[发明专利]螺杆泵转子和减小滑流的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种螺杆泵，更特别地，涉及一种改进的螺杆泵转子和减少螺杆泵中的滑流的方法。

背景技术

众所周知，在石油和天然气的勘探中需要将流体(石油、水、天然气和固体异物)从井口传输至远处的处理和/或储存设备(而不是在井口附近构建新的处理设备)。双螺杆泵在这些井口流体的生产中越来越多地得到使用，通过降低井口出口的压力而获得更高的产量，并且由于在停止生产前允许较低的最终储层压力，因而可从储层得到更大的总开采量。

图1示出了传统的双螺杆泵10。该图仅简单地示出了双螺杆泵的主要部件，在这里不应理解为以任何方式限制本发明公开的内容。如图所示，双螺杆泵10具有两个转子12和14，它们设置在紧配合的壳体或泵壳16中。各转子具有轴18A、18B，在轴的长度的至少一部分上具有一组或多组向外延伸的螺纹牙20。轴18A和18B在两个部分重叠的圆柱形罩壳中轴向运转，该两个部分重叠的圆柱形罩壳总体而言为转子罩壳或内衬19。该两个转子12和14并不相互接触，但它们具有相对并相互缠绕的螺纹牙。泵10通常由马达(未示出)驱动，该马达转动转子12和14。位于其中一个轴上的驱动齿轮22啮合位于另一轴上的第二齿轮，这样当泵的马达转动转子12时，转子14按照同样的速率向相反方向转动。在工作中，包含颗粒物质的井口流体从入口24被抽到泵10中。当转子12和14转动时，螺纹牙20-更确切地说是形成在相邻螺纹牙20之间的转子腔26-沿转子轴18A和18B向出口腔28转移井口流体，出口腔28是位于转子中心的压力最大点，井口流体最终从这里被排出泵10的出口30。转子腔26没有完全密封，但在正常工作条件下，存在于转子12和14之间以及各转子和转子罩壳19之间的正常的间隙空间被充满传输的流体。这些间隙空间中的传输流体的液体部分起到限制相邻腔室之间泵送的流体的泄漏的作用。确实从转子出口侧向入口侧回漏的流体量称为泵的滑流，众所周知滑流会降低泵的容积效率。如图2所示及刚才所说明的那样，泵的滑流(图2中由箭头表示)可以发生在各转子和转子罩壳19之间。正如本领域普通技术人员所知的那样，其他滑流路径包括螺纹顶端和相邻转子之间以及面与面之间的滑流。

正如本领域技术人员所理解的那样，例如在考虑下面的问题时，传统的双螺杆多相泵面临着极大的挑战。首先，假定每个阶段上升固定的压力，则当总压力上升要求增加时，转子长度必须增加，结果导致在施加的压力负荷下转子偏斜加大，由此螺纹在内衬内更加偏心，这使得螺杆转子和泵内衬之间如果没有接触和摩擦则会造成过多的滑流。第二，随着泵的滑流的增加，由滑流捕获的沙粒会导致泵中的侵蚀/磨损增加，特别是在转子顶端会由于称作喷射的现象而造成侵蚀/磨损的增大。这种侵蚀/磨损进一步导致间隙轮廓的恶化，从而导致泵滑流增加。最后，在所传输的流体具有高的气体体积分数的工作期间，离开泵的流体的温度由于压缩中产生的热量而升高，这导致在泵吸的最后阶段由于不同泵部分的不同热膨胀而造成间隙减小，由此可能引起灾难性的卡死(seizure)。

发明内容

因此，本发明希望提供一种泵转子，其能最小化或消除泵的滑流，从而得到具有紧凑转子长度的高差压多相增压泵。而且，在转子边缘和泵的壳体之间具有更好的密封，从而还能确保减小间隙中的固体颗粒的侵蚀/磨损。最后，有能力适应当对气体体积分数大的流体增压时可能产生的热膨胀差异，从而减小灾难性卡死的可能性。

一个或多个上述概括的需求以及其他现有技术中已知的需求由下述螺杆泵的泵转子实现，该泵转子包括：轴；设置在该轴的外表面的一部分上的第一组螺纹牙，该第一组螺纹牙的至少一个螺纹牙包括设置在该螺纹牙端部上的槽；以及设置在该槽上的密封件。

在本发明的另一方面中公开了一种双螺杆泵，其包括：壳体，具有入口和出口；设置在壳体内部的内衬；以及设置在内衬内部的两个转子；各转子具有：轴；设置在轴的外表面的一部分上的一组螺纹牙，第一组螺纹牙的至少一个螺纹牙包括设置在该螺纹牙端部上的槽；以及设置在槽上的环式密封件。