具有可选择的泵的双ESP的制作方法

文档序号:26004615发布日期:2021-07-23 21:22阅读:130来源:国知局
相关申请本申请要求于2018年10月12日提交并且名称为“具有可选择的泵的双esp(dualespwithselectablepumps)”的美国临时专利申请号62/744981的权益,该申请的公开内容据此以引用方式并入本文。本发明整体上涉及潜水泵送系统领域,并且更具体地且不限于,涉及可被远程构造用于在很多种井生产率下操作的潜水泵送系统。
背景技术
::潜水泵送系统通常被部署到井中以从地下储层回收石油流体。通常,潜水泵送系统包括多个部件,该多个部件包括联接至位于电机上方的高性能泵的填充有介电流体的电机。泵通常包括多个离心级,该多个离心级包括键合到轴的固定扩散器和可旋转叶轮。当通电时,电机通过轴提供扭矩给泵以旋转叶轮,这向流体赋予了动能。泵和电机的尺寸、功率和构型被设定用于在限定范围的井筒条件内的最佳操作。例如,当潜水泵送系统被部署到新完成的井中时,泵和电机的尺寸和构型可被设定成生产大量流体。然而,随着井的生产率开始下降或者井中流体的气液比改变,原始的电机和泵的组合可能是低效的或不合适的。在过去,泵送系统将被从井中移除,并且用泵和电机的组合替换或修改,该组合更好地符合井筒中变化的条件。移除和替换泵送系统的方法耗费人力、昂贵并且需要井在较长时间段内置于离线。因此,需要一种改进的泵送系统,其可被远程调节以适应宽范围的井生产率。技术实现要素:本发明包括一种用于从井筒回收流体的泵送系统。泵送系统包括电机和被构造成用于由电机旋转的驱动轴。该泵送系统包括定位在该电机上方的上泵、上泵轴以及连接在该驱动轴与该上泵轴之间的上定向联接件。该上定向联接件被构造成当该驱动轴在第一方向上旋转时将该上泵轴锁定到该驱动轴。该泵送系统还包括定位在该电机下方的下泵、下泵轴以及连接在该驱动轴与该下泵轴之间的下定向联接件。该下定向联接件被构造成当该驱动轴在第二方向上旋转时将该下泵轴锁定到该驱动轴。在另一个实施方案中,本发明包括一种使用泵送系统从井筒回收流体的方法,该泵送系统包括电机、由电机驱动的上泵、由电机驱动的下泵以及从泵送系统伸出井筒的生产管。该方法包括以下步骤:在第一方向上旋转电机以仅驱动下泵,并且在第二方向上旋转电机以仅驱动上泵。附图说明图1描绘了在第一操作模式下根据本发明的示例性实施方案构造的潜水泵送系统。图2呈现了来自图1的泵送系统的定向联接件的透视图。图3呈现了定向联接件的特写视图,其示出了在接合锁定机构以旋转辅助接收器的方向上旋转的外驱动主体。图4呈现了定向联接件的特写视图,其示出了在脱离锁定机构以使辅助接收器空闲的方向上旋转的外驱动主体。图5描绘了在第一操作模式下根据本发明的示例性实施方案构造的潜水泵送系统。具体实施方式根据本发明的示例性实施方案,图1示出了附接到生产管102的泵送系统100的正视图。泵送系统100和生产管102设置在井筒104中,该井筒被钻孔以用于生产流体诸如水或石油。生产管102将泵送系统100连接至位于表面上的井口106。尽管泵送系统100主要被设计成泵送石油产品,但是应当理解,本发明也可用于移动其他流体。还应当理解,尽管泵送系统的每个部件主要公开于潜水应用中,但是这些部件中的一些或全部也可用于表面泵送操作。如本文所用,术语“石油”广义地指所有矿物烃,诸如原油、天然气以及石油和天然气的组合。应当指出,尽管泵送系统100在图1中以竖直部署描绘,但是泵送系统100也可用于非竖直应用,包括用于水平和非竖直井筒104。因此,本公开中对“上”和“下”的引用仅用于描述泵送系统100内的部件的相对位置,并且不应理解为泵送系统100必须以竖直取向部署的指示。如图1所示,泵送系统100包括电机108、上泵110和定位在电机108与上泵110之间的上密封段112。泵送系统100还包括下泵114和定位在下泵114与电机108之间的下密封段116。上密封段112和下密封段116被设计成将电机108与上泵110和下泵114中的井筒流体隔离,并且可被构造成适应电机108中电机润滑剂的膨胀。上密封段112和下密封段116还可包括推力轴承,该推力轴承保护电机108免受由上泵110和下泵114生成的轴向推力影响。电机110通过电力电缆118从基于表面的设施接收电力。一般地,电机110被构造成选择性地驱动上泵110或下泵114。在一些实施方案中,上泵110和下泵114中的一者或两者是涡轮机,其使用一个或多个叶轮和扩散器以将机械能转换成压头。在替代实施方案中,上泵110和下泵114中的一者或两者是正排量泵。在一些实施方案中,上泵110和下泵114中的一者是正排量泵,并且上泵110和下泵114中的另一者是涡轮机械(例如,离心)泵。尽管本发明不限于此,但是图1中的泵送系统100包括下封隔器120和上封隔器122。入口管124从下泵114延伸通过下封隔器120。入口管124为下泵114提供进入装置。生产管102和电力电缆118延伸通过上封隔器122。下封隔器120和上封隔器122一起形成围绕泵送系统100的容纳环形空间126。上封隔器122可包括气体安全阀200,该气体安全阀可被远程致动以释放环形空间126内积聚的气体压力。尽管泵送系统100在图1和图5中示出,如与上封隔器120和下封隔器122一起部署在井筒104中,但是应当理解,泵送系统100也可以其他布置方式部署,包括与护罩和单封隔器实施方案结合。下泵114包括下泵排放装置130,该下泵排放装置被构造成将泵送的流体排放到环形空间126中。上泵110包括上泵进入装置128和上泵排放装置132,该上泵排放装置包括可选择的入口134,该可选择的入口与流体转向器136配合以引导加压流体到生产管102中。如图1所示,流体转向器136是处于打开位置的滑动套筒,其中来自环形空间126的加压流体可通过可选择的入口134传递到生产管102中。在图5中,流体转向器136已移位到闭合位置,其中可选择的入口134对环形空间126中的流体是闭合的。在该位置,上泵排放装置132放置生产管102与上泵110成直接流体连通。泵送系统100包括一个或多个定向联接件138,该定向联接件选择性地将来自电机108的输出联接到上泵110和下泵114。如图所示,泵送系统100包括下定向联接件138a和上定向联接件138b。电机108包括驱动轴140,该驱动轴通过下定向联接件138a直接或间接地连接到下泵114中的下泵轴142。驱动轴140通过上定向联接件138b直接或间接地连接到上泵轴144。应当理解,驱动轴140可由从电机108的顶部和底部延伸的分离的独立轴段构成。在示例性实施方案中,定向联接件138a、138b被构造成根据驱动轴140的旋转方向选择性地将扭矩从驱动轴140传递到上泵轴142或下泵轴144。在第一方向上旋转驱动轴140将下定向联接件138a与下泵轴142锁定以驱动下泵114,同时将上定向联接件138b保持在上泵轴144空闲的解锁条件下。相反地,在第二方向上旋转驱动轴140将上定向联接件138b与上泵轴144锁定以驱动上泵110,同时将下定向联接件138b保持在下泵轴142空闲的解锁条件下。因此,改变电机108的旋转方向使上泵110或下泵114由电机108驱动。由于上泵110和下泵114通过改变电机108的旋转方向而选择性地接合,因此上泵110和下泵114内的叶轮和扩散器应被构造成具有标准或反向的叶片设计,这取决于下泵轴142和上泵轴144的预期旋转方向。转到图2至图4,其中示出了定向联接件138的示例性实施方案的描绘。定向联接件138包括外驱动主体146、内接收器148和锁定机构150。外驱动主体146被构造成锁定以用于与驱动轴140一起旋转。外驱动主体146和驱动轴140可使用花键、销、螺纹或本领域中已知的其他连接件联接在一起。内接收器148被构造成与下泵轴142或上泵轴144联接。如图2至图4所示,内接收器148包括一系列花键,该花键被构造成与下泵轴142和上泵轴144的带花键端部接合。当锁定机构150未接合时,内接收器148被构造成在外驱动主体146内自由地旋转。在一些实施方案中,流体动力轴承、滚珠轴承或其他轴承用于促进内接收器148在外驱动主体146内旋转。锁定机构150被构造成当外驱动主体146在第一方向上旋转时将外驱动主体146联接到内接收器148,而当外驱动主体146在第二方向上旋转时允许内接收器148在外驱动主体146内自由地旋转。在图2至图4描绘的示例性实施方案中,锁定机构150包括多个辊销152和轨道154,该轨道包括各自从凹陷部158延伸到喉部160的一系列锥形部分156。辊销152位于轨道154中并且被允许在锥形部分156内的凹陷部158与喉部160之间移位。如图3所示,当外驱动主体146在第一方向上旋转时,辊销152被压入喉部160中,其中外驱动主体146、辊销152和内接收器148之间的摩擦接触将外驱动主体146和内接收器148锁定在一起旋转。当扭矩通过定向联接件138波动时,锁定弹簧162可用于将辊销152保持在锁定位置。在图4中,外驱动主体146正在第二方向上旋转,其中通过相对于内接收器148旋转外驱动主体146,辊销152被推出喉部160朝向凹陷部158,从而将外驱动主体146从内接收器148脱离。在图4所描绘的位置中,供应给外驱动主体146的扭矩将不会通过定向联接件138传递到连接至内接收器148的上泵轴142或下泵轴144。用定向联接件138,泵送系统100能够通过改变电机108的旋转方向而在上泵110与下泵114的使用之间选择性地移位,以优化从井筒104移除流体。作为非限制性示例,泵送系统100可通过在第一方向上旋转电机108而被置于第一操作模式,以驱动下泵114通过定向联接件138a,同时保持上泵110从电机108脱离(如图1所描绘)。下泵114可被构造成生产增加量的流体,该流体存在于从井筒104生产的早期阶段。当井筒104中的条件改变时,泵送系统100可通过切换电机108的旋转方向而被置于第二操作模式,以使下泵114空闲,并且驱动上泵110通过上定向联接件138b(如图5所描绘)。可以期望的是,当气液比随着液体产量下降而增大时,打开气体安全阀200,以增强通过上泵110的回收。应当理解,尽管在前面的描述中已阐述了本发明的各种实施方案的很多特性和优点,以及本发明的各种实施方案的结构和功能的细节,但是本公开仅为说明性的,并且在由所附权利要求书中所表达的术语的宽泛一般含义所指示的最大程度上,可做出详细的改变,尤其是在本发明的原理内的零件的结构和布置方面。本领域的技术人员应当理解,在不脱离本发明的范围和实质的前提下,本发明的教导内容可应用于其他系统。当前第1页12当前第1页12
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