用于多层非常规天然气同井道合采两级压差式高效潜水泵

技术领域

本发明属于潜水泵技术领域，应用于多层非常规天然气（包括煤层气、页岩气、致密砂岩器等），具体为用于多层非常规天然气同井道合采两级压差式高效潜水泵。

背景技术

潜水泵是一种将泵体和电机均置入水中工作的机械设备，是深井提水的重要设备。潜水泵依据其工作原理可分为两类，一种是叶轮式泵，如离心泵，另一种是容积式泵，如螺杆泵。离心泵靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体，其结构简单，工作可靠，可应用于各种生产生活场景，但由于其体积较大，故不适用于直径较小的矿井中；螺杆泵是依靠泵体与螺杆所形成的啮合空间容积变化和移动来输送液体的回转泵，因其泵体细长，故在矿井中广泛使用。现有螺杆泵的结构均采用普通电机直驱螺杆的形式，因此在使用时螺杆泵必须潜至井底，这对某些需要进行特定岩层液体分采的油气井来讲并不适用。申请CN201420547777.5的实用新型中提出一种使用空心轴电机作为驱动的潜水泵，由于空心轴的（内螺旋管）直径过小，此潜水泵的工作效率低下。

发明内容

本发明的目的在于提供用于多层非常规天然气同井道合采两级压差式高效潜水泵，该潜水泵结构紧凑、可固定在井道内部任何深度，且扬程高，工作效率高。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：用于多层非常规天然气同井道合采两级压差式高效潜水泵，包括自上而下依次连接且同中心线设置的上端盖、上圆筒壳、中上盖板、圆锥筒壳、中下盖板、下圆筒壳和下端盖，上圆筒壳内同轴线设有上空心轴电机，上空心轴电机的空心轴同轴线固定连接有粗内螺旋管，下圆筒壳内同轴线设有下空心轴电机，下空心轴电机的空心轴同轴线固定连接有细内螺旋管，圆锥筒壳为上粗下细的圆锥筒结构，粗内螺旋管下端与圆锥筒壳上端口转动且密封连接，粗内螺旋管上端与上端盖的内圆转动且密封连接，细内螺旋管上端与圆锥筒壳下端口转动且密封连接，细内螺旋管下端与下端盖的内圆转动且密封连接，粗内螺旋管内壁设有上内螺旋叶片，细内螺旋管内壁设有下内螺旋叶片。

上端盖通过第一螺钉与上圆筒壳固定连接，上圆筒壳下端通过第二螺钉与中上盖板上表面外圆周固定连接，中下盖板下表面外圆通过第三螺钉与下圆筒壳上端固定连接，下端盖上表面外圆通过第四螺钉与下圆筒壳下端固定连接，中上盖板内圆与圆锥筒壳上端焊接为一体，中下盖板内圆与圆锥筒壳下端焊接为一体。

粗内螺旋管上端外圆通过第一轴承及第一密封圈与上端盖内圆转动且密封连接，粗内螺旋管下端外圆通过第二轴承及第二密封圈与中上盖板内圆转动且密封连接，细内螺旋管上端外圆通过第三轴承及第三密封圈与中下盖板内圆转动且密封连接，细内螺旋管下端外圆通过第四轴承及第四密封圈与下端盖内圆转动且密封连接。

上圆筒壳下部外圆和下圆筒壳上部外圆之间设有橡胶套，中下盖板和中上盖板之间设有用于驱动橡胶套径向扩张的径向膨胀驱动机构。

径向膨胀驱动机构包括设置在中下盖板上的磁铁控制器和沿圆锥筒壳圆周方向均匀间隔布置的至少三个支架，每个支架上均设有推拉式电磁铁，推拉式电磁铁的推拉杆沿圆锥筒壳的径向方向设置，推拉杆的外端固定设有弧形推板，弧形推板的外圆与橡胶套内圆贴合，磁铁控制器与推拉式电磁铁电连接。

上空心轴电机通过上定位安装结构与上圆筒壳连接，下空心轴电机通过下定位安装结构与下圆筒壳连接。

上定位安装结构和下定位安装结构的结构相同；上定位安装结构包括沿竖向设置在上圆筒壳内壁的三条卡槽，卡槽下端设有挡块，上空心轴电机的外圆设有三条凸棱条，三条凸棱条对应插接安装在三条卡槽内，凸棱条下端与挡块压接。

上端盖上表面中心对称设有两个吊环。

橡胶套内圈上部通过防水胶粘接在上圆筒壳的下部外圆上并通过上铆钉与上圆筒壳固定连接，橡胶套内圈下部通过防水胶粘接在下圆筒壳的下部外圆上并通过下铆钉与下圆筒壳固定连接。

下空心轴电机和上空心轴电机连接有设置在中上盖板上的电机控制器，磁铁控制器和电机控制器连接有电源线，电源线向上穿过上端盖并与上端盖密封连接。

采用上述技术方案，本发明的工作过程为：上端盖内圆连接水管，吊环连接吊绳，将潜水泵由油气井的井道口下放到井道内，电源线也随着潜水泵下放，当下降到指定深度，同时启动上空心轴电机和下空心轴电机，上空心轴电机驱动粗内螺旋管旋转，下空心轴电机驱动细内螺旋管旋转，上空心轴电机内壁的上内螺旋叶片也高速旋转，下空心轴电机内壁的下内螺旋叶片也高速旋转，下内螺旋叶片先将细内螺旋管下端口的水向上抽，经圆锥筒壳进入到粗内螺旋管，上内螺旋叶片将水向上输送，并进一步增压，最后通过水管将井道内的水输送到地面。

当需要在井道内将潜水泵固定，减轻吊绳的前拉力，可以将推拉式电磁铁通电，推拉式电磁体的推拉杆伸长，推拉杆驱动弧形推板沿圆锥筒壳的径向方向向外移动，弧形推板将橡胶圈向外推，橡胶圈径向膨胀后与井道内壁压接，从而将潜水泵固定在井道内，从而减轻吊绳的拉力，确保在某一深度持续不断地工作。

橡胶圈与上圆筒壳和下圆筒壳粘接，避免漏水，同时采用铆钉将橡胶圈与圆盘固定连接，确保橡胶圈固定牢靠稳定性。

本发明的结构采用分体组装的上端盖、上圆筒壳、中上盖板、圆锥筒壳、中下盖板、下圆筒壳和下端盖，其中上盖板、圆锥筒壳、中下盖板采用焊接为一体，在分体连接及转动连接处采用若干垫圈进行密封，不仅便于制造，而且安装便捷，密封性强，确保上空心轴电机、下空心轴电机和径向膨胀驱动机构在无水的空间内正常稳定工作。

综上所述，本发明的该两级压差式高效潜水泵，为提高抽水效率，设有细内螺旋管和粗内螺旋管两级内螺杆，其转速可分别调节，该两级压差式高效潜水泵在使用过程中，粗内螺旋管和细内螺旋管转速差由负逐渐转为正，即开始时粗内螺旋管和细内螺旋管排量相同，而后粗内螺旋管的排量逐渐大于细内螺旋管的排量，形成向上抽水的负压差，从而主动提高抽水速度和抽水效率；该两级压差式高效潜水泵由于排水通道上下贯通，因此不必将其置于井底，可在井道内任意放置，有利于实现对特定岩层液体进行分采；通过推拉式电磁铁的推拉杆顶起橡胶套，可以将该两级压差式高效潜水泵固定在井道，因此在同一井内可安放数个潜水泵协同工作，同时由于橡胶套密封井道，隔绝了潜水泵上下两端液体的回流，进一步提高抽水效率。该两级压差式高效潜水泵原理科学，结构简单，可数只同时串联使用，能根据不同的井下工况定制不同的潜水泵安装方案，在降低能源消耗的同时提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明外形的立体结构示意图。

图2是本发明的轴向剖视图。

图3是本发明中上圆筒壳的内部剖视图。

图4是本发明中径向膨胀驱动机构在收缩时的横截面示意图。

图5是本发明中径向膨胀驱动机构在膨胀时的横截面示意图。

图6是本发明在井道内工作状态示意图。

具体实施方式

如图1-图6所示，本发明的用于多层非常规天然气同井道合采两级压差式高效潜水泵，包括自上而下依次连接且同中心线设置的上端盖1、上圆筒壳2、中上盖板3、圆锥筒壳4、中下盖板5、下圆筒壳6和下端盖7，上圆筒壳2内同轴线设有上空心轴电机8，上空心轴电机8的空心轴同轴线固定连接有粗内螺旋管9，下圆筒壳6内同轴线设有下空心轴电机10，下空心轴电机10的空心轴同轴线固定连接有细内螺旋管11，圆锥筒壳4为上粗下细的圆锥筒结构，粗内螺旋管9下端与圆锥筒壳4上端口转动且密封连接，粗内螺旋管9上端与上端盖1的内圆转动且密封连接，细内螺旋管11上端与圆锥筒壳4下端口转动且密封连接，细内螺旋管11下端与下端盖7的内圆转动且密封连接，粗内螺旋管9内壁设有上内螺旋叶片12，细内螺旋管11内壁设有下内螺旋叶片13。

上端盖1通过第一螺钉与上圆筒壳2固定连接，上圆筒壳2下端通过第二螺钉与中上盖板3上表面外圆周固定连接，中下盖板5下表面外圆通过第三螺钉与下圆筒壳6上端固定连接，下端盖7上表面外圆通过第四螺钉与下圆筒壳6下端固定连接，中上盖板3内圆与圆锥筒壳4上端焊接为一体，中下盖板5内圆与圆锥筒壳4下端焊接为一体。

粗内螺旋管9上端外圆通过第一轴承及第一密封圈与上端盖1内圆转动且密封连接，粗内螺旋管9下端外圆通过第二轴承及第二密封圈与中上盖板3内圆转动且密封连接，细内螺旋管11上端外圆通过第三轴承及第三密封圈与中下盖板5内圆转动且密封连接，细内螺旋管11下端外圆通过第四轴承及第四密封圈与下端盖7内圆转动且密封连接。

上圆筒壳2下部外圆和下圆筒壳6上部外圆之间设有橡胶套14，中下盖板5和中上盖板3之间设有用于驱动橡胶套14径向扩张的径向膨胀驱动机构。

径向膨胀驱动机构包括设置在中下盖板5上的磁铁控制器19和沿圆锥筒壳4圆周方向均匀间隔布置的至少三个支架15，每个支架15上均设有推拉式电磁铁16，推拉式电磁铁16的推拉杆17沿圆锥筒壳4的径向方向设置，推拉杆17的外端固定设有弧形推板18，弧形推板18的外圆与橡胶套14内圆贴合，磁铁控制器19与推拉式电磁铁16电连接。

上空心轴电机8通过上定位安装结构与上圆筒壳2连接，下空心轴电机10通过下定位安装结构与下圆筒壳6连接。

上定位安装结构和下定位安装结构的结构相同；上定位安装结构包括沿竖向设置在上圆筒壳2内壁的三条卡槽20，卡槽20下端设有挡块，上空心轴电机8的外圆设有三条凸棱条21，三条凸棱条21对应插接安装在三条卡槽20内，凸棱条21下端与挡块压接。

上端盖1上表面中心对称设有两个吊环22。

橡胶套14内圈上部通过防水胶粘接在上圆筒壳2的下部外圆上并通过上铆钉23与上圆筒壳2固定连接，橡胶套14内圈下部通过防水胶粘接在下圆筒壳6的下部外圆上并通过下铆钉24与下圆筒壳6固定连接。

下空心轴电机10和上空心轴电机8连接有设置在中上盖板3上的电机控制器25，磁铁控制器19和电机控制器25连接有电源线26，电源线26向上穿过上端盖1并与上端盖1密封连接。

本发明的工作过程为：上端盖1内圆连接水管，吊环22连接吊绳，将潜水泵由油气井的井道口下放到井道27内，电源线26也随着潜水泵下放，当下降到指定深度，同时启动上空心轴电机8和下空心轴电机10，上空心轴电机8驱动粗内螺旋管9旋转，下空心轴电机10驱动细内螺旋管11旋转，上空心轴电机8内壁的上内螺旋叶片12也高速旋转，下空心轴电机10内壁的下内螺旋叶片13也高速旋转，下内螺旋叶片13先将细内螺旋管11下端口的水向上抽，经圆锥筒壳4进入到粗内螺旋管9，上内螺旋叶片12将水向上输送，并进一步增压，最后通过水管将井道27内的水输送到地面。

当需要在井道27内将潜水泵固定，减轻吊绳的前拉力，可以将推拉式电磁铁16通电，推拉式电磁体的推拉杆17伸长，推拉杆17驱动弧形推板18沿圆锥筒壳4的径向方向向外移动，弧形推板18将橡胶圈向外推，橡胶圈径向膨胀后与井道27内壁压接，从而将潜水泵固定在井道27内，从而减轻吊绳的拉力，确保在某一深度持续不断地工作。

橡胶圈与上圆筒壳2和下圆筒壳6粘接，避免漏水，同时采用铆钉将橡胶圈与圆盘固定连接，确保橡胶圈固定牢靠稳定性。

本发明的结构采用分体组装的上端盖1、上圆筒壳2、中上盖板3、圆锥筒壳4、中下盖板5、下圆筒壳6和下端盖7，其中上盖板3、圆锥筒壳4、中下盖板5采用焊接为一体，在分体连接及转动连接处采用若干垫圈进行密封，不仅便于制造，而且安装便捷，密封性强，确保上空心轴电机8、下空心轴电机10和径向膨胀驱动机构在无水的空间内正常稳定工作。

综上所述，本发明的该两级压差式高效潜水泵，为提高抽水效率，设有细内螺旋管11和粗内螺旋管9两级内螺杆，其转速可分别调节，该两级压差式高效潜水泵在使用过程中，粗内螺旋管9和细内螺旋管11转速差由负逐渐转为正，即开始时粗内螺旋管9和细内螺旋管11排量相同，而后粗内螺旋管9的排量逐渐大于细内螺旋管11的排量，形成向上抽水的负压差，从而主动提高抽水速度和抽水效率；该两级压差式高效潜水泵由于排水通道上下贯通，因此不必将其置于井底，可在井道27内任意放置，有利于实现对特定岩层液体进行分采；通过推拉式电磁铁16的推拉杆17顶起橡胶套14，可以将该两级压差式高效潜水泵固定在井道27，因此在同一井内可安放数个潜水泵协同工作，同时由于橡胶套14密封井道27，隔绝了潜水泵上下两端液体的回流，进一步提高抽水效率。该两级压差式高效潜水泵原理科学，结构简单，可数只同时串联使用，能根据不同的井下工况定制不同的潜水泵安装方案，在降低能源消耗的同时提高了工作效率。

以上实施例说明了本发明的基本原理和特点，但上述仅仅说明了本发明的较优实施例，并不受所述实施例的限制。本领域的普通技术人员在本专利的启发下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式变形和改进，这些均属于本发明的保护范围之内。因此，本发明专利和保护范围应以所附权利要求书为准。