CN101749252A - 扶正式井下环空抽吸螺杆涡轮泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油钻井中抽吸井筒环空内钻井液的泵，是一种扶正式井下环空抽吸螺杆涡轮泵，其包括上接头、定子、下接头、转子和不少于一个且外径尺寸大于转子外径的扶正器；上接头的下端固定连接有定子或与定子为一体，定子的外部套装有能相对定子转动的转子。本发明结构合理而紧凑，使用方便，其通过转子外的扶正器来保护涡轮泵叶片，通过转子内的循环钻井液推动转子内壁上的螺旋形凹槽，带动转子及其外侧的涡轮泵叶片绕定子转动以排出井筒环空内液体，从而降低钻井作业时井筒环空液柱的压力，达到欠平衡钻井、提高钻井速度和钻井效率的目的，还能大量减少钻井液化学药剂的使用、降低成本，具有结构简单、节能环保、便于制造的特点。

Description

扶正式井下环空抽吸螺杆涡轮泵

一、技术领域

本发明涉及石油钻井中抽吸井筒环空内钻井液的泵技术领域，是一种扶正式井下环空抽吸螺杆涡轮泵。

二、背景技术

近年来，由于欠平衡钻井技术在保护和发现油气层、提高钻井速度、防止井漏等方面相比常规钻井液钻井具有绝对优势，因此在全球内发展非常迅速。我国也在2003年后开始大力发展欠平衡钻井技术，到2007年和2008年已得到规模化应用。欠平衡钻井技术就是在钻井过程中井筒内的液柱压力小于地层的孔隙压力的一种钻井技术。由于配置的钻井液密度往往大于地层压力当量密度，特别是低压地层，只有通过特殊的钻井液技术才能达到欠平衡钻井的目的。目前，降低井筒液柱压力的主要方法有使用气体、充气、泡沫、固体减轻剂等方法，而这些方法均有各自的缺点，如费用高、设备庞大、适应性差、回收难度大等缺点。

三、发明内容

本发明提供了一种扶正式井下环空抽吸螺杆涡轮泵，其解决了现有欠平衡钻井中降低井筒液柱压力难度大的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种扶正式井下环空抽吸螺杆涡轮泵，包括上接头、定子、下接头、转子和不少于一个且外径尺寸大于转子外径的扶正器；上接头的下端固定连接有定子或与定子为一体，定子的下端固定安装有下接头，定子的外部套装有能相对定子转动的转子，转子的上端安装在上接头的中部外侧，转子的下端安装在下接头的中部外侧，转子的外侧有扶正器安装槽，扶正器通过扶正器安装槽安装在转子上并能相对转子转动；上接头的内部有上腔，下接头的内部有下腔，转子的内壁与定子的外壁之间形成转子空腔，上接头的下部有连通上腔与转子空腔的上内孔，下接头的上部有连通下腔与转子空腔的下内孔；定子的外侧均布有不少于三个的螺旋形凸齿，转子的内壁上均布有截面形状与螺旋形凸齿的截面形状相对应并且比螺旋形凸齿的数量多一个的螺旋形凹槽，转子的外侧有涡轮泵叶片，定子的轴线与转子空腔的轴线有偏心距，定子上有一个螺旋形凸齿与对应的螺旋形凹槽保持啮合。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述扶正器的数量可为两个并且分别位于转子的上部和下部。

上述扶正器的外侧可有不少于三个的扶正叶片。

上述螺旋形凸齿的截面形状可为弧形，螺旋形凹槽的截面形状可与螺旋形凸齿的截面形状保持共轭啮合。

上述转子的上端可通过上密封套安装在上接头的中部外侧，转子的下端可通过下密封套安装在下接头的中部外侧。

上述上接头的下端可有上大下小的上锥台，转子空腔的上部内壁上对应上锥台的位置有上大下小的上锥面并与上锥台相配合；下接头的上端可有上小下大的下锥台，转子空腔的下部内壁上对应下锥台的位置有上小下大的下锥面并与下锥台相配合。

上述螺旋形凸齿的数量可为五个，螺旋形凹槽的数量可为六个。

上述涡轮泵叶片的数量可为二十个并均布于转子的外侧。

上述扶正叶片的数量可为八个并均布于扶正器的外侧。

本发明结构合理而紧凑，使用方便，其通过转子外的扶正器来保护涡轮泵叶片，通过转子内的循环钻井液推动转子内壁上的螺旋形凹槽，带动转子及其外侧的涡轮泵叶片绕定子转动以排出井筒环空内液体，从而降低钻井作业时井筒环空液柱的压力，达到欠平衡钻井、提高钻井速度和钻井效率的目的，还能大量减少钻井液化学药剂的使用、降低成本，具有结构简单、节能环保、便于制造的特点。

四、附图说明

附图1为本发明最佳实施例的主视剖视结构示意图。

附图2为附图1中A-A处的剖视放大结构示意图。

附图中的编码分别为：1为上接头，2为定子，3为下接头，4为转子，5为上腔，6为下腔，7为转子空腔，8为上内孔，9为下内孔，10为螺旋形凸齿，11为螺旋形凹槽，12为涡轮泵叶片，13为上密封套，14为下密封套，15为上锥台，16为上锥面，17为下锥台，18为下锥面，19为扶正器，20为扶正器安装槽，21为扶正叶片。

五、具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

下面结合最佳实施例及附图对本发明作进一步描述：

如附图1、2所示，该扶正式井下环空抽吸螺杆涡轮泵包括上接头1、定子2、下接头3、转子4和不少于一个且外径尺寸大于转子4外径的扶正器19；上接头1的下端固定连接有定子2或与定子2为一体，定子2的下端固定安装有下接头3，定子2的外部套装有能相对定子2转动的转子4，转子4的上端安装在上接头1的中部外侧，转子4的下端安装在下接头3的中部外侧，转子4的外侧有扶正器安装槽20，扶正器19通过扶正器安装槽20安装在转子4上并能相对转子4转动；上接头1的内部有上腔5，下接头3的内部有下腔6，转子4的内壁与定子2的外壁之间形成转子空腔7，上接头1的下部有连通上腔5与转子空腔7的上内孔8，下接头3的上部有连通下腔6与转子空腔7的下内孔9；定子2的外侧均布有不少于三个的螺旋形凸齿10，转子4的内壁上均布有截面形状与螺旋形凸齿10的截面形状相对应并且比螺旋形凸齿10的数量多一个的螺旋形凹槽11，转子4的外侧有涡轮泵叶片12，定子2的轴线与转子空腔7的轴线有偏心距，定子2上有一个螺旋形凸齿10与对应的螺旋形凹槽11保持啮合。转子4与其外部的井筒壁或套管壁之间构成泵腔，在钻井过程中，通过上腔5向转子空腔7内注入循环钻井液，利用循环钻井液的冲力作为动力源来驱动转子4高速运转，使得转子4带动涡轮泵叶片12转动，将井筒或套管内的钻井液向上运输，这样无须安装井下特殊动力，就可向地面抽吸钻井液降低钻井作业过程中井筒环空液柱的压力，以实现欠平衡钻井和提高钻井速度的目的。扶正器19能够防止涡轮泵叶片12的外端磨损和碰撞到井壁上，从而延长其使用寿命。

可根据实际需要，对上述扶正式井下环空抽吸螺杆涡轮泵作进一步优化或/和改进：

如附图1、2所示，扶正器19的数量为两个并且分别位于转子4的上部和下部。上下两个扶正器19能够更好地保护转子4。

如附图1、2所示，扶正器19的外侧有不少于三个的扶正叶片21。扶正叶片21之间的空间能够使扶正器19处积聚的泥沙等杂物落下，不会因为堵塞而影响转子4的转动。

如附图1、2所示，螺旋形凸齿10的截面形状为弧形，螺旋形凹槽11的截面形状与螺旋形凸齿10的截面形状保持共轭啮合。以使转子空腔7保持密封得到相应压力，驱动转子4高速运转。

如附图1、2所示，转子4的上端通过上密封套13安装在上接头1的中部外侧，转子4的下端通过下密封套14安装在下接头3的中部外侧。通过上密封套13和下密封套14能够使转子4自由转动。

如附图1、2所示，上接头1的下端有上大下小的上锥台15，转子空腔7的上部内壁上对应上锥台15的位置有上大下小的上锥面16并与上锥台15相配合；下接头3的上端有上小下大的下锥台17，转子空腔7的下部内壁上对应下锥台17的位置有上小下大的下锥面18并与下锥台17相配合。通过上锥台15与上锥面16、下锥台17与下锥面18的配合，能够使转子4的转动保持平稳，同时保持转子空腔7的密封性。

如附图1、2所示，螺旋形凸齿10的数量为五个，螺旋形凹槽11的数量为六个。定子2和转子4的齿数由地层因素和系统的水力参数而定，螺旋形凸齿10和螺旋形凹槽11的数量越少，转子4的转速越高，但扭矩也越小。在通常情况下，使螺旋形凸齿10的数量为五个，能够使转子4既有较高的转速同时扭矩也较为合适，便于将井筒或套管内的钻井液向上运输。

如附图1、2所示，涡轮泵叶片12的数量为二十个并均布于转子4的外侧。以保证井筒或套管内的钻井液的排出有较高的效率。

如附图1、2所示，扶正叶片21的数量为八个并均布于扶正器19的外侧。以保证扶正器19既有较好的强度，又便于积聚的泥沙等杂物落下。

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

本发明最佳实施例的工作过程是：首先，将本发明的上接头1与上部钻具连接好，下接头3与下部钻具连接好，并和钻具一起下入井内，注意禁止将本发明下入到大肚子、缩径、易塌、易漏等复杂井段，下放时控制其下放速度；其次，到本发明达到预定的井深位置时，开泵循环，充分清洗井底，清除井底的岩屑沉淀或堆积；此时，循环钻井液通过上部钻具进入上腔5，通过上内孔8流入转子空腔7内并推动螺旋形凹槽11转动，使转子4绕定子2轴向转动，转子4又带动其外侧的涡轮泵叶片12转动，将井筒或套管内的钻井液向上运输而从井筒环空排出地面，同时转子空腔7内的钻井液从下内孔9流入下腔6并进入下部钻具，然后从钻具外的环空流出地面；最后，钻进完成后，将本发明起出，用清水循环，清洗干净内部钻井液。

Claims (10)

1.一种扶正式井下环空抽吸螺杆涡轮泵，其特征在于包括上接头、定子、下接头、转子和不少于一个且外径尺寸大于转子外径的扶正器；上接头的下端固定连接有定子或与定子为一体，定子的下端固定安装有下接头，定子的外部套装有能相对定子转动的转子，转子的上端安装在上接头的中部外侧，转子的下端安装在下接头的中部外侧，转子的外侧有扶正器安装槽，扶正器通过扶正器安装槽安装在转子上并能相对转子转动；上接头的内部有上腔，下接头的内部有下腔，转子的内壁与定子的外壁之间形成转子空腔，上接头的下部有连通上腔与转子空腔的上内孔，下接头的上部有连通下腔与转子空腔的下内孔；定子的外侧均布有不少于三个的螺旋形凸齿，转子的内壁上均布有截面形状与螺旋形凸齿的截面形状相对应并且比螺旋形凸齿的数量多一个的螺旋形凹槽，转子的外侧有涡轮泵叶片，定子的轴线与转子空腔的轴线有偏心距，定子上有一个螺旋形凸齿与对应的螺旋形凹槽保持啮合。

2.根据权利要求1所述的扶正式井下环空抽吸螺杆涡轮泵，其特征在于扶正器的数量为两个并且分别位于转子的上部和下部。

3.根据权利要求1或2所述的扶正式井下环空抽吸螺杆涡轮泵，其特征在于扶正器的外侧有不少于三个的扶正叶片。

4.根据权利要求1或2所述的扶正式井下环空抽吸螺杆涡轮泵，其特征在于螺旋形凸齿的截面形状为弧形，螺旋形凹槽的截面形状与螺旋形凸齿的截面形状保持共轭啮合。

5.根据权利要求3所述的扶正式井下环空抽吸螺杆涡轮泵，其特征在于螺旋形凸齿的截面形状为弧形，螺旋形凹槽的截面形状与螺旋形凸齿的截面形状保持共轭啮合。

6.根据权利要求5所述的扶正式井下环空抽吸螺杆涡轮泵，其特征在于转子的上端通过上密封套安装在上接头的中部外侧，转子的下端通过下密封套安装在下接头的中部外侧。

7.根据权利要求6所述的扶正式井下环空抽吸螺杆涡轮泵，其特征在于上接头的下端有上大下小的上锥台，转子空腔的上部内壁上对应上锥台的位置有上大下小的上锥面并与上锥台相配合；下接头的上端有上小下大的下锥台，转子空腔的下部内壁上对应下锥台的位置有上小下大的下锥面并与下锥台相配合。

8.根据权利要求7所述的扶正式井下环空抽吸螺杆涡轮泵，其特征在于螺旋形凸齿的数量为五个，螺旋形凹槽的数量为六个。

9.根据权利要求8所述的扶正式井下环空抽吸螺杆涡轮泵，其特征在于涡轮泵叶片的数量为二十个并均布于转子的外侧。

10.根据权利要求9所述的扶正式井下环空抽吸螺杆涡轮泵，其特征在于扶正叶片的数量为八个并均布于扶正器的外侧。

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