專利名稱：用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種多相混輸泵，尤其涉及一種用于海上油田的水下立式油氣多相
混輸泵。
背景技術(shù)：
在國內(nèi)外油田中，油氣集輸?shù)某Ｓ梅椒ǘ嗍窍葘ζ溥M(jìn)行油氣分離，然后對液體和 氣體分別進(jìn)行單相輸送。這就需要一整套油氣集輸系統(tǒng)，包括分離設(shè)備以及分別獨(dú)立的 氣、液輸送管道。 但是，隨著油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域的擴(kuò)大，一些開采條件比較惡劣的油田相繼發(fā)現(xiàn)，特 別是在海洋、沙漠和邊際油田的開發(fā)建設(shè)過程中，油氣集輸系統(tǒng)的建設(shè)投資和運(yùn)行管理費(fèi) 用要比常規(guī)的陸上油田開發(fā)高得多。為了使沙漠油田和海上油田的開發(fā)更加經(jīng)濟(jì)有效，采 用長距離油氣多相混輸技術(shù)，將油氣混輸至處理站統(tǒng)一處理，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，因而 以多相混輸泵為核心的油氣多相混輸技術(shù)受到國外石油公司的高度重視。
20世紀(jì)70年代初，古德里奇(Goodridge)首先提出了以多相泵為核心的多相混輸 技術(shù)的基本設(shè)計(jì)思想，即將未加處理的原油(石油、天然氣、水，有時還會有固體顆粒)通 過井口或管匯(安裝在陸上、淺海，或海底)輸送到處理站，而不需要分離其中各組分。
油氣多相混輸泵作為一項(xiàng)油田新技術(shù)，具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景。 該技術(shù)以一臺臥式多相混輸泵代替了液流泵與氣體壓縮機(jī)，省去了復(fù)雜的分離設(shè)備和輸送 管道。與傳統(tǒng)的油氣集輸系統(tǒng)相比，它具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、投資小等優(yōu)點(diǎn)，因而近年來 傾向于在近海油田、小儲量衛(wèi)星油田和沙漠油田的開發(fā)中使用。 然而，隨著大量海上油田的開發(fā)，特別是深海油田的不斷發(fā)現(xiàn)與開采，生產(chǎn)環(huán)境越 發(fā)惡劣，但產(chǎn)量要求卻在不斷提高，這就要求油氣多相混輸設(shè)備具有安裝工藝簡單、占地面 積小、增壓能力強(qiáng)、能夠適應(yīng)惡劣生產(chǎn)環(huán)境等特點(diǎn)。現(xiàn)有臥式多相混輸泵已不能滿足應(yīng)用要 求，具體表現(xiàn)在以下幾個方面 (1)現(xiàn)有臥式多相混輸泵的安裝工藝復(fù)雜，需要考慮泵體的水平性與運(yùn)行的平穩(wěn) 性，不便于撬裝化；需要定位的位置較多，在海底定位困難； (2)現(xiàn)有臥式多相混輸泵的控制系統(tǒng)、電機(jī)、循環(huán)冷卻潤滑裝置、緩沖均混器與混 輸泵體等各個部分都是分體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(即泵體、均混器、測控裝置和冷卻裝置等分別獨(dú) 立設(shè)置，再通過多個管路和線路相互連接在一起)，因此，占地面積大、安裝不便，不適用于 海上油田，特別是深海油田； (3)現(xiàn)有臥式多相混輸泵的占地面積會隨著級數(shù)的增多而大幅增加，給整體撬裝 化帶來不便，同時也限制了混輸泵通過增加級數(shù)來提高增壓效果這一方法的實(shí)行；
(4)現(xiàn)有臥式多相混輸泵的控制面板只適用于工作人員手工操作，并沒有配套的 R0V(水下機(jī)器人)操作面板； (5)現(xiàn)有臥式多相混輸泵及其配套輔助設(shè)備的外部結(jié)構(gòu)并沒有密封設(shè)計(jì)，無防水 功能，內(nèi)部各處密封裝置也不適用于水下運(yùn)行。
由此，為克服上述現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的缺陷，以使油氣多相混輸泵適應(yīng)更加惡劣的生產(chǎn)環(huán) 境，特別是適應(yīng)深海油田的水下生產(chǎn)系統(tǒng)，本發(fā)明對現(xiàn)有葉片式油氣混輸泵結(jié)構(gòu)和性能進(jìn) 行改進(jìn)，提出一種性能優(yōu)越、結(jié)構(gòu)緊湊、空間布局合理的用于海上油田的水下立式油氣多相 混輸泵。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵，該多相混 輸泵采用立式一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將多相流體預(yù)處理裝置、多相增壓裝置、動力裝置、測控裝 置及循環(huán)冷卻潤滑裝置有機(jī)地裝配在一體，以克服臥式油氣多相混輸泵不適用于海上油田 水下安裝與生產(chǎn)的缺點(diǎn)；并使該多相混輸泵具有安裝工藝簡單、占地面積小、增壓能力強(qiáng)、 適應(yīng)惡劣生產(chǎn)環(huán)境等特點(diǎn)。 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵，該 多相混輸泵包括豎直設(shè)置的多相流體預(yù)處理裝置，在多相流體預(yù)處理裝置內(nèi)部中央豎直設(shè) 置有多相增壓裝置，該多相增壓裝置上方聯(lián)接有動力裝置，該動力裝置周圍設(shè)有能與動力 裝置進(jìn)行熱交換的循環(huán)冷卻潤滑裝置；在動力裝置的一側(cè)還設(shè)有測控裝置；所述多相增壓 裝置由動力裝置提供動力，多相流體進(jìn)入多相流體預(yù)處理裝置的流體入口后改變流態(tài)，再 經(jīng)過多相增壓裝置增壓后由多相流體預(yù)處理裝置的流體出口輸出。 在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述多相流體預(yù)處理裝置由多相流體混合穩(wěn)流器 和入口導(dǎo)流錐兩部分組成；該多相流體混合穩(wěn)流器包括有多孔混合管、內(nèi)殼體和外殼體； 所述外殼體為上端開口的U形容器，所述內(nèi)殼體沿外殼體的軸向設(shè)置在外殼體的中央位 置，所述內(nèi)外殼體之間構(gòu)成環(huán)形空腔，所述流體入口設(shè)置在外殼體上并與環(huán)形空腔導(dǎo)通；所 述內(nèi)殼體為一貫通的管體，該內(nèi)殼體上部與外殼體上部構(gòu)成固定的密封連接部，所述流體 出口設(shè)置在該密封連接部并貫穿內(nèi)外殼體；所述多孔混合管由內(nèi)殼體下端套設(shè)于內(nèi)殼體上 并位于環(huán)形空腔中；該多孔混合管與內(nèi)殼體之間具有間隙，多孔混合管管壁設(shè)有多個透孔； 入口導(dǎo)流錐位于外殼體空腔底部中央，底面貼合于外殼體底部內(nèi)壁；導(dǎo)流錐上部呈錐臺狀， 導(dǎo)流錐頂部向下設(shè)有階梯孔。 在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述內(nèi)殼體下部形成內(nèi)徑漸縮的管口，該管口的
端緣為圓弧形；多孔混合管上端與內(nèi)殼體密封連接，多孔混合管底端向內(nèi)彎曲構(gòu)成弧形彎
曲部，該弧形彎曲部罩設(shè)于內(nèi)殼體底部管口的圓弧形端緣；導(dǎo)流錐中部側(cè)周面呈流線型并
分布有導(dǎo)流葉片，導(dǎo)流錐中部的側(cè)周面與多孔混合管下部彎曲處形成環(huán)形流道。 在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述多相增壓裝置由泵軸、多個葉輪、多個導(dǎo)葉和
多個分段式泵殼組成；所述泵軸穿設(shè)在多相流體混合穩(wěn)流器的內(nèi)殼體中，泵軸下端通過軸
承支撐在導(dǎo)流錐的階梯孔中，泵軸上端由軸承固定在內(nèi)殼體的上端口 ；一葉輪和一導(dǎo)葉裝
設(shè)在一個呈圓環(huán)形的分段式泵殼中構(gòu)成一增壓單元，所述多個增壓單元依序套裝在泵軸上
構(gòu)成所述多相增壓裝置；所述各葉輪固設(shè)在泵軸上并隨泵軸轉(zhuǎn)動；各導(dǎo)葉固設(shè)在泵殼上，
泵軸與各導(dǎo)葉輪轂之間設(shè)有滑動軸承；所述各分段式泵殼的內(nèi)壁與相應(yīng)葉輪之間留有間
隙；各分段式泵殼之間首尾相接并與多相流體混合穩(wěn)流器的內(nèi)殼體的內(nèi)壁固接。 在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，各葉輪設(shè)有一個以上螺旋式空間三維葉片，其厚
度由輪緣至輪轂逐漸加厚；葉輪輪轂剖面為梯形或雙曲邊梯形；各導(dǎo)葉設(shè)有一個以上的葉
5片。 在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述動力裝置包括水下防爆電機(jī)和罩設(shè)在電機(jī)外 側(cè)的電機(jī)罩；所述電機(jī)豎直設(shè)置，電機(jī)軸通過聯(lián)軸器與泵軸上端相連接；電機(jī)罩下端與多 相流體混合穩(wěn)流器外殼體上端密封連接；所述電機(jī)下部與多相流體混合穩(wěn)流器上端之間還 設(shè)有密封支撐件。 在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述電機(jī)罩上端向一側(cè)延伸設(shè)有一支架，所述測 控裝置固定在該支架上；所述測控裝置包括固定于支架上的檢測控制器及一水下機(jī)器人控 制面板，該水下機(jī)器人控制面板通過信號電纜與檢測控制器相連，檢測控制器通過電纜與 水下防爆電機(jī)相連。 在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述水下機(jī)器人控制面板上設(shè)有能由水下機(jī)器人 操縱的控制旋鈕。 在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述循環(huán)冷卻潤滑裝置包括繞設(shè)于電機(jī)罩外側(cè)的 冷卻管束，冷卻管束一端與電機(jī)罩下端設(shè)置的第一透孔導(dǎo)通，冷卻管束另一端與電機(jī)罩上 端設(shè)置的第二透孔導(dǎo)通；一個小型離心式葉輪設(shè)置在由密封支撐件構(gòu)成的一腔室中且固定 于泵軸上由泵軸帶動旋轉(zhuǎn)；所述第一透孔和第二透孔分別設(shè)有與所述腔室導(dǎo)通的槽道；所 述槽道、腔室和冷卻管束中裝設(shè)有冷卻潤滑液。 在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述槽道由電機(jī)與電機(jī)罩之間的間隙，及設(shè)置在 密封支撐件上的多個通孔構(gòu)成。 由上所述，本發(fā)明的多相混輸泵采用立式一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將多相流體預(yù)處理裝 置、多相增壓裝置、動力裝置、測控裝置及循環(huán)冷卻潤滑裝置有機(jī)地裝配在一體，可以避免 在水下對上述各部分進(jìn)行裝配而帶來的諸多不便，由于該多相混輸泵為一體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因 此，其性能更優(yōu)越、結(jié)構(gòu)更緊湊、空間布局更合理，具有安裝工藝簡單、占地面積小、增壓能 力強(qiáng)和適應(yīng)惡劣生產(chǎn)環(huán)境等特點(diǎn)。
以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其 中 圖1 :為本發(fā)明用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2A :為圖1中A部分的局部放大示意圖； 圖2B :為本發(fā)明多相增壓裝置中葉輪和導(dǎo)葉的立體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3A :為本發(fā)明中多相流體預(yù)處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中包括多相流體混合穩(wěn)
流器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3B :為本發(fā)明中多相流體混合穩(wěn)流器局部結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3C :為本發(fā)明中入口導(dǎo)流錐的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4 :為本發(fā)明中動力裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5A :為本發(fā)明中測控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5B :為本發(fā)明中測控裝置的R0V控制面板的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6A :為本發(fā)明中循環(huán)冷卻潤滑裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6B :為本發(fā)明中循環(huán)冷卻潤滑裝置的環(huán)繞式冷卻管束外部結(jié)構(gòu)示意 圖6C:為圖6A中B部分的局部放大圖；
圖6D :為圖6A中C部分的局部放大圖； 圖7 :為本發(fā)明用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵的工作原理圖。
具體實(shí)施例方式
為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照
本發(fā) 明的具體實(shí)施方式
。 如圖1所示，本發(fā)明提出一種用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵IOO，該多 相混輸泵100至少包括有多相增壓裝置1、多相流體預(yù)處理裝置2、動力裝置3、測控裝置4 和循環(huán)冷卻潤滑裝置5 ;所述多相流體預(yù)處理裝置2豎直地設(shè)置在整個油氣多相混輸泵100 的下部位置，在多相流體預(yù)處理裝置2的內(nèi)部中央位置豎直設(shè)置有所述多相增壓裝置l，該 多相增壓裝置1的上方聯(lián)接有動力裝置3，該動力裝置3周圍設(shè)置能與其進(jìn)行熱交換的循環(huán) 冷卻潤滑裝置5 ;測控裝置4設(shè)置在動力裝置3的一側(cè)邊；上述各部分之間以及各部分與外 界之間均具有完善的密封結(jié)構(gòu)。該多相增壓裝置l由動力裝置3提供動力，多相流體進(jìn)入 多相流體預(yù)處理裝置2的流體入口 2121后改變流態(tài)，使油氣均勻混合，再經(jīng)過多相增壓裝 置1增壓后由多相流體預(yù)處理裝置2的流體出口 2122輸出。該多相混輸泵100的運(yùn)行狀 態(tài)可由測控裝置4進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。 由上所述，本發(fā)明的多相混輸泵采用立式一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將多相流體預(yù)處理裝 置2、多相增壓裝置1、動力裝置3、測控裝置4及循環(huán)冷卻潤滑裝置5有機(jī)地裝配在一體，可 以避免在水下對上述各部分進(jìn)行裝配而帶來的諸多不便，由于該多相混輸泵為一體結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)，因此，其性能更優(yōu)越、結(jié)構(gòu)更緊湊、空間布局更合理，具有安裝工藝簡單、占地面積小、增 壓能力強(qiáng)和適應(yīng)惡劣生產(chǎn)環(huán)境等特點(diǎn)。 進(jìn)一步，如圖3A、圖3B和圖3C所示，在本實(shí)施方式中，所述多相流體預(yù)處理裝置2 由多相流體混合穩(wěn)流器21和入口導(dǎo)流錐22組成；多相流體混合穩(wěn)流器21又稱為均混器， 其包括有多孔混合管211、內(nèi)殼體213和外殼體212 ;所述外殼體212為上端開口的U形容 器，所述內(nèi)殼體213沿外殼體212的軸向設(shè)置在外殼體212的中央位置，所述內(nèi)、外殼體之 間構(gòu)成一環(huán)形空腔，所述流體入口 2121設(shè)置在外殼體212上并與環(huán)形空腔導(dǎo)通；所述內(nèi)殼 體213為一貫通的管體，該內(nèi)殼體213上部與外殼體212上部構(gòu)成固定的密封連接部，所述 流體出口 2122設(shè)置在該密封連接部并貫穿內(nèi)、外殼體；所述內(nèi)殼體213與下面所述的多相 增壓裝置1形成一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)殼體213的內(nèi)壁與下述的分段式泵殼13固接；所述多 孔混合管211由內(nèi)殼體213下端套設(shè)于內(nèi)殼體上并位于環(huán)形空腔中央；該多孔混合管211 與內(nèi)殼體213之間具有間隙H，多孔混合管211上部固設(shè)于內(nèi)殼體213外壁，并設(shè)有圓弧形 擋板S，用以分離大氣團(tuán)和阻擋流體沖擊；多孔混合管管壁設(shè)有多個透孔K，起到破碎大氣 團(tuán)和使多相流體均勻混合的作用；入口導(dǎo)流錐22位于外殼體212空腔底部中央，導(dǎo)流錐22 底面貼合于外殼體212底部內(nèi)壁；導(dǎo)流錐22上部呈錐臺狀，導(dǎo)流錐頂部向下設(shè)有階梯孔，用 于架設(shè)軸承223以支承泵軸14。所述內(nèi)殼體213下部形成內(nèi)徑漸縮的管口，該管口的端緣 為圓弧形；多孔混合管211上端與內(nèi)殼體213密封連接，多孔混合管211底端向內(nèi)彎曲構(gòu) 成弧形彎曲部，該弧形彎曲部罩設(shè)于內(nèi)殼體213底部管口的圓弧形端緣，分別與內(nèi)殼體213 底部圓弧形端緣和入口導(dǎo)流錐22形成環(huán)形通道M和N，以引導(dǎo)多相流體進(jìn)入混輸泵的多相增壓裝置l中。導(dǎo)流錐22中部為一側(cè)周面呈流線型的導(dǎo)流臺221，與多孔混合管211下部 彎曲處形成環(huán)形流道N，引導(dǎo)多相流體上流；導(dǎo)流臺221側(cè)周面分布有一個以上的導(dǎo)流葉片 222，對多相流體進(jìn)行疏導(dǎo)、整流。 在本實(shí)施方式中，如圖2A、圖2B所示，所述多相增壓裝置1由泵軸14、多個葉輪 11、多個導(dǎo)葉12和多個分段式泵殼13組成；所述泵軸14穿設(shè)在多相流體混合穩(wěn)流器的內(nèi) 殼體213中，泵軸14下端通過軸承223支撐在導(dǎo)流錐22的階梯孔中，泵軸14上端由軸承 固定在內(nèi)殼體213的上端口，并且通過聯(lián)軸器33與下述的動力裝置3轉(zhuǎn)軸相連接；一葉輪 11和一導(dǎo)葉12裝設(shè)在一個呈圓環(huán)形的分段式泵殼13中構(gòu)成一增壓單元，所述多個增壓單 元依序套裝在泵軸14上構(gòu)成所述多相增壓裝置1 ;所述各葉輪11通過固定裝置112固設(shè) 在泵軸14上并隨泵軸轉(zhuǎn)動，以對多相流體進(jìn)行增壓；各導(dǎo)葉12固設(shè)在泵殼13上，不隨泵軸 14轉(zhuǎn)動，泵軸14與各導(dǎo)葉12輪轂之間設(shè)有滑動軸承122，以減少磨損；所述各分段式泵殼 13的內(nèi)壁與相應(yīng)葉輪11之間留有間隙X ;各分段式泵殼13之間首尾相接并與多相流體混 合穩(wěn)流器的內(nèi)殼體213的內(nèi)壁固接。進(jìn)一步，在本實(shí)施方式中，各葉輪ll設(shè)有一個以上螺 旋式空間三維葉片lll，其厚度由輪緣至輪轂逐漸加厚；葉輪11輪轂剖面為梯形或雙曲邊 梯形；各導(dǎo)葉12設(shè)有一個以上的葉片121，與葉輪葉片111配合工作，用于疏導(dǎo)多相流體的 流動方向、剪切和破碎大氣團(tuán)，起到整流器的作用。 如圖4所示，在本實(shí)施方式中，所述動力裝置3包括水下防爆電機(jī)31和罩設(shè)在電 機(jī)外側(cè)的電機(jī)罩32 ;所述電機(jī)31豎直設(shè)置，水下防爆電機(jī)31通過支架35與多個軸承，被 架設(shè)于整個混輸泵的上部，并通過電纜34為其供電；電機(jī)軸通過聯(lián)軸器33與泵軸14上端 相連接，從而帶動多相增壓裝置1中的葉輪11轉(zhuǎn)動，對多相流體進(jìn)行增壓；電機(jī)罩32下端 與多相流體混合穩(wěn)流器外殼體212上端密封連接，使水下防爆電機(jī)31與多相流體混合穩(wěn)流 器連為一體；所述電機(jī)31下部與多相流體混合穩(wěn)流器21上端之間還設(shè)有密封支撐件36。
如圖4、圖5A、圖5B所示，在本實(shí)施方式中，所述電機(jī)罩32上端向一側(cè)延伸設(shè)有一 支架43，所述測控裝置4固定在該支架43上；所述測控裝置4包括固定于支架43上的檢 測控制器42及一水下機(jī)器人控制面板41，水下機(jī)器人控制面板41設(shè)于整個混輸泵的外部， 利用支架43固定于電機(jī)罩32外殼上，該水下機(jī)器人控制面板41通過信號電纜與檢測控制 器42相連，檢測控制器42通過電纜34與水下防爆電機(jī)31相連，通過接收到的控制信號來 控制水下防爆電機(jī)31的運(yùn)轉(zhuǎn)情況；進(jìn)一步，所述水下機(jī)器人控制面板41上設(shè)有能由水下機(jī) 器人操縱的控制旋鈕411，在水下可通過R0V (遠(yuǎn)程操縱潛水器)來操縱旋鈕411，通過信號 電纜向檢測控制器42傳送控制信號。在本實(shí)施方式中，檢測控制器42能夠通過反饋裝置 自動檢測混輸泵的運(yùn)行狀態(tài)與所輸送多相流體的壓力、流量、含氣率等參數(shù)，并能根據(jù)實(shí)際 情況自動調(diào)整控制信號，進(jìn)而調(diào)整水下防爆電機(jī)31的運(yùn)轉(zhuǎn)，以改進(jìn)混輸泵運(yùn)行參數(shù)，使其 適應(yīng)實(shí)際情況。 如圖6A、圖6B、圖6C、圖6D所示，在本實(shí)施方式中，所述循環(huán)冷卻潤滑裝置5至少 包括一根繞設(shè)于電機(jī)罩32外側(cè)且暴露于海水之中的冷卻管束51，該冷卻管束51的一端與 電機(jī)罩32下端設(shè)置的第一透孔54導(dǎo)通，冷卻管束51的另一端與電機(jī)罩32上端設(shè)置的第 二透孔55導(dǎo)通；一個小型離心式葉輪52設(shè)置在由密封支撐件36構(gòu)成的一腔室361中，且 該小型離心式葉輪52固定于泵軸14上由泵軸帶動旋轉(zhuǎn)；所述第一透孔54和第二透孔55 分別設(shè)有與所述腔室361導(dǎo)通的槽道53 ;所述槽道53、腔室361和冷卻管束51中裝設(shè)有冷卻潤滑液。進(jìn)一步，在本實(shí)施方式中，所述槽道53包括電機(jī)31與電機(jī)罩32之間的間隙L， 以及設(shè)置在密封支撐件36上的多個通孔362。所述冷卻潤滑液可以通過槽道53在所述腔 室361與冷卻管束51的兩端之間形成循環(huán)流動，當(dāng)小型離心式葉輪52轉(zhuǎn)動時，能夠?qū)⒗鋮s 潤滑液通過槽道53送入環(huán)繞式冷卻管束51中，利用海水的低溫對冷卻潤滑液進(jìn)行冷卻；冷 卻潤滑液經(jīng)環(huán)繞式冷卻管束51冷卻后，由電機(jī)罩32上端的第二透孔55流入電機(jī)31與電 機(jī)罩32之間的間隙L對電機(jī)31進(jìn)行冷卻；在本實(shí)施方式中，所述槽道53還可通向混輸泵 內(nèi)部的多個軸承處(圖中未示出)，可使冷卻潤滑液流向多個軸承處，以對多個軸承進(jìn)行冷 卻和潤滑。 進(jìn)一步，在本實(shí)施方式中，所述冷卻管束51可設(shè)置四根，該四根冷卻管束51依序 環(huán)繞在電機(jī)罩32夕卜側(cè)，在電機(jī)罩32下端呈90度間隔設(shè)置四個第一透孔54，該四個第一透 孔54分別與四根冷卻管束51的一端導(dǎo)通，在電機(jī)罩32上端也設(shè)置的四個第二透孔55，該 四個第二透孔55分別與四根冷卻管束51的另一端導(dǎo)通，這樣，可以提高冷卻潤滑的效果。
本發(fā)明用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵100，是將多相增壓裝置1、多相 流體預(yù)處理裝置2、動力裝置3、測控裝置4和循環(huán)冷卻潤滑裝置5做一體化設(shè)計(jì)，并采用立 式結(jié)構(gòu)；實(shí)際應(yīng)用時，如圖1所示，將多相增壓裝置1放置在多相流體預(yù)處理裝置2的多相 流體混合穩(wěn)流器21的內(nèi)殼體213內(nèi)部，使分段式泵殼13與其固接，泵軸14被入口導(dǎo)流錐 22內(nèi)部的軸承223支承；將動力裝置3放置在多相流體預(yù)處理裝置2的上部，使電機(jī)罩32 與多相流體混合穩(wěn)流器21的外殼體212密封固接，水下防爆電機(jī)31的電機(jī)軸通過聯(lián)軸器 33與泵軸14相連；另外，測控裝置4通過電纜34與水下防爆電機(jī)31相連；循環(huán)冷卻潤滑 裝置5通過冷卻潤滑液槽道53與電機(jī)罩32內(nèi)部和混輸泵內(nèi)部各軸承處相通。
本發(fā)明用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵各部分的工作原理如下所示
(1)多相增壓裝置 利用葉輪葉片111對油氣多相流體混合液產(chǎn)生升力而進(jìn)行增壓；螺旋形的葉輪葉 片111強(qiáng)迫輸送介質(zhì)沿軸向運(yùn)動，有效地防止了油氣多相介質(zhì)在葉道內(nèi)分離，保證了均勻 流動的要求；同時，導(dǎo)葉葉片121的剪切作用破碎葉輪ll出口的大氣團(tuán)，在一定程度上調(diào) 整多相流體流動狀態(tài)，為下一增壓單元(葉輪11和導(dǎo)葉12)的正常工作提供保證。能量轉(zhuǎn) 換是在帶有葉片111的葉輪11及連續(xù)繞流葉片的介質(zhì)之間進(jìn)行的，葉片111使介質(zhì)的速度 (方向或大小)發(fā)生變化。多相流體與葉輪11交換能量后，由導(dǎo)葉12消除速度環(huán)量，并將 速度頭轉(zhuǎn)換為壓力頭。多相流體經(jīng)過多級增壓后獲得足夠的能量由流體出口 2122排出，經(jīng) 由混輸管線輸送到集中處理站。
(2)水下防爆電機(jī)與測控裝置 水下防爆電機(jī)31為葉輪11提供動力，使其旋轉(zhuǎn)。水下防爆電機(jī)31具有變頻調(diào)速 功能，可根據(jù)混輸泵實(shí)際運(yùn)行情況對其進(jìn)行調(diào)解，以便更好的適應(yīng)海底井口采出液相態(tài)的 變化情況；測控裝置4通過電纜34與水下防爆電機(jī)31相連，直接對混輸泵的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行 監(jiān)測，并為水下防爆電機(jī)31運(yùn)轉(zhuǎn)情況的調(diào)節(jié)操作提供方便。
(3)多相流體混合穩(wěn)流器 多相流體混合穩(wěn)流器21設(shè)置于多相增壓裝置1外圍，其中多孔混合管211的內(nèi)彎 曲狀出口與多相增壓裝置1的入口對正，利用重力沉降原理分離大氣團(tuán)，穩(wěn)定流態(tài)，并采用 多孔混合管211將氣液兩相流體均勻混合，為多相流體的穩(wěn)定輸送提供保證。
(4)入口導(dǎo)流錐 入口導(dǎo)流錐22設(shè)于多相流體混合穩(wěn)流器21的多孔混合管211內(nèi)彎曲狀出口處，
與多孔混合管211之間形成環(huán)狀間隙N，通過擠壓作用，引導(dǎo)多相流體加速上行，并利用其
導(dǎo)流葉片222對油氣多相流體進(jìn)行整流，疏導(dǎo)多相流體的流向、防止其旋轉(zhuǎn)，并剪切氣團(tuán)或
液塞，使其進(jìn)一步成為均勻的油氣多相混合物，便于進(jìn)入混輸泵增壓單元，以保證油氣混輸
泵的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。 (5)循環(huán)冷卻潤滑裝置 循環(huán)冷卻潤滑裝置5通過小型離心式葉輪52將冷卻潤滑液輸送入暴露于海水中 的環(huán)繞式冷卻管束51中，利用海水的低溫使溫度升高的冷卻潤滑液降溫，之后循環(huán)送回混 輸泵內(nèi)部，冷卻水下防爆電機(jī)31與各處軸承，并對軸承進(jìn)行潤滑，為混輸泵的安全可靠運(yùn) 行提供保證。 下面結(jié)合附圖7來說明本發(fā)明用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵的工作 過程。 海底井口多相流體采出液經(jīng)過海底采油樹和混輸管線，由多相流體混合穩(wěn)流器21 的入口 2121 (亦即海上油田水下立式油氣混輸泵的入口 )進(jìn)入外殼體212所圍空腔，傘形 擋板S緩沖流體沖擊，使流體繞多孔混合管211低速旋轉(zhuǎn)，從而分離大的氣團(tuán)，含油液量較 大的部分沉于下部，氣體部分上升浮于上部。之后，由于多相增壓裝置1的吸力作用，氣體 和液體分別從多孔混合管211的上部和下部小孔K處流入多孔混合管211與內(nèi)殼體213之 間的間隙H中。氣體與液體在多孔混合管211的下部因流動碰撞而混合，形成均勻混合流 體從多孔混合管211下部彎曲部分與內(nèi)殼體213下部圓弧形端緣部分之間所構(gòu)成的環(huán)形流 道M處流出，純液體從多孔混合管211下部彎曲部分與入口導(dǎo)流錐22之間所構(gòu)成的環(huán)形流 道N處流出。兩處多相流體在多相增壓裝置1入口處混合，經(jīng)由入口導(dǎo)流錐22引流，并利 用其導(dǎo)流葉片222調(diào)整多相流體流態(tài)；之后，均勻混合的油氣多相流體進(jìn)入多相增壓裝置1 中的葉輪11。水下防爆電機(jī)31通過聯(lián)軸器33帶動泵軸14旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動葉輪11旋轉(zhuǎn)；多 相流體在高速旋轉(zhuǎn)的葉輪11中獲得動能，再經(jīng)過導(dǎo)葉12將動能轉(zhuǎn)換為壓力能，并起到整流 的作用，為下一級葉輪11的正常工作提供保證。經(jīng)過若干級增壓單元(葉輪11和導(dǎo)葉12) 增壓后，高壓多相流體由位于多相流體混合穩(wěn)流裝置21外殼體212上的混輸泵出口 2122 輸出。 在多相增壓裝置1工作的同時，循環(huán)冷卻潤滑裝置5也在工作。它通過小型離心 式葉輪52的旋轉(zhuǎn)，把冷卻潤滑液從冷卻潤滑液槽道53輸入環(huán)繞式冷卻管束51中，通過環(huán) 繞式冷卻管束51與海水直接接觸，將溫度升高的冷卻潤滑液降溫，再通過電機(jī)罩32的第二 透孔55將冷卻潤滑液注回水下防爆電機(jī)31處以及各處軸承，以冷卻電機(jī)和軸承，并對軸承 進(jìn)行潤滑。 在多相增壓裝置1工作的同時，測控裝置4隨時監(jiān)測混輸泵的運(yùn)行情況，并通過檢
測控制器42調(diào)節(jié)水下防爆電機(jī)31的運(yùn)行狀態(tài)，改變混輸泵運(yùn)轉(zhuǎn)情況，以適應(yīng)海底井口產(chǎn)出
液的相態(tài)變化。另外，測控裝置4中的R0V控制面板41可為人工操作提供方便。 由上所述，本發(fā)明的用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵，能夠有效地對海
底井口的油氣多相流體產(chǎn)出液進(jìn)行分離緩沖、穩(wěn)定流態(tài)、均勻混合等預(yù)處理，并能夠高效地
對預(yù)處理后的多相流體進(jìn)行混合輸送；海上油田水下立式油氣多相混輸泵的結(jié)構(gòu)不同于現(xiàn)有技術(shù)中的臥式多相混輸泵，其采用立式結(jié)構(gòu)，各個部分做一體化設(shè)計(jì)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中 臥式多相混輸泵分體式設(shè)計(jì)、安裝工藝復(fù)雜、定位點(diǎn)較多等缺點(diǎn)，節(jié)省了設(shè)備與管線建設(shè)費(fèi) 用，簡化了油氣集輸工藝流程，提高了海上油田的采收率。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于 1.該油氣多相混輸泵為立式結(jié)構(gòu)，其中包括多相增壓裝置、多相流體預(yù)處理裝置、
動力裝置、測控裝置、循環(huán)冷卻潤滑裝置在內(nèi)的各部分結(jié)構(gòu)采用一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊、合
理，節(jié)省空間，減少定位點(diǎn)，便于撬裝化，特別利于海上油田水下工程安裝。 2.該油氣多相混輸泵的葉輪采用螺旋式空間三維葉片，有效地控制了混輸泵多
相增壓裝置內(nèi)的氣液兩相分離現(xiàn)象的發(fā)生，提高了多相混輸泵在多相流體輸送工況下的性能。 3.該油氣多相混輸泵適用于多種海底井口多相流體產(chǎn)出液，可輸送的油氣多相流 體含氣率范圍為0_90%，也可輸送具有一定含沙量的多相流體介質(zhì)。 4.該油氣多相混輸泵采用水下防爆電機(jī)與并具有性能優(yōu)良的水下密封結(jié)構(gòu)，利用 特殊的環(huán)繞式冷卻管束與離心葉輪配合的冷卻潤滑系統(tǒng)為多相混輸泵進(jìn)行冷卻與潤滑，另 外采用先進(jìn)的測控裝置對混輸泵運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與調(diào)節(jié)，保證了海上油田水下立式 油氣多相混輸泵在海底的可靠運(yùn)行。 5.該油氣多相混輸泵采用水下控制器與ROV控制面板，可在海底實(shí)現(xiàn)對海上油田 水下立式油氣多相混輸泵運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)節(jié)。 以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何 本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均 應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
一種用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵，其特征在于該多相混輸泵包括豎直設(shè)置的多相流體預(yù)處理裝置，在多相流體預(yù)處理裝置內(nèi)部中央豎直設(shè)置有多相增壓裝置，該多相增壓裝置上方聯(lián)接有動力裝置，該動力裝置周圍設(shè)有能與動力裝置進(jìn)行熱交換的循環(huán)冷卻潤滑裝置；在動力裝置的一側(cè)還設(shè)有測控裝置；所述多相增壓裝置由動力裝置提供動力，多相流體進(jìn)入多相流體預(yù)處理裝置的流體入口后改變流態(tài)，再經(jīng)過多相增壓裝置增壓后由多相流體預(yù)處理裝置的流體出口輸出。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵，其特征在于所述 多相流體預(yù)處理裝置由多相流體混合穩(wěn)流器和入口導(dǎo)流錐兩部分組成；該多相流體混合穩(wěn) 流器包括有多孔混合管、內(nèi)殼體和外殼體；所述外殼體為上端開口的U形容器，所述內(nèi)殼體 沿外殼體的軸向設(shè)置在外殼體的中央位置，所述內(nèi)外殼體之間構(gòu)成環(huán)形空腔，所述流體入 口設(shè)置在外殼體上并與環(huán)形空腔導(dǎo)通；所述內(nèi)殼體為一貫通的管體，該內(nèi)殼體上部與外殼 體上部構(gòu)成固定的密封連接部，所述流體出口設(shè)置在該密封連接部并貫穿內(nèi)外殼體；所述 多孔混合管由內(nèi)殼體下端套設(shè)于內(nèi)殼體上并位于環(huán)形空腔中；該多孔混合管與內(nèi)殼體之間 具有間隙，多孔混合管管壁設(shè)有多個透孔；入口導(dǎo)流錐位于外殼體空腔底部中央，底面貼合 于外殼體底部內(nèi)壁；導(dǎo)流錐上部呈錐臺狀，導(dǎo)流錐頂部向下設(shè)有階梯孔。
3. 如權(quán)利要求2所述的用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵，其特征在于所述 內(nèi)殼體下部形成內(nèi)徑漸縮的管口，該管口的端緣為圓弧形；多孔混合管上端與內(nèi)殼體密封 連接，多孔混合管底端向內(nèi)彎曲構(gòu)成弧形彎曲部，該弧形彎曲部罩設(shè)于內(nèi)殼體底部管口的 圓弧形端緣；導(dǎo)流錐中部側(cè)周面呈流線型并分布有導(dǎo)流葉片，導(dǎo)流錐中部的側(cè)周面與多孔 混合管下部彎曲處形成環(huán)形流道。
4. 如權(quán)利要求2所述的用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵，其特征在于所述 多相增壓裝置由泵軸、多個葉輪、多個導(dǎo)葉和多個分段式泵殼組成；所述泵軸穿設(shè)在多相流 體混合穩(wěn)流器的內(nèi)殼體中，泵軸下端通過軸承支撐在導(dǎo)流錐的階梯孔中，泵軸上端由軸承 固定在內(nèi)殼體的上端口 ；一葉輪和一導(dǎo)葉裝設(shè)在一個呈圓環(huán)形的分段式泵殼中構(gòu)成一增壓 單元，所述多個增壓單元依序套裝在泵軸上構(gòu)成所述多相增壓裝置；所述各葉輪固設(shè)在泵 軸上并隨泵軸轉(zhuǎn)動；各導(dǎo)葉固設(shè)在泵殼上，泵軸與各導(dǎo)葉輪轂之間設(shè)有滑動軸承；所述各 分段式泵殼的內(nèi)壁與相應(yīng)葉輪之間留有間隙；各分段式泵殼之間首尾相接并與多相流體混 合穩(wěn)流器的內(nèi)殼體的內(nèi)壁固接。
5. 如權(quán)利要求4所述的用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵，其特征在于各葉 輪設(shè)有一個以上螺旋式空間三維葉片，其厚度由輪緣至輪轂逐漸加厚；葉輪輪轂剖面為梯 形或雙曲邊梯形；各導(dǎo)葉設(shè)有一個以上的葉片。
6. 如權(quán)利要求4所述的用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵，其特征在于所述 動力裝置包括水下防爆電機(jī)和罩設(shè)在電機(jī)外側(cè)的電機(jī)罩；所述電機(jī)豎直設(shè)置，電機(jī)軸通過 聯(lián)軸器與泵軸上端相連接；電機(jī)罩下端與多相流體混合穩(wěn)流器外殼體上端密封連接；所述 電機(jī)下部與多相流體混合穩(wěn)流器上端之間還設(shè)有密封支撐件。
7. 如權(quán)利要求6所述的用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵，其特征在于所述 電機(jī)罩上端向一側(cè)延伸設(shè)有一支架，所述測控裝置固定在該支架上；所述測控裝置包括固 定于支架上的檢測控制器及一水下機(jī)器人控制面板，該水下機(jī)器人控制面板通過信號電纜 與檢測控制器相連，檢測控制器通過電纜與水下防爆電機(jī)相連。
8. 如權(quán)利要求7所述的用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵，其特征在于所述 水下機(jī)器人控制面板上設(shè)有能由水下機(jī)器人操縱的控制旋鈕。
9. 如權(quán)利要求6所述的用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵，其特征在于所述 循環(huán)冷卻潤滑裝置包括繞設(shè)于電機(jī)罩外側(cè)的冷卻管束，冷卻管束一端與電機(jī)罩下端設(shè)置的 第一透孔導(dǎo)通，冷卻管束另一端與電機(jī)罩上端設(shè)置的第二透孔導(dǎo)通；一個小型離心式葉輪 設(shè)置在由密封支撐件構(gòu)成的一腔室中且固定于泵軸上由泵軸帶動旋轉(zhuǎn)；所述第一透孔和第 二透孔分別設(shè)有與所述腔室導(dǎo)通的槽道；所述槽道、腔室和冷卻管束中裝設(shè)有冷卻潤滑液。
10. 如權(quán)利要求9所述的用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵，其特征在于所述 槽道由電機(jī)與電機(jī)罩之間的間隙，及設(shè)置在密封支撐件上的多個通孔構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明為一種用于海上油田的水下立式油氣多相混輸泵，其特征在于該多相混輸泵包括豎直設(shè)置的多相流體預(yù)處理裝置，在多相流體預(yù)處理裝置內(nèi)部中央豎直設(shè)置有多相增壓裝置，該多相增壓裝置上方聯(lián)接有動力裝置，該動力裝置周圍設(shè)有能與動力裝置進(jìn)行熱交換的循環(huán)冷卻潤滑裝置；在動力裝置的一側(cè)還設(shè)有測控裝置；所述多相增壓裝置由動力裝置提供動力，多相流體進(jìn)入多相流體預(yù)處理裝置的流體入口后改變流態(tài)，再經(jīng)過多相增壓裝置增壓后由多相流體預(yù)處理裝置的流體出口輸出。由于該多相混輸泵為一體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此，其性能更優(yōu)越、結(jié)構(gòu)更緊湊、空間布局更合理，具有安裝工藝簡單、占地面積小、增壓能力強(qiáng)和適應(yīng)惡劣生產(chǎn)環(huán)境等特點(diǎn)。
文檔編號F04D29/22GK101705944SQ20091023778
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者張金亞, 朱宏武, 李艷, 楊春 申請人:中國石油大學(xué)(北京)