一种单吸双排流道布局的螺杆泵型井下油水分离装置的制作方法

本发明专利涉及油田开采领域，是一种井下油水分离装置，特别适用于2500m以上的、需要高回注压力的油井，尤其是一种单吸双排流道布局的螺杆泵型井下油水分离装置。

背景技术：

井下油水分离技术是近些年大量采用的一项高效、节能、环保的新技术。可在同一井眼内进行油水混合物的采出、油和水的分离、油的举升以及产出水的回注。该技术避免了将产出水举升至地面，减小了能耗和污染。但是，目前的各种井下油水分离系统，流道布局非常复杂，形状多变，这使得故障维修变得更加困难，也增加了油水混合物的沿程阻力损失和局部阻力损失，对螺杆泵的增压能力提出了更苛刻的要求，限制了井下油水分离装置的使用范围。

技术实现要素：

针对当前井下油水分离装置流道设计过于复杂，输送油水混合物阻力过大的问题，本发明提供了一种单吸双排流道布局的螺杆泵型井下油水分离装置。该装置采用新的流道布局，即在对称布置的两个单螺杆泵中间设置油水混合物入口，螺杆泵吸入该处油水混合物后进行增压，从泵的另一端排出，将两个单螺杆泵的排出液集中后，进入下端的旋流器进行油水分离处理，故称为“单吸双排”流道布局方式，采用的技术方案如下：一种单吸双排流道布局的螺杆泵型井下油水分离装置，由套管、上油管、上部交叉流道体、下油管、螺杆泵增压装置、油水分离旋流装置、井下油水分离回注与举升装置组成，其特征在于：上油管、上部交叉流道体、下油管、螺杆泵增压装置、油水分离旋流装置、井下油水分离回注与举升装置安装在套管内，螺杆泵增压装置与油水分离旋流装置通过上部交叉流道体连接；油水分离旋流装置与井下油水分离回注装置通过下油管道连接，油水分离旋流装置与井下油水分离举升装置通过上、下外油嘴连接；

所述螺杆泵增压装置由抽油杆、折返流道接头、上外壳体、上单螺杆泵、上内壳体、挠性轴、中内壳体、下外壳体、下内壳体、下单螺杆泵、定位销A、定位销B组成，抽油杆与上单螺杆泵连接，折返流道头上端与上油管螺纹密封，折返流道头下端内径与上单螺杆泵密封配合，折返流道头下端外径、上内壳体上端外径与上外壳体螺纹密封，构成上环空流道，上内壳体、下内壳体与中内壳体配合，构成中环空流道，下内壳体下端与上部交叉流道体配合，下外壳体上端与上内体螺纹密封，下端与上部交叉交流体螺纹密封，在下外壳体的内部，中内壳体、下内壳体、上部交叉流道体依次相接，由定位销A、定位销B定位并进行密封处理，抽油杆与上单螺杆泵上端连接，上单螺杆泵上端与折返流道体同轴线配合，下端与上内壳体同轴线配合，下单螺杆泵上端与中内壳体同轴线配合，下单螺杆泵下端与下内壳体、上部交叉交流体同轴线配合，上单螺杆泵与下单螺杆泵通过挠性轴相连接；

所述油水分离旋流装置由双锥旋流器、外壳体A、上支撑管、上支撑底座、上定位座、中部交叉流道体、单锥旋流器、外壳体B、下支撑管、下支撑底座、管接头组成，双锥旋流器与上部交叉交流体定位孔配合，双锥旋流器底端插在上定位座定位孔中，双锥旋流器用上支撑管、上支撑底座支撑，上支撑底座与上定位座配合，上定位座与中部交叉流道体轴向配合，外壳体A与上部交叉流道体、中部交叉流道体螺纹密封，构成环空流道，单锥旋流器与中部交叉流道体定位孔配合，单锥旋流器底端插在管接头定位孔中，单锥旋流器用下支撑管、下支撑底座支撑，下支撑底座与管接头配合，外壳体B与中部交叉流道体、管接头螺纹密封，双锥旋流器与单锥旋流器通过中部交叉流道体上的斜通环形孔相通；

所述井下油水分离回注与举升装置由旁通管、三通接头、上外油嘴、下油管、下外油嘴、Y351封隔器、单向阀、打压球座、筛管、丝堵组成，下油管与管接头轴向配合，所述井下油水分离回注装置从上到下依次安装下油管、Y351封隔器、单向阀、打压球座、筛管、丝堵，上部交叉流道体内端面加工有与定位孔同轴心的溢流孔，溢流孔与双锥旋流器的溢流伸出管同轴配合并形成密封，径向孔出口处加工有内螺纹油口，与上外油嘴连接，上外油嘴另一端与旁通管螺纹联接，旁通管的另一端与三通管螺纹联接，中部交叉流道体内端面加工有与定位孔同轴心的溢流孔，溢流孔与单锥旋流器的溢流伸出管同轴配合并形成密封，径向孔出口处加工有内螺纹油口，与下外油嘴连接，下外油嘴另一端与旁通管螺纹联接，旁通管的另一端与三通管螺纹联接，三通管在与向上的旁通管螺纹联接，所有的端面密封均采用O型密封圈密封。

所述螺杆泵增压装置的入口与油水混合液输入流道相通，螺杆泵增压装置的出口与增压后油水混合液输出流道相连，增压后油水混合液输出流道与油水分离旋流装置入口相通，油水混合液分离后的溢流混合液通过举升流道举升到地面，油水混合液分离后的底流混合液通过回注流道注入注水层。

所述油水混合液输入流道由以下流道组成：中环流通道向下依次与中内壳体左半面下端的3个直通环形孔、下内壳体的左半面的3个直通环形孔、上部交叉流道体上端的3个直通环形孔、上部交叉流道体中上端的大直通环形孔、上部交叉流道体下端的直通环形孔相通，上部交叉流道体下端的直通环形孔与双锥旋流器、上支撑管与外壳体A之间的下环空流道连通。

所述增压后油水混合液输出流道由以下流道组成：折返流道接头近壁加工有4个直通环形孔，与中间的中空流道相通，直通环形孔与上外壳体构成的上环空流道相通，上环空流道与上内壳体上端近壁加工的环空流道、下端近壁加工的6个直通环形孔相通，上内壳体的直通环形孔依次向下与中内壳体的右半面的3个直通环形孔、下内壳体的右半面的3个直通环形孔、上部交叉流道体上端右半面的3个直通环形孔、上部交叉流道体中上段半扇形中空流道、上部交叉流道体中下段3个直通环形孔、上部交叉流道体下端大直通环形孔相通，上部交叉流道体下端大直通环形孔与双锥旋流器的入口相通。

所述举升流道由以下流道组成：单锥旋流器溢流孔与下外油嘴的流道、旁通管相通，双锥旋流器溢流孔与上外油嘴的流道、三通接头相通。

所述上内壳体下端左半面近壁加工的3个直通环形孔，下端其被中内壳体封住，上内壳体下端右半面近壁加工的3个直通环形孔，与中内壳体的左半面的3个直通环形孔。

所述的油水分离旋流装置由两级旋流器组成，双锥旋流器出口与单锥旋流器入口通过中部交叉流道体近壁的斜通环形流道相通，所述双锥旋流器与单锥旋流器的数量都是1个。

所述上单螺杆泵和下单螺杆泵除了螺杆-衬套副的旋向不同之外其余参数均相同，在轴向上呈对称布置，在联接两个单螺杆泵的挠性轴处设置腔室，上、下单螺杆泵从此处吸入油水混合液并进行增压处理，增压后的油水混合液从上、下单螺杆泵的另一端排出，进入下端的油水分离旋流装置进行油水分离处理。

本发明的创新性及优点：

①与现有的螺杆泵型井下油水分离装置相比，本发明“单吸双排”的流道设计，简化了流道的形状，在减小加工难度的同时，也减小了输送油水混合物时的沿程阻力损失和局部阻力损失，进而减小了管路压降。

②轴向呈对称布置两个单螺杆泵，抵消了由水力载荷产生的轴向力，可以使泵挂深度达到2500m以上，而且井口压力低，不需要耐高压的井口装置。

附图说明

附图1为本发明在地面驱动井下油水分离同井采注系统中的联接示意图；

附图2为本发明所述螺杆泵增压装置的结构示意图；

附图3为图2中折返流道接头的A-A剖视图；

附图4为图2中上内壳体和下外壳体的B-B剖视图；

附图5为图2中中内壳体和下外壳体的C-C剖视图；

附图6为图2中下内壳体和下外壳体的D-D断面图；

附图7为图2中上部交叉流道和下外壳体的E-E断面图；

附图8为图2中上部交叉流道和下外壳体的F-F断面图；

附图9为图2中上部交叉流道的G-G断面图；

附图10为图2中上部交叉流道的H-H断面图；

附图11为图2中下部交叉流道的I-I断面图；

附图12为图1中I局部放大图；

附图13为图1中I I局部放大图；

符号说明：

1.套管、2.旁通管、3.上油管、4.抽油杆、5.折返流道接头、6.上外壳体、7.上单螺杆泵、8.上内壳体、9.挠性轴、10.中内壳体、11.下外壳体、12.下内壳体、13.下单螺杆泵、14.三通接头、15.上外油嘴、16.上部交叉流道体、17.双锥旋流器、18.外壳体A、19.上支撑管、20.上支撑底座、21.上定位座、22.中部交叉流道体、23.单锥旋流器、24.外壳体B、25.下支撑管、26.下支撑底座、27.管接头、28.下油管、29.下外油嘴、30.Y351封隔器、31.单向阀、32.打压球座、33.筛管、34.丝堵、35.螺杆泵增压装置、36.油水分离旋流装置、37.定位销A、38.定位销B；a至l均为液流流道。

具体实施方式：

如图1-13所示，一种单吸双排流道布局的螺杆泵型井下油水分离装置，由套管(1)、上油管(3)、上部交叉流道体(16)、下油管(28)、螺杆泵增压装置(35)、油水分离旋流装置(36)、井下油水分离回注与举升装置组成，其特征在于：上油管(3)、上部交叉流道体(16)、下油管(28)、螺杆泵增压装置(35)、油水分离旋流装置(36)、井下油水分离回注与举升装置安装在套管(1)内，螺杆泵增压装置(35)与油水分离旋流装置(36)通过上部交叉流道体(16)连接；油水分离旋流装置(36)与井下油水分离回注装置通过下油管(28)连接，油水分离旋流装置(36)与井下油水分离举升装置通过上、下外油嘴(15、29)连接；

所述螺杆泵增压装置(35)由抽油杆(4)、折返流道接头(5)、上外壳体(6)、上单螺杆泵(7)、上内壳体(8)、挠性轴(9)、中内壳体(10)、下外壳体(11)、下内壳体(12)、下单螺杆泵(13)、定位销A(37)、定位销B(38)组成，抽油杆(4)与上单螺杆泵(7)连接，折返流道头(5)上端与上油管(3)螺纹密封，折返流道头(5)下端内径与上单螺杆泵密封配合，折返流道头(5)下端外径、上内壳体(8)上端外径与上外壳体(6)螺纹密封，构成上环空流道d，上内壳体(8)、下内壳体(12)与中内壳体配合，构成中环空流道(g)，下内壳体(12)下端与上部交叉流道体(16)配合，下外壳体(11)上端与上内体(8)螺纹密封，下端与上部交叉交流体(16)螺纹密封，在下外壳体(11)的内部，中内壳体(10)、下内壳体(12)、上部交叉流道体(16)依次相接，由定位销A(37)、定位销B(38)定位并进行密封处理，抽油杆(4)与上单螺杆泵(7)上端连接，上单螺杆泵(7)上端与折返流道体(5)同轴线配合，下端与上内壳体(8)同轴线配合，下单螺杆泵(13)上端与中内壳体(10)同轴线配合，下单螺杆泵下端与下内壳体(12)、上部交叉交流体(16)同轴线配合，上单螺杆泵(7)与下单螺杆泵(13)通过挠性轴(9)相连接；

所述油水分离旋流装置(36)由双锥旋流器(17)、外壳体A(18)、上支撑管(19)、上支撑底座(20)、上定位座(21)、中部交叉流道体(22)、单锥旋流器(23)、外壳体B(24)、下支撑管(25)、下支撑底座(26)、管接头(27)组成，双锥旋流器(17)与上部交叉交流体(16)定位孔配合，双锥旋流器(17)底端插在上定位座(21)定位孔中，双锥旋流器(17)用上支撑管(19)、上支撑底座(20)支撑，上支撑底座(20)与上定位座(21)配合，上定位座(21)与中部交叉流道体(22)轴向配合，外壳体A(18)与上部交叉流道体(16)、中部交叉流道体(22)螺纹密封，构成环空流道，单锥旋流器(23)与中部交叉流道体(22)定位孔配合，单锥旋流器(23)底端插在管接头(27)定位孔中，单锥旋流器(23)用下支撑管(25)、下支撑底座(26)支撑，下支撑底座(26)与管接头(27)配合，外壳体B(24)与中部交叉流道体(22)、管接头(27)螺纹密封，双锥旋流器(17)与单锥旋流器(23)通过中部交叉流道体(22)上的斜通环形孔(k)相通；

所述井下油水分离回注与举升装置由旁通管(2)、三通接头(14)、上外油嘴(15)、下油管(28)、下外油嘴(29)、Y351封隔器(30)、单向阀(31)、打压球座(32)、筛管(33)、丝堵(34)组成，下油管(28)与管接头(27)轴向配合，所述井下油水分离回注装置从上到下依次安装下油管(28)、Y351封隔器(30)、单向阀(31)、打压球座(32)、筛管(33)、丝堵(34)，上部交叉流道体(16)内端面加工有与定位孔同轴心的溢流孔，溢流孔与双锥旋流器(17)的溢流伸出管同轴配合并形成密封，径向孔出口处加工有内螺纹油口，与上外油嘴(15)连接，上外油嘴(15)另一端与旁通管(2)螺纹联接，旁通管(2)的另一端与三通管(14)螺纹联接，中部交叉流道体(22)内端面加工有与定位孔同轴心的溢流孔，溢流孔与单锥旋流器(23)的溢流伸出管同轴配合并形成密封，径向孔出口处加工有内螺纹油口，与下外油嘴(29)连接，下外油嘴(29)另一端与旁通管(2)螺纹联接，旁通管(2)的另一端与三通管(14)螺纹联接，三通管(14)在与向上的旁通管(2)螺纹联接，所有的端面密封均采用O型密封圈密封。

所述螺杆泵增压装置(35)的入口与油水混合液输入流道相通，螺杆泵增压装置(35)的出口与增压后油水混合液输出流道相连，增压后油水混合液输出流道与油水分离旋流装置(36)入口相通，油水混合液分离后的溢流混合液通过举升流道举升到地面，油水混合液分离后的底流混合液通过回注流道注入注水层。

所述油水混合液输入流道由以下流道组成：中环流通道(e)向下依次与中内壳体(10)左半面下端的3个直通环形孔(d)、下内壳体(12)的左半面的3个直通环形孔(d)、上部交叉流道体(16)上端的3个直通环形孔(d)、上部交叉流道体(16)中上端的大直通环形孔(c)、上部交叉流道体(16)下端的直通环形孔(c)相通，上部交叉流道体(16)下端的直通环形孔(c)与双锥旋流器(17)、上支撑管(19)与外壳体A(18)之间的下环空流道连通(b)。

所述增压后油水混合液输出流道由以下流道组成：折返流道接头(5)近壁加工有4个直通环形孔(k)，与中间的中空流道(f)相通，直通环形孔(k)与上外壳体(6)构成的上环空流道(l)相通，上环空流道(l)与上内壳体(8)上端近壁加工的环空流道(k)、下端近壁加工的6个直通环形孔(g)相通，上内壳体(8)的直通环形孔(g)依次向下与中内壳体(10)的右半面的3个直通环形孔(g)、下内壳体(12)的右半面的3个直通环形孔(g)、上部交叉流道体(16)上端右半面的3个直通环形孔(g)、上部交叉流道体(16)中上段半扇形中空流道(g)、上部交叉流道体(16)中下段3个直通环形孔(g)、上部交叉流道体(16)下端大直通环形孔(g)相通，上部交叉流道体(16)下端大直通环形孔(g)与双锥旋流器(17)的入口相通。

所述举升流道由以下流道组成：单锥旋流器(23)溢流孔与下外油嘴(29)的流道、旁通管相通，双锥旋流器(17)溢流孔与上外油嘴的流道(i)、三通接头相通。

所述上内壳体(8)下端左半面近壁加工的3个直通环形孔(g)，下端其被中内壳体(10)封住，上内壳体(8)下端右半面近壁加工的3个直通环形孔(g)，与中内壳体的左半面的3个直通环形孔(g)。

所述的油水分离旋流装置(36)由两级旋流器组成，双锥旋流器(17)出口与单锥旋流器(23)入口通过中部交叉流道体(22)近壁的斜通环形流道(k)相通，所述双锥旋流器(17)与单锥旋流器(23)的数量都是1个。

所述上单螺杆泵(7)和下单螺杆泵(13)除了螺杆-衬套副的旋向不同之外其余参数均相同，在轴向上呈对称布置，在联接两个单螺杆泵的挠性轴(9)处设置腔室(e)，上、下单螺杆泵(7、13)从此处吸入油水混合液并进行增压处理，增压后的油水混合液从上、下单螺杆泵(7、13)的另一端排出，进入下端的油水分离旋流装置(36)进行油水分离处理。

本发明的工作流程如下：完成装配后，开泵运行，生产层的油水混合液充满于套管(1)、下油管(28)和Y341封隔器(30)围成的环形空间(a)内，由外壳体A(18)上的孔进入腔室(b)，再进入上部交叉流道体(16)的流道(c)，经下内壳体(12)内的流道(d)、中内壳体(11)内的流道(d)进入流道e内，上单螺杆泵(7)、下单螺杆泵(13)吸入流道(e)内的油水混合液并进行增压处理；上单螺杆泵(7)排出端流道(f)的油水混合液经流道(g)、流道(l)与下单螺杆泵(13)排出端流道(b)处的油水混合液汇合后，经过上部交叉流道体(16)的流道(g)进入双锥旋流器(18)进行油水分离处理，分离出的富含油的液体经上外油嘴(15)溢流流道(i)、三通接头(14)进入旁通管(2)举升至地面，剩余的底液混合物经过中部交叉流道体(21)的流道(k)进入单锥旋流器(20)进行进一步分离，分离出的富含油的液体经下外油嘴(29)溢流流道(j)进入旁通管(2)举升至地面，分离出的底液混合物经下油管(28)、单向阀(31)、打压球座(32)、筛管(32)、丝堵(33)等注入到注水层，完成单吸双排流道布局的螺杆泵井下油水分离和同井注水的过程。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。