CN103953315A

CN103953315A - 一种煤层气专用井下直驱排采设备

Info

Publication number: CN103953315A
Application number: CN201410134005.3A
Authority: CN
Inventors: 刘欣春; 尚友杰; 韩军
Original assignee: TANGSHAN YULIAN ELECTROMECHANICAL Co Ltd
Current assignee: TANGSHAN YULIAN ELECTROMECHANICAL Co Ltd
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2034-04-04
Also published as: CN103953315B

Abstract

一种煤层气专用井下直驱排采设备，属于采矿技术领域，它包括套管、电机、电机保护器、扶正轴承组件、螺杆泵、专用连接器、专用轴向力承载机构和油管，所述电机布置在井筒底部，电机输出轴通过电机保护器、扶正轴承组件与螺杆泵转子输入端连接，所述螺杆泵转子输出端与专用轴向力承载机构连接，所述专用连接器由内轴和外壳组成，它将螺杆泵定子和专用轴向力承载机构连接起来，所述油管连接在专用井口与专用轴向力承载机构之间，所述套管嵌装在井筒内壁上，上述各组成元件均套装在套管的内部。本发明填补了国内在煤层气大斜度井和多分支水平井排采技术方面的空白，较传统排采方式实现了采气量的成倍增加，同时减少了排采设备的地面占用面积。

Description

一种煤层气专用井下直驱排采设备

技术领域

本发明涉及一种煤层气排采设备，尤其是一种煤层气专用井下直驱排采设备，属于采矿技术领域。

背景技术

煤层气（俗称瓦斯），一种新型洁净能源，它是一种与煤伴生并以吸附状态自生自储于煤层中的非常规天然气。现阶段煤层气的开采一般遵循“排水-降压-采气”的采集机理进行，也就是通过机械设备将煤层中的水排出以降低井下压力，使吸附在煤基质孔隙内表面的煤层气被解吸出来，并通过扩散和流动两种不同的方式运移到井筒，这样不仅使煤层气这一洁净能源得到利用，而且在后期煤炭开采作业时，会大大减少瓦斯爆炸事故发生的几率。

目前国内普遍采用的煤层气排采设备为抽油机和地面驱动采油螺杆泵，二者都属于地面驱动排采设备，通常用于直井和小斜度井（井斜＜50o）排采生产方式；对于大斜度井（井斜＞50o）排采方式来讲，传统的抽油机和地面驱动螺杆泵普遍存在抽油杆和油管磨损严重问题，在较短时间内抽油杆就会磨断，发生故障率极高；而针对多分支水平井排采方式，传统的抽油机和地面驱动螺杆泵则完全无能为力。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种能解决传统的抽油机和地面驱动螺杆泵杆管磨损及井斜度大排采困难的问题、适用于多分支水平井和大斜度井排采方式的煤层气专用井下直驱排采设备。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种煤层气专用井下直驱排采设备，它与地面控制系统及专用井口配合完成煤层气的排采作业，它包括套管、电机、电机保护器、扶正轴承组件、螺杆泵、专用连接器、专用轴向力承载机构和油管，所述电机布置在井筒底部，电机通过电缆与地面控制系统连接，电机输出轴通过电机保护器、扶正轴承组件与螺杆泵转子输入端连接，所述螺杆泵转子输出端与专用轴向力承载机构连接，所述专用连接器由内轴和外壳组成，它将螺杆泵定子和专用轴向力承载机构连接起来，所述油管连接在专用井口与专用轴向力承载机构之间，所述套管嵌装在井筒内壁上，电机、电机保护器、扶正轴承组件、螺杆泵、专用连接器、专用轴向力承载机构和油管均套装在套管的内部。

上述煤层气专用井下直驱排采设备，所述专用轴向力承载机构包括专用轴向力承载机构壳体、承重轴承组件、空心传动轴和专用轴向力承载机构机械密封单元，所述专用轴向力承载机构壳体一端与油管连接，另一端与专用连接器的外壳连接，所述空心传动轴布置在专用轴向力承载机构壳体内部，它与螺杆泵转子输出端连接，在专用轴向力承载机构壳体与空心传动轴之间设置承重轴承组件和专用轴向力承载机构机械密封单元，所述承重轴承组件用于承担由螺杆泵转子传递的轴向拉力，并通过专用轴向力承载机构壳体、专用连接器的外壳将轴向拉力传递给螺杆泵的定子。

上述煤层气专用井下直驱排采设备，所述扶正轴承组件包括花键套、扶正轴承组件机械密封单元、扶正轴承、扶正轴承组件壳体、传动轴和连接座，所述扶正轴承组件壳体一端与螺杆泵的进液管连接，另一端通过连接座与电机保护器连接，所述传动轴布置在扶正轴承组件壳体内部，在其输出端设置与螺杆泵转子输入端装配的花键套，其输入端通过电机保护器与电机输出轴连接，在扶正轴承组件壳体与传动轴之间设置扶正轴承和扶正轴承组件机械密封单元，所述扶正轴承用于校正螺杆泵转子在运转过程中的偏心问题，保证电机动力能够平稳地传递到螺杆泵转子上。

上述煤层气专用井下直驱排采设备，所述螺杆泵为左旋螺杆泵结构。

上述煤层气专用井下直驱排采设备，所述电机为低速大扭矩电机。

本发明为一种适用于多分支水平井和大斜度井排采方式的煤层气专用井下直驱排采设备，它通过布置在井筒底部的电机驱动螺杆泵运转，并在螺杆泵输出端设置了专用轴向力承载机构，由承重轴承组件来承担螺杆泵转子传递的轴向拉力，并通过专用轴向力承载机构壳体、专用连接器将轴向拉力传递给螺杆泵的定子，因此避免了螺杆泵巨大的轴向力对电机造成的损坏；本发明在电机保护器和螺杆泵之间设置了扶正轴承组件，用以将电机的扭矩传递到螺杆泵上，因此解决了螺杆泵转子在运转过程中的偏心问题，保证了电机动力能够平稳地传递到螺杆泵转子上；本发明采用左旋螺杆泵结构，它与右旋油管配合，有效地避免了传统右旋螺杆泵转子在运转过程中油管脱扣现象的发生，这样就不需在螺杆泵定子上设置锚定器，减少了零部件数量，降低了设备采购及维护成本；本发明采用低速大扭矩电机作为动力源，具有优异的低速大扭矩特性，能很好地解决螺杆泵停泵后启动困难的问题。总之，本发明填补了国内在煤层气大斜度井和多分支水平井排采技术方面的空白，经现场使用取得了很好的效果，与地面排采方式相比，实现了采气量的成倍增加，而且减少了排采设备的地面占用面积。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明总体布置示意图；

图2是专用轴向力承载机构示意图；

图3是专用轴向力承载机构、专用连接器、螺杆泵装配关系示意图；

图4是扶正轴承组件结构示意图；

图5是螺杆泵、扶正轴承组件、电机保护器及电机装配关系示意图；

图6是本发明的排水路线示意图。

图中各标号清单为：1、电机，2、套管，3、电机保护器，4、扶正轴承组件，4-1、花键套，4-2、扶正轴承组件机械密封单元，4-3、扶正轴承，4-4、扶正轴承组件壳体，4-5、传动轴，4-6、连接座，5、螺杆泵，5-1、转子，5-2、定子，5-3、进液管，6、专用连接器，6-1、内轴，6-2、外壳，7、专用轴向力承载机构，7-1、专用轴向力承载机构壳体，7-2、承重轴承组件，7-3、空心传动轴，7-4、专用轴向力承载机构机械密封单元，8、油管，9、专用井口，10、电缆，11、地面控制系统。

具体实施方式

参看图1、图3，本发明与地面控制系统11及专用井口9配合完成煤层气的排采作业，它包括套管2、电机1、电机保护器3、扶正轴承组件4、螺杆泵5、专用连接器6、专用轴向力承载机构7和油管8，所述电机1布置在井筒底部，电机1通过电缆10与地面控制系统11连接，电机输出轴通过电机保护器3、扶正轴承组件4与螺杆泵5的转子5-1输入端连接，所述转子5-1的输出端与专用轴向力承载机构7连接，所述专用连接器6由内轴6-1和外壳6-2组成，它将螺杆泵的定子5-2和专用轴向力承载机构7连接起来，所述油管8连接在专用井口9与专用轴向力承载机构7之间，所述套管2嵌装在井筒内壁上，电机1、电机保护器3、扶正轴承组件4、螺杆泵5、专用连接器6、专用轴向力承载机构7和油管8均套装在套管2的内部。

参看图1、图2、图3，本发明的专用轴向力承载机构7包括专用轴向力承载机构壳体7-1、承重轴承组件7-2、空心传动轴7-3和专用轴向力承载机构机械密封单元7-4，所述专用轴向力承载机构壳体7-1一端与油管8连接，另一端与专用连接器6的外壳6-2连接，所述空心传动轴7-3布置在专用轴向力承载机构壳体7-1内部，通过专用连接器6的内轴6-1与螺杆泵的转子5-1输出端连接，在专用轴向力承载机构壳体7-1与空心传动轴7-3之间设置承重轴承组件7-2和专用轴向力承载机构机械密封单元7-4，所述承重轴承组件7-2用于承担由螺杆泵转子5-1传递的轴向拉力，并通过专用轴向力承载机构壳体7-1、专用连接器6的外壳6-2将轴向拉力传递给螺杆泵5的定子5-2。

参看图1、图4、图5，本发明的扶正轴承组件4包括花键套4-1、扶正轴承组件机械密封单元4-2、扶正轴承4-3、扶正轴承组件壳体4-4、传动轴4-5和连接座4-6，所述扶正轴承组件壳体4-4一端与螺杆泵5的进液管5-3连接，另一端通过连接座4-6与电机保护器3连接，所述传动轴4-5布置在扶正轴承组件壳体4-4内部，在其输出端设置与螺杆泵转子5-1输入端装配的花键套4-1，其输入端通过电机保护器3与电机1输出轴连接，在扶正轴承组件壳体4-4与传动轴4-5之间设置扶正轴承4-3和扶正轴承组件机械密封单元4-2，所述扶正轴承4-3用于校正螺杆泵转子5-1在运转过程中的偏心问题，保证电机动力能够平稳地传递到螺杆泵转子5-1上。

参看图1～图5，图中所示为本发明在多分支水平井排采方式下的具体实施例，它通过布置在井筒底部的电机1驱动螺杆泵5运转，并在螺杆泵的转子5-1输出端设置了专用轴向力承载机构7，由承重轴承组件7-2来承担螺杆泵转子5-1传递的轴向拉力F，并通过专用轴向力承载机构壳体7-1、专用连接器6将轴向拉力F传递给螺杆泵的定子5-2，因此避免了螺杆泵转子5-1巨大的轴向力对电机1造成的损坏；本发明在电机保护器3和螺杆泵5之间设置了扶正轴承组件4，用以将电机1输出轴的扭矩传递到螺杆泵5上，因此解决了螺杆泵转子5-1在运转过程中的偏心问题，保证了电机动力能够平稳地传递到螺杆泵转子5-1上；本发明采用左旋螺杆泵结构，它与通过右旋螺纹结构连接的油管8配合，有效地避免了传统右旋螺杆泵在运转过程中油管8脱扣现象的发生，这样就不需在电机1下端设置锚定器，避免了因煤粉沉积、锚定器堵塞及粉埋造成的起下泵困难问题，既减少了零部件数量，又降低了设备采购及维护成本；本发明采用低速大扭矩电机作为动力源，优选电机电压为380V，运行转速为20-200r/min，电机外径102mm，它既能满足在多分支水平井5 1/2套管中顺利启下泵组要求，又具有优异的低速大扭矩特性，能很好地解决螺杆泵5停泵后启动困难的问题。

参看图1、图5、图6，本发明的工作过程为：电机1在地面控制系统11控制下运转，其输出轴通过电机保护器、扶正轴承组件4带动螺杆泵5的转子5-1在定子5-2内腔中转动，将由螺杆泵进液管5-3进入到螺杆泵5中的水推入专用轴向力承载机构7中，然后水流由空心传动轴7-3内腔进入油管8中，再由油管8经专用井口9抽排到地面上来。

Claims

1.一种煤层气专用井下直驱排采设备，它与地面控制系统（11）及专用井口（9）配合完成煤层气的排采作业，其特征是，它包括套管（2）、电机（1）、电机保护器（3）、扶正轴承组件（4）、螺杆泵（5）、专用连接器（6）、专用轴向力承载机构（7）和油管（8），所述电机（1）布置在井筒底部，电机（1）通过电缆（10）与地面控制系统（11）连接，电机输出轴通过电机保护器（3）、扶正轴承组件（4）与螺杆泵（5）的转子（5-1）输入端连接，所述转子（5-1）的输出端与专用轴向力承载机构（7）连接，所述专用连接器（6）由内轴（6-1）和外壳（6-2）组成，它将螺杆泵的定子（5-2）和专用轴向力承载机构（7）连接起来，所述油管（8）连接在专用井口（9）与专用轴向力承载机构（7）之间，所述套管（2）嵌装在井筒内壁上，电机（1）、电机保护器（3）、扶正轴承组件（4）、螺杆泵（5）、专用连接器（6）、专用轴向力承载机构（7）和油管（8）均套装在套管（2）的内部。

2.根据权利要求1所述的一种煤层气专用井下直驱排采设备，其特征是，所述专用轴向力承载机构（7）包括专用轴向力承载机构壳体（7-1）、承重轴承组件（7-2）、空心传动轴（7-3）和专用轴向力承载机构机械密封单元（7-4），所述专用轴向力承载机构壳体（7-1）一端与油管（8）连接，另一端与专用连接器的外壳（6-2）连接，所述空心传动轴（7-3）布置在专用轴向力承载机构壳体（7-1）内部，它与螺杆泵的转子（5-1）输出端连接，在专用轴向力承载机构壳体（7-1）与空心传动轴（7-3）之间设置承重轴承组件（7-2）和专用轴向力承载机构机械密封单元（7-4），所述承重轴承组件（7-2）用于承担由螺杆泵转子（5-1）传递的轴向拉力，并通过专用轴向力承载机构壳体（7-1）、专用连接器（6）的外壳（6-2）将轴向拉力传递给螺杆泵（5）的定子（5-2）。

3.根据权利要求2所述的一种煤层气专用井下直驱排采设备，其特征是，所述扶正轴承组件（4）包括花键套（4-1）、扶正轴承组件机械密封单元（4-2）、扶正轴承（4-3）、扶正轴承组件壳体（4-4）、传动轴（4-5）和连接座（4-6），所述扶正轴承组件壳体（4-4）一端与螺杆泵（5）的进液管（5-3）连接，另一端通过连接座（4-6）与电机保护器（3）连接，所述传动轴（4-5）布置在扶正轴承组件壳体（4-4）内部，在其输出端设置与螺杆泵转子（5-1）输入端装配的花键套（4-1），其输入端通过电机保护器（3）与电机（1）输出轴连接，在扶正轴承组件壳体（4-4）与传动轴（4-5）之间设置扶正轴承（4-3）和扶正轴承组件机械密封单元（4-2），所述扶正轴承（4-3）用于校正螺杆泵转子（5-1）在运转过程中的偏心问题，保证电机动力能够平稳地传递到螺杆泵转子（5-1）上。

4.根据权利要求3所述的一种煤层气专用井下直驱排采设备，其特征是，所述螺杆泵（5）为左旋螺杆泵结构。

5.根据权利要求4所述的一种煤层气专用井下直驱排采设备，其特征是，所述电机（1）为低速大扭矩电机。