一種基于有桿軌道泵的采油裝置與法，其裝置包括地面動力單元、井口裝置單元和井內(nèi)桿管泵單元，由地面雙管柱井口裝置頂部的變頻低速電動機提供機械動力，帶動固定在光桿上的滑桿以及滑輪組合在雙管柱井口裝置上部的360
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于有桿軌道泵的采油裝置與方法
[0001]本專利技術(shù)涉及石油天然氣開采
，特別涉及一種基于有桿軌道泵的采油裝置與方法。
技術(shù)介紹
[0002]石油是工業(yè)的血液，目前，我國國內(nèi)石油的開采還不能完全滿足國家經(jīng)濟建設(shè)高速增長的需求，每年都要大量進口石油，為保障國家能源安全將能源的飯碗端穩(wěn)在自己手中，需要加大力度自主開采油氣，國內(nèi)開采石油最常見最廣泛的設(shè)備是抽油機。
[0003]目前以游梁式抽油機為主的抽油設(shè)備主要有這些缺點：體積龐大制造成本高；能耗高機械效率低；受抽油桿自身重量制約采油深度有限；桿管同軸同空間工作容易出現(xiàn)磨損折斷等風(fēng)險，據(jù)有關(guān)文獻報道，國內(nèi)油田上約90%采用的是游梁式抽油機，其能耗成本約占油田生產(chǎn)成本的30%以上，目前的抽油機機械效率大約只有25%，分析傳統(tǒng)抽油機的工作模式，其能耗高效率低的根本原因在于抽油機需要帶動重約數(shù)噸或十幾噸的抽油桿在井筒中上下往復(fù)運動，抽油桿自重所消耗的額外功巨大：任何機械設(shè)備所做的總功等于額外功加有用功之和，有用功除以總功則為機械效率，搬運相同質(zhì)量的石油或氣田水到相同高度所做的功為有用功，重約數(shù)噸或十幾噸的抽油桿在不抽一滴油的情況下，其上下往復(fù)運動所消耗的能量都十分巨大，而這種做功就是額外功，每一天每時每刻，全國各地數(shù)以萬計的抽油機在做同樣的額外功消耗，這是巨大的浪費，如果不從工作模式上做徹底的根本性的改變，無論怎么節(jié)能改造都提高不了多少工作效率。
[0004]現(xiàn)有的皮帶式抽油機與上述游梁式抽油機工作原理幾乎一樣，雖具有空間占地少這個優(yōu)勢，但仍存在工作效率低體積龐大等缺點。
[0005]現(xiàn)有的螺桿抽油泵，雖然將傳統(tǒng)抽油機上下往復(fù)運動的工作模式改成了抽油桿帶動井底泵的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)子與定子之間的旋轉(zhuǎn)擠壓工作方式吸入排出井底液體，其工作效率低推廣應(yīng)用得很少；現(xiàn)有的多級離心電潛泵能耗高需要下入井底電纜等存在諸多缺點普及率還不如游梁式抽油機。有沒有能克服上述傳統(tǒng)的抽油設(shè)備諸多缺點，更加綠色低碳節(jié)能、效率顯著提高的采油與排水采氣油設(shè)備，這是需要努力創(chuàng)新探索的。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0006]為了保障國家能源安全從根本上解決上述石油開采中制約我國油氣工業(yè)發(fā)展，能耗高效率低影響采收率的這一難題，本專利技術(shù)的目的是希望從工作本質(zhì)原理上查找出現(xiàn)有抽油機能耗高的根本原因進而針對性地徹底改變目前廣泛使用的抽油機工作模式，用全新的思路與技術(shù)方法來替代現(xiàn)有的抽油與排水采氣技術(shù)，實現(xiàn)高效率低成本綠色低碳節(jié)能的開采石油或排除氣田水，促進油氣開采的顯著降本增效。
[0007]本專利技術(shù)一種基于有桿軌道泵的采油裝置與方法，本裝置包括地面動力單元、井口裝置單元和井內(nèi)桿管泵單元三部分，工作方法將在以下說明中結(jié)合本專利技術(shù)裝置的具體組成構(gòu)件予以闡述。
[0008]地面動力單元主要包括：變頻低速電動機及附件、光桿、軌道及止逆系統(tǒng)、滑輪滑桿系統(tǒng)、減震與限位器、四柱支架與頂?shù)妆P等相關(guān)組件。
[0009]井口裝置單元主要包括：雙管柱井口裝置、光桿密封總成及采油采氣管道等相關(guān)組件。
[0010]井內(nèi)桿管泵單元主要包括：套管、油管、油管球式單向止回裝置、抽油桿、井下泵及附件、井下泵固定錨桿等相關(guān)組件。
[0011]本專利技術(shù)一種基于有桿軌道泵的采油裝置與方法采用的技術(shù)方案是：本專利技術(shù)的動力由變頻低速電動機提供機械動力，電動機垂直向下安裝其輸出軸通過聯(lián)軸器與光桿同軸心連接，電動機本體外殼由電動機固定架橫向固定，電動機固定桿左側(cè)連接電動機固定架，右側(cè)止于滑槽內(nèi)并可以在滑槽內(nèi)做上下方向自由滑動，但不能做以電動機軸桿為圓心的旋轉(zhuǎn)運動，電動機固定桿右側(cè)終端上設(shè)有軸承，使電動機固定桿在滑槽內(nèi)上下滑動時減小摩擦阻力，變頻低速電動機通電工作時由于其本體外殼相對固定不能旋轉(zhuǎn)運動，其內(nèi)部磁場所產(chǎn)生的扭矩力必然通過聯(lián)軸器帶動連接的光桿做逆時針旋轉(zhuǎn)運動，由此便可以帶動光桿下部連接的抽油桿以及抽油桿底部的井下泵柱塞同步逆時針旋轉(zhuǎn)運動，在旋轉(zhuǎn)的同時，由于在油井地面井口裝置的上部有360
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的漸緩上升的圓環(huán)坡度軌道，軌道下部由柱墩支撐，360
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的漸緩上升的圓環(huán)坡度軌道上有最低位置點和最高位置點，軌道最高位置點與最低位置點之間是近似90
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的陡峭降落變軌連接段，其落差距離就是井筒內(nèi)井下泵柱塞運動一個沖程的距離。
[0012]進一步的說明，相同垂直落差的圓環(huán)形軌道的直徑與坡度成反比，具體應(yīng)根據(jù)油氣井生產(chǎn)需求的泵沖程沖次等參數(shù)決定。
[0013]在軌道中的次低點與最低點之間為適度的大半徑圓弧段連接，最高點與次高點之間為小半徑圓弧段連接，次高點與次低點連接線與光桿所處軸中心線的夾角約為10
°
左右，當(dāng)電動機產(chǎn)生扭矩帶動光桿逆時針旋轉(zhuǎn)時，光桿上固定的滑桿以及滑桿底部的滑輪組合必然會隨之而逆時針單方向轉(zhuǎn)動，當(dāng)滑輪在圓形坡度軌道段上逆時針做360
°
逆時針運動時，由滑輪、滑桿支撐的相關(guān)組件會隨著滑輪、滑桿做同步的逆時針旋轉(zhuǎn)運動。
[0014]在此圓形坡度軌道段上設(shè)有止逆系統(tǒng)，當(dāng)電機在此任意時間點不產(chǎn)生動力時，軌道段上的止逆系統(tǒng)均能立即阻止滑輪組合部件的滑坡后退而實現(xiàn)剎車，在軌道的最高點與最低點之間為斷崖式陡峭連接，上述電動機及固定架與固定桿、光桿、滑桿、滑輪組合、抽油桿以及井下泵柱塞等所有相關(guān)組件產(chǎn)生的總重量都通過滑輪支撐在軌道上，當(dāng)經(jīng)過此陡峭變軌段時必然會形成近似自由落體的運動，所產(chǎn)生的重力勢能則為井下泵柱塞的驅(qū)動力。頂盤的中心孔、限位與減震器的中心、井口裝置上的光桿密封裝置的中心、井下泵的中心始終與光桿、抽油桿位于同一條直線。
[0015]當(dāng)滑輪等從最高點類似自由落體滑落到次低點位置后，再滑過次低點與最低點的大圓弧軌道段，由于有重力加速度和慣性作用，必將沿著圓形軌道繼續(xù)運動直至不能克服上坡摩擦阻力之時而停止，而光桿頂部的變頻低速電動機在感知到滑輪速度開始減弱時就會開始提供動力，并逐漸加大做功扭矩力滿足滑輪做低轉(zhuǎn)速的勻速上坡滑行，當(dāng)滑輪滑到最高位置點時繼續(xù)前行，由于突然沒有了軌道的支撐，滑輪組合會瞬間墜落式滑行產(chǎn)生巨大的動力勢能，帶動與之關(guān)聯(lián)的井下泵柱塞向下擠壓，將自動流入井下泵筒內(nèi)的油或水液體至連接閥底的油管內(nèi)，油管內(nèi)適當(dāng)?shù)木嚯x段有球式單向閥，井下泵柱塞的每一次向下沖
程，均能實現(xiàn)將泵筒內(nèi)的一個沖程距離段的液體擠壓至油管內(nèi)，井下泵柱塞擠壓液體在油管內(nèi)逐級向上運動，沖開途中的球式單向閥內(nèi)的大密度球體阻力向上部油管段空間流動，當(dāng)井下泵柱塞隨著地面滑輪向上提升運動時（既井下泵柱塞不產(chǎn)生向下壓力時），由于油管內(nèi)的金屬球體密度顯著大于液體，將會率先沉降至球式單向閥內(nèi)的漏斗狀密封面形成密封作用，從而阻止已經(jīng)進入油管內(nèi)的液體向下回流，如此周而復(fù)始將井筒底部的液體排出井口。
[0016]滑輪降落在軌道底部的圓弧段后由于重力加速度和慣性原理必然會形成拋射現(xiàn)象，必將沿著圓形緩坡軌道繼續(xù)逆時針旋轉(zhuǎn)運動一段距離直至不能克服摩擦阻力而停止運動，而頂部的變頻低速電動機感知后，會產(chǎn)生動力補充相應(yīng)的扭矩動力促使光桿繼續(xù)逆時針旋轉(zhuǎn)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于有桿軌道泵的采油裝置與方法，裝置包括地面動力單元、井口裝置單元和井內(nèi)桿管泵單元三部分，方法為：由地面雙管柱井口裝置頂部的變頻低速電動機提供機械動力，帶動固定在光桿上的相關(guān)組件以滑輪組合為接觸與支撐在雙管柱井口裝置上部的360
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圓形軌道上做逆時針旋轉(zhuǎn)滑行，由當(dāng)滑輪組合沿逐漸上升的圓形軌道逆時針旋轉(zhuǎn)上行時，帶動與之聯(lián)動的井下泵柱塞做提升上行運動，當(dāng)滑輪組合行至軌道最高點之后隨著軌道的斷崖式的變化而做瞬間陡降運動，由此產(chǎn)生的重力勢能作為井下泵柱塞的工作動力，將自動流入井下泵內(nèi)的液體擠壓至與泵底連通的油管之中，如此周而復(fù)始將井底的石油或氣田水通過與井下泵連接的油管采出至地面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有桿軌道泵的采油裝置與方法，其特征在于，所述的一種基于有桿軌道泵的采油裝置的地面動力單元包括：變頻低速電動機（10）；電動機固定架（11）；電動機固定桿（12）；滑槽（13）；軸承（121）；光桿（20）；聯(lián)軸器（30）；四柱支架（40）；頂盤（41）；底盤（42）；限位與減震器（50）；軌道（60）；伸縮套（601）；止逆桿（602）；副軌（6...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳躍，陳明宇，
申請(專利權(quán))人：陳躍，
類型：發(fā)明
國別省市：
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