专利名称：用于电潜泵的组合的密封头和泵吸入口的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及井用电潜泵，特别是涉及泵组件的密封部分和泵之间的连接。
背景技术：
井用电潜泵通常用于碳氢化合物井的开采。典型的泵组件具有电动马达，马达的 上端具有密封部分或者保护装置。马达填充以介电润滑剂。密封部分具有与该介电润滑剂 连通的均衡器。均衡器还与井筒中流体流体连通，用于使润滑剂的压力与井筒中流体的压 力均衡，典型地，密封部分将具有止推轴承，用于向下吸收来自泵的推力。
泵组件可以包括一个或多个泵，并且可选地包括气体分离器。所述泵为由马达的 轴驱动的旋转。所述泵可以是螺杆泵，或者可以是具有多个级的离心泵，每个级具有叶轮和 扩散管。如果使用了气体分离器，则泵典型地具有旋转式气体分离部件，用于在井流体进入 泵之前将气体从井流体中分离。 根据泵是否直接连接至密封部分，或者是否直接连接至泵组件的另一部件(例如 气体分离器或者另一泵)，在泵的下端上需要有不同的连接器。在不同的泵之间，这些连接 器并不容易互换，从而制造商必须保持两种类型。保持两种类型泵的原因与连接器是否具 有吸入口有关。如果泵连接至上游部件例如另一泵或者气体分离器，则其连接器将不会有 吸入口 。如果直接连接至密封部分，则连接器将需要吸入口 。 作为现有技术的进一步说明并参见图1，泵31是具有数个级的离心泵，每个级具 有叶轮33和扩散管35。泵31具有位于其下端用于连接至泵组件的其它零部件的连接器 37。连接器37具有外螺纹39，外螺纹39连接至泵31的壳体中的内螺纹。连接器37具有 位于其下端、含有孔阵列43(每个孔用于容纳螺栓45)的凸缘41。连接器37不具有任何直 接通向外部用于吸入井筒中流体的吸入口。原因在于，泵31构造成是串联泵或用于连接至 其下方的气体分离器的泵。在这些例子中，吸入口将在较低串联泵的下连接器中或者在气 体分离器的下连接器中。 如果制造者希望在不将泵31连接至上游零部件(诸如其它泵或气体分离器)的 情况下使用泵31，他能够通过将泵31连接至分离的入口壳体47而实现。入口壳体47是分 离的接头，具有吸入口 49用于井中流体向内输送并到达泵31。吸入壳体47具有安装在其 内的自身短轴51，并且短轴51通过联轴器55连接至泵轴55。径向轴承57支撑壳体47中 的吸入轴51。径向轴承57不形成密封。吸入壳体轴51的下端上的联轴器将把它连接至密 封部分轴(未示出)。尽管将泵31与吸入壳体47组合允许制造商使用泵31作为串联泵或 者没有气体分离器的单个泵，但是由于吸入壳体47，需要额外的费用。 图2示出具有泵轴65的另一现有技术泵63。连接器67具有用于与泵63的壳体 内部中的配合螺纹相接合的上部外螺纹。连接器67具有用于将井中流体抽入至泵63中的 吸入口 71。连接器67还具有用于对轴65进行支撑的径向轴承或轴衬73。轴承73不形成 密封。轴65下端上的联轴器75将所述轴连接至密封部分轴(未示出)。连接器还具有用 于直接螺栓连接至密封部分的凸缘77。
泵63仅仅在通过将泵63直接连接至密封部分时是可运行的。由于吸入口 71，泵 63不能用作串联泵。此外，连接器67和37(图1)不能互换。由于需要空间用于吸入口， 轴65比轴53突出的更多(图l)。结果，为了避免必须使用分离的吸入壳体47而导致的费 用，操作者可以选择存储两者类型的泵31和63。
发明内容
在此发明中，马达和泵组件之间的密封部分具有在端部处带有吸入口的头部。所 述吸入口将井筒中流体抽入所述泵中。所述泵组件(不论其是否包括气体分离器、多个泵 或单个泵)具有在其下端不带吸入口的简单连接器。将吸入口设置在所述密封部分的头部 中，允许在所有的泵上采用标准连接器，而不论所述泵是直接连接至密封部分还是连接至 泵组件的上游零部件。
图1是一种现有技术类型的泵连接器和吸入口接头的分解剖视图。 图2是另一现有技术类型泵连接器的剖视图。 图3是根据本发明而构造的电潜泵组件的示意图。 图4A是图3的组件的泵的下部和密封部分头部的放大剖视图。 图4B是图3的组件的密封部分的中心部分的剖视图。
具体实施例方式
参见图3，电潜泵组件(ESP)11示出为悬在带套管的井13中。ESP组件11包括马 达15，马达15通常位于组件的下端，但是在一些情况下位于上端。密封部分17连接至马达 15的上端。密封部分17使马达15中的润滑剂压力与井中流体的压力平衡。
密封部分17具有位于其上端上的头部19。头部19形成密封部分17的一部分， 并且具有用于将井中流体抽入至头部19中的吸入口 21。 ESP ll可以包括可选的气体分离 器23，气体分离器23连接至密封部分头部19的上端。气体分离器23将气体从流入吸入 口 21的井中流体中分离，并将气体从气体出口 25排出。液体成分向上流至连接到气体分 离器23上端的泵27。泵27可以是离心泵或其它类型的旋转泵(例如螺杆泵)。泵27由 一列管29(泵通过该列管下放)悬吊。仅仅在情况需要的情况下采用气体分离器23;在许 多情况下，泵27将直接连接至密封部分头部19。其它泵能够可选地以串联的方式连接至泵 27的上端。 参见图4A，无论泵27是直接连接至密封部分17还是直接连接至另一泵或者气体 分离器23 (图3)，泵27在其下端均具有标准连接器79 。在图4A中，泵27示出为直接连接 至密封部分17的头部19。连接器79在其上端具有外螺纹，该外螺纹接合泵27壳体中的 内螺纹。连接器79包括带有螺栓孔阵列85的凸缘83。连接器79不具有通向外部的吸入□。 密封部分头部19具有凸缘87，凸缘87在其上端带有与螺栓孔阵列85匹配的螺栓 孔阵列89。从而，如果需要的话，连接器79直接附接至密封部分头部19。连接器79的下 部插入密封部分头部19中，并且由密封件90密封至密封部分头部19。密封部分17具有筒
5状壳体91，筒状壳体91在其上端带有内螺纹93。密封部分头部19在其下内部上带有伸入 壳体91内的外螺纹95。螺纹95与螺纹93匹配以将头部19固定至密封部分壳体91。密 封件97将头部19密封至密封部分壳体91的内部。 密封部分头部19具有从中穿过的轴向通道99。密封部分17具有从中穿过的轴 101。轴101向上延伸穿过轴向通道99。通道99中的衬套103使得轴101径向稳定，但是 不密封。在衬套103上方定位有密封组件105，用于将轴101密封至通道99。密封组件105 可以是多种类型的密封件及其组合。在此类型中，它包括与轴IOI—起旋转的旋转构件，并 且由抵靠固定构件的弹簧压迫。密封组件105将头部19中的腔107与密封部分17的内 部中的腔109密封隔离开。因为吸入口21的存在，密封头部腔107与井筒中流体连通。腔 109与马达15 (图3)的润滑剂流体连通。从而密封组件105将润滑剂与井筒中流体密封隔 离开。 泵27具有向下延伸至连接器79下方一短段距离的泵轴111。联轴器113将泵轴 111连接至密封部分轴101。联轴器113位于密封头部腔107中。 密封部分17(图3)可以是各种类型的，并且通常将具有止推轴承(未示出)来吸 收泵27作用在其轴101上的推力。在一个例子中，如图4B中所示，均衡器袋115位于壳体 91中。袋115是弹性的柔性容器，其上端和下端环绕一中心管117密封。管117具有与轴 101和管117之间的环形空间连通的端口 119。环形空间与马达15(图3)中的润滑剂连通。 图4A中的虚线示意性地示出中心管117向上延伸至密封部分头部19，且附接并密封于密 封部分头部19，以便为来自马达15(图3)的润滑剂提供流动路径。 均衡器袋115在其外部具有井中流体，从而将均衡或至少大大地减小马达润滑剂 和井筒中流体之间的压差。在此实施例中，端口 121从头部19的外部向下延伸至密封部分 壳体91的内部，以将井中流体传送至袋115的外部，如图4A中的虚线所示。其它类型的密 封部分是可行的。在另一类型中(未示出)，均衡器包括迷宫腔而不是柔性袋。迷宫腔具有 U管，U管设置成允许井中流体和润滑剂彼此接触，但是防止较重的井中流体向上流经U管 以及向下流回马达。 一些密封部分可以采用多个袋，另一些密封部分可以采用多个迷宫腔， 其它密封部分可以采用这两种的组合。 在ESP 11运行时，在一个模式中，泵27直接连接至密封部分头部19。当马达15被 激励时，井中流体将通过吸入口 21被抽取，用于由泵27作用。密封部分17保护马达中的润 滑剂不被井筒中流体污染。密封部分17还使得润滑剂的压力与井筒中流体的压力均衡。
在另一模式中，如图3中所示，带有连接器79 (图4A)的泵27将附接至气体分离 器23的上端。气体分离器23在该例子中能够具有基本上与连接器79相同的连接器，用于 连接至密封部分头部19。井中流体将流入密封部分头部19的吸入口 21中，然后流至气体 分离器23。泵27和其连接器79能够交替用作上部或中间串联泵，在此情况下，连接器79 将连接至下泵的上端，而下泵将连接至密封部分头部19。 本发明具有显著的优点。通过将吸入口设置在密封部分的头部中，泵组件的连接 器可以标准化。相同的泵可以用作单一的独立泵、或者连接至气体分离器的泵、或者连接至 下面的串联泵的泵。 尽管仅以一种形式说明了本发明，但是对于本领域普通技术人员来说明显的是， 本发明不限于所述形式，而是可以在不脱离本发明范围的情况下进行各种改变。
权利要求
一种用于泵送井筒中流体的装置，包括包含介电润滑剂的马达；安装至所述马达、用于减少所述马达中的润滑剂和所述井筒中流体之间压差的密封部分；所述密封部分在其与所述马达相反的一端上具有头部；安装至所述密封部分的所述头部的泵组件；以及位于所述密封部分的所述头部中、用于将井筒中流体抽入所述泵组件内的吸入口。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中所述头部具有凸缘，所述凸缘包含有用于将所述 密封部分经由螺栓连接至所述泵组件的螺栓孔阵列。
3. 根据权利要求1所述的装置，其中所述密封部分包括 管状壳体，所述壳体在其一端处具有一组内螺纹；并且所述头部具有一组外螺纹，该组外螺纹与所述壳体中的所述内螺纹接合以将所述头部 固定至所述壳体。
4. 根据权利要求1所述的装置，其中所述密封部分进一步包括 延伸穿过所述密封部分并伸入所述头部内的密封部分轴。
5. 根据权利要求l所述的装置，进一步包括由所述马达驱动、且延伸穿过所述密封部分并伸入所述头部内的密封部分轴； 位于所述泵组件中的泵轴；以及位于所述头部中、用于将所述密封部分轴与所述泵轴连接的联轴器。
6. 根据权利要求1所述的装置，进一步包括 位于所述头部中的轴向通道；延伸穿过所述密封部分并穿过所述头部的轴向通道的密封部分轴；以及 在所述轴向通道中密封所述密封部分轴的密封件，所述密封件的一侧是来自所述马达 的润滑剂，另一侧是来自所述吸入口的井筒中流体。
7. 根据权利要求1所述的装置，进一步包括连通端口 ，其位于所述密封部分的头部中，并且从所述头部的外部延伸至所述密封部 分的内部，用于将井筒中流体连通至所述密封部分。
8. 根据权利要求1所述的装置，进一步包括 位于所述头部上的带有螺栓孔阵列的凸缘；以及位于所述泵组件的一端上的管状连接器，所述连接器具有与所述头部上的凸缘相 匹配的螺栓孔阵列，以将所述密封部分连接至所述泵组件。
9. 根据权利要求1所述的装置，其中所述泵组件包括旋转泵。
10. 根据权利要求1所述的装置，其中所述泵组件包括气体分离器以及旋转泵。
11. 一种用于泵送井筒中流体的装置，包括 包含介电润滑剂的马达；安装至所述马达的密封部分，所述密封部分具有由所述马达驱动的密封部分轴，所述 密封部分具有容纳均衡器的壳体，所述均衡器用于减少所述马达中的润滑剂和所述井筒中 流体之间的压差；所述密封部分在其与所述马达相反的一端上具有头部，所述头部具有插 入并固定至所述密封部分的内部，所述头部具有外部，所述外部包括带有螺栓孔阵列的凸缘；泵组件，其具有泵轴和连接器，所述连接器在一端带有凸缘和螺栓孔阵列，该螺栓孔阵 列与所述密封部分的头部上的所述凸缘相匹配并经由螺栓连接至所述密封部分的头部上 的所述凸缘；位于所述头部内的联轴器，其将所述泵轴连接至所述密封部分轴；以及 位于所述密封部分的所述头部中、用于将井筒中流体抽入所述泵组件内的吸入口。
12. 根据权利要求11所述的装置，其中所述适配器的内部具有与所述密封部分的壳体 中的内螺纹相接合的外螺纹。
13. 根据权利要求ll所述的装置，进一步包括位于所述头部中的连通端口 ，所述连通端口从所述头部的外部延伸至所述壳体的内 部，用于将井筒中流体连通至所述均衡器。
14. 根据权利要求ll所述的装置，进一步包括位于所述头部中的轴向通道，所述密封部分轴延伸穿过该轴向通道；以及 在所述轴向通道中密封所述密封部分轴的密封件，所述密封件的一侧是来自所述马达 的润滑剂，另一侧是来自所述吸入口的井筒中流体。
15. 根据权利要求11所述的装置，其中所述泵组件包括旋转泵。
16. 根据权利要求11所述的装置，其中所述泵组件包括气体分离器以及旋转泵。
17. —种井用电潜泵组件的密封部件，包括密封部件壳体，具有用于连接至含有介电润滑剂的电动马达的马达端以及与所述马达 端相对的、具有一组内螺纹的吸入端；位于所述壳体中的压力均衡器，其用于减小所述润滑剂和井筒压力之间的压差；密封部件头部，其具有伸入所述壳体且带有外螺纹的内部，该外螺纹与所述壳体中的 内螺纹接合，所述密封部件头部还具有从所述壳体突出并且具有环形凸缘的外部，所述环 形凸缘具有用于经由螺栓连接至所述泵组件的零部件的螺栓孔阵列；延伸穿过所述壳体并密封至所述密封部件头部中的轴；以及位于所述密封部件头部中、用于将井筒中流体传送至所述泵组件的泵的吸入口。
18. 根据权利要求17所述的密封部件，进一步包括从所述密封部件头部的外部延伸穿过所述密封部件头部的连通端口 ，其用于将井筒中 流体连通至所述压力均衡器。
19. 根据权利要求17所述的密封部件，进一步包括延伸穿过所述密封部件头部的轴通道，所述轴延伸穿过该轴通道；以及 在所述轴通道中密封所述轴的轴密封件，所述轴密封件将所述密封部件的压力均衡器 内的润滑剂与所述吸入口中的井筒中流体密封隔离开。
全文摘要
一种井用电潜泵组件，具有包含介电润滑剂的马达。密封部件安装至所述马达，用于减少所述马达中的润滑剂和井筒中流体之间的压差。所述密封部件在其与所述马达相反的一端上具有头部。泵组件安装至所述密封部件的所述头部。吸入口位于所述密封部件的所述头部中，用于将井筒中流体抽入所述泵组件内。
文档编号E21B43/12GK101778996SQ200880102612
公开日2010年7月14日 申请日期2008年8月8日 优先权日2007年8月9日
发明者C·布伦纳, J·B·埃夫斯 申请人:贝克休斯公司