一種具有泵下加熱機構的螺桿泵采油裝置及其采油方法與流程

本發明涉及石油天然氣開采技術領域，特別涉及一種具有泵下加熱機構的螺桿泵采油裝置及其采油方法。

背景技術：

目前海上平臺在可燃冰、高凝高粘稠油井測試排液及開采過程中，普遍采用螺桿泵，同時為增加其泵效，需要對流入井筒內的稠油、高凝油及海上低溫油進行加熱，以降低其粘度、防止結蠟和便于流動。通常電加熱裝置只能對螺桿泵以上部分進行加熱，而泵下的部分由于旋轉等因素不能過電加熱，特別是在深井，螺桿泵由于揚程、功率限制等原因不能下在油層部位或井筒內較深深度，導致稠油高凝油不易進入泵內，使泵效低下。

目前，螺桿泵采油排液加熱裝置有多個已公開的技術，如：已公開專利螺桿泵采油電加熱裝置(申請號：200820123813.X)公開了一種螺桿泵采油加熱方法，其加熱方式采用在空心抽油桿中填加加熱電纜，只能為泵上部分加熱；另一件已公開專利油層電加熱采油裝置及其使用方法(申請號：2014 1009 8385.X)公開了一種油層電加熱采油裝置，包括有控制柜、空心螺桿泵等，其加熱方式是在油管的外壁面通過多個電纜卡子緊貼固定有多根鋼鎧加熱電纜等，存在有施工復雜，由于電纜敷設在油管外壁上，直接與套管接觸，易發生碰撞斷脫等

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種適用于稠油、高凝油以及海上低溫油采集的具有泵下加熱機構的螺桿泵采油裝置。

本發明的另一目的是提供一種使用上述具有泵下加熱機構的螺桿泵采油裝置實現的采油方法。

為此，本發明技術方案如下：

一種具有泵下加熱機構的螺桿泵采油裝置，包括設置在井下且自上而下依次連接的多節第一可導電傳扭矩抽油桿、空芯螺桿泵轉子、第二可導電傳扭矩抽油桿、防擺糾偏裝置、導電靜動轉換連接裝置和加熱裝置，上述各部件之間通過導電電纜連接且設置于各部件端部的導電插頭或導電插座相互插裝形成電連接，并通過設置在兩部件連接處的連接接箍依次螺紋連接固定。

該具有泵下加熱機構的螺桿泵采油裝置還包括設置在地面上且自上而下依次連接的驅動電機、螺桿泵驅動頭和油井四通；驅動電機通過電纜與專用控制柜連接。

可導電傳扭矩抽油桿用于將地面驅動頭所產生扭矩動力傳遞至專用螺桿泵，以驅動排液生產，并將扭矩動力傳遞至泵下裝置；同時通過設置與內側的電纜，將電力動力傳至泵下的加熱裝置。具體地，可導電傳扭矩抽油桿包括自上而下依次設置在一內壁覆有2～3mm厚絕緣層的空心抽油桿內的導電插頭、通電電纜和導電插座，導電插頭和導電插座分別設置并固定在空心抽油桿頂端和底端，并通過通電電纜使導電插頭和導電插座之間形成電連接；或包括自上而下依次設置在一內壁覆有2～3mm厚絕緣層的空心抽油桿內的導電插頭、通電電纜和導電插頭，兩個導電插頭分別設置并固定在空心抽油桿頂端和底端，并通過通電電纜使兩個導電插頭之間形成電連接。

空芯螺桿泵轉子為特殊設計的空心結構，內鑲通電電纜，下端連接防擺糾偏裝置、導電靜動轉換接頭裝置及加熱裝置；除用于排液外，其內的電纜，將電力動力傳至泵下的加熱裝置；具體地，空芯螺桿泵轉子包括中心開設有軸向通孔的轉子本體和設置在轉子本體頂端和底端的上接頭和下接頭，上接頭和下接頭內均設置有一導電插座，兩個導電插座通過設置在轉子本體軸向通孔內的導電電纜形成電連接。

由于螺桿泵轉子在旋轉過程中有偏心角，因此在螺桿泵轉子下端連接防擺糾偏裝置，消除由于螺桿泵轉子旋轉過程中偏心角帶來的擺動，避免其下方的工具管柱要發生擺動，影響泵效和擺動撞擊套管，以致造成事故；同時具有電力動力傳輸的功能；具體地，防擺糾偏裝置包括糾偏機構和電力傳輸機構，糾偏機構中心開設有通孔，電力傳輸機構設置并固定在糾偏機構內側；其中，糾偏機構包括自上而下依次連接的上擺動接頭、十字空芯接頭和下擺動接頭；十字空芯接頭包括一中心開設有通孔的圓柱形本體和沿本體圓周方向均布且與本體軸向垂直的四個圓柱形掛耳；上擺動接頭和下擺動接頭分別與十字空芯接頭上位于對側的一組掛耳活動連接，使上擺動接頭和下擺動接頭均能夠以連接的掛耳為軸擺動；電力傳輸機構包括自上而下依次連接的導電插頭、導電電纜和導電插座；通過包覆于導電插頭、導電電纜和導電插座外壁的絕緣層和分別設置在上擺動接頭底端的第一壓帽和設置在下擺動接頭頂端的第二壓帽使導電插頭設置并固定在上擺動接頭內，導電插座設置并固定在下擺動接頭內。

導電靜動轉換連接裝置采用旋轉觸點結構，內置推力軸承，使上部的旋轉系統通過其轉為靜止，即使其以下裝置不隨轉子轉動，同時酷游將電力動力傳至泵下的加熱裝置的功能；具體地，導電靜動轉換連接裝置包括在一旋轉外筒內自上而下依次設置的導電銅棒、動桿機構和靜桿機構；導電銅棒自頂面開設有一與導電插頭相互配合的軸向凹槽；動桿機構包括設置在一彈簧護筒內的彈簧和銅制導電動桿，彈簧護筒設置在旋轉外筒頂部并通過一絕緣膠墊分隔，銅制導電動桿抵在彈簧上并通過穿裝在銅制導電動桿上的第一壓帽將彈簧限位于彈簧護筒內并保持彈簧始終處于壓縮狀態；靜桿機構包括銀制導電靜桿和開設有軸向通孔的T型接頭，T型接頭通過兩個穿裝在T型接頭外側的滾動軸承設置在旋轉外筒內側；銀制導電靜桿包括頂端開口的筒形上部和圓柱形下部，銀制導電靜桿的圓柱形下部插裝在T形接頭的軸向通孔內、頂端開口的筒形上部與銅制導電動桿形成插接，并在動桿機構內彈簧的作用下，銀制導電靜桿與銅制導電動桿始終保持接觸的狀態；第二壓帽穿裝在銀制導電靜桿上并與旋轉外筒的環形臺階連接固定。

電加熱裝置包括軸向設置的電加熱棒和設置在電加熱棒頂部的導電插頭；具體地，電加熱裝置由空芯抽油桿與單芯電纜構成電回路，在空芯抽油桿的底部還設有一個終端回路轉換器，使電流通過終端轉換器后再通過桿本體的內部產生集復效應，使桿而生成熱量，達到加熱效果。

上述第一可導電傳扭矩抽油桿、空芯螺桿泵轉子、第二可導電傳扭矩抽油桿、防擺糾偏裝置、導電靜動轉換連接裝置和加熱裝置中設置的導電插頭和導電插座結構、尺寸相同。具體地，導電插頭包括第一銅棒和設置在第一銅棒頂面上細銅棒；導電插座包括第二銅棒，自第二銅棒底面向內凹陷開設有一用于插裝導電插頭的軸向插槽；自細銅棒頂端開設有一將細銅棒上部分割為兩瓣的軸向深槽，在軸向深槽內設置有一波浪形簧片，使細銅棒插入軸向插槽后，細銅棒上部兩瓣式結構在簧片的彈力作用下向外擴張，與軸向插槽內壁始終保持接觸狀態；在第一銅棒和第二銅棒的外壁上均覆有一層厚度在2～3mm之間的采用聚醚砜酮制成的絕緣層。

一種采用根據權利要求1中所述的具有泵下加熱機構的螺桿泵采油裝置實現的采油方法，包括如下具體步驟：

S1、將配置好的測試管柱通過由油管或鉆桿下入井內的目的地層深度，通過測試管柱上的封隔器進行坐封后，進行地層測試，完成測試、取樣、和測壓工作；

其中，測試管柱，如圖3所示，包括自下而上依次底層測試工具、地層測試封隔器、地層測試工具閥和螺桿泵定子，上述各部件之間通過油管或鉆桿連接并通過油管或鉆桿延伸至井口處；螺桿泵定子底端內壁上設有環形臺階用于限制螺桿泵轉子后期投入到位；

S2、在測試管柱內下入具有泵下加熱機構的螺桿泵采油裝置管柱，管柱通過多節可導電傳扭矩抽油桿延伸至井口處；其中，當螺桿泵轉子底端與測試管柱上的螺桿泵定子底端的限位臺肩接觸后，表明螺桿泵定子和螺桿泵轉子安裝到位，通過加熱動力電纜向加熱裝置供電，啟動加熱裝置，使泵下的稠油或高凝油受熱粘度降低，易流動；然后驅動電機通電通過螺桿泵驅動頭啟動螺桿泵轉動，排采出井內的稠油或高凝油。

與現有技術相比，該具有泵下加熱機構的螺桿泵采油裝置及其采用方法解決了以往在稠油、高凝油螺桿泵采油時只能為泵上部分加熱的難題，特別是能滿足深井深層稠油、高凝油螺桿泵采油時加熱降粘需求。

附圖說明

圖1(a)為本發明的具有泵下加熱機構的螺桿泵采油裝置井下裝置的上半部分結構示意圖；

圖1(b)為本發明的具有泵下加熱機構的螺桿泵采油裝置井下裝置的下半部分結構示意圖；

圖2為本發明的具有泵下加熱機構的螺桿泵采油裝置的結構示意圖；

圖3為本發明的采油前測試管柱與螺桿泵的連接關系示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發明做進一步的說明，但下述實施例絕非對本發明有任何限制。

如圖2所示，該具有泵下加熱機構的螺桿泵采油裝置由地面部分和井下部分組成；其中，地面部分包括自上而下依次連接的驅動電機、螺桿泵驅動頭和油井四通；驅動電機通過電纜與專用控制柜連接；

如圖1(a)和圖1(b)所示，井下部分包括自上而下依次連接的多節第一可導電傳扭矩抽油桿7、空芯螺桿泵轉子8、第二可導電傳扭矩抽油桿9、防擺糾偏裝置10、導電靜動轉換連接裝置11和加熱裝置12。

第一可導電傳扭矩抽油桿7和第二可導電傳扭矩抽油桿9具有兩種結構：可導電傳扭矩抽油桿包括自上而下依次設置在一內壁覆有2～3mm厚絕緣層的空心抽油桿內的導電插頭、通電電纜和導電插座，導電插頭和導電插座分別設置并固定在空心抽油桿頂端和底端，并通過通電電纜使導電插頭和導電插座之間形成電連接；或包括自上而下依次設置在一內壁覆有2～3mm厚絕緣層的空心抽油桿內的導電插頭、通電電纜和導電插頭，兩個導電插頭分別設置并固定在空心抽油桿頂端和底端，并通過通電電纜使兩個導電插頭之間形成電連接；。

可導電傳扭矩抽油桿的節數與地面至目的采油層的距離相適應，即可通過多根可導電傳扭矩抽油桿首尾的導電插頭和導電插座相互插裝并通過設置在二者連接處的一能夠活動拆卸的筒狀抽油桿接箍螺紋連接固定為一具有合適的連接長度的可導電傳扭矩抽油桿7串。

空芯螺桿泵轉子8為在普通螺桿泵轉子的結構基礎上進行了改進；具體地，空芯螺桿泵轉子8頂端和底端分別設置一體成型的上接頭和下接頭，且其中心開設有一用于設置通電電纜的軸向通孔；在上接頭和下接頭內各設置有一導電插座，兩個導電插座通過通電電纜形成電連接；使空芯螺桿泵轉子8上端通過導電插座與位于上部的多節第一可導電傳扭矩抽油桿7構成的抽油桿串底端的導電插頭插接、下端與位于下部的第二可導電傳扭矩抽油桿9頂端的導電插頭插接，并通過設置在連接位置的連接接箍使第一可導電傳扭矩抽油桿7構成的抽油桿串、空芯螺桿泵轉子8和第二可導電傳扭矩抽油桿9三者螺紋連接固定并形成穩定的電連接關系，保證電力的穩定輸送；

防擺糾偏裝置10包括糾偏機構和電力傳輸機構，糾偏機構中心開設有通孔，電力傳輸機構設置并固定在糾偏機構內側；其中，糾偏機構包括自上而下依次連接的上擺動接頭、十字空芯接頭和下擺動接頭；十字空芯接頭包括一中心開設有通孔的圓柱形本體和沿本體圓周方向均布且與本體軸向垂直的四個圓柱形掛耳；上擺動接頭和下擺動接頭分別與十字空芯接頭上位于對側的一組掛耳活動連接，使上擺動接頭和下擺動接頭均能夠以連接的掛耳為軸擺動；電力傳輸機構包括自上而下依次連接的導電插頭、導電電纜和導電插座；通過包覆于導電插頭、導電電纜和導電插座外壁的絕緣層和分別設置在上擺動接頭底端的第一壓帽和設置在下擺動接頭頂端的第二壓帽使導電插頭設置并固定在上擺動接頭內，導電插座設置并固定在下擺動接頭內。

導電靜動轉換連接裝置包括在一旋轉外筒內自上而下依次設置的導電銅棒、動桿機構和靜桿機構；導電銅棒自頂面開設有一與導電插頭相互配合的軸向凹槽；動桿機構包括設置在一彈簧護筒內的彈簧和銅制導電動桿，彈簧護筒設置在旋轉外筒頂部并通過一絕緣膠墊分隔，銅制導電動桿抵在彈簧上并通過穿裝在銅制導電動桿上的第一壓帽將彈簧限位于彈簧護筒內并保持彈簧始終處于壓縮狀態；靜桿機構包括銀制導電靜桿和開設有軸向通孔的T型接頭，T型接頭通過兩個穿裝在T型接頭外側的滾動軸承設置在旋轉外筒內側；銀制導電靜桿包括頂端開口的筒形上部和圓柱形下部，銀制導電靜桿的圓柱形下部插裝在T形接頭的軸向通孔內、頂端開口的筒形上部與銅制導電動桿形成插接，并在動桿機構內彈簧的作用下，銀制導電靜桿與銅制導電動桿始終保持接觸的狀態；第二壓帽穿裝在銀制導電靜桿上并與旋轉外筒的環形臺階連接固定。

其中，在導電銅棒外層、彈簧護筒和第一壓帽構成的封閉結構外層、以及銀制導電靜桿的圓柱形下部均包覆有絕緣層；旋轉外筒內腔填充有絕緣密封脂；絕緣層采用超高分子聚乙烯或高密度聚乙烯制成；絕緣密封脂主要成分為硅油。第二壓帽與旋轉外筒之間通過格萊圈形成密封。

加熱裝置由空芯抽油桿與單芯電纜構成電回路，在空芯抽油桿的底部還設有一個終端回路轉換器，使電流通過終端轉換器后再通過桿本體的內部產生集復效應，使桿而生成熱量，達到加熱效果。

上述第一可導電傳扭矩抽油桿7、空芯螺桿泵轉子8、第二可導電傳扭矩抽油桿9、防擺糾偏裝置10、導電靜動轉換連接裝置11和加熱裝置12中設置的導電插頭和導電插座結構、尺寸相同；具體地，導電插頭包括第一銅棒和設置在第一銅棒頂面上細銅棒；導電插座包括第二銅棒，自第二銅棒底面向內凹陷開設有一用于插裝導電插頭的軸向插槽；自細銅棒頂端開設有一將細銅棒上部分割為兩瓣的軸向深槽，在軸向深槽內設置有一波浪形簧片，使細銅棒插入軸向插槽后，細銅棒上部兩瓣式結構在簧片的彈力作用下向外擴張，與軸向插槽內壁始終保持接觸狀態；在第一銅棒和第二銅棒的外壁上均覆有一層厚度在2～3mm之間的采用聚醚砜酮制成的絕緣層。

此外，為保證裝置內各部件之間密封連接，在各部件形成接觸的結合面上均設置有至少一道密封圈。

一種采用上述具有泵下加熱機構的螺桿泵采油裝置實現的采油方法：首先將連接有殊螺桿泵定子的測試管柱下入井內一定深度，完成測試、取樣、測壓等工作；當需要螺桿泵排液時，在測試管柱內下入具有泵下加熱機構的螺桿泵采油裝置井下部分，并連接好采油裝置地面部分，控制柜16通過防爆接線盒與輸出電纜及井口上部的驅動頭14的轉換器連接，把加熱電流通過電纜、空心桿內部電纜送到泵下的電纜至最底部的終端器進行加熱；通過加熱動力電纜依次通過多節第一可導電傳扭矩抽油桿7、空芯螺桿泵轉子8、第二可導電傳扭矩抽油桿9、防擺糾偏裝置10和導電靜動轉換連接裝置11，并最終向加熱器12供電，同時啟動螺桿泵轉子8，此時泵下的稠油或高凝油被加熱，其粘度降低易流動，能有效地排采出井內的稠油高凝油。

具體地，上述采油方法具體步驟如下：

S1、將配置好的測試管柱通過由油管或鉆桿1下入井內的目的地層深度，通過測試管柱上的封隔器4進行坐封后，進行地層測試，完成測試、取樣、和測壓工作；

其中，測試管柱，如圖3所示，包括自下而上依次底層測試工具5、地層測試封隔器4、地層測試工具閥3和螺桿泵定子2，上述各部件之間通過油管或鉆桿1連接并通過油管或鉆桿1延伸至井口處；螺桿泵定子2底端內壁上設有環形臺階用于限制螺桿泵轉子后期投入到位；

S2、在測試管柱內下入具有泵下加熱機構的螺桿泵采油裝置管柱，管柱通過多節可導電傳扭矩抽油桿7延伸至井口處；其中，當螺桿泵轉子8底端與測試管柱上的螺桿泵定子2底端的限位臺肩接觸后，表明螺桿泵定子2和螺桿泵轉子8安裝到位，通過加熱動力電纜向加熱裝置12供電，啟動加熱裝置12，使泵下的稠油或高凝油受熱粘度降低，易流動；然后驅動電機通電通過螺桿泵驅動頭啟動螺桿泵2轉動，排采出井內的稠油或高凝油。

綜上所述，本發明的具有泵下加熱機構的螺桿泵采油裝置，可使電纜穿越螺桿泵空心轉子、工作于其下端連接的導電靜動轉換接頭裝置、防擺糾偏裝置及加熱裝置、通過其通以動力電時，泵下的稠油高凝油被加熱，使其粘度降低易流動，提高了泵效，解決了以往在稠油、高凝油螺桿泵采油時只能為泵上部分加熱的難題，特別是能滿足深井深層稠油、高凝油螺桿泵排采時加熱降粘需求。具有結構緊湊，調整方便，易于控制，是稠油高凝油及海上低溫油層開發的理想設備。