CN101377195A - 直流步进永磁直线电机驱动式潜油采油泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流步进永磁直线电机驱动式潜油采油泵，由电缆(1)、电机筒(2)、电机动子(3)、变径护套(4)、泵筒(5)、柱塞(6)、球阀组(7)组成，电缆(1)上、下端分别与地面控制柜(8)和电机筒(2)中的线圈相连接，电机筒(2)上、下端分别以螺纹与油管(9)和变径护套(4)相连接，变径护套(4)下端以螺纹与泵筒(5)相连接，电机筒(2)、泵筒(5)内分别设有电机动子(3)和柱塞(6)、球阀组(7)，电机动子下端与柱塞(6)上端相连接。此种采油泵结构新颖，摒弃了结构复杂、体积庞大的地面抽油机和上千米的抽油杆，并可避免抽油杆偏磨，降低作业费用；与现有离心式电潜泵相比，具有能耗和故障率低、使用寿命长和可用于深井等优点。

Description

直流步进永磁直线电机驱动式潜油采油泵

技术领域

本发明涉及一种用于油田石油开采的井下装置，属采油机械设备类。

背景技术

长期以来，油田现场采用的石油开采设备均以游梁式或链条式抽油机和井下抽油泵为主。此种采油装置技术成熟，故障率较低，经久耐用，但需要在地面上设置庞大的抽油机，并需要使用上千米的抽油杆，且***效率低，能耗高，特别是对于井身有一定斜度的井还会发生抽油杆偏磨，造成抽油杆损坏断脱等事故，井下作业工作量较大。目前，部分油区采用的电动潜油泵主要由电缆、潜油电机和多级叶轮构成的离心泵组成，此种电泵扬程低，只适合浅井和产量较大的油井使用，同时还存在电机效率低、电泵寿命短、故障率高等缺点。此外，现有电潜泵开采技术中虽然出现过多种类型的井下直线电机，但是多为交流感应同步电机，使用时必须降低电源频率，且功率较低，推力小，不适合深井采油的要求。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种能耗和故障率较低、效率较高、使用寿命长且适用于深井采油的直流步进永磁直线电机驱动式潜油采油泵。

本发明的技术方案如下。此种电潜泵由电缆、电机筒、电机动子、变径护套、泵筒、柱塞、球阀组组成，电缆上下端分别与地面控制柜和电机筒中的线圈相连接，电机筒上下端分别以螺纹与油管和电机护套相连接，变径护套下端以螺纹与泵筒相连接，电机筒、泵筒内分别设有电机动子和柱塞、球阀组，电机动子下端与柱塞上端相连接。工作时，地面控制柜电源供给的电流由电缆传输给井下直线电机，线圈通电后，电流流经线圈在由碳钢制作的电机动子内产生磁场，与定子磁铁产生的永磁场形成吸力与推力的相互作用，使动子前进或后退；在电机动子的带动下连接在电机下方的柱塞泵作上下往复运动，原油在柱塞泵的作用和球阀组的开关动作下吸入泵筒，并通过筒形直线电机内腔和其上方的油管采出到地面。

本发明结构新颖，摒弃了结构复杂、体积庞大的地面抽油机和上千米的抽油杆，并可避免抽油杆偏磨，降低作业费用；与现有离心式电潜泵相比，则由于直流电机采用脉冲直流驱动，具有能耗和故障率低、使用寿命长和可用于深井等优点。

附图说明

图1为本发明电潜泵在工作状态下的总体结构示意图；

图2为直流步进永磁直线电机的结构示意图；

图3为图2中的A—A剖面图。

图4为图3的B—B剖面立体示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施作进一步说明。

如图1所示，本发明由电缆1、电机筒2、电机动子3、变径护套4、泵筒5、柱塞6、球阀组7组成，其结构组装关系如下：电缆1上、下端分别与地面控制柜8和电机筒2中的线圈相连接，电机筒2上、下端分别以螺纹与油管9和变径护套4相连接，变径护套4下端以螺纹与泵筒5相连接，电机筒2、泵筒5内分别设有电机动子3和柱塞6、球阀组7，电机动子3下端与柱塞6上端相连接。其中，电机筒2(见图2)由变径接头10、电机丝堵11和26、电缆12、密封件13和25、位置采集控制器15、位置采集传感器16、电机支架17、定子铁芯18、定子线圈19、磁铁20、滑动轴承套21组成，电机筒2上端设有变径接头10，腔内设有多个彼此咬合的电机支架17，每个电机支架17由端板和多个支柱组成，端板上留有电缆穿线槽和螺丝孔，端板中心镶有滑动轴承套21，端板两侧分别由螺栓固定有两组定子铁芯18，定子铁芯18由多片内径不同的铁芯叠加而成，断面呈槽形，相邻的两组定子铁芯18中间夹有定子线圈19，定子铁芯18外缘齿形槽中夹有多组条形铁芯27，定子铁芯18的外部吸附有多条弧形磁铁20；电机动子3由厚壁低碳钢管制作，其外套装有相互间隔的铁环22和滑动轴环23，滑动轴环23和滑动轴承套21由特种高强度耐磨的陶瓷或合金制作，电机动子3上下两端用动子丝堵14和24锁定，电机动子3外侧间隔设有多组铁环22和滑动轴环23，滑动轴环组与电机筒2上的多个滑动轴承套21之间形成特种直线轴承组合。定子线圈19分为A、B两组，交替间隔安装，相邻线圈A、B的定子铁芯18产生的磁极相反，永磁铁20为轴向充磁，形成多组永磁磁路。A、B两组线圈各接电缆的两条线，共用一根零线，采用直流电源分组供电，通过对不同线圈供电的脉冲变化控制电机动子3的上升或下降动作。当电机A组线圈加正向直流电时，线圈两侧电机动子3上铁环22的磁场与靠近的定子铁芯18凸极磁场异性吸引对齐，使电机动子3产生运动；而B组线圈的电流在波形时序上滞后90度，所产生的铁环22磁场，只能与定子铁芯18凸极对上其长度的一半，这样，线圈两侧的铁环22一面是推力，另一面是拉力，均朝一个方向；当A组线圈变换电流方向时，B组线圈两侧对应的铁环22向着定子铁芯18凸极对齐的方向运动，当A组线圈换完电流方向后，A组线圈两侧对应的动子的磁极方向与原来相反，此时，动子向着原对齐方向外运动，使得A、B两组线圈产生的磁力同时并同向作用于动子，使动子产生比原来一组线圈多一倍的动力。此时，B组线圈在动子上的铁环22与定子铁芯18异性凸极对齐，而A组线圈两侧在动子上铁环22与定子铁芯18凸极对上一半，准备在B组线圈换向时，向定子铁芯18异性凸极的方向对齐。如此，A、B两组线圈周而复始地依次逐一改变电流方向，使动子产生一个方向的连续运动。直到电机动子的前进行程达到柱塞泵的一个冲程。此时，在地面控制柜8的控制下，电机开始加载反序列的电流，使电机动子反向运动，电机动子上的铁环组22用以与定子铁芯18凸极相吸引或排斥，使动子运动。位置采集传感器16由相互反串的差动线圈组成，它套装在电机动子3的铁环22上，铁环22在线圈中穿行运动时，位置采集传感器16产生脉冲信号，通过累计脉冲信号获得电机动子3的位置参数；位置采集控制器15是一个具有信号放大和电力载波功能的单片机，将位置采集传感器16采集的位置信号，通过电缆1传到地面控制柜8，实现电机动作的闭环控制。

本发明提供的直流步进永磁直线电机驱动式潜油采油泵泵筒(5)以上的直线电机部分，也可以独立地与现有标准的油井柱塞泵相连接，通过电机动子上下往复运动驱动柱塞泵工作。

Claims (4)

1、一种直流步进永磁直线电机驱动式潜油采油泵，由电缆(1)、电机筒(2)、电机动子(3)、变径护套(4)、泵筒(5)、柱塞(6)、球阀组(7)组成，其特征在于：电缆(1)上、下端分别与地面控制柜(8)和电机筒(2)中的线圈相连接，电机筒(2)上、下端分别以螺纹与油管(9)和变径护套(4)相连接，变径护套(4)下端以螺纹与泵筒(5)相连接，电机筒(2)、泵筒(5)内分别设有电机动子(3)和柱塞(6)、球阀组(7)，电机动子(3)下端与柱塞(6)上端相连接。

2、根据权利要求1所述的直流步进永磁直线电机驱动式潜油采油泵，其特征在于，电机筒(2)由变径接头(10)、电机丝堵(11)和(26)、电缆(12)、密封件(13)和(25)、位置采集控制器(15)、位置采集传感器(16)、电机支架(17)、定子铁芯(18)、定子线圈(19)、磁铁(20)、滑动轴承套(21)组成；电机筒(2)上端设有变径接头(10)，腔内设有多个彼此咬合的电机支架(17)，每个电机支架(17)由端板和多个支柱组成，端板上留有电缆穿线槽和螺丝孔，端板中心镶有滑动轴承套(21)，端板两侧分别由螺栓固定有两组定子铁芯(18)，定子铁芯(18)由多片内径不同的铁芯叠加而成，断面呈槽形，相邻两组定子铁芯(18)中间夹有定子线圈(19)，定子铁芯(18)外缘齿形槽中夹有多组条形铁芯(27)，定子铁芯(18)的外部吸附有多条弧形磁铁(20)；定子线圈(19)分为A、B两组，交替间隔安装，相邻线圈A、B的定子铁芯(18)产生的磁极相反，永磁铁(20)为轴向充磁，形成多组永磁磁路。

3、根据权利要求1所述的直流步进永磁直线电机驱动式潜油采油泵，其特征在于，电机动子(3)由厚壁低碳钢管制作，其外套装有相互间隔的铁环(22)和滑动轴环(23)，滑动轴环(23)和滑动轴承套(21)由特种高强度耐磨陶瓷或合金制作，电机动子3上下两端用动子丝堵(14)和(24)锁定，电机动子(3)外侧间隔设有多组铁环(22)和滑动轴环(23)，滑动轴环(23)与电机筒(2)上的多个滑动轴承套(21)之间形成特种直线轴承组合。

4、根据权利要求1所述的直流步进永磁直线电机驱动式潜油采油泵，其特征在于，泵筒(5)以上的直线电机部分，也可以独立地与现有标准的油井柱塞泵相连接，通过电机动子(3)上下往复运动驱动柱塞泵工作。

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