CN2436694Y - 可投捞式电动潜油螺杆泵 - Google Patents

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可投捞式电动潜油螺杆泵在其壳体内由打捞头依次向下连接有轴承动静环、上柔轴、螺杆、下柔轴、连轴器、传动轴、保护器和潜油电机。上柔轴外有呼吸挡、扶正轴承,其外有扶正器,螺杆外有定子衬套,传动轴外有油封、下扶正轴承,壳体上有泵出入口、密封接头、密封座。因用了上下柔轴,螺杆轴向力作用在拉力轴承上,下柔轴只传递扭矩,用带防转机构密封装置使泵体不转又隔开泵出入口压力。该泵成本低寿命长,满足不同排量油井要求,且不起下管柱能更换泵型,省检泵作业费用,是聚合物驱和调油开采的高效采油机械。

Description

可投捞式电动潜油螺杆泵
本实用新型涉及一种专门从深井中举升流体的泵，尤其涉及一种开采石油油井的泵。
在稠油开采中，电动潜油螺杆泵的效率明显高于电动离心泵及其它采油方式。现有的电动潜油螺杆泵是通过动力电缆将电能从地面输送给井下潜油电机，电机的输出扭矩经保护器传递给减速器，减速器的功能是将潜油电机的速度降低到螺杆泵所要求的转速。为承受螺杆向下的轴向推力在减速器输出端(上端)，安装了止推轴承。输出扭矩经中间传动轴和偏心联轴节驱动螺杆泵运转，偏心联轴节的功能是允许螺杆做偏心转动。但现有电潜螺杆泵具有以下缺点：
1．整套机组制造成本高，由于使用了减速器与同样规格的电潜离心泵比较增加制造成本2万多元。
2．机组寿命短，由于止推轴承安装在偏心联轴节下端，螺杆的轴向推力直接作用于偏心联轴节上，使其受力不合理，易疲痨损坏。
3．泵的适用范围小，在现有技术中为减小螺杆泵衬套的磨损，采用减速器降低电机转速，但受51/2″套管井经限制无法制出大功率减速器，既使美国Centrilift公司在7″套管中使用的减速器也只能传递30HP的功率，显然适应51/2″套管的减速器传输的功率将会更小，而这恰恰是现有电潜螺杆泵的致命弱点之一。因为大多数注聚合物驱油的采油井需要的都是大功率电潜螺杆泵。
4．现有电潜螺杆泵不易改变工作参数，当油井出液能力与泵的排量和压头不匹配时，除使用价格昂贵的变频装置外，在不起下管柱的情况下是无法调整泵的工作参数的。
本实用新型的目的在于：设计一种电潜螺杆泵，改变螺杆轴向力的承载方式和在保证工作寿命的前提下扩大泵的适用范围以满足不同排量油井之需要。同时制造成本低，在不起下油井管柱情况下通过钢丝绳更换泵型。使泵与油井的出液能力匹配。
本实用新型是这样实现的：它包括泵壳体、泵定子衬套、螺杆、动力电缆、保护器、潜油电机、拉力轴承、密封呼吸档、上扶正轴承、上柔轴、下柔轴、可插接联轴系统、带防转机构的密封系统、传动轴、油封、下扶正轴承、打捞头、油管和扶正器，其中轴承动环和静环组成拉力轴承，动环键连接上柔轴，并且在上柔轴上端装有限位元件，上柔轴丝扣连螺杆，其杆丝扣连下柔轴，其轴插连到可插接式联轴器上，联轴器键连传动轴，其轴花键连保护器的输出轴、在传动轴与下扶正轴承壳体间装有油封，其下为下扶正轴承，打捞头位于壳体的顶端带防转机构的密封座与油管尾部和下扶正轴承壳体丝扣连接，在密封座上设有泵入口，上柔轴和壳体间装有密封呼吸档。在此档下面装有上扶正轴承，在定子衬套上端的壳体上设有泵出口，其上端的壳体上装有扶正器、壳体下端丝扣连防转机构密封接头。其下端开有泵入口，密封圈套装在密封接头的凹槽内。在保护器下面是带有动力电缆的潜油电机。
本实用新型和现有技术相比具有的积极效果是：首先在结构上，采用螺杆两端装有上、下柔轴的设计，螺杆的轴向力通过上柔轴作用于密闭润滑式拉力轴承上，使下柔轴只传递扭矩不承受轴向推力，因而避免了下柔轴疲痨损坏延长了其工作寿命。另外为了成功地研制出适应51/2″套管的大排量电潜螺杆泵，取消了减速器，然而取消减速器后泵的转速将数倍增加，必然加速螺杆与定子衬套的磨损从而影响泵的寿命。为了解决这一矛盾，将泵总成设计成可投捞的结构，这样在螺杆定子衬套磨损后可以不动管柱通过钢丝绳起下对泵总成进行更换。以延长整套机组在井下的工作时间。
本实用新型在结构设计中，取消了减速器，泵的结构参数和几何尺寸数倍减小。更换出的旧泵除衬套外，其它部件仍可重复利用，使得设备制造成本大幅度降低。扣除换泵的费用，与现有技术比较制造成本降低了四分之一。
由于采用了本实用新型的结构设计，可实现不动管柱更换泵型，使其与油井的产能匹配。
本实用新型与现有技术相比从本质上改变了螺杆轴向力的承载方式，由于采用投捞式结构，延长了整套机组在井下的工作寿命。另外，电潜螺杆泵在我国仍属空白，因此在聚合物驱和稠油开采中不得不采用电动离心泵等传统采油方式，从而造成效率低下，大庆油田注聚合物驱采油用的电潜离心泵平均总机效率仅为17-18％。实验证明，在同等条件下使用电潜螺杆泵平均总机效率达42-45％。因此本实用型为聚合物驱和稠油开采提供了一种高效采油机械。以一台50KW的电潜离心泵换成电潜螺杆泵为例。如果两种泵举升同样的排量和压头，则电潜螺杆泵所需的功率仅为20.24KW，除了所需的电机功率下降了五分之三外，每天还可节电714度，每年可节电254269度。全国每年有几千口聚合物驱和稠油井需要电潜螺杆泵，从以上数据可看出本实用新型意义所在。
以下结合附图对本实用新型的实施例加以详述：
图1为本实用新型内部结构剖视图。
图2为本实用新型可插接式联轴器结构剖视图。
图3为本实用新型可插接式联轴器结构的F-F剖视图。
图4为本实用新型下柔轴下端的插头结构示意图。
图5为本实用新型下柔轴下插接头结构A-A剖视图。
图6为本实用新型带防转机构的密封接头结构剖视图。
图7为本实用新型带防转机构密封接头结构A-A剖视图。
图8为本实用新型带防转机构的密封座结构剖视图。
图9为本实用新型带防转机构的密封座结构A-A剖视图。
如图1-9所示，轴承动环1和静环2组成拉力轴承，动环1与上柔轴3的上端用键连接，并且在上柔轴3的上端用限位元件25(螺母或半园键)对上柔轴3轴向限位。上柔轴3丝扣连接螺杆9，螺杆9丝扣连下柔轴10，下柔轴10下端的插接头与可插接式联轴器12为插入联接，联轴器12与传动轴13为平键或花键连接。传动轴13花键连接保护器17的输出轴，在传动轴13与下扶正轴承壳体26之间装有油封14，其下为下扶正轴承15，打捞头22位于壳体7的顶端，21为带防转机构的密封座，两端分别以丝扣与油管23尾部和下扶正轴承壳体26连接。在密封座21上设有泵入口11，上柔轴3和壳体7之间装有密封呼吸档4，在上述呼吸档4的下面装有上扶正轴承5，在定子衬套8上端的壳体7上设有泵出口6，其上端的壳体7上装有扶正器24，壳体7的下端丝扣连带防转机构的密封接头19，其下部开有泵入口11，密封圈20套装在密封接头19的凹槽内。上述拉力轴承静环2和动环1，共同承载螺杆向下轴向力，所述的上柔轴3能使螺杆9的轴向拉力传给拉力轴承并允许螺杆9作偏心转动。密封呼吸档4是将拉力轴承腔室中的润滑油与井液隔开，在润滑油膨胀和收缩时，可上下移动。而下柔轴10是给螺杆9传递扭矩并允许螺杆9作偏心转动。带防转机构的密封座21与密封接头19配合防止螺杆转动时泵壳随之转动并且隔离泵的出口与入口压力。另外，采用了图1的结构设计，当泵在井下工作数月后，螺杆和定子衬套磨损严重时，无需起出管柱和井下设备，就可将泵从油管中捞出，并可迅速更换。打捞时图1中10的下端与12脱离，19与21分离。需要说明一点，电潜离心泵的应用实践表明：动力电缆16、潜油电机18和保护器17等井下设备的平均工作寿命已超过1000天，因此换泵时没必要动用作业设备起出管柱。
下面将通过一口井的实例来说明本实用新型的具体实施方案。油井数据：
a、要求排液量：100M3/D，b、泵挂深度：1000M。c、举升高度：800M，d、含水率：0。e、含砂：0.5％。f、油管尺寸：21/2″，g、原油粘度：600Pa·S。h、原油比重：0.9。
考虑该井原油粘度高，且含砂决定采用图1的可投捞式结构。首先设计泵的结构参数：
1．考虑泵体需要在21/2″油管内通过，泵壳体选用外径58mm，内径50mm无缝管材。
2．根据泵壳尺寸，油井排量及转速确定泵的结构参数如下：D-30mm,e-3mm,T-150mm,S-20级。
其中：D为螺杆截面圆直径，e为偏心距，T为导程，
S为泵级数，转速按1500转/分，可知泵的理论排量为117M3/D，泵长3米。
第二步：设计上、下柔轴：根据强度校核并考虑偏心距，上柔轴材料40Cr，轴径12mm，轴长0.6m，下柔轴材料40Cr，轴径18mm，轴长0.8m。
第三步：根据泵壳尺寸设计拉力轴承和扶正轴承(见图1中的1、2和5)。
第四步：根据管柱尺寸，按图2-9设计加工相关的部件。
第五步：根据泵的排量，压头、原油比重和总机效率，可知所需的电机功率为23KW。
最后：按图1组装，即可下井投入生产。该井若使用电潜离心泵生产，效果则大不一样，至少需要55KW的电机，能耗还要增加1.47倍。

Claims (1)

  1. 一种可投捞式电动潜油螺杆泵，它包括泵壳体、泵定子衬套、螺杆、动力电缆、保护器、潜油电机，其特征在于：它还包括：拉力轴承、密封呼吸档、上扶正轴承、上柔轴、下柔轴、可插接联轴系统、带防转机构的密封系统、传动轴、油封、下扶正轴承、打捞头、油管和扶正器；其中：轴承动环(1)和静环(2)组成拉力轴承，动环(1)键连接上柔轴(3)，并且在上柔轴(3)的上端装有限位元件(25)，上柔轴(3)丝扣连螺杆(9)，螺杆(9)丝扣连下柔轴(10)，下柔轴(10)插接连到可插接式联轴器(12)上，上述联轴器(12)键连接传动轴(13)，传动轴(13)又花键连保护器(17)的输出轴，在传动轴(13)与下扶正轴承壳体(26)之间装有油封(14)，其下为下扶正轴承(15)，打捞头(22)位于壳体(7)的顶端，带防转机构的密封座(21)与油管(23)尾部和下扶正轴承壳体(26)丝扣连接，在密封座(21)上设有泵入口(11)，上柔轴(3)和壳体(7)之间装有密封呼吸档(4)，在密封呼吸档(4)的下面装有上扶正轴承(5)，在定子衬套(8)上端的壳体(7)上设有泵出口(6)，其上端的壳体(7)上装有扶正器(24)，壳体(7)的下端丝扣连接带防转机构密封接头(19)，其下端开有泵入口(11)，密封圈(20)套装在密封接头(19)的凹槽内，在保护器下面是带有动力电缆(16)的潜油电机(18)。
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