專利名稱：可投撈式電動潛油螺桿泵的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種專門從深井中舉升流體的泵，尤其涉及一種開采石油油井的泵。
在稠油開采中，電動潛油螺桿泵的效率明顯高于電動離心泵及其它采油方式。現有的電動潛油螺桿泵是通過動力電纜將電能從地面輸送給井下潛油電機，電機的輸出扭矩經保護器傳遞給減速器，減速器的功能是將潛油電機的速度降低到螺桿泵所要求的轉速。為承受螺桿向下的軸向推力在減速器輸出端(上端)，安裝了止推軸承。輸出扭矩經中間傳動軸和偏心聯軸節驅動螺桿泵運轉，偏心聯軸節的功能是允許螺桿做偏心轉動。但現有電潛螺桿泵具有以下缺點1．整套機組制造成本高，由于使用了減速器與同樣規格的電潛離心泵比較增加制造成本2萬多元。
2．機組壽命短，由于止推軸承安裝在偏心聯軸節下端，螺桿的軸向推力直接作用于偏心聯軸節上，使其受力不合理，易疲癆損壞。
3．泵的適用范圍小，在現有技術中為減小螺桿泵襯套的磨損，采用減速器降低電機轉速，但受51/2″套管井經限制無法制出大功率減速器，既使美國Centrilift公司在7″套管中使用的減速器也只能傳遞30HP的功率，顯然適應51/2″套管的減速器傳輸的功率將會更小，而這恰恰是現有電潛螺桿泵的致命弱點之一。因為大多數注聚合物驅油的采油井需要的都是大功率電潛螺桿泵。
4．現有電潛螺桿泵不易改變工作參數，當油井出液能力與泵的排量和壓頭不匹配時，除使用價格昂貴的變頻裝置外，在不起下管柱的情況下是無法調整泵的工作參數的。
本實用新型的目的在于設計一種電潛螺桿泵，改變螺桿軸向力的承載方式和在保證工作壽命的前提下擴大泵的適用范圍以滿足不同排量油井之需要。同時制造成本低，在不起下油井管柱情況下通過鋼絲繩更換泵型。使泵與油井的出液能力匹配。
本實用新型是這樣實現的它包括泵殼體、泵定子襯套、螺桿、動力電纜、保護器、潛油電機、拉力軸承、密封呼吸檔、上扶正軸承、上柔軸、下柔軸、可插接聯軸系統、帶防轉機構的密封系統、傳動軸、油封、下扶正軸承、打撈頭、油管和扶正器，其中軸承動環和靜環組成拉力軸承，動環鍵連接上柔軸，并且在上柔軸上端裝有限位元件，上柔軸絲扣連螺桿，其桿絲扣連下柔軸，其軸插連到可插接式聯軸器上，聯軸器鍵連傳動軸，其軸花鍵連保護器的輸出軸、在傳動軸與下扶正軸承殼體間裝有油封，其下為下扶正軸承，打撈頭位于殼體的頂端帶防轉機構的密封座與油管尾部和下扶正軸承殼體絲扣連接，在密封座上設有泵入口，上柔軸和殼體間裝有密封呼吸檔。在此檔下面裝有上扶正軸承，在定子襯套上端的殼體上設有泵出口，其上端的殼體上裝有扶正器、殼體下端絲扣連防轉機構密封接頭。其下端開有泵入口，密封圈套裝在密封接頭的凹槽內。在保護器下面是帶有動力電纜的潛油電機。
本實用新型和現有技術相比具有的積極效果是首先在結構上，采用螺桿兩端裝有上、下柔軸的設計，螺桿的軸向力通過上柔軸作用于密閉潤滑式拉力軸承上，使下柔軸只傳遞扭矩不承受軸向推力，因而避免了下柔軸疲癆損壞延長了其工作壽命。另外為了成功地研制出適應51/2″套管的大排量電潛螺桿泵，取消了減速器，然而取消減速器后泵的轉速將數倍增加，必然加速螺桿與定子襯套的磨損從而影響泵的壽命。為了解決這一矛盾，將泵總成設計成可投撈的結構，這樣在螺桿定子襯套磨損后可以不動管柱通過鋼絲繩起下對泵總成進行更換。以延長整套機組在井下的工作時間。
本實用新型在結構設計中，取消了減速器，泵的結構參數和幾何尺寸數倍減小。更換出的舊泵除襯套外，其它部件仍可重復利用，使得設備制造成本大幅度降低。扣除換泵的費用，與現有技術比較制造成本降低了四分之一。
由于采用了本實用新型的結構設計，可實現不動管柱更換泵型，使其與油井的產能匹配。
本實用新型與現有技術相比從本質上改變了螺桿軸向力的承載方式，由于采用投撈式結構，延長了整套機組在井下的工作壽命。另外，電潛螺桿泵在我國仍屬空白，因此在聚合物驅和稠油開采中不得不采用電動離心泵等傳統采油方式，從而造成效率低下，大慶油田注聚合物驅采油用的電潛離心泵平均總機效率僅為17-18％。實驗證明，在同等條件下使用電潛螺桿泵平均總機效率達42-45％。因此本實用型為聚合物驅和稠油開采提供了一種高效采油機械。以一臺50KW的電潛離心泵換成電潛螺桿泵為例。如果兩種泵舉升同樣的排量和壓頭，則電潛螺桿泵所需的功率僅為20.24KW，除了所需的電機功率下降了五分之三外，每天還可節電714度，每年可節電254269度。全國每年有幾千口聚合物驅和稠油井需要電潛螺桿泵，從以上數據可看出本實用新型意義所在。
以下結合附圖對本實用新型的實施例加以詳述
圖1為本實用新型內部結構剖視圖。
圖2為本實用新型可插接式聯軸器結構剖視圖。
圖3為本實用新型可插接式聯軸器結構的F-F剖視圖。
圖4為本實用新型下柔軸下端的插頭結構示意圖。
圖5為本實用新型下柔軸下插接頭結構A-A剖視圖。
圖6為本實用新型帶防轉機構的密封接頭結構剖視圖。
圖7為本實用新型帶防轉機構密封接頭結構A-A剖視圖。
圖8為本實用新型帶防轉機構的密封座結構剖視圖。
圖9為本實用新型帶防轉機構的密封座結構A-A剖視圖。
如
圖1-9所示，軸承動環1和靜環2組成拉力軸承，動環1與上柔軸3的上端用鍵連接，并且在上柔軸3的上端用限位元件25(螺母或半園鍵)對上柔軸3軸向限位。上柔軸3絲扣連接螺桿9，螺桿9絲扣連下柔軸10，下柔軸10下端的插接頭與可插接式聯軸器12為插入聯接，聯軸器12與傳動軸13為平鍵或花鍵連接。傳動軸13花鍵連接保護器17的輸出軸，在傳動軸13與下扶正軸承殼體26之間裝有油封14，其下為下扶正軸承15，打撈頭22位于殼體7的頂端，21為帶防轉機構的密封座，兩端分別以絲扣與油管23尾部和下扶正軸承殼體26連接。在密封座21上設有泵入口11，上柔軸3和殼體7之間裝有密封呼吸檔4，在上述呼吸檔4的下面裝有上扶正軸承5，在定子襯套8上端的殼體7上設有泵出口6，其上端的殼體7上裝有扶正器24，殼體7的下端絲扣連帶防轉機構的密封接頭19，其下部開有泵入口11，密封圈20套裝在密封接頭19的凹槽內。上述拉力軸承靜環2和動環1，共同承載螺桿向下軸向力，所述的上柔軸3能使螺桿9的軸向拉力傳給拉力軸承并允許螺桿9作偏心轉動。密封呼吸檔4是將拉力軸承腔室中的潤滑油與井液隔開，在潤滑油膨脹和收縮時，可上下移動。而下柔軸10是給螺桿9傳遞扭矩并允許螺桿9作偏心轉動。帶防轉機構的密封座21與密封接頭19配合防止螺桿轉動時泵殼隨之轉動并且隔離泵的出口與入口壓力。另外，采用了
圖1的結構設計，當泵在井下工作數月后，螺桿和定子襯套磨損嚴重時，無需起出管柱和井下設備，就可將泵從油管中撈出，并可迅速更換。打撈時
圖1中10的下端與12脫離，19與21分離。需要說明一點，電潛離心泵的應用實踐表明動力電纜16、潛油電機18和保護器17等井下設備的平均工作壽命已超過1000天，因此換泵時沒必要動用作業設備起出管柱。
下面將通過一口井的實例來說明本實用新型的具體實施方案。油井數據a、要求排液量100M3/D，b、泵掛深度1000M。c、舉升高度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。
考慮該井原油粘度高，且含砂決定采用
圖1的可投撈式結構。首先設計泵的結構參數1．考慮泵體需要在21/2″油管內通過，泵殼體選用外徑58mm，內徑50mm無縫管材。
2．根據泵殼尺寸，油井排量及轉速確定泵的結構參數如下D-30mm,e-3mm,T-150mm,S-20級。
其中D為螺桿截面圓直徑，e為偏心距，T為導程，S為泵級數，轉速按1500轉/分，可知泵的理論排量為117M3/D，泵長3米。
第二步設計上、下柔軸根據強度校核并考慮偏心距，上柔軸材料40Cr，軸徑12mm，軸長0.6m，下柔軸材料40Cr，軸徑18mm，軸長0.8m。
第三步根據泵殼尺寸設計拉力軸承和扶正軸承(見
圖1中的1、2和5)。
第四步根據管柱尺寸，按圖2-9設計加工相關的部件。
第五步根據泵的排量，壓頭、原油比重和總機效率，可知所需的電機功率為23KW。
最后按
圖1組裝，即可下井投入生產。該井若使用電潛離心泵生產，效果則大不一樣，至少需要55KW的電機，能耗還要增加1.47倍。
權利要求一種可投撈式電動潛油螺桿泵，它包括泵殼體、泵定子襯套、螺桿、動力電纜、保護器、潛油電機，其特征在于它還包括拉力軸承、密封呼吸檔、上扶正軸承、上柔軸、下柔軸、可插接聯軸系統、帶防轉機構的密封系統、傳動軸、油封、下扶正軸承、打撈頭、油管和扶正器；其中軸承動環(1)和靜環(2)組成拉力軸承，動環(1)鍵連接上柔軸(3)，并且在上柔軸(3)的上端裝有限位元件(25)，上柔軸(3)絲扣連螺桿(9)，螺桿(9)絲扣連下柔軸(10)，下柔軸(10)插接連到可插接式聯軸器(12)上，上述聯軸器(12)鍵連接傳動軸(13)，傳動軸(13)又花鍵連保護器(17)的輸出軸，在傳動軸(13)與下扶正軸承殼體(26)之間裝有油封(14)，其下為下扶正軸承(15)，打撈頭(22)位于殼體(7)的頂端，帶防轉機構的密封座(21)與油管(23)尾部和下扶正軸承殼體(26)絲扣連接，在密封座(21)上設有泵入口(11)，上柔軸(3)和殼體(7)之間裝有密封呼吸檔(4)，在密封呼吸檔(4)的下面裝有上扶正軸承(5)，在定子襯套(8)上端的殼體(7)上設有泵出口(6)，其上端的殼體(7)上裝有扶正器(24)，殼體(7)的下端絲扣連接帶防轉機構密封接頭(19)，其下端開有泵入口(11)，密封圈(20)套裝在密封接頭(19)的凹槽內，在保護器下面是帶有動力電纜(16)的潛油電機(18)。
專利摘要可投撈式電動潛油螺桿泵在其殼體內由打撈頭依次向下連接有軸承動靜環、上柔軸、螺桿、下柔軸、連軸器、傳動軸、保護器和潛油電機。上柔軸外有呼吸擋、扶正軸承,其外有扶正器,螺桿外有定子襯套,傳動軸外有油封、下扶正軸承,殼體上有泵出入口、密封接頭、密封座。因用了上下柔軸,螺桿軸向力作用在拉力軸承上,下柔軸只傳遞扭矩,用帶防轉機構密封裝置使泵體不轉又隔開泵出入口壓力。該泵成本低壽命長,滿足不同排量油井要求,且不起下管柱能更換泵型,省檢泵作業費用,是聚合物驅和調油開采的高效采油機械。
文檔編號F04D3/02GK2436694SQ0023919
公開日2001年6月27日 申請日期2000年6月23日 優先權日2000年6月23日
發明者崔乃林 申請人:崔乃林