一种深井及高回注压力井用的螺杆泵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，特别适用于深井和高回注压力井的一种地面驱动螺杆泵井下油水分离装置。

背景技术：

井下油水分离技术是近些年新兴的一项高效、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。目前已有的井下油水分离系统，流道复杂多变，这使得增压后的油液所受阻力较大，对增压泵的增压能力提出了很高的要求，同时流道的复杂性也使得故障维修变得困难，此外现有的油水分离系统由于未能解决油液增压时系统本身所受压力的影响，水力载荷产生的轴向力只能由空心抽油杆抵消，这严格限制了井下油水分离系统的适用深度。本发明提出了一种适用于深井及高回注压力下的地面驱动双螺杆泵井下油水分离装置，流道简单，螺杆泵布置合理，运行检测方便。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种流道简单、应用于深井和高回注压力井的井下油水分离装置。

本发明所解决的技术问题是：螺杆泵增压装置的配置、油水分离旋流装置、井下油水分离回注与举升装置各部分之间的连接方式以及内部结构的设计，采用的技术方案如下：一种深井及高回注压力井用的螺杆泵井下油水分离装置，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、下内壳体以及下单螺杆泵组成，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，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，一个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，一个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；

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，三通管与向上的旁通管螺纹联接。

所述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、下端左半面近壁加工的3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左半面的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左半面的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、上支撑管与外壳体a之间的下环空流道连通，由此组成原油液进入螺杆泵增压装置增压前的通道。

所述中环流通道向下依次与中内壳体下端的3个直通环形孔、下内壳体的右半面的3个直通环形孔、上部交叉流道体上半部的3个直通环形孔、上部交叉流道体下端的大直通环形孔相通，上部交叉流道体下端的大直通环形孔与双锥旋流器的入口相通，由此组成增压后原油液进入油水分离旋流装置的通道。

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

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。

所述上外油嘴、下外油嘴为外接式，易于更换。

所述上单螺杆泵、下单螺杆泵除了螺杆-衬套副的旋向不同以外其余结构参数均相同，并且在轴向上对称布置，排出口相对吸入口相背，在排出口端用挠性轴联接两个螺杆转子。进行井下油水分离作业时，具有相同转速的两单螺杆泵对油液加压时，水力载荷产生的轴向力大小几乎一样，方向相反，二者可以相互抵消，这使得整个抽油杆几乎只受到径向剪切力的作用(除去自身重力的影响)，从而使得抽油杆的泵挂深度可以更深。

本发明具有如下优点：

(1)与现有的井下油水分离装置相比，该装置的流道简单，容易组装，且零件制造成本较低。

(2)与现有地面驱动井下油水分离装置相比，该装置由于本身可以自动抵消水力载荷产生的过大的轴向力，其对抽油杆的作用力较小，因此可用于深井开采，而且井口压力低，不需要耐高压的井口装置。

(3)原油液进入增压泵的流道靠近增压泵，降低了油液进入旋流器前的压力损失，即增大了油液进入旋流器的入口压力，减少了增压泵的能耗，减少了很多不必要的流道，运行更加可靠。

(4)本发明也可改装为试验装置，即将两次分离后的油液分别用旁通管引到地面，测量两次分离后油液的浓度，为油水分离旋流器的几何参数研究提供必要的数据。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图；

附图2为油液流动示意图；

附图3为螺杆泵增压装置的结构示意图；

附图4为图3中折返流道接头的a-a剖视图；

附图5为图3中上内壳体和下外壳体的b-b剖视图；

附图6为图3中中内壳体和下外壳体的c-c剖视图；

附图7为图3中下内壳体和下外壳体的d-d断面图；

附图8为图3中上部交叉流道和下外壳体的e-e断面图；

附图9为图3中上部交叉流道和下外壳体的f-f断面图；

附图10为图3中上部交叉流道的g-g断面图；

附图11为图3中上部交叉流道的h-h断面图；

附图12为图3中下部交叉流道的i-i断面图；

附图13为图1中i局部放大图；

附图14为图1中ii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；a至q均为液流流道。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：

如图1-14所示，一种深井及高回注压力井用的螺杆泵井下油水分离装置，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)以及下单螺杆泵(13)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，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，一个双锥旋流器(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，一个单锥旋流器(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；

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。

所述折返流道接头(5)近壁加工有4个直通环形孔(d)，与中间的中空流道(f)相通，直通环形孔(d)与上外壳体(6)构成的上环空流道(d)相通，上环空流道d与上内壳体(8)上端近壁加工的环空流道、下端左半面近壁加工的3个直通环形孔(d)相通，上内壳体(8)的直通环形孔(d)依次向下与中内壳体的左半面的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(15)上端左半面的3个直通环形孔(d)、上部交叉流道体(16)中上段半扇形中空流道(e)、上部交叉流道体(16)下端3个直通环形孔(c)相通，上部交叉流道体(16)下端3个直通环形孔(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，由此组成原油液进入螺杆泵增压装置(35)增压前的通道。

所述中环流通道(g)向下依次与中内壳体(10)下端的3个直通环形孔(h)、下内壳体(12)的右半面的3个直通环形孔(h)、上部交叉流道体(16)上半部的3个直通环形孔(h)、上部交叉流道体(16)下端的大直通环形孔相通，上部交叉流道体(16)下端的大直通环形孔与双锥旋流器(17)的入口相通，由此组成增压后原油液进入油水分离旋流装置(36)的通道。

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

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)近壁的直流通道(k)相通。

所述上外油嘴(15)、下外油嘴(29)为外接式，易于更换。

所述上单螺杆泵(7)、下单螺杆泵(13)除了螺杆-衬套副的旋向不同以外其余结构参数均相同，并且在轴向上对称布置，排出口相对吸入口相背，在排出口端用挠性轴联接两个螺杆转子。进行井下油水分离作业时，具有相同转速的两单螺杆泵对油液加压时，水力载荷产生的轴向力大小几乎一样，方向相反，二者可以相互抵消，这使得整个抽油杆几乎只受到径向剪切力的作用(除去自身重力的影响)，从而使得抽油杆的泵挂深度可以更深。

如图2所示，工作流程为：流动过程为来自采油层的高含水原油液经过充满于套管(1)、上油管(3)、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，高含水原油液一部分经过上部交叉流道体(16)的流道e，经下单螺杆泵(13)增压后进入中环空流道g，高含水原油液另一部分经过下内壳体(12)的流道d、中内壳体的流道d、上环空流道d、折返流道体(5)的流道d，进入折返流道体(5)中空流道(f)，经上单螺杆泵(7)增压后进入中环空流道g，上下单螺杆泵(7、13)增压后的高含水原油液在中环空流道g混合后，经中内壳体(10)流道g、下内壳体(12)流道h、上部交叉流道体(16)流道h，进入双锥旋流器(17)容腔i进行油水分离处理，分离出的溢流液经上外油嘴(15)溢流流道j，然后经过三通接头(14)流道o混合后，进入旁通管(2)举升至地面，底流混合液经中部交叉流道体(22)的流道k，进入单锥旋流器(23)的容腔i进行进一步分离，分离出的溢流液经下外油嘴(29)溢流流道m进入旁通管(2)流道n，然后经过三通接头(14)流道o混合后，进入旁通管(2)举升至地面，分离出的底流混合液经下油管(28)流道p，然后经单向阀(31)、打压球座(32)、筛管(33)、丝堵(34)的流道q注入到注水层，完成井下油水分离和同井注水过程。

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。