一种具有泵下加热机构的螺杆泵采油装置及其采油方法与流程

本发明涉及石油天然气开采技术领域，特别涉及一种具有泵下加热机构的螺杆泵采油装置及其采油方法。

背景技术：

目前海上平台在可燃冰、高凝高粘稠油井测试排液及开采过程中，普遍采用螺杆泵，同时为增加其泵效，需要对流入井筒内的稠油、高凝油及海上低温油进行加热，以降低其粘度、防止结蜡和便于流动。通常电加热装置只能对螺杆泵以上部分进行加热，而泵下的部分由于旋转等因素不能过电加热，特别是在深井，螺杆泵由于扬程、功率限制等原因不能下在油层部位或井筒内较深深度，导致稠油高凝油不易进入泵内，使泵效低下。

目前，螺杆泵采油排液加热装置有多个已公开的技术，如：已公开专利螺杆泵采油电加热装置(申请号：200820123813.X)公开了一种螺杆泵采油加热方法，其加热方式采用在空心抽油杆中填加加热电缆，只能为泵上部分加热；另一件已公开专利油层电加热采油装置及其使用方法(申请号：2014 1009 8385.X)公开了一种油层电加热采油装置，包括有控制柜、空心螺杆泵等，其加热方式是在油管的外壁面通过多个电缆卡子紧贴固定有多根钢铠加热电缆等，存在有施工复杂，由于电缆敷设在油管外壁上，直接与套管接触，易发生碰撞断脱等

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适用于稠油、高凝油以及海上低温油采集的具有泵下加热机构的螺杆泵采油装置。

本发明的另一目的是提供一种使用上述具有泵下加热机构的螺杆泵采油装置实现的采油方法。

为此，本发明技术方案如下：

一种具有泵下加热机构的螺杆泵采油装置，包括设置在井下且自上而下依次连接的多节第一可导电传扭矩抽油杆、空芯螺杆泵转子、第二可导电传扭矩抽油杆、防摆纠偏装置、导电静动转换连接装置和加热装置，上述各部件之间通过导电电缆连接且设置于各部件端部的导电插头或导电插座相互插装形成电连接，并通过设置在两部件连接处的连接接箍依次螺纹连接固定。

该具有泵下加热机构的螺杆泵采油装置还包括设置在地面上且自上而下依次连接的驱动电机、螺杆泵驱动头和油井四通；驱动电机通过电缆与专用控制柜连接。

可导电传扭矩抽油杆用于将地面驱动头所产生扭矩动力传递至专用螺杆泵，以驱动排液生产，并将扭矩动力传递至泵下装置；同时通过设置与内侧的电缆，将电力动力传至泵下的加热装置。具体地，可导电传扭矩抽油杆包括自上而下依次设置在一内壁覆有2～3mm厚绝缘层的空心抽油杆内的导电插头、通电电缆和导电插座，导电插头和导电插座分别设置并固定在空心抽油杆顶端和底端，并通过通电电缆使导电插头和导电插座之间形成电连接；或包括自上而下依次设置在一内壁覆有2～3mm厚绝缘层的空心抽油杆内的导电插头、通电电缆和导电插头，两个导电插头分别设置并固定在空心抽油杆顶端和底端，并通过通电电缆使两个导电插头之间形成电连接。

空芯螺杆泵转子为特殊设计的空心结构，内镶通电电缆，下端连接防摆纠偏装置、导电静动转换接头装置及加热装置；除用于排液外，其内的电缆，将电力动力传至泵下的加热装置；具体地，空芯螺杆泵转子包括中心开设有轴向通孔的转子本体和设置在转子本体顶端和底端的上接头和下接头，上接头和下接头内均设置有一导电插座，两个导电插座通过设置在转子本体轴向通孔内的导电电缆形成电连接。

由于螺杆泵转子在旋转过程中有偏心角，因此在螺杆泵转子下端连接防摆纠偏装置，消除由于螺杆泵转子旋转过程中偏心角带来的摆动，避免其下方的工具管柱要发生摆动，影响泵效和摆动撞击套管，以致造成事故；同时具有电力动力传输的功能；具体地，防摆纠偏装置包括纠偏机构和电力传输机构，纠偏机构中心开设有通孔，电力传输机构设置并固定在纠偏机构内侧；其中，纠偏机构包括自上而下依次连接的上摆动接头、十字空芯接头和下摆动接头；十字空芯接头包括一中心开设有通孔的圆柱形本体和沿本体圆周方向均布且与本体轴向垂直的四个圆柱形挂耳；上摆动接头和下摆动接头分别与十字空芯接头上位于对侧的一组挂耳活动连接，使上摆动接头和下摆动接头均能够以连接的挂耳为轴摆动；电力传输机构包括自上而下依次连接的导电插头、导电电缆和导电插座；通过包覆于导电插头、导电电缆和导电插座外壁的绝缘层和分别设置在上摆动接头底端的第一压帽和设置在下摆动接头顶端的第二压帽使导电插头设置并固定在上摆动接头内，导电插座设置并固定在下摆动接头内。

导电静动转换连接装置采用旋转触点结构，内置推力轴承，使上部的旋转系统通过其转为静止，即使其以下装置不随转子转动，同时酷游将电力动力传至泵下的加热装置的功能；具体地，导电静动转换连接装置包括在一旋转外筒内自上而下依次设置的导电铜棒、动杆机构和静杆机构；导电铜棒自顶面开设有一与导电插头相互配合的轴向凹槽；动杆机构包括设置在一弹簧护筒内的弹簧和铜制导电动杆，弹簧护筒设置在旋转外筒顶部并通过一绝缘胶垫分隔，铜制导电动杆抵在弹簧上并通过穿装在铜制导电动杆上的第一压帽将弹簧限位于弹簧护筒内并保持弹簧始终处于压缩状态；静杆机构包括银制导电静杆和开设有轴向通孔的T型接头，T型接头通过两个穿装在T型接头外侧的滚动轴承设置在旋转外筒内侧；银制导电静杆包括顶端开口的筒形上部和圆柱形下部，银制导电静杆的圆柱形下部插装在T形接头的轴向通孔内、顶端开口的筒形上部与铜制导电动杆形成插接，并在动杆机构内弹簧的作用下，银制导电静杆与铜制导电动杆始终保持接触的状态；第二压帽穿装在银制导电静杆上并与旋转外筒的环形台阶连接固定。

电加热装置包括轴向设置的电加热棒和设置在电加热棒顶部的导电插头；具体地，电加热装置由空芯抽油杆与单芯电缆构成电回路，在空芯抽油杆的底部还设有一个终端回路转换器，使电流通过终端转换器后再通过杆本体的内部产生集复效应，使杆而生成热量，达到加热效果。

上述第一可导电传扭矩抽油杆、空芯螺杆泵转子、第二可导电传扭矩抽油杆、防摆纠偏装置、导电静动转换连接装置和加热装置中设置的导电插头和导电插座结构、尺寸相同。具体地，导电插头包括第一铜棒和设置在第一铜棒顶面上细铜棒；导电插座包括第二铜棒，自第二铜棒底面向内凹陷开设有一用于插装导电插头的轴向插槽；自细铜棒顶端开设有一将细铜棒上部分割为两瓣的轴向深槽，在轴向深槽内设置有一波浪形簧片，使细铜棒插入轴向插槽后，细铜棒上部两瓣式结构在簧片的弹力作用下向外扩张，与轴向插槽内壁始终保持接触状态；在第一铜棒和第二铜棒的外壁上均覆有一层厚度在2～3mm之间的采用聚醚砜酮制成的绝缘层。

一种采用根据权利要求1中所述的具有泵下加热机构的螺杆泵采油装置实现的采油方法，包括如下具体步骤：

S1、将配置好的测试管柱通过由油管或钻杆下入井内的目的地层深度，通过测试管柱上的封隔器进行坐封后，进行地层测试，完成测试、取样、和測压工作；

其中，测试管柱，如图3所示，包括自下而上依次底层测试工具、地层测试封隔器、地层测试工具阀和螺杆泵定子，上述各部件之间通过油管或钻杆连接并通过油管或钻杆延伸至井口处；螺杆泵定子底端内壁上设有环形台阶用于限制螺杆泵转子后期投入到位；

S2、在测试管柱内下入具有泵下加热机构的螺杆泵采油装置管柱，管柱通过多节可导电传扭矩抽油杆延伸至井口处；其中，当螺杆泵转子底端与测试管柱上的螺杆泵定子底端的限位台肩接触后，表明螺杆泵定子和螺杆泵转子安装到位，通过加热动力电缆向加热装置供电，启动加热装置，使泵下的稠油或高凝油受热粘度降低，易流动；然后驱动电机通电通过螺杆泵驱动头启动螺杆泵转动，排采出井内的稠油或高凝油。

与现有技术相比，该具有泵下加热机构的螺杆泵采油装置及其采用方法解决了以往在稠油、高凝油螺杆泵采油时只能为泵上部分加热的难题，特别是能满足深井深层稠油、高凝油螺杆泵采油时加热降粘需求。

附图说明

图1(a)为本发明的具有泵下加热机构的螺杆泵采油装置井下装置的上半部分结构示意图；

图1(b)为本发明的具有泵下加热机构的螺杆泵采油装置井下装置的下半部分结构示意图；

图2为本发明的具有泵下加热机构的螺杆泵采油装置的结构示意图；

图3为本发明的采油前测试管柱与螺杆泵的连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

如图2所示，该具有泵下加热机构的螺杆泵采油装置由地面部分和井下部分组成；其中，地面部分包括自上而下依次连接的驱动电机、螺杆泵驱动头和油井四通；驱动电机通过电缆与专用控制柜连接；

如图1(a)和图1(b)所示，井下部分包括自上而下依次连接的多节第一可导电传扭矩抽油杆7、空芯螺杆泵转子8、第二可导电传扭矩抽油杆9、防摆纠偏装置10、导电静动转换连接装置11和加热装置12。

第一可导电传扭矩抽油杆7和第二可导电传扭矩抽油杆9具有两种结构：可导电传扭矩抽油杆包括自上而下依次设置在一内壁覆有2～3mm厚绝缘层的空心抽油杆内的导电插头、通电电缆和导电插座，导电插头和导电插座分别设置并固定在空心抽油杆顶端和底端，并通过通电电缆使导电插头和导电插座之间形成电连接；或包括自上而下依次设置在一内壁覆有2～3mm厚绝缘层的空心抽油杆内的导电插头、通电电缆和导电插头，两个导电插头分别设置并固定在空心抽油杆顶端和底端，并通过通电电缆使两个导电插头之间形成电连接；。

可导电传扭矩抽油杆的节数与地面至目的采油层的距离相适应，即可通过多根可导电传扭矩抽油杆首尾的导电插头和导电插座相互插装并通过设置在二者连接处的一能够活动拆卸的筒状抽油杆接箍螺纹连接固定为一具有合适的连接长度的可导电传扭矩抽油杆7串。

空芯螺杆泵转子8为在普通螺杆泵转子的结构基础上进行了改进；具体地，空芯螺杆泵转子8顶端和底端分别设置一体成型的上接头和下接头，且其中心开设有一用于设置通电电缆的轴向通孔；在上接头和下接头内各设置有一导电插座，两个导电插座通过通电电缆形成电连接；使空芯螺杆泵转子8上端通过导电插座与位于上部的多节第一可导电传扭矩抽油杆7构成的抽油杆串底端的导电插头插接、下端与位于下部的第二可导电传扭矩抽油杆9顶端的导电插头插接，并通过设置在连接位置的连接接箍使第一可导电传扭矩抽油杆7构成的抽油杆串、空芯螺杆泵转子8和第二可导电传扭矩抽油杆9三者螺纹连接固定并形成稳定的电连接关系，保证电力的稳定输送；

防摆纠偏装置10包括纠偏机构和电力传输机构，纠偏机构中心开设有通孔，电力传输机构设置并固定在纠偏机构内侧；其中，纠偏机构包括自上而下依次连接的上摆动接头、十字空芯接头和下摆动接头；十字空芯接头包括一中心开设有通孔的圆柱形本体和沿本体圆周方向均布且与本体轴向垂直的四个圆柱形挂耳；上摆动接头和下摆动接头分别与十字空芯接头上位于对侧的一组挂耳活动连接，使上摆动接头和下摆动接头均能够以连接的挂耳为轴摆动；电力传输机构包括自上而下依次连接的导电插头、导电电缆和导电插座；通过包覆于导电插头、导电电缆和导电插座外壁的绝缘层和分别设置在上摆动接头底端的第一压帽和设置在下摆动接头顶端的第二压帽使导电插头设置并固定在上摆动接头内，导电插座设置并固定在下摆动接头内。

导电静动转换连接装置包括在一旋转外筒内自上而下依次设置的导电铜棒、动杆机构和静杆机构；导电铜棒自顶面开设有一与导电插头相互配合的轴向凹槽；动杆机构包括设置在一弹簧护筒内的弹簧和铜制导电动杆，弹簧护筒设置在旋转外筒顶部并通过一绝缘胶垫分隔，铜制导电动杆抵在弹簧上并通过穿装在铜制导电动杆上的第一压帽将弹簧限位于弹簧护筒内并保持弹簧始终处于压缩状态；静杆机构包括银制导电静杆和开设有轴向通孔的T型接头，T型接头通过两个穿装在T型接头外侧的滚动轴承设置在旋转外筒内侧；银制导电静杆包括顶端开口的筒形上部和圆柱形下部，银制导电静杆的圆柱形下部插装在T形接头的轴向通孔内、顶端开口的筒形上部与铜制导电动杆形成插接，并在动杆机构内弹簧的作用下，银制导电静杆与铜制导电动杆始终保持接触的状态；第二压帽穿装在银制导电静杆上并与旋转外筒的环形台阶连接固定。

其中，在导电铜棒外层、弹簧护筒和第一压帽构成的封闭结构外层、以及银制导电静杆的圆柱形下部均包覆有绝缘层；旋转外筒内腔填充有绝缘密封脂；绝缘层采用超高分子聚乙烯或高密度聚乙烯制成；绝缘密封脂主要成分为硅油。第二压帽与旋转外筒之间通过格莱圈形成密封。

加热装置由空芯抽油杆与单芯电缆构成电回路，在空芯抽油杆的底部还设有一个终端回路转换器，使电流通过终端转换器后再通过杆本体的内部产生集复效应，使杆而生成热量，达到加热效果。

上述第一可导电传扭矩抽油杆7、空芯螺杆泵转子8、第二可导电传扭矩抽油杆9、防摆纠偏装置10、导电静动转换连接装置11和加热装置12中设置的导电插头和导电插座结构、尺寸相同；具体地，导电插头包括第一铜棒和设置在第一铜棒顶面上细铜棒；导电插座包括第二铜棒，自第二铜棒底面向内凹陷开设有一用于插装导电插头的轴向插槽；自细铜棒顶端开设有一将细铜棒上部分割为两瓣的轴向深槽，在轴向深槽内设置有一波浪形簧片，使细铜棒插入轴向插槽后，细铜棒上部两瓣式结构在簧片的弹力作用下向外扩张，与轴向插槽内壁始终保持接触状态；在第一铜棒和第二铜棒的外壁上均覆有一层厚度在2～3mm之间的采用聚醚砜酮制成的绝缘层。

此外，为保证装置内各部件之间密封连接，在各部件形成接触的结合面上均设置有至少一道密封圈。

一种采用上述具有泵下加热机构的螺杆泵采油装置实现的采油方法：首先将连接有殊螺杆泵定子的测试管柱下入井内一定深度，完成测试、取样、測压等工作；当需要螺杆泵排液时，在测试管柱内下入具有泵下加热机构的螺杆泵采油装置井下部分，并连接好采油装置地面部分，控制柜16通过防爆接线盒与输出电缆及井口上部的驱动头14的转换器连接，把加热电流通过电缆、空心杆内部电缆送到泵下的电缆至最底部的终端器进行加热；通过加热动力电缆依次通过多节第一可导电传扭矩抽油杆7、空芯螺杆泵转子8、第二可导电传扭矩抽油杆9、防摆纠偏装置10和导电静动转换连接装置11，并最终向加热器12供电，同时启动螺杆泵转子8，此时泵下的稠油或高凝油被加热，其粘度降低易流动，能有效地排采出井内的稠油高凝油。

具体地，上述采油方法具体步骤如下：

S1、将配置好的测试管柱通过由油管或钻杆1下入井内的目的地层深度，通过测试管柱上的封隔器4进行坐封后，进行地层测试，完成测试、取样、和測压工作；

其中，测试管柱，如图3所示，包括自下而上依次底层测试工具5、地层测试封隔器4、地层测试工具阀3和螺杆泵定子2，上述各部件之间通过油管或钻杆1连接并通过油管或钻杆1延伸至井口处；螺杆泵定子2底端内壁上设有环形台阶用于限制螺杆泵转子后期投入到位；

S2、在测试管柱内下入具有泵下加热机构的螺杆泵采油装置管柱，管柱通过多节可导电传扭矩抽油杆7延伸至井口处；其中，当螺杆泵转子8底端与测试管柱上的螺杆泵定子2底端的限位台肩接触后，表明螺杆泵定子2和螺杆泵转子8安装到位，通过加热动力电缆向加热装置12供电，启动加热装置12，使泵下的稠油或高凝油受热粘度降低，易流动；然后驱动电机通电通过螺杆泵驱动头启动螺杆泵2转动，排采出井内的稠油或高凝油。

综上所述，本发明的具有泵下加热机构的螺杆泵采油装置，可使电缆穿越螺杆泵空心转子、工作于其下端连接的导电静动转换接头装置、防摆纠偏装置及加热装置、通过其通以动力电时，泵下的稠油高凝油被加热，使其粘度降低易流动，提高了泵效，解决了以往在稠油、高凝油螺杆泵采油时只能为泵上部分加热的难题，特别是能满足深井深层稠油、高凝油螺杆泵排采时加热降粘需求。具有结构紧凑，调整方便，易于控制，是稠油高凝油及海上低温油层开发的理想设备。