本發(fā)明涉及天然氣開采，具體是一種井下氣體壓縮組件、壓縮裝置及多級(jí)采氣設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、氣井服役周期達(dá)到一定時(shí)間后，井下壓力下降，無法實(shí)現(xiàn)自舉升，開采效率降低。因此為了提高開采效率，需要增大管道中氣體氣壓。經(jīng)過技術(shù)更迭，最新的人工舉升技術(shù)是配置井下氣體壓縮機(jī)，將氣體壓縮機(jī)置于井下2km附近的位置，使得天然氣在井下具有更大的壓力以及更多的動(dòng)能能夠到達(dá)地面，完成采氣過程。

2、目前的井下氣體壓縮機(jī)通常由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部、轉(zhuǎn)軸以及軸流壓縮部件組成，通過動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)軸流壓縮部件中的轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，通過與流壓縮部件中的定子葉片配合，實(shí)現(xiàn)將氣體壓縮過程。然而由于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部設(shè)置在轉(zhuǎn)軸的一端，扭矩經(jīng)轉(zhuǎn)軸傳遞給轉(zhuǎn)軸另一側(cè)的軸流壓縮部件，如此會(huì)導(dǎo)致整個(gè)扭矩傳遞距離較長(zhǎng)，致使轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生較大撓度，導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸與軸承之間的配合出現(xiàn)問題，增加摩擦和磨損，從而影響壓縮機(jī)的正常運(yùn)行和壽命。例如公開號(hào)為cn115355181a的專利，就是采用上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行氣體壓縮開采過程，其由下部驅(qū)動(dòng)電機(jī)、中間磁耦合聯(lián)軸器和上部軸流壓縮機(jī)組合構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、磁耦合聯(lián)軸器以及軸流壓縮機(jī)各段受力不一致，動(dòng)力源在細(xì)長(zhǎng)軸一側(cè)，由下部驅(qū)動(dòng)電機(jī)一側(cè)提供動(dòng)力，扭矩傳遞經(jīng)過磁耦合聯(lián)軸器傳遞至上部壓縮機(jī)端，整體尺寸較長(zhǎng)，有效壓縮長(zhǎng)度卻很短，扭矩傳遞距離較長(zhǎng)導(dǎo)致軸體會(huì)出現(xiàn)變形，影響壓縮機(jī)的運(yùn)行過程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種井下氣體壓縮組件、壓縮裝置及多級(jí)采氣設(shè)備，以解決目前井下氣體壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)布置不合理，存在轉(zhuǎn)軸扭矩傳遞距離過程長(zhǎng)易導(dǎo)致變形影響壓縮機(jī)運(yùn)行的問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、一種井下氣體壓縮組件，包括豎直設(shè)置的管殼，還包括轉(zhuǎn)軸、驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和磁懸浮連接組件；轉(zhuǎn)軸同軸穿設(shè)在所述管殼內(nèi)，所述轉(zhuǎn)軸為空心軸體，其內(nèi)部由上至下依次設(shè)有第一腔體、第二腔體和第三腔體，且所述第二腔體的上半側(cè)口徑由下至上逐漸收縮，所述第一腔體的下半側(cè)口徑由下至上逐漸擴(kuò)張，所述第二腔體的內(nèi)壁上設(shè)有多個(gè)葉片，所述第二腔體的內(nèi)壁上設(shè)有多個(gè)葉片；所述驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述轉(zhuǎn)軸的第二腔體處，用于帶動(dòng)所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)包括定子鐵芯、定子繞組、轉(zhuǎn)子鐵芯和磁鋼，所述定子鐵芯與所述管殼的內(nèi)壁過盈配合，所述定子繞組纏繞在裝有骨架的定子鐵芯上，所述轉(zhuǎn)子鐵芯套設(shè)在所述定子鐵芯內(nèi)，且轉(zhuǎn)子鐵芯的內(nèi)圈面與所述轉(zhuǎn)軸的外壁過盈配合，所述磁鋼嵌設(shè)在所述轉(zhuǎn)子鐵芯外壁上開設(shè)的磁鋼槽內(nèi)；磁懸浮連接組件包括第一壓板和徑向磁懸浮軸承，所述第一壓板固定在管殼的上端口內(nèi)壁上，所述管殼位于第一腔體處的內(nèi)壁上設(shè)有凸臺(tái)，所述徑向磁懸浮軸承連接在所述轉(zhuǎn)軸與管殼之間，且徑向磁懸浮軸承的上下端面分別與第一壓板以及凸臺(tái)相抵。

4、較佳的，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述多個(gè)葉片沿所述第二腔體的內(nèi)壁縱向均布設(shè)置，且葉片的數(shù)量至少為5個(gè)。

5、較佳的，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述轉(zhuǎn)軸的下端口處連接有進(jìn)氣環(huán)，所述轉(zhuǎn)軸的上端口處連接有出氣環(huán)。

6、較佳的，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述進(jìn)氣環(huán)的外圈面上設(shè)有外螺紋，所述管殼的下側(cè)內(nèi)壁上設(shè)有內(nèi)螺紋，所述進(jìn)氣環(huán)與管殼之間螺紋連接，所述轉(zhuǎn)軸的下端穿設(shè)至所述進(jìn)氣環(huán)內(nèi)，所述轉(zhuǎn)軸與進(jìn)氣環(huán)之間通過第一磁懸浮軸向軸承連接，所述進(jìn)氣環(huán)的上端固定有第二壓板，所述第二壓板的底部與第一磁懸浮軸向軸承抵接。

7、較佳的，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述出氣環(huán)的內(nèi)部由上至下依次設(shè)有第一孔腔和第二孔腔，所述第一孔腔的直徑小于第二孔腔的直徑，所述轉(zhuǎn)軸的上端穿過第二孔腔后延伸至第一孔腔內(nèi)，所述管殼的上側(cè)外壁上設(shè)有靜密封環(huán)，且通過靜密封環(huán)與所述第二孔腔的內(nèi)壁密封連接。

8、本發(fā)明還公開了一種井下氣體壓縮裝置，包括兩組上述的井下氣體壓縮組件以及耦合連接器，所述兩組井下氣體壓縮組件豎直并列設(shè)置，兩組井下氣體壓縮組件中的轉(zhuǎn)軸之間通過所述耦合連接器連接，其中位于下側(cè)的井下氣體壓縮組件為一級(jí)壓縮組件，位于上側(cè)的井下氣體壓縮組件為二級(jí)壓縮組件，所述進(jìn)氣環(huán)和出氣環(huán)各有一個(gè)，所述進(jìn)氣環(huán)連接在所述一級(jí)壓縮組件中轉(zhuǎn)軸的下端處，所述出氣環(huán)連接在所述二級(jí)壓縮組件中轉(zhuǎn)軸的上端處，所述二級(jí)壓縮組件中轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速大于所述一級(jí)壓縮組件中轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。

9、較佳的，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述耦合連接器包括第一連接套筒、第二磁懸浮軸向軸承和第二連接套筒；第一連接套筒的上端外圈面上設(shè)有外螺紋，且通過外螺紋與所述二級(jí)壓縮組件中管殼的下側(cè)內(nèi)壁螺紋連接，所述二級(jí)壓縮組件中轉(zhuǎn)軸的下端穿設(shè)至第一連接套筒內(nèi)，且通過第一滾針軸承組件與第一連接套筒的內(nèi)壁連接；第二磁懸浮軸向軸承連接在所述第一連接套筒上端口內(nèi)壁以及所述二級(jí)壓縮組件中轉(zhuǎn)軸的外壁之間，所述第一連接套筒的上端固定有第三壓板，第三壓板的底部與所述第二磁懸浮軸向軸承抵接；第二連接套筒套設(shè)在所述第一連接套筒的下部外側(cè)，第二連接套筒與第一連接套筒之間通過第二滾針軸承組件連接，所述一級(jí)壓縮組件中轉(zhuǎn)軸的上端外壁上開設(shè)有卡槽，所述第二連接套筒的內(nèi)壁上固定有卡板，所述一級(jí)壓縮組件中轉(zhuǎn)軸的上端穿設(shè)至第二連接套筒內(nèi)，且通過卡槽與所述卡板卡接。

10、較佳的，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述一級(jí)壓縮組件中管殼的上端面處固定有端蓋，所述端蓋中部設(shè)有使轉(zhuǎn)軸穿過的通孔，且通孔與轉(zhuǎn)軸之間通過動(dòng)密封環(huán)連接。

11、本發(fā)明還公開了一種井下氣體多級(jí)采氣設(shè)備，包括多個(gè)上述的井下氣體壓縮裝置，多個(gè)井下氣體壓縮裝置豎直并列設(shè)置，且上下相鄰兩個(gè)井下氣體壓縮裝置之間的進(jìn)氣環(huán)和出氣環(huán)之間可拆卸連接。

12、較佳的，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述進(jìn)氣環(huán)的下側(cè)內(nèi)壁上開設(shè)有錐形螺紋孔，所述出氣環(huán)的上側(cè)外壁呈錐形，且設(shè)有錐形外螺紋，所述進(jìn)氣環(huán)通過錐形螺紋孔與所述出氣環(huán)上的錐形外螺紋螺紋連接。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

14、1、將井下氣體壓縮組件的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力源以及氣體壓縮部件均集中設(shè)置在轉(zhuǎn)軸中部的第二腔體處，有效的減少轉(zhuǎn)軸的長(zhǎng)度和扭矩傳遞距離，使得轉(zhuǎn)軸懸臂距離較短，轉(zhuǎn)軸的力學(xué)性能更好，不易出現(xiàn)變形。

15、2、井下氣體壓縮組件采用驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)中空的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行氣體壓縮過程，相比于傳統(tǒng)的內(nèi)轉(zhuǎn)子帶轉(zhuǎn)軸電機(jī)來說，中空的結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)有氣體流過，可以帶走轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大量熱量，降低驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的運(yùn)行溫度，提高裝置壽命。

16、3、相比于傳統(tǒng)采用側(cè)壁進(jìn)氣的結(jié)構(gòu)來說，采用中空結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使裝置空間更小。

17、4、井下氣體壓縮裝置由一級(jí)壓縮組件和二級(jí)壓縮組件構(gòu)成，從而配有兩段氣體壓縮段，壓縮長(zhǎng)度較長(zhǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)較大的壓縮比。

18、5、井下氣體壓縮裝置可以有效配置一級(jí)壓縮組件中轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速與二級(jí)壓縮組件中轉(zhuǎn)軸的的轉(zhuǎn)速，能夠得到更廣的調(diào)速范圍，進(jìn)而產(chǎn)量調(diào)控范圍更廣。

19、6、通過將多個(gè)井下氣體壓縮裝置的上下進(jìn)氣口串聯(lián)在一起構(gòu)成多級(jí)采氣設(shè)備，能夠提供所需更大的壓縮比。

技術(shù)特征：

1.一種井下氣體壓縮組件，包括豎直設(shè)置的管殼(1)，其特征在于，還包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下氣體壓縮組件，其特征在于，所述多個(gè)葉片(24)沿所述第二腔體(22)的內(nèi)壁縱向均布設(shè)置，且葉片(24)的數(shù)量至少為5個(gè)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的井下氣體壓縮組件，其特征在于，所述轉(zhuǎn)軸(2)的下端口處連接有進(jìn)氣環(huán)(5)，所述轉(zhuǎn)軸(2)的上端口處連接有出氣環(huán)(6)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的井下氣體壓縮組件，其特征在于，所述進(jìn)氣環(huán)(5)的外圈面上設(shè)有外螺紋，所述管殼(1)的下側(cè)內(nèi)壁上設(shè)有內(nèi)螺紋，所述進(jìn)氣環(huán)(5)與管殼(1)之間螺紋連接，所述轉(zhuǎn)軸(2)的下端穿設(shè)至所述進(jìn)氣環(huán)(5)內(nèi)，所述轉(zhuǎn)軸(2)與進(jìn)氣環(huán)(5)之間通過第一磁懸浮軸向軸承(51)連接，所述進(jìn)氣環(huán)(5)的上端固定有第二壓板(52)，所述第二壓板(52)的底部與第一磁懸浮軸向軸承(51)抵接。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的井下氣體壓縮組件，其特征在于，所述出氣環(huán)(6)的內(nèi)部由上至下依次設(shè)有第一孔腔(61)和第二孔腔(62)，所述第一孔腔(61)的直徑小于第二孔腔(62)的直徑，所述轉(zhuǎn)軸(2)的上端穿過第二孔腔(62)后延伸至第一孔腔(61)內(nèi)，所述管殼(1)的上側(cè)外壁上設(shè)有靜密封環(huán)(63)，且通過靜密封環(huán)(63)與所述第二孔腔(62)的內(nèi)壁密封連接。

6.一種井下氣體壓縮裝置，其特征在于，包括兩組如權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的井下氣體壓縮組件以及耦合連接器(7)，所述兩組井下氣體壓縮組件豎直并列設(shè)置，兩組井下氣體壓縮組件中的轉(zhuǎn)軸(2)之間通過所述耦合連接器(7)連接，其中位于下側(cè)的井下氣體壓縮組件為一級(jí)壓縮組件(81)，位于上側(cè)的井下氣體壓縮組件為二級(jí)壓縮組件(82)，所述進(jìn)氣環(huán)(5)和出氣環(huán)(6)各有一個(gè)，所述進(jìn)氣環(huán)(5)連接在所述一級(jí)壓縮組件(81)中轉(zhuǎn)軸(2)的下端處，所述出氣環(huán)(6)連接在所述二級(jí)壓縮組件(82)中轉(zhuǎn)軸(2)的上端處，所述二級(jí)壓縮組件(82)中轉(zhuǎn)軸(2)的轉(zhuǎn)速大于所述一級(jí)壓縮組件(81)中轉(zhuǎn)軸(2)的轉(zhuǎn)速。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的井下氣體壓縮裝置，其特征在于，所述耦合連接器(7)包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的井下氣體壓縮裝置，其特征在于，所述一級(jí)壓縮組件(81)中管殼(1)的上端面處固定有端蓋(91)，所述端蓋(91)中部設(shè)有使轉(zhuǎn)軸(2)穿過的通孔，且通孔與轉(zhuǎn)軸(2)之間通過動(dòng)密封環(huán)(92)連接。

9.一種井下氣體多級(jí)采氣設(shè)備，其特征在于，包括多個(gè)如權(quán)利要求6-8任一項(xiàng)所述的井下氣體壓縮裝置，多個(gè)井下氣體壓縮裝置豎直并列設(shè)置，且上下相鄰兩個(gè)井下氣體壓縮裝置之間的進(jìn)氣環(huán)(5)和出氣環(huán)(6)之間可拆卸連接。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的井下氣體多級(jí)采氣設(shè)備，其特征在于，所述進(jìn)氣環(huán)(5)的下側(cè)內(nèi)壁上開設(shè)有錐形螺紋孔(53)，所述出氣環(huán)(6)的上側(cè)外壁呈錐形，且設(shè)有錐形外螺紋(64)，所述進(jìn)氣環(huán)(5)通過錐形螺紋孔(53)與所述出氣環(huán)(6)上的錐形外螺紋(64)螺紋連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種井下氣體壓縮組件、壓縮裝置及多級(jí)采氣設(shè)備，其井下氣體壓縮組件包括管殼、轉(zhuǎn)軸、驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和磁懸浮連接組件；轉(zhuǎn)軸穿設(shè)在管殼內(nèi)，轉(zhuǎn)軸為空心軸體，其內(nèi)部由上至下依次設(shè)有第一腔體、第二腔體和第三腔體，第二腔體的上半側(cè)口徑由下至上逐漸收縮，第一腔體的下半側(cè)口徑由下至上逐漸擴(kuò)張，第二腔體的內(nèi)壁上設(shè)有多個(gè)葉片；驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)包括定子鐵芯、定子繞組、轉(zhuǎn)子鐵芯和磁鋼；磁懸浮連接組件包括第一壓板和徑向磁懸浮軸承。本發(fā)明將驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力源以及氣體壓縮結(jié)構(gòu)集中設(shè)置在位于轉(zhuǎn)軸中部的第二腔體處，使得轉(zhuǎn)軸懸臂距離較短，減小轉(zhuǎn)軸的變形，且中空的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有氣體流過，可以帶走熱量，降低裝置運(yùn)行溫度。

技術(shù)研發(fā)人員：程嘉瑞,郭燕,魏文瀾,王金龍,曾子龍,曹曉飛,劉亞莉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安石油大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2