CN106246534A - 一种分层注水用水力驱动螺杆泵装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种分层注水用水力驱动螺杆泵装置，涉及石油装备技术领域，该水力驱动螺杆泵装置的单螺杆马达转子与马达出口传动轴总成通过马达出口万向轴总成相连接，马达出口传动轴壳体与交叉水管下端的内接头相连接，交叉水管与油管通过上接头相连接，进而保证单螺杆马达转子上产生的自下向上的轴向水力载荷经马达出口万向轴总成和马达出口传动轴总成传递到油管，可以有效避免马达入口万向轴总成承受单螺杆马达转子上的轴向水力载荷，保证马达入口万向轴总成仅用于传递单螺杆马达转子输出的扭矩，降低了马达入口万向轴总成的设计难度，提高了马达入口万向轴总成的使用寿命，进一步提高了分层注水用水力驱动螺杆泵装置的使用寿命和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及石油装备技术领域，尤其涉及一种分层注水用水力驱动螺杆泵装置。
背景技术
随着全球经济的迅猛发展，资源的需求量日益增大，被誉为三大能源之一的石油资源更是需求紧张，寻求经济有效的开发石油资源的方式已成为当前油田开发的主题。油田投入生产开发以后，随着开采时间的推移，油层本身能量将不断地被消耗，致使油层压力持续下降，地下原油大量脱气，油井产量大幅降低，甚至停喷停产，造成地下残留大量死油开采不出来。为了弥补原油采出后所造成的地下亏空，保持或提高油层压力，实现油田高产稳产，并获得较高的采收率，必须对油田进行注水或注气。而注水驱油的多次采油模式可以有效的保持油层压力、补充地层能量，可以使采收率提高10％-25％，已成为当今油田的主要开发方式。其中，分层注水技术实现了油层内精细开采，并在中低渗透层挖潜、稳油控水方面具有显著优势，成为注水开发油田的重要措施。
随着油田精细水驱开发力度的加大，层间矛盾日益突出，分注井普遍存在低渗层压力不足、高渗层节流浪费严重等问题，将高渗层节流浪费的能量转换为低渗层欠缺的能量，对于分层注井节能降耗、实现地层合理配水意义重大。
目前，分层注水技术主要采用地面增压注水和井下水力活塞增压注水，但是，一方面，地面增压注水用于分层注水技术中，进一步加大了高渗层的节流压差，没有解决高渗层节流损失的问题，造成能量的大量浪费和流程负担的加重；另一方面，井下水力活塞增压注水用于分层注水技术中，由于井下水力活塞增压注水中采用换向阀等电力控制机构控制增压装置单纯对低渗层进行增压注水，并没有有效利用高渗层多余的能量，而且井下水力活塞增压注水中采用了较多的运动件导致整个机组运行可靠性差。
为了将高渗层节流浪费的能量转换为低渗层欠缺的能量，实现分注井的节能降耗，中国专利CN105626008A公开了一种井下水力螺杆自动调压注水装置，如图1所示，该井下水力螺杆自动调压注水装置包括上驱装置、主轴总成、下驱装置以及分水装置，上驱装置的下端与主轴总成上端通过上万向联轴器连接，下驱装置的上端与主轴总成的下端通过下万向联轴器连接，上驱装置包括外部的马达定子及内部的马达转子，马达转子下端与上万向联轴器连接，下驱装置包括外部的泵定子和内部的泵转子，泵转子上端与下万向联轴器的一端连接，下万向联轴器的另一端与主轴总成下端的主轴连接。
井下水力螺杆自动调压注水装置的工作机理：当地面动力泵将一定压力和流量的注入液通过中心油管输送到井下水力螺杆自动调压注水装置时，经过分水装置的交叉通道进入到马达和泵的入口处，进入到马达入口处的动力液驱动马达的转子，马达的转子将液体能转化为机械能驱动其下端的泵转子转动，经过马达的动力液由于部分液体能转化为机械能而压力降低后注入相应的低压注水层(高渗层)；进入泵入口处的动力液经过泵增压后注入相应的高压注水层(低渗层)，最终通过马达的降压功能和泵的增压功能实现层间能量的合理转换，将高渗层节流浪费的能量转换为低渗层欠缺的能量，达到合理配注的目的，降低能量损失，实现分层注水的高效节能。
然而，图1所示的井下水力螺杆自动调压注水装置，由于泵的入口和马达的入口相连，泵的入口处压力小于泵的出口处压力，因此，泵转子上的轴向力自下向上；马达入口处的压力大于马达出口处的压力，因此，马达转子上的轴向力自下向上。参考图1所示，主轴总成既要承受泵转子上的轴向压力，又要承受马达转子上的轴向拉力，还要传递马达转子的扭矩驱动泵转子，导致主轴总成受力复杂，设计难度高，且安全性差，进而，降低了井下水力螺杆自动调压注水装置的工作可靠性。同时，本发明的发明人还发现，图1所示的井下水力螺杆自动调压注水装置中，上万向联轴器需要承受马达转子上的轴向拉力和扭矩，由于球接触万向轴、花瓣式万向轴和十字接头万向轴均不能够承受拉力，因此，上万向联轴器只能够选用柔性轴，但是，挠性轴的疲劳寿命差，降低了井下水力螺杆自动调压注水装置的使用寿命。
发明内容
本发明提供一种分层注水用水力驱动螺杆泵装置，旨在提高分层注水用水力驱动螺杆泵装置的使用寿命，同时降低中间传动轴总成的受力复杂度和设计难度，提高中间传动轴总成的安全性以及分层注水用水力驱动螺杆泵装置的工作可靠性。
本发明提供一种分层注水用水力驱动螺杆泵装置，所述水力驱动螺杆泵装置包括上接头、交叉水管、塞子、上外管、马达出口传动轴总成、马达出口万向轴总成、单螺杆马达总成、马达入口万向轴总成、中间传动轴总成、泵入口万向轴总成、单螺杆泵，所述上接头下端与所述交叉水管相连接，所述上接头上端用于连接油管，所述交叉水管下端包括内接头和外接头，所述外接头与所述上外管连接；所述交叉水管的上端设置有用于安装流量计的安装孔，所述塞子包括打捞头、打捞杆和塞子本体，所述塞子本体安装在所述安装孔内，所述塞子本体与所述安装孔间设置有O型密封圈；所述马达出口传动轴总成包括马达出口传动轴壳体、马达出口串轴承、马达出口主轴，所述马达出口传动轴壳体与所述内接头连接，所述马达出口主轴与所述马达出口传动轴壳体通过所述马达出口串轴承相连接；所述马达出口万向轴总成包括马达出口上接头、马达出口下接头、马达出口挠动轴、马达出口壳体和马达出口钢球，所述马达出口上接头与所述马达出口主轴相连接，所述马达出口上接头与所述马达出口下接头通过所述马达出口挠动轴相连接，所述马达出口上接头与所述马达出口挠动轴通过所述马达出口钢球相连接，所述马达出口下接头与所述马达出口挠动轴通过所述马达出口钢球相连接，所述马达出口壳体与所述马达出口传动轴壳体相连接；所述单螺杆马达总成包括单螺杆马达转子和单螺杆马达定子，所述单螺杆马达定子包括马达定子外壳和马达定子橡胶衬套副，所述单螺杆马达转子与所述马达出口下接头相连接，所述马达定子外壳与所述马达出口壳体相连接；所述单螺杆马达总成下端与所述马达入口万向轴总成的上端相连接，所述马达入口万向轴总成的下端与所述中间传动轴总成的上端相连接，所述中间传动轴总成的下端与所述泵入口万向轴总成的上端相连接，所述泵入口万向轴总成的下端与所述单螺杆泵上端相连接。
可选的，所述马达定子外壳安装在所述上外管的内腔中，所述上外管与所述马达定子外壳间设置有扶正销，所述扶正销的下端面设置有与所述马达定子外壳相互配合的圆弧面。
可选的，所述马达出口主轴上设置有第一轴向过流孔，所述第一轴向过流孔贯穿所述马达出口主轴两端，所述马达出口主轴上设置有第一径向过流孔，所述第一径向过流孔的中心轴线与所述第一轴向过流孔的中心轴线之间的夹角为45°。
可选的，所述马达入口万向轴总成包括马达入口上接头、马达入口下接头、马达入口挠动轴和马达入口钢球，所述马达入口上接头与所述马达转子相连接，所述马达入口上接头与所述马达入口下接头通过所述马达入口挠动轴相连接，所述马达入口上接头与所述马达入口挠动轴通过所述马达入口钢球相连接，所述马达入口下接头与所述马达入口挠动轴通过所述马达入口钢球相连接。
可选的，所述中间传动轴总成包括中间传动轴上壳体、中间传动轴下壳体、中间主轴、中间串轴承，所述中间传动轴上壳体的上端与所述上外管连接，所述中间传动轴上壳体的下端与所述中间传动轴下壳体的上端相连接，所述中间主轴与所述中间传动轴上壳体通过所述中间串轴承相连接。
可选的，所述泵入口万向轴总成包括泵入口上接头、泵入口下接头、泵入口挠动轴、泵入口万向轴壳体和泵入口钢球，所述泵入口上接头的上端与所述中间主轴的下端相连接，所述泵入口上接头的下端与所述泵入口挠动轴的上端通过所述泵入口钢球相连接，所述泵入口下接头的上端与所述泵入口挠动轴的下端通过所述泵入口钢球相连接，所述泵入口万向轴壳体的上端与所述中间传动轴下壳体的下端相连接。
可选的，所述单螺杆泵总成包括单螺杆泵转子和单螺杆泵定子，所述单螺杆泵定子包括泵定子外壳和泵定子橡胶衬套副，所述单螺杆泵转子与所述泵入口下接头相连接，所述泵定子外壳的上端与所述泵入口万向轴壳体的下端相连接。
可选的，所述交叉水管上设置有内流道和外流道，所述内流道与所述外流道相互不连通，所述内流道与所述单螺杆马达总成的出口相连通，所述外流道与所述单螺杆马达总成的入口相连通，所述单螺杆马达总成的入口和所述单螺杆泵总成的入口相连通。
可选的，所述中间主轴上设置有有第二轴向过流孔，所述第二轴向过流孔贯穿所述中间主轴两端，所述中间主轴上设置有第二径向过流孔，所述第二径向过流孔的中心轴线与所述第二轴向过流孔的中心轴线之间的夹角为45°。
可选的，所述水力驱动螺杆泵装置还包括花键套，所述中间主轴的上端与所述马达入口下接头的下端通过所述花键套相连接，所述花键套上设置有内花键，所述中间主轴的上端和所述马达入口下接头的下端均设置有外花键，所述内花键与所述外花键相配合。
可选的，所述上接头与所述交叉水管通过右旋螺纹相连接，所述交叉水管与所述上外管通过左旋螺纹相连接，所述交叉水管与所述马达出口传动轴壳体通过右旋螺纹相连接，所述马达出口传动轴壳体与所述马达出口壳体通过右旋螺纹相连接，所述马达出口壳体与所述马达定子外壳通过右旋螺纹连接，所述上外管与所述中间传动轴上壳体通过左旋螺纹相连接，所述中间传动轴上壳体通过左旋螺纹与所述中间传动轴下壳体相连接，所述中间传动轴下壳体与所述泵入口万向轴壳体通过左旋螺纹相连接，所述泵入口万向轴壳体与所述泵定子外壳通过左旋螺纹相连接。
可选的，所述马达出口主轴与所述马达出口上接头通过左旋螺纹相连接，所述马达出口下接头与所述单螺杆马达转子通过左旋螺纹相连接，所述单螺杆马达转子与所述马达入口上接头通过右旋螺纹相连接，所述中间主轴与所述泵入口上接头通过右旋螺纹相连接，所述泵入口下接头与所述单螺杆泵转子通过右旋螺纹相连接。
本发明实施例的分层注水用水力驱动螺杆泵装置，其单螺杆马达出口处设置有马达出口万向轴总成和马达出口传动轴总成，单螺杆马达转子与马达出口主轴通过马达出口上接头、马达出口下接头、马达出口挠动轴以及马达出口传动轴总成相连接，马达出口主轴与马达出口传动轴壳体通过马达出口串轴承相连接，马达出口传动轴壳体与交叉水管下端的内接头相连接，交叉水管与油管通过上接头相连接，进而保证单螺杆马达转子上产生的自下向上的轴向水力载荷经马达出口传动轴总成和马达出口万向轴总成传递到油管，可以有效避免马达入口万向轴总成承受单螺杆马达转子上的轴向水力载荷，保证马达入口万向轴总成仅用于传递单螺杆马达转子输出的扭矩，降低了马达入口万向轴总成的设计难度，提高了马达入口万向轴总成的使用寿命，进一步提高了分层注水用水力驱动螺杆泵装置的使用寿命和安全性。
同时，由于单螺杆马达转子上产生的自下向上的轴向水力载荷经马达出口传动轴总成和马达出口万向轴总成传递到油管，降低了中间传动轴总成的受力复杂度，中间主轴仅需要承受单螺杆马达转子输出的扭矩和单螺杆泵转子上的轴向水力载荷，不需要承受单螺杆马达转子上产生的自下向上的轴向水力载荷的拉力，降低了中间主轴的受力复杂度和设计难度，提高了中间主轴的安全性以及分层注水用水力驱动螺杆泵装置的工作可靠性。
而且，本发明实施例提供的水力驱动螺杆泵装置，其交叉水管的上端设置有用于安装流量计的安装孔，安装孔内设置有用于密封该安装孔的塞子，该塞子的塞子本体在压差力的作用下固定在安装孔内部，实现安装孔内未安装流量计时的密封，可以方便实现测量水力驱动螺杆泵装置中单螺杆马达总成的出口流量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的分层注水用水力驱动螺杆泵装置的结构图；
图1A为图1中A部分的局部放大图；
图2为本发明实施例提供的交叉水管的结构图；
图2A为图2中B-B向截面图；
图3为本发明实施例提供的马达出口传动轴总成的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的马达出口万向轴总成的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的单螺杆马达总成的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的马达入口万向轴总成的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的中间传动轴总成的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的泵入口万向轴总成的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的单螺杆泵总成的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的塞子的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的扶正销的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”和“第八”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明实施例的分层注水用水力驱动螺杆泵装置，用于石油工业中原油开采后的地层分层注水过程中，该水力驱动螺杆泵装置包括上接头、交叉水管、上外管、马达出口传动轴总成、马达出口万向轴总成、单螺杆马达总成、马达入口万向轴总成、中间传动轴总成、泵入口万向轴总成、单螺杆泵总成，当地面注水泵将一定压力和流量的注入液通过中心油管输送到水力驱动螺杆泵装置时，经过交叉水管的外流道进入到单螺杆马达和单螺杆泵的入口处，进入到单螺杆马达入口处的动力液驱动单螺杆马达的转子转动，单螺杆马达的转子将液体能转化为机械能驱动其下端的单螺杆泵转子转动，经过单螺杆马达的动力液由于部分液体能转化为机械能而压力降低后注入相应的低压注水层(高渗层)；进入单螺杆泵入口处的动力液经过单螺杆泵增压后注入相应的高压注水层(低渗层)，最终通过单螺杆马达的降压功能和单螺杆泵的增压功能实现高压注水层和低压注水层的层间能量的合理转换，将高渗层节流浪费的能量转换为低渗层欠缺的能量，达到合理配注的目的，降低能量损失，实现分层注水的高效节能。
参考图1和图2所示，本发明实施例提供的分层注水用水力驱动螺杆泵装置，包括上接头2、交叉水管3、上外管4、马达出口传动轴总成5、马达出口万向轴总成6、单螺杆马达总成7、马达入口万向轴总成8、中间传动轴总成9、泵入口万向轴总成10、单螺杆泵总成11；其中，上接头2下端与交叉水管3相连接，具体的，上接头2下端与交叉水管3通过右旋螺纹相连接；上接头2的上端用于连接油管，交叉水管3的下端包括内接头304和外接头303，外接头303与上外管4连接，具体的，外接头303与上外管4通过左旋螺纹相互连接，上接头2的下端与交叉水管3之间通过右旋螺纹连接，外接头303和上外管4之间通过左旋螺纹连接，可以有效避免水力驱动螺杆泵装置在井下工作的过程中发生卸扣，即有效避免了螺纹连接自动松开的井下事故的发生。
参考图2所示，交叉水管3的上端设置有用于安装流量计的安装孔305，参考图1所示，本发明实施例提供的水力驱动螺杆泵装置在正常工作的过程中，安装孔305内安装有与安装孔305相配合的塞子1。参考图10所示，塞子1包括打捞头101、打捞杆102和塞子本体103，打捞头101为圆锥台，其锥面与打捞杆102中心轴线间的夹角为β，优选的，夹角β的大小为45°。参考图10所示，塞子本体103为中空壳体，塞子本体103与安装孔305相互配合，塞子本体103设置有三个O型密封圈安装槽，塞子本体103与安装孔305相互配合后，塞子本体103与安装孔305间设置三个O型密封圈。
参考图1所示，本发明实施例提供的水力驱动螺杆泵装置在正常工作的过程中，由于上接头2内腔中的注入液压力大于单螺杆马达总成7的出口压力，因此，塞子本体103在压差力的作用下固定在安装孔305内部，塞子本体103的下表面设置有与安装孔305内部凸台相互配合的倒角面，实现塞子本体103在安装孔305的轴向方向上的固定，同时，设置倒角面可以降低塞子本体103安装进安装孔305内部的难度。在水力驱动螺杆泵装置下入井底的后，如果想要测量单螺杆马达总成7的出口流量和单螺杆泵总成11的出口流量，可以下入打捞工具将塞子1打捞出来，进而下入与安装孔305相互配合的流量计，测量单螺杆马达总成7的出口流量，同时在井口测量分注井的注入液总流量，就可以得到单螺杆泵总成11的出口流量。
参考图3所示，马达出口传动轴总成5包括马达出口传动轴壳体502、马达出口串轴承505、马达出口主轴501、串轴承轴套503、扶正轴承506、扶正轴承轴套504和第一固定螺母507，通过马达出口主轴501上的轴肩和串轴承轴套503将马达出口串轴承505固定在马达出口主轴501上，马达出口串轴承505的外圈与马达出口传动轴壳体502的内腔中的台阶相连接，通过串轴承轴套503、扶正轴承轴套504和第一固定螺母507将扶正轴承506固定在马达出口主轴501上。
参考图1所示，马达出口传动轴壳体502与内接头304相连接，具体的，马达出口传动轴壳体502与内接头304通过右旋螺纹相互连接，采用右旋螺纹实现马达出口传动轴壳体502与内接头304之间的连接固定，可以有效避免在水力驱动螺杆泵装置工作的过程中，马达出口传动轴壳体502与内接头304之间的连接螺纹发生卸扣的问题。
参考图4所示，马达出口万向轴总成6包括马达出口上接头602、马达出口下接头612、马达出口挠动轴609、马达出口壳体601、马达出口钢球610、马达出口滤网堵头603、马达出口滤网604、马达出口皮碗座605、马达出口皮碗606、马达出口皮碗压座607、马达出口压帽608和马达出口球座611，马达出口上接头602与马达出口挠动轴609通过马达出口钢球610相连接，马达出口下接头612与马达出口挠动轴609通过所马达出口钢球610相连接。
具体的，参考图4所示，马达出口上接头602的内腔中设置有用于安装马达出口钢球610的圆弧形球槽，马达出口下接头612的内腔中同样设置有用于安装马达出口钢球610的圆弧形球槽，马达出口挠动轴609的两端球面上设置有用于安装马达出口钢球610的球窝，该圆弧形球槽和该球窝相互配合用于安装马达出口钢球610，进而通过马达出口钢球610将马达出口上接头602、马达出口下接头612和马达出口挠动轴609铰接在一起。参考图4所示，马达出口上接头602和马达出口挠动轴609的配合处以及马达出口下接头612和马达出口挠动轴609的配合处设置有马达出口球座611，马达出口挠动轴609的端面与马达出口球座611上的球形面相互配合。参考图4所示，该圆弧形球槽和该球窝内填充有用于润滑的硅脂，马达出口上接头602、马达出口下接头612设置有用于密封该硅脂的马达出口皮碗座605、马达出口皮碗606、马达出口皮碗压座607和马达出口压帽608，通过马达出口皮碗压座607将马达出口皮碗606安装在马达出口皮碗座605上，通过马达出口压帽608将马达出口皮碗压座607分别固定在马达出口上接头602、马达出口下接头612的内腔中。
需要说明的是，本发明实施例提供的马达出口万向轴总成6为球接触万向轴，通过钢球在圆弧形球槽和球窝内的运动实现上接头和下接头间的偏心运动，通过钢球的剪切运动传递上接头和下接头间的扭矩，通过扰动轴端部球头的压迫作用传递上接头和下接头间的轴向力，相对于花瓣式万向轴和十字接头万向轴以及软轴等，不受疲劳极限限制，其使用寿命长，工作可靠性高，提高了分层注水用水力驱动螺杆泵装置的使用寿命和安全性。
参考图1所示，马达出口上接头602与马达出口主轴501相连接，马达出口上接头602与马达出口下接头612通过马达出口挠动轴609相连接，马达出口壳体601与马达出口传动轴壳体502相连接。具体的，马达出口上接头602与马达出口主轴501间的连接螺纹为左旋螺纹，马达出口壳体601与马达出口传动轴壳体502间的连接螺纹为右旋螺纹，可以保证水力驱动螺杆泵装置在工作的过程中，其连接螺纹始终处于上扣状态而不会发生卸扣的井下安全事故。
参考图5所示，单螺杆马达总成7包括单螺杆马达转子703和单螺杆马达定子，该单螺杆马达定子包括马达定子外壳701和马达定子橡胶衬套副702，通过在马达定子外壳701内部注胶的方式在马达定子外壳701内部形成马达定子橡胶衬套副702，马达定子橡胶衬套副702粘附在马达定子外壳701的内表面。
参考图1所示，单螺杆马达转子703与马达出口下接头612相连接，具体的，单螺杆马达转子703与马达出口下接头612间的连接螺纹为左旋螺纹，可以保证水力驱动螺杆泵装置在工作的过程中，其连接螺纹始终处于上扣状态而不会发生卸扣的井下安全事故。
参考图1所示，马达定子外壳701与马达出口壳体601相连接，具体的，马达定子外壳701与马达出口壳体601间的连接螺纹为右旋螺纹，可以保证水力驱动螺杆泵装置在工作的过程中，其连接螺纹始终处于上扣状态而不会发生卸扣的井下安全事故。
参考图6所示，马达入口万向轴总成8包括马达入口上接头801、马达入口下接头811、马达入口挠动轴808、马达入口钢球809、马达入口滤网堵头802、马达入口滤网803、马达入口皮碗座804、马达入口皮碗805、马达入口皮碗压座806、马达入口压帽807和马达入口球座810，马达入口上接头801与马达入口挠动轴808通过马达入口钢球809相连接，马达入口下接头811与马达入口挠动轴808通过马达入口钢球809相连接。
具体的，参考图6所示，马达入口上接头801的内腔中设置有用于安装马达入口钢球809的圆弧形球槽，马达入口下接头811的内腔中同样设置有用于安装马达入口钢球809的圆弧形球槽，马达入口挠动轴808的两端球面上设置有用于安装马达入口钢球809的球窝，该圆弧形球槽和该球窝相互配合用于安装马达入口钢球809，进而通过马达入口钢球809将马达入口上接头801、马达入口下接头811和马达入口挠动轴808铰接在一起。
参考图6所示，马达入口上接头801和马达入口挠动轴808的配合处以及马达入口下接头811和马达入口挠动轴808的配合处设置有马达入口球座810，马达入口挠动轴808的端面与马达入口球座810上的球形面相互配合。参考图6所示，该圆弧形球槽和该球窝内填充有用于润滑的硅脂，马达入口上接头801、马达入口下接头811均设置有用于密封该硅脂的马达入口皮碗座804、马达入口皮碗805、马达入口皮碗压座806和马达入口压帽807，通过马达入口皮碗压座806将马达入口皮碗805安装在马达入口皮碗座804上，通过马达入口压帽807将马达入口皮碗压座806分别固定在马达入口上接头801、马达入口下接头811的内腔中。
需要说明的是，本发明实施例提供的马达入口万向轴总成8为球接触万向轴，通过钢球在圆弧形球槽和球窝内的运动实现上接头和下接头间的偏心运动，通过钢球的剪切运动传递上接头和下接头间的扭矩，通过扰动轴端部球头的压迫作用传递上接头和下接头间的轴向力，相对于花瓣式万向轴和十字接头万向轴以及软轴等，不受疲劳极限限制，其使用寿命长，工作可靠性高，提高了水力驱动螺杆泵装置的使用寿命和安全性。
参考图1所示，马达入口上接头801与单螺杆马达转子703相连接，马达入口上接头801与马达入口下接头811通过马达入口挠动轴808相连接。具体的，马达入口上接头801与单螺杆马达转子703间的连接螺纹为右旋螺纹，可以保证单螺杆马达转子703转动的过程中，马达入口上接头801与单螺杆马达转子703间的连接螺纹始终处于上扣状态而不会发生卸扣。
参考图7所示，中间传动轴总成9包括中间传动轴上壳体901、中间传动轴下壳体905、中间主轴902、中间串轴承910、上扶正轴承套筒903、中间串轴承套筒904、下外串轴承套筒906、下内串轴承套筒907、下扶正轴承套筒908、第二固定螺母913、上扶正轴承909、下扶正轴承912和第一O型密封圈911，上扶正轴承909通过中间主轴902上的轴肩和上扶正轴承套筒903以及中间串轴承套筒904固定在中间主轴902上，中间串轴承910通过中间串轴承套筒904和下外串轴承套筒906以及下内串轴承套筒907固定在中间主轴902上，上扶正轴承909通过第二固定螺母913和下内串轴承套筒907以及下扶正轴承套筒908固定在中间主轴902上。
参考图7所示，中间传动轴上壳体901的内腔设置有用于安装中间串轴承910的台阶，中间传动轴上壳体901与中间传动轴下壳体905通过左旋螺纹相互连接，中间传动轴上壳体901与中间传动轴下壳体905的连接处设置有用于安装第一O型密封圈911的凹槽，对于第一O型密封圈911的具体型号和材质，本发明实施例不做具体限定。
参考图1所示，中间传动轴上壳体901的上端与上外管4连接，中间传动轴上壳体901的下端与中间传动轴下壳体905的上端相连接，中间主轴902通过中间串轴承910与中间传动轴上壳体901相连接。具体的，参考图1所示，中间传动轴上壳体901的上端与上外管4间的连接螺纹为左旋螺纹，马达入口万向轴总成8整体安装在上外管4的内腔中。
参考图1所示，由于水力驱动螺杆泵装置涉及的零部件较多，且整体的轴向安装长度大，内外部件间连接螺纹多，轴向安装累积误差大，因此为降低水力驱动螺杆泵装置的整体安装难度，中间主轴902的上端与马达入口下接头811的下端间采用花键连接。具体的，参考图1所示，本发明实施例的水力驱动螺杆泵装置还包括花键套12，中间主轴902的上端通过花键套12与马达入口下接头811的下端相连接，花键套12的内腔中设置有内花键，中间主轴902的上端和马达入口下接头811的下端均设置有外花键，该内花键与该外花键相配合。
参考图8所示，泵入口万向轴总成10包括泵入口上接头1002、泵入口下接头1012、泵入口挠动轴1009、泵入口壳体1001、泵入口钢球1010、泵入口滤网堵头1003、泵入口滤网1004、泵入口皮碗座1005、泵入口皮碗1006、泵入口皮碗压座1007、泵入口压帽1008和泵入口球座1011，泵入口上接头1002与泵入口挠动轴1009通过泵入口钢球1010相连接，泵入口下接头1012与泵入口挠动轴1009通过所泵入口钢球1010相连接。
具体的，参考图4所示，泵入口上接头1002的内腔中设置有用于安装泵入口钢球1010的圆弧形球槽，泵入口下接头1012的内腔中同样设置有用于安装泵入口钢球1010的圆弧形球槽，泵入口挠动轴1009的两端球面上设置有用于安装泵入口钢球1010的球窝，该圆弧形球槽和该球窝相互配合用于安装泵入口钢球1010，进而通过泵入口钢球1010将泵入口上接头1002、泵入口下接头1012和泵入口挠动轴1009铰接在一起。
参考图4所示，泵入口上接头1002和泵入口挠动轴1009的配合处以及泵入口下接头1012和泵入口挠动轴1009的配合处设置有泵入口球座1011，泵入口挠动轴1009的端面与泵入口球座1011上的球形面相互配合。参考图4所示，该圆弧形球槽和该球窝内填充有用于润滑的硅脂，泵入口上接头1002、泵入口下接头1012设置有用于密封该硅脂的泵入口皮碗座1005、泵入口皮碗1006、泵入口皮碗压座1007和泵入口压帽1008，通过泵入口皮碗压座1007将泵入口皮碗1006安装在泵入口皮碗座1005上，通过泵入口压帽1008将泵入口皮碗压座1007分别固定在泵入口上接头1002、泵入口下接头1012的内腔中。
需要说明的是，本发明实施例提供的泵入口万向轴总成10为球接触万向轴，通过钢球在圆弧形球槽和球窝内的运动实现上接头和下接头间的偏心运动，通过钢球的剪切运动传递上接头和下接头间的扭矩，通过扰动轴端部球头的压迫作用传递上接头和下接头间的轴向力，相对于花瓣式万向轴和十字接头万向轴以及软轴等，不受疲劳极限限制，其使用寿命长，工作可靠高，提高了分层注水用水力驱动螺杆泵装置的使用寿命和安全性。
参考图1所示，泵入口上接头1002与中间主轴902的下端相连接，泵入口上接头1002通过泵入口挠动轴1009与泵入口下接头1012相连接，泵入口壳体1001与中间传动轴下壳体905的下端相连接。具体的，泵入口上接头1002与中间主轴902间的连接螺纹为右旋螺纹，泵入口壳体1001与中间传动轴下壳体905间的连接螺纹为左旋螺纹，可以保证水力驱动螺杆泵装置在工作的过程中，其连接螺纹始终处于上扣状态而不会发生卸扣的井下安全事故。
参考图9所示，单螺杆泵总成11包括单螺杆泵转子1103和单螺杆泵定子，该单螺杆泵定子包括泵定子外壳1101和泵定子橡胶衬套副1102，通过在泵定子外壳1101内部注胶的方式在泵定子外壳1101内部形成泵定子橡胶衬套副1102，泵定子橡胶衬套副1102粘附在泵定子外壳1101的内表面。
参考图1所示，单螺杆泵转子1103与泵入口下接头1012相连接，具体的，单螺杆泵转子1103与泵入口下接头1012间通过右旋螺纹相连，可以保证在单螺杆马达转子703驱动单螺杆泵转子1103转动的过程中，单螺杆泵转子1103与泵入口下接头1012间的连接螺纹始终处于上扣状态而不会发生卸扣。
参考图1所示，泵定子外壳1101与泵入口壳体1001相连接，具体的，泵定子外壳1101与泵入口壳体1001间的连接螺纹为左旋螺纹，可以保证在单螺杆马达转子703驱动单螺杆泵转子1103转动的过程中，泵定子外壳1101与泵入口壳体1001间的连接螺纹始终处于上扣状态而不会发生卸扣。
进一步的，交叉水管3与马达出口传动轴壳体502间的连接螺纹旋向和交叉水管3与上外管4间的连接螺纹旋向相反，单螺杆马达转子703与马达入口上接头801间的连接螺纹旋向和单螺杆马达转子703与马达出口下接头612间的连接螺纹旋向相反。
需要说明的是，由于单螺杆泵总成11的旋向是左旋，单螺杆马达总成7的旋向是右旋，所以上接头2与交叉水管3需要通过右旋螺纹相连接，交叉水管3与上外管4需要通过左旋螺纹相连接，交叉水管3与马达出口传动轴壳体502需要通过右旋螺纹相连接，马达出口传动轴壳体502与马达出口壳体601需要通过右旋螺纹相连接，马达出口壳体601与马达定子外壳701需要通过右旋螺纹连接，上外管4与中间传动轴上壳体901需要通过左旋螺纹相连接，中间传动轴上壳体901与中间传动轴下壳体905需要通过左旋螺纹相连接，中间传动轴下壳体905与泵入口万向轴壳体1001需要通过左旋螺纹相连接，泵入口万向轴壳体1001与泵定子外壳1101需要通过左旋螺纹相连接，马达出口主轴501与马达出口上接头602需要通过左旋螺纹相连接，马达出口下接头612与单螺杆马达转子703需要通过左旋螺纹相连接，单螺杆马达转子703与马达入口上接头801需要通过右旋螺纹相连接，中间主轴902与泵入口上接头1002需要通过右旋螺纹相连接，泵入口下接头1012与单螺杆泵转子1103需要通过右旋螺纹相连接，才可以保证在单螺杆马达转子703驱动单螺杆泵转子1103转动的过程中，水力驱动螺杆泵装置的所有连接螺纹始终处于上扣状态而不会发生卸扣。
参考图1所示，上接头2与交叉水管3的连接处设置有第二O型密封圈B1，交叉水管3与塞子1的连接处设置有第三O型密封圈B2，交叉水管3与上外管4的连接处设置有第四O型密封圈B3，马达出口壳体601与马达定子外壳701的连接处设置有第五O型密封圈B4，中间传动轴下壳体905与泵入口万向轴壳体1001的连接处设置有第六O型密封圈B5，其中，第二O型密封圈B1、第三O型密封圈B2、第四O型密封圈B3、第五O型密封圈B4、第六O型密封圈B5的具体尺寸型号和具体安装方式，本发明实施例不做具体限定，本领域技术人员可参考现有技术。
参考图3所示，马达出口主轴501上设置有第一轴向过流孔，该第一轴向过流孔贯穿马达出口主轴501的两端，马达出口主轴501上设置有第一径向过流孔，该第一径向过流孔的中心轴线与该第一轴向过流孔的中心轴线之间的夹角为30°～60°。需要说明的是，第一径向过流孔的中心轴线与该第一轴向过流孔的中心轴线之间的夹角设置30°～60°，可以降低注入液通过第一径向过流孔进入第一轴向过流孔时的水力损失，提高水力驱动螺杆泵装置的工作效率。优选的，第一径向过流孔的中心轴线与该第一轴向过流孔的中心轴线之间的夹角设置45°，经过仿真发现，第一径向过流孔的中心轴线与该第一轴向过流孔的中心轴线之间的夹角设置为45°时，注入液通过第一径向过流孔进入第一轴向过流孔时的水力损失比较小。
参考图2和图2A所示，交叉水管3上设置有内流道302和外流道301，内流道302与外流道301相互不连通，内流道302与单螺杆马达总成7的出口相连通，外流道301与单螺杆马达总成7的入口相连通，单螺杆马达总成7的入口和单螺杆泵总成11的入口相连通。参考图2A所示，外流道301为两个扇形孔，每一个扇形孔的扇形夹角为α，α的角度为120°。
参考图7所示，中间主轴702上设置有第二轴向过流孔，该第二轴向过流孔贯穿中间主轴702两端，中间主轴702上设置有第二径向过流孔，该第二径向过流孔的中心轴线与该第二轴向过流孔的中心轴线之间的夹角为30°～60°。需要说明的是，第二径向过流孔的中心轴线与该第二轴向过流孔的中心轴线之间的夹角设置30°～60°，优选的，第二径向过流孔的中心轴线与该第二轴向过流孔的中心轴线之间的夹角为45°，可以降低注入液通过第二通径向过流孔进入第二轴向过流孔时的水力损失，提高水力驱动螺杆泵装置的工作效率。
具体的，参考图1所示，地面注水泵将一定压力和流量的注入液注入中心油管之后，注入中心油管的注入液经与中心油管相连接的上接头2的内腔进入到交叉水管3的外流道302中，通过交叉水管3的外流道302进入到马达出口传动轴壳体502、马达出口壳体601、马达定子外壳701与上外管4之间形成的环形空腔，注入液经该环形空腔进入到单螺杆马达总成7和单螺杆泵总成11的入口处，进入到单螺杆马达总成7入口处的动力液驱动单螺杆马达转子703转动，单螺杆马达转子703将液体能转化为机械能驱动其下端的单螺杆泵转子1103转动，通过单螺杆马达总成7的动力液由于部分液体能转化为机械能而压力降低后，经马达出口传动轴壳体502和马达出口壳体601的内腔进入交叉水管3的内流道301注入相应的低压注水层(高渗层)；进入单螺杆泵总成11入口处的动力液经过单螺杆泵转子1103增压后注入相应的高压注水层(低渗层)，最终通过单螺杆马达的降压功能和单螺杆泵的增压功能实现高压注水层和低压注水层的层间能量的合理转换，将高渗层节流浪费的能量转换为低渗层欠缺的能量，达到合理配注的目的，降低能量损失，实现分层注水的高效节能。
本发明实施例的分层注水用水力驱动螺杆泵装置，其单螺杆马达出口处设置有马达出口万向轴总成和马达出口传动轴总成，单螺杆马达转子与马达出口主轴通过马达出口上接头、马达出口下接头、马达出口挠动轴以及马达出口传动轴总成相连接，马达出口主轴与马达出口传动轴壳体通过马达出口串轴承相连接，马达出口传动轴壳体与交叉水管下端的内接头相连接，交叉水管与油管通过上接头相连接，进而保证单螺杆马达转子上产生的自下向上的轴向水力载荷经马达出口传动轴总成和马达出口万向轴总成传递到油管，可以有效避免马达入口万向轴总成承受单螺杆马达转子上的轴向水力载荷，保证马达入口万向轴总成仅用于传递单螺杆马达转子输出的扭矩，降低了马达入口万向轴总成的设计难度，提高了马达入口万向轴总成的使用寿命，进一步提高了分层注水用水力驱动螺杆泵装置的使用寿命和安全性。
同时，由于单螺杆马达转子上产生的自下向上的轴向水力载荷经马达出口传动轴总成和马达出口万向轴总成传递到油管，降低了中间传动轴总成的受力复杂度，中间主轴仅需要承受单螺杆马达转子输出的扭矩和单螺杆泵转子上的轴向水力载荷，不需要承受单螺杆马达转子上产生的自下向上的轴向水力载荷的拉力，降低了中间主轴的受力复杂度和设计难度，提高了中间主轴的安全性以及分层注水用水力驱动螺杆泵装置的工作可靠性。
而且，本发明实施例提供的水力驱动螺杆泵装置，其交叉水管的上端设置有用于安装流量计的安装孔，安装孔内设置有用于密封该安装孔的塞子，该塞子的塞子本体在压差力的作用下固定在安装孔内部，实现安装孔内未安装流量计时的密封，可以方便实现测量水力驱动螺杆泵装置中单螺杆马达总成的出口流量。
进一步的，参考图1所示和图1A所示，上外管4和马达定子外壳701间设置有扶正销13，具体的，上外管4沿圆周方向均匀设置有4个通孔，扶正销13安装在该通孔中，优选的，扶正销13与上外管4的外表面通过焊接的方式固定在一起。马达定子外壳701的下端通过扶正销13固定在上外管4上，可以有效避免马达定子外壳701的下端悬空，进而避免马达定子外壳701成为悬臂梁结构，提高了单螺杆马达定子的整体结构强度。参考图11所示，扶正销13为圆柱体，包括上端面1301和下端面，扶正销13的下端面设置有与马达定子外壳701相互配合的圆弧面1302，为提高扶正销13的下表面与马达定子外壳701间的接触面积，圆弧面1302与马达定子外壳701同心，通过在扶正销13的下表面设置与马达定子外壳701相互配合的圆弧面1302，加大了扶正销13的下表面与马达定子外壳701的外表面间的接触面积，进而提高了马达定子外壳701与上外管4间的连接稳定性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种分层注水用水力驱动螺杆泵装置，其特征在于，所述水力驱动螺杆泵装置包括上接头、交叉水管、塞子、上外管、马达出口传动轴总成、马达出口万向轴总成、单螺杆马达总成、马达入口万向轴总成、中间传动轴总成、泵入口万向轴总成、单螺杆泵，所述上接头下端与所述交叉水管相连接，所述上接头上端用于连接油管，所述交叉水管下端包括内接头和外接头，所述外接头与所述上外管连接；所述交叉水管的上端设置有用于安装流量计的安装孔，所述塞子包括打捞头、打捞杆和塞子本体，所述塞子本体安装在所述安装孔内，所述塞子本体与所述安装孔间设置有O型密封圈；所述马达出口传动轴总成包括马达出口传动轴壳体、马达出口串轴承、马达出口主轴，所述马达出口传动轴壳体与所述内接头连接，所述马达出口主轴与所述马达出口传动轴壳体通过所述马达出口串轴承相连接；所述马达出口万向轴总成包括马达出口上接头、马达出口下接头、马达出口挠动轴、马达出口壳体和马达出口钢球，所述马达出口上接头与所述马达出口主轴相连接，所述马达出口上接头与所述马达出口下接头通过所述马达出口挠动轴相连接，所述马达出口上接头与所述马达出口挠动轴通过所述马达出口钢球相连接，所述马达出口下接头与所述马达出口挠动轴通过所述马达出口钢球相连接，所述马达出口壳体与所述马达出口传动轴壳体相连接；所述单螺杆马达总成包括单螺杆马达转子和单螺杆马达定子，所述单螺杆马达定子包括马达定子外壳和马达定子橡胶衬套副，所述单螺杆马达转子与所述马达出口下接头相连接，所述马达定子外壳与所述马达出口壳体相连接；所述单螺杆马达总成下端与所述马达入口万向轴总成的上端相连接，所述马达入口万向轴总成的下端与所述中间传动轴总成的上端相连接，所述中间传动轴总成的下端与所述泵入口万向轴总成的上端相连接，所述泵入口万向轴总成的下端与所述单螺杆泵上端相连接。
2.根据权利要求1所述的水力驱动螺杆泵装置，其特征在于，所述马达定子外壳安装在所述上外管的内腔中，所述上外管与所述马达定子外壳间设置有扶正销，所述扶正销的下端面设置有与所述马达定子外壳相互配合的圆弧面。
3.根据权利要求1所述的水力驱动螺杆泵装置，其特征在于，所述马达出口主轴上设置有第一轴向过流孔，所述第一轴向过流孔贯穿所述马达出口主轴两端，所述马达出口主轴上设置有第一径向过流孔，所述第一径向过流孔的中心轴线与所述第一轴向过流孔的中心轴线之间的夹角为45°。
4.根据权利要求1所述的水力驱动螺杆泵装置，其特征在于，所述马达入口万向轴总成包括马达入口上接头、马达入口下接头、马达入口挠动轴和马达入口钢球，所述马达入口上接头与所述马达转子相连接，所述马达入口上接头与所述马达入口下接头通过所述马达入口挠动轴相连接，所述马达入口上接头与所述马达入口挠动轴通过所述马达入口钢球相连接，所述马达入口下接头与所述马达入口挠动轴通过所述马达入口钢球相连接。
5.根据权利要求4所述的水力驱动螺杆泵装置，其特征在于，所述中间传动轴总成包括中间传动轴上壳体、中间传动轴下壳体、中间主轴、中间串轴承，所述中间传动轴上壳体的上端与所述上外管连接，所述中间传动轴上壳体的下端与所述中间传动轴下壳体的上端相连接，所述中间主轴与所述中间传动轴上壳体通过所述中间串轴承相连接。
6.根据权利要求5所述的水力驱动螺杆泵装置，其特征在于，所述泵入口万向轴总成包括泵入口上接头、泵入口下接头、泵入口挠动轴、泵入口万向轴壳体和泵入口钢球，所述泵入口上接头的上端与所述中间主轴的下端相连接，所述泵入口上接头的下端与所述泵入口挠动轴的上端通过所述泵入口钢球相连接，所述泵入口下接头的上端与所述泵入口挠动轴的下端通过所述泵入口钢球相连接，所述泵入口万向轴壳体的上端与所述中间传动轴下壳体的下端相连接。
7.根据权利要求6所述的水力驱动螺杆泵装置，其特征在于，所述单螺杆泵包括单螺杆泵转子和单螺杆泵定子，所述单螺杆泵定子包括泵定子外壳和泵定子橡胶衬套副，所述单螺杆泵转子与所述泵入口下接头相连接，所述泵定子外壳的上端与所述泵入口万向轴壳体的下端相连接。
8.根据权利要求1所述的水力驱动螺杆泵装置，其特征在于，所述交叉水管上设置有内流道和外流道，所述内流道与所述外流道相互不连通，所述内流道与所述单螺杆马达总成的出口相连通，所述外流道与所述单螺杆马达总成的入口相连通，所述单螺杆马达总成的入口和所述单螺杆泵总成的入口相连通。
9.根据权利要求5所述的水力驱动螺杆泵装置，其特征在于，所述中间主轴上设置有第二轴向过流孔，所述第二轴向过流孔贯穿所述中间主轴两端，所述中间主轴上设置有所述第二径向过流孔，所述第二径向过流孔的中心轴线与所述第二轴向过流孔的中心轴线之间的夹角为45°。
10.根据权利要求5所述的水力驱动螺杆泵装置，其特征在于，所述水力驱动螺杆泵装置还包括花键套，所述中间主轴的上端与所述马达入口下接头的下端通过所述花键套相连接，所述花键套上设置有内花键，所述中间主轴的上端和所述马达入口下接头的下端均设置有外花键，所述内花键与所述外花键相配合。
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