本發(fā)明涉及一種油田井下機(jī)械采油裝置，適用于一般常規(guī)井及含有砂粒、腐蝕性井液的特殊油井、斜井及水平井。

背景技術(shù)：

目前，在石油開采中，有桿抽油設(shè)備在采油系統(tǒng)中占有相當(dāng)大的比重，目前有桿抽油系統(tǒng)的最大效率目標(biāo)值不到４０％，實測值只有２０％左右。傳統(tǒng)的地面旋轉(zhuǎn)電機(jī)有桿抽油方式的所有地面與井下設(shè)備多，能量損失大，與抽油機(jī)聯(lián)合工作的井下抽油桿、泵載荷交替變化造成地面系統(tǒng)工作不穩(wěn)，加劇了動力系統(tǒng)的無功消耗，導(dǎo)致采油系統(tǒng)的低效率運行，又由于抽油桿本身與井液的摩擦及與油管內(nèi)壁的摩擦，造成巨大的能源浪費及油管和抽油桿的損耗，且由于井液與運動件接觸，柱塞與泵筒間磨損、腐蝕嚴(yán)重，檢泵周期短，特別是不適用于高含砂井，斜井及水平井。

無桿抽油泵—潛油電泵靠井底的高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)直接驅(qū)動多級離心泵，將井液舉升至地面。但由于電機(jī)轉(zhuǎn)速高、排量大，不適用于占統(tǒng)治地位的中低產(chǎn)油井，且泵效低、離心葉片及泵內(nèi)腔接觸井液，損壞快，應(yīng)用范圍受到很大的局限。

普通直線電機(jī)抽油泵（現(xiàn)有的新技術(shù)），利用裝在活塞泵下方的直線電機(jī)動子帶動活塞做上下往復(fù)運動，下沖程靠動子自由落體帶動活塞下行，井液進(jìn)入泵內(nèi)，半個沖程周期電機(jī)閑置不做功；上沖程時靠動子帶動活塞上行，井液舉升到地面，電機(jī)做功，即電機(jī)只有半個沖程周期在做功，效率低。但由于運動副與井液接觸，動子與定子之間的環(huán)空間隙大，盡管電機(jī)有自我對動子的居中功能，但在上、下兩個沖程的止點轉(zhuǎn)換處動子瞬間停止并落到定子內(nèi)腔壁上，又由于是上行程排液，動子軸向壓應(yīng)力自下而上逐漸加大使動子彎曲，在動子的上部尤其嚴(yán)重，在動子離開定子內(nèi)腔的部分更為嚴(yán)重，在所有檢修故障中由于動子彎曲磨損而損壞電機(jī)的事故占絕大多數(shù)。

中國專利文獻(xiàn)號為1844667A，專利名稱為《帶平衡重的井下直線電機(jī)液壓驅(qū)動膠囊抽油泵》，利用裝在膠囊泵下方的直線電機(jī)動子帶動活塞做上下往復(fù)運動推動液壓缸內(nèi)的液壓油流進(jìn)或流出，迫使膠囊脹縮。當(dāng)上沖程時液壓油吸入液壓缸，膠囊泵膨脹井液進(jìn)入膠囊泵內(nèi)，平衡重塊也被同時升高儲存了勢能，當(dāng)下沖程時液壓油從液壓缸排出，膠囊泵收縮井液被擠出膠囊泵并舉升到地面，平衡重塊也被同時下降釋放了勢能，一起對下行的活塞做功，優(yōu)點是運動副與井液隔離，動子始終處于拉伸狀態(tài)不易彎曲。但由于下行的拉桿占據(jù)了活塞橫截面積，使泵的排量變小，配重部分需要占據(jù)更長的井下空間，密封盒始終保持密封有困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種油田井下機(jī)械采油裝置，將井液與運動副隔離，阻止井液中的砂粒和腐蝕性物質(zhì)對運動副的磨損、腐蝕，提高電機(jī)和泵的工作效率。

其技術(shù)方案是包括外殼、定子、動子、上缸體、上柱塞、上膠囊泵、出油閥、電機(jī)鎧裝電纜引出線、控制裝置和上殼體，定子通過電機(jī)鎧裝電纜引出線與裝在地面的控制裝置連接，上缸體與上殼體連接，動子的上端與上缸體內(nèi)的上柱塞連接，所述的動子的下端與下缸體內(nèi)的下柱塞連接，下缸體的上端與電機(jī)的定子連接，下缸體的下端與外殼連接，外殼的下端設(shè)有堵頭，所述外殼內(nèi)部設(shè)有圓筒形的可壓縮或膨脹的儲能包；所述的上殼體內(nèi)部設(shè)有偏心進(jìn)油閥總成和上膠囊泵，偏心進(jìn)油閥總成與上殼體之間的縫隙為液壓油通道，液壓油通道的上端與上膠囊泵內(nèi)部連通，下端與上缸體連通；所述偏心進(jìn)油閥總成位于上殼體的內(nèi)腔偏心處，偏心進(jìn)油閥總成的內(nèi)部設(shè)有單向的進(jìn)油閥，所述上膠囊泵與上殼體之間為井液通道，井液通道的上端通過出油閥與上殼體上端連接的油管連通，井液通道的下端與進(jìn)油閥的上端出口連通；上膠囊泵阻隔了井液與液壓油的接觸，通過動子帶動缸體內(nèi)的柱塞上下往復(fù)運動，推動液壓油驅(qū)動上膠囊泵的膠囊脹縮把井液舉升到地面。

上述的上膠囊泵包括膠囊外殼和內(nèi)部設(shè)有的篩管，膠囊外殼的底部和篩管的下端分別與轉(zhuǎn)換接頭的上端連接，且篩管與液壓油通道連通。

上述的轉(zhuǎn)換接頭的下端與偏心進(jìn)油閥總成連接，且偏心側(cè)設(shè)有井液出口。

在上、下缸體分別設(shè)有一個壓力釋放平衡孔，在上止點位置把上缸體、電機(jī)定子內(nèi)腔及下缸體通過平衡孔實現(xiàn)液壓油互相連通而達(dá)到設(shè)備初始加注液壓油時的平衡狀態(tài)。

上述的動子上設(shè)有多個間隔層，每對N－S極的間隔層為耐磨無磁合金加工而成，在周沿均勻分布有用于液壓油通過的縱向過流槽，每兩個相鄰的間隔層過流槽互相錯開排列，與電機(jī)定子形成滑動軸承式接觸配合。

另外，本發(fā)明提到的一種油田井下機(jī)械采油裝置的使用方法是：

在上沖程時，被壓縮的儲能包膨脹驅(qū)動下液壓油推動下柱塞向上運動，同時電機(jī)對動子向上做功，一起推動上柱塞推動上液壓缸的液壓油進(jìn)入上膠囊泵內(nèi)部使膠囊膨脹，偏心進(jìn)油閥總成的進(jìn)油閥關(guān)閉，出油閥打開，上膠囊泵外的井液進(jìn)入油管并舉升到地面；

在下沖程時，上膠囊泵內(nèi)的液壓油流回上缸體，膠囊收縮，偏心進(jìn)油閥總成的進(jìn)油閥打開，出油閥關(guān)閉，井液進(jìn)入膠囊外部，同時動子帶動下缸體內(nèi)的下柱塞下行推動下缸體內(nèi)的液壓油流入儲能包室并壓縮儲能包，包內(nèi)的氣體壓力升高，把動子下行和電機(jī)下行半個沖程周期的能量儲存起來，以備在上沖程時儲能包膨脹釋放能量。

本發(fā)明的有益效果是：一是通過設(shè)有全新的上膠囊泵，從而阻隔了井液與直線電機(jī)及液壓缸內(nèi)部運動副的接觸，避免了運動副受井液中的砂粒磨損和有害物質(zhì)腐蝕，液壓油同時為運動副提供潤滑和散熱，延長泵的使用壽命；二是增加了儲能包，通過儲能包內(nèi)氣體膨脹推動液壓油流回下液壓缸推動下柱塞上行做功釋放儲能，這樣就可以提高電機(jī)的工作效率；三是具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、制造加工容易、造價低、調(diào)參容易、能量傳遞轉(zhuǎn)換效率高、電機(jī)的工作效率高及節(jié)電等優(yōu)點，可實現(xiàn)機(jī)電一體化，特別適用于平臺井組及高出砂井及其它不同情況的油井，是對傳統(tǒng)采油方式的重大革新，具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

上圖中：堵頭1、外殼2、儲能包3、下缸體4、下柱塞5、定子6、動子7、上缸體8、上柱塞9、偏心進(jìn)油閥總成10、上膠囊泵11、篩管12、井液13、出油閥14、電機(jī)鎧裝電纜引出線15、控制裝置16、上殼體17、轉(zhuǎn)換接頭18。

具體實施方式

結(jié)合附圖1，對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述：

本發(fā)明包括堵頭1、外殼2、儲能包3、下缸體4、下柱塞5、定子6、動子7、上缸體8、上柱塞9、偏心進(jìn)油閥總成10、上膠囊泵11、篩管12、井液13、出油閥14、電機(jī)鎧裝電纜引出線15、控制裝置16、上殼體17、轉(zhuǎn)換接頭18，定子6通過電機(jī)鎧裝電纜引出線15與裝在地面的控制裝置16連接，上缸體8與上殼體17連接，動子7的上端與上缸體8內(nèi)的上柱塞9連接，所述的動子7的下端與下缸體4內(nèi)的下柱塞5連接，下缸體4的上端與電機(jī)的定子6連接，下缸體4的下端與外殼2連接，外殼2的下端設(shè)有堵頭1，所述外殼2內(nèi)部設(shè)有圓筒形的可壓縮或膨脹的儲能包3；所述的上殼體17內(nèi)部設(shè)有偏心進(jìn)油閥總成10和上膠囊泵11，偏心進(jìn)油閥總成10與上殼體17之間的縫隙為液壓油通道，液壓油通道的上端與上膠囊泵11內(nèi)部連通，下端與上缸體8連通；所述偏心進(jìn)油閥總成10位于上殼體17的內(nèi)腔偏心處，偏心進(jìn)油閥總成10的內(nèi)部設(shè)有單向的進(jìn)油閥，所述上膠囊泵11與上殼體17之間為井液通道，井液通道的上端通過出油閥14與上殼體17上端連接的油管連通，井液通道的下端與進(jìn)油閥的上端出口連通；上膠囊泵11阻隔了井液與液壓油的接觸，通過動子7帶動缸體內(nèi)的柱塞上下往復(fù)運動，推動液壓油驅(qū)動上膠囊泵的膠囊脹縮把井液舉升到地面。

上述的上膠囊泵11包括膠囊外殼和內(nèi)部設(shè)有的篩管12，膠囊外殼的底部和篩管12的下端分別與轉(zhuǎn)換接頭18的上端連接，且篩管12與液壓油通道連通。

上述的轉(zhuǎn)換接頭18的下端與偏心進(jìn)油閥總成10連接，且偏心側(cè)設(shè)有井液出口。

在上、下缸體分別設(shè)有一個壓力釋放平衡孔，在上止點位置把上缸體、電機(jī)定子內(nèi)腔及下缸體通過平衡孔實現(xiàn)液壓油互相連通而達(dá)到設(shè)備初始加注液壓油時的平衡狀態(tài)，圖中未示出。

上述的動子7上設(shè)有多個間隔層，每對N－S極的間隔層為耐磨無磁合金加工而成，在周沿均勻分布有用于液壓油通過的縱向過流槽，每兩個相鄰的間隔層過流槽互相錯開排列，與電機(jī)定子6形成滑動軸承式接觸配合，這樣就對N－S極起到保護(hù)作用。這樣也可以保證電機(jī)的動子在電機(jī)定子的內(nèi)腔、下液壓缸及上液壓缸三個的內(nèi)腔自由上下往復(fù)運動，同時可以保證上、下柱塞在上、下各自的液壓缸內(nèi)自由上下往復(fù)運動，各個運動部件間隙保存的液壓油也一起做同步運動，從而減小了整個系統(tǒng)的運動阻力，節(jié)約電能，液壓油給運動副提供潤滑和散熱。

另外，本發(fā)明提到的一種油田井下機(jī)械采油裝置的使用方法是：

把本發(fā)明與油管連接下到油井中，并通過電機(jī)鎧裝電纜引出線15與裝在地面的控制裝置16連接，直線電機(jī)的動子7的上、下端分別與上液壓缸體內(nèi)的上柱塞9和下液壓缸體內(nèi)的下柱塞5連接，下缸體4的上端與電機(jī)的定子6連接，下端與儲能包3連接，上膠囊泵11、上、下缸體、儲能包及外殼2連接在一起，外殼2的下端用堵頭1封閉，防止井液進(jìn)入，全部泵體在出廠時組裝成一個整體并調(diào)試好，便于運輸，在現(xiàn)場連接好電纜并檢查好后，直接吊起來下入井內(nèi)就可以。

本發(fā)明在上沖程時，被壓縮的儲能包3膨脹驅(qū)動下液壓油推動下柱塞5向上運動，同時電機(jī)對動子7向上做功，一起推動上柱塞9推動上液壓缸的液壓油進(jìn)入上膠囊泵11內(nèi)部使膠囊膨脹，偏心進(jìn)油閥總成10的進(jìn)油閥關(guān)閉，出油閥14打開，上膠囊泵11外的井液13進(jìn)入油管并舉升到地面；

本發(fā)明在下沖程時，上膠囊泵11內(nèi)的液壓油流回上缸體8，膠囊收縮，偏心進(jìn)油閥總成10的進(jìn)油閥打開，出油閥14關(guān)閉，井液13進(jìn)入膠囊外部，同時動子帶動下缸體4內(nèi)的下柱塞5下行推動下缸體4內(nèi)的液壓油流入儲能包室并壓縮儲能包3，包內(nèi)的氣體壓力升高，把動子下行和電機(jī)下行半個沖程周期的能量儲存起來，以備在上沖程時儲能包膨脹釋放能量。

本發(fā)明的優(yōu)點是：一是通過設(shè)有全新的上膠囊泵，從而阻隔了井液與直線電機(jī)及液壓缸內(nèi)部運動副的接觸，避免了運動副受井液中的砂粒磨損和有害物質(zhì)腐蝕，液壓油同時為運動副提供潤滑和散熱，延長泵的使用壽命；二是增加了儲能包，通過儲能包內(nèi)氣體膨脹推動液壓油流回下液壓缸推動下柱塞上行做功釋放儲能，這樣就可以提高電機(jī)的工作效率；三是具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、制造加工容易、造價低、調(diào)參容易、能量傳遞轉(zhuǎn)換效率高、電機(jī)的工作效率高及節(jié)電等優(yōu)點，可實現(xiàn)機(jī)電一體化，特別適用于平臺井組及高出砂井及其它不同情況的油井，是對傳統(tǒng)采油方式的重大革新，具有廣闊的應(yīng)用前景。