專利名稱：用于電潛泵的組合的密封頭和泵吸入口的制作方法
技術領域：
本發明大體上涉及井用電潛泵，特別是涉及泵組件的密封部分和泵之間的連接。
背景技術：
井用電潛泵通常用于碳氫化合物井的開采。典型的泵組件具有電動馬達，馬達的 上端具有密封部分或者保護裝置。馬達填充以介電潤滑劑。密封部分具有與該介電潤滑劑 連通的均衡器。均衡器還與井筒中流體流體連通，用于使潤滑劑的壓力與井筒中流體的壓 力均衡，典型地，密封部分將具有止推軸承，用于向下吸收來自泵的推力。
泵組件可以包括一個或多個泵，并且可選地包括氣體分離器。所述泵為由馬達的 軸驅動的旋轉。所述泵可以是螺桿泵，或者可以是具有多個級的離心泵，每個級具有葉輪和 擴散管。如果使用了氣體分離器，則泵典型地具有旋轉式氣體分離部件，用于在井流體進入 泵之前將氣體從井流體中分離。 根據泵是否直接連接至密封部分，或者是否直接連接至泵組件的另一部件(例如 氣體分離器或者另一泵)，在泵的下端上需要有不同的連接器。在不同的泵之間，這些連接 器并不容易互換，從而制造商必須保持兩種類型。保持兩種類型泵的原因與連接器是否具 有吸入口有關。如果泵連接至上游部件例如另一泵或者氣體分離器，則其連接器將不會有 吸入口 。如果直接連接至密封部分，則連接器將需要吸入口 。 作為現有技術的進一步說明并參見圖1，泵31是具有數個級的離心泵，每個級具 有葉輪33和擴散管35。泵31具有位于其下端用于連接至泵組件的其它零部件的連接器 37。連接器37具有外螺紋39，外螺紋39連接至泵31的殼體中的內螺紋。連接器37具有 位于其下端、含有孔陣列43(每個孔用于容納螺栓45)的凸緣41。連接器37不具有任何直 接通向外部用于吸入井筒中流體的吸入口。原因在于，泵31構造成是串聯泵或用于連接至 其下方的氣體分離器的泵。在這些例子中，吸入口將在較低串聯泵的下連接器中或者在氣 體分離器的下連接器中。 如果制造者希望在不將泵31連接至上游零部件(諸如其它泵或氣體分離器)的 情況下使用泵31，他能夠通過將泵31連接至分離的入口殼體47而實現。入口殼體47是分 離的接頭，具有吸入口 49用于井中流體向內輸送并到達泵31。吸入殼體47具有安裝在其 內的自身短軸51，并且短軸51通過聯軸器55連接至泵軸55。徑向軸承57支撐殼體47中 的吸入軸51。徑向軸承57不形成密封。吸入殼體軸51的下端上的聯軸器將把它連接至密 封部分軸(未示出)。盡管將泵31與吸入殼體47組合允許制造商使用泵31作為串聯泵或 者沒有氣體分離器的單個泵，但是由于吸入殼體47，需要額外的費用。 圖2示出具有泵軸65的另一現有技術泵63。連接器67具有用于與泵63的殼體 內部中的配合螺紋相接合的上部外螺紋。連接器67具有用于將井中流體抽入至泵63中的 吸入口 71。連接器67還具有用于對軸65進行支撐的徑向軸承或軸襯73。軸承73不形成 密封。軸65下端上的聯軸器75將所述軸連接至密封部分軸(未示出)。連接器還具有用 于直接螺栓連接至密封部分的凸緣77。
泵63僅僅在通過將泵63直接連接至密封部分時是可運行的。由于吸入口 71，泵 63不能用作串聯泵。此外，連接器67和37(圖1)不能互換。由于需要空間用于吸入口， 軸65比軸53突出的更多(圖l)。結果，為了避免必須使用分離的吸入殼體47而導致的費 用，操作者可以選擇存儲兩者類型的泵31和63。
發明內容
在此發明中，馬達和泵組件之間的密封部分具有在端部處帶有吸入口的頭部。所 述吸入口將井筒中流體抽入所述泵中。所述泵組件(不論其是否包括氣體分離器、多個泵 或單個泵)具有在其下端不帶吸入口的簡單連接器。將吸入口設置在所述密封部分的頭部 中，允許在所有的泵上采用標準連接器，而不論所述泵是直接連接至密封部分還是連接至 泵組件的上游零部件。
圖1是一種現有技術類型的泵連接器和吸入口接頭的分解剖視圖。 圖2是另一現有技術類型泵連接器的剖視圖。 圖3是根據本發明而構造的電潛泵組件的示意圖。 圖4A是圖3的組件的泵的下部和密封部分頭部的放大剖視圖。 圖4B是圖3的組件的密封部分的中心部分的剖視圖。
具體實施例方式
參見圖3，電潛泵組件(ESP)11示出為懸在帶套管的井13中。ESP組件11包括馬 達15，馬達15通常位于組件的下端，但是在一些情況下位于上端。密封部分17連接至馬達 15的上端。密封部分17使馬達15中的潤滑劑壓力與井中流體的壓力平衡。
密封部分17具有位于其上端上的頭部19。頭部19形成密封部分17的一部分， 并且具有用于將井中流體抽入至頭部19中的吸入口 21。 ESP ll可以包括可選的氣體分離 器23，氣體分離器23連接至密封部分頭部19的上端。氣體分離器23將氣體從流入吸入 口 21的井中流體中分離，并將氣體從氣體出口 25排出。液體成分向上流至連接到氣體分 離器23上端的泵27。泵27可以是離心泵或其它類型的旋轉泵(例如螺桿泵)。泵27由 一列管29(泵通過該列管下放)懸吊。僅僅在情況需要的情況下采用氣體分離器23;在許 多情況下，泵27將直接連接至密封部分頭部19。其它泵能夠可選地以串聯的方式連接至泵 27的上端。 參見圖4A，無論泵27是直接連接至密封部分17還是直接連接至另一泵或者氣體 分離器23 (圖3)，泵27在其下端均具有標準連接器79 。在圖4A中，泵27示出為直接連接 至密封部分17的頭部19。連接器79在其上端具有外螺紋，該外螺紋接合泵27殼體中的 內螺紋。連接器79包括帶有螺栓孔陣列85的凸緣83。連接器79不具有通向外部的吸入□。 密封部分頭部19具有凸緣87，凸緣87在其上端帶有與螺栓孔陣列85匹配的螺栓 孔陣列89。從而，如果需要的話，連接器79直接附接至密封部分頭部19。連接器79的下 部插入密封部分頭部19中，并且由密封件90密封至密封部分頭部19。密封部分17具有筒
5狀殼體91，筒狀殼體91在其上端帶有內螺紋93。密封部分頭部19在其下內部上帶有伸入 殼體91內的外螺紋95。螺紋95與螺紋93匹配以將頭部19固定至密封部分殼體91。密 封件97將頭部19密封至密封部分殼體91的內部。 密封部分頭部19具有從中穿過的軸向通道99。密封部分17具有從中穿過的軸 101。軸101向上延伸穿過軸向通道99。通道99中的襯套103使得軸101徑向穩定，但是 不密封。在襯套103上方定位有密封組件105，用于將軸101密封至通道99。密封組件105 可以是多種類型的密封件及其組合。在此類型中，它包括與軸IOI—起旋轉的旋轉構件，并 且由抵靠固定構件的彈簧壓迫。密封組件105將頭部19中的腔107與密封部分17的內 部中的腔109密封隔離開。因為吸入口21的存在，密封頭部腔107與井筒中流體連通。腔 109與馬達15 (圖3)的潤滑劑流體連通。從而密封組件105將潤滑劑與井筒中流體密封隔 離開。 泵27具有向下延伸至連接器79下方一短段距離的泵軸111。聯軸器113將泵軸 111連接至密封部分軸101。聯軸器113位于密封頭部腔107中。 密封部分17(圖3)可以是各種類型的，并且通常將具有止推軸承(未示出)來吸 收泵27作用在其軸101上的推力。在一個例子中，如圖4B中所示，均衡器袋115位于殼體 91中。袋115是彈性的柔性容器，其上端和下端環繞一中心管117密封。管117具有與軸 101和管117之間的環形空間連通的端口 119。環形空間與馬達15(圖3)中的潤滑劑連通。 圖4A中的虛線示意性地示出中心管117向上延伸至密封部分頭部19，且附接并密封于密 封部分頭部19，以便為來自馬達15(圖3)的潤滑劑提供流動路徑。 均衡器袋115在其外部具有井中流體，從而將均衡或至少大大地減小馬達潤滑劑 和井筒中流體之間的壓差。在此實施例中，端口 121從頭部19的外部向下延伸至密封部分 殼體91的內部，以將井中流體傳送至袋115的外部，如圖4A中的虛線所示。其它類型的密 封部分是可行的。在另一類型中(未示出)，均衡器包括迷宮腔而不是柔性袋。迷宮腔具有 U管，U管設置成允許井中流體和潤滑劑彼此接觸，但是防止較重的井中流體向上流經U管 以及向下流回馬達。 一些密封部分可以采用多個袋，另一些密封部分可以采用多個迷宮腔， 其它密封部分可以采用這兩種的組合。 在ESP 11運行時，在一個模式中，泵27直接連接至密封部分頭部19。當馬達15被 激勵時，井中流體將通過吸入口 21被抽取，用于由泵27作用。密封部分17保護馬達中的潤 滑劑不被井筒中流體污染。密封部分17還使得潤滑劑的壓力與井筒中流體的壓力均衡。
在另一模式中，如圖3中所示，帶有連接器79 (圖4A)的泵27將附接至氣體分離 器23的上端。氣體分離器23在該例子中能夠具有基本上與連接器79相同的連接器，用于 連接至密封部分頭部19。井中流體將流入密封部分頭部19的吸入口 21中，然后流至氣體 分離器23。泵27和其連接器79能夠交替用作上部或中間串聯泵，在此情況下，連接器79 將連接至下泵的上端，而下泵將連接至密封部分頭部19。 本發明具有顯著的優點。通過將吸入口設置在密封部分的頭部中，泵組件的連接 器可以標準化。相同的泵可以用作單一的獨立泵、或者連接至氣體分離器的泵、或者連接至 下面的串聯泵的泵。 盡管僅以一種形式說明了本發明，但是對于本領域普通技術人員來說明顯的是， 本發明不限于所述形式，而是可以在不脫離本發明范圍的情況下進行各種改變。
權利要求
一種用于泵送井筒中流體的裝置，包括包含介電潤滑劑的馬達；安裝至所述馬達、用于減少所述馬達中的潤滑劑和所述井筒中流體之間壓差的密封部分；所述密封部分在其與所述馬達相反的一端上具有頭部；安裝至所述密封部分的所述頭部的泵組件；以及位于所述密封部分的所述頭部中、用于將井筒中流體抽入所述泵組件內的吸入口。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其中所述頭部具有凸緣，所述凸緣包含有用于將所述 密封部分經由螺栓連接至所述泵組件的螺栓孔陣列。
3. 根據權利要求1所述的裝置，其中所述密封部分包括 管狀殼體，所述殼體在其一端處具有一組內螺紋；并且所述頭部具有一組外螺紋，該組外螺紋與所述殼體中的所述內螺紋接合以將所述頭部 固定至所述殼體。
4. 根據權利要求1所述的裝置，其中所述密封部分進一步包括 延伸穿過所述密封部分并伸入所述頭部內的密封部分軸。
5. 根據權利要求l所述的裝置，進一步包括由所述馬達驅動、且延伸穿過所述密封部分并伸入所述頭部內的密封部分軸； 位于所述泵組件中的泵軸；以及位于所述頭部中、用于將所述密封部分軸與所述泵軸連接的聯軸器。
6. 根據權利要求1所述的裝置，進一步包括 位于所述頭部中的軸向通道；延伸穿過所述密封部分并穿過所述頭部的軸向通道的密封部分軸；以及 在所述軸向通道中密封所述密封部分軸的密封件，所述密封件的一側是來自所述馬達 的潤滑劑，另一側是來自所述吸入口的井筒中流體。
7. 根據權利要求1所述的裝置，進一步包括連通端口 ，其位于所述密封部分的頭部中，并且從所述頭部的外部延伸至所述密封部 分的內部，用于將井筒中流體連通至所述密封部分。
8. 根據權利要求1所述的裝置，進一步包括 位于所述頭部上的帶有螺栓孔陣列的凸緣；以及位于所述泵組件的一端上的管狀連接器，所述連接器具有與所述頭部上的凸緣相 匹配的螺栓孔陣列，以將所述密封部分連接至所述泵組件。
9. 根據權利要求1所述的裝置，其中所述泵組件包括旋轉泵。
10. 根據權利要求1所述的裝置，其中所述泵組件包括氣體分離器以及旋轉泵。
11. 一種用于泵送井筒中流體的裝置，包括 包含介電潤滑劑的馬達；安裝至所述馬達的密封部分，所述密封部分具有由所述馬達驅動的密封部分軸，所述 密封部分具有容納均衡器的殼體，所述均衡器用于減少所述馬達中的潤滑劑和所述井筒中 流體之間的壓差；所述密封部分在其與所述馬達相反的一端上具有頭部，所述頭部具有插 入并固定至所述密封部分的內部，所述頭部具有外部，所述外部包括帶有螺栓孔陣列的凸緣；泵組件，其具有泵軸和連接器，所述連接器在一端帶有凸緣和螺栓孔陣列，該螺栓孔陣 列與所述密封部分的頭部上的所述凸緣相匹配并經由螺栓連接至所述密封部分的頭部上 的所述凸緣；位于所述頭部內的聯軸器，其將所述泵軸連接至所述密封部分軸；以及 位于所述密封部分的所述頭部中、用于將井筒中流體抽入所述泵組件內的吸入口。
12. 根據權利要求11所述的裝置，其中所述適配器的內部具有與所述密封部分的殼體 中的內螺紋相接合的外螺紋。
13. 根據權利要求ll所述的裝置，進一步包括位于所述頭部中的連通端口 ，所述連通端口從所述頭部的外部延伸至所述殼體的內 部，用于將井筒中流體連通至所述均衡器。
14. 根據權利要求ll所述的裝置，進一步包括位于所述頭部中的軸向通道，所述密封部分軸延伸穿過該軸向通道；以及 在所述軸向通道中密封所述密封部分軸的密封件，所述密封件的一側是來自所述馬達 的潤滑劑，另一側是來自所述吸入口的井筒中流體。
15. 根據權利要求11所述的裝置，其中所述泵組件包括旋轉泵。
16. 根據權利要求11所述的裝置，其中所述泵組件包括氣體分離器以及旋轉泵。
17. —種井用電潛泵組件的密封部件，包括密封部件殼體，具有用于連接至含有介電潤滑劑的電動馬達的馬達端以及與所述馬達 端相對的、具有一組內螺紋的吸入端；位于所述殼體中的壓力均衡器，其用于減小所述潤滑劑和井筒壓力之間的壓差；密封部件頭部，其具有伸入所述殼體且帶有外螺紋的內部，該外螺紋與所述殼體中的 內螺紋接合，所述密封部件頭部還具有從所述殼體突出并且具有環形凸緣的外部，所述環 形凸緣具有用于經由螺栓連接至所述泵組件的零部件的螺栓孔陣列；延伸穿過所述殼體并密封至所述密封部件頭部中的軸；以及位于所述密封部件頭部中、用于將井筒中流體傳送至所述泵組件的泵的吸入口。
18. 根據權利要求17所述的密封部件，進一步包括從所述密封部件頭部的外部延伸穿過所述密封部件頭部的連通端口 ，其用于將井筒中 流體連通至所述壓力均衡器。
19. 根據權利要求17所述的密封部件，進一步包括延伸穿過所述密封部件頭部的軸通道，所述軸延伸穿過該軸通道；以及 在所述軸通道中密封所述軸的軸密封件，所述軸密封件將所述密封部件的壓力均衡器 內的潤滑劑與所述吸入口中的井筒中流體密封隔離開。
全文摘要
一種井用電潛泵組件，具有包含介電潤滑劑的馬達。密封部件安裝至所述馬達，用于減少所述馬達中的潤滑劑和井筒中流體之間的壓差。所述密封部件在其與所述馬達相反的一端上具有頭部。泵組件安裝至所述密封部件的所述頭部。吸入口位于所述密封部件的所述頭部中，用于將井筒中流體抽入所述泵組件內。
文檔編號E21B43/12GK101778996SQ200880102612
公開日2010年7月14日 申請日期2008年8月8日 優先權日2007年8月9日
發明者C·布倫納, J·B·埃夫斯 申請人:貝克休斯公司