井下旋转电机驱动的无杆采油系统.pdf

井下旋转电机驱动的无杆采油系统，应用于油田采油技术领域。由压力平衡装置、三相异步旋转电机、机械转换机构、下缸筒和下堵头组成。在上缸筒内有平衡活塞和上隔环，上缸筒壁上有呼吸孔，上缸筒的下端固定有三相异步旋转电机，电机轴中心有轴向通孔，在三相异步旋转电机下端固定有下缸筒和下堵头，机械转换机构在下缸筒内，机械转换机构包括联轴器、丝杠和螺母，联轴器上端与电机轴连接、下端与螺母连接，丝杠下端穿过下堵头中心孔。电机轴经联轴器带动螺母旋转，丝杠在螺母的驱动下做直线往复运动，驱动抽油泵实现举升抽油。井下旋转电机驱动的无杆采油系统解决了定向井存在的杆管偏磨问题，提高了抽油泵效率、降低能耗。

1.  一种井下旋转电机驱动的无杆采油系统，主要由压力平衡装置、三相异步旋转电机(5)、机械转换机构、下缸筒(9)和下堵头(11)组成，其特征在于：压力平衡装置包括上隔环(1)、呼吸孔(2)、平衡活塞(3)和上缸筒(4)，上缸筒(4)顶部有螺纹，上缸筒壁上开有呼吸孔(2)，在上缸筒(4)内有平衡活塞(2)，平衡活塞(2)套在电机轴(6)的外壁上，上缸筒(4)的下端固定有三相异步旋转电机(5)，三相异步旋转电机(5)的电机轴(6)中心有轴向通孔，电机轴上端延伸到上隔环以上，在三相异步旋转电机(5)的下端固定有下缸筒(9)，下缸筒(9)的下端固定有下堵头(11)，机械转换机构在下缸筒(9)内，机械转换机构包括联轴器(7)、螺母(8)和丝杠(10)，联轴器(7)上端与电机轴(6)下端连接，联轴器(7)下端与螺母(8)上端连接，螺母(8)与丝杠(10)采用螺纹配合，丝杠(10)的下端穿过下堵头(11)中心孔，在丝杠(10)与下堵头(11)之间有密封圈(12)。

2.  根据权利要求1所述的井下旋转电机驱动的无杆采油系统，其特征是：所述的三相异步旋转电机（5）由端盖、电机外壳、定子和转子四部分组成，电机总长2.2m，电机外壳外径108mm、内径98mm；定子由定子铁心和定子绕组组成，定子铁心用0.5mm的硅钢片叠压而成，定子绕组线为直径2.5mm的圆铜线；转子由转子铁心和转子绕组组成，转子铁心用0.5mm的硅钢片叠压而成，转子绕组采用笼形绕组，即在转子铁心的每一个槽中插入一根铜导条，在铜导条两端各用一个铜环把导条连接起来，铜导条直径5.3mm；装配时将三相异步旋转电机（5）的端盖用螺纹连接在电机外壳的一端，然后将定子装入电机外壳中，再将转子插入定子中心孔中，最后在电机外壳的另一端用螺纹连接端盖。

井下旋转电机驱动的无杆采油系统
技术领域
本实用新型涉及油田采油技术领域，特别涉及无杆采油，是一种井下旋转电机驱动的无杆采油系统。适用于定向井、斜井易发生杆管偏磨的采油井。
背景技术
目前，在机械采油中，抽油机有杆泵举升系统以其结构简单、技术成熟、可靠耐用、适应性广等优势占据了主导地位，约占人工举升井数的90％左右。但也存在一些不足之处：首先，抽油杆与油管之间存在固有的往复偏磨问题。随着油田含水的上升、泵挂的加深和特殊轨迹井的增多，这一问题变得越来越严重。其次，过多的传动环节、以及需要克服抽油杆本身重量及弹性变形要消耗一部分功率，最终导致抽油机有杆泵系统效率降低、维护工作量加大，增加了原油的开采成本。
实用新型内容
本实用新型的目的是：提供一种井下旋转电机驱动的无杆采油系统，实现井下电机驱动抽油泵举升原油。与抽油机有杆泵采油系统相比，从根本上消除了杆管偏磨问题，减少了传动环节，提高采油效率。
本实用新型采用的技术方案是：井下旋转电机驱动的无杆采油系统，主要由压力平衡装置、三相异步旋转电机、机械转换机构、下缸筒和下堵头组成。其特征在于：压力平衡装置包括上隔环、呼吸孔、平衡活塞和上缸筒，上缸筒顶部有螺纹，能与油管连接，上缸筒壁上开有呼吸孔，在上缸筒内有平衡活塞，平衡活塞套在电机轴的外壁上。上缸筒的下端固定有三相异步旋转电机，三相异步旋转电机的电机轴中心有轴向通孔，电机轴上端延伸到上隔环以上。在三相异步旋转电机的下端固定有下缸筒，下缸筒的下端固定有下堵头。机械转换机构在下缸筒内，机械转换机构包括联轴器、螺母和丝杠。联轴器上端与电机轴下端连接，联轴器下端与螺母上端连接。螺母与丝杠采用螺纹配合，丝杠的下端穿过下堵头中心孔。
为了提高密封性，在丝杠与下堵头之间有密封圈。
相异步旋转电机5由端盖、电机外壳、定子和转子四部分组成，电机总长2.2m，电机外壳外径108mm、内径98mm。定子由定子铁心和定子绕组组成，定子铁心用0.5mm的硅钢片叠压而成，定子绕组线为直径2.5mm的圆铜线。转子由转子铁心和转子绕组组成，转子铁心用0.5mm的硅钢片叠压而成，转子绕组采用笼形绕组，即在转子铁心的每一个槽中插入一根铜导条，在铜导条两端各用一个铜环把导条连接起来，铜导条直径5.3mm。装配时将三相异步旋转电机5的端盖用螺纹连接在电机外壳的一端，然后将定子装入电机外壳中，再将转子插入定子中心孔中，最后在电机外壳的另一端用螺纹连接端盖。
简述井下旋转电机驱动的无杆采油系统的工作原理和工作过程，有利于理解本实用新型。
参阅图1。压力平衡装置起到平衡压力差作用，确保系统内外的压力平衡。三相异步旋转电机5在系统的中部，通过电缆供电产生旋转运动。机械转换机构在系统下部，通过与电机轴6连接的螺母8将电机轴6的旋转运动转换为丝杠10的往复直线运动。螺母8与联轴器7连接做旋转运动，丝杠10做直线往复运动。丝杠10做直线往复运动能带动下部的抽油泵柱塞往复运动，把地层的液体抽汲出来。丝杠10和电机轴6均设计有中心孔，井下液体能通过丝杠10和电机轴6的中心孔，进入到上部油管内，最后到达地面。
上行程时，三相异步旋转电机5正向旋转，通过联轴器7带动螺母8正向旋转，丝杠10向上运动，丝杠10下部连接的抽油泵柱塞上行，固定阀打开、游动阀关闭，完成抽油泵的吸入过程；下行程时，三相异步旋转电机5反向旋转，通过联轴器7带动螺母8反向旋转，丝杠10向下运动，抽油泵柱塞下行，固定阀关闭、游动阀打开，完成抽油泵的排出过程。
本实用新型的有益效果：本实用新型井下旋转电机驱动的无杆采油系统，将旋转电机置于井下，通过丝杠将电机的旋转运动转换为直线往复运动，从而驱动抽油泵实现举升抽油。与抽油机有杆泵采油系统相比，取消了抽油杆，从根本上消除了管杆偏磨问题；实现了电机轴到抽油泵柱塞的“零传动”，消除了冲程损失，有利于提高抽油泵泵效和系统效率；应用数控方式调整运行参数，降低了后期运行维护成本和工人劳动强度；不需要抽油机、井口占地面积少。
附图说明
图1是本实用新型井下旋转电机驱动的无杆采油系统结构剖面示意图。
图中，1.上隔环，2.呼吸孔，3.平衡活塞，4.上缸筒，5.三相异步旋转电机，6.电机轴，7.联轴器，8.螺母，9.下缸筒，10.丝杠，11.下堵头，12.密封圈。
具体实施方式
实施例1：以一个外径108mm、长度6.7m的井下旋转电机驱动的无杆采油系统为例，对本实用新型作进一步详细说明。
参阅图1。本实用新型井下旋转电机驱动的无杆采油系统，主要由压力平衡装置、三相异步旋转电机5、机械转换机构、下缸筒9和下堵头11组成。
压力平衡装置包括上隔环1、呼吸孔2、平衡活塞3和上缸筒4，上缸筒1外径108mm、内径98mm，上缸筒4顶部有M108×1.5的外螺纹，通过一个转换接箍(一端为M108×1.5的内螺纹，一端为27/8TBG内螺纹)与27/8平式油管连接，上缸筒4壁上开有2个直径10mm的呼吸孔，上缸筒4内部有一个平衡活塞3，平衡活塞3的内孔为30mm，平衡活塞3套在电机轴6的外壁上，平衡活塞3上部与上隔环1之间的空间与油套环空连通，平衡活塞3下部与三相异步旋转电机5和机械转换机构内部连通，当三相异步旋转电机5和机械转换机构内部压力与环空压力不平衡时，平衡活塞3自动运动使压力达到平衡。
相异步旋转电机5由端盖、电机外壳、定子和转子四部分组成，电机总长2.2m，电机外壳外径108mm、内径98mm。定子由定子铁心和定子绕组组成，定子铁心用0.5mm的硅钢片叠压而成，定子绕组线为直径2.5mm的圆铜线。转子由转子铁心和转子绕组组成，转子铁心用0.5mm的硅钢片叠压而成，转子绕组采用笼形绕组，即在转子铁心的每一个槽中插入一根铜导条，在铜导条两端各用一个铜环把导条连接起来，铜导条直径5.3mm。装配时将三相异步旋转电机5端盖用螺纹连接在电机外壳的一端，然后将定子装入电机外壳中，再将转子插入定子中心孔中，最后在电机外壳的另一端用螺纹连接端盖。本领域技术人员能根据相异步旋转电机5的结构，完成设计与制造。下面给出三相异步旋转电机5的电磁设计参数，提供给本领域技术人员参考。见表1、表2。
表1三相异步旋转电机电磁参数设计表1

表2三相异步旋转电机电磁参数设计表2

在上缸筒4的下端采用M98×1.5的螺纹与一个三相异步旋转电机5连接。电机轴6外径为30mm、长度为2955mm，电机轴6中心有轴向通孔，孔径为16mm。三相异步旋转电机5的下端采用M98×1.5的螺纹与下缸筒9连接，下缸筒9外径108mm、内径98mm、长度3870mm。下缸筒9的下端固定有下堵头11。机械转换机构在下缸筒9内，机械转换机构包括联轴器7、螺母8和丝杠10。联轴器7上端与三相异步旋转电机5固定，下端与螺母8的顶端固定。螺母8与丝杠10采用矩形螺纹配合，螺距10mm。螺母8外径75mm、长度400mm。丝杠10公称直径为50mm、长度1200mm、内孔直径16mm。丝杠10的下端穿过下堵头11中心孔。在丝杠10与下堵头11之间有三道密封圈12。
电机轴6通过联轴器7与机械转换机构的螺母8连接在一起，螺母8在电机轴6的带动下做往复旋转运动，从而驱动丝杠10做往复直线运动。
在下堵头11的下端有外螺纹，能与下部抽油泵的外壳连接；在丝杠11的下端外螺纹，能与下部抽油泵的柱塞连接。