[0001] 本发明涉及往复泵技术领域，具体涉及一种多级增压气态CO2介质往复泵。

[0002] 油田三次采油工艺正致力于将CO2驱油技术的多种工艺进行尝试，液态CO2驱油与密态CO2驱油相结合的工艺路线已得到广大油田在实际中应用并得到初步效果。

[0003] 由于长期在段塞面积上注入CO2，此部分的气态CO2与天然气混合进入地面的分离器，回收天然气后剩余的CO2怎样处理是技术人员需要解决的问题；目前的处理方法是采用国外进口的多级压缩机将剩余的CO2增压后回注到地下，但多级压缩机无法携带液体，必须将CO2脱水后才能注入，而多级压缩机本身体积较大，再配合脱水设备，导致整套CO2回注系统占地面积较大、成本较高；此外，气态CO2增压压差较大，一般为0.2MPa增压至35MPa，增压难度较大，且当CO2的压强超过7.4MPa温度超过31.1 ℃的临界值时，气态CO2将转为超临界的液态，导致多级压缩机难以使用。

[0017] 在详细说明本发明的任何实施方式之前，应理解的是，本发明在其应用中并不限于以下描述阐述或以下附图图示的部件的构造和布置细节。本发明能够具有其他实施方式并且能够以各种方式实践或进行。另外，应理解的是，这里使用的措辞和术语出于描述的目的并且不应该被认为是限制性的。本文中使用“包括”或“具有”及其变型意在涵盖下文中陈列的条目及其等同物以及附加条目。除非另有指定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”及其变型被广泛地使用并且涵盖直接安装和间接的安装、连接、支撑和联接。此外，“连接”和“联接”不限于物理或机械的连接或联接。

[0018] 并且，第一方面，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制；第二方面，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

[0019] 本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

[0020] 下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述。

[0021] 请参阅图1‑6所示的一种多级增压气态CO2介质往复泵，包括动力端1、设置于动力端1前端的卧式液力端2、设置于动力端1上方的立式液力端3、连接于卧式液力端2和立式液力端3之间的连接管汇4、第一阀组5以及第二阀组6；卧式液力端2包括卧式泵体21、卧式活塞组件22、进液管汇23以及初次调压组件24，立式液力端3包括立式泵体31、立式活塞组件32、排液管汇33以及二次调压组件34，动力端1包括连体转动组件11；卧式泵体21内设有前第一阀组5a和后第二阀组6a，立式泵体31内设有上第一阀组5b和下第二阀组6b；连体转动组件11通过往复运动驱动卧式活塞组件22在前第一阀组5a和后第二阀组6a之间做往复运
动以及立式活塞组件32在上第一阀组5b和下第二阀组6b之间做往复运动；CO2介质从进液管汇23进入卧式液力端2；卧式活塞组件22向前第一阀组5a运动时，将CO2介质压入初次调压组件24并进行一级增压；卧式活塞组件22向后第二阀组6a运动时，将CO2介质压入连接管汇4并进行二级增压；CO2介质从连接管汇4进入立式液力端3；立式活塞组件32向上第一阀组5b运动时，将CO2介质压入二次调压组件34并进行三级增压；立式活塞组件32向下第二阀组6b运动时，将CO2介质压入排液管汇33并进行四级增压。

[0022] 实际使用时，本发明的卧式液力端2和立式液力端3分别被设置于动力端1的前端以及上方，合理利用了液力端3前端及上方的空间，使得整台往复泵占地面积较小；动力端1包括连体转动组件11，通过一套连体转动组件11的往复运动能够同时驱动卧式活塞组件22在卧式泵体21内的往复运动，以及立式活塞组件32在立式泵体31内的往复运动，使得动力端1的体积较小、成本较低；增压时，通过卧式液力端2对CO2介质进行一级、二级增压，再通过连接管汇4将CO2介质送至立式液力端3进行三级、四级增压，这种多级增压的方式既能满足CO2介质的增压要求，又能将增压要求分摊至卧式液力端2和立式液力端3，使得单个液力端通过较小的尺寸和功率即可完成，有利于降低增压难度、减小卧式液力端2和立式液力端
3的体积和制造成本；此外，相较于基于气体的可压缩性原理而工作的多级压缩机，本发明是基于卧式活塞组件22和立式活塞组件32的往复运动来改变泵腔内的体积，使在CO2介质超临界时仍能正常使用。

[0023] 值得一提的是，多级压缩机通常设计用于压缩气体而不是液体，其原因在于多级压缩机内的压缩过程依赖于气体的压缩性质，如果液体进入压缩机，可能导致压缩机受损或无法正常工作，且液体的密度通常比气体大得多，液体还具有较大的粘度，这会导致液体在压缩机内部移动时出现问题，可能会导致液体冲击或积聚在某些部件上，造成损坏或堵塞，因此当气态CO2介质的压强超过7.4MPa温度超过31.1 ℃的临界值时而转变为液态时，多级压缩机是难以使用的；而往复泵或活塞泵通常设计用于输送液体，其工作原理是通过活塞运动来改变泵腔内的体积，从而实现对液体的增压或输送，且往复泵能够处理高压和高粘度的液体，因此当CO2介质由气态转变为液态时，本发明仍能正常工作，且无需额外设置脱水装置，有利于减小占地面积、降低成本。

[0024] 可以理解的是，在另一些实施例中，进液管汇23也可以设置于立式泵体31，排液管汇33也可以设置于卧式泵体21。

[0025] 请继续参阅图5、图6，其中，第一阀组5包括第一阀体51、设置于第一阀体51一侧的第一排液阀板52、设置于第一阀体51另一侧的第一进液阀板53、设置于第一阀体51且由第一排液阀板52控制的第一排液流道54以及设置于第一阀体51且由第一进液阀板53控制的第一进液流道55；第二阀组6包括第二阀体61、设置于第二阀体61一侧的第二排液阀板62、设置于第二阀体61另一侧的第二进液阀板63、设置于第二阀体61且由第二排液阀板62控制的第二排液流道64以及设置于第二阀体61且由第二进液阀板63控制的第二进液流道65。

[0026] 通过第一阀组5的结构设计，使得第一阀组5能够在活塞的带动下，通过第一进液阀板53的开合从第一进液流道55吸入CO2介质，通过第一排液阀板52的开合从第一排液流道54排出CO2介质，在这种设置下，使得第一阀组5既能与可供吸入CO2介质的进液管汇23或连接管汇4相配合，又能与需要输入CO2介质的初次调压组件24或二次调压组件配合，而无需设置两套阀组，使得本发明的体积较小，成本较低；通过第二阀组6的结构设计，使得第二阀组6能够在活塞的带动下，通过第二进液阀板63的开合从第二进液流道65吸入CO2介质，通过第二进液阀板63的开合从第二排液流道64排出CO2介质，在这种设置下，使得第二阀组6既能与可供吸入CO2介质的初次调压组件24或二次调压组件配合，又能与需要输入CO2介质的连接管汇4或排液管汇33相配合，而无需设置两套阀组，使得本发明的体积较小，成本较低。

[0027] 值得一提的是，在图1、图2、图3、图5、图6中，第一进液流道55和第二进液流道65的结构采用局部剖视图示出，以便理解第一阀组5和第二阀组6的工作原理。

[0028] 请进一步参阅图1‑6，其中，进液管汇23与前第一阀组5a的第一进液流道55相通；初次调压组件24具有第一流道241、第二流道242以及设置于第一流道241和第二流道242之间的第一压力调节阀243；第一流道241与前第一阀组5a的第一排液流道54相通，第二流道
242与后第二阀组6a的第二进液流道65相通；后第二阀组6a的第二排液流道64与连接管汇4相通。

[0029] 具体来说，CO2介质是通过前第一阀组5a的第一进液流道55从进液管汇23吸入的；前第一阀组5a是将CO2介质压入第一流道241时形成一级增压，一级增压后的CO2介质通过第一压力调节阀243进入第二流道242，并在卧式活塞头222的往复运动中被压入连接管汇4时形成二级增压。

[0030] 请进一步参阅图1‑6，其中，连接管汇4与上第一阀组5b的第一进液流道55相通；二次调压组件34具有第三流道341、第四流道342以及设置于第三流道341和第四流道342之间的第二压力调节阀343；第三流道341与上第一阀组5b的第一排液流道54相通，第四流道342与下第二阀组6b的第二进液流道65相通；下第二阀组6b的第二排液流道64与排液管汇33相通。

[0031] 具体来说，CO2介质是通过上第一阀组5b的第一进液流道55从连接管汇4吸入；上第一阀组5b是将CO2介质压入第三流道341时形成三级增压，三级增压后的CO2介质通过第二压力调节阀343进入第四流道342，并在立式活塞头322的往复运动中被压入排液管汇33时形成四级增压。

[0032] 请继续参阅图1、图2、图3，其中，卧式活塞组件22包括卧式活塞杆221与卧式活塞头222；卧式活塞头222在前第一阀组5a和后第二阀组6a之间往复运动；立式活塞组件32包括立式活塞杆321与立式活塞头322；立式活塞头322在上第一阀组5b和下第二阀组6b之间往复运动。

[0033] 具体来说，前第一阀组5a和后第二阀组6a是设置于卧式泵体21内部固定位置的，在二者之间留有可供卧式活塞头222往复运动的空间，卧式活塞杆221从后第二阀组6a中穿过，以便带动卧式活塞头222在前述空间中往复运动；在卧式活塞头222的往复运动中，可以分别与前第一阀组5a和后第二阀组6a配合，使CO2介质从前第一阀组5a压入初次调压组件24时形成一级增压，CO2介质从后第二阀组6a压入连接管汇4时形成二级增压，在这种设置下，使得卧式液力端2具备两级增压，每一级增压通过较小的行程和功率即可完成，有利于降低增压难度，有利于减小设备尺寸，此外，单个卧式活塞头222通过往复运动分别与前第一阀组5a和后第二阀组6a配合，有利于减少零件数量，提高设备的利用率，使得设备的尺寸更小，占地面积和制造成本更小。

[0034] 此外，上第一阀组5b和下第二阀组6b是设置于立式泵体31内部固定位置的，在二者之间留有可供立式活塞头322往复运动的空间，立式活塞杆321从下第二阀组6b中穿过，以便带动立式活塞头322在前述空间中往复运动；在立式活塞头322的往复运动中，可以分别与上第一阀组5b和下第二阀组6b配合，使CO2介质从上第一阀组5b压入二次调压组件34时形成三级增压，CO2介质从下第二阀组6b压入排液管汇33时形成四级增压，在这种设置下，使得立式液力端3具备两级增压，每一级增压通过较小的行程和功率即可完成，有利于降低增压难度，有利于减小设备尺寸，此外，立式活塞头322通过往复运动分别与上第一阀组5b和下第二阀组6b配合，有利于减少零件数量，提高设备的利用率，使得设备的尺寸更小，占地面积和制造成本更小。

[0035] 请继续参阅图2、图3，其中卧式泵体21的侧壁具有第一冷却孔211；立式泵体31的侧壁具有第二冷却孔311。

[0036] 使用时，第一冷却孔211和第二冷却孔311内通过冷水机通有循环的冷却液，以便控制卧式泵体21和立式泵体31的温度。

[0037] 请继续参阅1、图4，其中，动力端1包括机身12，以及设置于机身12前端的双定位套13；双定位套13包括外套体131以及在外套体131内部同轴设置的耐磨套132；连体转动组件
11包括齿条轴111，齿条轴111的前端在耐磨套132中往复运动。

[0038] 使用时，双定位套13的外套体131是与机身12固定的，在外套体131中再增设一个同心设置的耐磨套132，使得齿条轴111能够在耐磨套132中沿轴向的往复运动保持较好的同心度，进而使得与齿条轴111相连接的卧式活塞杆221沿轴向的往复运动保持较好的同心度，卧式活塞头222走直线不偏磨；此外，由于立式活塞杆321会给予齿条轴111沿其径向的作用力，通过不易磨损的耐磨套132的设置，使得前述径向作用力施加于耐磨套132上，有利增加本发明的使用寿命。

[0039] 请进一步参阅图1‑6，其中连体转动组件11包括被齿条轴111带动往复旋转的半齿凸轮112；齿条轴111的前端与卧式活塞杆221的后端相连，以便齿条轴111的前后往复运动经卧式活塞杆221带动卧式活塞头222在前第一阀组5a和后第二阀组6a之间往复运动；立式活塞杆321的下端与半齿凸轮112相连，以便半齿凸轮112的旋转往复运动经立式活塞杆321带动立式活塞头322在上第一阀组5b和后下第二阀组6b之间往复运动。

[0040] 具体来说，齿条轴111是在动力端1的动力部件带动下沿其轴线做往复运动的，在齿条轴111的往复运动中，由于齿条轴111的前端与卧式活塞杆221的后端相连，因此卧式活塞杆221与齿条轴111同步沿其轴线做往复运动，同时，半齿凸轮112是在齿条轴111的往复运动中沿着齿条轴111来回滚动的，因此在半齿凸轮112的来回滚动下，与半齿凸轮112相连的立式活塞杆321能够沿其轴线做往复运动。

[0041] 进一步的，当齿条轴111向前运动时，卧式活塞杆221带动卧式活塞头222朝向前第一阀组5a运动，此时卧式泵体21内前端的CO2介质从前第一阀组5a被压入第一流道241，第二流道242内的CO2介质经后第二阀组6a被吸入卧式泵体21内后端；同时，立式活塞杆321带动立式活塞头322朝向上第一阀组5b运动，此时立式泵体31内上端的CO2介质从上第一阀组5b被压入第三流道341，第四流道342内的CO2介质经下第二阀组6b进入被吸入立式泵体31内下端。

[0042] 当齿条轴111向后运动时，卧式活塞杆221带动卧式活塞头222朝向后第二阀组6a运动，此时进液管汇23内的CO2介质经前第一阀组5a被吸入卧式泵体21内前端，卧式泵体21内后端的CO2介质经后第二阀组6a被压入连接管汇4；同时，立式活塞杆321带动立式活塞头
322朝向下第二阀组6b运动，此时连接管汇4内的CO2介质经上第一阀组5b被吸入立式泵体
31内上端，立式泵体31内下端的CO2介质经下第二阀组6b被压入排液管汇33。

[0043] 请继续参与图4，其中，机身12包括支承托架121；支承托架121设置于齿条轴111远离半齿凸轮112的一侧。

[0044] 具体来说，由于本发明在齿条轴111轴向上设有卧式液力端2，在齿条轴111径向上设有立式液力端3，因此齿条轴111在径向和轴向上均受到作用力；在轴向上，齿条轴111通过设置于一端的双定位套13以及另一端的定位盘14加以限位，以保证齿条轴111稳定地驱动卧式活塞杆221；在径向上，齿条轴111上方的齿部与半齿凸轮112的齿部相互啮合，因此齿条轴111受到半齿凸轮112的作用力，通过远离半齿凸轮112一侧的支承托架121，使得齿条轴111在另一侧有了与半齿凸轮112相抵的支承力，在这种设置下，既能防止齿条轴111中部变形与半齿凸轮112啮合失效，又能与双定位套13和定位盘14配合保证齿条轴111沿轴向运动的稳定性，使得本发明采用一套连体转动组件11的往复运动能够同时驱动卧式液力端2和立式液力端3工作这一方案得以稳定实施。

[0045] 请继续参与图1，其中还包括压力表7；压力表7被设置于连接管汇4、进液管汇23、排液管汇33、初次调压组件24以及二次调压组件34中的至少一处；通过至少一处压力表7的设置，以便于使用者获取本发明各个位置CO2介质的压强数据，从而保证本发明稳定地将CO2介质增压至合适数值。

[0046] 以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。