一种轴流涡轮举升装置

技术领域

本发明属于机械设备技术领域，涉及一种轴流涡轮举升装置，主要面向天然气水合物的开采，用于简化安装和实施过程，并在不破坏天然气水合物产层稳定性的前提下，提高天然气水合物产出效率。

背景技术

随着石油资源的日益匮乏，一种更加清洁优质的非常规油气资源逐渐进入人们的视野，这就是天然气水合物，又称为可燃冰。据估计，全球天然气水合物的资源总量相当于全世界已知煤炭、石油和天然气等能源总储量的两倍，具有非常高的价值，是世界公认的清洁高效的未来代替能源，也是各国竞相开发的热点。我国天然气水合物储量位于世界前列，天然气水合物的开发在我国未来能源发展战略中占据重要地位。

本发明主要是解决天然气水合物的开采过程中，天然气水合物产层稳定性差和天然气水合物易挥发从而影响产出效率，常规举升泵体积较大不易安装，实施过程复杂等问题。现有技术中，虽然出现了能够同时实现水合物破碎与泵送回收的装备，但由于天然气水合物产层稳定性差的特点，限制了钻头转速，常规井下动力钻具提供的转速会导致天然气水合物产层失稳，加大钻进和开采难度，增加生产周期，提高生产成本。天然气水合物本身物理性质不稳定，易分解挥发出气体，使用常规容积式泵开采时，气体会降低容积式泵的效率，减少容积式泵的寿命。所以，设计了一种轴流举升装置，将动力段与涡轮泵结合，在提供低转速大扭矩带动钻头的同时泵送天然气水合物。

发明内容

本发明是将动力段与涡轮泵进行组合，充分利用各装置不同的特性与优点，实现同时破碎天然气水合物以及泵送的工作，提高开采效率。动力段为钻头和轴流涡轮提供转速和扭矩，轴流涡轮实现了天然气水合物的举升，两者之间额定转速的转速差由增速器进行匹配，使动力段和轴流涡轮均处于正常工作状态，实现效率最大化。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种轴流涡轮举升装置，由动力段、增速器段、轴流涡轮段三个功能段组成，所述动力段设置在所述增速器段下方，所述轴流涡轮段设置在所述增速器上方，相连的两段之间都设置有动力传递轴。

根据本发明的一实施方式，其中所述动力段下方设置钻头，可带动钻头旋转破岩。

根据本发明的一实施方式，其中所述增速器采用行星轮结构。

根据本发明的一实施方式，其中所述动力段为水力螺杆动力系统。

根据本发明的一实施方式，其中装置的注入和泵举流道运用桥式通道原理结构，两流道相互不产生干涉。

根据本发明的一实施方式，其中所述钻井液从轴流涡轮段顶端的旁流流道注入，经过轴流涡轮段和增速器段的注入通道，在上万向轴处通过桥式通道结构，由旁路流道转换至轴流流道并带动水力螺杆马达。

根据本发明的一实施方式，其中受到泵举的天然气水合物从水力螺杆马达段的泵举旁路流道吸入，经水力螺杆马达段与增速器段的泵举流道，在增速器上端通过桥式通道结构，由旁路流道转换至轴流流道，进入轴流涡轮，完成举升作业。

根据本发明的一实施方式，其中所述的受到泵举的天然气水合物从水力螺杆马达段的旁路流道吸入，经增速器段在下传动套管节段利用桥式通道原理，从旁路流道转换至轴流流道，进入轴流涡轮，完成举升作业。

根据本发明的一实施方式，其中所述增速器输出轴接轴流涡轮底端的输入轴，为轴流涡轮举升天然气水合物至上部处理装置提供动力。

根据本发明的一实施方式，其中所述水力螺杆马达段的上部设置有输出轴，接所述增速器底端的输入轴，为所述增速器段提供动力。

由上述技术方案可知，本发明的一种轴流涡轮举升装置的优点和积极效果在于：

本发明通过将动力段与涡轮泵进行组合，充分利用各装置不同的特性与优点，克服彼此的不足，极大地减小系统的体积，易于安装，减小成本。同时，由于螺杆马达的扭矩较大，可带动钻头破碎天然气水合物，天然气水合物的开采效率将得到提升，生产周期缩短，增加经济效益。

附图说明

通过结合附图考虑一下对本发明的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的一种示范性图解，并非一定是按照比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1为本发明的一种轴流涡轮举升装置的结构分段图。

图2为本发明的一种轴流涡轮举升装置的结构说明图。

图3为本发明的一种轴流涡轮举升装置的流道原理图。

图4为本发明的一种轴流涡轮举升装置的流体泵举图。

图5为本发明的一种轴流涡轮举升装置的流体注入图。

图6为本发明的一种轴流涡轮举升装置的结构图。

具体实施方式

如下面将结合本发明的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清楚完整地描述，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或者更多的实施方式中。基于本发明中的实例，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。

如图1，一种轴流涡轮举升装置主要由三段组成，依次为水力螺杆动力段、增速器段、轴流涡轮段。

如图5，套管内壁和外壁之间的流道定义为旁路流道，套管内壁以内的流道定义为轴流流道。钻井液从注入流道注入，经过轴流涡轮段和增速器段，在万向轴（8）处利用桥式通道原理，由旁路流道转换至轴流流道并带动水力螺杆马达（5）。水力螺杆马达（5）将钻井液内能转化为水力螺杆马达机械能，水力螺杆马达（5）下接万向轴（3），通过万向轴（3）将扭矩和转动传递给螺杆马达下输出接头（1），螺杆马达下输出接头（1）带动钻头破碎天然气水合物，如图2。

另一方面，水力螺杆马达（5）上接万向轴（8），通过万向轴（8）将扭矩和转动传递给螺杆马达上输出轴（9），螺杆马达上输出轴（9）与增速器输入轴（12）通过花键传递转速和扭矩。增速器输入轴（12）与增速器输入键套（13）通过螺纹连接。增速器采用行星轮系（17）增速设计，将转速提升到涡轮额定转速，并将转速和扭矩从增增速器输出键套（15）传出，如图3。

增速器输出键套（15）与涡轮泵输入轴（16）通过螺纹连接，直接带动涡轮泵输入轴（16）转动，轴流涡轮进行工作。受到泵举的天然气水合物从水力螺杆马达段的旁路流道吸入，经增速器段在轴流涡轮段并且未到达涡轮叶片前利用桥式通道原理，从旁路流道转换至轴流流道，进入轴流涡轮，完成举升作业，如图4。

以上结合附图示例说明了本发明的一些优选实施例式。本发明所属技术领域的普通技术人员应当理解，上述具体实施方式部分中所示出的具体结构和工艺过程仅仅为示例性的，而非限制性的。而且，本发明所属技术领域的普通技术人员可对以上所述所示的各种技术特征按照各种可能的方式进行组合以构成新的技术方案，或者进行其他改动，而都属于本发明的范围之内。

尽管已经参照实施例公开了本发明，但是在不背离本发明的范围和范畴的前提下，可以对所述的实施例进行多种变形和修改。因此，应该理解本发明不局限于所阐述的实施例，其保护范围应当由所附权利要求的内容及其等价的结构和方案限定。