用于分離氣體和油的電動潛水泵組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于將油從鉆井的鉆孔泵送到地面的電動潛水泵。
【背景技術(shù)】
[0002]在共同擁有的美國專利N0.6，120, 261中公開了已知的電動潛水泵組件的例子。該組件包括電動馬達(dá)區(qū)段和泵區(qū)段。中空驅(qū)動軸的一個端部固定到馬達(dá)的轉(zhuǎn)子。驅(qū)動軸的另一個端部延伸到組件的泵部分中，以便轉(zhuǎn)動容納在泵殼體中的泵推進(jìn)器。來自貯存器的油進(jìn)入中空驅(qū)動軸，并且通過形成在軸中的一系列孔被抽入到泵殼體的下端部中。推進(jìn)器將油向上泵送到泵殼體的上端部，在該上端部處，油被迫通過另一系列的孔回到中空軸中。驅(qū)動軸的上端部連接到管道，以便之后將油傳送到地面。
[0003]雖然專利’ 261中描述的潛水泵類型廣泛用于石油工業(yè)，但是這樣的泵可能不適合用于具有高氣體-油比的鉆井，即具有的氣體/油比超過大約60%自由氣體的鉆井。即使在60%處，可以僅僅通過泵安裝額外的特定泵級來實現(xiàn)泵送，其中流體在該泵級處混合并準(zhǔn)備用于主泵級。然而，在某些高氣體-油比的鉆井中，可能出現(xiàn)100%氣體的不規(guī)則流動，甚至上述措施也可能是無效的。
[0004]當(dāng)前，具有井口壓力的高氣體-油鉆井可以在沒有推進(jìn)的情況下自由地流動到處理設(shè)備。當(dāng)壓力不足時，鉆井將停止流動，并且在整個油田上出現(xiàn)產(chǎn)量損失。
[0005]表面水平多相泵是已知的解決方案，但是可能具有缺陷。這樣的系統(tǒng)要求更新表面設(shè)施(管道線路、新的部位、電力等)，以安裝所需的大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]用于鉆井的電動潛水泵組件包括泵、用于驅(qū)動泵的電動馬達(dá)以及位于泵入口的上游的液體-氣體分離器組件。由馬達(dá)驅(qū)動并驅(qū)動泵的中空驅(qū)動軸延伸穿過馬達(dá)和泵殼體，以提供延伸穿過兩個殼體的中空通道。
[0007]液體-氣體分離器組件具有中空管狀部分，該中空管狀部分的一個端部與驅(qū)動軸的開口下端部連通。管狀部分包括具有開口的側(cè)壁部分和封閉的下端部。至少一個向外延伸的突出部從側(cè)壁向外延伸。這樣的突出部或多個突出部的形狀形成為用于推壓容納在液體/氣體混合物中的液體，該液體流向泵，以流動離開開口，同時，這樣的突出部或多個突出部的形狀形成為用于使得容納在液體/氣體混合物中的氣體通過開口而流入到管狀部分的中空內(nèi)部中。采用這樣的方式，之后這樣的氣體可以從管狀部分向外流過驅(qū)動軸內(nèi)部并且通氣到地面。
[0008]優(yōu)選地，所述至少一個向外延伸的突出部包括螺旋葉片，該螺旋葉片繞所述分離器的管狀部分螺旋形地延伸，以使得液體被抽向所述泵而沿螺旋形路徑行進(jìn)。另外，優(yōu)選地，螺旋葉片固定到分離器的管狀部分，并且所述管狀部分聯(lián)接到驅(qū)動軸，使得驅(qū)動軸在螺旋葉片不旋轉(zhuǎn)的情況下旋轉(zhuǎn)，并且管狀部分隨驅(qū)動軸一起旋轉(zhuǎn)。
[0009]螺旋葉片的外邊緣優(yōu)選地緊密配合在鉆井外殼中，或者被護(hù)套圍繞。在任一種構(gòu)造中，形成有螺旋通道，油/氣體混合物在到達(dá)泵入口之前必須流過該螺旋通道。由于當(dāng)混合物流過通道時存在離心力，所以油將保持遠(yuǎn)離側(cè)壁中的開口，同時氣體將受壓而流過這些通道。
[0010]采用這樣的方式，當(dāng)混合物向上朝向泵流動時，油/氣體混合物中的氣體至少部分地被移除，并且到達(dá)泵入口的混合物主要是油，其中氣體-油比足夠低而能夠用泵進(jìn)行搬運。另外，因為螺旋通道可以具有任何長度，所以基本上所有的氣體可以根據(jù)需要從混合物中移除。因此，本發(fā)明可以用于油井，包括具有高氣體-油比的油井。
[0011]在一個優(yōu)選的實施例中，靜止的(即不旋轉(zhuǎn)的)管件連接到驅(qū)動軸的上端部，并且延伸到鉆井的表面，使得氣體和液體分開地從鉆井離開。
[0012]在本發(fā)明中，氣體和液體的分離是在作為電動潛水泵的一部分的井下完成的。這將消除大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備的需要，并且消除執(zhí)行表面多相泵所需的更新。其還將提高泵的效率，原因是泵主要推進(jìn)液體而不是氣體，并且防止氣體蠕動到泵中。本發(fā)明為每個鉆井提供定制的推進(jìn)，以克服地面處的背壓并伸出到生產(chǎn)設(shè)施之外。
【附圖說明】
[0013]圖1為根據(jù)本發(fā)明的具有泵組件的鉆井孔以及相關(guān)的管件的側(cè)剖視圖；
[0014]圖2為中空軸泵組件的放大側(cè)視圖；以及
[0015]圖3示出了在進(jìn)入下部泵入口部位之前的氣體-液體分離級。
【具體實施方式】
[0016]圖1示意性地示出了具有井管10的鉆井，該井管容納具有高氣體-油比的氣體/油混合物。電動潛水泵組件(圖2中詳細(xì)示出了其各部分)包括電動馬達(dá)12，該電動馬達(dá)通過電纜14接收電力。電動馬達(dá)包括定子16和轉(zhuǎn)子18。
[0017]泵20包括泵殼體22和內(nèi)部泵級24，該泵可以是美國專利N0.6，120, 261中描述的類型，該美國專利以引用方式并入本文。泵殼體22在其下端部處具有入口開口 26，并且在其上端部處具有出口開口 28。根據(jù)需要，入口開口 26可以位于泵殼體22的端壁上，或者位于泵殼體22的側(cè)壁部分上。泵的排放部位(出口開口 28)位于泵級24的端部處(并且可以位于泵殼體的側(cè)壁或上端部中)。
[0018]中空的管狀驅(qū)動軸30具有上部部分和下部部分，該上部部分固定到轉(zhuǎn)子18以便由轉(zhuǎn)子驅(qū)動，該下部部分固定到泵級24以驅(qū)動泵20。驅(qū)動軸30具有開口的上端部和下端部，并且延伸穿過馬達(dá)和泵殼體。
[0019]如圖1所示，液體-氣體分離器組件32包括中空管狀部分34，該中空管狀部分從驅(qū)動軸30的下端部向下延伸。管狀部分34的上端部與驅(qū)動軸30的中空內(nèi)部連通。管狀部分34優(yōu)選地通過軸承固定到驅(qū)動軸30，當(dāng)驅(qū)動軸30旋轉(zhuǎn)時，軸承允許管狀部分34保持靜止。穿過管狀部分34的側(cè)壁形成有多個端口或通氣口 35，以允許鉆井中的氣體流入到管狀部分34的中空內(nèi)部中。
[0020]組件32還包括突出構(gòu)件，該突出構(gòu)件從管狀部分34向外延伸，以用于分離氣體和油。在圖1所示的實施例中，突出構(gòu)件為螺旋葉片36的形式，該螺旋葉片繞管狀部分34成螺旋形地延伸。葉片36的外邊緣38緊密地固定到鉆井外殼10，而螺旋葉片36的內(nèi)邊緣緊密地固定到管狀部分34，由此在泵20下方形成螺旋通道40。因此，通過泵沿箭頭42的方向向上抽出的油/氣體混合物在到達(dá)泵20之前必須流過螺旋通道40。
[0021]殼體22外側(cè)的泵相對于鉆井外殼10固定在鉆井孔中。封隔器44繞泵殼體22定位在泵殼體22和鉆井外殼10之間，以便將泵入口開口 26與泵出口開口 28隔離。這樣，流體不能夠繞過泵，也不能夠從泵出口回流到鉆井中。分離器的