CN101975159A - 双定子单转子螺杆马达同体泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械领域，具体公开一种双定子单转子螺杆马达同体泵，包括管状带内螺旋的外定子和安装在外定子内的转子，所述转子内部安装有带外螺旋的内定子，所述转子外表面为外螺旋内表面为内螺旋，其中外定子与转子接触面的螺旋头数比为N∶N+1，转子与内定子接触面的螺旋头数比为N∶N-1，所述N≥2。本方案利用转子与内定子之间的螺旋通道形成液压动力输出，利用转子与外定子之间的螺旋通道形成吸液回路，使得本发明同时具有动力输出和液体吸附的功能，一次完成两个作业。本方案具有较好的防砂能力及对地层流体所含砂、蜡、气、水、垢较强的适应性，因而能够降低维护、维修频次，使油田开发成本大幅度下降。

Description

双定子单转子螺杆马达同体泵

技术领域

本发明涉及机械领域，具体涉及一种利用液体压力同时实现马达驱动功能和螺杆泵吸排功能的动力装置。

背景技术

螺杆钻是一种以钻井液(泥浆、清水)为动力介质为动力的动力装置，实质上是把液体压力能转换为机械能的一种能量转换装置。螺杆钻一股由旁通阀、螺杆马达(转子和定子)、万向节、轴承和驱动轴几部分组成，其核心是螺杆马达。当钻井液流入马达时，在马达的进出口形成一定的压力差，从而推动转子绕定子的轴线旋转，并将转速和扭矩通过万向轴和传动轴传递给钻头，实现压力能向机械能的转换。

在螺杆马达的转子、定子传动中，转子齿数要比转子齿数少一个，它们的齿数比通常称为传动比，可以根据实际使用的情况选择不同的传动比，如：1∶2、2∶3……9∶10等。设计高转速的螺杆钻应采用小齿数比螺杆马达，而设计低速大扭矩的螺杆钻应采用大齿数比螺杆马达。随着转子定子齿数比的增大，其效率逐渐趋于下降；螺杆钻的输出扭矩取决于通过马达的工作压力降，输出转速取决于通过螺杆马达工作介质的流量。

采用螺杆钻施工定向孔能提高钻孔质量，提供精确地质资料，节约进尺，降低成本，解决许多无法施工的工程难题。

现油田上水平井、定向井及机采井已大规模投入使用，成为提高油田油气产量的有效手段。但其井身结构存在着特殊性，如：造斜井段、水平井段较长、井筒轴线变化不规则等，使后期井筒内修井作业与普通的油水井常规作业有显著区别，特别是水平井冲砂作业，同直井冲砂相比，在水平井段，由于重力作用，砂粒在水平井段内自由沉降方向与液流方向近乎垂直而积砂严重，因此需要采用螺杆泵来吸取其中的沉积物。由于现有的螺杆钻一股为单转子单定子结构，也有双转子单定子的、双转子单定子等结构，但不论螺杆钻转子有多少，其完成的功能只能是马达的作用或是泵的作用，即一个螺杆钻的功能只能是吸附或只能输出，当需要另一功能时，只能更换相应功能的螺杆钻来达到目的。

另在稠油水平井中，由于地层低压、高渗，加之开采方式主要以蒸汽吞吐为主，致使井筒近井地带形成低压区，常规的搅拌头由于高压液体喷口角度原因，冲砂作业极难建立循环，使水平段的积砂难以带出地面，进而影响原油生产，甚至导致油井因出砂而停产。

发明内容

为解决现有技术中螺杆钻功能单一的问题，本方案提供一种双定子单转子的套管式螺杆钻。为解决现有技术中搅拌头的高压液体喷口角度不合理的问题，本方案提供一种与螺杆钻接合的同时具有喷射口和吸附口的搅拌头。具体方案如下：一种双定子单转子螺杆马达同体泵，包括管状带有内螺旋的外定子和安装在外定子内的转子，其特征在于，所述转子内部安装有带外螺旋的内定子，所述转子外表面为外螺旋，内表面为内螺旋，其中外定子与转子接触面的螺旋头数比为N∶N+1，转子与内定子接触面的螺旋头数比为N∶N-1，所述N≥2。

本发明的另一优选方案：双定子单转子螺杆马达同体泵的进口端通过转换头与套接的同心管连接，所述转换头将同心管内部的通道与转子和外定子之间的通道连通，将同心管外层的通道与转子和内定子之间的通道连通。

本发明的另一优选方案：双定子单转子螺杆马达同体泵的出口端安装有搅拌头，所述搅拌头的顶端有高压液体喷口，高压液体喷口的通道与转子和内定子之间的通道连通；搅拌头的侧面圆周分布有吸液孔，所述吸液孔的通道与转子和外定子之间的通道连通。

本发明的另一优选方案：所述搅拌头前端为椭圆或半圆形状，所述高压液体喷口优选分布在搅拌头的前端90°、45°和顶点处，以形成伞状喷射结构。

本发明的另一优选方案：所述高压液体喷口为直径5-8mm的圆形孔。

本发明的另一优选方案：所述外定子与转子的螺旋头数比为8∶7，所述转子与内定子的螺旋头数比为6∶5。

本发明的另一优选方案：所述外定子与转子之间的螺旋接触面和转子与内定子之间的螺旋接触面分别形成多个运动的密封室，其中外定子和转子之间的密封室与转子和内定子之间的密封室的运动方向相反。

本发明的另一优选方案：所述转子与内定子之间的螺旋通道为高压液体通过的压力通道，所述外定子与转子之间的螺旋通道为吸取液体上升的泵通道。

本发明的另一优选方案：所述外定子与转子之间的螺旋方向相反，所述内定子与转子之间的螺旋方向相反。

本方案利用转子与内定子之间的螺旋通道形成液压动力输出，利用转子与外定子之间的螺旋通道形成吸液回路。本方案提供的螺杆钻同时具有动力输出和液体吸附的功能，一次完成两个作业。由内定子和转子提供的动力可以驱动钻头工作，同时外定子和转子之间的通道可以将开采过程中产生的液体吸附到地面上，使得本方案具有较好的防砂能力及对地层流体所含砂、蜡、气、水、垢较强的适应性，因而能够降低维护、维修频次，使油田开发成本大幅度下降。在清理沉积时，搅拌头上的高压液体喷头可从各个角度将井底四周的沉积物冲起，使搅拌头四周的液体形成带有各种沉积物的混合液，混合液由搅拌头上的吸附口进入外定子与转子之间通道，沿同心管被吸附到地面上。从而实现井底清污的目的。本方案应用螺杆马达、泵的原理，配合以同心管柱，通过地面为螺杆钻提供液压动力，通过同心管环空，带动转子旋转，形成吸液能力，在井底射流冲搅沉砂，形成含砂流体，再抽吸含砂流体从内管举升至地面。全面解决了因地层低压、高渗而不易建立循环的问题。

本方案设计的双定子单转子螺杆马达同体泵在目前油田采油技术中，可彻底解决水平井、定向井、裸眼井及稠油井的冲砂难问题，使上述类型开采方式的规模应用有了可能，同时，为无杆采油技术的应用提供了强有力的技术支撑，将彻底改变现有的有杆采油技术，将带来石油工业新的发展。

而且本方案还能够适应到其它的方面，如制造合适的尺寸用于江、河、湖、海等的底部清於。

附图说明

图1本发明的结构示意图

图2本发明内部剖视图

具体实施方式

如图1、2所示，本方案双定子单转子螺杆马达同体泵包括外层的外定子1、中间的转子2和中心的内定子3，在外定子1的内表面是由橡胶制成的内螺旋，内定子3的表面为外螺旋，转子2的外表面是外螺旋，内表面是内螺旋。其中内螺旋的头数要比外螺旋的头数多一个，即外定子1内螺旋头数比转子2外螺旋头数多一个，转子2内螺旋头数比内定子3外螺旋头数多一个。本方案中外定子1与转子2接触的螺旋头数比为8∶7，转子2与内定子3接触的螺旋头数比为6∶5。其中外定子上的螺旋方向与转子外表面的螺旋方向相反，转子内表面的螺旋方向与内定子的螺旋方向相反，即转子内表面的螺旋方向与外定子的螺旋方向一致，转子外表面的螺旋方向与内定子的螺旋方向一致。

双定子单转子螺杆马达同体泵在工作时转子与定子之间由于螺旋之间的相互接触，会在旋转过程中形成多个密封室6，转子与内定子之间的密封室在高压液体的作用下不断向前移动，从而推动顶端的工具工作，外定子与转子之间密封室的运动方向与转子和内定子之间密封室的运动方向相反。

本方案中将转子和内定子之间的通道作为高压液体动力驱动通道，转子与外定子之间的通道做为井下液体吸附到井上的输出通道。

在双定子单转子螺杆马达同体泵的进口端4安装有转换头，转换头的另一端连接大油管和小油管套接的同心管，其中同心管的内层通道用于向井上排出液体，外层通道用于向井下注高压液体。转换头负责将同心管的内层通道与外定子1和转子2之间的通道连通，外层通道与转子2和内定子3之间的通道连通，双定子单转子螺杆马达同体泵的两层通道之间互不相通。

当需要清理井下沉积时，在双定子单转子螺杆马达同体泵的出口端5安装搅拌头。搅拌头一端通过螺纹与双定子单转子螺杆马达同体泵连接，搅拌头的另一端为椭圆或圆形，在其顶端180度的范围内设置多个高压液体喷口，高压液体喷口优选分布在椭圆或圆形的项点、45°和90°的圆周位置上，以使高压液体能从各个角度将井底的沉积物搅起，高压液体喷口一股为直径5-8mm的圆形孔。在搅拌头与双定子单转子螺杆马达同体泵连接处的圆周上分布多个吸液口。其中高压液体喷口的通道与吸液口的通道互不干涉，高压液体喷口的通道与转子和内定子之间的通道连通，吸液口的通道与外定子与转子之间的通道连通。当双定子单转子螺杆马达同体泵工作时，受井底压力和双定子单转子螺杆马达同体泵喷出的高压液体挤压，井底的液体会由吸液口进入外定子与转子之间的通道，被外定子与转子之间形成的密封室6带入同心管的内层通道，进而排到地面。

双定子单转子螺杆马达同体泵可以由地面直接控制，整个设备的长度可以根据具体情况确定。外定子与转子、转子与内定子之间的螺旋头数也可以根据具体的情况选用。但内螺旋头数必须比外螺旋头数多一个。在工作时，双定子单转子螺杆马达同体泵的内层通道为井下工具提供动力，外层通道同时将井下的液体向井上排出，同时实现钻探和吸附的作用，去掉了以往实现不同的功能就需要重新更换相应设备的步骤，大大节省了时间，并提高了工作效率。

本方案的双定子单转子螺杆马达同体泵具有以下优点：

1、钻探时大幅度降低钻杆磨损程度，此时，钻杆柱仅作为输送高压工作介质的通道和抵消钻头反扭矩的部件，本身不作旋转运动。

2、提高钻速、提高钻孔质量、降低钻井成本，解决现有钻井行业存在的许多工程难题。可成为水平井、定向井钻定向孔的主要器具。

3、井下作业时可形成较高携液速度，解决水平井、定向井、裸眼井及稠油井因地层低压、沉砂形态有别于直井、高渗而不易建立循环的冲砂难题。

4、为无杆机械采油技术的应用提供了强有力的技术支撑，彻底改变现有的有杆采油技术，可大幅度降低采油成本。

5、本身具有较好的防砂能力及对地层流体所含砂、蜡、气、水、垢具有较强的适应性，因而能够降低维护、维修频次，使油田开发成本大幅度下降。

6、本方案还能够适应到其它的方面，如用于有限空间或死角部位的液体清理、江、河、湖、海等的底部清於等等。

Claims (9)

1.双定子单转子螺杆马达同体泵，包括管状带有内螺旋的外定子(1)和安装在外定子内的转子(2)，其特征在于，所述转子(2)内部安装有带外螺旋的内定子(3)，所述转子(2)外表面为外螺旋，内表面为内螺旋，其中外定子(1)与转子(2)接触面的螺旋头数比为N∶N+1，转子(2)与内定子(3)接触面的螺旋头数比为N∶N-1，所述N≥2。

2.如权利要求1所述的双定子单转子螺杆马达同体泵，其特征在于，双定子单转子螺杆马达同体泵的进口端(4)通过转换头与套接的同心管连接，所述转换头将同心管内部的通道与转子和外定子之间的通道连通，将同心管外层的通道与转子和内定子之间的通道连通。

3.如权利要求1所述的双定子单转子螺杆马达同体泵，其特征在于，双定子单转子螺杆马达同体泵的出口端(5)安装有搅拌头，所述搅拌头的顶端有高压液体喷口，高压液体喷口的通道与转子(2)和内定子(3)之间的通道连通；搅拌头的侧面圆周分布有吸液孔，所述吸液孔的通道与转子(2)和外定子(1)之间的通道连通。

4.如权利要求3所述的双定子单转子螺杆马达同体泵，其特征在于，所述搅拌头前端为椭圆或半圆形状，所述高压液体喷口优选分布在搅拌头的前端90°、45°和顶点处，以形成伞状喷射结构。

5.如权利要求4所述的双定子单转子螺杆马达同体泵，其特征在于，所述高压液体喷口为直径5-8mm的圆形孔。

6.如权利要求1所述的双定子单转子螺杆马达同体泵，其特征在于，所述外定子(1)与转子(2)的螺旋头数比为8∶7，所述转子(2)与内定子(3)的螺旋头数比为6∶5。

7.如权利要求6所述的双定子单转子螺杆马达同体泵，其特征在于，所述外定子(1)与转子(2)之间的螺旋接触面和转子与内定子之间的螺旋接触面分别形成多个运动的密封室(6)，其中外定子和转子之间的密封室与转子和内定子之间的密封室的运动方向相反。

8.如权利要求7所述的双定子单转子螺杆马达同体泵，其特征在于，所述转子与内定子之间的螺旋通道为高压液体通过的压力通道，所述外定子与转子之间的螺旋通道为吸取液体上升的泵通道。

9.如权利要求8所述的双定子单转子螺杆马达同体泵，其特征在于，所述外定子(1)与转子(2)之间的螺旋方向相反，所述内定子(3)与转子(2)之间的螺旋方向相反。

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