專(zhuān)利名稱(chēng)：泵送系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種潛入井眼中以用于從井眼卸載具有井眼壓カ的包括諸如氣體之類(lèi)的井流體的液體的井眼泵送系統(tǒng)，所述井眼泵送系統(tǒng)包括具有入口和出口的泵、與所述泵的出口流體連接的管、和與諸如鋼纜之類(lèi)的纜線連接并由所述纜線供電的并具有用于驅(qū)動(dòng)所述泵的可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)單元，其中所述泵是包括至少ー個(gè)泵送單元的往復(fù)泵，所述泵送単元具有可在殼體中移位以用于抽吸井流體進(jìn)出第一腔室的第一移動(dòng)部件。此外，本發(fā)明涉及ー種井眼泵送方法。
背景技術(shù)：
在氣體生產(chǎn)期間，水粒子可能存在于井流體中或者在經(jīng)井眼或鉆孔向上輸送的同時(shí)產(chǎn)生，并且這些水粒子的一部分可能凝結(jié)在井眼的內(nèi)表面上井隨后沿著內(nèi)表面向下流到井眼的底部。這樣，水蓄積在井的底部并且隨后將阻止氣體從地層通向井眼中。
當(dāng)水已減少或甚至停止來(lái)自井眼的氣體通過(guò)時(shí)，將泵連接到鉆桿并下降到井內(nèi)，以便經(jīng)鉆桿向上泵送水。然而，已有的泵送方案非常龐大并且需要存在鉆桿或類(lèi)似方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的ー個(gè)目的是完全或部分地克服現(xiàn)有技術(shù)的以上缺點(diǎn)和弊端。更具體而言，ー個(gè)目的是提供一種泵送系統(tǒng)，該泵送系統(tǒng)更簡(jiǎn)單并且更容易在不使用鉆桿或盤(pán)管的情況下潛入井眼中，以從井向上泵送水。將從以下描述變得顯而易見(jiàn)的以上目的以及許多其他目的、優(yōu)勢(shì)和特征由根據(jù)本發(fā)明的方案通過(guò)潛入井眼中以用于從井眼卸載具有井眼壓カ的包括諸如氣體之類(lèi)的井流體的液體的井眼泵送系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述井眼泵送系統(tǒng)包括-具有入口和出口的泵，-與所述泵的出口流體連接的管，和-驅(qū)動(dòng)單元，其與諸如鋼纜之類(lèi)的纜線連接并由所述纜線供電，并具有用于驅(qū)動(dòng)所述泵的可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸，其中，所述泵是包括至少ー個(gè)泵送單元的往復(fù)泵，所述泵送単元具有可在殼體中移位以抽吸井流體進(jìn)出第一腔室的第一移動(dòng)部件。所述井眼泵送系統(tǒng)是用于將具有井眼壓カ的包括諸如氣體之類(lèi)的井流體的諸如水之類(lèi)的液體從井眼底部卸載至遠(yuǎn)離井眼的位置的井眼液體卸載泵送系統(tǒng)，并且其中所述管與所述泵的出ロ流體連接并延伸到所述位置。所述位置可為鉆機(jī)、船只或井口上方的水。此外，所述泵為潛水泵并且所述驅(qū)動(dòng)單元為潛入式驅(qū)動(dòng)單元。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一移動(dòng)部件可將所述殼體分隔成所述第一腔室和第二腔室。在另ー個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)可包括布置在所述入口與所述第一腔室之間的單向閥和布置在所述出口與所述第一腔室之間的第二單向閥，從而能夠通過(guò)使所述移動(dòng)部件移位來(lái)將液體吸入所述第一腔室中井隨后經(jīng)所述第二單向閥壓出。所述井眼泵送系統(tǒng)還可包括補(bǔ)償器裝置，所述補(bǔ)償器裝置包括補(bǔ)償器腔室，所述補(bǔ)償器腔室具有可在所述補(bǔ)償器腔室中移位并且將所述補(bǔ)償器腔室分隔成第一腔室區(qū)段和第二腔室區(qū)段的補(bǔ)償器移動(dòng)部件，其中所述第一腔室區(qū)段與井流體流體連通，并且所述往復(fù)泵的所述第二腔室與所述第二腔室區(qū)段流體連通。這一點(diǎn)的目的是形成所述兩個(gè)腔室之間的壓力平衡，以確保來(lái)自井眼的臟液體不會(huì)泄漏到泵的清潔側(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述補(bǔ)償器移動(dòng)部件可為活塞。此外，所述補(bǔ)償器裝置可包括布置在所述第一腔室區(qū)段中的將所述補(bǔ)償器移動(dòng)部件壓向所述泵的至少ー個(gè)柔性元件。
另外，所述補(bǔ)償器移動(dòng)部件可具有周向密封裝置。此外，根據(jù)本發(fā)明的井眼泵送系統(tǒng)可具有系統(tǒng)殼體，所述系統(tǒng)殼體具有開(kāi)ロ，所述開(kāi)口中可布置有防止污垢或其他粒子進(jìn)入所述補(bǔ)償器裝置或所述泵并使它們的功能退化的篩網(wǎng)或過(guò)濾器。此外，所述第一腔室可在諸如水之類(lèi)的液體的泵送期間被充填液體，并且所述第
ニ腔室可被充填第二液體。另外，所述第二液體可以是諸如礦物油、蓖麻油、多氯聯(lián)苯等介電流體。 在一個(gè)實(shí)施例中，所述管可由非金屬材料制成。在另ー個(gè)實(shí)施例中，所述管可由比鐵或鋼更柔韌的材料制成。在又一個(gè)實(shí)施例中，所述管可由塑料、合成或天然橡膠或復(fù)合材料制成。此外，所述泵送単元可由被充填有所述第二液體并與所述泵送単元的所述第二腔室流體連通的腔室包圍。此外，所述泵可具有多個(gè)泵送単元，并且所述移動(dòng)部件可布置成使得當(dāng)一個(gè)移動(dòng)部件沿ー個(gè)方向移動(dòng)時(shí)，另ー個(gè)移動(dòng)部件沿相反的方向移動(dòng)。另外，所述往復(fù)泵可為徑向或軸向泵。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一移動(dòng)部件可在沿一個(gè)方向移動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)移(displace)第一體積的液體，并且第二移動(dòng)部件可在沿與所述第一方向相反的另ー方向移動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)移第ニ體積的液體，其中所述第一體積和第二體積的大小基本相等。在另ー個(gè)實(shí)施例中，第一移動(dòng)部件可在沿ー個(gè)方向移動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)移第一體積的液體，并且兩個(gè)或更多移動(dòng)部件可在沿ー個(gè)方向移動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)移第二體積的液體，其中所述第一體積和第二體積的大小基本相等。所述井眼泵送系統(tǒng)還可包括用于致動(dòng)所述泵的控制單元。此外，所述控制単元可具有用于測(cè)量由所述驅(qū)動(dòng)単元用于驅(qū)動(dòng)所述泵的功率的測(cè)
量單元。如果所述測(cè)量單元測(cè)出所述驅(qū)動(dòng)単元使用比預(yù)定值小的功率，則再次停止所述泵。所述值被設(shè)定為所述驅(qū)動(dòng)単元當(dāng)它驅(qū)動(dòng)不向上泵送液體或僅向上泵送少量液體的泵時(shí)使用的功率。這樣，當(dāng)井眼中不存在液體或者僅存在少量液體時(shí)，可以節(jié)省功率。所述系統(tǒng)等待預(yù)定的時(shí)長(zhǎng)并且然后在測(cè)量功率時(shí)重新致動(dòng)所述泵。當(dāng)所述系統(tǒng)已以預(yù)定的時(shí)間間隔相應(yīng)地致動(dòng)所述泵預(yù)定次數(shù)吋，延長(zhǎng)所述時(shí)間間隔。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述移動(dòng)部件可為實(shí)心或柔性部件/板/盤(pán)。此外，所述移動(dòng)部件的數(shù)量可為至少兩個(gè)。另外，所述測(cè)量裝置可用于檢測(cè)在泵送活動(dòng)期間的能量消耗的水平。此外，所述控制単元可包括用于接收驅(qū)動(dòng)所述泵所需的能量消耗或功率的水平的接收裝置以及用于將所述消耗與預(yù)定的小值進(jìn)行比較的計(jì)算單元。此外，所述往復(fù)泵可為隔膜泵、活塞泵或柱塞泵。另外，過(guò)濾器裝置可被安置在所述入口前面或者為所述入ロ的一體部分。另外，所述泵可在自所述泵的最后一次停止以來(lái)已經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)長(zhǎng)時(shí)被致動(dòng)。如果能量消耗或功率低于所述預(yù)定值，該時(shí)長(zhǎng)可在每一次致動(dòng)時(shí)增加或者在已作 出預(yù)定次數(shù)的致動(dòng)嘗試時(shí)增加。此外，所述時(shí)長(zhǎng)可介于5分鐘與I個(gè)月之間。 所述井眼泵送系統(tǒng)還可包括用于將所述泵固定在所述井眼內(nèi)部的固定裝置。此外，所述驅(qū)動(dòng)単元可包括起動(dòng)裝置，所述起動(dòng)裝置可在所述泵的致動(dòng)期間減小傳送至驅(qū)動(dòng)所述泵的所述驅(qū)動(dòng)軸的扭矩。這種起動(dòng)裝置也稱(chēng)為“軟起動(dòng)器”并且結(jié)合AC電動(dòng)機(jī)使用。此外，所述驅(qū)動(dòng)単元可為電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)。所述井眼泵送系統(tǒng)還可包括用于使所述泵送系統(tǒng)在所述井眼內(nèi)部移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)エ具。另外，所述驅(qū)動(dòng)工具可為井下?tīng)恳龣C(jī)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)軸可與旋轉(zhuǎn)凸輪連接，所述旋轉(zhuǎn)凸輪與所述第一移動(dòng)部件連接，從而產(chǎn)生往復(fù)移動(dòng)。此外，所述驅(qū)動(dòng)軸可驅(qū)動(dòng)若干個(gè)泵。在一個(gè)實(shí)施例中，所述管可具有小于所述井眼或所述井眼中的套管的內(nèi)徑的25%、優(yōu)選小于所述內(nèi)徑的10%、且更優(yōu)選小于所述內(nèi)徑的5%的截面寬度。此外，所述井眼系統(tǒng)可包括根據(jù)本發(fā)明的井眼泵送系統(tǒng)，并且可包括用于使其自身和所述井眼泵送系統(tǒng)在所述井眼內(nèi)部移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)工具。本發(fā)明還涉及ー種包括以下步驟的方法-進(jìn)入根據(jù)本發(fā)明的井眼泵送系統(tǒng)，-致動(dòng)所述泵，-測(cè)量由所述驅(qū)動(dòng)單元用于驅(qū)動(dòng)所述泵的功率，-判斷所述功率是否高于預(yù)定值，和-當(dāng)所述功率低于所述預(yù)定值時(shí)停止所述泵。最后，本發(fā)明涉及ー種還包括在預(yù)定時(shí)長(zhǎng)后重新致動(dòng)所述泵的步驟的方法。


下文將參考所附示意圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明及其諸多優(yōu)勢(shì)，附圖為了說(shuō)明的目的而示出了一些非限制性的實(shí)施例，并且其中圖I示出了井眼中的井眼泵送系統(tǒng)，圖2示出了從側(cè)面看去的井眼泵送系統(tǒng)，
圖3示出了沿著系統(tǒng)的縱向的局部截面圖，和圖4示出了沿著井眼泵送系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)的縱向的局部截面圖。所有附圖均為高度示意性的且不一定按比例繪制，并且它們僅示出闡明本發(fā)明所需的那些部分，其它部分被省略或僅進(jìn)行提示。
具體實(shí)施例方式圖I示出了潛入井眼38中以用于將液體13從井眼泵送到水面/地表面上方的根據(jù)本發(fā)明的井眼泵送系統(tǒng)I。鉆孔包括處于一定井眼壓カP下的諸如氣體之類(lèi)的井流體14。在氣體生產(chǎn)期間，水粒子可能存在于井流體中或者在經(jīng)井眼或鉆孔被向上輸送的同時(shí)產(chǎn)生。當(dāng)經(jīng)過(guò)井眼內(nèi)部時(shí)，這些水粒子的一部分凝結(jié)在井眼的內(nèi)表面上井隨后沿著該內(nèi)表面向下流到井眼底部。氣體也可使除水之外的液體下落(precipitate,沉淀,凝結(jié))。為了從井的底部向上泵送水，借助于鋼纜將井眼泵送系統(tǒng)I潛入井中，如圖I所 示。井眼泵送系統(tǒng)I包括小型柔性管5，水在被泵送到水面上方的同時(shí)在所述柔性管中流動(dòng)。所述管具有小于井眼或套管39的內(nèi)徑D。的25%的截面寬度Wt。管的截面寬度Wt小于井眼38或井眼中的套管39的內(nèi)徑Dc的25%，優(yōu)選小于該內(nèi)徑Dc的10%，更優(yōu)選小于該內(nèi)徑Dc的5%，并且甚至更優(yōu)選小于該內(nèi)徑的2%。井眼泵送系統(tǒng)I包括系統(tǒng)殼體37，該系統(tǒng)殼體37包括用于將液體13泵送到水面/地表面上方或另ー個(gè)地點(diǎn)的泵2，并且井眼泵送系統(tǒng)還包括用來(lái)致動(dòng)和驅(qū)動(dòng)泵2的驅(qū)動(dòng)單元6，如圖2所示。驅(qū)動(dòng)單元6連接到纜線7并由纜線7供電，所述纜線可為管5的一部分或単獨(dú)的纜線，例如鋼纜。此外，井眼泵送系統(tǒng)I包括用于補(bǔ)償井底部處的高井壓的作為補(bǔ)償器裝置22的補(bǔ)償器22。補(bǔ)償器裝置22在泵周?chē)木畨荷仙那闆r下給泵2供給流體，從而確保泵的壁不會(huì)塌陷。如果壓カ再次下降，則補(bǔ)償器裝置22能夠?qū)⒘黧w蓄積在泵2內(nèi)部，以確保泵不會(huì)向外鼓出。補(bǔ)償器裝置22允許泵送系統(tǒng)I具有薄壁，從而使之能較廉價(jià)地生產(chǎn)。薄壁結(jié)構(gòu)重量比現(xiàn)有技術(shù)泵送系統(tǒng)輕，并且因此不會(huì)在管上施加像較重的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)那么大的應(yīng)力，從而可以使用較小的管。如圖3所示，泵2具有用于讓液體13進(jìn)入泵2的入口 3和與用于輸送液體13的管5流體連接的出口 4。泵2是往復(fù)泵，因?yàn)檫@種泵是也能夠泵送少量液體的簡(jiǎn)單泵。因此，泵送系統(tǒng)I可用作在氣體生產(chǎn)期間布置在井內(nèi)部的永久系統(tǒng)，從而免除對(duì)附加的較大泵送系統(tǒng)的需求。泵2是包括兩個(gè)泵送単元8的徑向活塞泵，所述泵送単元具有可在殼體10中移位并且將殼體分隔成第一腔室11和第二腔室12的諸如活塞之類(lèi)的第一移動(dòng)部件9。液體13從井眼被泵送到第一腔室11中，再經(jīng)出口 4泵出并進(jìn)入管5。因此，第一腔室11位于移動(dòng)部件9的“臟”側(cè)，并且活塞8能夠在朝入口 3移動(dòng)時(shí)推動(dòng)其自身前面的臟物。這樣，任何臟物或不希望有的成分被迫隨著經(jīng)出ロ 4被泵送回去的井流體14而流動(dòng)。第二腔室12被充填有比井流體14更清潔的第二流體，從而使臟物從井眼進(jìn)入泵2的關(guān)鍵部件的風(fēng)險(xiǎn)最小化。第二流體常常是也用于變壓器中的介電流體并因此也被稱(chēng)為“變壓器流體”。第二液體可為礦物油、蓖麻油、多氯聯(lián)苯(PCB)等。泵送單元8包括布置在入口 3與第一腔室11之間的單向閥15和布置在出口 4與第一腔室12之間的第二單向閥16。單向閥15、16作為球組中的球被示出，但可以是任何合適的單向閥。這意味著當(dāng)移動(dòng)部件9被迫離開(kāi)其入口 3由此增加第一腔室11的容積時(shí)，井流體14充填第一腔室11，但是當(dāng)移動(dòng)部件9朝入口 3回移時(shí)，流體14不能經(jīng)入ロ 3回流進(jìn)來(lái)。被吸入第一腔室11中的液體13隨后經(jīng)第二單向閥被壓出。移動(dòng)部件9布置成使得當(dāng)一個(gè)移動(dòng)部件沿ー個(gè)方向移動(dòng)時(shí)，另ー個(gè)移動(dòng)部件沿相反的方向移動(dòng)。這意味著在ー個(gè)行程期間，一個(gè)活塞位于其頂部位置，而另ー個(gè)活塞位于其底部位置。一個(gè)泵送単元8的第一腔室11的容積Vl與另ー個(gè)泵送單元的第二腔室12的容積V2大致相同。頂部位置是最接近入口 3和出口 4的位置，而底部位置是最遠(yuǎn)離入口 3和出口 4的位置。這樣，一個(gè)泵送単元8的第一腔室11的容積與另ー個(gè)泵送單元的第二腔室12的容積相同。由此，一個(gè)泵送單元給另ー個(gè)泵送單元供給第二流體，從而確保“臟”井流體14不會(huì)被吸入泵送單元8的“清潔”側(cè)。井眼泵送系統(tǒng)I還包括補(bǔ)償器裝置22，如圖3所示。 補(bǔ)償器裝置22包括具有補(bǔ)償器移動(dòng)部件18的補(bǔ)償器腔室17，所述補(bǔ)償器移動(dòng)部件的作用類(lèi)似于可在補(bǔ)償器腔室17中移位的活塞并且將補(bǔ)償器腔室分隔成第一腔室區(qū)段19和第二腔室區(qū)段20。第一腔室區(qū)段19經(jīng)腔室壁中的開(kāi)ロ 23并經(jīng)井眼泵送系統(tǒng)I的壁中的開(kāi)ロ 24與井流體14流體連通。泵的第二腔室12與包圍泵送單元8的殼體10的空腔21并與第二腔室區(qū)段20流體連通。這樣，井流體14迫壓在補(bǔ)償器移動(dòng)部件18的臟側(cè)，從而使泵2內(nèi)部的壓カ均衡而等于井眼壓力P。通過(guò)設(shè)置補(bǔ)償器裝置22，由于泄漏而引起的流體損失比例如公知的在井下使用的泵小。此外,該系統(tǒng)能效更高，同樣關(guān)于諸如油和水之類(lèi)的液體。補(bǔ)償器腔室17因此是與腔室21分開(kāi)的腔室，并且僅第二腔室區(qū)段20經(jīng)孔ロ 40與空腔21流體連通。篩網(wǎng)或過(guò)濾器30布置在開(kāi)ロ 24中使得污垢或其他粒子不能進(jìn)入補(bǔ)償器裝置22或泵2并使它們的功能退化。補(bǔ)償器移動(dòng)部件18可在補(bǔ)償器腔室17的內(nèi)部移位，并且由于布置在補(bǔ)償器移動(dòng)部件18與補(bǔ)償器腔室17的內(nèi)壁之間的諸如O形環(huán)之類(lèi)的周向密封裝置36，臟井流體未與泵2內(nèi)部的清潔第二流體混合。補(bǔ)償器移動(dòng)部件18與兩個(gè)滑動(dòng)桿25成滑動(dòng)關(guān)系布置。這樣，補(bǔ)償器移動(dòng)部件18當(dāng)在補(bǔ)償器腔室17內(nèi)部移動(dòng)時(shí)未傾斜，此外，補(bǔ)償器移動(dòng)部件18為活塞。在補(bǔ)償器移動(dòng)部件18的其中存有井流體14的臟側(cè)，桿25周?chē)贾糜兄T如彈簧之類(lèi)的柔性元件34，使得包圍泵送単元8的殼體10的腔室21中的流體具有高于井流體14的壓力。這確保井流體14不會(huì)進(jìn)入空腔21。這在井流體14攻擊性強(qiáng)的情況下尤其有用。因此，補(bǔ)償器裝置22包括布置在第一腔室區(qū)段19中的將補(bǔ)償器移動(dòng)部件18壓向泵2的至少一個(gè)柔性元件34。為了使活塞在殼體10中移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)単元6使驅(qū)動(dòng)軸26旋轉(zhuǎn)，所述驅(qū)動(dòng)軸上布置有用于迫使活塞的活塞桿28上下或前后移動(dòng)的凸輪27。因此，旋轉(zhuǎn)凸輪27與第一移動(dòng)部件9連接而產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且活塞桿28起到凸輪從動(dòng)件的作用。連接泵送系統(tǒng)I的開(kāi)ロ 24和泵送單元8的入口的流動(dòng)路徑可為泵送系統(tǒng)I側(cè)的中空空間或鉆孔，或其結(jié)合。驅(qū)動(dòng)軸26穿透泵2與驅(qū)動(dòng)單元6之間的壁并以密封布置結(jié)構(gòu)布置，從而確保諸如馬達(dá)之類(lèi)的驅(qū)動(dòng)單元6周?chē)牧黧w不會(huì)與第二流體混合。馬達(dá)內(nèi)部和/或周?chē)牧黧w可與第二流體相同，意味著泵與驅(qū)動(dòng)單元之間的過(guò)渡部中在驅(qū)動(dòng)軸周?chē)男孤┎粫?huì)影響馬達(dá)或泵的功能。 如圖3和4所示，驅(qū)動(dòng)軸26驅(qū)動(dòng)若干個(gè)泵2，并且因此，驅(qū)動(dòng)軸與若干個(gè)凸輪27連接，所述凸輪與若干個(gè)活塞相互作用，使得當(dāng)一個(gè)活塞移動(dòng)離開(kāi)入口 3而將流體吸入第一腔室11中時(shí)，另ー個(gè)活塞朝入口 3移動(dòng)，從而使第二腔室12中的流體體積均衡。由此,腔室21中的流體量基本上不變。然而，腔室中的ー些流體可經(jīng)第一移動(dòng)部件9或活塞泄漏，但由于補(bǔ)償器裝置22對(duì)應(yīng)于彈簧34施加特定流體壓カ，所以不會(huì)讓臟井流體進(jìn)入空腔21。因此，空腔內(nèi)部的流體可能被攪動(dòng)到四周。然而，補(bǔ)償器移動(dòng)部件18的位置在泵送過(guò)程期間基本相同。
系統(tǒng)I可具有多于兩個(gè)由同一驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的泵單元8，并且三個(gè)或更多泵單元可以與兩個(gè)泵單元相同的方式彼此均衡，例如當(dāng)具有三個(gè)泵單元時(shí)，兩個(gè)移動(dòng)部件可沿一個(gè)方向移動(dòng)，而第三個(gè)可沿另ー個(gè)方向移動(dòng)。泵單元的排量可變化。在圖3和4中，通向入口 3并離開(kāi)出ロ 4的通道未處于同一個(gè)截面平面中，但僅為了圖示的目的，出口通道4僅作為虛線被示出。在圖4中，泵2是包括兩個(gè)泵送單元8的軸向活塞泵。每個(gè)泵送單元8都具有可在殼體10中移位以用于抽吸井流體14進(jìn)出第一腔室11的第一移動(dòng)部件9。在該實(shí)施例中，移動(dòng)部件9是與由驅(qū)動(dòng)單元6的驅(qū)動(dòng)軸26旋轉(zhuǎn)的傾斜板29形式的凸輪連接的活塞。當(dāng)活塞9在殼體10中朝驅(qū)動(dòng)單元6縮回時(shí)，第一腔室11的容積Vl増大，并且井流體14被吸入該腔室中。隨后，當(dāng)活塞朝出ロ 4移動(dòng)時(shí)，井流體14經(jīng)出ロ 4被壓出并進(jìn)入管5。在圖4中，泵殼體10的第二腔室12也是空腔21?？涨?1因此通過(guò)通道35與空腔21的其余部分流體連通。補(bǔ)償器22具有與圖3中的補(bǔ)償器裝置相同的設(shè)計(jì)，但具有一個(gè)而不是兩個(gè)滑動(dòng)桿25。如從圖3和4可見(jiàn)，泵送系統(tǒng)I具有若干個(gè)用于讓井流體14進(jìn)入泵2中的開(kāi)ロ。系統(tǒng)I可在系統(tǒng)I的一端中以及沿著其側(cè)面31具有開(kāi)ロ 24。通過(guò)既在系統(tǒng)的端部又沿著側(cè)面在泵送系統(tǒng)的壁中設(shè)置開(kāi)ロ，即使井眼泵送系統(tǒng)I稍微傾斜并且未位于其縱向軸線與井眼的縱向軸線平行的直立位置，也可以使用井眼泵送系統(tǒng)I。管5用于將諸如水之類(lèi)的液體13泵送到水面上方并由諸如塑料、合成或天然橡膠或復(fù)合材料之類(lèi)的非金屬材料制成，從而可以產(chǎn)生有柔性并且不容易折斷的小直徑管。此夕卜，設(shè)置柔性管確保了即使管彎曲，它也仍然可以經(jīng)管向上泵送液體。管的內(nèi)徑為50-lmm，優(yōu)選30-5mm，且更優(yōu)選20_5mm。管5可與向驅(qū)動(dòng)單元6送電的纜線連接，所述纜線的形式例如為包括流體管和電纜兩者的臍帶式管纜(umbilical)。當(dāng)管5由比鐵或鋼更柔韌的材料制成從而可以生產(chǎn)小直徑管時(shí)，泵2也能夠泵送少量流體。如果管5的直徑過(guò)大，則根據(jù)本發(fā)明的薄壁往復(fù)泵不能一直將流體向上泵送到水面上方，這是因?yàn)楸?不能提升具有大直徑例如鉆桿或盤(pán)管的直徑的液柱。為鉆桿或盤(pán)管制造的泵是為顯著更大泵送容量設(shè)計(jì)的較大型的泵。因此，現(xiàn)有技術(shù)泵的設(shè)計(jì)更復(fù)雜和昂貴。然而，本發(fā)明的泵2具有更簡(jiǎn)單和廉價(jià)的設(shè)計(jì)，意味著泵可潛入更長(zhǎng)的時(shí)間并且當(dāng)它不再工作時(shí)可被扔棄。驅(qū)動(dòng)單元6和補(bǔ)償器裝置22可重復(fù)使用，但也可以是一次性的，意味著整個(gè)井眼泵送系統(tǒng)可以是一次性的系統(tǒng)。估計(jì)驅(qū)動(dòng)泵2所需的功率量小于姆天2馬カ,優(yōu)選如果井具有10，000英尺的深度并且蓄水率為每天10桶則小于I. 5馬力。如果泵送系統(tǒng)I由于預(yù)防原因而潛入更長(zhǎng)時(shí)間，則泵2不必與當(dāng)生產(chǎn)已停止時(shí)潛入并且需要很快地向上泵送大量水的公知泵送系統(tǒng)ー樣大。在另ー個(gè)實(shí)施例中，井眼泵送系統(tǒng)I具有三個(gè)泵送単元6，意味著第一移動(dòng)部件9在沿第一方向移動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)移第一體積Vl的液體,并且其他兩個(gè)移動(dòng)部件在沿第一方向的反方向移動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)移第二體積V2的液體，其中第一體積和第二體積的大小基本相等。當(dāng)?shù)谝惑w積和第二體積的大小基本上相等時(shí)，泵送系統(tǒng)I不需要固定裝置來(lái)相對(duì)于井眼系統(tǒng)將系統(tǒng)固定，這是因?yàn)橐苿?dòng)部件的移動(dòng)彼此抵消或中和。如圖I所示，井眼系統(tǒng)I還包括用于致動(dòng)泵2的控制單元32。控制單元32主要布 置在水面上方，但其一部分可布置在系統(tǒng)的潛入井眼中的部分中?？刂茊卧?2向驅(qū)動(dòng)單元6發(fā)送起動(dòng)或停止信號(hào)。驅(qū)動(dòng)單元6包括在泵2的致動(dòng)期間減小傳送至驅(qū)動(dòng)泵2的驅(qū)動(dòng)軸26的扭矩的起動(dòng)裝置。控制單元32還包括用于控制驅(qū)動(dòng)單元6以減小傳送至驅(qū)動(dòng)軸26的扭矩的裝置。該起動(dòng)裝置也稱(chēng)為“軟起動(dòng)器”并且主要結(jié)合AC電動(dòng)機(jī)使用。使用執(zhí)行“軟”起動(dòng)的起動(dòng)裝置免除了對(duì)用于相對(duì)于井眼將系統(tǒng)固定的固定裝置的需求。使用固定裝置來(lái)相對(duì)于井眼將泵送系統(tǒng)固定的公知泵送系統(tǒng)在它們的設(shè)計(jì)上更加復(fù)雜，這是因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)已被布置在孔底部時(shí)，必須使固定裝置展開(kāi)。如果這些公知的泵送系統(tǒng)未被固定，則它們?cè)诒闷饎?dòng)時(shí)存在傾斜的風(fēng)險(xiǎn)，并且由此大大増加了引起泵送系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)。此外，控制單元32可具有用于測(cè)量由驅(qū)動(dòng)單元6用于驅(qū)動(dòng)泵2的功率的測(cè)量單元33。如果測(cè)量単元33的測(cè)量結(jié)果表明驅(qū)動(dòng)單元6使用比預(yù)定值小的功率，則泵2再次停止。當(dāng)泵未向上泵送或僅泵送少量液體時(shí)，該值比由驅(qū)動(dòng)單元6用于驅(qū)動(dòng)泵2的功率量高。當(dāng)井眼中不存在液體或者僅存在少量液體時(shí)，這可以節(jié)省功率。在停止驅(qū)動(dòng)單元6后，系統(tǒng)I等待預(yù)定長(zhǎng)度的時(shí)長(zhǎng)并且然后重新致動(dòng)泵2，同時(shí)測(cè)量功率。當(dāng)系統(tǒng)已以預(yù)定間隔相應(yīng)地致動(dòng)泵2預(yù)定次數(shù)并且所述功率仍未高于預(yù)定值時(shí)，延長(zhǎng)所述時(shí)間間隔。這樣，測(cè)量裝置用于檢測(cè)在泵送活動(dòng)期間的能量消耗水平，并且控制單元32基于測(cè)定的功率來(lái)控制驅(qū)動(dòng)單元6。由此，井眼泵送系統(tǒng)I未消耗任何多于向上泵送液體所需的能量并因此更加環(huán)境友好。如果在泵送活動(dòng)期間的能量消耗水平在預(yù)定次數(shù)的致動(dòng)嘗試后仍低于預(yù)定值，則又一次增加兩次致動(dòng)之間的時(shí)長(zhǎng)。該時(shí)長(zhǎng)介于5分鐘與I個(gè)月之間，優(yōu)選介于5分鐘與2周之間，并且更優(yōu)選介于10分鐘與I周之間。當(dāng)使用時(shí)，井眼泵送系統(tǒng)I進(jìn)入井眼中，并且當(dāng)就位時(shí)，通過(guò)向驅(qū)動(dòng)單元6發(fā)送致動(dòng)泵的起動(dòng)信號(hào)來(lái)致動(dòng)泵2。隨后，測(cè)量單元33測(cè)量由驅(qū)動(dòng)單元6用于驅(qū)動(dòng)泵2的功率或能量消耗水平?？刂茊卧?2判斷該功率是否高于預(yù)定值，并且如果判斷為否，則泵2再次停止。在預(yù)定時(shí)長(zhǎng)后，重新致動(dòng)泵2，并且再次測(cè)量功率。如果該功率低于預(yù)定值，則泵2再次停止。將該起動(dòng)和停止程序重復(fù)預(yù)定次數(shù)，并且然后延長(zhǎng)該時(shí)長(zhǎng)。當(dāng)功率消耗低于預(yù)定值時(shí)，可重復(fù)起動(dòng)和停止程序3-30次，優(yōu)選5-20次，并且更優(yōu)選5-10次。在增加時(shí)長(zhǎng)前進(jìn)行的重復(fù)次數(shù)可因該時(shí)長(zhǎng)而異。
為了能夠判斷何時(shí)起動(dòng)和停止驅(qū)動(dòng)單元6，控制單元32包括用于接收驅(qū)動(dòng)泵2所需的能量消耗水平X或功率的接收裝置和用于將所述消耗與預(yù)定的小值進(jìn)行比較的計(jì)算單元。如圖所示，往復(fù)泵可為活塞泵，但也可以是隔膜泵或柱塞泵?？蓪⒑Y網(wǎng)30或類(lèi)似的過(guò)濾器裝置安置在入口 3的前面或作為入口 3的整體部分。它也可布置在泵送系統(tǒng)I的壁內(nèi)部例如系統(tǒng)殼體中，使得進(jìn)入若干個(gè)開(kāi)ロ 24的流體必須流經(jīng)同一篩網(wǎng)或過(guò)濾裝置。例如，如果驅(qū)動(dòng)単元6不具有能夠進(jìn)行所謂的“軟起動(dòng)”的起動(dòng)裝置，則井眼泵送系統(tǒng)I可包括用于將泵2固定在井眼中的固定裝置。驅(qū)動(dòng)單元6可為能夠驅(qū)動(dòng)泵2的任何類(lèi)型的裝置。因此，驅(qū)動(dòng)単元6可為電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)。 驅(qū)動(dòng)單元6也可包括確保驅(qū)動(dòng)單元不會(huì)塌陷或向外鼓出的補(bǔ)償器裝置。此外，如果以與井眼泵送系統(tǒng)I相同的方式補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)單元6，則泵2周?chē)牡诙黧w將不會(huì)穿透泵與驅(qū)動(dòng)單元之間的其中驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)軸26進(jìn)入泵的過(guò)渡部。驅(qū)動(dòng)單元6內(nèi)部的流體也不會(huì)與泵2中的第二流體混合，這是因?yàn)楸煤万?qū)動(dòng)單元的內(nèi)部壓カ相等。流體或井流體14意味著井下油氣井中可能存在的任何類(lèi)型的流體，例如天然氣、油、油泥、原油、水等。氣體意味著井、完井或開(kāi)孔中存在的任何類(lèi)型的氣體組分，且油意味著任何類(lèi)型的油組分，諸如原油、含油流體等。因此，氣體、油和水流體都可以包括分別不同于氣體、油和/或水的其它成分或物質(zhì)。套管意味著關(guān)于油或天然氣生產(chǎn)的在井下使用的任何類(lèi)型的管道、管、管件、襯套、管柱等。在系統(tǒng)不能一直潛入套管中的情況下，可以使用井下?tīng)恳龣C(jī)來(lái)將系統(tǒng)一直推動(dòng)到井內(nèi)的適當(dāng)位置。井下?tīng)恳龣C(jī)是任何類(lèi)型能夠在井內(nèi)井下推動(dòng)或牽引工具的驅(qū)動(dòng)工具，例如Well Tractor 。盡管上文已結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將顯而易見(jiàn)的是，在不脫離如通過(guò)以下權(quán)利要求限定的本發(fā)明的前提下可以設(shè)想若干個(gè)改型。
權(quán)利要求
1.一種可潛入井眼中以用于從井眼卸載具有井眼壓力的包括諸如氣體之類(lèi)的井流體(14)的液體(13)的井眼泵送系統(tǒng)(1)，包括 -具有入口(3)和出口(4)的泵(2)， -與所述泵的出口流體連接的管(5 )，和 -驅(qū)動(dòng)單元(6)，其與諸如鋼纜之類(lèi)的纜線(7)連接并由所述纜線供電，并具有用于驅(qū)動(dòng)所述泵的可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸(26)， 其中，所述泵是包括至少一個(gè)泵送單元(8)的往復(fù)泵，所述泵送單元具有可在殼體(10)中移位以抽吸井流體進(jìn)出第一腔室(11)的第一移動(dòng)部件(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的井眼泵送系統(tǒng)，其中，所述第一移動(dòng)部件將所述殼體分隔成所述第一腔室和第二腔室(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的井眼泵送系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括布置在所述入口與所述第一腔室之間的單向閥(15)和布置在所述出口與所述第一腔室之間的第二單向閥(16)，從而能通過(guò)使所述移動(dòng)部件移位來(lái)將液體吸入所述第一腔室并隨后經(jīng)所述第二單向閥壓出。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的井眼泵送系統(tǒng)，還包括補(bǔ)償器裝置(22)，所述補(bǔ)償器裝置包括補(bǔ)償器腔室(17)，所述補(bǔ)償器裝置具有可在所述補(bǔ)償器腔室中移位并且將所述補(bǔ)償器腔室分隔成第一腔室區(qū)段(19)和第二腔室區(qū)段(20)的補(bǔ)償器移動(dòng)部件(18)，其中，所述第一腔室區(qū)段與所述井流體流體連通，并且所述往復(fù)泵的所述第二腔室與所述第二腔室區(qū)段流體連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的井眼泵送系統(tǒng)，其中，所述補(bǔ)償器移動(dòng)部件為活塞。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的井眼泵送系統(tǒng)，其中，所述補(bǔ)償器裝置包括布置在所述第一腔室區(qū)段中的將所述補(bǔ)償器移動(dòng)部件壓向所述泵的至少一個(gè)柔性元件(34)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6中任一項(xiàng)所述的井眼泵送系統(tǒng)，其中，所述補(bǔ)償器移動(dòng)部件具有周向密封裝置(36)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的井眼泵送系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)具有系統(tǒng)殼體(37)，所述系統(tǒng)殼體(37)具有開(kāi)口(24)，所述開(kāi)口中布置有篩網(wǎng)或過(guò)濾器(30)，從而防止污垢或其他粒子進(jìn)入所述補(bǔ)償器裝置(22)或所述泵(2)并使它們的功能退化。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的井眼泵送系統(tǒng)，其中，所述第一腔室在諸如水之類(lèi)的液體的泵送期間被充填有所述液體，并且所述第二腔室被充填有第二液體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的井眼泵送系統(tǒng)，其中，所述第二液體是諸如礦物油、蓖麻油、多氯聯(lián)苯(PCB)等介電流體。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的井眼泵送系統(tǒng)，其中，所述管由非金屬材料制成。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的井眼泵送系統(tǒng)，其中，所述泵送單元由充填有所述第二液體并與所述泵送單元的所述第二腔室流體連通的空腔(21)包圍。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的井眼泵送系統(tǒng)，其中，所述泵具有多個(gè)泵送單元，并且其中所述移動(dòng)部件布置成使得當(dāng)一個(gè)移動(dòng)部件沿一個(gè)方向移動(dòng)時(shí)，另一個(gè)移動(dòng)部件沿反方向移動(dòng)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的井眼泵送系統(tǒng)，其中，第一移動(dòng)部件在沿一個(gè)方向移動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)移第一體積(Vl)的液體,并且第二移動(dòng)部件在沿與所述第一方向相反的另一個(gè)方向移動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)移第二體積(V2)的液體，其中所述第一體積和所述第二體積的大小基本相等。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的井眼泵送系統(tǒng)，還包括用于致動(dòng)所述泵的控制單元(32)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的井眼泵送系統(tǒng)，其中，所述控制單元具有用于測(cè)量由所述驅(qū)動(dòng)單元用于驅(qū)動(dòng)所述泵的功率的測(cè)量單元(33)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的井眼泵送系統(tǒng)，其中，所述泵在自所述泵的最后一次停止以來(lái)預(yù)定時(shí)長(zhǎng)已經(jīng)過(guò)時(shí)被致動(dòng)。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的井眼泵送系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動(dòng)單元包括起動(dòng)裝置，所述起動(dòng)裝置在所述泵的致動(dòng)期間減小傳送至驅(qū)動(dòng)所述泵的所述驅(qū)動(dòng)軸的扭矩。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的井眼泵送系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動(dòng)軸與旋轉(zhuǎn)的凸輪(27)連接，所述凸輪與所述第一移動(dòng)部件連接，從而產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的井眼泵送系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)若干個(gè)栗。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的井眼泵送系統(tǒng)，其中，所述管具有小于所述井眼或所述井眼中的套管的內(nèi)徑(Dc)的25%、優(yōu)選小于所述內(nèi)徑(Dc)的10%并且更優(yōu)選小于所述內(nèi)徑(Dc)的5%的截面寬度(Wt)。
22.—種井眼系統(tǒng)，所述井眼系統(tǒng)包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的井眼泵送系統(tǒng)，并且包括用于在所述井眼的內(nèi)部自行移動(dòng)并使所述井眼泵送系統(tǒng)在所述井眼的內(nèi)部移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)工具。
23.一種方法，所述方法包括以下步驟 -進(jìn)入根據(jù)權(quán)利要求1-21中任一項(xiàng)所述的井眼泵送系統(tǒng)， -致動(dòng)所述泵， -測(cè)量由所述驅(qū)動(dòng)單元用于驅(qū)動(dòng)所述泵的功率， -判斷所述功率是否高于預(yù)定值，和 -當(dāng)所述功率低于所述預(yù)定值時(shí)停止所述泵。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括以下步驟 -在預(yù)定時(shí)長(zhǎng)后重新致動(dòng)所述泵。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種潛入井眼中以用于從井眼卸載具有井眼壓力的包括諸如氣體之類(lèi)的井流體的液體的井眼泵送系統(tǒng)，所述井眼泵送系統(tǒng)包括具有入口和出口的泵、與所述泵的出口流體連接的管、和與諸如鋼纜之類(lèi)的纜線連接并由所述纜線供電的驅(qū)動(dòng)單元，該驅(qū)動(dòng)單元具有用于驅(qū)動(dòng)所述泵的可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸，其中所述泵是包括至少一個(gè)泵送單元的往復(fù)泵，所述泵送單元具有可在殼體中移位以用于抽吸井流體進(jìn)出第一腔室的第一移動(dòng)部件。此外，本發(fā)明涉及一種井眼泵送方法。
文檔編號(hào)E21B43/12GK102859115SQ201180021440
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者J·哈倫德貝克 申請(qǐng)人:韋爾泰克有限公司