CN103758756B - 平衡式金属螺杆泵 - Google Patents

Abstract

一种平衡式金属螺杆泵，其外泵筒底部内侧与下接头顶部连接，其顶部与上接头连接；定子设置于外泵筒内，且其底部与下接头顶部固定连接；定子为一金属材料制成的螺旋管柱，且其与外泵筒之间具有间隙，该定子于其轴向及径向均具有柔性；定子顶部固定于外泵筒内侧，且定子与外泵筒内侧的连接处留有连通间隙及外泵筒上方油管的压力补偿通道；转子为一外径能够与定子的螺旋管柱的内径配合形成抽油密封空间的螺杆，转子顶部设有连接头，连接头与一抽油杆连接。本发明的一种平衡式金属螺杆泵，适用于稠油热采，提高油田包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、SAGD井的举升效率，改善稠油热采实施效果。

Description

平衡式金属螺杆泵

技术领域

本发明涉及一种螺杆泵，尤其是涉及一种应用于石油开采领域的平衡式全金属的平衡式金属螺杆泵。

背景技术

螺杆泵适用于输送高粘、腐蚀性流体而在稠油冷采中得到广泛应用。高粘度稠油流动阻力大，冷采难以有效、经济的开采，需升高温度，降低粘度，热采是开采稠油的有效方法。然而，对于热力采油措施井来说，常规螺杆泵定子使用的是橡胶制品，其耐温温度只有160℃左右，当遇高温蒸汽时，过热会引起定子橡胶退化而烧毁，出现温胀、溶胀甚至与定子钢套分离，导致泵的寿命下降。更换定子时，要同时起下油管和抽油杆，作业费用高，同时定子在更换后不能重复利用，增加了采油成本。针对上述问题，全金属螺杆泵是发展方向。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种平衡式金属螺杆泵，大幅度降低整泵的漏失量，提高泵效。

本发明的技术解决方案是：

一种平衡式金属螺杆泵，其特征在于，该平衡式金属螺杆泵包括外泵筒、定子、转子、上接头及下接头；

所述外泵筒底部内侧与所述下接头顶部连接，其顶部与所述上接头连接；

所述定子设置于所述外泵筒内，且其底部与所述下接头顶部固定连接；所述定子为一金属材料制成的螺旋管柱，且其与所述外泵筒之间具有间隙，该定子于其轴向及径向均具有柔性；所述定子顶部固定于所述外泵筒内侧，且所述定子顶部与所述外泵筒内侧的连接处留有连通所述间隙及外泵筒上方油管的压力补偿通道；

所述转子为一外径能够与所述定子的螺旋管柱的内径配合形成抽油密封空间的螺杆，该转子顶部设有连接头，该连接头与一抽油杆连接。

上述的平衡式金属螺杆泵，其中，所述定子为均匀壁厚的薄壁金属螺旋管柱。

上述的平衡式金属螺杆泵，其中，所述定子的壁厚范围为2.5mm～4mm。

上述的平衡式金属螺杆泵，其中，所述外泵筒为金属材料制成的金属泵筒，所述外泵筒及定子分别采用钢管制成，所述钢管为45号钢、304不锈钢、316L不锈钢或40Cr标准钢制成。

上述的平衡式金属螺杆泵，其中，所述平衡式金属螺杆泵耐高温大于280℃。

由以上说明得知，本发明确实具有如下的优点：

1.大幅提高螺杆泵耐高温性，耐温高达280℃以上；

2.具有高耐磨、耐腐蚀性，能够适应高含砂蒸汽驱、SAGD等高温高产油井；

3.与传统螺杆泵相比泵效提高10％以上；

4.大幅提高螺杆泵下泵深度。

具体如下：

⑴全金属螺杆抽油泵技术。本发明的螺杆泵定子和转子以及附件均由特种合金做成，以增加螺杆泵的耐温性。

⑵弹性等壁厚金属螺杆泵定子技术。为了克服现有的螺杆泵定子不同截面内膨胀量不同导致泵效低，启动力矩大以及抽油杆易断脱的不足，本发明提供一种弹性等壁厚金属螺杆泵定子，泵筒由内弹性等壁厚金属定子和外层金属外泵筒组成，金属定子的硬度高，有极小的膨胀量，这样在金属定子厚度均匀的情况下，转子在定子内转动时，定子摩擦受热后不同的截面膨胀量相同。

⑶金属定子在轴向和径向均具有柔性，泵筒与定子之间的间隙在液柱压力作用下，可自动补偿定子内部的压力，液柱压力升高则定子与转子时间的密封间隙缩小，可以大幅度降低整泵的漏失量，提高泵效。

附图说明

图1本发明的平衡式金属螺杆泵示意图；

图2本发明的金属定子示意图；

图3本发明的金属转子示意图。

主要元件标号说明：

本发明：

1：外泵筒2：定子3：转子

4：下接头5：间隙6：密封间隙

7：压力补偿通道

具体实施方式

本发明的一种平衡式金属螺杆泵，其较佳的，该平衡式金属螺杆泵包括外泵筒、定子、转子、上接头及下接头；所述外泵筒底部内侧与所述下接头顶部连接，其顶部与所述上接头连接；所述定子设置于所述外泵筒内，且其底部与所述下接头顶部固定连接；所述定子为一金属材料制成的螺旋管柱，且其与所述外泵筒之间具有间隙，该定子于其轴向及径向均具有柔性；所述定子顶部固定于所述外泵筒内侧，且所述定子顶部与所述外泵筒内侧的连接处留有连通所述间隙及外泵筒上方油管的压力补偿通道；所述转子为一外径能够与所述定子的螺旋管柱的内径配合形成抽油密封空间的螺杆，该转子顶部设有连接头，该连接头与一抽油杆连接。本发明提供的一种平衡式金属螺杆泵，适用于稠油热采，提高油田包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、SAGD井的举升效率，改善稠油热采实施效果。

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

请参阅图1至图3所示。本发明的一种平衡式金属螺杆泵，其较佳的实施例中，该平衡式金属螺杆泵包括外泵筒1、定子2、转子3、上接头及下接头4；所述外泵筒1底部内侧与所述下接头4顶部连接，其顶部与所述上接头连接；所述定子2设置于所述外泵筒1内，且其底部与所述下接头4顶部固定密封连接；下方的原油能够经由定子2向上输送。

所述定子2为一金属材料制成的螺旋管柱，且其与所述外泵筒1之间具有间隙5，该定子2于其轴向及径向均具有柔性，所以，该定子2能够在受到压力或者温度变化时发生一定的形变，以适应压力和温度的变化而改变定子2内部空间的大小。所述定子2顶部固定于所述外泵筒1内侧表面，且所述定子2顶部与所述外泵筒1内侧表面的连接处留有连通所述间隙5及外泵筒1上方油管的压力补偿通道7；借此，从下方泵取的原油在被提升至定子2顶端后，会经由所述压力补偿通道7进入定子2于外泵筒1之间的间隙5中，并且充满整个间隙5，同时其压力与定子2上方油管的压力相同。

所述转子3为一外径能够与所述定子2的螺旋管柱的内径配合形成抽油密封空间的螺杆，该转子3顶部设有连接头，该连接头与一抽油杆连接。通过抽油杆的带动，使转子3在所述定子2内的螺旋间隙配合形成连续的密封腔体，随着转子3的转动，密封腔有吸入端沿轴向朝顶部的排出端推移，随之介质也由吸入端到达排出端，实现抽油的作业。

如上所述的本发明的平衡式金属螺杆泵，通过横向及轴向均具有柔性的金属定子2和定子2外侧的外泵筒1之间设有间隙5，并且在间隙5顶部设有压力补偿通道7，使经由定子2内部抽取的介质能够进入该间隙5中，借此，在抽油作业过程中，当液柱的压力升高，该间隙5在液柱压力的作用下，能够使定子2于转子3之间的密封间隙6缩小，从而大幅度的降低整泵的漏失量，提高了泵效。

上述本发明的平衡式金属螺杆泵，其较佳的实施例中，所述定子2为均匀壁厚的薄壁金属螺旋管柱。弹性等壁厚的金属定子2，泵筒由内部弹性等壁厚金属定子2和外层金属泵筒组成，金属定子2的硬度高，有极小的膨胀量，这样在金属定子2厚度均匀的情况下，转子3在定子2内转动时，定子2摩擦受热后不同的截面膨胀量相同。

上述本发明的平衡式金属螺杆泵，其较佳的，所述定子2的壁厚范围为2.5mm～4mm，该范围可以使定子2在泵筒内的形变及受热膨胀量达到较佳状态，但不以此为限。

上述的平衡式金属螺杆泵，其中，所述外泵筒1为金属材料制成的金属泵筒，所述外泵筒1及定子2分别采用钢管制成，所述钢管为45号钢、304不锈钢、316L不锈钢或40Cr标准钢制成。但并不以此为限，只要能够满足定子2的压力补偿变化的材质均可。

更进一步的，本发明的平衡式金属螺杆泵，不仅集以下两项关键技术于一体，形成了高泵效的金属螺杆泵。

第一，是全金属螺杆抽油泵技术。本发明的螺杆泵定子2和转子3以及附件均由特种合金做成，以增加螺杆泵的耐温性。

第二，是弹性等壁厚金属螺杆泵定子技术。为了克服现有的螺杆泵定子不同截面内膨胀量不同导致泵效低，启动力矩大以及抽油杆易断脱的不足，本发明采用弹性等壁厚的金属定子2，该螺杆泵的泵筒由内部弹性等壁厚金属定子和外部金属外泵筒1组成，金属定子2的硬度高，有极小的膨胀量，这样在金属定子2厚度均匀的情况下，转子3在定子2内转动时，定子摩擦受热后不同的截面膨胀量相同。

而更进一步的是，本发明的平衡式金属螺杆泵还具有压力补偿的功能，使抽油过程中，液柱压力越大，定子2与转子3之间的密封间隙6越小，抽油效果更好。由于金属定子在轴向和径向均具有柔性，外泵筒1与定子之间的间隙5在液柱压力作用下，可自动补偿压力，向定子内部产生更大的压力，从而液柱压力升高则使密封间隙6更进一步的缩小，可以大幅度降低整泵的漏失量，提高泵效。

下面结合附图对本发明的一较佳的实施例进一步的具体说明：

由图1所示，该平衡式金属螺杆泵由等壁厚薄壁定子2、下接头4、外泵筒1、转子3组成。等壁厚薄壁定子2的原材料采用钢管（材质可以是45号钢、304、316L、40Cr等等）。钢管在特定的机构中（螺旋挤出机）挤压，通过调整各项参数，使之能够直接成型，等壁厚薄壁定子2的厚度一般是2.5～4mm。

实际使用时，将等壁厚薄壁定子2、下接头4、外泵筒1组成的固定组件随油管下入固定位置，转子3随抽油杆下入等壁厚薄壁定子2内，完井后可进行生产，转子3与等壁厚薄壁定子2的螺旋状间隙配合形成连续密封的腔体，随着转子3的转动，密封腔由吸入端沿轴向朝排出端推移，随之介质也由吸入端到达排出端，转子3在等壁厚薄壁定子2腔室内运动过程中，与等壁厚薄壁定子2摩擦产生热量，由于等壁厚薄壁定子2厚度均匀，膨胀量相等，使等壁厚薄壁定子2磨损相同，定子线形基本保持不变，提高了泵效，降低了启动扭矩。同时等壁厚薄壁定子2在径向上具有柔性，外泵筒1与定子之间的弹性间隙在液柱压力作用下，可自动补偿定子内部的压力，液柱压力升高则定子于转子之间的密封间隙6缩小，可以大幅度降低整泵的漏失量，提高泵效。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种平衡式金属螺杆泵，其特征在于，该平衡式金属螺杆泵包括外泵筒、定子、转子、上接头及下接头；

所述外泵筒底部内侧与所述下接头顶部连接，所述外泵筒的顶部与所述上接头连接；

所述定子设置于所述外泵筒内，且所述定子的底部与所述下接头顶部固定连接；所述定子为一金属材料制成的螺旋管柱，且其与所述外泵筒之间具有间隙，该定子于其轴向及径向均具有柔性；所述定子顶部固定于所述外泵筒内侧，且所述定子顶部与所述外泵筒内侧的连接处留有连通所述间隙及外泵筒上方油管的压力补偿通道；

所述转子为一外径能够与所述定子的螺旋管柱的内径配合形成抽油密封空间的螺杆，该转子顶部设有连接头，该连接头与一抽油杆连接。

2.如权利要求1所述的平衡式金属螺杆泵，其特征在于，所述定子为均匀壁厚的薄壁金属螺旋管柱。

3.如权利要求2所述的平衡式金属螺杆泵，其特征在于，所述定子的壁厚范围为2.5mm～4mm。

4.如权利要求1或2所述的平衡式金属螺杆泵，其特征在于，所述外泵筒为金属材料制成的金属泵筒，所述外泵筒及定子分别采用钢管制成，所述钢管为45号钢、304不锈钢、316L不锈钢或40Cr标准钢制成。

5.如权利要求1所述的平衡式金属螺杆泵，其特征在于，所述平衡式金属螺杆泵耐高温大于280℃。