可变容量柱塞泵的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型总体上涉及水力压裂，并且更具体地，涉及用于将加压的压裂流体泵送到井筒下以实现油藏增产目的柱塞泵。
【背景技术】
[0002]进行地下水力压裂以增加或促进碳氢化合物井的产量。为了进行压裂过程，使用高压力以将特定的压裂流体(包括含有“支撑剂”的一些压裂流体)泵送到井筒下并且进入到含碳氢化合物地层中以沿从井筒延伸的岩脉或平面分离或“压裂”岩层。一旦形成所需的压裂缝，反向流体流动并且去除压裂流体中的液体部分。有意地留下支撑剂以停止因地层内重量和应力而引起的压裂缝自身封闭。
[0003]支撑剂在打开位置处支撑压裂缝，但对碳氢化合物流体流仍保持高度的可渗透性，因为它们形成具有提供渗透性的填隙空位空间的颗粒的填充床。砂子是常用支撑剂的一个实施例。使用支撑剂团块支撑开的压裂缝可以作为从地层到井筒的新的地层引流区域和新的流动管道，从而增加流速，并且因此提高碳氢化合物产量。
[0004]柱塞泵通常用于油气工业的水力压裂用途。柱塞泵具有流体端和驱动流体端的动力端。用于将压裂流体泵送到井筒下的柱塞泵通常需要额定功率在2000 hp (1492W)或更高的动力端。为了达到这种动力水平，可使用如US2012/0063936中所公开的多路柱塞泵(即，一个以上的柱塞)。
[0005]柱塞泵的流体端的使用寿命通常少于200小时，原因在于压裂流体支撑剂浆液具有磨损性。此外，其他油井增产流体可以是腐蚀性的。更进一步，以高达100bbl/min (16kl/min)的速率和10000 psi (5.2xl05 mmHg)或更高的压强泵送包括压裂流体的油井增产流体。
[0006]柱塞泵的流体端(或出口)具有许多部分，可拆卸地将这些部分彼此紧固，使得柱塞和阀易于如US2012/0222760中所公开的那样维修或更换。然而，阀部分和阀的支撑特征部之间的连接部以及90°弯曲部倾向于削弱流体端，限制其压力等级，并使其在高循环应力下易于破裂。因此，虽然在延长柱塞泵的使用寿命和/或利于维护柱塞泵的方面已经做出了许多改进，但较短的使用寿命和/或复杂的维护需求依然持续存在。
【发明内容】
[0007]在一个方面，公开了一种泵。泵可包括接收流体的进口和排出流体的出口。泵还可包括外壳组件，所述外壳组件限定配置成容纳沿外壳孔的至少一部分的衬套的外壳孔。泵还可以包括轴向柱塞，所述轴向柱塞可滑动地布置在外壳孔中，以形成布置在柱塞的远端和出口之间的压缩腔室。压缩腔室可与出口轴向对齐。柱塞可以配置成接收来自进口的流体，并将流体送到压缩腔室。当柱塞处于第一位置处时，压缩腔室可处于第一体积以第一压力接收来自柱塞的流体。此外，当柱塞处于第二位置时，压缩腔室可处于较小的第二体积以将在压缩腔室内的流体加压到较高的第二压力。然后可以将第二压力的流体从压缩腔室排放到出口中。
[0008]另一方面，还公开一种具有接收流体的进口和排出流体的出口的泵。所述泵还可包括限定外壳孔的外壳组件。泵还可以包括轴向柱塞，所述轴向柱塞可滑动地布置在外壳孔，以形成布置在柱塞的远端和出口之间的压缩腔室。压缩腔室可与出口轴向对齐。柱塞可以具有限定柱塞孔的侧壁。柱塞可以包括至少一个在柱塞的侧壁中形成的开口，所述柱塞配置成将流体从进口送到柱塞孔。然后柱塞可配置成使流体从活塞孔连通到压缩腔室。当柱塞处于第一位置处时，压缩腔室可处于第一体积以第一压力接收来自柱塞的流体。当柱塞处于第二位置处时，压缩腔室可处于较小的第二体积将压缩腔室中的流体加压到较高的第二压力。然后第二压力的流体可从压缩腔室排放到出口中。
[0009]还公开了一种泵送液压压裂流体的方法。所述方法还包括回缩柱塞以增加在柱塞的远端和泵的出口之间的泵的外壳孔中限定的压缩腔室的体积。柱塞还将泵的进口和压缩腔室连通以将流体接收柱塞的柱塞孔中。压缩腔室可与泵的出口轴向对齐。柱塞可配置成将流体从活塞孔连通到压缩腔室。所述方法还可以包括移动柱塞以减小压缩腔室的体积，从而加压压缩腔室中的流体，并且所述方法还可以包括将加压流体从压缩腔室分配到出
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[0010]另一个方面，公开了一种泵模块。泵模块可以包括以并排构型设置的多个泵。每个泵可以包括接收流体的进口、排出流体的出口以及限定外壳孔的外壳组件。每个泵还可包括轴向柱塞，所述轴向柱塞可滑动地布置在外壳孔中，以形成布置在柱塞的远端和出口之间的压缩腔室。压缩腔室可与出口轴向对齐。柱塞可以配置成接收来自进口的流体，并将流体送到压缩腔室。当柱塞处于第一位置时，压缩腔室可处于第一体积以第一压力接收来自柱塞的流体。当柱塞处于第二位置时，压缩腔室可处于更小的第二体积将压缩腔室内的流体加压到更高的第二压力，这使得较高第二压力的流体从压缩腔室排放到出口中。
[0011]还公开一种用于泵的排放阀组件。排放阀组件可以包括联接到泵的孔的排放阀套。排放阀套可以包括在排放阀套的近端处径向向内导向的阀座。排放阀组件还可包括保持件，所述保持件可以包括与阀座隔开的近端侧和面向泵的出口的远端侧。保持件可以具有从保持件的近端侧向近端延伸的轴套并且保持件还可以包括至少一个通道，所述通道轴向延伸通过保持件以连通保持件的近端侧和泵的出口。排放阀组件还可以包括布置在保持件和排放阀座之间的排放阀头。排放阀头可以具有近端侧，当排放阀组件位于关闭位置时，所述近端侧可密封地接合阀座。排放阀头还可包括从排放阀头的远端侧延伸的轴，所述排放阀头可滑动地容纳在保持件的轴套中。
[0012]又一个方面，公开了一种包括接收流体的进口和排出流体的出口的泵。泵还可包括限定外壳孔的外壳组件。泵还包括轴向柱塞，所述轴向柱塞可滑动地布置在外壳孔中，以形成布置在柱塞的远端和出口的压缩腔室。压缩腔室可与出口轴向对齐。柱塞可以配置成接收来自进口的流体并且将流体送到压缩腔室。可包括联接到外壳孔的排放阀套。排放阀套可以包括排放阀套的近端处的阀座。泵还可包括保持件，保持件包括与阀座隔开的近端侧和面向泵的出口的远端侧。保持件可以具有从保持件的近端侧向近端延伸的轴套。保持件可以包括至少一个通道，所述通道延伸通过保持件以连通保持件的近端侧和出口。泵还可以包括布置在保持件和排放阀座之间的排放阀头。排放阀头可具有当排放阀组件处于关闭位置时可密封地接合阀座的近端侧以及从排放阀头的远端侧延伸的轴，所述排放阀头可滑动地容纳在保持件的轴套中。可将排放阀头朝向关闭位置偏置，在该位置处，排放阀头与排放阀座接合。当压缩腔室中流体的压力超过阈值压力时，可以移动排放阀头远离关闭位置，以使加压的流体从压缩腔室移到出口。
[0013]还公开了一种泵送液压压裂流体的方法。所述方法可包括将排放阀头偏置抵靠在排放阀座上以关闭泵的出口。排放阀头可以连接到可滑动地容纳在轴套的轴，所述轴套可连接到保持件的近端侧。所述方法可以包括连通泵的进口和由泵的外壳组件限定的轴向外壳孔。所述方法还可包括将轴向布置在外壳孔中柱塞移向排放阀头，从而加压布置在柱塞和排放阀头之间的外壳孔的一部分，以形成与排放阀头轴向对齐的压缩腔室，从而克服排放阀头偏置抵靠在阀座上并且连通压缩腔室和泵的出口。所述方法还可以包括分配流体通过出口。
[0014]还公开了一种用于柱塞泵的柱塞。柱塞可以包括在近端和打开的远端之间延伸的侧壁。侧壁可以具有轴向延伸穿过侧壁的柱塞孔。侧壁还可以包括至少一个开口以将来自柱塞泵的进口的流体接收到柱塞孔中