多相混输智能撬组的制作方法

本实用新型涉及机械行业流体介质输送技术领域，尤其涉及一种多相混输智能撬组。

背景技术：

油田采油作业中，采出介质是原油、气体和水的混相介质，其气液比是不断变化的。在传统技术中，油田是直接使用油气混输泵将混相介质增压输送到计量站、接转站或联合站等。

然而，在实现本实用新型的过程中，申请人发现传统技术中直接输送混相介质对油气混输泵造成了较大的压力，并且传统的油气混输泵在传输气液比较高的混相介质方面存在不足。如上因素导致油气混输泵故障率高，进而影响到撬组整体的可靠性。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型以期至少部分地解决以上技术问题中的至少之一。

(二)技术方案

为了实现如上目的，本实用新型提供了一种多相混输智能撬组。

该多相混输智能撬组包括：纵向竖直设置的气液分离罐，在其上半部分别设置介质入口和第一介质出口，在其下半部设置第二介质出口；液泵，其进口连接至气液分离罐的第二介质出口；混输泵，其进口连接至气液分离罐的第一介质出口，包括：由同一主轴带动的m个偏心转子式转动装置，m≥2；偏心转子式转动装置包括：偏心转子组件与其所在的腔室，其中，混输泵的介质入口连接至m个腔室的介质入口，介质出口连接至m个腔室的介质出口；利用主轴所传递的扭矩，m个偏心转子式转动装置分别独立地从介质入口泵入流体，并将其从介质出口泵出。

在本实用新型多相混输智能撬组的一些实施例中，m＝2n，n≥1，混输泵包括：缸体内腔，其被分隔为相互独立的圆筒形的2n个腔室，每个腔室对应的设置介质入口和介质出口；主轴，其中心线与缸体内腔的中心线重合，依次穿过2n个腔室；2n个偏心转子组件，分别位于相应腔室内，套设于主轴位于所在腔室的部分，通过在所在腔室中做旋转运动形成轴向延伸的密封工作空间，其中，2n个偏心转子式转动装置大小相同，相对于混输泵的介质入口和介质出口对称设置，2n个偏心转子式转动装置在转动相位上相互错开360°/2n设置。

在本实用新型多相混输智能撬组的一些实施例中，在气液分离罐的介质入口的上游侧，设置固相杂质过滤器；气液分离罐的罐体底部呈弧形，第二介质出口设置于气液分离罐的弧形底部，其连接至竖直向下的排污管道，并经由排污阀门连接至排污口。

在本实用新型多相混输智能撬组的一些实施例中，气液分离罐内设置交叉的防浪板；防浪板呈折弯波浪状，其上沿低于气液分离罐的介质入口，其下沿伸入液面以下。

在本实用新型多相混输智能撬组的一些实施例中，气液分离罐内设置防旋板，该防旋板竖直设置于第二介质出口的上部。

在本实用新型多相混输智能撬组的一些实施例中，还包括：液位计，连接至气液分离罐的下半部开设液位计口；压力变送器，连接至气液分离罐的上半部的压力表口；控制器，信号连接至液位计和压力变送器，信号连接至液泵的控制端口和混输泵的控制端口，其依据液位计和压力变送器获得的实时参数以及预存的预存参数，对液泵和混输泵的工作状态进行控制。

在本实用新型多相混输智能撬组的一些实施例中，在液泵的出口管路中，液泵的介质出口连接有液泵单向阀；在混输泵的出口管路中，混输泵的介质出口连接有混输泵单向阀。

在本实用新型多相混输智能撬组的一些实施例中，气液分离罐为圆罐：第二介质出口设置于气液分离罐的弧形底部；介质入口和第一介质出口设置于气液分离罐上半部的两侧，且第一介质出口的高度高于介质入口的高度。

在本实用新型多相混输智能撬组的一些实施例中，液泵为以下泵中的一种：离心泵、螺杆泵、柱塞泵。

在本实用新型多相混输智能撬组的一些实施例中，气液分离罐的介质入口连接至输入管线，混输泵的出口管路和液泵的出口管路汇集，而后连接至输出管线。

(三)有益效果

从上述技术方案可知，本实用新型至少具有以下有益效果其中之一：

(1)采用纵向竖直设置的气液分离罐对混相介质进行气相介质和液相介质的初步分离，介质入口和第一介质出口设置于气液分离罐上半部的侧面，第二介质出口设置于气液分离罐的下半部。第一介质出口和第二介质出口分别输出气相介质(可含少量液相介质)和液相介质，两者均连通至输出管线。

对于汇流至气液分离罐下方的液相介质，采用液泵进行传送；对于上升至气液分离罐上方的介质，其中大部分为气相介质，仅混杂有少量的液相介质，大大减轻了混相介质对混输泵的压力。进一步地，将擅长气液混输的混输泵与擅长输送液相介质的液泵组合在一起，可以充分发挥两种泵的优势。

(2)采用特定泵体结构的混输泵，可以解决传统技术中采用普通混输泵在混输方面的不足，降低了混输泵故障率和维修保养成本，提高撬组整体的可靠性。

(3)在液泵和混输泵的下游侧设置单向阀，防止两泵之间互相干涉，形成介质反流。

(4)在气液分离罐上设置液位计和压力变送器，分别测量罐体内的液面高度和气体压力，这些实时参数被送入控制器，结合预存参数来控制液泵和混输泵的转速，从而实现了无人值守，减轻人员工作强度，同时提升了撬组运行的智能性和安全性。

(5)在气液分离罐的罐体内设置交叉防浪板，可以防止罐体内部液相介质产生波浪，保证罐体内的液位平稳，液位计信号准确平稳。

(6)在第二介质出口的上部竖直设置片状的防旋板，可以防止第二介质出口出液时产生旋涡，避免气体从下部输出进入液泵，保证液泵不受气体的影响。

(7)在气液分离罐的上游侧设置过滤器，使混相介质在进入气液分离罐首先对其中的大颗粒固态杂质进行首次过滤，气液分离罐的罐体底部为向下的弧形，第一介质出口设置于罐体底部最低处，其通过竖直向下地管路连接至末端排污口，从而首次过滤未过滤出的小颗粒固体杂质长时间积累之后，可以通过排污口排出，从而进一步减轻了混输泵和液泵的压力。

附图说明

图1为本实用新型实施例多相混输智能撬组的结构示意图。

图2为图1所示多相混输智能撬组中气液分离罐的剖视图。

图3a为图1和图2中气液分离罐中防浪板的剖视图。

图3b和图3c为本实用新型其他实施例中防浪板的剖视图。

图4为图1和图2中气液分离罐中防旋板的示意图。

【附图中主要元件符号说明】

10-气液分离罐；

11-介质入口；

12-第一介质出口；13-第二介质出口；

14-防浪板；15-防旋板；

16-液位计口；17-压力表口；

21-混输泵；22-混输泵单向阀；

31-液泵；32-液泵单向阀；

41-固相杂质过滤器；42-排污阀门；43-排污口；

50-控制器；

51-压力变送器；52-液位计；53-流量计；

61-第一阀门；62-第二阀门；63-第三阀门；

64-第四阀门；65-第五阀门。

具体实施方式

本实用新型提供了一种多相混输智能撬组，其采用竖直设置的气液分离罐和独立的两路输送管路，分别输送液相介质和气液混相介质，同时采用特定泵体结构的混输泵，可以减轻从油田开采出来的固、液、气的混相介质在输送过程中对混输泵造成的压力，降低混输泵的故障率，提高撬组整体的可靠性。

需要特别说明的是，本实用新型主题名称中的“智能”，仅是指的是撬组的控制器能够收集撬组在运行过程中的一个或多个实时参数，将该实时参数进行显示和/或依据该实时参数对液泵和混输泵进行控制，并不对撬组的其他结构产生限制作用。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应当理解的是，提供这些实施例的目的仅是使得本实用新型满足适用的法律要求，而本实用新型可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此处所阐述的实施例。

在本实用新型的一个示例性实施例中，提供了一种多相混输智能撬组。图1为本实用新型实施例多相混输智能撬组的结构示意图。如图1所示，本实施例多相混输智能撬组包括：

纵向竖直设置的气液分离罐10，在其上半部分别设置介质入口11和第一介质出口12，在其下半部设置第二介质出口13；

混输泵21，其进口连接至气液分离罐的第一介质出口12；

液泵31，其进口连接至气液分离罐的第二介质出口13；

其中，气液分离罐10的介质入口连接至输入管线，所述混输泵的出口管路和所述液泵的出口管路汇集，而后连接至输出管线

本实施例中，纵向竖直设置的气液分离罐10对由介质进口进入的混相介质进行气相介质和液相介质的初步分离。气相介质和少量的液相介质较轻，会汇流至气液分离罐的上部，经由第一介质出口12进入混输泵21进行输运。液相介质较重，会汇流至气液分离罐的下部，经由第二介质出口13进入液泵31进行输送。其中，液泵31对大部分的液相介质进行传送，大大减轻了混输泵21输送混相介质的压力，降低了其故障率。同时，将擅长气液混输的混输泵与擅长输送液相介质的液泵组合在一起，可以充分发挥两种泵的优势。

以下分别对本实施例多相混输智能撬组的各个组成部分进行详细描述。

1、气液分离罐

请参照图1，气液分离罐为竖直设置的圆罐，其上半部侧面设置介质入口11。输入管线通过固相杂质过滤器41连接至气液分离罐的介质入口11。该固相杂质过滤器41会对输入管线输入的大颗粒固相杂质进行过滤，防止过多的固相杂质进入气液分离罐中，减小罐体清理的工作量。此外，为了方便进行控制，在固相杂质过滤器的上游管线设置第一阀门61，在固相杂质过滤器和气液分离罐之间的管线设置第二阀门62。

相比于水平设置，气液分离罐竖直设置提供了更大得空间而有利于轻介质的上升和重介质的下降。此外，竖直设置圆罐的侧面更容易设置混相介质入口和第一介质出口。

需要注意的是，气液分离罐中，第一介质出口12的高度高于介质入口11的高度。优选地，第一介质出口12的高度比介质入口11的高度高20cm～50cm。如此设置，可以尽可能避免从介质入口11进入的混相介质直接喷入第一介质出口12，从而影响第二介质出口13的介质的稳定性，气液分离罐的第二介质出口13连接至液泵31，输送介质中不能含有气相介质。

请参照图1，气液分离罐的罐体底部呈弧形，第二介质出口13设置于气液分离罐的弧形底部。虽然固相杂质过滤器会过滤掉部分的固相杂质。但少量的或细小的固相杂质还是会通过介质入口进入到气液分离罐中。在这种情况下，第二介质出口13同时连接至竖直向下的排污管道和水平的液相输送管道。排污管道通过排污阀门42连接至排污口43，可以方便地将气液分离罐中沉淀的固相杂质排出。

可以看出，本实施例中设置了两级的固体杂质处理机制，以防止固态杂质造成液泵和混输泵的损害，从而提升了撬组的整体可靠性：

(1)在气液分离罐介质入口的上游侧，设置固相杂质过滤器41，对于抽取的原始原油中的大颗粒固态杂质，如石块、树根等，进行过滤；

(2)在气液分离罐的罐体底部设置竖直向下的排污管道，经由排污阀门42连接至排污口43，经过初步过滤的原油中的小颗粒固态杂质，如沙粒等，在自身重力的作用下落入排污管道，定期排出。

2、防浪板和防旋板

图2为图1所示多相混输智能撬组中气液分离罐的剖视图。如图2所示，本实施例中，在气液分离罐内部设置有防浪板14和防旋板15。

图3a为图1和图2所示气液分离罐内防浪板的剖视图。如图3a所示，气液分离罐内设置交叉的两块防浪板，每块防浪板呈折弯波浪状。混相介质入口的高度低于第一介质出口的高度，防浪板的上沿低于混相介质入口且下沿伸入液面以下，其高度根据实际控制液位的高度和来液量范围确定，优选介于罐体高度的1/5至1/3之间。

本领域技术人员应当清楚，除了图3a所示的防浪板之外，还可以采用其他类型或组合形式的防浪板，如图3b和图3c所示，即在罐体内交叉设置三块或四块，或者更多的防浪板。

通过设置防浪板，可以防止罐体内部液体产生波浪，保证液位平稳，液位计信号准确平稳。

图4为图1和图2中气液分离罐中防旋板的示意图。请参照图1和图4，防旋板15呈片状，竖直设置于第二介质出口的上部，可以防止第二介质出口出液时产生旋涡，避免气体从下部输出进入液泵，保证液泵不受气体的影响。

3、液泵和混输泵

请继续参照图1，第二介质出口13经过水平管道连接至液泵31。该液泵31将经过气液分离罐初步分离得到的液相介质进行输送。第一介质出口12经过管道连接至混输泵21。该混输泵21将经过气液分离器初步分离得到的气相介质和少量的液相介质进行输送。混输泵21的出口管路和液泵31的出口管路汇集，而后经第五阀门65后连接至输出管线。

在液泵的出口管路中，液泵的介质出口连接有液泵单向阀32。在混输泵21的出口管路中，混输泵的介质出口连接有混输泵单向阀22。两单向阀能够避免两台泵中其中任何一台泵的出口高压介质反流对另一台泵造成影响。

此外，在气液分离罐的第一介质出口和混输泵的介质入口之间设置第三阀门63。在气液分离罐的第二介质出口和液泵的介质入口之间设置第四阀门64。

本实施例所采用液泵可以是离心泵、螺杆泵、柱塞泵等。关于其功用和结构，可参照现有技术的相关说明，此处不再赘述。

以下对本实施例中采用的混输泵进行详细说明。

本实施例中，混输泵21由电机带动，用于对气液混相介质(主要是气相介质)进行增压并将其输送到出口管线。

在传统技术中，常使用的油气混输泵是螺杆泵，但是螺杆泵的工况适应范围有限，当介质的气液比升高时，即气体较多时，单螺杆泵内部容易形成干摩擦而大量发热，导致内部密封面损坏而发生泄漏或泵效急剧下降，尤其是当介质全部是气体时，上述问题更加严重，会导致螺杆泵很快损坏而无法工作。

在实现本实用新型的前期，申请人采用包括2n 1个(n为大于等于1的正整数)偏心转子式转动装置的混输泵，其结构类似于下文详述的包括2n个偏心转子式转动装置的混输泵，区别在于：

①腔室和偏心转子组件的数目为2n 1；

②中间转动装置较左右两边转动装置大；

③中间转动装置、左右两边转动装置对称设置。

关于包括2n 1个偏心转子式转动装置的混输泵，可参照下文的详细说明，此处不再赘述。

在使用过程中，申请人发现其虽然能够避免了由于输送气体介质中含有液体而影响撬组运行的问题，但是混输泵的故障率仍然偏高。经过仔细研究，申请人发现产生故障的原因是：2n 1个偏心转子式转动装置中，中间转动装置大，两边转动装置小，转动装置工作出力不均衡，零件磨损程度不同。

在此基础上，申请人进一步改进，将混输泵内腔分为对称(相对于混输泵的介质入口和介质出口)的2n个(n为大于等于1的正整数)相同腔室，其中，2n个偏心转子组件在一个转动周期内均匀分布，即：由腔室和偏心转子组件组成的转动装置的大小、尺寸相同；相位上在一个转动周期内均匀错开，错开角度为360°/2n。

在本实施例中，n＝1，即：混输泵21包括由同一主轴带动的2个偏心转子式转动装置。更具体而言，混输泵包括：

缸体内腔，其被分隔为2个相互独立的圆筒形的腔室，每个腔室对应的设置介质入口和介质出口；

主轴，其中心线与缸体内腔的中心线重合，依次穿过2个腔室；

2个偏心转子组件，分别位于相应腔室内，套设于主轴位于所在腔室的部分，通过在所在腔室中做旋转运动形成轴向延伸的密封工作空间。

其中，偏心转子组件与其所在的腔室构成所述的偏心式转动装置。2个偏心转子式转动装置大小、尺寸相同。

本实施例中，为了进行平衡配重和实现均匀出力，混输泵中的2个偏心转子组件的转动相位错开180°设置。

本实施例中，混输泵的介质入口连接至2个腔室的介质入口，介质出口连接至2个腔室的介质出口；利用主轴所传递的扭矩，2个偏心转子式转动装置分别独立地从介质入口泵入流体，并将其从介质出口泵出。

对于该混输泵而言，当输入的介质为气体介质时，其工作于压缩机状态；当输入的介质中既有气体又有液体时，混输泵工作在压缩机和液泵的混合状态，这样就可以避免由于输送气体介质中含有液体而影响撬组运行。也不会出现由于输送混相介质中气相介质过多而导致的摩擦发热问题

实践证明，该混输泵能够避免缸体件工作出力不均的问题，实现同等磨损，保证了整体性能的效果。同时，相比于包括2n 1个大小、尺寸不完全相同的偏心转子式转动装置的混输泵，其生产成本更低，同时后期维护成本低。

4、智能控制

本实施例中，还可以通过传感器和控制器50，实现撬组的自动控制。

请参照图1和图2，液泵的控制端口和混输泵的控制端口均连接至控制器50。在气液分离罐的上半部开设有压力表口17，连接至压力变送器51，用于测量气液分离罐内的气相介质压力。

请继续参照图1和图2，在气液分离罐的下半部开设液位计口16，连接至液位计52。该液位计52用于测量气液分离罐内的液相介质液位。液位计52可以是双法兰差压式液位计、单法兰液位计、浮子液位计等。

此外，在液泵的介质进口的上游侧，设置有流量计53，用于测量经过液泵输送液相介质的流量。需要说明的是，流量计不是必须要的配件，没有流量计也能实现输送功能。

控制器50内预存有预存参数：气压上限和气压下限、液面上限和液面下限。控制器依据预存参数和通过压力变送器、液位计所获得的实时参数，对多相混输智能撬组中液泵和混输泵执行以下控制逻辑，以实现撬组的平稳、可靠运行：

(1)当达到气压上限时，增加混输泵21转速；当达到气压下限时，降低混输泵21转速；

(2)当达到液位上限时，增加液泵31转速；当达到液位下限时，降低液泵31转速。

对于液泵和混输泵两者而言，每次增加或降低转速n转/分钟，n根据现场情况确定，一般不超过泵额定转速的5％。

至此，已经结合附图对本实用新型实施例进行了详细描述。

需要说明的是，对于某些实现方式，如果其并非本实用新型的关键内容，且为所属技术领域中普通技术人员所熟知，则在附图或说明书正文中并未对其进行详细说明，此时可参照相关现有技术进行理解。

此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

(1)第一、第二、第三、第四、第五阀门可以是闸阀、截止阀、球阀、蝶阀等能够阻断或导通的阀门；

(2)压力变送器、流量计可以采用传统技术中已有的种类和型号；

(3)液泵可以采用传统技术中已有的种类。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本实用新型多相混输智能撬组有了清楚的认识。

综上所述，本实用新型多相混输智能撬组采用纵向竖直设置的气液分离罐对混相介质进行气相介质和液相介质的初步分离，第二介质出口设置于气液分离罐的下半部，连接液泵；混相介质入口和第一介质出口设置于气液分离罐上半部的侧面，连接特定泵体结构的混输泵。该特定泵体结构的混输泵擅长输送高气液比的混相介质，同时将擅长气液混输与擅长输液的泵组合在一起，可以充分发挥两种泵的最大优势，也大大减轻了混输泵的工作压力，提升了撬组的可靠性。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本实用新型的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本实用新型的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本实用新型实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。

除非明确指明为相反之意，本实用新型的说明书及权利要求中的数值参数可以是近似值，能够根据通过本实用新型的内容改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”、“主”、“次”，以及阿拉伯数字、字母等，以修饰相应的元件或步骤，其本意仅用来使具有某命名的一元件(或步骤)得以和另一具有相同命名的元件(或步骤)能做出清楚区分，并不意味着该元件(或步骤)有任何的序数，也不代表某一元件(或步骤)与另一元件(或步骤)的顺序。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。