一种电磁采油装置及其在石油开采中的应用 (一)技术领域
本发明涉及一种基于电磁感应原理的可控式采油装置及其在石油开采中的应用。(二)背景技术
所谓石油开采，就是靠油藏本身或用人工补给的能量把石油从井底举升到地面的过程。目前，采油方法主要分为自喷采油法和人工举升采油法两类，而人工举升采油法有气举采油法和泵抽采油法两种(李继志、陈荣振编，《石油钻采设备及工艺概论》，石油大学出版社，1992年5月，第一版)。在油井中下入抽油泵，把油藏中产出的液体泵送到地面的方法，简称抽油法，此法所用装置以抽油泵按动力传动方式分为有杆和无杆两类。目前世界上有85％以上的油井用机械采油法生产，其中绝大部分用有杆泵。有杆抽油机泵组结构简单，维修管理方便，在中深井中泵的效率为50％左右，适用于中、低产量的井；但有杆抽油泵长逾千米的长柱式抽油杆，因交变载荷所引起的振动和弹性变形，使抽油杆悬点的冲程和泵的柱塞有效冲程有较大差别，影响泵的效率。由于有杆泵是一个自重系统，抽油杆的截面增加时，其载荷也随着增大，从而使抽油杆地下入深度受到限制，要增加泵的下入深度，须改变抽油杆的材质、热处理工艺和级次，设备制造成本、能耗也随之升高。由于抽油泵的结构特点，使其不能在水平井段中使用。另外，有杆泵采油同时伴随机械事故较多、对环境有污染、地面设备占用土地面积大等。无杆泵(特别是电动潜油泵)适用于大产量的中深井、深井或斜井，但建井成本、检修、管理费用较高。不论是用有杆泵还是无杆泵，都无法对油井的实际采油产量进行有效控制。(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种电磁采油装置，该装置结构简单，维修方便，制造及维护成本低，使用范围广，采油效率高，不污染地层和地面环境，并可根据油层生产能力，可控式地调节采油实际产量。
本发明的另一目的在于提供该电磁采油装置在石油开采中的应用，该法可简化现有采油工艺，实现非机械式采油，并且施工简单，适应性强，降低采油能耗且不污染地层，有利于环保。
本发明是基于电磁感应(楞次定律)原理已广泛应用于军事及工业领域，如电磁炮(发射炮弹及卫星)、石油钻井风冷型电磁涡流刹车等。其技术核心是利用电磁感应定律(楞次定律：闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化)，即利用闭合回路中感应电流所引起相应的机械效应，实现非机械式采油，它也是能量守恒和转化(电磁能转化为机械能)定律的必然结果(赵凯华等著，《电磁学》上册，人民教育出版社，1978年4月，第一版；黄莹等编，《电磁学原理在科学技术中的应用》，兵器工业出版社，1998年10月，第一版)。
本发明采取以下技术方案。
一种电磁采油装置，由外护筒、内衬套筒、位于外护筒和内衬套筒之间的固定加速线圈组成，所述内衬套筒中有沿着内衬套筒上下滑行的滑动线圈，设有油流动通道的游动阀位于滑动线圈中并与滑动线圈连为一体，其上有一位置不固定的非磁性阀球，设有油流动通道的固定阀位于所述内衬套筒下部，其上也有一位置不固定的非磁性阀球。
作为该装置在石油开采中的应用，可将该电磁采油装置上部通过连接器与油管柱相连，该连接器为一可承重装置，既将电磁采油装置与油管柱相连，又可允许电缆通过，使电磁采油装置通过电缆与地面的供电电源和自动控制单元相连。然后将其下放至储层适当位置，地面供电电源和自动控制单元则通过传输电缆为其提供工作电力和控制信号，当工作电力在控制信号的控制下分别逐级进入电磁采油装置内的固定加速线圈后，在滑动线圈内部将产生感应电流，控制固定加速线圈的通电方向和时间，就可以控制滑动线圈沿内衬套筒的上下滑行运动和速度，从而实现可控式采油。
其工作原理是这样的：当滑动线圈沿内衬套筒上行时，与滑动线圈连为一体的游动阀受油管内液柱的压力自动关闭，随着滑动线圈上行，油管上部的一部分液体排出地面；与此同时，滑动线圈下部的内衬套筒空间内压力降低，井内液体在压差作用下，顶开固定阀的非磁性阀球进入内衬套筒，电磁采油装置开始吸入液体过程，直至滑动线圈的上止点。滑动线圈沿内衬套筒下行时，内衬套筒内液体受压缩压力升高，达到与电磁采油装置外环空液柱压力相等后，固定阀的非磁性阀球靠自重下落，使固定阀关闭；滑动线圈继续下行，内衬套筒内压力进一步升高，当超过油管内液柱压力时，内衬套筒内液体即顶开游动阀的非磁性阀球进入内衬套筒，电磁采油装置开始排出液体过程，直至滑动线圈下止点。由于滑动线圈不停地做垂直往复运动，固定阀和活动阀交替打开和关闭，电磁采油装置反复完成吸液和排液动作，使油管内液柱不断上升，并不断地通过井口装置排入输油管道之中。
作为本发明的进一步改进，可将电磁采油装置的固定阀安装在油管接箍上，并通过油管接箍与防砂管、防撞堵头等连为一体，然后将其沿采油生产套管的的内部空间，经过连接器与油管柱连接后下放至储层适当位置，这样可有效地防砂、防撞，延长使用寿命。
作为本发明的另一种改进，该装置可以在套管内以串联方式使用，以进一步提高采油举升能力。
本发明适用于各种类型油藏的石油开采，也适用于水平井采油，同时可用于天然气井的排水采气和农业、医药、城市生活等领域用水的供给系统。
本发明的优点在于：
①可简化现有采油工艺、实现非机械式采油；
②结构简单、维修方便，制造及维护成本比现有技术装备大幅度降低，
同时采油效率高，可节约能源和降低采油成本；
③可用于各种类型油藏的石油开采，也适用于水平井采油；
④不污染地层和地面环境，有利于环保；
⑤根据油层的生产能力，可控式地调节采油实际产量；(四)附图说明
图1是本发明电磁采油装置应用于石油开采的装配结构示意图。
图2是本发明电磁采油装置处于吸液过程的结构示意图。
图3是本发明电磁采油装置处于排液过程的结构示意图。图中：1—储层；2—套管；3—井口装置；4—供电电源及自动控制单元；5—油管柱；6—电缆；7—连接器；8—电磁采油装置；9—防砂管；10—防撞堵头；11—外护筒；12—固定加速线圈；13—内衬套筒；14—游动阀；15—滑动线圈；16—阀球；17—固定阀；18—油管接箍。(五)具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
参看图1、图2、图3，电磁采油装置经连接器7与油管柱5连接，其固定阀17安装在油管接箍18上，并通过油管接箍与防砂管9、防撞堵头10连为一体，将其沿采油生产套管2内部空间下放至储层1。地面供电电源及自动控制单元4通过电缆6给位于储层1适当位置的电磁采油装置8提供工作电力和控制信号。当工作电力在控制信号的控制下分别逐级进入电磁采油装置8内的固定加速线圈12后，在滑动线圈15内部将产生感应电流，控制固定加速线圈的通电方向和时间，就可以控制滑动线圈15沿内衬套筒13的上下滑行运动和速度。
参看图2，电磁采油装置8的固定加速线圈12、内衬套筒13均安装在外护筒11内，并在上下端分别与连接器7和油管接箍18联结，并通过油管接箍18与防砂管9、防撞堵头10(图中未画出)相连。当滑动线圈15沿内利套筒13上行时，与滑动线圈连为一体的游动阀14受油管内液柱的压力自动关闭，随着滑动线圈上行，油管上部的一部分液体排出地面；与此同时，滑动线圈下部的内衬套筒13空间内压力降低，井内液体在压差作用下，顶开安装于油管接箍18上固定阀17的非磁性阀球16进入内衬套筒13，电磁采油装置8开始吸入液体过程，直至滑动线圈的上止点。
参看图3，滑动线圈15沿内衬套筒13下行时，内衬套筒13内液体受压缩压力升高，达到与电磁采油装置8外环空液柱压力相等后，固定阀的非磁性阀球16靠自重下落，使固定阀17关闭；滑动线圈继续下行，内衬套简13内压力进一步升高，当超过油管内液柱压力时，内衬套筒内液体即顶开游动阀14的非磁性阀球进入内衬套筒13上部空间，电磁采油装置开始排出液体过程，直至滑动线圈下止点。
由于滑动线圈15不停地做垂直往复运动，固定阀17和活动阀14交替打开和关闭，电磁采油装置8反复完成吸液和排液动作，使油管内液柱不断上升，并不断地通过井口装置3排入输油管道之中。