一种三轴螺杆泵及其井下作业管柱和施工方法技术

本发明专利技术公开的是石油工业使用的一种三轴螺杆泵及其井下作业管柱和施工方法，三轴螺杆泵包括泵壳体，泵壳体装有主动轴和固定轴，主动轴设有两根，两根主动轴与泵壳体固定在一起并且能够跟随泵壳体转动，固定轴的两端分别安装在泵壳体内的固定轴上轴承和固定轴下轴承中，固定轴的螺距与两根主动轴的螺距啮合并形成密封腔。而连接着三轴螺杆泵的井下作业管柱中的工具串能够实现负压返排解堵施工作业以及射孔、测试、酸化和排液解堵四联作井下作业施工。在井下作业管柱中使用本发明专利技术的三轴螺杆泵，其安全性能高、施工成本低廉，司钻无需人工长时间进行上提下放管柱的操作，提高了施工效率、能够有效避免安全事故，具有显著的使用效果。果。果。

【技术实现步骤摘要】
一种三轴螺杆泵及其井下作业管柱和施工方法


[0001]本专利技术涉及石油工业的采油设备螺杆泵和井下作业管柱，特别是一种三轴螺杆泵及其井下作业管柱和施工方法。

技术介绍

[0002]随着海上油田开发工艺的推进，地层改造作业工作量逐年增加，现有的氮气泡沫负压返排工艺与施工平台、施工船舶、水文气象之间存在的制约矛盾突显。
[0003]现有负压返排解堵井下作业管柱中的返排泵，主要是由泵筒、柱塞、进油阀、出油阀组成，属于一种往复泵。动力从井口经油管中的动力杆传递到井下，使返排泵的柱塞做上下往复运动，将井液沿油管举升到地面，柱塞一上一下，返排泵完成一次循环，如此周而复始。重复进行循环操作可将井液抽至地面，当排液速度大于地层出液速度时即可对地层产生负压，在负压作用下将近井地带的堵塞污染物抽至井筒排至地面的过程称为返排泵负压返排解堵施工。
[0004]由于返排泵为双凡尔结构，负压返排时仅上行冲程产生负压，下放管柱是将泵筒中的井液排至上部油管的过程，上行冲程是井液进入泵筒的过程，因此只有上行行程对地层产生负压作用。如果使用此种返排泵，司钻长时间人工控制上提下放井下作业管柱，易产生疲劳，疲劳操作易墩钻、导致修井机或钻面损坏，同时易造成施工人员伤亡的重大事故。负压返排解堵施工作业过程中存在安全隐患。
[0005]单轴螺杆泵的排量大、结构简单，但是使用过程中需要先下入施工管柱，将定子用施工管柱下至设计深度后，再下入驱动杆柱将转子下至定子内，施工时间长且地面需要额外安装驱动装置，对地面施工场地空间要求大。且在排液后期井液中油气比较高的情况下，定子胶皮受热膨胀易抱紧转子，导致定子胶皮破损失效。
[0006]另外还有一种三轴螺杆泵，这种三轴螺杆泵是通过中间的一根主动轴带动两侧的两根从动轴转动排液，中间的这根主动轴由驱动装置带动旋转。这种三轴螺杆泵由于加工装配要求高，螺杆长度有限、导致扬程较短，通常用于地面的施工和液体输送管网中，因为需要动力设备带动旋转，增加了井下的使用难度，无法应用于井下的作业管柱。
[0007]由于海上石油平台的氮气泡沫负压返排施工费用达30万元/天，如要将司钻长时间人工控制上提下放作业管柱的这种操作改变为利用机械设备控制管柱的上提下放操作，除了需要增加动力设备外，还需要施工船舶1艘和油轮1艘配合施工。占用施工船舶和油轮配合负压返排施工，一者会造成海上生产运行紧张，二者负压返排施工效果受海况的制约，施工效果存在不确定性，同时存在施工成本高昂、劳动强度大，安全风险高等问题。所以，人工控制上提下放作业管柱实施负压返排施工的问题一直没有得到解决。
[0008]经检索，还有以下几种与井下排液相关的生产设备：现有CN200420010525.5压裂液返排泵采用常规螺杆泵原理，需要下驱动杆，施工周期较长，且需要地面抽油机的配合使用，由于海上采油平台空间小承载吨位低，无法容纳抽油机及承载抽油机冲击载荷，因此无法满足海上施工条件。
[0009]一种潜油直驱螺杆泵吞吐采油装置CN201821450308.6采用潜油螺杆泵结构，需要下入潜油直驱螺杆泵及动力电缆，施工周期长，无法利用一趟管柱实施多种联合作业的目的措施施工，因此无法满足海上施工工艺条件。
[0010]一种地面直驱螺杆泵采油装CN201410224166.1采用常规螺杆泵结构，是配合螺杆泵施工的一种装置，螺杆泵需要下转子连接的驱动杆，施工周期较长，且该装置将承重架、防喷器、变速箱进行整合一体化设计缩减体积，但需要拆装作业修井防喷器组，工作量大且施工时间长，因此无法满足海上施工工艺条件。
[0011]投球式管式泵CN201821852636.9无法满足海上井斜大、井身轨迹全角变化率高的井况条件，且该装置仅上行冲程产生负压，司钻必须长时间人工控制上提下放管柱易产生疲劳返排过程中存在安全隐患。
[0012]因此需要专利技术一种施工周期短、井下作业管柱能够连续排液、其负压值又便于调节的泵返排装置，解决司钻长时间人工控制上提下放管柱、易产生疲劳，负压返排施工过程中存在安全隐患的问题。
[0013]
技术实现思路
本专利技术提供一种三轴螺杆泵及其井下作业管柱和施工方法，利用三轴螺杆泵的排液优势和排液量便于调整的特点，安装在井下作业管柱中，解决司钻长时间人工控制上提下放管柱、易产生疲劳，负压返排施工过程中存在安全隐患的问题。提高施工效率，保证生产安全。
[0014]本专利技术的技术解决方案是：一种三轴螺杆泵包括泵壳体，泵壳体装有主动轴和固定轴，主动轴设有两根，两根主动轴与泵壳体固定在一起并且能够跟随泵壳体转动，固定轴的两端分别安装在泵壳体内的固定轴上轴承和固定轴下轴承中，固定轴的螺距与两根主动轴的螺距啮合并形成密封腔。所述两根主动轴的两端分别由主动轴上固定销钉和主动轴下固定销钉固定在泵壳体的壳壁中。
[0015]所述固定轴的螺距是右旋螺距，两根主动轴的螺距是左旋螺距；所述固定轴的下端设有外螺纹。
[0016]所述泵壳体的两端分别是泵壳体上接头和泵壳体下接头，泵壳体上接头和泵壳体下接头均设有螺纹。
[0017]使用一种三轴螺杆泵的负压返排解堵井下作业管柱，负压返排解堵井下作业管柱中设有丝堵、电子压力计托筒、防砂管一和油套连通器，螺杆泵锚定封隔器与高压旋转接头、三轴螺杆泵和提升短节自下而上依次连接并且安装在防砂管一与油套连通器之间，提升短节的上方通过油管或钻杆与油套连通器连接后、再由油套连通器与油管串或钻杆串连接至地面，高压旋转接头中设有导液管液流孔。
[0018]所述高压旋转接头包括旋转接头本体、旋转接头下连接头、旋转接头轴承、轴承密封件和旋转接头上连接头，旋转接头本体与旋转接头上连接头之间装有旋转接头轴承和轴承密封件，旋转接头本体的悬挂外壁与旋转接头上连接头悬挂连接，旋转接头本体的下部与旋转接头下连接头螺纹连接，旋转接头本体内还设有导液管。
[0019]所述旋转接头本体的导液管上部设有导液管固定轴接头，导液管固定轴接头下方
至旋转接头本体悬挂外壁之间的导液管管体中设有导液管液流孔；导液管固定轴接头与三轴螺杆泵的固定轴螺纹连接；旋转接头上连接头的上部内腔是锥形腔并且在锥形腔内设有内螺纹与三轴螺杆泵的泵壳体下接头螺纹连接。
[0020]所述提升短节和泵壳体上接头之间的连接螺纹均是半浮式半轴螺纹。
[0021]使用一种三轴螺杆泵的负压返排解堵井下作业管柱的施工方法，如下述：A、将负压返排解堵井下作业管柱下至预定深度后调配油管或钻杆短节、使作业管柱下端距离油层顶界150m－250m，油管或钻杆短节依次与方钻杆和水龙头连接，水龙头的高压软管出口进入振动筛，上提下放作业管柱加压坐封螺杆泵锚定封隔器；B、关闭井口的液压半封闸板防喷器，从套管反打压、验封螺杆泵锚定封隔器合格后，打开井口的液压半封闸板防喷器；C、操作修井机或钻机的转盘，使转盘转速保持在20r－40r/min带动三轴螺杆泵转动，当转盘的扭矩恒定后，将转盘转速调整至70
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110r/min，工作人员在振动筛观察水龙头高压软管的出口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三轴螺杆泵，包括泵壳体（2
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2），其特征是，泵壳体（2
‑
2）装有主动轴（2
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4）和固定轴（2
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7），主动轴（2
‑
4）设有两根，两根主动轴（2
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4）与泵壳体（2
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2）固定在一起并且能够跟随泵壳体（2
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2）转动，固定轴（2
‑
7）的两端分别安装在泵壳体（2
‑
2）内的固定轴上轴承（2
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8）和固定轴下轴承（2
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9）中，固定轴（2
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7）的螺距与两根主动轴（2
‑
4）的螺距啮合并形成密封腔。2.如权利要求1所述的一种三轴螺杆泵，其特征是，所述两根主动轴（2
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4）的两端分别由主动轴上固定销钉（2
‑
5）和主动轴下固定销钉（2
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6）固定在泵壳体（2
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2）的壳壁中。3.如权利要求1所述的一种三轴螺杆泵，其特征是，所述固定轴（2
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7）的螺距是右旋螺距，两根主动轴（2
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4）的螺距是左旋螺距；所述固定轴（2
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7）的下端设有外螺纹。4.如权利要求3所述的一种三轴螺杆泵，其特征是，所述泵壳体（2
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2）的两端分别是泵壳体上接头（2
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1）和泵壳体下接头（2
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3），泵壳体上接头（2
‑
1）和泵壳体下接头（2
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3）均设有螺纹。5.使用如权利要求4所述一种三轴螺杆泵的负压返排解堵井下作业管柱，负压返排解堵井下作业管柱中设有丝堵（8）、电子压力计托筒（7）、防砂管一（6）和油套连通器（5），其特征是，螺杆泵锚定封隔器（4）与高压旋转接头（3）、三轴螺杆泵（2）和提升短节（1）自下而上依次连接并且安装在防砂管一（6）与油套连通器（5）之间，提升短节（1）的上方通过油管或钻杆与油套连通器（5）连接后、再由油套连通器（5）与油管串或钻杆串连接至地面，高压旋转接头（3）中设有导液管液流孔（3
‑1‑
2）。6.如权利要求5所述的负压返排解堵井下作业管柱，其特征是，所述高压旋转接头（3）包括旋转接头本体（3
‑
1）、旋转接头下连接头（3
‑
2）、旋转接头轴承（3
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3）、轴承密封件（3
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4）和旋转接头上连接头（3
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5），旋转接头本体（3
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1）与旋转接头上连接头（3
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5）之间装有旋转接头轴承（3
‑
3）和轴承密封件（3
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4），旋转接头本体（3
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1）的悬挂外壁与旋转接头上连接头（3
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5）悬挂连接，旋转接头本体（3
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1）的下部与旋转接头下连接头（3
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2）螺纹连接，旋转接头本体（3
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1）内还设有导液管。7.如权利要求6所述的负压返排解堵井下作业管柱，其特征是，所述旋转接头本体（3
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1）的导液管上部设有导液管固定轴接头（3
‑1‑
1），导液管固定轴接头（3
‑1‑
1）下方至旋转接头本体（3
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1）悬挂外壁之间的导液管管体中设有导液管液流孔（3
‑1‑
2）；导液管固定轴接头（3
‑1‑
1）与三轴螺杆泵（2）的固定轴（2
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7）螺纹连接；旋转接头上连接头（3
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5）的上部内腔是锥形腔并且在锥形腔内设有内螺纹与三轴螺杆泵（2）的泵壳体下接头（2
‑
3）螺纹连接。8.如权利要求5所述的负压返排解堵井下作业管柱，其特征是，所述提升短节（1）和泵壳体上接头（2
‑
1）之间的连接螺纹均是半浮式半轴螺纹。9.使用如权利要求6所述的一种三轴螺杆泵的负压返排解堵井下作业管柱的施工方法，如下述：A、将负压返排解堵井下作业管柱下至预定深度后调配油管或钻杆短节、使作业管柱下端距离油层顶界150m－250m，油管或钻杆短节依次与方钻杆和水龙头连接，水龙头的高压软管出口进入振动筛，上提下放作业管柱加压坐封螺杆泵锚定封隔器（4）；B、关闭井口的液压半封闸板防喷器，从套管反打压、验封螺杆泵锚定封隔器4合格后，打开井口的液压半封闸板防喷器；C、操作修井机或钻机的转盘，使转盘转速保持在20r－40r/min带动三轴螺杆泵（2）转
动，当转盘的扭矩恒定后，将转盘转速调整至70
‑
110r/min，工作人员在振动筛观察水龙头高压软管的出口液性和排量，水龙头高压软管的出口液性恒定后，根据地层压力系数折算井下作业管柱与套管环空之间静液面的高度，根据井下作业管柱与套管环空之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：任鹏，王雷，任闽燕，施明华，朱骏蒙，韦敏，侯文修，王向东，金显军，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司海洋采油厂，
类型：发明
国别省市：