一種井下直驅(qū)煤層氣排采設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種井下直驅(qū)煤層氣排采設(shè)備，屬于采礦【技術(shù)領(lǐng)域】，它包括套管、電機、電機保護器、扶正軸承組件、螺桿泵、專用連接器、專用軸向力承載機構(gòu)和油管，所述電機布置在井筒底部，電機輸出軸通過電機保護器、扶正軸承組件與螺桿泵轉(zhuǎn)子輸入端連接，所述螺桿泵轉(zhuǎn)子輸出端與專用軸向力承載機構(gòu)連接，所述專用連接器由內(nèi)軸和外殼組成，它將螺桿泵定子和專用軸向力承載機構(gòu)連接起來，所述油管連接在專用井口與專用軸向力承載機構(gòu)之間，所述套管嵌裝在井筒內(nèi)壁上，上述各組成元件均套裝在套管的內(nèi)部。本實用新型填補了國內(nèi)在煤層氣大斜度井和水平井排采技術(shù)方面的空白，與地面排采方式相比，實現(xiàn)了采氣量的成倍增加，同時減少了排采設(shè)備的地面占用面積。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種煤層氣排采設(shè)備，尤其是一種井下直驅(qū)煤層氣專用排采設(shè) 備，屬于采礦【技術(shù)領(lǐng)域】。 一種井下直驅(qū)煤層氣排采設(shè)備

【背景技術(shù)】
[0002] 煤層氣(俗稱瓦斯)，一種新型潔凈能源，它是一種與煤伴生并以吸附狀態(tài)自生自 儲于煤層中的非常規(guī)天然氣?，F(xiàn)階段煤層氣的開采一般遵循"排水-降壓-采氣"的采集 機理進行，也就是通過機械設(shè)備將煤層中的水排出以降低井下壓力，使吸附在煤基質(zhì)孔隙 內(nèi)表面的煤層氣被解吸出來，并通過擴散和流動兩種不同的方式運移到井筒，這樣不僅使 煤層氣這一潔凈能源得到利用，而且在后期煤炭開采作業(yè)時，會大大減少瓦斯爆炸事故發(fā) 生的幾率。
[0003] 目前國內(nèi)普遍采用的煤層氣排采設(shè)備為抽油機和地面驅(qū)動采油螺桿泵，二者都屬 于地面驅(qū)動排采設(shè)備，通常用于直井和小斜度井(井斜< 50° )排采生產(chǎn)方式；對于大斜度 井(井斜> 50° )排采方式來講，傳統(tǒng)的抽油機和地面驅(qū)動螺桿泵普遍存在抽油桿和油管磨 損嚴重問題，在較短時間內(nèi)抽油桿就會磨斷，發(fā)生故障率極高；而針對多分支水平井排采方 式，傳統(tǒng)的抽油機和地面驅(qū)動螺桿泵則完全無能為力。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種能解決傳統(tǒng)的抽油機和地 面驅(qū)動螺桿泵桿管磨損及井斜度大排采困難的問題、適用于多分支水平井和大斜度井排采 方式的井下直驅(qū)煤層氣排采設(shè)備。
[0005] 本實用新型所述問題是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0006] -種井下直驅(qū)煤層氣排采設(shè)備，它與地面控制系統(tǒng)及專用井口配合完成煤層氣的 排采作業(yè)，它包括套管、電機、電機保護器、扶正軸承組件、螺桿泵、專用連接器、專用軸向力 承載機構(gòu)和油管，所述電機布置在井筒底部，電機通過電纜與地面控制系統(tǒng)連接，電機輸出 軸通過電機保護器、扶正軸承組件與螺桿泵轉(zhuǎn)子輸入端連接，所述螺桿泵轉(zhuǎn)子輸出端與專 用軸向力承載機構(gòu)連接，所述專用連接器由內(nèi)軸和外殼組成，它將螺桿泵定子和專用軸向 力承載機構(gòu)連接起來，所述油管連接在專用井口與專用軸向力承載機構(gòu)之間，所述套管嵌 裝在井筒內(nèi)壁上，電機、電機保護器、扶正軸承組件、螺桿泵、專用連接器、專用軸向力承載 機構(gòu)和油管均套裝在套管的內(nèi)部。
[0007] 上述井下直驅(qū)煤層氣排采設(shè)備，所述專用軸向力承載機構(gòu)包括專用軸向力承載機 構(gòu)殼體、承重軸承組件、空心傳動軸和專用軸向力承載機構(gòu)機械密封單元，所述專用軸向力 承載機構(gòu)殼體一端與油管連接，另一端與專用連接器的外殼連接，所述空心傳動軸布置在 專用軸向力承載機構(gòu)殼體內(nèi)部，它與螺桿泵轉(zhuǎn)子輸出端連接，在專用軸向力承載機構(gòu)殼體 與空心傳動軸之間設(shè)置承重軸承組件和專用軸向力承載機構(gòu)機械密封單元。
[0008] 上述井下直驅(qū)煤層氣排采設(shè)備，所述扶正軸承組件包括花鍵套、扶正軸承組件機 械密封單元、扶正軸承、扶正軸承組件殼體、傳動軸和連接座,所述扶正軸承組件殼體一端 與螺桿泵的進液管連接，另一端通過連接座與電機保護器連接，所述傳動軸布置在扶正軸 承組件殼體內(nèi)部，在其輸出端設(shè)置與螺桿泵轉(zhuǎn)子輸入端裝配的花鍵套，其輸入端通過電機 保護器與電機輸出軸連接，在扶正軸承組件殼體與傳動軸之間設(shè)置扶正軸承和扶正軸承組 件機械密封單元。
[0009] 上述井下直驅(qū)煤層氣排采設(shè)備，所述螺桿泵為左旋螺桿泵結(jié)構(gòu)。
[0010] 上述井下直驅(qū)煤層氣排采設(shè)備，所述電機為低速大扭矩電機。
[0011]本實用新型為一種適用于多分支水平井和大斜度井排采方式的煤層氣專用井下 直驅(qū)排采設(shè)備，它通過布置在井筒底部的電機驅(qū)動螺桿泵運轉(zhuǎn)，并在螺桿泵輸出端設(shè)置了 專用軸向力承載機構(gòu)，由承重軸承組件來承擔(dān)螺桿泵轉(zhuǎn)子傳遞的軸向拉力，并通過專用軸 向力承載機構(gòu)殼體、專用連接器將軸向拉力傳遞給螺桿泵的定子，因此避免了螺桿泵巨大 的軸向力對電機造成的損壞；本實用新型在電機保護器和螺桿泵之間設(shè)置了扶正軸承組 件，用以將電機的扭矩傳遞到螺桿泵上，因此解決了螺桿泵轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)過程中的偏心問題， 保證了電機動力能夠平穩(wěn)地傳遞到螺桿泵轉(zhuǎn)子上；本實用新型采用左旋螺桿泵結(jié)構(gòu)，它與 右旋油管配合，有效地避免了傳統(tǒng)右旋螺桿泵轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)過程中油管脫扣現(xiàn)象的發(fā)生，這 樣就不需在螺桿泵定子上設(shè)置錨定器，減少了零部件數(shù)量，降低了設(shè)備采購及維護成本；本 實用新型采用低速大扭矩電機作為動力源，具有優(yōu)異的低速大扭矩特性，能很好地解決螺 桿泵停泵后啟動困難的問題。總之，本實用新型填補了國內(nèi)在煤層氣大斜度井和多分支水 平井排采技術(shù)方面的空白，經(jīng)現(xiàn)場使用取得了很好的效果，與地面排采方式相比，實現(xiàn)了采 氣量的成倍增加，而且減少了排采設(shè)備的地面占用面積。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0013] 圖1是本實用新型總體布置示意圖；
[0014] 圖2是專用軸向力承載機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖3是專用軸向力承載機構(gòu)、專用連接器、螺桿泵裝配關(guān)系示意圖；
[0016] 圖4是扶正軸承組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖5是螺桿泵、扶正軸承組件、電機保護器及電機裝配關(guān)系示意圖；
[0018] 圖6是本實用新型的排水路線示意圖。
[0019] 圖中各標(biāo)號清單為：1、電機，2、套管，3、電機保護器，4、扶正軸承組件，4-1、花鍵 套，4-2、扶正軸承組件機械密封單元，4-3、扶正軸承，4-4、扶正軸承組件殼體，4-5、傳動軸， 4-6、連接座，5、螺桿泵，5-1、轉(zhuǎn)子，5-2、定子，5-3、進液管，6、專用連接器，6-1、內(nèi)軸，6-2、夕卜 殼，7、專用軸向力承載機構(gòu)，7-1、專用軸向力承載機構(gòu)殼體，7-2、承重軸承組件，7-3、空心 傳動軸，7-4、專用軸向力承載機構(gòu)機械密封單元，8、油管，9、專用井口，10、電纜，11、地面控 制系統(tǒng)。

【具體實施方式】
[0020] 參看圖1、圖3,本實用新型與地面控制系統(tǒng)11及專用井口 9配合完成煤層氣的排 采作業(yè)，它包括套管2、電機1、電機保護器3、扶正軸承組件4、螺桿泵5、專用連接器6、專用 軸向力承載機構(gòu)7和油管8,所述電機1布置在井筒底部，電機1通過電纜10與地面控制系 統(tǒng)11連接，電機輸出軸通過電機保護器3、扶正軸承組件4與螺桿泵5的轉(zhuǎn)子5-1輸入端連 接，所述轉(zhuǎn)子5-1的輸出端與專用軸向力承載機構(gòu)7連接，所述專用連接器6由內(nèi)軸6-1和 外殼6-2組成，它將螺桿泵的定子5-2和專用軸向力承載機構(gòu)7連接起來，所述油管8連接 在專用井口 9與專用軸向力承載機構(gòu)7之間，所述套管2嵌裝在井筒內(nèi)壁上，電機1、電機保 護器3、扶正軸承組件4、螺桿泵5、專用連接器6、專用軸向力承載機構(gòu)7和油管8均套裝在 套管2的內(nèi)部。
[0021] 參看圖1、圖2、圖3,本實用新型的專用軸向力承載機構(gòu)7包括專用軸向力承載機 構(gòu)殼體7-1、承重軸承組件7-2、空心傳動軸7-3和專用軸向力承載機構(gòu)機械密封單元7-4， 所述專用軸向力承載機構(gòu)殼體7-1 -端與油管8連接，另一端與專用連接器6的外殼6-2連 接，所述空心傳動軸7-3布置在專用軸向力承載機構(gòu)殼體7-1內(nèi)部，它與螺桿泵的轉(zhuǎn)子5-1 輸出端連接，在專用軸向力承載機構(gòu)殼體7-1與空心傳動軸7-3之間設(shè)置承重軸承組件7-2 和專用軸向力承載機構(gòu)機械密封單元7-4。
[0022] 參看圖1、圖4、圖5,本實用新型的扶正軸承組件4包括花鍵套4-1、扶正軸承組件 機械密封單元4-2、扶正軸承4-3、扶正軸承組件殼體4-4、傳動軸4-5和連接座4-6,所述扶 正軸承組件殼體4-4 一端與螺桿泵5的進液管5-3連接，另一端通過連接座4-6與電機保護 器3連接，所述傳動軸4-5布置在扶正軸承組件殼體4-4內(nèi)部，在其輸出端設(shè)置與螺桿泵轉(zhuǎn) 子5-1輸入端裝配的花鍵套4-1，其輸入端通過電機保護器3與電機1輸出軸連接，在扶正 軸承組件殼體4-4與傳動軸4-5之間設(shè)置扶正軸承4-3和扶正軸承組件機械密封單元4-2。
[0023] 參看圖1?圖5,圖中所示為本實用新型在多分支水平井排采方式下的具體實施 例，它通過布置在井筒底部的電機1驅(qū)動螺桿泵5運轉(zhuǎn)，并在螺桿泵的轉(zhuǎn)子5-1輸出端設(shè)置 了專用軸向力承載機構(gòu)7,由承重軸承組件7-2來承擔(dān)螺桿泵轉(zhuǎn)子5-1傳遞的軸向拉力F， 并通過專用軸向力承載機構(gòu)殼體7-1、專用連接器6的外殼6-2將軸向拉力F傳遞給螺桿泵 的定子5-2,因此避免了螺桿泵轉(zhuǎn)子5-1巨大的軸向力對電機1造成的損壞；本實用新型在 電機保護器3和螺桿泵5之間設(shè)置了扶正軸承組件4,用以將電機1的扭矩傳遞到螺桿泵 5上，因此解決了螺桿泵轉(zhuǎn)子5-1在運轉(zhuǎn)過程中的偏心問題，保證了電機動力能夠平穩(wěn)地傳 遞到螺桿泵轉(zhuǎn)子5-1上；本實用新型采用左旋螺桿泵結(jié)構(gòu)，它與通過右旋螺紋結(jié)構(gòu)連接的 油管8配合，有效地避免了傳統(tǒng)右旋螺桿泵在運轉(zhuǎn)過程中油管8脫扣現(xiàn)象的發(fā)生，這樣就不 需在螺桿泵定子5-2上設(shè)置錨定器，避免了因煤粉沉積、錨定器堵塞造成的起下泵困難問 題，既減少了零部件數(shù)量，又降低了設(shè)備采購及維護成本；本實用新型采用低速大扭矩電機 作為動力源，優(yōu)選電機電壓為380V，運行轉(zhuǎn)速為20-200r/min，電機外徑102mm，它既能滿足 在多分支水平井5 1/2套管中順利啟下泵組要求，又具有優(yōu)異的低速大扭矩特性，能很好 地解決螺桿泵5停泵后啟動困難的問題。
[0024] 參看圖1、圖5、圖6,本實用新型的工作過程為：電機1在地面控制系統(tǒng)11控制下 運轉(zhuǎn)，其輸出軸通過電機保護器、扶正軸承組件4帶動螺桿泵5的轉(zhuǎn)子5-1在定子5-2內(nèi)腔 中轉(zhuǎn)動，將由螺桿泵進液管5-3進入到螺桿泵5中的水推入專用軸向力承載機構(gòu)7中，然后 水流由空心傳動軸7-3內(nèi)腔進入油管8中，再由油管8經(jīng)專用井口 9抽排到地面上來。
【權(quán)利要求】
1. 一種井下直驅(qū)煤層氣排采設(shè)備，它與地面控制系統(tǒng)（11)及專用井口（9)配合完成煤 層氣的排采作業(yè)，其特征是，它包括套管（2)、電機（1)、電機保護器（3)、扶正軸承組件（4)、 螺桿泵（5)、專用連接器（6)、專用軸向力承載機構(gòu)（7)和油管（8)，所述電機（1)布置在井筒 底部，電機（1)通過電纜（10)與地面控制系統(tǒng)（11)連接，電機輸出軸通過電機保護器（3)、 扶正軸承組件（4)與螺桿泵（5)的轉(zhuǎn)子（5-1)輸入端連接，所述轉(zhuǎn)子（5-1)的輸出端與專用 軸向力承載機構(gòu)（7)連接，所述專用連接器（6)由內(nèi)軸（6-1)和外殼（6-2)組成，它將螺桿 泵的定子（5-2 )和專用軸向力承載機構(gòu)（7 )連接起來，所述油管（8 )連接在專用井口（ 9 )與 專用軸向力承載機構(gòu)（7)之間，所述套管（2)嵌裝在井筒內(nèi)壁上，電機（1)、電機保護器（3)、 扶正軸承組件（4)、螺桿泵（5)、專用連接器（6)、專用軸向力承載機構(gòu)（7)和油管（8)均套裝 在套管（2)的內(nèi)部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種井下直驅(qū)煤層氣排采設(shè)備，其特征是，所述專用軸向力 承載機構(gòu)（7 )包括專用軸向力承載機構(gòu)殼體（7-1 )、承重軸承組件（7-2 )、空心傳動軸（7-3 ) 和專用軸向力承載機構(gòu)機械密封單元（7-4)，所述專用軸向力承載機構(gòu)殼體（7-1) -端與 油管（8)連接，另一端與專用連接器（6)的外殼（6-2)連接，所述空心傳動軸（7-3)布置在 專用軸向力承載機構(gòu)殼體（7-1)內(nèi)部，它與螺桿泵的轉(zhuǎn)子（5-1)輸出端連接，在專用軸向力 承載機構(gòu)殼體（7-1)與空心傳動軸（7-3)之間設(shè)置承重軸承組件（7-2)和專用軸向力承載 機構(gòu)機械密封單元（7-4)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種井下直驅(qū)煤層氣排采設(shè)備，其特征是，所述扶正軸承組 件（4)包括花鍵套（4-1 )、扶正軸承組件機械密封單元（4-2 )、扶正軸承（4-3 )、扶正軸承組 件殼體（4-4)、傳動軸（4-5)和連接座（4-6)，所述扶正軸承組件殼體（4-4) 一端與螺桿泵 (5)的進液管（5-3)連接，另一端通過連接座（4-6)與電機保護器（3)連接，所述傳動軸 (4-5 )布置在扶正軸承組件殼體（4-4 )內(nèi)部，在其輸出端設(shè)置與螺桿泵轉(zhuǎn)子（5-1)輸入端裝 配的花鍵套（4-1)，其輸入端通過電機保護器（3)與電機（1)輸出軸連接，在扶正軸承組件 殼體（4-4)與傳動軸（4-5)之間設(shè)置扶正軸承（4-3)和扶正軸承組件機械密封單元（4-2)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種井下直驅(qū)煤層氣排采設(shè)備，其特征是，所述螺桿泵（5)為 左旋螺桿泵結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種井下直驅(qū)煤層氣排采設(shè)備，其特征是，所述電機（1)為低 速大扭矩電機。
【文檔編號】E21B43/00GK203847075SQ201420161406
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】劉欣春, 尚友杰, 韓軍 申請人:唐山玉聯(lián)機電有限公司