CN101429936B - 井下双螺杆式油气多相混抽泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采油机械，特别是由单级止推多级串联的井下双螺杆式油气多相混抽泵。每级泵单元底部采用串联止推轴承进行止推，顶部采用内、外环结构的扶正轴承进行扶正，分散了泵总的轴向力，提高了轴承的寿命。为便于安装、调节及节省材料，螺杆轴采用泵轴、螺旋套分体式结构，壳体也是内、外壳分体式结构。各单元之间泵轴用花键套联接，泵体用螺纹联接紧固。本泵结构相对简单，加工、使用、维护方便，成本低廉，适应能力强。此外，相对于其它机械采油设备而言，它具有高扬程、小排量、输送高粘流体高效率的特点，能够成功地解决目前越来越多的稠油油井、高含气油井、低产高深油井的开采难题。

Description

井下双螺杆式油气多相混抽泵

技术领域  本发明涉及一种采油机械，特别是由单级止推多级串联的双螺杆式多相混抽泵，用于稠油、高含气和低产超深油井的开采。

背景技术  目前，世界范围内大多数油气田已经进入开采中后期，现用常规机械采油设备无法很好的解决越来越多的稠油、高含气、低产超深油井的技术难题。因此，能够适应这些复杂工况的新型机械采油设备成为急需。双螺杆泵相对其它机械采油设备而言，具有纯金属性，能够进行稠油高温热采，且更适合高气液比、高粘流体的输送，再者，其还具有小排量、高扬程、输送高粘流体高效率的特点，能够较好的适应上述复杂工况油井的开采开发。然而，近几年所开发的井下双螺杆泵集中止推式，轴承承受载荷过大，轴承寿命短；自平衡式，需要在泵壳上加工特殊流道，加工制造难度太大，难以在油田推广应用。

发明内容  本发明是一种结构简单、实用、寿命长、适应能力强的单级止推多级串联使用的井下双螺杆油气多相混抽泵。

本发明由多级单元串联构成，每一单元结构主要由入口接头1，右旋螺杆泵轴2，耐高温O型密封圈3、16、26，止推轴承组4，压紧套筒5，止推轴承座6，螺旋套调整垫片7，右旋螺旋套8，内壳体9，外壳体10，左旋螺母11，钢丝挡圈12，扶正轴承内环压紧套13，扶正轴承内环14，扶正轴承外环15，弹性挡圈17，出口接头18，花键套19，螺纹联接套20，左旋螺杆泵轴21，右旋螺母22，左旋螺旋套23，轴承垫片24，定位销25，其它包括平键、花键套隔板等组成。

其中，泵轴2与右旋螺旋套8、泵轴21与左旋螺旋套23之间分别通过平键联接，且分别由左旋螺母11、右旋螺母22压紧，螺旋套与泵轴之间装有调整垫片7，用于调整相互啮合的螺旋套之间的轴向间隙。两根螺杆轴相互啮合并通过间隙配合安装在具有“∞”字孔的内壳体9中，内壳体由两个定位销25与止推轴承座6进行定位联接，并由入口接头1、外壳体10、出口接头18将两部件压紧，内、外壳体之间为间隙配合，内壳体上端外部由耐高温“O”型密封圈16密封，防止高压腔由内、外壳体间隙向低压腔卸流。扶正轴承为内、外环结构，材料为硬度大于沙石硬度的工业陶瓷或金属，扶正轴承外环15通过平键联接安装在内壳体上部的扶正轴承座孔中，端部由孔用弹性挡圈17压紧，扶正轴承内环14通过平键联接安装在泵轴上，两端由扶正轴承内环压紧套13及轴用钢丝挡圈12压紧。泵轴的下部由为硬度大于沙石硬度的工业陶瓷或金属止推轴承组4进行止推。入口接头1与出口接头18通过螺纹连接拧紧在外壳体10的两端，并用耐高温“O”型密封圈3在外壳体两端进行密封。泵级之间串联使用联接套20将上一级的出口接头18与下一级的入口接头1通过螺纹进行联接紧固，且通过耐高温“O”型密封圈26密封；两级泵轴之间联接左旋联左旋，右旋联右旋，且通过花键套联19接传递动力。

从总体上看，此泵结构简单、紧凑，使用、维护方便，工作可靠安全；无复杂零部件，加工制造简单，成本低廉；所有零部件均为耐高温件，能够进行稠油高温热采；多级单元串联使用，压头高流量小，适合高深低产油井、高含气油井的开采；多级单元承受的载荷分散的作用在各个单元上，减小了轴承上的载荷，提高了轴承寿命，且止推轴承和扶正轴承均采用硬度大于沙石硬度的工业陶瓷或金属，对工作介质的敏感性低，适应能力强；采用人字形同步齿轮驱动，两根螺杆相互啮合，运动无接触，适合高速运转，工作平稳、可靠、安全；能够使用井下驱动、地面驱动等多种方式进行驱动。

附图说明  图1为本发明的单级泵结构简图。

具体实施方式  本发明依靠同步齿轮驱动双螺杆泵轴，使两根泵轴做逆向同步转动由入口接头1向上看，正常工作时右旋螺杆轴做逆时针转动，两螺旋套在泵轴的带动下相互啮合并做同步转动，在泵的吸入端产生一定的真空度，使得工作流体在大气压力的作用下由吸入口经过止推轴承座6的过油孔到达泵的吸入端，而后工作流体进入两螺杆与内壳体形成的螺旋槽，螺旋槽由相互啮合的螺杆的理论接触线隔开，成为独立的密封腔，随着螺杆轴同步转动的进行，各密封腔不断向上推移，直到泵的排出端，将多相流体从内壳体9的过油孔排出，完成单级泵对工作流体的增压过程，而后，工作流体进入第二级泵，完成同样的增压过程，直到最后一级。多级泵串联使用，随着泵级数的增加，多级泵产生的压力不断增大。工作过程中，多级泵产生的轴向力分散地作用在各单级泵底部的止推轴承上。

本发明可以分别使用井下潜油电机驱动和地面驱动两种驱动方式进行驱动。

当使用潜油电机驱动时，在油井中，整个采油系统各部件由下至上的连接顺序为：潜油电机—保护器—标准法兰—万向联轴器—同步齿轮—机械密封—吸入口—多级泵第一级—……—多级泵最后一级—标准油管接头—油管至井口，其中，潜油电机、保护器、万向联轴器、同步齿轮、机械密封构成同一密封模块，内部充满保护器油。动力传递由下至上：潜油电机心轴—保护器心轴—万向联轴器轴—齿轮轴—双螺杆泵轴，由潜油电机心轴至同步齿轮轴，各轴之间通过单轴并采用花键套联接传递动力，使用万向联轴器将中心单轴动力传递到同步齿轮并排两根轴的其中一根，由同步齿轮驱动另一根齿轮轴，经过同步齿轮传动后，变为双轴同时同步驱动多级泵的第一级泵的两根泵轴，第一级泵轴驱动第二级，……直到最后一级，即动力传递到同步齿轮后，由同步齿轮在多级泵的吸入端双轴同步驱动整个多级串联泵。多级泵的串联级数由下泵深度决定。工作流体的流动：吸入口—第一级泵入口接头1—第一级泵止推轴承座6的过油孔—第一级泵吸入端—第一级泵双螺杆啮合形成的封闭式螺旋槽—第一级泵内壳体9的过油孔—第一级泵排出端—第一级泵出口接头18—第二级泵入口接头1—……—最后一级泵的排出端—标准油管接头—油管至地面。

当使用地面驱动时，采用封隔器坐底式，整个采油系统各部件由下至上的连接顺序为：吸入口—封隔器坐底—多级泵的第一级—……多级泵最后一级—排出口—下端机械密封—同步齿轮—万向联轴器—保护器—上端机械密封。下端机械密封、同步齿轮、万向联轴器、保护器、上端机械密封构成同一密封模块，内部充满保护器油。动力传递由上至下依次为：标准抽油杆接头—保护器心轴—万向联轴器轴—齿轮轴—双螺杆泵轴。由标准抽油杆接头至同步齿轮轴，各轴之间通过单轴并采用花键套联接传递动力，使用万向联轴器将中心单轴动力传递到同步齿轮并排两根轴的其中一根，由同步齿轮驱动另一根齿轮轴，经过同步齿轮传动后，变为双轴同时同步驱动多级泵的最后一级泵的两根泵轴，最后一级泵轴驱动倒数第二级，……直到第一级，即动力传到同步齿轮后，由同步齿轮在多级泵的排出端双轴同步驱动整个多级串联泵。多相流体流动：吸入口—封隔器中心管—第一级泵入口接头1—第一级泵止推轴承座6的过油孔—第一级泵吸入端—第一级泵双螺杆啮合形成的封闭式螺旋槽—第一级泵内壳体9的过油孔—第一级泵排出端—第一级泵出口接头18—第二级泵入口接头1—……—最后一级泵—排出口—套管与抽油杆之间封隔器以上环形空间至井口。

Claims (1)

1.井下双螺杆式油气多相混抽泵，由多级泵单元串联构成，每一泵单元主要由入口接头(1)、止推轴承组(4)、止推轴承座(6)、内壳体(9)、外壳体(10)、扶正轴承内环(14)、扶正轴承外环(15)、出口接头(18)、螺纹联接套(20)、右旋螺杆泵轴(2)、右旋螺旋套(8)、左旋螺杆泵轴(21)、左旋螺旋套(23)、左旋螺母(11)、右旋螺母(22)、轴承垫片(24)、定位销(25)组成，其特征在于：

①每一泵单元具有独立的止推轴承组进行轴向止推，止推轴承采用材料硬度大于砂石硬度的工业陶瓷或金属轴承；

②多级泵单元串联使用，出口接头(18)与下一级泵的入口接头(1)由螺纹联接套(20)联接；

③泵壳采用分体式结构，分为内壳体(9)、外壳体(10)，内壳体(9)与止推轴承座(6)通过定位销(25)进行定位联接，外壳体(10)与入口接头(1)、出口接头(18)通过螺纹联接。