的液面高度的实时观测。

本申请实施方式的螺杆泵采油装置通过在套管1中设置能够检测套管1中所存储的井液4的液面高度的动液面检测件6，并将检测到的液面高度数据反馈给与之信号连接的控制部7。当检测到套管1中井液4的液面高度数据低于预定阈值，即螺杆泵3的沉没度较低时，由控制部7控制电机5降低转速，以降低螺杆泵3的运转速度，使套管1中的井液4的液面高度不至于下降过快，从而使螺杆泵3能够在合理的沉没度下运行，保证螺杆泵3有充足的井液供应，从而保护螺杆泵3避免发生烧泵的情况。

同样的，当动液面检测件6检测到套管1中井液4的液面高度数据较大，即螺杆泵3的沉没度较深时，由控制部7控制电机5提高转速，以提高螺杆泵3的运转速度，使套管1中的井液的液面高度得以快速下降，从而提高抽油效率。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。