用于地下资源型气体开采的井下气体压缩系统的制作方法

1.本技术实施例涉及地下资源型气体（如天然气）开采装备，具体涉及用于地下资源型气体开采的井下气体压缩系统及其井下气体压缩装置和井下气体压缩驱动装置。


背景技术：

2.天然气开采时，随着天然气地下储层中压力的下降，天然气产量逐渐减小，直至储层中没有足够的压力将天然气通过气井推向地表，此时气井寿命也将结束。有时会使用地面的压缩机通过降低气井顶部的压力来延长气井的使用寿命，然而，这种方式并不能够在储层压力过低时继续生产。


技术实现要素：

3.针对上述技术问题，本技术实施例分别提供了用于地下资源型气体开采的井下气体压缩系统及其井下气体压缩装置和井下气体压缩驱动装置。该井下气体压缩系统能够深入气井内部（如储层）进行加压，从而提高开采效率，延长气井的使用寿命。
4.根据本技术的第一个方面，提供了一种用于地下资源型气体开采的井下气体压缩系统。包括：井下气体压缩装置，所述井下气体压缩装置包含第一管壳、第一磁悬浮支撑系和轴流压缩机，所述轴流压缩机通过所述第一磁悬浮支撑系安装在所述第一管壳内，所述轴流压缩机的旋转轴安装在所述第一磁悬浮支撑系上并沿所述第一管壳轴向设置，所述第一管壳上沿轴向间隔设置有轴流压缩机进气口与轴流压缩机排气口，所述第一磁悬浮支撑系具有可根据所述旋转轴的位置自适应地调节该旋转轴的轴向位置和径向位置中至少轴向位置的第一位置控制机构；井下气体压缩驱动装置，所述井下气体压缩驱动装置包含第二管壳、第二磁悬浮支撑系和驱动电机，所述驱动电机通过所述第二磁悬浮支撑系安装在所述第二管壳内，所述驱动电机的转子安装在所述第二磁悬浮支撑系上并沿所述第二管壳轴向设置，所述第二磁悬浮支撑系具有可根据所述转子的位置自适应地调节该转子的轴向位置和径向位置中至少轴向位置的第二位置控制机构；中间传动装置，所述中间传动装置包含第三管壳和磁力耦合器，所述第三管壳轴向设置在所述第一管壳与所述第二管壳之间从而使所述第一管壳、所述第二管壳以及所述第三管壳形成一个管壳形整体，所述磁力耦合器的内转子和外转子分别与所述驱动电机的转子和所述轴流压缩机的旋转轴相连，并且该磁力耦合器中具有不妨碍所述第一位置控制机构对所述旋转轴的位置调节以及所述第二位置控制机构对所述转子的位置调节的间隙。
5.根据本技术实施例，所述第一管壳上远离所述中间传动装置的一端设有第一端盖，所述第一端盖上设有进线接线口和出线接线口，所述进线接线口用于通过密封式接线装置将位于所述管壳形整体外侧的线缆引向所述第一端盖中，所述出线接线口用于通过密封式接线装置将所述第一端盖中的线缆引向井口。
6.根据本技术实施例，所述出线接线口位于所述第一端盖的中心处并与所述第一管壳同轴设置，所述进线接线口分布在所述出线接线口的周边。
7.根据本技术实施例，所述第一端盖具有锥形表面，所述出线接线口位于所述第一端盖的中心处并与所述第一管壳同轴设置，所述进线接线口分布在所述出线接线口周边的锥形表面上。
8.根据本技术实施例，所述第一磁悬浮支撑系包含分别安装在所述轴流压缩机的旋转轴的第一端和第二端的第一端第一磁悬浮支撑组件和第二端第一磁悬浮支撑组件。
9.根据本技术实施例，所述第一管壳包含依次设置的如下部分：第一端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体，所述第一端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体内部用于安装所述第一端第一磁悬浮支撑组件；轴流压缩机排气口所在段壳体，所述轴流压缩机排气口所在段壳体具有与所述旋转轴通过动密封结构配合的内凸环以及从所述内凸环上面向所述轴流压缩机的叶轮组的端面向外倾斜延伸至所述第一管壳外侧面的所述轴流压缩机排气口，并且，该轴流压缩机排气口所在段壳体与所述第一端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体之间一体成型或可拆卸对接连接；轴流压缩机安装段壳体，所述轴流压缩机安装段壳体内部用于安装所述轴流压缩机的叶轮组，并且，该轴流压缩机安装段壳体与所述轴流压缩机排气口所在段壳体之间可拆卸对接连接；轴流压缩机进气口所在段壳体，所述轴流压缩机进气口所在段壳体具有与所述旋转轴通过动密封结构配合的内凸环以及从所述内凸环上面向所述轴流压缩机的叶轮组的端面向外倾斜延伸至所述第一管壳外侧面的所述轴流压缩机进气口，并且，该轴流压缩机进气口所在段壳体与所述轴流压缩机安装段壳体之间可拆卸对接连接；第二端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体，所述第二端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体内部用于安装所述第二端第一磁悬浮支撑组件，并且，该第二端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体与所述轴流压缩机进气口所在段壳体之间一体成型或可拆卸对接连接。
10.根据本技术实施例，所述轴流压缩机排气口所在段壳体为铸造件，所述轴流压缩机排气口所在段壳体的内凸环和轴流压缩机排气口通过铸造成型。
11.根据本技术实施例，所述轴流压缩机进气口所在段壳体为铸造件，所述轴流压缩机进气口所在段壳体的内凸环和轴流压缩机进气口通过铸造成型。
12.根据本技术实施例，所述第一端第一磁悬浮支撑组件和所述第二端第一磁悬浮支撑组件均包含从所述旋转轴的轴端向轴身的方向依次设置的保护轴承、电磁磁悬浮径向轴承、电磁磁悬浮轴向轴承和推力盘，所述推力盘固定在所述旋转轴上，所述第一端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体内位于对应内凸环与所述电磁磁悬浮轴向轴承之间设有套在所述推力盘外侧的轴向定位套筒，所述第一端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体内位于所述电磁磁悬浮径向轴承与所述电磁磁悬浮轴向轴承之间设有用于检测所述旋转轴径向及轴向位置的位置传感器组，所述电磁磁悬浮径向轴承和所述电磁磁悬浮轴向轴承根据所述位置传感器组的检测数据分别自动调节所述旋转轴的径向和轴向位置。
13.根据本技术实施例，所述第二管壳上远离所述中间传动装置的一端设有第二端盖，所述第二端盖上设有出线接线口，所述出线接线口用于通过密封式接线装置将所述第二端盖中的线缆引向所述管壳形整体的外侧。
14.根据本技术实施例，所述第二端盖具有锥形表面，所述出线接线口布置在所述第二端盖的锥形表面上。
15.根据本技术实施例，所述第二磁悬浮支撑系包含分别安装在所述驱动电机的转子的第一端和第二端的第一端第二磁悬浮支撑组件和第二端第二磁悬浮支撑组件。
16.根据本技术实施例，所述第一端第二磁悬浮支撑组件和所述第二端第二磁悬浮支撑组件均包含从所述转子的轴端向轴身的方向依次设置的保护轴承、电磁磁悬浮径向轴承、电磁磁悬浮轴向轴承和推力盘，所述推力盘固定在所述转子上，所述第二管壳内位于所述驱动电机定子与所述电磁磁悬浮轴向轴承之间设有套在所述推力盘外侧的轴向定位套筒，所述第二管壳内位于所述电磁磁悬浮径向轴承与所述电磁磁悬浮轴向轴承之间设有用于检测所述转子径向及轴向位置的位置传感器组，所述电磁磁悬浮径向轴承和所述电磁磁悬浮轴向轴承根据所述位置传感器组的检测数据分别自动调节所述旋转轴的径向和轴向位置。
17.根据本技术实施例，所述第一管壳、所述第二管壳和/或所述第三管壳的外侧设有井壁支撑结构。
18.根据本技术实施例，所述轴流压缩机安装段壳体的外侧设有井壁支撑结构，该井壁支撑结构在使用状态下使得气井井壁与所述管壳形整体之间的通道被切断。
19.根据本技术实施例，使用时所述管壳形整体立放于气井内且所述井下气体压缩装置、所述中间传动装置和所述井下气体压缩驱动装置由上往下依次设置。
20.根据本技术的第二个方面，提供了一种用于地下资源型气体开采的井下井下气体压缩装置，包括：第一管壳、第一磁悬浮支撑系和轴流压缩机，所述轴流压缩机通过所述第一磁悬浮支撑系安装在所述第一管壳内，所述轴流压缩机的旋转轴安装在所述第一磁悬浮支撑系上并沿所述第一管壳轴向设置，所述第一管壳上沿轴向间隔设置有轴流压缩机进气口与轴流压缩机排气口，所述第一磁悬浮支撑系具有可根据所述旋转轴的位置自适应地调节该旋转轴的轴向位置和径向位置中至少轴向位置的第一位置控制机构。
21.根据本技术实施例，所述第一管壳上远离所述中间传动装置的一端设有第一端盖，所述第一端盖上设有进线接线口和出线接线口，所述进线接线口用于通过密封式接线装置将位于所述管壳形整体外侧的线缆引向所述第一端盖中，所述出线接线口用于通过密封式接线装置将所述第一端盖中的线缆引向井口。
22.根据本技术实施例，所述出线接线口位于所述第一端盖的中心处并与所述第一管壳同轴设置，所述进线接线口分布在所述出线接线口的周边。
23.根据本技术实施例，所述第一端盖具有锥形表面，所述出线接线口位于所述第一端盖的中心处并与所述第一管壳同轴设置，所述进线接线口分布在所述出线接线口周边的锥形表面上。
24.根据本技术实施例，所述第一磁悬浮支撑系包含分别安装在所述轴流压缩机的旋转轴的第一端和第二端的第一端第一磁悬浮支撑组件和第二端第一磁悬浮支撑组件。
25.根据本技术实施例，所述第一管壳包含依次设置的如下部分：第一端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体，所述第一端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体内部用于安装所述第一端第一磁悬浮支撑组件；轴流压缩机排气口所在段壳体，所述轴流压缩机排气口所在段壳体具有与所述旋转轴通过动密封结构配合的内凸环以及从所述内凸环上面向所述轴流压缩机的叶轮组的端面向外倾斜延伸至所述第一管壳外侧面的所述轴流压缩机排气口，并且，该轴流压缩机排气口所在段壳体与所述第一端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体之间一体成型或可拆卸对接连接；轴流压缩机安装段壳体，所述轴流压缩机安装段壳体内部用于安装所述轴流压缩机的叶轮组，并且，该轴流压缩机安装段壳体与所述轴流压缩机排气口
所在段壳体之间可拆卸对接连接；轴流压缩机进气口所在段壳体，所述轴流压缩机进气口所在段壳体具有与所述旋转轴通过动密封结构配合的内凸环以及从所述内凸环上面向所述轴流压缩机的叶轮组的端面向外倾斜延伸至所述第一管壳外侧面的所述轴流压缩机进气口，并且，该轴流压缩机进气口所在段壳体与所述轴流压缩机安装段壳体之间可拆卸对接连接；第二端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体，所述第二端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体内部用于安装所述第二端第一磁悬浮支撑组件，并且，该第二端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体与所述轴流压缩机进气口所在段壳体之间一体成型或可拆卸对接连接。
26.根据本技术实施例，所述轴流压缩机排气口所在段壳体为铸造件，所述轴流压缩机排气口所在段壳体的内凸环和轴流压缩机排气口通过铸造成型。
27.根据本技术实施例，所述轴流压缩机进气口所在段壳体为铸造件，所述轴流压缩机进气口所在段壳体的内凸环和轴流压缩机进气口通过铸造成型。
28.根据本技术实施例，所述轴流压缩机安装段壳体的外侧设有井壁支撑结构，该井壁支撑结构使用状态下使得气井井壁与所述管壳形整体之间的通道被切断。
29.根据本技术实施例，所述第一端第一磁悬浮支撑组件和所述第二端第一磁悬浮支撑组件均包含从所述旋转轴的轴端向轴身的方向依次设置的保护轴承、电磁磁悬浮径向轴承、电磁磁悬浮轴向轴承和推力盘，所述推力盘固定在所述旋转轴上，所述第一端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体内位于对应内凸环与所述电磁磁悬浮轴向轴承之间设有套在所述推力盘外侧的轴向定位套筒，所述第一端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体内位于所述电磁磁悬浮径向轴承与所述电磁磁悬浮轴向轴承之间设有用于检测所述旋转轴径向及轴向位置的位置传感器组，所述电磁磁悬浮径向轴承和所述电磁磁悬浮轴向轴承根据所述位置传感器组的检测数据分别自动调节所述旋转轴的径向和轴向位置。
30.上述第二个方面的用于地下资源型气体开采的井下气体压缩装置，其用于通过中间传动装置与井下气体压缩驱动装置连接形成上述第一个方面的用于地下资源型气体开采的井下气体压缩系统。所述井下气体压缩驱动装置包含第二管壳、第二磁悬浮支撑系和驱动电机，所述驱动电机通过所述第二磁悬浮支撑系安装在所述第二管壳内，所述驱动电机的转子安装在所述第二磁悬浮支撑系上并沿所述第二管壳轴向设置，所述第二磁悬浮支撑系具有可根据所述转子的位置自适应地调节该转子的轴向位置和径向位置中至少轴向位置的第二位置控制机构；所述中间传动装置包含第三管壳和磁力耦合器，所述第三管壳轴向设置在所述第一管壳与所述第二管壳之间从而使所述第一管壳、所述第二管壳以及所述第三管壳形成一个管壳形整体，所述磁力耦合器的内转子和外转子分别与所述驱动电机的转子和所述轴流压缩机的旋转轴相连，并且该磁力耦合器中具有不妨碍所述第一位置控制机构对所述旋转轴的位置调节以及所述第二位置控制机构对所述转子的位置调节的间隙。
31.根据本技术的第三个方面，提供了一种用于地下资源型气体开采的井下气体压缩驱动装置，包括：第二管壳、第二磁悬浮支撑系和驱动电机，所述驱动电机通过所述第二磁悬浮支撑系安装在所述第二管壳内，所述驱动电机的转子安装在所述第二磁悬浮支撑系上并沿所述第二管壳轴向设置，所述第二磁悬浮支撑系具有可根据所述转子的位置自适应地调节该转子的轴向位置和径向位置中至少轴向位置的第二位置控制机构。
32.根据本技术实施例，所述第二管壳上远离所述中间传动装置的一端设有第二端
盖，所述第二端盖上设有出线接线口，所述出线接线口用于通过密封式接线装置将所述第二端盖中的线缆引向所述管壳形整体的外侧。
33.根据本技术实施例，所述第二端盖具有锥形表面，所述出线接线口布置在所述第二端盖的锥形表面上。
34.根据本技术实施例，所述第二磁悬浮支撑系包含分别安装在所述驱动电机的转子的第一端和第二端的第一端第二磁悬浮支撑组件和第二端第二磁悬浮支撑组件。
35.根据本技术实施例，所述第一端第二磁悬浮支撑组件和所述第二端第二磁悬浮支撑组件均包含从所述转子的轴端向轴身的方向依次设置的保护轴承、电磁磁悬浮径向轴承、电磁磁悬浮轴向轴承和推力盘，所述推力盘固定在所述转子上，所述第二管壳内位于所述驱动电机定子与所述电磁磁悬浮轴向轴承之间设有套在所述推力盘外侧的轴向定位套筒，所述第二管壳内位于所述电磁磁悬浮径向轴承与所述电磁磁悬浮轴向轴承之间设有用于检测所述转子径向及轴向位置的位置传感器组，所述电磁磁悬浮径向轴承和所述电磁磁悬浮轴向轴承根据所述位置传感器组的检测数据分别自动调节所述旋转轴的径向和轴向位置。
36.上述第三个方面的用于地下资源型气体开采的井下气体压缩驱动装置，其用于通过中间传动装置与井下气体压缩装置连接形成上述第一个方面的用于地下资源型气体开采的井下气体压缩系统。所述井下气体压缩装置包含第一管壳、第一磁悬浮支撑系和轴流压缩机，所述轴流压缩机通过所述第一磁悬浮支撑系安装在所述第一管壳内，所述轴流压缩机的旋转轴安装在所述第一磁悬浮支撑系上并沿所述第一管壳轴向设置，所述第一管壳上沿轴向间隔设置有轴流压缩机进气口与轴流压缩机排气口，所述第一磁悬浮支撑系具有可根据所述旋转轴的位置自适应地调节该旋转轴轴向和径向位置的第一位置控制机构；所述中间传动装置包含第三管壳和磁力耦合器，所述第三管壳轴向设置在所述第一管壳与所述第二管壳之间从而使所述第一管壳、所述第二管壳以及所述第三管壳形成一个管壳形整体，所述磁力耦合器的内转子和外转子分别与所述驱动电机的转子和所述轴流压缩机的旋转轴相连，并且该磁力耦合器中具有不妨碍所述第一位置控制机构对所述旋转轴的位置调节以及所述第二位置控制机构对所述转子的位置调节的间隙。
37.由于上述第一个方面的用于地下资源型气体开采的井下气体压缩系统包括了上述第二个方面的用于地下资源型气体开采的井下气体压缩装置以及上述第三个方面的用于地下资源型气体开采的井下气体压缩驱动装置。所述井下气体压缩装置通过中间传动装置与所述井下气体压缩驱动装置连接，形成所述管壳形整体。该管壳形整体能够深入气井内部（如储层），然后气体压缩驱动装置经中间传动装置带动气体压缩装置工作，气体压缩装置中的轴流压缩机从轴流压缩机进气口吸入需开采的资源型气体然后再从轴流压缩机排气口排出增压后的资源型气体，从而实现对气井内部（如储层）进行加压，进而提高开采效率，延长气井的使用寿命。
38.由于所述井下气体压缩装置和所述井下气体压缩驱动装置均采用了可根据转动部件（旋转轴和转子）的位置自适应地调节该转动部件的轴向位置和径向位置中至少轴向位置的磁悬浮支撑系，这样，能够较好的保证转动部件低转动阻力，进一步降低发热并提高工作稳定性。由于井下温度高、压力大（预计井下气体压缩系统的工作环境温度≥105℃，压力≥10mpa），采用根据转动部件的位置自适应地调节该转动部件的轴向位置和径向位置中
至少轴向位置的磁悬浮支撑系，有助于在极端工况下保证井下气体压缩系统的工作稳定性。
39.上述第一个方面的用于地下资源型气体开采的井下气体压缩系统、第二个方面的用于地下资源型气体开采的井下气体压缩装置和第三个方面的用于地下资源型气体开采的井下气体压缩驱动装置分别可作为独立的产品制造和销售。
40.下面结合附图和具体实施方式对本技术做进一步的说明。本技术提供的附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过实践了解到。
附图说明
41.构成本说明书的一部分的附图用来辅助对本技术的理解，附图中所提供的内容及其在本说明书中有关的说明可用于解释本技术，但不构成对本技术的不当限定。
42.图1为本技术实施例的一种用于地下资源型气体开采的井下气体压缩系统的结构示意图。
43.图2为本技术实施例的一种用于地下资源型气体开采的井下气体压缩装置（即图1中井下气体压缩装置）的结构示意图。
44.图3为申请实施例的一种用于地下资源型气体开采的井下气体压缩驱动装置（即图1中井下气体压缩驱动装置）的结构示意图。
45.图4为图1中的中间传动装置的结构示意图。
46.图中标记为：井下气体压缩装置10、第一管壳11、第一端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体11a、轴流压缩机排气口所在段壳体11b、轴流压缩机安装段壳体11c、轴流压缩机进气口所在段壳体11d、第二端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体11e、轴流压缩机进气口111、轴流压缩机排气口112、动密封结构113、内凸环114、第一端盖115、进线接口115a、出线接口115b、第一磁悬浮支撑系12、第一端第一磁悬浮支撑组件121、第二端第一磁悬浮支撑组件122、轴流压缩机13、旋转轴131、叶轮组132、井下气体压缩驱动装置20、第二管壳21、第二端盖211、出线接口211a、第二磁悬浮支撑系22、第一端第二磁悬浮支撑组件221、第二端第二磁悬浮支撑组件222、驱动电机23、转子231、中间传动装置30、第三管壳31、凹槽311、磁力耦合器32、内转子321、外转子322。
具体实施方式
47.下面结合附图对本技术实施例进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本技术实施例。在结合附图对本技术实施例进行说明前，需要特别指出的是：在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案、技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案、技术特征可以相互组合。此外，在可能的情况下，这些技术方案、技术特征及有关的组合均可以被赋予特定的技术主题而被相关专利所保护。
48.下述说明中涉及到的本技术实施例通常仅是一部分实施例而不是全部实施例，基于这些实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于专利保护的范围。
49.本说明书及相应权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。其他相关术语和单位，均可基于本说明书提供相关内容得到合理的解释。
50.图1为本技术实施例的一种用于地下资源型气体开采的井下气体压缩系统的结构示意图。如图1所示，本技术实施例的一种用于地下资源型气体开采的井下气体压缩系统，其具体包括以下三部分：井下气体压缩装置10、井下气体压缩驱动装置20和中间传动装置30。
51.所述井下气体压缩装置10包含第一管壳11、第一磁悬浮支撑系12和轴流压缩机13，所述轴流压缩机13通过所述第一磁悬浮支撑系12安装在所述第一管壳11内，所述轴流压缩机13的旋转轴131安装在所述第一磁悬浮支撑系12上并沿所述第一管壳11轴向设置，所述第一管壳11上沿轴向间隔设置有轴流压缩机进气口111与轴流压缩机排气口112，所述第一磁悬浮支撑系12具有可根据所述旋转轴131的位置自适应地调节该旋转轴131的轴向位置和径向位置中至少轴向位置的第一位置控制机构。
52.所述井下气体压缩驱动装置20包含第二管壳21、第二磁悬浮支撑系22和驱动电机23，所述驱动电机23通过所述第二磁悬浮支撑系22安装在所述第二管壳21内，所述驱动电机23的转子231安装在所述第二磁悬浮支撑系22上并沿所述第二管壳21轴向设置，所述第二磁悬浮支撑系22具有可根据所述转子231的位置自适应地调节该转子231的轴向位置和径向位置中至少轴向位置的第二位置控制机构。
53.所述中间传动装置30包含第三管壳31和磁力耦合器32，所述第三管壳31轴向设置在所述第一管壳11与所述第二管壳21之间从而使所述第一管壳11、所述第二管壳21以及所述第三管壳31形成一个管壳形整体，所述磁力耦合器32的内转子321和外转子322分别与所述驱动电机23的转子231和所述轴流压缩机13的旋转轴131相连，并且该磁力耦合器32的内转子321与外转子322之间具有不妨碍所述第一位置控制机构对所述旋转轴131的位置调节以及所述第二位置控制机构对所述转子231的位置调节的间隙。
54.如图1所示，所述井下气体压缩装置10通过中间传动装置30与所述井下气体压缩驱动装置20连接，形成所述管壳形整体。该管壳形整体能够深入气井40内部（如储层），然后气体压缩驱动装置20经中间传动装置30带动气体压缩装置10工作，气体压缩装置10中的轴流压缩机13从轴流压缩机进气口111吸入需开采的资源型气体（如天然气）然后再从轴流压缩机排气口112排出增压后的资源型气体，从而实现对气井40内部进行加压，进而提高开采效率，延长气井40的使用寿命。
55.由于所述井下气体压缩装置10和所述井下气体压缩驱动装置20均采用了可根据转动部件（旋转轴131和转子231）的位置自适应地调节该转动部件的轴向位置和径向位置中至少轴向位置的磁悬浮支撑系，这样，能够较好的保证转动部件低转动阻力，进一步降低发热并提高工作稳定性。由于井下温度高、压力大（预计井下气体压缩系统的工作环境温度≥105℃，压力≥10mpa，工作深度为地下2km-3km），采用根据转动部件的位置自适应地调节该转动部件轴向和径向位置的磁悬浮支撑系，有助于在极端工况下保证井下气体压缩系统的工作稳定性。
56.这里，所述井下气体压缩装置10和所述井下气体压缩驱动装置20均采用了可根据转动部件（旋转轴131和转子231）的位置自适应地调节该转动部件的轴向位置和径向位置
中至少轴向位置的磁悬浮支撑系是指：第一，磁悬浮支撑系必须能够根据转动部件的位置自适应地调节该转动部件的轴向位置，为此，须采用磁悬浮轴向轴承，该磁悬浮轴向轴承可以是电磁磁悬浮轴向轴承，也可以是永磁型磁悬浮轴向轴承，但优选主动磁悬浮轴承(active magnetic bearing,amb)。第二，磁悬浮支撑系可以根据转动部件的位置自适应地调节该转动部件的径向位置，此时，须采用磁悬浮径向轴承，该磁悬浮轴向轴承可以是电磁磁悬浮径向轴承，也可以是永磁型磁悬浮径向轴承，但优选主动磁悬浮轴承(active magnetic bearing,amb)。第三，磁悬浮支撑系也可不具备根据转动部件的位置自适应地调节该转动部件的径向位置的功能，此时，可采用机械径向轴承。
57.磁悬浮支撑系须采用磁悬浮轴向轴承的原因在于：使用时井下气体压缩系统的管壳形整体是沿着气井40的轴向延伸的（参见图1所示），通常而言，气井40是竖向布置的，因此，所述管壳形整体也是立放于气井40内且所述井下气体压缩装置10、所述中间传动装置30和所述井下气体压缩驱动装置20由上往下依次设置，这样，井下气体压缩系统受到的重力以及气井40内气流运动施加给井下气体压缩系统的轴向压力均作用于磁悬浮支撑系的轴向轴承，采用磁悬浮轴向轴承后，实现了轴向轴承的非接触支撑，从而大大降低了转动部件的转动阻力和机械摩擦。由此带来的好处是，井下气体压缩驱动装置20可以采用更高的转速，这样，轴流压缩机13的工作效率更高，轴流压缩机13的压比更大，进一步提升井下采气的经济价值。
58.通常而言，如图1所示，所述第一管壳11、所述第二管壳21和/或所述第三管壳31的外侧设有井壁支撑结构50。井壁支撑结构50可以将所述管壳形整体支撑在气井40内，井壁支撑结构50也可以施加给所述第一管壳11、所述第二管壳21和/或所述第三管壳31反力矩，防止所述井下气体压缩系统在工作过程中活动和撞击井壁。井壁支撑结构50可以采用张合机构，张开时可以通过张合部件与井壁接触，合拢时张合部件缩回与井壁脱离，这样就方便所述井下气体压缩系统在气井40内移动。张合机构属于典型的常规机械结构，具有多种可能的设计和现有实现方式。
59.一种可选实施方式中，井壁支撑结构50分别设置在井下气体压缩系统的两端，并采用张开后仍能够在井壁与所述管壳形整体之间保留更多气流间隙的张合机构，从而减小张合机构对气流的阻碍，使得轴流压缩机进气口111的进气以及轴流压缩机排气口112的排气更容易。例如，张合机构可设置数个沿所述管壳形整体的周向间隔设置的支柱，各支柱均能够沿所述管壳形整体的径向伸缩，由于相邻支柱之间预留间隙大，对气流的阻碍更小。
60.通常而言，如图1所示，所述井下气体压缩系统使用时，所述井下气体压缩装置10、所述中间传动装置30和所述井下气体压缩驱动装置20由上往下依次设置。将井下气体压缩驱动装置20设置在井下气体压缩装置10下方，有助于增压气体向所述井下气体压缩系统上部的空间流动，这样，更有利于提高开采效率。
61.图2为本技术实施例的一种用于地下资源型气体开采的井下气体压缩装置（即图1中井下气体压缩装置）的结构示意图。如图1-图2所示，井下气体压缩装置10包含第一管壳11、第一磁悬浮支撑系12和轴流压缩机13，所述轴流压缩机13通过所述第一磁悬浮支撑系12安装在所述第一管壳11内，所述轴流压缩机13的旋转轴131安装在所述第一磁悬浮支撑系12上并沿所述第一管壳11轴向设置，所述第一管壳11上沿轴向间隔设置有轴流压缩机进气口111与轴流压缩机排气口112，所述第一磁悬浮支撑系12具有可根据所述旋转轴131的
位置自适应地调节该旋转轴131轴向位置和径向位置中至少轴向位置的第一位置控制机构。
62.如图1-图2所示，所述第一磁悬浮支撑系12可以包含分别安装在所述轴流压缩机13的旋转轴131的第一端和第二端的第一端第一磁悬浮支撑组件121和第二端第一磁悬浮支撑组件122。
63.在此基础上，如图2所示，所述第一管壳11可以包含依次设置的如下部分：1）第一端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体11a，所述第一端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体11a内部用于安装所述第一端第一磁悬浮支撑组件121；2）轴流压缩机排气口所在段壳体11b，所述轴流压缩机排气口所在段壳体11b具有与所述旋转轴131通过动密封结构113配合的内凸环114以及从所述内凸环114上面向所述轴流压缩机13的叶轮组132的端面向外倾斜延伸至所述第一管壳11外侧面的所述轴流压缩机排气口112，并且，该轴流压缩机排气口所在段壳体11b与所述第一端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体11a之间一体成型或可拆卸对接连接；3）轴流压缩机安装段壳体11c，所述轴流压缩机安装段壳体11c内部用于安装所述轴流压缩机13的叶轮组132，并且，该轴流压缩机安装段壳体11c与所述轴流压缩机排气口所在段壳体11b之间可拆卸对接连接（图中未表达可拆卸对接连接结构）；4）轴流压缩机进气口所在段壳体11d，所述轴流压缩机进气口所在段壳体11d具有与所述旋转轴131通过动密封结构113配合的内凸环114以及从所述内凸环114上面向所述轴流压缩机13的叶轮组132的端面向外倾斜延伸至所述第一管壳11外侧面的所述轴流压缩机进气口111，并且，该轴流压缩机进气口所在段壳体11d与所述轴流压缩机安装段壳体11c之间可拆卸对接连接（图中未表达可拆卸对接连接结构）；5）第二端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体11e，所述第二端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体11e内部用于安装所述第二端第一磁悬浮支撑组件122，并且，该第二端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体11e与所述轴流压缩机进气口所在段壳体11d之间一体成型或可拆卸对接连接。
64.一种可选实施方式中，如图2所示，所述轴流压缩机排气口所在段壳体11b与所述第一端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体11a之间一体铸造成型，铸造成型过程中，所述轴流压缩机排气口所在段壳体11b的内凸环114和轴流压缩机排气口112通过铸造成型，铸造成型模具中设有侧抽芯机构，用于轴流压缩机排气口112的成型。所述轴流压缩机排气口所在段壳体11b上与所述旋转轴131配合的动密封结构113在铸造成型件中加工而成。
65.同样的，如图2所示，所述第二端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体11e与所述轴流压缩机进气口所在段壳体11d之间一体铸造成型，铸造成型过程中，所述轴流压缩机进气口所在段壳体11d的内凸环114和轴流压缩机进气口111通过铸造成型，铸造成型模具中设有侧抽芯机构，用于轴流压缩机进气口111的成型。所述轴流压缩机进气口所在段壳体11d上与所述旋转轴131配合的动密封结构113在铸造成型件中加工而成。
66.此外，所述轴流压缩机安装段壳体11c与所述轴流压缩机排气口所在段壳体11b之间具体通过螺栓可拆卸对接连接。所述轴流压缩机安装段壳体11c与所述轴流压缩机排气口所在段壳体11b之间可以通过法兰对接后再通过螺栓将法兰紧固。同样的，所述轴流压缩机进气口所在段壳体11d与所述轴流压缩机安装段壳体11c之间具体通过螺栓可拆卸对接
连接。所述轴流压缩机进气口所在段壳体11d与所述轴流压缩机安装段壳体11c之间可以通过法兰对接后再通过螺栓将法兰紧固。
67.上述第一管壳11的设计结构紧凑合理，既便于第一端第一磁悬浮支撑组件121、第二端第一磁悬浮支撑组件122、轴流压缩机13等零部件的组装，同时也有助于实现轴流压缩机排气口112和轴流压缩机进气口111流道的平滑过渡，例如采用图2中轴流压缩机排气口112和轴流压缩机进气口111所采用的圆弧形流道（通过铸造成型模具中的侧抽芯机构实现）。
68.一种可选实施方式中，如图2所示，所述第一端第一磁悬浮支撑组件121和所述第二端第一磁悬浮支撑组件122均包含从所述旋转轴131的轴端向轴身的方向依次设置的保护轴承61、电磁磁悬浮径向轴承62、电磁磁悬浮轴向轴承63和推力盘64，所述推力盘64固定在所述旋转轴131上，所述第一端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体11a内位于对应内凸环114与所述电磁磁悬浮轴向轴承63之间设有套在所述推力盘64外侧的轴向定位套筒65，所述第一端第一磁悬浮支撑组件安装段壳体11a内位于所述电磁磁悬浮径向轴承62与所述电磁磁悬浮轴向轴承63之间设有用于检测所述旋转轴131径向及轴向位置的位置传感器组66，所述电磁磁悬浮径向轴承62和所述电磁磁悬浮轴向轴承63根据所述位置传感器组66的检测数据分别自动调节所述旋转轴131的径向和轴向位置。
69.所述第一端第一磁悬浮支撑组件121和所述第二端第一磁悬浮支撑组件122的工作原理及其优点如下：各电磁磁悬浮径向轴承62通过多个沿所述旋转轴131的周向间隔设置的电磁铁分别对所述旋转轴131施加径向磁吸力，从而使所述旋转轴131呈悬浮状态，当位置传感器组66检测到所述旋转轴131径向位置偏离所述电磁磁悬浮径向轴承62的中心轴线时，控制器（作为第一位置控制机构的一部分）令相应的电磁铁增大磁力，从而调节所述旋转轴131径向位置。上述保护轴承61可以在紧急情况下避免旋转轴131撞击电磁磁悬浮径向轴承62，故起保护作用。所述旋转轴131两端的电磁磁悬浮轴向轴承63分别通过电磁铁对对应推力盘64施加轴向磁吸力，当位置传感器组66检测到所述旋转轴131轴向位置偏离设定位置时，控制器（作为第一位置控制机构的一部分）令所述旋转轴131一端的电磁磁悬浮轴向轴承63的电磁铁增大磁力，从而调节所述旋转轴131轴向位置。上述轴向定位套筒65限定了所述旋转轴131两端的电磁磁悬浮轴向轴承63之间的距离，确保电磁磁悬浮轴向轴承63对旋转轴131轴向位置调节功能。上述第一端第一磁悬浮支撑组件121和第二端第一磁悬浮支撑组件122结构紧凑合理，特别适宜在本技术的井下气体压缩装置10中采用。
70.上述第一端第一磁悬浮支撑组件121和上述第二端第一磁悬浮支撑组件122中的电磁磁悬浮轴向轴承和电磁磁悬浮径向轴承均属于主动磁悬浮轴承(active magnetic bearing,amb)。这时，旋转轴131可以达到更高的转速，同时，轴流压缩机13的压比可以达到更高的水平。
71.一种可选实施方式中，所述轴流压缩机安装段壳体11c的外侧设有井壁支撑结构50，同时，该井壁支撑结构50在使用状态下可使得气井40井壁与所述管壳形整体之间的通道大致上被切断。当井壁支撑结构50设置在所述轴流压缩机安装段壳体11c的外侧，且该井壁支撑结构50在使用状态下可使得气井40井壁与所述管壳形整体之间的通道大致上被切断时，相当于使轴流压缩机进气口111与轴流压缩机排气口112分别连通两个隔离的空间，这样，就不会导致从轴流压缩机排气口112排出的气流部分返回到轴流压缩机进气口111而
造成重复做功。这种情况下，井壁支撑结构50可以设计成一个盘状结构（形状类似于不带孔的法兰盘），以对气井40井壁与所述管壳形整体之间形成的环形通道进行切断。
72.图3为申请实施例的一种用于地下资源型气体开采的井下井下气体压缩驱动装置（即图1中井下气体压缩驱动装置）的结构示意图。如图1和图3所示，所述井下气体压缩驱动装置20包含第二管壳21、第二磁悬浮支撑系22和驱动电机23，所述驱动电机23通过所述第二磁悬浮支撑系22安装在所述第二管壳21内，所述驱动电机23的转子231安装在所述第二磁悬浮支撑系22上并沿所述第二管壳21轴向设置，所述第二磁悬浮支撑系22具有可根据所述转子231的位置自适应地调节该转子231的轴向位置和径向位置中至少轴向位置的第二位置控制机构。
73.如图1和图3所示，所述第二磁悬浮支撑系22可以包含分别安装在所述驱动电机23的转子231的第一端和第二端的第一端第二磁悬浮支撑组件221和第二端第二磁悬浮支撑组件222。一种可选实施方式中，如图1和图3所示，所述第一端第二磁悬浮支撑组件221和所述第二端第二磁悬浮支撑组件222均包含从所述转子231的轴端向轴身的方向依次设置的保护轴承61、电磁磁悬浮径向轴承62、电磁磁悬浮轴向轴承63和推力盘64，所述推力盘64固定在所述转子231上，所述第二管壳21内位于所述驱动电机定子与所述电磁磁悬浮轴向轴承63之间设有套在所述推力盘64外侧的轴向定位套筒65，所述第二管壳21内位于所述电磁磁悬浮径向轴承62与所述电磁磁悬浮轴向轴承63之间设有用于检测所述转子径向及轴向位置的位置传感器组66，所述电磁磁悬浮径向轴承62和所述电磁磁悬浮轴向轴承63根据所述位置传感器组66的检测数据分别自动调节所述旋转轴231的径向和轴向位置。
74.同理可知，所述第一端第二磁悬浮支撑组件221和所述第二端第二磁悬浮支撑组件222的工作原理和优点如下：各电磁磁悬浮径向轴承62通过多个沿所述转子231的周向间隔设置的电磁铁分别对所述转子231施加径向磁吸力，从而使所述转子231呈悬浮状态，当位置传感器组66检测到所述转子231径向位置偏离所述电磁磁悬浮径向轴承62的中心轴线时，控制器（作为第二位置控制机构的一部分）令相应的电磁铁增大磁力，从而调节所述转子231径向位置。上述保护轴承61可以在紧急情况下避免转子231撞击电磁磁悬浮径向轴承62，故起保护作用。所述转子231两端的电磁磁悬浮轴向轴承63分别通过电磁铁对对应推力盘64施加轴向磁吸力，当位置传感器组66检测到所述转子231轴向位置偏离设定位置时，控制器（作为第二位置控制机构的一部分）令所述转子231一端的电磁磁悬浮轴向轴承63的电磁铁增大磁力，从而调节所述转子231轴向位置。上述轴向定位套筒65限定了所述转子231两端的电磁磁悬浮轴向轴承63之间的距离，确保电磁磁悬浮轴向轴承63对转子231轴向位置调节功能。上述第一端第一磁悬浮支撑组件121和第二端第一磁悬浮支撑组件122结构紧凑合理，特别适宜在本技术的井下气体压缩装置10中采用。
75.上述第一端第二磁悬浮支撑组件221和上述第二端第二磁悬浮支撑组件222的电磁磁悬浮轴向轴承和电磁磁悬浮径向轴承同样均属于主动磁悬浮轴承(active magnetic bearing,amb)。当上述第一端第一磁悬浮支撑组件121和上述第二端第一磁悬浮支撑组件122中的电磁磁悬浮轴向轴承和电磁磁悬浮径向轴承以及上述第一端第二磁悬浮支撑组件221和上述第二端第二磁悬浮支撑组件222中的电磁磁悬浮轴向轴承和电磁磁悬浮径向轴承均属于主动磁悬浮轴承(active magnetic bearing,amb)，这种情况下，旋转轴131和转子231的转速理论上可以≥50000rpm，轴流压缩机13的压比可以达到1.5以上。
76.图4为图1中的中间传动装置的结构示意图。如图1和图4所示，所述中间传动装置30包含第三管壳31和磁力耦合器32，所述第三管壳31轴向设置在所述第一管壳11与所述第二管壳21之间从而使所述第一管壳11、所述第二管壳21以及所述第三管壳31形成一个管壳形整体，所述磁力耦合器32的内转子321和外转子322分别与所述驱动电机23的转子231和所述轴流压缩机13的旋转轴131相连，并且该磁力耦合器32中具有不妨碍所述第一位置控制机构对所述旋转轴131的位置调节以及所述第二位置控制机构对所述转子231的位置调节的间隙。
77.如图4所示，第三管壳31的内侧面设有凹槽311，该凹槽311与磁力耦合器32的外转子322之间具有轴向间隙，从而使得所述第一位置控制机构能够对所述旋转轴131的轴向位置进行调节。所述磁力耦合器32的内转子321套在外转子322的内部，并且该内转子321与外转子322之间可以轴向相对运动，因此，所述第二位置控制机构能够对所述转子231的轴向位置进行调节。所述内转子321与所述外转子322之间具有径向间隙（气隙），因此，所述第一位置控制机构能够对所述旋转轴131的径向位置进行调节，并且所述第二位置控制机构能够对所述转子231的径向位置进行调节。
78.优选的，由于前述动密封结构的设置，所述磁力耦合器32的内转子321与外转子322之间可以取消现有磁力耦合器中的放尘罩（属于一种分隔部件），由此，内转子321与所述外转子322之间的气隙可以显著的减小，使得磁力耦合器32的传动效率大大提高，进而确保旋转轴131能够达到高的转速（如≥50000rpm）。
79.由于前述的第一磁悬浮支撑系和第二磁悬浮支撑系均优选采用主动磁悬浮轴承(active magnetic bearing,amb)，为了对主动磁悬浮轴承进行供电和控制，需要布置线缆。通常而言，本领域技术人员容易想到在所述第一管壳、所述第二管壳等构成管壳形整体的壳体中开设通道来进行布线。但在本技术中，由于气井40的直径是确定的（由钻头的直径决定），如果在上述壳体中开槽，必然会增加壳体的厚度，从而限制轴流压缩机、磁力耦合器以及驱动电机的尺寸，这样，就会进一步限制轴流压缩机的压比，对于开采效率的提升不利。采取了以下措施，从而在方便布置线缆（用于供电和控制）的同时，尽可能提高管壳形整体内部的空间直径。
80.具体而言，如图1-图3所示，所述第一管壳11上远离所述中间传动装置30的一端还设有第一端盖115，所述第一端盖115上设有进线接线口和出线接线口，所述进线接线口115a用于通过密封式接线装置将位于所述管壳形整体外侧的线缆引向所述第一端盖115中，所述出线接线口115b用于通过密封式接线装置将所述第一端盖115中的线缆引向井口。
81.可选的，所述出线接线口115b位于所述第一端盖的中心处并与所述第一管壳同轴设置，所述进线接线口115a分布在所述出线接线口的周边。此外，所述第一端盖115可具有锥形表面，所述出线接线口115b位于所述第一端盖115的中心处并与所述第一管壳11同轴设置，所述进线接线口115a分布在所述出线接线口115b周边的锥形表面上。
82.此外，如图1-图3所示，所述第二管壳21上远离所述中间传动装置30的一端设有第二端盖211，所述第二端盖211上设有出线接线口211a，所述出线接线口211a用于通过密封式接线装置将所述第二端盖211中的线缆引向所述管壳形整体的外侧。
83.可选的，所述第二端盖211具有锥形表面，所述出线接线口211a布置在所述所述第二端盖211的锥形表面上。
84.由此，可将用于对主动磁悬浮轴承进行供电和控制的线缆布置在管壳形整体的壳体外侧，这样，有助于提高管壳形整体内部的空间直径，从而采用功率更大的轴流压缩机和驱动电机，并提高磁力耦合器的传动能力。
85.以上对本技术的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本技术。基于本说明书的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术的范围。