煤层气井排采泵卡爪式螺旋齿对中装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种煤层气井排采泵卡爪式螺旋齿对中装置，应用于柱塞和泵筒的井下对中。该对中装置采用螺旋齿搅拌和卡爪式对接技术，有效防止低沉没度工况煤粉在柱塞和对中罩体上方发生沉积，并避免煤粉卡泵；对中罩体依据分层排列的射流喷嘴将排采泵抽吸的井液射入排采杆和排采管的环形空间，螺旋齿搅拌器经对中罩体实现上限位并由对中接箍实现下限位，对中基体与对中罩体和对接卡爪三位一体连接并保持同轴心布置，对接卡爪实现对中罩体和对中基体与对中接箍的井下快速对接，同时依据对中接箍和对中罩体与排采杆间的双柱面移动副而实现柱塞和排采杆与泵筒间的井下实时对中，且对中接箍完成柱塞上方井液的提速。

【技术实现步骤摘要】
煤层气井排采泵卡爪式螺旋齿对中装置
本专利技术涉及一种煤层气井排采泵作业柱塞和泵筒对中用的装置，特别是涉及一种采用螺旋齿搅拌和卡爪式对接技术的井下排采泵对中装置。
技术介绍
煤层气开采进入稳产阶段，井筒中的沉没度通常较低，井液自排采泵抽吸排出后，其所携带的煤粉容易沉积在柱塞上方的杆柱和管柱所构成的环形空间中，导致煤粉卡泵问题的出现。此外，排采泵在排水采气作业期间会遇到类似于柱塞和泵筒偏磨的问题，尤其是解决煤层气水平井和斜井中的柱塞和泵筒偏磨问题将具有重要的现实意义。目前解决煤层气井柱塞和泵筒偏磨的问题主要是采用增设抽油杆扶正器和油管扶正器的方式，而对煤层气井排采泵专用对中装置的研究则较少，常用的扶正器可以分为弹性扶正器、刚性扶正器和液压式扶正器。其中，弹性扶正器包含单弓形弹性扶正器和双弓形弹性扶正器，它是利用弹性元件的弹性变形产生较强的扶正力，从而使抽油杆和油管的居中度良好，然而单弓形弹性扶正器的弓高较小，且常用于直井或小斜度井中，双弓形弹性扶正器在入井过程中与管柱的摩阻较大，且弓形弹簧片容易刺刮管壁。刚性扶正器包括螺旋式刚性扶正器和滚柱式刚性扶正器，它具有低启动力、低下入力和高复位力的特点，然而刚性扶正器仅适用于狗腿度较小和井身结构较好的规则井中，且采用刚性扶正器过多时，会增加抽油杆和油管的刚性，而使抽油杆和油管下入困难，过少时则会影响到抽油杆和油管的居中度。液压式扶正器是运用机械和力学的相关理论知识，优化扶正片的数量和扶正片的间距，并在扶正器内部增加关闭套结构，该扶正器在现场施工中有一定的应用，然而与其他类型的扶正器相比，液压式扶正器的结构复杂，成本较高而且可控性较差，由此使得其应用受到了限制。
技术实现思路
为了有效解决煤层气井排采泵中柱塞和泵筒的对中问题并克服现有扶正器存在的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供一种煤层气井柱塞和泵筒偏磨以及低沉没度工况用的卡爪式螺旋齿对中装置。该对中装置采用螺旋齿搅拌和卡爪式对接技术，实现煤层气井排采泵中柱塞和泵筒的井下实时对中，有效防止低沉没度工况煤粉在柱塞上方和对中罩体上方发生沉积，并避免煤粉卡泵。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种煤层气井排采泵卡爪式螺旋齿对中装置，该对中装置主要由对中罩体、螺旋齿搅拌器、对中基体、对接卡爪和对中接箍组成。该对中装置整体呈现轴对称盒体，它通过对中接箍而接于排采管的底端，同时排采杆依次贯穿对中罩体、螺旋齿搅拌器和对中接箍并与排采泵的柱塞相连，依据对中罩体和对中接箍与排采杆间的双柱面移动副而实现柱塞和排采杆与泵筒间的井下实时对中，对中罩体、对中基体、对接卡爪和对中接箍由上而下依次同轴心布置，螺旋齿搅拌器置入对中基体并经由对中罩体和对中接箍而实现双向限位。对中罩体依据分层排列的射流喷嘴将排采泵抽吸的井液射入排采杆和排采管的环形空间，可有效防止低沉没度工况煤粉在对中罩壳上方发生沉积，它包括对中罩壳和射流喷嘴。对中罩壳采用钵式壳体，其顶部中央部位钻有与对中罩体同轴心的柱形孔道，对中罩壳的柱形孔道与排采杆的外环面之间精密配合而构成柱面移动副。对中罩壳的壳体上钻有分层排列的射流孔，各层射流孔沿周向均匀分布，各层射流孔倾斜放置且其轴线与水平面间的夹角沿轴向自下而上依次增大，位于顶层射流孔的轴线与对中罩体的轴线之间保持平行，各射流孔采用阶梯回转面且内粗外细，各射流孔分别内衬有射流喷嘴。射流喷嘴采用等厚薄壁筒，各射流喷嘴的规格和结构相同，射流喷嘴由对中罩壳内部往外依次设为锥状筒体和柱状筒体，射流喷嘴的锥状筒体和柱状筒体采用同轴心布置，射流喷嘴的锥状筒体采用内粗外细的构造，射流喷嘴锥状筒体内壁所在锥面的小端圆面直径等于其柱状筒体内壁所在柱面的直径，且射流喷嘴的锥状筒体内壁与其柱状筒体内壁结合处采用流线型曲面进行过渡，由此对中罩体内的井液经由各射流喷嘴增压后射入排采杆和排采管的环形空间。螺旋齿搅拌器采用螺旋齿搅拌技术，有效防止低沉没度工况煤粉在柱塞上方发生沉积，且螺旋齿搅拌器的顶端经对中罩体实现上限位而其底端则由对中接箍实现下限位，它包括螺旋齿和搅拌基管。搅拌基管采用长管体，其环腔内壁与排采杆的外环面之间采用间隙配合，搅拌基管的外环面由上而下依次设有锥状防涡面、柱状环面和倒锥状导流面，搅拌基管的柱状环面上沿周向均布有螺旋齿，搅拌基管的倒锥状导流面用来将井液顺利导入螺旋齿间的齿槽内，且搅拌基管的锥状防涡面用来将搅拌后的井液由螺旋齿的齿槽顺利导入对中罩体内，并避免井液产生涡流，搅拌基管的锥状防涡面所在锥面的锥度大于其倒锥状导流面所在锥面的锥度，同时搅拌基管的锥状防涡面所在锥面的小端圆面直径等于其倒锥状导流面所在锥面的小端圆面直径。螺旋齿的表面需进行镀镍磷处理，螺旋齿的齿线为沿搅拌基管的柱状环面展开的螺旋线，螺旋齿齿线的展开线与搅拌基管的轴线间的夹角为齿线角，螺旋齿的齿线角随排采泵抽吸井液黏度的减小而增大。螺旋齿在垂直于齿线的法面端面呈等腰梯形，且螺旋齿法面端面的宽面朝外而其窄面朝里，以保证螺旋齿良好的搅拌性能；螺旋齿法面端面的高度沿齿线先是逐渐增大而后保持不变，并在齿线的末端逐渐减小，同时螺旋齿的齿顶面整体呈现环面，且螺旋齿齿顶面所在的环面由上而下依次为锥状环面、柱状环面和倒锥状环面，螺旋齿的锥状环面和倒锥状环面分别与搅拌基管的锥状防涡面和倒锥状导流面相对应，由此井液与螺旋齿的接触面积先是由小变大以便形成稳定的液膜，充分搅拌后井液与螺旋齿的接触面积逐渐变小并被顺利导出螺旋齿的齿槽。对中基体采用柱形盒体，它与对中罩体和对接卡爪三位一体连接并保持同轴心布置，它包括对中基管、对中压盖、对中短节和上○形环。对中基管采用长管体，其环腔内壁的直径大于螺旋齿柱状环面所在柱面的直径，对中基管的外环面采用阶梯轴，对中基管的两端通过密封性管螺纹分别与对中罩壳和对中衬套相连接。对中基管外环面的中部由上而下依次设置柱状卡环、柱状滑移面和齿形压环，对中基管的柱状卡环通过轴肩实现对中压盖的轴向定位，对中基管的柱状滑移面上铣有环形沟槽，对中基管的环形沟槽分层排列且其内配置上○形环，由此实现对中基管与对中短节间的密封，对中基管齿形压环的压合面采用锯齿状环齿，且齿形压环的内外环面均采用柱面。对中压盖采用厚壁筒体，其中央部位钻有柱形孔眼，对中压盖的柱形孔眼与对中基管的柱状卡环之间采用间隙配合，对中压盖的外环面直径大于对中罩壳的外环面直径且小于排采管的内径。对中短节采用长管体，其两端通过密封性管螺纹分别与对中压盖和卡爪体相连接，对中短节的环腔内壁与对中基管的柱状滑移面之间精密配合而构成柱面移动副。对接卡爪采用卡爪式对接技术，实现对中罩体和对中基体与对中接箍的井下快速对接，它包括卡爪体、对中衬套、L形密封环和下○形环。卡爪体的外环面沿轴向由上而下依次设有柱状滑移面、环形凹沟和锥状卡爪，卡爪体的柱状滑移面上铣有环形沟槽，卡爪体的环形沟槽分层排列且其内配置下○形环，由此实现对接卡爪与对中接箍间的密封，卡爪体的柱状滑移面与对中接箍的环腔内壁之间精密配合而构成柱面移动副；卡爪体的环形凹沟内配置对中接箍的锥状卡环，实现对接卡爪的轴向定位；卡爪体的锥状卡爪采用沿周向均布的单体，各锥状卡爪两侧的端面为平面，且各锥状卡爪两侧的端面均相交于对接卡爪的轴线，各锥状卡爪的上下两端设置锥状卡箍，锥状卡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤层气井排采泵卡爪式螺旋齿对中装置，依据对中罩体和对中接箍与排采杆间的双柱面移动副而实现柱塞和排采杆与泵筒间的井下实时对中，对中罩体、对中基体、对接卡爪和对中接箍由上而下依次同轴心布置，螺旋齿搅拌器置入对中基体并经由对中罩体和对中接箍而实现双向限位，其特征在于：一对中罩体；所述对中罩体依据分层排列的射流喷嘴将排采泵抽吸的井液射入排采杆和排采管的环形空间，对中罩壳采用钵式壳体，其顶部中央部位钻有与对中罩体同轴心的柱形孔道，对中罩壳的壳体上钻有分层排列的射流孔，各射流孔分别内衬有射流喷嘴；射流喷嘴采用等厚薄壁筒，射流喷嘴由对中罩壳内部往外依次设为锥状筒体和柱状筒体，射流喷嘴的锥状筒体采用内粗外细的构造；一螺旋齿搅拌器；所述螺旋齿搅拌器采用螺旋齿搅拌技术，有效防止低沉没度工况煤粉在柱塞上方发生沉积，搅拌基管采用长管体，其外环面由上而下依次设有锥状防涡面、柱状环面和倒锥状导流面，搅拌基管的柱状环面上沿周向均布有螺旋齿；螺旋齿的齿线为沿搅拌基管的柱状环面展开的螺旋线，螺旋齿在垂直于齿线的法面端面呈等腰梯形，螺旋齿的齿顶面整体呈现环面，且其齿顶面所在的环面由上而下依次为锥状环面、柱状环面和倒锥状环面；一对中基体；所述对中基体采用柱形盒体，对中基管采用长管体，其外环面采用阶梯轴，对中基管外环面的中部由上而下依次设置柱状卡环、柱状滑移面和齿形压环，对中基管的柱状滑移面上铣有环形沟槽且其内配置上○形环，对中基管齿形压环的压合面采用锯齿状环齿；对中压盖采用厚壁筒体，其中央部位钻有柱形孔眼，对中短节采用长管体；一对接卡爪；所述对接卡爪采用卡爪式对接技术，卡爪体的外环面沿轴向由上而下依次设有柱状滑移面、环形凹沟和锥状卡爪，卡爪体的柱状滑移面上铣有环形沟槽且其内配置下○形环，卡爪体的环形凹沟内配置对中接箍的锥状卡环，卡爪体的锥状卡爪采用沿周向均布的单体，各锥状卡爪的上下两端设置锥状卡箍，卡爪体的环腔内壁设有定位板；对中衬套采用厚壁筒体，对中衬套的柱形流道直径与卡爪体的柱形流道直径相等，对中衬套的上端面采用锯齿状环齿，对中衬套的锯齿状环齿与对中基管的锯齿状环齿沿轴向对称布置所形成的环形空腔内配置L形密封环，L形密封环的截面呈L形，上○形环和下○形环的截面均呈圆形；一对中接箍；所述对中接箍采用厚壁筒体，其环腔内壁的顶端设有楔形坡口，对中接箍的楔形坡口与卡爪体下端的锥状卡箍相配合，对中接箍环腔内壁的中部沿轴向由上而下依次设有锥状卡环、环形凹沟和截流板，对中接箍的环形凹沟内配置卡爪体的锥状卡爪，对中接箍截流板的中央部位钻有柱形孔道，对中接箍截流板的外缘设有沿周向均布的提速流道。...

【技术特征摘要】
1.一种煤层气井排采泵卡爪式螺旋齿对中装置，依据对中罩体和对中接箍与排采杆间的双柱面移动副而实现柱塞和排采杆与泵筒间的井下实时对中，对中罩体、对中基体、对接卡爪和对中接箍由上而下依次同轴心布置，螺旋齿搅拌器置入对中基体并经由对中罩体和对中接箍而实现双向限位，其特征在于：一对中罩体；所述对中罩体依据分层排列的射流喷嘴将排采泵抽吸的井液射入排采杆和排采管的环形空间，对中罩壳采用钵式壳体，其顶部中央部位钻有与对中罩体同轴心的柱形孔道，对中罩壳的壳体上钻有分层排列的射流孔，各射流孔分别内衬有射流喷嘴；射流喷嘴采用等厚薄壁筒，射流喷嘴由对中罩壳内部往外依次设为锥状筒体和柱状筒体，射流喷嘴的锥状筒体采用内粗外细的构造；一螺旋齿搅拌器；所述螺旋齿搅拌器采用螺旋齿搅拌技术，有效防止低沉没度工况煤粉在柱塞上方发生沉积，搅拌基管采用长管体，其外环面由上而下依次设有锥状防涡面、柱状环面和倒锥状导流面，搅拌基管的柱状环面上沿周向均布有螺旋齿；螺旋齿的齿线为沿搅拌基管的柱状环面展开的螺旋线，螺旋齿在垂直于齿线的法面端面呈等腰梯形，螺旋齿的齿顶面整体呈现环面，且其齿顶面所在的环面由上而下依次为锥状环面、柱状环面和倒锥状环面；一对中基体；所述对中基体采用柱形盒体，对中基管采用长管体，其外环面采用阶梯轴，对中基管外环面的中部由上而下依次设置柱状卡环、柱状滑移面和齿形压环，对中基管的柱状滑移面上铣有环形沟槽且其内配置上○形环，对中基管齿形压环的压合面采用锯齿状环齿；对中压盖采用厚壁筒体，其中央部位钻有柱形孔眼，对中短节采用长管体；一对接卡爪；所述对接卡爪采用卡爪式对接技术，卡爪体的外环面沿轴向由上而下依次设有柱状滑移面、环形凹沟和锥状卡爪，卡爪体的柱状滑移面上铣有环形沟槽且其内配置下○形环，卡爪体的环形凹沟内配置对中接箍的锥状卡环，卡爪体的锥状卡爪采用沿周向均布的单体，各锥状卡爪的上下两端设置锥状卡箍，卡爪体的环腔内壁设有定位板；对中衬套采用厚壁筒体，对中衬套的柱形流道直径与卡爪体的柱形流道直径相等，对中衬套的上端面采用锯齿状环齿，对中衬套的锯齿状环齿与对中基管的锯齿状环齿沿轴向对称布置所形成的环形空腔内配置L形密封环，L形密封环的截面呈L形，上○形环和下○形环的截面均呈圆形；一对中接箍；所述对中接箍采用厚壁筒体，其环腔内壁的顶端设有楔形坡口，对中接箍的楔形坡口与卡爪体下端的锥状卡箍相配合，对中接箍环腔内壁的中部沿轴向由上而下依次设有锥状卡环、环形凹沟和截流板，对中接箍的环形凹沟内配置卡爪体的锥状卡爪，对中接箍截流板的中央部位钻有柱形孔道，对中接箍截流板的外缘设有沿周向均布的提速流道。2.根据权利要求1所述的煤层气井排采泵卡爪式螺旋齿对中装置，其特征在于：所述煤层气井排采泵卡爪式螺旋齿对中装置整体呈现轴对称盒体，它通过对中接箍而接于排采管的底端，同时排采杆依次贯穿对中罩体、螺旋齿搅拌器和对中接箍并与排采泵的柱塞相连。3.根据权利要求1所述的煤层气井排采泵卡爪式螺旋齿对中装置，其特征在于：所述对中罩体可有效防止低沉没度工况煤粉在对中罩壳上方发生沉积，对中罩壳的柱形孔道与排采杆的外环面之间精密配合而构成柱面移动副，对中罩壳的各层射流孔沿周向均匀分布，各层射流孔倾斜放置且其轴线与水平面间的夹角沿轴向自下而上依次增大，位于顶层射流孔的轴线与对中罩体的轴线之间保持平行，各射流孔采用阶梯回转面且内粗外细；所述对中罩体的各射流喷嘴的规格和结构相同，射流喷嘴的锥状筒体和柱状筒体采用同轴心布置，射流喷嘴锥状筒体内壁所在锥面的小端圆面直径等于其柱状筒体内壁所在柱面的直径，且射流喷嘴的锥状筒体内壁与其柱状筒体内壁结合处采用流线型曲面进行过渡，由此对中罩体内的井液经由各射流喷嘴增压后射入排采杆和排采管的环形空间。4.根据权利要求1所述的煤层气井排采泵卡爪式螺旋齿对中装置，其特征在于：所述螺旋齿搅拌器的顶端经对中罩体实现上限位而其底端则由对中接箍实现下限位，搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新福，吴建军，刘国强，李博，周超，何鸿铭，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37