往复式潜油电泵采油装置.doc

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1、往复式潜油电泵采油装置技术简介天津大港金科源石油工程技术服务有限公司联系人：陈先生 13012202587往复式潜油电泵采油装置技术简介数控往复式潜油电泵装置、采油系统是自主知识产权产品。核心技术为国内、国外首创。 产品现已经进入实际应用阶段，分别在中国大庆油田，胜利油田，辽河油田采用，可见用户意见报告及产品信息反馈。数控往复式潜油电泵装置采油系统的基本原理是： 利用磁悬浮直线往复运动与泵柱塞的上下运动方式一致的特点，通过直接驱动泵柱塞达到举升油液的目的，取消了地面电机驱动装置、地面设备及地下机械传动部分。属于一种可大大降低载荷传递过程中功率消耗的新式抽油泵。数控往复式潜油电泵装置取代原有磕头

2、机在地表面抽油方式，通过油管相互联接将数控往复式潜油电泵装置下到油井油层底部，通过数控往复式潜油电泵装置中直线电机上下往复工作，将油液直接举升到地面管道中。 产品与传统磕头机相比主要优点: 1. 节电50%左右 2. 提高泵效60-90% 3. 解决了斜井采油的各种难题 4. 水平井；在水平段置入数控往复式潜油电泵装置。进一步提高低丰度油液开采率。（水平段，置入潜油电泵装置。该技术为国内、外领先） 5. 根据地质油液情况可在线随时调整工作参数。 6. 在相同地质条件下与游梁式抽油机对比,提高地质油液储量开采率。 7. 与游梁式抽油机对比,降低设备维护成本 8. 环保：由于没有抽油杆上下拉动带来

3、的漏油问题，解决了水中、岸边采油井污染问题。 9. 产品质量稳定:电器控柜，可以在区域地表环境温度-40,+60度环境下工作.地下采油设备机组耐高温 120度 为正常工作温度.耐高压 20MPa 耐腐蚀.高绝缘性能等优点.保证产品质量稳。 控往复式潜油电泵装置主要技术与性能指标 1、直线电机 型式：永磁节能直线电机； 外径：112mm；长度：6m； 工作介质：油、水、气混合物，其含砂量1%；含油量10% 承受井下介质温度：120； 承受井下最大环境压力：30MPa; 额定电压：660V； 额定电流：35A； 额定功率：36KW； 2、数控电气柜 主回路额定电压：660V额定频率：50HZ。 自

4、动重起功能 3、柱塞泵 额定扬程：2000m-3000 m； 额定排量：0.515m3/d；可在线调参 目前48台数控往复式潜油电泵装置产品，在中国大庆油田安全运行近400天，取得了极好的效果。通过大庆油田多口试验井，现场数据表明：（见多个用户意见报告）该产品每次工作循环时间接近2秒，产生举生力2000KG。按照工作状态最高工作次数为8次计算，每分钟共计用电时间16秒，停机状态44秒。停机不用电，因此可以节电至少50%。由于原泵效率为2030%，现提高为到90%以上，（直线电机动子上下往复运动，将柱塞泵中液体油全部举升）， 应用井深-2000米- -3000米，各项综合指标均达到国内外先进水平

5、。 现有的采油机械存在如下缺陷： 1、抽油机的体积大：10型，重约25吨/每台、钢材用量大成本高，占地面积大。 2、无效功率大：抽油机的主要功率，大部分消耗在千米以上的抽油杆反复提升上，直接用于提取油液功率是很小的。 3、抽油杆在往复运动中很难始终保持与油管轴心平行，经常有因偏帮、偏磨而拉断，甚至将泵筒磨漏的情况发生。 4、为提高超长抽油杆的强度，只有加大截面，而这将进一步增加自重，增加能耗。因而目前的油井深度只能以2400米左右为限。 5、这种采油机构特别是超长抽油杆,不仅增加投资，也增加了作业时间和成本，特别是千米抽油杆延伸约0.6米，延伸率影响冲程影响泵效。 6、游梁式抽油机采油时，油液

6、中的沉沙只能往柱塞上端堆积，抽油泵的柱塞上冲运动时容易造成卡泵。 7、遇有贫油井，抽油泵的柱塞空载运行，发生塞筒干磨，不仅空耗资源，而且容易造成塞筒干磨退火软化的情况发生。 8、油气井易“气锁”，油井液体中一般都含有天然气，当它们在球阀下聚集成一定量时，在柱塞往复运动中，靠自重回落，由于这些气体被压缩所产生的压力致使柱塞回落不到位，造成“气锁”影响正常采油，严重时必须采取排气措施； 9、特别对于后期供液不足的低产井，抽油机只能施行间抽（因为抽油机参数可调范围有限，调参需要更换齿轮模数比，拆卸大型配重铁等。），而停井后再启动时又很困难，有的甚至根本不能启动，必须重新作业。 10、海上采油，抽油机

7、采油，抽油杆上下运动，由于光杆封闭不严，容易泄漏造成海洋环境污染。海上采油，选用无杆数控往复式潜油电泵装置，它可以解决海上采油污染，减轻海上平台负载，及斜井、水平井产生的一系列技术问题。 我们研制新产品数控往复式潜油电泵装置采油系统的目的是： 提供一种无杆数控往复式潜油电泵装置、动力装置和抽油泵结为一体，能在线随意调整参数，省去井上的抽油机和抽油杆，减少安装作业时间和成本，同游梁式抽油机比节省一次性投资20%，克服上述采油机械诸多弊端，并且能耗低。 数控往复式潜油电泵装置，采油系统的工作过程： 取代原有抽油机在地表面抽油方式，通过油井，将数控往复式潜油电泵装置，安装在抽油管下端，下到油层中。直

8、线电机在下、柱塞泵在上。每个工作循环分为两个冲程，第一个向上举升冲程中，游动阀开启，固定阀开启，直线电机动动子依据命令，向上运动，柱塞直接举升油液；第二个向下回落冲程中，电机动子向下运动，固定阀关闭，游动阀开启。在沉没度压力作用下，油液通过进油筛网渗入泵腔。油液充满泵腔后，进入下一个工作循环。 数控往复式潜油电泵装置产品的特点： 1、数控往复式潜油电泵装置，是将直线电机动子与抽油泵的柱塞相连接，利用电缆传输电能给直线电机，电机动子直接驱动柱塞式抽油泵，往复运动完成抽吸运动。由于没有减速和换向机构，采用间歇供电，达到节能的目的。 2、数控往复式潜油电泵装置，在石油层中工作产生热量，会对其周围油液

9、加热、稀释油液，容易开采。 3、数控往复式潜油电泵装置，采用高强磁铁元件，通过送电产生交变磁场，起到一定的电磁防蜡作用。 4、数控往复式潜油电泵装置，在地下油层中往复工作产生震动，使井下液体加速活动，提高供液能力。(直线电机动子往复上行冲程过程中动子上行1.3米，下端动子与定子1.3米空间吸取油液，动子与定子下行冲程过程中，将下端动子与定子1.3米空间吸取油液释放，对井下进油口有进出冲放功能。)5、数控往复式潜油电泵装置的结构是，直线电机在下，柱塞泵在上，改变了老式抽油泵阀体方向，该直线电机采用间歇式供电方式，间歇时柱塞处于泵箱下端，柱塞阀处在开启状态，由于井下有一定沉没度压力，使泵腔有充足时

10、间达到充满程度。直线电机工作向上运动将泵腔中液体举升，通过以上（2）、（3）、（4）项辅助工作大幅度提高了柱塞泵充满程度。在一般条件下，是原普通泵泵效的23倍（即泵效由原来的20-30左右提高到60-90%左右），大大增强了系统效率，产油液量得到很大提高。? 6、适用范围广。不改变原抽油机作业方式，适合-2000米以内井深，该产品可以打斜井、丛式井，水平井 。同时可以广泛适用于浅海低产油井，由于井口上设备，仅仅是电控柜，大大降低平台采油设备自重，从而大幅度降低海上采油造价。对斜井管杆偏磨严重（三个月管杆偏磨，就需要重新作业）降低成本，减少作业次数与时间，对提高产液量有明显效果。对各油田废弃油井

11、，应用本产品可对地下油液具有再开发功能，支持深度开发石油资源。 国内外相关技术的研究、开发现状 传统的有杆采油技术不足之处吸引着众多人士的注目，力图改变它和开发出新的替代产品，是众多专家、学者及相关工程技术人员所梦寐以求的愿望。经省级科技信息权威部门的国内外联机检索，只查出二篇文献：其一是在地面虽然使用了直线电机来取代四连杆机构，但并没有撤掉抽油杆，而直线电机体积庞大；其二虽然把动力装置至于井下，但仍需一套旋转运动转换直线运动的机构。上述两种结构都没有成功，只停留在试验阶段。对本产品查新结论：国内外文献检索中未见报道。（详见科技查新报告 ）。 目前国内有多所大学、各油田钻采院、生产抽油机设备厂

12、家对该产品也进行研制开发,如大庆油田、胜利油田、西安交大、沈阳大学、沈阳工业大学等均对该项目设立攻关项目研发小组,投入大量人力物力，但是目前没有一家企业和大学、院所将该产品研制成功。应用于油田井下,即使研发成功也很难避开专利侵权： 1、世界各国家油田目前采油井，井管直径只有2种既124毫米、170毫米，这种小直径空间限定产品开发有效利用空间尺寸。 2、产品结构,柱塞泵在上直线电机在下,工作模式很难改变。 3、电机制做技术、金属耐磨强度、热处理技术等很难创新超 越我们。 4、2004年9月17日以申报发明专利。 我们事实上成功了。目前其他研发单位很难达到我们现在的技术水平和生产能力，所以其他单位

13、，同我企业在该项技术掌握上，还具有一定的时间差。 关键技术内容描述； 一是永磁直线电机深井泵结为一体，置于千米以下油井中的可行性； 二是该设备适应井下苛刻工况条件的技术保证； 三是实现设备的智能控制、在线调参系统的技术研发。 关键技术： 一、永磁直线电机的设计与制造技术； 二、产品满足油井苛刻工况条件技术； 三、智能控制、在线调参技术。 关键技术实现的依据 （1）、关于永磁直线电机 本项目研发第一宗旨是大幅度节省能源，同时也能解决油田开发到中晚期时薄差油层的采油难题。而解决这一难题的最根本途径是彻底改革传统采油的举升方式，即撤掉抽油机、抽油杆，实现机泵为一体直接置于油液之中，通过往复运动将油液

14、举升至地面。因而能否设计出小尺寸、大功率的永磁直线电机，必然成为研发过程中的第一要务。幸好上世纪80年代出现了第三代稀土永磁材料，及高磁能极材料为我们实现上述目标提供了材料保证。而晚期的永磁电机设计计算方法又为我们实现上述目标提供了技术基础。基于上述二者本项目完成了对永磁直线电机的理论计算。 （2）、关于适应油井苛刻工况条件的技术措施 由于井下运行，永磁直线电机必须满足耐高温、耐高压等10余项技术要求。所以在制造过程中，从材料选择、工艺流程安排，到检测环节都认真做到精心设计、精工制作，且每项指标都预留较大的安全系数。列如为解决小尺寸大功率永磁直线电机问题，我们预设了三个方案。其一、选用高绝缘的

15、特殊涂层材料，借以提高其耐高电压特性；其二采用轴向分布、径向缠绕合理布线，借以承受高的绕组导线电流；其三改变绕组导线截面形状，借以提高有效空间利用率。 （3）、关于实现智能控制、在线调参的技术方案 电脑是控制系统的中枢，它既具有存储设计程序，并按该程序实施采油过程，又具有在该设备发生意外故障及时反馈信息，达到约定的指标后自行排除故障。而要满足这些要求，可在完全开环和半闭环两种控制。 除了节省能源外，适于低产油井和低渗透区块采油，是本项目的又一重要特色。对于油液储量变化频繁的，要求连续调参的油井，传统采油方式是无法工作的。针对这一情况，利用电脑信息反馈灵敏、迅速的特点，实现在线（不停机）调节参数，满足了采油作业的连续性。