專利名稱：一種泵送流體的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及泵送流體的方法，具體地，涉及從鉆井中泵送流體的方法。
背景技術：
水、油和天然氣通常從鉆井中生產。鉆井是通過在巖層中鉆孔鉆至儲存流體的深度而形成。鉆孔后將井筒插入孔中。如果井中有天然氣，由于天然氣的自然浮力很容易將其回收，而大多數情況下水和油必須泵送到地面。
采用各種類型的泵送系統(tǒng)從鉆井中生產流體。這些系統(tǒng)包括抽吸桿系統(tǒng)、柱塞提升系統(tǒng)、連續(xù)或間歇舉氣系統(tǒng)、液壓往復泵、螺桿泵和電潛水泵(ESP)。電潛水泵帶有用來驅動潛水泵的電動機，其中流體在潛水泵的作用下從儲存處流到地面上。
電潛水泵通常工作在環(huán)境條件很惡劣的很深的井下，遠距離進行操作。使用電潛水泵的一個難題是有效散熱。電動機工作時繞組電阻產生大量廢熱，機械摩擦和流體摩擦也產生大量廢熱。如果不能將廢熱充分除去，電動機溫度會顯著上升。電動機溫度的升高將引起很多問題。電動機使用壽命會由于溫度升高而大大縮短。電動機繞組的絕緣、支承、密封和潤滑也都會受到高溫的不利影響。因此，不得不經常將電潛水泵從鉆井中取出進行更換或修理電動機。尤其是在油市場中，這將導致很高的維修費用并因停產而造成非常大的經濟損失?；蛘撸瑸榱耸闺妱訖C溫度保持在合理范圍內，有時不得不降低產量，或使用超大或額外的設備，從而降低了油井的效率和效益。當使用額外的設備如氣體分離器或輔助密封時，由于溫度上升和需要增加馬力也會使電效率降低。這將增大能源成本，因為完成一定的工作量必須有更多的電力。
有時這一問題還會因特定的井下條件和操作人員的選擇而變得更加嚴重。井下條件如高氣體含量、生產的流體的高粘性、乳狀液的形成、低流速、多相流、蒸汽噴出量、偏斜和水平井、井深增大等以及其它因素都會使電動機溫度升高。其中有一些條件使操作人員很難適當地選擇和操作井下電潛水泵。
生產的流體通?？蓭ё咭恍U熱而提供某種程度的溫度控制。在傳統(tǒng)的電潛水泵裝置中，抽取或泵送的生產的流體通過電動機帶走一些熱量。這一效果在圖1和1A中示出，圖中分別顯示了傳統(tǒng)的電潛水泵和所謂的“倒置電潛水泵”泵送系統(tǒng)。在圖1中，鉆井1帶有套筒2，生產的流體通過套筒2的孔7進入鉆井中。電潛水泵系統(tǒng)包括泵3、電動機4和密封部分5。生產的流體在低于或靠近電動機4底部的位置進入鉆井，沿箭頭8的方向經過電動機4，然后在泵吸入口6進入泵3。生產的流體在泵3的作用下離開泵3的頂部向上流動，然后沿箭頭9的方向流動到地面上。電纜10從地表提供電力給電動機4。如圖所示，封隔器16可以用于該裝置中。
在圖1A所示的“倒置電潛水泵”系統(tǒng)中，泵和電動機的相對位置是倒過來的。鉆井11與前面一樣帶有套筒12和孔17。生產的流體沿箭頭18所示方向進入泵入口22。生產的流體在泵13的作用下離開出口21向上流動，然后沿箭頭19所示方向向上流經密封部分15和電動機14。如前所述，電纜20從地面提供電力。在這種裝置中同樣有封隔器16。
在圖1和1A所示的系統(tǒng)中，生產的流體流經電動機時帶走一些熱量。然而，所帶走的熱量往往不足以使電動機性能和使用壽命優(yōu)化。因此，操作人員嘗試用各種方法來提高電動機性能和使用壽命。一種方法是在電動機中使用特殊的耐高溫繞組，這樣就能更好地耐受高溫。然而，這種方法不能降低軸承、密封和潤滑方面的熱量，而且還會大大增加電動機成本。另外，在高溫下運行使設備更容易生銹和腐蝕，從而降低電效率。另一種方法是在電動機周圍增加一個管罩來增大流體速度。除了設置在流體不流經電動機外殼的裝置中，否則管罩不會顯著改變流動特性(層流或紊流)，其價格十分高，而且很難或不可能安裝在偏斜井和小孔井中。
使用電潛水泵來提高產量的另一種方法在刊登在“J.of Petrol.Thechn.”1997年7月第742頁的文章“在孔下面操作的電潛水泵”，和Sison刊登在2000年2月28日該雜志的文章“在電潛水泵中使用電動機冷卻旁路系統(tǒng)以提高氣井的開采期限”中進行了介紹。在這些方法中，電潛水泵系統(tǒng)安裝在鉆井的孔的下面。生產的流體進入鉆井和泵吸入口不與電動機流體接觸。由于沒有對流冷卻，必須將生產的流體的一部分從泵中抽出并向下循環(huán)到電動機底部釋放，以帶走熱量。這通常要求使用另一個循環(huán)泵和專門的再循環(huán)管道，因此十分復雜、昂貴，而且效率較低。另外還很難使足夠多的流體有效地進行再循環(huán)以提供足夠的散熱作用。另一種方法是所謂的Framco電潛水泵系統(tǒng)，其也涉及使冷卻流體從井口循環(huán)通過電動機。這在1990年4月30日到5月2日德克薩斯州休斯頓電潛水泵研討會上由Jon A.Svaeren和Frank Mohn提出的“Framco電潛水泵系統(tǒng)井下電潛水泵送的新方法”一文中作了介紹。同樣，這種系統(tǒng)的復雜程度和費用開支也不能符合要求。
在授予Hartman的美國專利No.5,951,262和6,000,915中介紹了另一種方法。哈特曼的專利介紹了帶有空心轉子軸的泵用電動機，可驅動獨立泵送單元。泵送單元與空心轉子軸流體相通，使生產的流體通過電動機的空心轉子軸泵送，從而對電動機內部起到冷卻作用并使電動機能夠更加有效地工作。
因此，迫切需要有一種改進的電潛水泵系統(tǒng)，尤其是能夠更加有效地帶走電動機的熱量，且不會增加額外元件的費用或不必要性能的電潛水泵系統(tǒng)。
許多鉆井涉及的另一個問題是液體和氣體的分離。這一問題通常發(fā)生在生產天然氣和石油的鉆井中。如果在液體進入泵吸入口之前能夠順利地將氣體和液體分開，就可以避免因泵送氣體/液體混合物而引起的效率低下問題。因此，要求提供這樣一種方法，使得氣液態(tài)流體能夠在液態(tài)流體進入泵送系統(tǒng)之前順利和經濟地分離。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明的第一方面，提供了一種用包括泵和電動機的潛水泵送系統(tǒng)泵送流體的方法，其中，所述電動機帶有空心轉子軸，所述泵送系統(tǒng)可泵送至少一部分所述流體通過所述空心轉子軸，且至少有一部分所述流體以流體接觸方式通過電動機外部，從電動機帶走熱量。
根據本發(fā)明的第二方面，提供了一種用包括泵和電動機的潛水泵送系統(tǒng)泵送流體的方法，其中(a)所述電動機帶有空心轉子軸，而所述泵送系統(tǒng)可通過所述空心轉子軸泵送流體，和(b)泵送系統(tǒng)潛下流體中，使得進入泵送系統(tǒng)的生產的流體在進入流體吸入口之前以流體接觸方式通過電動機外部而帶走熱量，接著所述生產的流體穿過電動機的空心轉子軸泵送，從電動機帶走更多的熱量。
根據本發(fā)明的第三方面，提供了一種從帶套筒的鉆井泵送流體的方法，生產的流體通過套筒的孔進入鉆井，該方法包括以下步驟(a)將包括電動機的電潛水泵送系統(tǒng)放置到套筒內，使得電動機位于至少一些孔處或以下，和(b)泵送系統(tǒng)從鉆井中泵送生產的流體，其中，(i)泵送系統(tǒng)包括泵、帶有空心轉子軸的電動機和位于電動機以下的流體吸入口，所述泵送系統(tǒng)可通過所述電動機的空心轉子軸泵送生產的流體，
(ii)通過井筒的至少一些孔進入鉆井的液態(tài)流體在進入流體吸入口之前以流體接觸方式通過電動機的外部而帶走熱量，和(iii)生產的液態(tài)流體穿過電動機的空心轉子軸向井口移動，從而帶走更多的電動機熱量。
根據本發(fā)明的第四方面，提供了一種用包括泵和電動機的潛水泵送系統(tǒng)泵送流體的方法，其中，(a)電動機帶有空心轉子軸，而泵送系統(tǒng)帶有在電動機下面并與所述空心轉子軸液體相通的流體吸入口；(b)泵送系統(tǒng)帶有位于所述電動機處或以下的至少一個出口，所述出口與流體吸入口液體相通；(c)泵送系統(tǒng)潛下帶井筒的鉆井中；(d)電動機的橫斷面可使電動機能夠安裝在井筒中并在井筒和電動機外表面之間形成空隙；和所述泵送系統(tǒng)在工作時，進入流體吸入口的一部分流體通過空心轉子軸泵送，而進入流體吸入口的另一部分流體經由所述出口泵出，并向上以流體接觸方式通過位于井筒和電動機外表面之間空隙中的電動機的外側。
根據本發(fā)明的第五方面，提供了一種用包括泵和電動機的潛水泵送系統(tǒng)從帶有井口和井筒的鉆井泵送流體的方法，該方法包括以下步驟(I)將泵送系統(tǒng)放置到鉆井中，使泵位于電動機和井口之間；其中，(a)電動機帶有與泵液體相通的空心轉子軸；(b)電動機的橫斷面可使電動機能夠安裝在井筒中，并在井筒和電動機之間形成空隙；(c)泵送系統(tǒng)帶有與所述空心轉子軸液體相通的第一流體吸入口；(d)泵送系統(tǒng)帶有在電動機以上的第二流體吸入口，該第二流體吸入口與井筒和電動機之間形成的空隙液體相通，至少有一個出口位于電動機處或以下，所述出口與流體吸入口液體相通；和(II)使所述泵送系統(tǒng)在這樣條件下工作，流體的第一部分進入所述第一流體吸入口并通過電動機的空心轉子軸泵送，而流體的第二部分通過井筒和電動機之間形成的空隙泵送，并以流體接觸的方式流經電動機外部而進入第二流體吸入口，然后將流體的所述第一和第二部分泵送到井口。
本發(fā)明這些方面的方法具有一些顯著的優(yōu)點。以層流或紊流流動的生產流體以流體接觸方式通過電動機外部能夠提供散熱效果。在產氣井中，由于電潛水泵在孔下面工作而增大的流動速率會在電動機外殼和井筒之間的環(huán)形空間中形成紊流而顯著提高熱傳導效率。當生產的流體穿過空心轉子軸時還可以提供額外的冷卻效果。因此，在本發(fā)明中生產的流體兩次用于散熱，一次是通過電動機外側時，另一次是穿過空心轉子軸時。這種綜合冷卻效果有助于使電動機保持在最佳的或所要求的溫度范圍內。這可以延長電動機的使用壽命并減少維護成本和其它因電動機過早發(fā)生故障而引起的費用。使得操作人員能夠在不升高溫度的情況下通過增大現有設備的功率來提高產量。如果將泵和/或空心轉子軸設計成在生產的流體穿過空心轉子軸時形成紊流，可以進一步提高冷卻效果。井中流體通過電動機外側和穿過電動機空心轉子軸的綜合冷卻效果提供了如延長電動機使用壽命、提高功率密度和/或增大電效率這樣的優(yōu)點。而且通常提供組合的優(yōu)點。
令人驚訝的是，雖然生產的流體在穿過電動機的空心轉子軸時被迫通過直徑減小的區(qū)域，但是仍能實現這些優(yōu)點。因為這么做必須有更多的能量，一般來說會提高生產成本和使溫度額外上升。出乎意料的是，已經發(fā)現通過帶走更多的熱量可以顯著消除這一缺點，帶走更多的熱量是通過使生產的流體以流體接觸方式通過電動機外部和穿過電動機的空心轉子軸來實現的。
根據本發(fā)明的第六方面，提供了一種用包括泵和電動機的潛水泵送系統(tǒng)泵送流體的方法，其中，泵送系統(tǒng)潛下所述流體中，使得進入泵送系統(tǒng)的生產流體在進入流體吸入口之前以流體接觸方式通過電動機外部而帶走熱量，電動機的外部或環(huán)繞的管罩的內部帶有渦流發(fā)生器，可使以流體接觸方式通過電動機外部的生產流體產生順流方向的旋渦。本發(fā)明的這方面提供了可極大提高電動機散熱效率的非常經濟的方法。本發(fā)明的這一方面可以結合到本發(fā)明的第一和第二方面。
根據本發(fā)明的第七方面，提供了一種提供原動力的機構，該機構包括(I)動力單元，包括(a)帶有外壁的殼體；(b)具有縱軸線和兩端的空心轉子軸，該空心轉子軸可轉動地安裝在所述殼體中而能繞其縱軸線相對于殼體轉動；和(c)安裝在所述殼體的驅動系統(tǒng)，該驅動系統(tǒng)與空心轉子軸相連可使空心轉子軸相對于殼體轉動，其中，該驅動系統(tǒng)包括若干個安裝在殼體并位于空心轉子軸周圍的磁鐵，這些磁鐵產生使空心轉子軸相對于殼體轉動的磁力；和(II)位于動力單元以下的泵送單元，其中，(i)該泵送單元包括與動力單元的空心轉子軸流體相通的縱向空心驅動軸，當空心轉子軸轉動時，空心驅動軸繞其縱軸線轉動；(ii)空心驅動軸帶有緊靠其底部的軸入口，使流體能夠泵入空心驅動軸中；(iii)空心驅動軸的外表面安裝有至少一個葉輪，使得當空心驅動軸轉動時，安裝在空心驅動軸上的葉輪向下泵送流體至空心驅動軸的入口；和(iv)泵送單元帶有緊靠其頂部的流體吸入口，流體通過流體吸入口進入泵送單元中；流體吸入口、空心驅動軸、轉軸入口和葉輪設置成，當空心驅動軸繞其縱軸線轉動時，流體通過所述流體吸入口進入泵送單元，在泵送單元中向下移動到空心驅動軸的軸入口，然后穿過泵送單元的空心驅動軸和動力單元的空心轉子軸。
根據本發(fā)明的第八方面，提供了一種從井中取出氣液態(tài)流體混合物的方法，所述氣液態(tài)流體混合物在至少一個位置進入鉆井，該方法包括以下步驟(I)將泵送系統(tǒng)放置到井中，使泵送系統(tǒng)位于氣液態(tài)流體混合物進入鉆井位置的上方，其中，(a)該泵送系統(tǒng)包括至少一動力單元、至少一泵送單元和至少一個吸入口，流體通過所述吸入口泵入泵送系統(tǒng)中；(b)動力單元包括帶有空心轉子軸的電動機，空心轉子軸與所述吸入口流體相通，且泵送系統(tǒng)能夠將進入吸入口的流體通過動力單元的空心轉子軸泵送；(c)動力單元和泵送單元的直徑小于鉆井的直徑；(d)吸入口位于泵送系統(tǒng)的至少一部分以下，且吸入口的直徑至少小于其上面的泵送系統(tǒng)一部分的直徑；(e)吸入口設置成由泵送系統(tǒng)泵送的液態(tài)流體能夠向下流經吸入口的一部分而進入泵送系統(tǒng)；和(II)操作泵送系統(tǒng)，使(i)氣態(tài)流體和液態(tài)流體在靠近吸入口的位置分離，該位置處于吸入口上面的泵送系統(tǒng)一部分的下面，(ii)氣態(tài)流體繞過泵送系統(tǒng)上升到鉆井的表面，和(iii)液態(tài)流體向上泵送至吸入口，接著向下流經吸入口的一部分，然后通過電動機的空心轉子軸離開鉆井。


圖1是兩種傳統(tǒng)電潛水泵系統(tǒng)的示意圖；圖2和2A是本發(fā)明實施例的剖視圖；圖3和3A示出了本發(fā)明優(yōu)選的帶有渦流發(fā)生器的電動機實施例的示意圖和細部圖；圖4到6是根據本發(fā)明各方面的實施例的剖視圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明中，使用潛水泵送系統(tǒng)來泵送流體。該系統(tǒng)包括泵和電動機。電動機帶有空心轉子軸，而所述泵送系統(tǒng)通過所述空心轉子軸泵送所述流體。生產的流體還可提供外部冷卻。在某些實施例中，泵送系統(tǒng)潛下流體中，使得進入泵送系統(tǒng)的生產的流體在進入生產的流體吸入口之前以流體接觸方式通過電動機外部而帶走熱量，接著所述生產的流體穿過電動機的空心轉子軸泵送，從電動機帶走更多的熱量。流體的流動狀態(tài)最好使得流體通過電動機外部時產生紊流并帶有順流方向的旋渦，而在穿過空心轉子軸時形成紊流。在其它實施例中，生產的流體在泵送時被分開，一些通過空心轉子軸泵送，而其余部分通過電動機的外表面泵送。
一般地，泵送系統(tǒng)安裝在井中，或者還帶有用來引導流體以流體接觸方式通過電動機外部的機械裝置。這種機械裝置的實例是局部覆蓋泵送系統(tǒng)的管罩，管罩在泵送系統(tǒng)的另一端帶有與泵送流體相通的開口，生產的流體吸入口位于另一端。這種管罩使得流體能夠以流體接觸方式通過電動機的外部而進入生產的流體吸入口。管罩和電動機外部之間的空隙最好使流體在以流體接觸方式通過電動機外部時能夠產生紊流，而且不會損害鉆井中的裝置或造成嚴重的壓頭損失?？捎脺u流發(fā)生器替代管罩或另外設置渦流發(fā)生器，當生產的流體流經管罩和電動機外部之間的空隙時，渦流發(fā)生器使生產的流體產生順流方向的渦流。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，泵送系統(tǒng)安裝在井中。鉆井可以是豎直的、水平的、或所謂的“轉向”型。鉆井帶有套筒，生產的流體通過套筒的孔進入鉆井。泵送系統(tǒng)包括帶有空心轉子軸的電動機。泵送系統(tǒng)帶有生產的流體吸入口，生產的流體通過生產的流體吸入口進入泵送系統(tǒng)。這些生產的流體吸入口位于所述電動機的下面(對于水平井來說，與井口相對)。泵送系統(tǒng)可通過電動機的空心轉子軸來泵送所述生產的流體到達井口。
“生產的流體”是指任何從鉆井中抽出的流體。這種流體的實例包括水、油、天然氣和類似物質，其中液體尤其是油具有特殊的重要性。
“孔”只是指井筒的孔，生產的流體通過孔進入鉆井中。這些孔的具體構造或形成方法對于本發(fā)明不是很重要。泵送系統(tǒng)位于套筒的至少一些孔的下面。因此，在重力和/或泵送系統(tǒng)的作用下，進入泵送系統(tǒng)以上那些孔的生產流體以流體接觸方式通過電動機外部而進入流體吸入口。一般地，泵送系統(tǒng)應當在足夠多孔的下面，使得有足夠的生產流體通過電動機外部以提供冷卻效果。最好至少一半的生產流體在進入流體吸入口之前通過電動機的外部。更可取的是，泵送系統(tǒng)位于幾乎所有孔的下面，因而幾乎所有生產的流體以流體接觸方式通過電動機的外部。這樣可以達到所需要的最大冷卻效果。使泵送系統(tǒng)位于幾乎所有孔的下面還有助于氣液態(tài)流體在液態(tài)流體進入泵送系統(tǒng)之前進行分離。當井中產生氣體和液體混合物時，這將提高生產率。使氣體繞過泵可以避免各種相關的問題，比如因夾帶氣體而引起的氣鎖或低的泵送效率問題。由于氣體具有比液體更低的熱容量，所以使氣體以這種方式繞過電動機可進一步提高熱傳導和電動機冷卻效果。另外，由于這種泵送單元不需要傳統(tǒng)系統(tǒng)中通常使用的安裝在孔以上的超大型設備或氣體分離器，所以不會顯著增加電力消耗。
這種泵送系統(tǒng)包括電動機和由電動機驅動的潛水泵。電動機和泵可以具有整體結構(即共用一個外殼)，但通常最好是獨立單元，這些獨立單元當安裝在鉆井中時直接或間接地連接起來。
圖2中示出了本發(fā)明方法的兩個實施例。在圖2中，井筒210沿井201的周邊延伸，孔已經鉆過生產性地下巖層440而鉆入非生產性地下巖層441。生產層440含有要泵送到鉆井頂部的生產流體。套筒210帶有孔211，生產的流體通過孔211進入鉆井并泵送到地面。
位于套筒210中的是包括電動機220和泵230的泵送系統(tǒng)。電動機220和泵230都位于孔211下面。以剖面示出的電動機220固定在生產管道250上。如果需要的話，生產管道250可以采取盤管的形式。以剖面形式示出的電動機220顯示出空心轉子軸221，當電動機220工作時空心轉子軸221轉動提供動力給泵230。生產的流體通過空心轉子軸和生產管道250流向井口?？招霓D子軸221用某種機械方法直接或間接地連接到泵230上，當空心轉子軸221轉動時，泵230處于工作狀態(tài)。如圖所示，泵230的驅動軸直接與空心轉子軸221相連，沒有中間裝置。然而，可能需要包括各種類型的中間裝置，比如在電動機220和泵230之間的密封部分。電動機220通過何種方式固定在生產管道250和泵230上并不是關鍵性的；可以使用各種緊固件、聯鎖裝置和類似機構。電力通過電纜或類似的機構(未示出)從井口提供給電動機。
吸入口260設置在泵230上。當啟動泵送系統(tǒng)時，空心轉子軸221基本上繞其縱軸線轉動驅動泵230。生產的流體通過吸入口260進入泵230和泵送系統(tǒng)?？招霓D子軸221與生產管道250及泵230液體連通，因此在泵230的作用下流體穿過空心轉子軸221向上流動，然后進入生產管道250，接著被輸送到井口。
因為電動機220在孔211下面，所以進入鉆井201的生產的流體在進入吸入口260之前流經電動機220表面時與其流體接觸。這可以由單一的重力作用、泵230的泵送作用或這些作用的組合而引起。箭頭290指出了生產的流體的流動方向。由于生產的流體朝吸入口移動時必須在井筒210和電動機220之間流過，所以電動機的直徑略微小于井筒210的直徑，從而形成可使生產的流體通過的環(huán)狀通路。當生產的流體以流體接觸方式通過電動機220外表部分時，可消除廢熱而起到冷卻作用。
由于生產的流體接著又經由電動機220的空心轉子軸221被泵出，所以可消除更多的廢熱而提供額外的冷卻效果。圖2中的實施例是所謂的“倒置”泵送系統(tǒng)，其中電動機在泵的上方。雖然電動機最好在泵的上面，但這對于本發(fā)明來說并不是關鍵性的，圖2A中示出了電動機在泵下面的實施例。在圖2A中，鉆井201A帶有套筒210A。泵送系統(tǒng)包括生產管道250A、泵230A、電動機220A和吸入口260A。電動機220A包括生產的流體通過的空心轉子軸221A。如前所述，空心轉子軸221A用機械方法連接到泵230A上，因此當電動機220A工作時，空心轉子軸221A可使泵230A工作而將生產的流體通過空心轉子軸221A泵入生產管道250A中并向上到達井口。在圖2A所示的實施例中，生產的流體通過孔211A進入鉆井，流過電動機220A的外表面，進入吸入口260A，通過空心轉子軸221A向上流動并進入泵230A內，然后通過生產管道250A到達井口。電動機220A被生產的流體冷卻了兩次；一次在生產的流體以流體接觸方式通過電動機220A的外表面時，還有一次在生產的流體穿過電動機220A的空心轉子軸221A時。
在圖4中，包括電動機402和泵411的泵送系統(tǒng)位于帶有套筒401和孔415的井中。流體吸入口420位于電動機402和封隔器414的下面。在所示實施例中，流體吸入口420直接通向位于電動機402下面的泵411。不過，在這種潛水泵送系統(tǒng)中可以采用多個泵和多個電動機，只要吸入口位于至少一個帶有空心轉子軸的電動機的下面。
在所示優(yōu)選實施例中，當電動機402工作時，電動機402的空心轉子軸403繞其縱軸線轉動。這可以通過將磁鐵404固定到空心轉子軸403上并將定子405安裝在電動機402的外殼410上方便地實現。空心轉子軸403直接或間接地連接到泵411的驅動軸412上，因此當空心轉子軸403轉動時，驅動軸412轉動，從而將機械能傳送給泵411。葉輪413固定在驅動軸412上，因此當驅動軸412轉動時可提供動力給葉輪413。
圖4中所示的實施例包括作為可選特征的推力軸承和密封圈416以及封隔器414。推力軸承和密封圈416將電動機402與泵411連接起來，并形成可防止生產的流體滲漏的密封。封隔器414有助于支承泵送系統(tǒng)的重量并可防止泵里面的帶壓流體向下流動到泵吸入口。這些部件在本技術領域中是已知的。
吸入口420與電動機402的空心轉子軸403流體相通。在所示實施例中，流體沿箭頭408指示的大致方向進入吸入口420而流經泵411。流體的第一部分沿箭頭406指示的大致方向通過孔421進入空心轉子軸403中并向上流動到達井口。流體的第二部分沿箭頭407指示的大致方向通過孔417流到泵殼409的外面，然后在井筒401與電動機402的外殼410之間的空間內向上流動。
圖4中所示的實施例使得電動機能夠被生產的流體內部冷卻(即，當流體穿過空心轉子軸時)和外部冷卻(即，當流體在電動機外表面和井筒之間通過時)，而不必使用管罩、使流體進行再循環(huán)、或是將泵送系統(tǒng)設置在井下的孔的下面。這避免了必須將井鉆到孔的下面，即本發(fā)明的這一實施例不需要有“深孔(rathole)”來實現本發(fā)明的優(yōu)點。這一實施例還可以避免將泵送系統(tǒng)暴露于孔下面經常存在的多砂結構中。
在圖5中，泵送系統(tǒng)包括電動機502和泵511，位于帶有套筒501和孔515的井中。如圖所示，孔515最好位于泵吸入口517的上方，但是孔也可以與泵吸入口517同高或是位于泵吸入口517的下面。電動機502帶有空心轉子軸503。在所示優(yōu)選實施例中，電動機502包括一驅動系統(tǒng)，該驅動系統(tǒng)由位于空心轉子軸503周圍的磁鐵504和位于外殼510內面上的定子505構成。當工作時，空心轉子軸503繞其縱軸線轉動。
泵511包括與電動機502的空心轉子軸503流體相通的空心驅動軸512。當電動機502工作使空心轉子軸503繞其縱軸線轉動時，泵511的空心驅動軸512同樣也繞其自身的縱軸線轉動。空心驅動軸512帶有外(相對于轉軸)葉輪513，當泵送系統(tǒng)工作時可泵送生產的流體?？招尿寗虞S512帶有軸入口522，當泵送系統(tǒng)工作時流體通過軸入口522進入空心驅動軸512。泵511包括帶有流體吸入口517的外殼509。流體吸入口517位于軸入口522的上面和孔515的下面。
工作時，生產的流體通過孔515進入井中，然后向下流過電動機外殼510的外表面進入吸入口517內。接著流體在葉輪513的作用下在泵511中向下流動，進入轉軸入口522并通過泵511的空心驅動軸512向上流動，穿過電動機502的空心轉子軸503，整個過程沿著箭頭506表示的方向。
圖5中所示的實施例包括可優(yōu)先選用的推力軸承和密封圈516。在本發(fā)明中，流體在進入軸入口522之前通過泵511向下流動可降低泵511產生的向下壓力。這反過來可以減輕由推力軸承和密封圈516承受的泵推力，從而延長其使用壽命并減少對維修的需要。而且，本發(fā)明的這方面使電動機的外面和里面都能夠被生產的流體冷卻。
在圖6中，包括泵611和電動機602的泵送系統(tǒng)位于帶有套筒601和孔615的井中，生產的流體通過孔615進入鉆井?？?15位于泵送系統(tǒng)的下面。生產的流體是至少一種液體和至少一種氣體的混合物。在本實施例中，吸入口620位于泵送系統(tǒng)其余部分的下面，不過一個或多個泵或電動機也可以位于吸入口的下面。吸入口620的直徑D小于緊靠其上面的電動機602的直徑D′(而且如圖所示，也小于泵611的直徑)。
電動機609帶有空心轉子軸603。在所示優(yōu)選實施例中，電動機602包括一驅動系統(tǒng)，該驅動系統(tǒng)由位于空心轉子軸603周圍的磁鐵604和位于外殼610內面上的定子605構成。當工作時，空心轉子軸603繞其縱軸線轉動?？招霓D子軸603與吸入口620流體相通。在所示實施例中，電動機602正好位于吸入口620上面，且空心轉子軸603直接與吸入口620連通。不過，一個或多個泵也可以位于電動機602和吸入口620之間，只要空心轉子軸603通過中間的泵與吸入口620間接流體相通就可以。
工作時，氣液態(tài)流體的混合物通過孔615進入井中。這些流體沿箭頭606所指方向向上移動到圖6中數字622表示的渦流區(qū)中。渦流區(qū)622的產生部分由于吸入口620的直徑小于電動機602的直徑。在渦流區(qū)622中，液體和氣體有效地分開。氣體沿箭頭608所指方向在套筒602與電動機602的外殼610及泵611的外殼609之間向上移動。液體進入吸入口620，向下流經吸入口620的一部分，接著進入空心轉子軸603，然后被向上泵送到井口。圖6中的箭頭607指出了液體的流動方向。
本發(fā)明的這一方面很容易與本發(fā)明的其它方面如第五方面結合，以獲得兩者結合的優(yōu)點。
在本發(fā)明的任何一個實施例中，泵送系統(tǒng)可以包括任何一種具體應用中所必需或要求的附件。比如，對于深孔井，常常在泵送系統(tǒng)中設有密封腔。如Brookbank在2000年4月26-28日休斯頓電潛水泵研討會論文“倒置泵系統(tǒng)設計及應用”中所介紹的，這種密封部分還可以承受泵推力以及實現附加功能。如Brookbank所述，如果需要的話，可以將密封腔部分所實現的功能分到若干個裝置上。在本發(fā)明中，密封腔部分或用來承受泵推力的其它裝置最好是泵送系統(tǒng)的一部分。在所謂的“倒置”實施例中，用來承受泵推力的一些裝置最好包括在泵或電動機中，或是作為一個獨立裝置位于泵的上面或下面。如果需要的話，密封部分可以位于泵送系統(tǒng)的上面，或者位于電動機和泵之間。位于電動機和泵之間的任何裝置必須能夠使動力通過該裝置從電動機傳遞到泵上，因此生產的流體可穿過電動機的空心轉子軸，如上面介紹的那樣。
同樣地，如砂裙(sand skirts)、封隔器、各種類型的連接器和類似裝置可以結合在到泵送系統(tǒng)中或是與泵送系統(tǒng)一起使用。泵送系統(tǒng)可以帶有防氣穴裝置，如起動灌注泵，以防止空心轉子軸或泵中的流體產生氣穴。這些裝置對于泵在電動機上方的結構方式尤其有用。
在開采深孔井時，通常的做法是使用較短的獨立部件構成的泵送系統(tǒng)。這種方法也可以用于本發(fā)明中。電動機、泵、吸入口、密封部分以及其它裝置可以形成兩個或更多個獨立部分，這些部分連接在一起形成整個泵送系統(tǒng)。
各種電動機的設計都可用于本發(fā)明的泵送系統(tǒng)中，只要這種電動機帶有空心轉子軸，生產的流體流過空心轉子軸以提供冷卻作用；和/或渦流發(fā)生器，其設置在電動機與井筒或管罩之間的環(huán)形空間。感應電動機和無刷直流電動機是其中最適合的。在Hartman的美國專利No.5,951,262和6,000,915中介紹了這些適用電動機的類型，在此引用參考其內容。除了以下條件之外，并不需要對電動機進行特殊設計(1)電動機是潛水型的；(2)帶有上述空心轉子軸；(3)電動機的尺寸和形狀適合裝配在井筒中并使生產的流體能夠以流體接觸方式通過電動機的外表面。傳統(tǒng)電動機如通常用于井下泵送系統(tǒng)的電動機也可以使用，只要設有可使泵送生產流體通過的空心轉子軸。在最簡單的情況下，電動機可以是任何一種帶有縱向轉子軸的潛水電動機，其中轉子軸帶有縱向孔。帶有縱向轉子軸的傳統(tǒng)電動機在某些情況下只須通過在轉子軸中鉆孔而改造成空心轉子軸就可以用于本發(fā)明中。
電動機可以是單件或串聯結構?？梢允褂枚鄠€電動機，如果需要的話，泵可以布置在電動機的上面和下面。密封部分和其它部件可以安裝在電動機和泵之間。
由于電動機將潛入生產的流體中，所以應使其適合于工作在這種條件下。電動機中最好含有可提供潤滑作用的電動機流體，但電動機流體更重要的作用是阻止生產的流體進入電動機。電動機流體還可以含有各種鉆井處理材料如防繡劑、乳化劑、防乳化劑、表面活性劑、水和類似的物質。可以將各種類型的密封件設置到電動機中以阻止生產的流體滲入電動機，而且如上面所提到的，密封腔部分可用來調適電動機流體的熱膨脹并有助于電動機內部與外部之間的壓力平衡。
在一種優(yōu)選的電動機中，電動機流體相對電動機的空心轉子軸處于正壓狀態(tài)并帶有滲漏密封件，因此電動機流體緩慢地從電動機滲漏到生產的流體?？梢詮谋盟拖到y(tǒng)中的儲液器或者通過管子或毛細系統(tǒng)從井口輸送新的電動機流體。通過將電動機流體保持在正壓狀態(tài)下，可以減少或避免電動機流體被生產流體置換，從而可延長電動機的使用壽命。與壓力無關的流量調節(jié)控制閥如SkoFloTM或SubSeaTM閥門適合用來保持適當的正壓并使新的潤滑液流入電動機。
一種更為優(yōu)選的電動機的外表面帶有渦流發(fā)生器，或用管罩圍起來，在內表面上設置渦流發(fā)生器。當生產的流體通過電動機外表面時，渦流發(fā)生器使生產的流體產生順流方向的渦流。渦流發(fā)生器最好是固定裝置，其形狀和尺寸可使生產的流體在流經渦流發(fā)生器時產生旋渦。順流方向的渦流可以大大提高從電動機外表面到生產流體的熱傳導，從而更進一步提高了本發(fā)明的優(yōu)越性。
圖3中示出了裝有渦流發(fā)生器的電動機的一個實例。井300帶有套筒310和孔311。井300的內徑為D。每個直徑都為d的電動機320和泵330布置在井中。電動機320固定在延伸到井口的生產管道350上?？招霓D子軸321用與圖2相同方式連接電動機320和泵330。泵330帶有吸入口360，生產的流體通過吸入口360進入泵送系統(tǒng)。在所示實施例中，生產的流體在孔311處進入鉆井，流過電動機320的外表面，進入吸入口360內，穿過泵330，穿過電動機320的空心轉子軸321，然后向上通過生產管道350到達井口，如箭頭390所示。
在圖3所示實施例中，電動機320的外表面帶有渦流發(fā)生器。另一可選擇的方式是將電動機320布置在內表面上帶有渦流發(fā)生器的管罩中。在圖3和3A的實施例中，渦流發(fā)生器采具有若干個翅片366的形式。翅片366相對于生產的流體的流動方向略微偏斜，且相鄰翅片366向相反方向偏斜。因此，每一對翅片366構成沿流動方向變窄的通道。翅片366的尺寸和偏斜角足以在生產的流體流過翅片時，使生產的流體中產生順流方向的渦流。
適當的偏斜角通常位于偏離生產流體流動方向±10-30度的范圍內，且最好在10-20度的范圍內。翅片366的適當尺寸在圖3A中示出。在圖3A中，電動機320和井筒310之間的間隙由(D-d)/2確定，其中D和d如上面所介紹。適當的翅片366從電動機320外表面向外延伸(或是從圍繞電動機的管罩向內延伸)的距離為電動機和井筒之間間隙寬度的大約1/3-3/4，或者，當使用管罩時，延伸距離為電動機和管罩內表面之間間隙寬度的大約1/3-3/4。在圖3A中顯示了更加優(yōu)選的間隙寬度的尺寸1/2。在圖3A中，數字325表示電動機的外表面或圍繞電動機的管罩內表面。如圖3A所示，翅片366最好帶有寬度沿流動方向增大的斜角，斜角寬度在向下1/3-3/4翅片長度處達到最大。不過，如果需要的話，翅片前緣399可以采取其它形狀，包括在圖3A中用輪廓線示出的那些形狀。翅片的全長盡可能為所述間隙寬度的大約1至4倍，最好為大約1.5至3倍。在圖3A中，翅片長度與間隙寬度相等。
在圖3所示實施例中，使用兩排翅片366。也可以使用一排或多排翅片。當使用多排翅片時，各排之間的距離最好為翅片間隙距離的大約10-30倍。不過，可以調整該距離以協(xié)調壓力損失和熱傳導。
也可以使用其它適當的渦流發(fā)生器結構，如Paulie和Eaton在1988年8月的報告#MD51“嵌入紊流邊界層的順流旋渦的流體動力學和換熱效應”中所介紹的那些渦流發(fā)生器。
對泵本身沒有特殊的設計要求，除了要求可通過電動機的空心轉子軸來泵送生產的流體。一般地，要選擇泵設計的特點以符合具體應用。泵與電動機的空心轉子軸液體相通，這可通過把泵和電動機制成一個單元或將泵結合到電動機來實現，如美國專利No.5,951,262和6,000,915中所介紹的，將泵設計成與電動機的空心轉子軸緊密配合，或以其它某種方法使泵結合到電動機中。通過對泵出口(或入口)和電動機之間連接的設計，傳統(tǒng)上用于電潛水泵的各種泵也是完全適用的，而且能夠很容易地用于本發(fā)明中?？蓛?yōu)先選用螺桿泵。泵可以是單件的或串接起來的?？梢允褂枚鄠€泵。如果需要的話，可以將獨立的泵設在電動機的上面和下面。
本發(fā)明的方法可用于各種井，包括水井、油井和天然氣井。這種泵送方法對于使用傳統(tǒng)電潛水泵的井尤其有利，在這些鉆井中，流經電動機外殼和井筒之間環(huán)形空間的任何生產的流體都是層流。這種類型的井的井下條件可包括高粘度生產流體、形成乳狀液、低流動速率、多相流、偏斜和水平井、大型電動機和/或大直徑井孔，尤其是石油業(yè)中的井。井操作人員可通過許多方式來利用增強的熱傳導和提高的電動機冷卻效果。在使用相同電力的情況下，能夠更加有效地冷卻電動機，從而使工作溫度更低。操作人員可以選擇利用這種較低的工作溫度來延長電動機的使用壽命。較低的溫度還可以減小電阻，從而降低能耗。與此相反，操作人員也可以選擇加大輸送到電動機的電力，使電動機工作在與現有技術類似的高溫下。這種情況下，操作人員選擇了用高生產率來代替較長的電動機使用壽命，這種高生產率是由于使用了額外的電力而達到。
為了提高生產的流體流經電動機空心轉子軸時的冷卻效率，最好能夠在空心轉子軸中產生紊流。更可取的是，不光在空心電動機軸內有紊流，而且在電動機外殼和井筒之間的環(huán)狀空間中有紊流或順流方向的渦流，其中生產的流體流經所述環(huán)狀空間時與電動機外表面接觸。紊流可以用雷諾數(無量綱參數)來表示，雷諾數是流體平均流動速度、動粘滯度以及空心轉子軸直徑的函數。一般來說，雷諾數大約2300或更高表示有紊流。通過電動機空心轉子軸的生產的流體的雷諾數最好至少為大約3000。雷諾數超過5000至10000就更好。
努塞爾特數是另一個測量熱傳導的無量綱參數。努塞爾特數是雷諾數、普蘭托數、以及大流體和器壁處流體絕對粘度的函數。對于紊流來說，高努塞爾特數(超過10)表示對于給定溫差具有高傳熱率。紊流越強，雷諾數和努塞爾特數越高。對于層流來說，低努塞爾特數(低于5)表示對流傳熱較差。當努塞爾特數至少為10，最好至少為50時，電動機與生產的流體可以有較好的熱傳導，而本發(fā)明的方法最好在能夠達到這種努塞爾特數的條件下工作。
所選定的工作條件最好還能使布林克曼數(另一個無量綱參數)小于2，最好小于0.5。布林克曼數表示粘性流體中熱傳導的方向，是流體平均速度、流體絕對粘度、流體熱傳導率、以及流體與空心轉子軸內壁之間溫差的函數。當布林克曼數小于2時，熱量將從熱的電動機轉移到較冷的生產流體中，而且流體摩擦不會給電動機增加額外的熱量。當布林克曼數小于0.5時，粘性耗散效果可以忽略。
由于空心轉子軸是電動機的傳動軸，所以可以根據羅斯比數(另一個無量綱參數)來進一步描述工作條件。羅斯比數表示在空心轉子軸中是旋流還是軸流起主導作用。所選定的工作條件應使羅斯比數至少為大約0.5，最好至少為大約1.0。羅斯比數是平均流動速度、流體角速度和空心轉子軸內徑的函數。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是氣態(tài)的生產流體在進入泵送系統(tǒng)之前能夠與液體分離。由于氣體的自然浮力，通過泵送系統(tǒng)上面的孔進入鉆井的氣體會直接向上移動到井口而不會流經泵送系統(tǒng)。液體將向下流動而進入泵送系統(tǒng)以輸送到井口，液體中不會有大量夾帶氣體。因此，很容易使生產的氣體與生產的液體分離。由于泵送系統(tǒng)所處理的氣體較少，所以可以大大減輕泵送氣液混合物所涉及的泵送問題和低效率問題。而且，由于不需要安裝在孔以上的普通系統(tǒng)使用的大型設備或氣體分離器，所以不會帶來其它故障或功率損耗。
權利要求
1.一種用包括泵和電動機的潛水泵送系統(tǒng)泵送流體的方法，其中，所述電動機帶有空心轉子軸，所述泵送系統(tǒng)可通過所述空心轉子軸泵送至少一部分流體，在工作時至少一部分流體以流體接觸方式通過所述電動機的外部，帶走電動機的熱量。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述泵送系統(tǒng)潛下流體中，使生產的流體在進入所述泵送系統(tǒng)之前以流體接觸方式通過所述電動機的外部而帶走熱量，接著生產的液態(tài)流體在泵送時穿過所述電動機的所述空心轉子軸從所述電動機帶走更多熱量。
3.一種從帶有套筒的鉆井生產流體的方法，生產的流體通過所述套筒的孔進入所述鉆井，所述方法包括以下步驟(a)將包括電動機的電潛水泵送系統(tǒng)放置到所述套筒內，使得所述電動機位于至少一些所述孔處或以下，和(b)用所述泵送系統(tǒng)從所述鉆井中泵送生產的流體，其中，(1)所述泵送系統(tǒng)包括泵、帶有空心轉子軸的電動機和位于所述電動機以下的流體吸入口，所述泵送系統(tǒng)通過所述電動機的所述空心轉子軸泵送所述生產的流體，(2)通過至少一些所述孔進入所述鉆井的生產流體在進入所述流體吸入口之前以流體接觸方式通過所述電動機的外部而帶走熱量，和(3)生產的流體穿過所述電動機的所述空心轉子軸向井口移動時，從所述電動機帶走更多的熱量。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述生產的流體在紊流的情況下穿過所述電動機的所述空心轉子軸。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述電動機位于所述井口和所述泵之間。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，通過所述套筒的所述孔進入所述鉆井的生產流體以流體接觸方式向下流過所述電動機的外部到達吸入口，接著穿過所述電動機的所述空心轉子軸向上泵送所述生產的液態(tài)流體到達所述井口。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，流經所述空心轉子軸的生產流體的雷諾數至少為2300。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述電動機含有相對所述電動機外部處于正壓狀態(tài)的電動機流體，并帶有允許電動機流體滲入所述生產的流體的密封件。
9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，選擇條件使得從所述空心轉子軸和所述電動機外表面其中至少一個傳導到所述生產流體的熱量的努塞爾特數至少為10。
10.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，選擇條件使得布林克曼數小于2。
11.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，選擇條件使得羅斯比數大于0.5。
12.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述泵位于所述井口和所述電動機之間。
13.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述電潛水泵送系統(tǒng)包括兩個泵，一個位于所述電動機以上，另一個位于所述電動機以下。
14.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，(a)所述電動機帶有空心轉子軸，而所述泵送系統(tǒng)帶有在所述電動機下面并與所述空心轉子軸液體相通的流體吸入口；(b)所述泵送系統(tǒng)帶有位于所述電動機處或以下的至少一個出口，所述出口與所述流體吸入口液體相通；(c)所述泵送系統(tǒng)潛下帶有井筒的鉆井中；(d)所述電動機的橫斷面使所述電動機能夠安裝在所述井筒中并在所述井筒和所述電動機之間形成空隙；和(e)所述泵送系統(tǒng)工作時，進入所述流體吸入口的一部分流體通過所述電動機的所述空心轉子軸泵送，而進入所述流體吸入口的另一部分流體經由所述出口泵出，并向上以流體接觸的方式通過所述電動機的外面。
15.一種泵送流體的方法，包括以下步驟(I)將泵送系統(tǒng)放置到鉆井中，使所述泵位于所述電動機和所述井口之間；其中，(a)所述電動機帶有與所述泵液體相通的空心轉子軸；(b)所述電動機的橫斷面使所述電動機能夠安裝在所述井筒中并在所述井筒和所述電動機之間形成空隙；(c)所述泵送系統(tǒng)帶有與所述空心轉子軸液體相通的第一流體吸入口；(d)所述泵送系統(tǒng)帶有在所述電動機以上的第二流體吸入口，所述第二流體吸入口與所述井筒和所述電動機之間形成的所述空隙液體相通，至少有一個出口位于所述電動機處或以下，所述出口與所述流體吸入口液體相通；和(II)使所述泵送系統(tǒng)在這樣條件下工作，所述流體的第一部分進入所述第一流體吸入口并通過所述電動機的所述空心轉子軸泵送，而所述流體的第二部分通過所述井筒和所述電動機之間形成的所述空隙泵送，并以流體接觸的方式流經所述電動機的外部而進入所述第二流體吸入口，然后將所述流體的所述第一和第二部分泵送到所述井口。
16.一種提供原動力的機構，所述機構包括(I)動力單元，包括(a)帶有外壁的殼體；(b)具有縱軸線和兩端的空心轉子軸，所述空心轉子軸可轉動地安裝在所述殼體中，能繞其縱軸線相對于所述殼體轉動；和(c)安裝在所述殼體中的驅動系統(tǒng)，所述驅動系統(tǒng)與所述空心轉子軸相連，而使所述空心轉子軸相對于所述殼體轉動，其中，所述驅動系統(tǒng)包括若干個安裝在所述殼體并位于所述空心轉子軸周圍的磁鐵，所述磁鐵產生使所述空心轉子軸相對于所述殼體轉動的磁力；和(II)位于所述動力單元以下的泵送單元，其中，(i)所述泵送單元包括與所述動力單元的所述空心轉子軸流體相通的縱向空心驅動軸，當所述動力單元的所述空心轉子軸轉動時，所述空心驅動軸繞其縱軸線轉動；(ii)所述泵送單元的所述空心驅動軸帶有緊靠其底部的軸入口，使流體能夠泵入所述空心驅動軸中；(iii)所述空心驅動軸的外表面上安裝有至少一個葉輪，使得當所述空心驅動軸轉動時，所述葉輪向下泵送流體至所述空心驅動軸的所述入口；和(iv)所述泵送單元帶有緊靠其頂部的流體吸入口，流體通過所述流體吸入口泵入所述泵送單元中；所述流體吸入口、空心驅動軸、軸入口和葉輪設置成，當所述空心驅動軸繞其縱軸線轉動時，流體通過所述流體吸入口泵入所述泵送單元，在所述泵送單元中向下移動到所述轉軸入口，然后穿過所述泵送單元的所述空心驅動軸和所述動力單元的所述空心轉子軸。
17.一種從鉆井中得到氣液態(tài)流體混合物的方法，所述氣液態(tài)流體混合物在至少一個位置進入所述鉆井，所述方法包括以下步驟(I)將泵送系統(tǒng)放置到所述鉆井中，使所述泵送系統(tǒng)位于所述氣液態(tài)流體混合物進入所述鉆井的位置以上，其中，(a)所述泵送系統(tǒng)包括至少一動力單元、至少一泵送單元和至少一個吸入口，流體通過所述吸入口泵入所述泵送系統(tǒng)中；(b)所述動力單元帶有與所述吸入口流體相通的空心轉子軸，且所述泵送系統(tǒng)能夠將進入所述吸入口的流體通過所述電動機的所述空心轉子軸泵送；(c)所述動力單元和泵送單元的直徑小于所述鉆井的直徑；(d)所述吸入口位于所述泵送系統(tǒng)的至少一部分以下，且所述吸入口的直徑至少小于其上面的所述泵送系統(tǒng)一部分的直徑；(e)所述吸入口設置成使由所述泵送系統(tǒng)泵送的液態(tài)流體能夠向下流經所述吸入口的一部分而進入所述泵送系統(tǒng)中；和(II)操作所述泵送系統(tǒng)，使(i)所述氣態(tài)流體和所述液態(tài)流體在靠近所述吸入口的位置分離，所述位置位于所述吸入口上面的所述泵送系統(tǒng)一部分的下面，(ii)所述氣態(tài)流體繞過所述泵送系統(tǒng)上升到所述鉆井的表面，和(iii)所述液態(tài)流體向上泵送至所述吸入口，接著向下流經所述吸入口的一部分，然后通過所述電動機的所述空心轉子軸離開所述鉆井。
18.一種用包括泵和電動機的潛水泵送系統(tǒng)泵送流體的方法，其中，所述泵送系統(tǒng)潛下生產的流體中，使得當所述流體以流體接觸方式通過所述電動機外部時，所述流體流經渦流發(fā)生器，使生產的流體產生順流方向的旋渦。
19.根據權利要求18所述的方法，其特征在于，所述渦流發(fā)生器安裝在所述電動機的外部。
20.根據權利要求18所述的方法，其特征在于，所述渦流發(fā)生器安裝在電動機管罩的內表面。
全文摘要
電潛水泵送系統(tǒng)(ESP)的生產效率、使用壽命和工作效率可通過使生產的流體經兩個通道來冷卻電動機(220、320)而改進。生產的流體以流體接觸方式通過電動機(220、320)外部，從電動機(220、320)帶走廢熱。改進的冷卻效率使得電動機能夠在較低的溫度下工作，可提高使用壽命和工作效率，和/或使電動機能夠在同樣的溫度下以較高功率工作。另外，不需要超大和額外的設備，從而進一步提高工作性能和經濟效益。另一方面，本發(fā)明還提供了用電動機泵送流體的方法，這種電動機的外表面或圍繞電動機的管罩內表面上帶有渦流發(fā)生器(366)。
文檔編號E21B43/12GK1507531SQ02809753
公開日2004年6月23日 申請日期2002年3月11日 優(yōu)先權日2001年3月12日
發(fā)明者M·G·哈特曼, E·M·莫, R·布雷登塔爾, J·S·雷爾, M G 哈特曼, 椎撬 , 莫, 雷爾 申請人:中心流動有限公司