潛入式泵送系統的製作方法

2023-05-14 05:52:31

專利名稱：潛入式泵送系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於在地下環境如井眼中泵送流體的系統和方法。
技術背景完井用於各種井相關的應用，包括例如流體的生產或注入。通常鑽出 井眼，並且通過管道系統或其它部署機構將完井裝置下放至井眼中。可以 將井眼鑽通一個或多個含有需要的流體如烴基流體的地層。在許多這些應用中，將流體泵送至需要的位置。例如，對於各種注入 或其它井處理工序，可以使用泵送系統將流體泵送到井眼和周圍儲層中。 然而，泵送系統還用於從地下位置人工提升流體。例如，潛入式泵送系統 可以位於井眼內以將井產流體生產到需要的收集位置，例如在地表的收集 位置。然而，根據用於指定的應用的常規潛入式泵送系統的具體類型，這 些系統可能遭受包括較低的系統效率、高資本成本和/或小於需要的可靠性 的各種有害特性之苦。發明內容總體而言，本發明提供一種用於在地下環境如井眼中泵送流體的系統 和方法。使用潛入式泵送系統移動需要的流體，如產自儲層的烴基流體。 泵送系統包含利用容納的工作流體以主動代替需要的流體的泵。通過具有 獨特安置的閥的控制系統引導容納的工作流體的移動，所述閥自動引導沿著重複性流程的流動。


以下將參考附圖描述本發明的一些實施方案，其中相同的參考標記表 示相同的元件，並且圖l是根據本發明的一個實施方案，被配置在井眼中的泵送系統的正視圖；圖2是根據本發明的一個實施方案，可以與圖1中說明的泵送系統一起使用的泵實施方案的橫截面圖；圖3是與圖2中類似，但是顯示根據本發明的一個實施方案的處於不同 的操作狀態的泵的圖；圖4是根據本發明的一個實施方案，在圖3中說明的泵的一部分的放大圖；圖5是與圖2中類似，但是顯示根據本發明的一個實施方案的處於不同的操作狀態的泵的圖；圖6是根據本發明的一個實施方案的在圖5中說明的泵的一部分的放大圖；圖7是根據本發明的一個實施方案的泵送系統的示意性說明；圖8是根據本發明的另一個實施方案的泵送系統的示意性說明；圖9是根據本發明的另一個實施方案的泵送系統的示意性說明；圖IO是根據本發明的一個實施方案的泵組件布局的示意性說明；圖ll是根據本發明的另一個實施方案的泵組件布局的示意性說明；圖12是根據本發明的另一個實施方案的泵組件布局的示意性說明；圖13是根據本發明的另一個實施方案的泵組件布局的示意性說明；圖14是根據本發明的另一個實施方案的泵送系統的示意性說明；圖15是根據本發明的另一個實施方案的泵送系統的示意性說明；圖16是根據本發明的另一個實施方案的泵送系統的示意性說明；圖17是根據本發明的一個實施方案的具有連續隔膜室的泵的圖；圖18是根據本發明的另一個實施方案的泵送系統的示意性說明；圖19是根據本發明的另一個實施方案的泵送系統的示意性說明；圖20是根據本發明的另一個實施方案的泵送系統的示意性說明； 圖21是根據本發明的另一個實施方案的泵送系統的示意性說明； 圖22是相對於時間繪製的壓力的圖表，說明根據本發明的一個實施方 案將順序閥致動以控制泵送系統中的工作流體的往復運動的順序現象；
圖23是根據本發明的一個實施方案，具有連續的隔膜室和參比室的泵 的圖24是根據本發明的另一個實施方案的泵送系統的示意性說明； 圖25是根據本發明的另一個實施方案的泵送系統的示意性說明； 圖26是根據本發明的一個實施方案，使用超越聯軸節的泵的正視圖； 圖27是根據本發明的另一個實施方案，使用引導操作的順序閥的泵送
系統的一部分的示意性說明；
圖28是根據本發明的另一個實施方案，使用直接作用的順序閥的泵送
系統的一部分的示意性說明；
圖29是根據本發明的一個實施方案，具有確保控制閥在操作位置之間
的完全切換的彈簧機構的控制閥的橫截面圖30是根據本發明的一個實施方案，可以與圖29中說明的彈簧機構一
起使用的錐形彈簧的垂直視圖31是一對錐形彈簧的錐形彈簧彈力相對位移的圖表，所述錐形彈簧
具有在圖30中說明的錐形彈簧的普通設計；
圖32是根據本發明的另一個實施方案，具有確保控制閥在操作位置之
間的完全切換的彈簧機構的控制閥的橫截面圖33是根據本發明的另一個實施方案，具有確保控制閥在操作位置之
間的完全切換的彈簧機構的控制閥的橫截面圖34是根據本發明的另一個實施方案的泵送系統的示意性說明； 圖35是根據本發明的另一個實施方案的泵送系統的示意性說明；和 圖36是根據本發明的另一個實施方案的泵送系統的示意性說明。
具體實施例方式
在下列描述中，闡述了許多詳情以提供本發明的理解。然而，本領域 普通技術人員應該理解可以在沒有這些詳情的情況下實踐本發明，並且所述的實施方案的諸多變化或修改可以是允許的。
在本說明書和後附權利要求書中使用沐語"連接(connect)"、"連接 (connection)"、"連接的(connected)"、"與.....連接"和"連接(connecting)"表
示"與.....直接連接"或"通過另一個元件與......連接"。如在此所用，在本說
明書中使用術語"上"和"下"、"上部"和"下部"、"向上"和"向下"、"上遊" 和"下遊"、"上面"和"下面"以及表示在指定的點或元件上面或下面的相對 位置的其它同樣的術語以更清楚地描述本發明的一些實施方案。然而，當 用於在偏斜或水平的井中使用的裝置和方法時，這些術語可以指左至右、 右至左或其它適合的關係。而且，在這裡說明的所有實施方案中，可以使 用"動態密封件"代替"隔膜"(例如，如在室和參比室中所用)。
本發明總的涉及泵送系統，如在地下環境中使用以將流體移動至需要 的位置的泵送系統。泵送系統使用多個可膨脹的構件，所述構件依次膨脹 和收縮以依次排出並且吸入需要的流體。例如，可以將泵送系統配置在井 眼中以生產一種或多種特定的儲層流體。因為可膨脹的構件依次收縮和膨 脹，所以井產流體被吸入到泵送系統中，然後排出，即從泵送系統泵送到 需要的收集位置。
總體上參考圖l，說明了包含泵送系統52的井系統50，所述泵送系統 52處於被配置以在具有井眼56的井54中使用的完井形式。井眼56可以襯有 具有射孔60的井眼套管58,通過所述射孔60，井產流體例如油從周圍地層 62進入井眼56。將泵送系統52配置在井口64下面的井眼56中，所述井口64 被設置在表面位置66，如地表或海底地面。
在本實施方案中，泵送系統52位於井眼套管58的內部，並且包含配置 系統68，如管道系統，和多個完井組件70。例如，泵送系統52可以包含泵 送裝置72和一個或多個封隔器74以將井眼56分為不同的區域。該具體實施 方案說明了使用泵送裝置72生產井產流體向上通過管道系統68到需要的 位於例如表面位置66的收集點。
總體上參考圖2，根據本發明的一個實施方案說明了泵送裝置72的一 個實例。使用泵送裝置72對井眼56中被泵送流體例如油或水供給能量。泵 送裝置72包含具有被選擇以便於在井眼中配置的直徑的泵外殼74。泵外殼 74封裝了在其中形成的多個泵室，如泵室76和78。以限定相應的用於容納工作流體88的工作流體子室(sub-chamber) 84、 86以及被泵送流體子室90、 92的方式將多個可膨脹構件80、 82安置在泵室74、 76內。 一種類型的可膨 脹構件80、 82是在充滿工作流體88時膨脹並且在排出工作流體88時收縮的 柔性隔膜。應該指出可以將泵室和/或可膨脹構件以比所說明的兩個更大的 數量合併到該設計中。
泵外殼74還包含至少一個流體入口，如流體入口94、 96，所述流體入 口用於將被泵送流體，即井產流體，從井眼56引導到被泵送流體的子室90、 92中。止回閥98和100用於確保流體從井眼單向流動到被泵送流體的子室 中。泵外殼74還包含至少一個流體出口，如流體出口102，通過所述流體 出口將供以能量的被泵送流體從被泵送流體子室90、 92引導到例如用於輸 送到收集位置的管道系統68。通過相應的止回閥，如止回閥104、 106保護 一個或多個出口102，所述止回閥確保流體從被泵送流體子室單向流動到 適合的流體輸送機構，例如管道系統68中。
泵送裝置72還包含工作流體液壓網108，所述工作流體液壓網108容納 固定體積的工作流體88，並且提供在工作流體子室84和86之間運送工作流 體的導管。工作流體88可以包括各種類型的流體，包括礦物油、合成油、 全氟化液體、水基潤滑劑、油基潤滑劑、水-二元醇混合物、有機油和其它 適合的流體。控制閥110被提供以控制工作流體的流動，並且可以是在操 作位置之間致動的。例如，可以將控制閥110設置在第一位置，其中將工 作流體88從工作流體子室84引導並且進入工作流體子室86中以使可膨脹 構件82膨脹。當使工作流體88往復運動時，將控制閥110致動至第二位置， 其中將工作流體88從工作流體子室86引導並且進入工作流體子室84中以 使可膨脹構件80膨脹。提供致動器(如在下面更詳細地描述)在第一和第二 操作位置之間來回切換控制閥IIO。使用原動機112驅動工作流體泵114， 工作流體泵114使工作流體88經由液壓網108移動。可以在泵裝置外殼74內 容納原動機112和泵114。另外，可以以各種形式，例如電動馬達、液壓馬 達、機械致動馬達、風動馬達或其它用於將能量供應給工作流體泵114的 適合的機構，構建原動機112。如本領域普通技術人員所知道的，可以將 動力通過適合的動力線如電線或液壓線，沿著配置系統68運送而供應給原 動機。因此，泵送系統包含容納的工作流體網和協同操作的被泵送流體網。可以參考圖3-6描述泵送系統和泵送裝置72的一個實施方案的操作。如
在圖3中說明，操作原動機112以驅動泵U4，所述泵114在將工作流體從工 作流體子室86中移除以致其它可膨脹構件，例如隔膜82收縮時，使工作流 體移動到工作流體子室84中以致可膨脹構件例如隔膜80膨脹。這種作用導 致井產流體隨著可膨脹構件82收縮通過流體入口96(參見圖4)被吸入被泵 送流體子室92中。同時，可膨脹構件80的膨脹將能量賦予在被泵送流體子 室90內的任何井產流體，並且對井產流體有效地供以能量或者通過出口 102將井產流體從被泵送流體子室90中泵送出來。
當使可膨脹構件80膨脹至預定的水平時，致動器將控制闊10驅動至第 二位置以切換經由液壓網108泵送的工作流體88的方向，從而使工作流體 有效地往復運動。在這第二種情形中，泵114將工作流體泵送至工作流體 子室86中以使可膨脹構件82膨脹，並且同時將工作流體從工作流體子室84 中排出以使可膨脹構件80收縮。工作流體的這種往復運動導致井產流體隨 著可膨脹構件80收縮通過流體入口94被吸入到被泵送流體子室90中。同 時，可膨脹構件82的膨脹賦予在被泵送流體子室92內的任何井產流體以能 量，從而通過出口102將井產流體從被泵送流體子室92中泵送出來。
在圖7的實施方案中，說明了完井泵送系統52的一部分。本實施方案 被設計成利用在工作流體88和生產的井產流體之間產生的壓差改變控制 閥110的狀態/位置。泵室76和78具有相應的參比室116和118，所述參比室 116和118將被泵送的井產流體的壓力(或管道系統壓力)傳遞給相應的順序 閥120和122。當在工作流體壓力和被泵送井產流體壓力之間感應到預定壓 差時，順序閥開動以切換控制閥IIO。在本實施方案中，控制閥110可以處 於滑閥的形式。當在特定的工作流體子室84或86內的工作流體使隔膜膨脹 至預定點，在此使隔膜膨脹的任何進一步的努力導致更快速的壓力增加， 即壓力峰值(pressure spike)時，壓差產生。逋過相應的順序閥感應這種壓 差的快速增加，所述順序閥引導控制閥110切換操作狀態。然後工作流體 被引導遠離膨脹的隔膜，例如隔膜80，並且導向收縮的隔膜，例如隔膜82。 應該指出所舉例的泵114是通過適合的發動裝置112驅動的，即使該發動裝 置沒有被舉例用於描述本實施方案或在此描述的其它實施方案也是如此。
通過經由在控制閥110的兩個引導口124和126的順序閥120和122選擇性施加的壓力實現控制閥110的實際切換。在本實施方案中，通過銳孔128
將引導口124和126連接在一起，並且通過相應的止回閥130、 132減輕在這 些埠的壓力，所述止回閥130、 132將各自的埠連接到各自的隔膜80, 82 上。另外，工作流體液壓線路108還可以包含適合的具有扼流功能的閥134、 136，所述閥134、 136被設計成減輕由順序閥的洩漏引起的壓力積累，從 而避免控制閥110的過早切換。備選地或另外，控制闊110可以包含確保控 制閥在操作位置之間的完全切換的彈簧裝置138。作為實例，彈簧裝置138 可以包含具有適合的凹口的棘爪銷，所述凹口被定位以與彈簧裝載的球相 互作用，所述球在切換時將控制閥110保持在其需要的位置。
工作流體液壓線路108還可以使用如所說明的其它特徵。例如，可以 跨過過濾器140將工作流體泵114連接到控制閥110上。另外，可以跨過過 濾器140連接具有止回閥144的旁通電路142以在過濾器堵塞的情況下保護 工作流體的流動。止回閥144在規則的操作過程中保持主動關閉，但是在 由過濾器堵塞引起的壓力積累時，止回閥144打開沿著旁通電路142的備選 流程。而且，可以跨過泵114連接減壓閥146以在限制流動線路的故障或堵 塞的情況下防止系統遭受不適當的壓力積累。
在圖8中說明了泵送系統52的另一個實施方案。在本實施方案中，控 制閥110包含旋轉閥148，該旋轉閥148往復運動，即交替地引導工作流體 88在可膨脹構件80的工作流體子室84和可膨脹構件82的工作流體子室86 之間的流動。旋轉閥148包含引導工作流體朝工作流體子室84流動的一組 埠150和引導工作流體朝工作流體子室86流動的另一組埠152。儘管可 以使用各種旋轉閥，但是一個實例是通過向下噬合的馬達軸旋轉的閥，所 述馬達軸在閥旋轉時將特定的一組埠， 150或152，與工作流體液壓網108 對齊。閥的旋轉切換工作流體的流動方向。在本實施方案中，在例如隔膜 80和82之間的工作流體流動的切換或往復運動是馬達軸旋轉的功能，並且 不是通過監測隔膜附近或壓差的傳感器或順序閥驅動的。例如，可以設計 系統使得在一次完整的閥旋轉過程中，每一個隔膜完成一個充滿和收縮的 循環。然而，順序閥154、 156可以位於工作流體液壓網108中以在包括間 歇啟動的操作問題的情況下用作系統的減壓機構。例如，如果在泵送系統 開始時將工作流體引導到可膨脹構件80中，但是可膨脹構件80已經是完全膨脹或幾乎是完全膨脹的，那麼在達到預定的壓力閾值時，相應的順序閥 154給可膨脹構件有效地設旁路。
參考圖9，說明了完井泵送系統52的另一個實施方案。在本實施方案 中，將導閥158連接到控制閥110上。導閥158是旋轉閥，並且控制閥110是 用作兩狀態控制閥的滑閥，所述兩狀態控制閥用於引導工作流體在可膨脹 構件80的工作流體子室84和可膨脹構件82的工作流體子室86之間的流動。 如所說明的，可以將導閥158致動以控制將通過泵114提供的引導壓力施加 到控制閥110上控制閥的致動。因此，旋轉閥158用作控制主控制閥110的 切換的機構。
如圖10-13中說明，可以以各種構造的形式實現實際的潛入式泵送裝置 72的旋轉閥的使用。例如，可以將泵送裝置組件與連接到旋轉闊160上的 隔膜80、 82依次安置，所述旋轉閥160連接到變速箱162上。如在圖10中說 明，可以將變速箱162連接到液壓泵114上，轉而連接到馬達形式的原動機 112上。在本實施方案中，馬達112給內部的液壓泵114和旋轉閥160供以動 力，然而，通過變速箱162降低施加到旋轉閥上的轉速。旋轉閥160用作周 期性反轉工作流體的流動的控制閥，從而使隔膜80、 82的膨脹和收縮往復 運動。
在圖11中，說明了一個備選的實施方案，其中液壓馬達164位於變速 箱162和內部的液壓泵114之間。可以使用液壓馬達164以通過變速箱162使 旋轉閥160旋轉而產生工作流體流動的周期性反向。在另一個實施方案中， 如在圖12中說明，可以相對於變速箱162將液壓泵114設置在馬達112的相 反端。在本實施方案中，馬達112給內部的液壓泵114和在其相反端的變速 箱162供以動力。如之前參考圖9描述，另一種構造使用旋轉閥166作為連 接到滑閥168的導閥。在圖13中說明了這種構造的一個物理實施方案，其 中滑閥168位於內部液壓泵114和隔膜80、 82之間。如所說明的，馬達112 位於液壓泵114與滑閥168相反的一側，並且後面是變速箱162和旋轉閥 166。如經由變速箱162通過馬達112驅動旋轉閥166—樣，通過馬達112驅 動液壓泵114。
總體上參考圖14，說明了泵送系統52的另一個實施方案。在本實施方 案中，控制閥110包含螺線管致動的控制閥170,其交替地引導工作流體在可膨脹構件80的工作流體子室84和可膨脹構件82的工作流體子室86之間 的流動。當將預定量的工作流體泵送到一個可膨脹構件，例如隔膜80或 82中時，工作流體的流動是切換或往復運動的。因此，當每一個可膨脹構 件充滿時，測量或跟蹤(tmck)被泵送的工作流體的體積。根據一種方法， 由驅動內部泵114的馬達112的轉數推斷被泵送到指定的可膨脹構件中的 工作流體的體積。可以通過計數器機構172跟蹤馬達112的旋轉，所述計數 器機構172用於將馬達的旋轉計數，從而將驅動內部液壓泵114的馬達驅動 軸的旋轉計數。 一旦達到預定的轉數，就通過計數器機構172將電信號輸 出到螺線管致動的控制閥170中。電信號將螺線管致動，並且切換控制閥 的位置以相應地切換工作流體在可膨脹構件80和82之間的流動方向。計數器機構172的一個實例包含電力頻率計時器174。電力頻率計時器 174使用電力的頻率，所述電力被提供以在確定馬達112的轉速，從而確定 液壓泵114的旋轉中給馬達112供以動力。當泵114是例如正排量泵時，可 以將電力頻率轉化為工作流體流速。使用可膨脹構件的已知體積，例如隔 膜體積，可以確定充滿可膨脹構件的時間。在該時間的末尾，將電信號傳 送給螺線管致動的控制閥170。電信號導致控制閥的致動以及隨之發生的 工作流體流動方向從一個隔膜到另一個的切換。還討以將在圖14中說明的實施方案設計成防止隔膜由例如間歇啟動 引起的過度膨脹。順序閥154和156可以位於如上所述的可膨脹構件和控制 閥之間以減輕不適當的壓力。如果將可膨脹構件增壓至高於所選擇的壓力 閾值，則相應的順序閥致動而提供工作流體的流動的旁路。總體上參考圖15，說明了泵送系統完井52的另一個實施方案。本實施 方案與對圖14描述的實施方案很類似，然而，計數器機構172包含霍耳效 應傳感器176，該霍耳效應傳感器176被安置成監測將馬達112連接到泵114 上的軸178的旋轉。霍耳效應傳感器176將信號輸出到控制器180中，所述 控制器180將驅動液壓泵114的軸的旋轉計數。可以利用所述轉數確定通過 泵114泵送到指定的可膨脹構件中的工作流體的體積。例如，如果泵114包 括正排量泵，則容易確定對於每次旋轉所泵送的工作流體的體積，因此充 滿指定的可膨脹構件所需的工作流體的體積可以與特定的軸轉數相互關 聯。當達到特定的軸轉數時，控制器180將電信號輸出給螺線管致動的控制閥170以將控制閥致動，並且切換工作流體流動的方向。應該指出還可 以使用其它類型的傳感器將軸轉數計數。'在圖16中說明的另一個實施方案中，計數器機構172包含交流發電機 182或其它電力產生裝置。另外，計數器機構172包含電力頻率計數器184。 將交流發電機182安裝在軸178上，馬達112通過該軸178驅動液壓泵114。 由交流發電機182產生的電力頻率可以與軸178的速度相互關聯，並且軸 178的旋轉可以與通過內部泵114泵送的工作流體的體積相互關聯。因此， 可以計算充滿每一個可膨脹裝置80、 82的周期，並且可以利用這種周期將 大致定時的電信號提供給螺線管致動的控制閥170。如上所述，電信號將 控制閥致動，並且將工作流體的流動方向從一個可膨脹構件切換至另一個 可膨脹構件。在圖17和18中，說明了泵送系統52的另一個實施方案。在本實施方案 中，通過在工作流體子室84、 86和補償排出室186之間產生的壓差將控制 閥110致動。利用壓差控制工作流體在可膨脹構件80的工作流體子室84和 可膨脹構件82的工作流體子室86之間的來回流動。參考圖17，說明了本實 施方案的組件配置的一個實例，其中原動機112，例如從地表連接(surface connection)接收電力的電動馬達給液壓泵114供以動力。液壓泵114將液壓 壓力和水力流動提供給隔膜80和82，並且液壓控制組件188包含用於控制 工作流體流入隔膜80和82和從中流出的液壓線路。在大致第一個半個泵送 循環中，隔膜80充滿，並且隔膜82排空，並且在大致第二個半個泵送循環 中，隔膜82充滿，並且隔膜80排空。如在圖18中說明，再次設計工作流體液壓網108使得通過過濾器140將 液壓泵114連接到控制閥110上。在本實施方案中，控制閥110包括滑閥。 此外，可以跨過內部泵114連接減壓閥146以在限制流動線路的故障或堵塞 的情況下保護系統。另外，可以跨過過濾器元件140連接止回閥144以防止 系統遭受由例如過濾器140的堵塞引起的不適當的壓力積累。通過滑閥110在隔膜80和82之間切換工作流體88。在該實例中，滑閥 IIO在每一個流動方向上均具有穩定的平衡位置以使未受控制的致動的可 能性最小化。如使用圖7中說明的實施方案一樣，通過引導口124和126控 制滑閥型控制閥1 IO的位置，並且通過順序閥120和122控制引導口的壓力。另外，通過銳孔128將引導口124和126連接在一起。可以通過分別連接到 可膨脹構件80、 82上的止回閥130、 132減輕在引導口的壓力。與前述實施方案類似，通過止回閥98和100使可膨脹構件80、 82暴露 在周圍井眼56內的井產流體中。在可膨脹構件的收縮過程中吸入流體，並 且在可膨脹構件的膨脹過程中通過相應的止回閥104、 106將其泵送到管道 系統68中。止回閥104、 106還用來阻止被泵送流體的任何反向流動。然而，在本實施方案中，利用作用於順序閥120、 122上的差壓將控制 閥110致動。順序閥120、 122的每一個包含進口188、順序口190和排出口 192。當在指定的順序閥的進口188和排出口192之間的壓差超過預先設定 的壓力值時，允許在進口188和順序口190之間的連通。在說明的實施方案 中，將順序閥120、 122的進口188連接到它們各自的可膨脹構件80、 82上。 通過銳孔或扼流元件194將排出口192連接到排出室186上，所述排出室186具有被調節至與泵排出壓力接近的排出室壓力。可以將銳孔或扼流元件 194連接到過濾器140的任一側上。而且，通過彈簧偏壓補償器196將在排 出室186中的壓力補償至泵114的入口壓力。補償器196用作在特定的順序 閥的操作過程中從指定的順序閥排出的流體的儲存器。在圖19-21中說明了使用補償器裝置的備選實施方案。例如，如圖19 中說明，代替使用具有彈簧偏壓補償器196的排出室186以允許來自順序閥 的排出流，可以使用具有管道系統壓力補償器200，例如補償器活塞的補 償排出室198容納排出流。使管道系統壓力補償器200暴露於在管道系統68 中的被泵送井產流體的壓力。如在圖20中說明，該系統還可以利用具有環 形壓力補償器204的補償排出室202。使環形壓力補償器204暴露於在套管 環環繞的管道系統68中的井產流體的壓力下。這種類型的環形壓力補償器 還可以如彈簧偏壓補償器一樣包含彈簧元件。如在圖21中說明，另一個實 施方案使用具有密封的補償器208的補償排出室206。在本實施方案中，通 過密封的補償器208，例如活塞，將在補償排出室206內的工作流體壓力補 償給充入氣體(gas charge),例如充入氮氣(nitrogen charge)。在通過補償器 208密封的室210中容納充入氣體。在使用補償排出室的泵送系統實施方案的操作中，在開始泵送循環期 間，排出室壓力緊緊地遵循可膨脹構件壓力，例如隔膜壓力。通過扼流器194確定隔膜壓力與排出室的連通。如在圖22中說明，當隔膜膨脹並且與 周圍的元件如周圍的室壁產生接觸時，隔膜壓力以更大的速率增加。然而，銳孔或扼流元件194是大小合適的，使得如由圖22的圖表上的標記212說 明，在沒有顯著的壓降或滯後的情況下，朝銳孔的流動不足以遵循這種更 大的壓力增加速率。因此，在隔膜壓力和排出室壓力之間產生壓差。當這 種壓差增加足夠的量時，相應的順序閥120或122被切換，並且將控制閥IIO 有效地制動至其另一種操作狀態。當然，這使工作流體的流動方向反向， 使得可以開始充滿另一個隔膜。在後一個隔膜的充滿過程中，排出室壓力 再次能夠與被充滿的隔膜的內隔膜壓力基本上相等，使得可以對另一個順 序閥重複該過程。補償排出室的使用有效地利用對工作流體流動的限制產 生在將工作流體流動的方向從一個可膨脹構件切換至另一個可膨脹構件 中使用的時間依賴性壓差。應該指出在一些實施方案中，通過可膨脹構件的設計或材料選擇，可 以導致壓力峰值以及相應而生的差壓。例如，可以使用更堅硬的材料形成 隔膜。最終，這種類型的系統的操作基於在可膨脹構件中產生壓力增加的 增加速率。因為例如通過與周圍的組件接觸，壓力增加的速率在可膨脹構 件達到其極限之前和之後大大不同，所以系統可以精確地感應可膨脹構件 的充滿。在泵送系統52的另一個實施方案中，如在圖23和24中說明，通過在工 作流體子室84、 86和參比室之間產生的壓差將控制閥110致動。參考圖23， 說明了本實施方案的組件配置的一個實例，其中原動機112給液壓泵114供 以動力。液壓泵114將液壓壓力和水力流動提供給隔膜80和82，並且液壓 控制組件188包含用於控制工作流體流入隔膜80和82和從中流出的液壓線 路。另外，相對於液壓泵114，將參比室214配置在隔膜80、 82的相反端。 在本實施方案中，液壓控制組件188包含用於通過參比室214感應管道系統 壓力變化的液壓線路，所述參比室214暴露於在生產管道系統68中的被泵 送流體中。圖24說明了液壓線路的一個實例，藉助於所述液壓線路，通過在工作 流體子室84、 86和參比室214之間產生壓差，將控制閥110致動。此外設 計工作流體液壓網108使得通過過濾器140將液壓泵114連接到控制閥110上。而且，可以跨過內部泵114連接減壓閥146以在限制流動線路的故障或 堵塞的情況下保護系統。而且，可以跨過過濾器元件140連接止回閥144以 防止系統遭受由例如過濾器140的堵塞引起的不適當的壓力積累。通過控制閥IIO，例如滑閥，在可膨脹構件80和82之間切換工作流體 的流動。在本實例中，控制閥110在每一個流動方向上均具有穩定的平衡 位置以使未受控制的致動的可能性最小化。如使用在圖7中說明的實施方 案一樣，通過引導口124和126控制滑閥型控制閥110的位置，並且通過順 序閥120和122控制引導口的壓力。另外，通過銳孔128將引導口124和126 連接在一起。可以通過分別操作地(operatively)連接到可膨脹構件80、 82 上的止回閥130、 132減輕在引導口的壓力。與前述實施方案類似，通過止回閥98和00使可膨脹構件80、 82暴露 在周圍井眼56內的井產流體中。在可膨脹構件的收縮過程中吸入流體，並 且在可膨脹構件的膨脹過程中通過相應的止回閥104、 106將其泵送到管道 系統68中。止回閥104、 106還用來阻止被泵送流體的任何反向流動。然而，在本實施方案中，將順序閥120、 122的進口188連接到它們的 相應的可膨脹構件80、 82上。將排出口192連接到參比室214內的子隔膜 (sub-diaphmgm)216上。將參比室214細分為在子隔膜216內的工作流體子室 218和被泵送流體室220，所述被泵送流體室220在子隔膜216的外面，並且 暴露於來自管道系統68的被泵送流體中。通過連接在子隔膜216和泵114之 間的銳孔或扼流元件222，將在子隔膜216內的參比室壓力調節至接近泵排 出壓力。因為在操作循環過程中，泵排出壓力接近管道系統壓力，即在管 道系統68內的壓力，所以在規則的操作過程中，在參比室214內產生的壓 差是最小的。此外，可以將銳孔或扼流元件222連接到過濾器元件140的任 一側上。當可膨脹構件80、 82達到它們的充滿狀態時，在充滿的可膨脹構件內 的內部壓力迅速增加，並且超過作用於子隔膜216上的管道系統壓力。因 此，產生跨過相應的順序閥120或122的壓差，並且切換順序閥。順序閥的 切換導致控制閥110的相應的致動，從而將控制閥切換至另一種操作狀態 以使工作流體的流動反向，並且使可膨脹構件的充填往復運動。泵送系統52的一些實施方案包括反向保護系統。這些保護系統被設計成防止液壓系統遭受不經意的流動反向。通常，液壓工作流體的流動是在 一個方向上。如果流動方向不經意地反向，則在一些實施方案中液壓邏輯 可能是不適當的。當發生不經意的反向時， 一個隔膜可能完全充滿，並且 傳送信號以切換控制閥。然而，因為流動反向已經不經意地反向，所以傳 送給控制闊的引導口的切換信號試圖將控制閥切換至其當前的狀態，而不 是相反的狀態。然後繼續將工作流體供應至同一隔膜。工作流體向充滿的 隔膜的持續供應潛在地產生損害，包括隔膜或隔膜外殼破裂、馬達外殼或 推力軸承損害、內部泵損害、馬達超負荷和/或其它的機械故障。由於例如 不正確或不經意地顛倒用作發動裝置的三相馬達的相位關係的可能性，存 在液壓網的"反向"操作的可能性。當改變相位關係時，可以使內部泵的流 向，從而導致所述的相反流動狀態。在圖25中描述了反向流動保護系統224的一個實施方案。反向流動保 護系統224包含自流流動(free-flowing)止回閥226，所述止回閥226液壓式連 接在正排量泵114的吸入側228和泵114的排出側230之間。可以將自由流動 止回閥226在與排出側230相反的過濾器140—側連接到工作流體液壓網 108中以允許反向循環的工作流體流動通過過濾器。備選地，可以將止回 閥226連接到內部泵114的排出側30上，所述泵114在給系統過濾器140設旁 路的位置。當工作流體的流在"向前"方向上移動(例如，在"向前"方向上操作驅動 內部泵114的三相馬達112)時，止回閥226保持在關閉的位置。然而，當工 作流體的流在"相反"方向上移動(例如，在"相反"方向上操作驅動內部泵 114的三相馬達112)時，迫使止回閥226到打幵的自由流動(free-flow)位置。 這種位置產生從內部泵114的吸入側228至排出側230的自由流程，從而防 止系統的隔膜和/或其它組件的過度增壓。反向流動保護系統224能夠在不 產生損害的情況下將泵送系統在相反方向上操作相當長的時間。操作者能夠通過各種指標容易地確定反向操作的發生。例如，在反向 操作過程中，因為工作流體通過止回閥226並且沒有充滿泵送隔膜80、 82， 所以不生產井產流體。另一個指標可以是通過驅動泵114的三相馬達112的 低電流引出(draw)。當泵114包括正排量泵時，通過馬達引出的電流與通過 泵114產生的差壓成比例。在反向操作中，存在通過自由流動止回閥226的最小限制，因此通過泵114產生的差壓是低的。結果是與在正常的向前操 作過程中的電流引出相比，在系統處於反向操作中時的電流引出更低。另外，因為系統沒有"構築壓頭(build head)"，否則這將由於在通過管道系統 68向上生產流體時增加的靜壓而發生，所以電流引出是相對恆定的。因為 沒有產生電流峰值，否則這將由於定向控制閥的切換而產生，所以電流引 出也保持恆定。，在圖26中說明了反向流動保護系統224的另一個實施方案。在本實施 方案中，安置"超越聯軸節"或離合器232代替在馬達112和泵114之間的軸。 作為實例，馬達112可以包含三相馬達，並且泵114可以包含正排量泵。超 越聯軸節232在向前方向上將全部轉矩從馬達112傳遞到泵114，而在相反 方向上傳遞最小的轉矩。換句話說，當在相反方向上操作馬達112時，超 越聯軸節"滑動(slip)"。在相反方向上通過馬達112傳遞給泵114的轉矩應該 是足夠低的，使得泵114不能使隔膜80、 82或其它系統組件過度增壓。這 種類型的反向流動保護系統還允許將系統在相反方向上操作相當長的時 間，而不損害系統。在此期間，操作者可以通過如上所述進行觀察確定反 向操作的狀態。在此描述的諸多實施方案包括順序閥以將輸入信號提供給定向控制 閥IIO。在圖27中用標記120標記了引導操作的順序閥的一個實例，並且進 行了說明。如所說明的，進口188與可膨脹構件如隔膜80流體連通。順序 口190與定向控制閥110流體連通以選擇性致動控制閥，並且排出口192與 位於參比室中的參比壓力源如子隔膜或控制室隔膜216流體連通。在本實 施方案中，引導操作的順序閥120包含外殼236，外殼236中具有可滑動地 安裝的動態密封活塞238。動態密封活塞238具有銳孔240，並且被彈簧構 件242偏壓以阻塞順序口190。另外，通過相對於相應的底座246偏壓的彈 簧偏壓球244阻塞在銳孔240和隔膜216之間的流體流動。當在隔膜80中的壓力上升到高於控制室隔膜216中的壓力時，球244偏 離底座246，並且引發到控制室隔膜的流動。隨著在隔膜80中的壓力迅速 增加時，球和底座閥打開，進一步允許通過動態底座238的銳孔240的另外 的流動。最後，如通過圖27的虛線框中所示的打開的閥構造說明，通過經 由銳孔240流動的限制產生的壓降克服了彈簧242的力，從而導致動態密封活塞238在流動方向上滑動。這種移動打開順序口190，並且允許增壓的流 體流動到定向控制閥110上的適合的引導口中，從而切換控制閥。在圖28中說明了順序閥120、 122的一個備選實施方案。順序閥的這種 改進的實施方案允許從泵送系統上拆卸控制室隔膜，並且可以被稱為直接 作用的順序閥。當使用直接作用的順序閥代替引導流激活的順序閥時，通 過在每一個直接作用的順序閥內的動態密封件將井產流體和液壓工作流 體相互隔離。因為動態底座將井產流體與工作流體隔離，所以無需控制室 隔膜。這可以降低設計的複雜性，消除使控制室隔膜破裂的風險，並且潛 在地提供更快的響應，從而降低在可膨脹構件80、 82達到其膨脹極限時產 生的壓力峰值。在圖28中說明了直接作用的順序閥120的一個實例。如所說明的，進 口188與可膨脹構件如隔膜80流體連通。順序口190與定向控制閥110流體 連通以致動控制閥，並且排出口192暴露於例如管道系統68中的井眼流體 和壓力下。在本實施方案中，直接作用的順序閥120包含具有動態密封元 件250如在外殼248中密封安裝的可滑動活塞的外殼248。動態密封元件250 用作在作用於埠188和190上的工作流體和作用於排出口192上的井產流 體之間的界面。通過抵抗工作流體的壓力的可調節彈簧構件252使動態密 封元件250偏置。當在隔膜80內的壓力和作用於排出口192上的井產流體的壓力之間的 差壓上升到高於可調節的彈簧構件252的設定值時，相對於彈簧構件252移 動動態密封元件250。動態密封元件250的這種移動直接控制順序口190的 打幵以及隨後的關閉。順序口190的打開允許增壓的流體流動到定向控制 閥110上的適合的引導口，從而切換控制閥。'在圖28的虛線框中說明了處 於切換定向控制閥110的打開位置的直接作用的順序閥120的一個實例。在至少一些實施方案中，可以將泵送系統52設計成具有用於確保控制 閥110的完全切換的機構。如上所述，控制閥110可以包含定向控制閥，所 述定向控制閥具有確定流入可膨脹構件80、 82和從中流出的方向的兩種操 作狀態。 一些定向控制闊設計還有效地具有第三種瞬間關閉的位置。當其 在操作狀態之間切換時，定向控制閥經過這種瞬間關閉的位置。如果例如 在泵送系統的啟動或關閉過程中，控制閥在狀態之間切換，則定向控制閥可以停在這種瞬間關閉的位置。然而，可以將機構如彈簧裝置加入控制閥 中以致瞬間關閉的位置不穩定。換句話說，所述機構確保將控制閥切換為 其操作狀態的一種。總體上參考圖29和30，說明了用於確保控制閥110的完全切換的機構254的一個實施方案。在本實施方案中，控制閥110包括具有閥體256和往 復活塞258的滑閥型控制閥，所述往復活塞258被可滑動地安裝在閥體256 內以在兩種操作狀態之間移動。機構254包含連接在往復活塞258和閥體 256之間的彈簧裝置260。通過彈簧裝置260施加到往復活塞上的力根據往 復活塞的位置變化，但是彈簧裝置260確保控制閥110在瞬間關閉的位置是 不穩定的。彈簧裝置260被設計成表現出"快速開關(snapthrough)"的行為。 彈簧裝置260的一個具體實例包含一個或多個錐形彈簧262(參見圖30)。當 在往復活塞258的移動過程中錐形彈簧262被壓縮超過扁平狀態時，通過錐 形彈簧施加到往復活塞上的力的方向迅速反向，並且迫使控制閥越過瞬間 關閉的位置達到下一種操作狀態。在其它實施方案中，彈簧裝置260可以包含多個錐形彈簧262。例如， 可以以並行，即堆疊的上凹至下凹的形式堆疊兩個錐形彈簧的組以獲得相 對於位移對稱的力函數。圖31的圖表以圖解形式說明了第一錐形彈簧盤(參 見曲線264)、第二錐形彈簧盤(參見曲線266)的錐形彈簧力與位移的函數以 及兩個盤(參見曲線268)的圓錐形彈簧力之和與位移的函數。兩個錐形彈簧 的配置的力特性產生在定向控制閥的瞬間關閉的位置的不穩定平衡。如由 圖31中的圖表說明，通過錐形彈簧施加的力的方向在位移的中點改變。在圖32中說明了機構254的另一個實施方案。在本實施方案中， 一根 或多根連杆270連接在往復活塞258和閥體256之間。通過樞軸272將每一根 連杆270樞軸式連接到往復活塞258上。在每一根連杆270的相反端，通過 樞軸276將連杆樞軸式連接到活塞構件274上。每一個活塞構件274可滑動 地容納於相應的圓筒278中，並且通過彈簧構件280朝往復活塞258偏置。 通過連杆270作用的彈簧構件280賦予力給定向控制閥的往復活塞258。該 力的垂直分量以往復活塞258的位移的函數形式變化。在往復活塞的移動 中點，垂直力分量的方向反向，從而產生不穩定的位置。因此，機構254 的這種實施方案還確保控制閥110的完全切換。備選地，每一根連杆270可以由具有彈性或塑性性能的材料，例如塑性記憶材料製成，使得可以省略 獨立的彈簧構件280。在其它備選的實施方案中，連杆270可以由屈從性(compliant)材料形成，並且釘在或剛性連接到往復活塞258和閥體256上。如在圖33中說明，用於確保控制閥110的完全切換的機構254還可以包 含磁性機構。在本實施方案中，以使瞬間關閉的位置不穩定的方式安置磁 鐵和金屬元件。例如，可以將永久磁鐵282連接到往復活塞258上，並且可 以將金屬元件284安置在它通過瞬間關閉的位置時離永久磁鐵大致相等的 距離的永久磁鐵282的相反端。將永久磁鐵282連接到金屬元件的更靠近 處，從而使瞬間關閉的位置不穩定。還可以將永久磁鐵282和相應的金屬 元件284連接到控制閥110的其它組件上以產生相同的不穩定位置。在泵送系統完井52的另一個實施方案中，如在圖34中說明，控制閥IIO 包含機電致動器286。在本實施方案中，定向控制閥110是具有滑梭288的 兩狀態主閥，所述滑梭288來回移動以引導從泵114到可膨脹構件80和82的 流以及來自可膨脹構件80和82的流。通過可以被設計成與螺線管類似起作 用的機電致動器286使滑梭288來回移動。機電致動器286基於從適合的控制裝置290接收的電信號移動滑梭 288。例如，控制裝置290可以包含位於泵114、原動機112或者鄰近在泵114 和原動機112之間的軸以將泵軸旋轉計數的裝置。如前所述，泵軸旋轉可 以與充滿指定的可膨脹構件80如隔膜所需的泵送體積相互關聯。當通過控 制裝置290將預定的轉數計數時，將電信號傳送到機電致動器286中以移動 滑梭28S,從而將控制閥110切換至另一種狀態。控制裝置290可以是例如 頻率傳感器、霍爾效應傳感器、交流發電機或可以用於確定被泵送的工作 流體的體積的其它類型的裝置。在圖35中，說明了泵送系統52的另一個實施方案。在本實施方案中， 將如參考圖21概括性描述的補償排出室系統與如參考圖25概括性描述的 反向流動保護系統組合。此外，通過過濾器元件140將液壓泵114連接到控 制閥110例如滑閥，並且將減壓閥146連接在泵排出側230和泵吸入側228之 間以在限制流動線路的情況下保護系統。而且，可以跨過過濾器140連接 止回閥144以在過濾器堵塞的情況下保護系統。通過跨過泵攝入或吸入側228和泵排出端230連接的止回閥226提供反22向流動保護。在規則的操作過程中，使用通過泵114和通過任選的偏壓彈 簧產生的壓差迫使止回閥226到關閉的位置。然而，在泵的反向旋轉的情況下，在泵吸入端228的高壓力打開止回閥226以提供旁路。這種旁路有效 地使泵短路，而不損害整個泵送系統52，因此在糾正泵旋轉的方向時，可 以恢復泵送系統的正常操作。在本實施方案中，通過控制閥110在可膨脹構件80和82之間切換流動。 如上所述，控制閥110可以包含滑閥，所述滑閥被設計成在各個流動方向 上具有穩定的平衡位置以使未受控制的致動的可能性最小化。通過選擇性 施加到引導口124和126上的壓力將控制閥110致動，並且通過順序閥120和 122控制引導口的壓力。通過銳孔元件128將引導口連接在一起，並且通過 將每個埠連接到相應的可膨脹構件上的止回閥130和132減輕在引導口 的壓力。如對上述實施方案的一些論述，根據差壓的原理操作順序閥120和 122。當指定的順序閥的進口188和排出口192之間的壓差超過預定的壓力 值時，在進口188和順序口190之間能夠連通。在圖35中說明的泵送系統中， 將每一個進口188連接到其相應的可膨脹構件上，並且將兩個排出口192都 連接到補償排出室206上。當指定的順序閥打開時，即將少量流體排到它 的排出口192中。通過銳孔元件194將在補償排出室206內.的工作流體壓力調節至與泵 114的排出壓力接近。銳孔元件194可以連接到過濾器140的任一側上，並 且獲得可比較的性能。在該具體實施方案中，通過活塞補償器208將補償 排出室206內的壓力補償給室210內的充入氣體，例如充入氮氣。與不能壓 縮的液壓工作流體相比，在室210中的可壓縮的充入氮氣的壓力對體積變 化遠不靈敏。因此，當指定的順序閥打開時，來自它的排出口192的液壓 流體容納於補償排出室206中，而沒有明顯的壓力增加。如參考圖22描述，排出室206的使用產生在補償排出室206內的工作流 體和在補償排出室外面的位置，例如在使膨脹的隔膜增壓的線路內的工作 流體之間的時間依賴性壓差。有效地，在隔膜及其工作流體供應線路中的 壓力以比補償排出室206內的壓力更大的速率增加，從而產生在相應的順 序閥的進口188和排出口192之間的壓差。當這種壓差增加足夠的量時，相應的順序閥被切換，並且將控制閥iio致動至其另一種操作狀態。在泵送系統52的另一個實施方案中，液壓線路108包含位於定向閥， 即控制閥110的上遊的傳感系統。如在圖36中說明，相對工作流體88的流 動，傳感系統300位於控制閥110的上遊。當可膨脹構件80、 82的一個或另 一個充滿其相應的室，從而導致增加的工作流體壓力時，傳感系統300檢 測工作流體壓力的變化。傳感系統300通過輸入到引導口124或引導口126 的適合的輸入信號切換控制閥110而起作用。在本實施方案中，如使用參考圖17描述的實施方案一樣，泵送系統52 可以包含給液壓工作流體泵114供以動力的原動機112，例如電動馬達。使 用泵114將工作流體流供應到可膨脹構件80和82，而設置在液壓控制組件 188內的液壓網108控制工作流體進出可膨脹構件80和82的交替流動。通 常，當可膨脹構件82排空時，在第一個半個泵送循環中可膨脹構件80充滿； 而當可膨脹構件80排空時，在第二個半個泵送循環中可膨脹構件82充滿。 還可以在構建泵送系統52中使用另外的組件或其它的組件配置。如在圖36中說明，此外可以設計工作流體液壓網108使得通過過濾器 140將工作流體泵114連接到控制閥110上。在本實施方案中，此外還可以 將控制閥110構建成可在流動位置之間切換的滑閥，例如兩級滑閥。跨過 泵114連接減壓閥146以在限制流動線路的故障或堵塞的情況下保護系統。 還可以跨過過濾器元件140連接止回閥144以在例如過濾器140堵塞時防止 系統遭受壓力積累。通常止回閥144是關閉的，但是止回閥在足夠的壓力 積累時打開以產生備選的路徑。與上述幾個實施方案的操作類似，通過可以處於滑閥形式的控制閥 110使工作流體88在可膨脹構件80和82之間往復運動。可以將滑閥構建成在每一個流動方向上具有穩定的平衡位置以使未受控制的致動的可能性 最小化。通過施加到引導口124和126上的壓力實行對滑閥型控制閥110的 控制。如使用上述實施方案一樣，可以將止回閥98和100配置在可膨脹構 件80、 82和井眼56中的井產流體之間。可以將止回閥104、 106配置在可膨 脹構件和例如管道系統68中的被泵送井產流體之間。當生產井產流體時， 止回閥98、 100、 104和106促進可膨脹構件80、 82的泵送作用。泵送系統52的該實施方案還可以包含使用止回閥226的反向流動保護系統224，所述止回閥226跨過工作流體泵114連接在其吸入側228和其排出 側230之間。在規則的操作中，使用壓差和任選的偏壓彈簧迫使止回閥226 處於關閉的位置。然而，在泵114的反向旋轉的情況下，在泵114的吸入口 的高壓力打開止回閥226。產生的旁通路徑防止系統功能，使泵114有效地 短路。在糾正泵旋轉的方向時，泵送系統52能夠恢復規則的操作。在圖36中說明的實施方案中，上遊傳感系統300包含順序閥302和滑閥 304，兩者都相對工作流體88穿過控制閥110的流動位於控制閥110的上遊 側。順序閥302包含連接到液壓網108的壓力口308上的進口306，所述液壓 網108位於控制閥110和過濾器140(如在圖36中說明)之間或在過濾器140和 泵114之間。順序閥302還包含連接到排出室312上的排出口310以及連接到 滑閥304上的順序口314。通過適合的流量限制器或扼流元件316，如銳孔，將排出室壓力調節 至與泵114的排出壓力接近。限制器316典型地位於液壓網108中，在與過 濾器140的壓力口308相同的一側。這避免了可能由過濾器堵塞導致的不適 宜的壓差。然而，限制器316可以位於過濾器140的相反端。可以將排出室 312中的壓力補償至在活塞320的相反端的壓縮氣體318的壓力，所述活塞 320可密封地被安裝在排出室312內。補償排出室在順序閥的操作過程中用 作從順序閥302排出的工作流體的儲存器。使用充入氣體降低排出室的有 效體積模量，然而，可以通過其它機構實現相同的效果。當泵送循環開始並且可膨脹構件80充滿工作流體時，通過穿過流量限 制器316所建立的連通，在排出室312中的壓力緊密地遵循在可膨脹構件80 例如隔膜80內的壓力。當可膨脹構件80接觸周圍的室76的元件時，在可膨 脹構件80內的壓力與工作流體泵114的排出壓力一起以更大的速率增加。 流量限制器316是大小合適的，使得穿過流量限制器316的流動，例如穿過 銳孔的流動不足以在沒有顯著的壓降的情況下遵循更大的增加速率。(參見 在圖22中的圖表說明)。被限制的流動產生在泵114的排出壓力和在排出室 312的壓力之間的壓差。所述壓差作用於順序閥302上而導致順序閥302的 順序控制，使得工作流體的壓力通過順序閥302的順序口314並且通過滑閥 304。壓力輸入信號通過滑閥304到控制閥110的適合的引導口，並且切換 控制閥110以引發其它可膨脹構件例如可膨脹構件82的充填。在可膨脹構件80、 82的充填過程中，允許在排出室312中的增壓流體滲出直至壓力接 近泵排出壓力。在從傳感系統300接收適合的壓力輸入信號時重複切換控 制閥IIO，使得工作流體在可膨脹構件之間來回循環。使用滑閥304控制控制閥110的引導口124或126，所述引導口124或126 暴露於通過順序閥302的增壓工作流體中。這確保正確地切換控制閥110以 允許工作流體在可膨脹構件80和82之間的持續的往復運動。如所說明的，滑閥304與順序閥302串聯連接，並且包含引導口322和 324，所述引導口322和324能夠基於施加到引導口322或引導口324上的壓 力在不同的流動位置之間切換滑閥304。在泵送操作過程中，在其周圍室 內被充滿的可膨脹構件在高的管道系統壓力下，而空的或排空的可膨脹構 件在更低的套管壓力下。滑閥304的每個引導口分別連接到相應的可膨脹 構件上。例如，在說明的實施方案中，以與可膨脹構件82流體連通的形式 連接引導口322，並且以與可膨脹構件80流體連通的形式連接引導口324。 因此，當充滿每一個可膨脹構件時，將滑閥304切換至預定的流體流動構 造。例如，可膨脹構件80的充滿將滑閥304切換至如所說明的一種流體流 動構造，並且可膨脹構件82的充滿將滑閥304切換至第二種流體流動構造。 當發生順序控制活動，即順序閥302的順序控制時，滑閥304的位置確定使 控制閥110的哪個引導口增壓。作為引導口124或引導口126的增壓的結果， 切換控制閥IIO，並且使可膨脹構件80、 82的充填反向。然後這種反嚮導 致滑閥304切換回到其相反的狀態以準備下一次循環。限制器326例如銳孔可以位於引導口322、 324的一個和其相應的可膨 脹構件82、 80之間。備選地，限制器326可以分別串聯位於引導口322和324 與它們的相應的可膨脹構件82和80之間。 一個或多個限制器326將滑閥304 的響應時間延遲至需要的水平。使用某些系統設計，滑閥的動作可以比所 需要的更快，因此可以使用一個或多個限制器326使滑閥的動作變慢。在說明的實施方案中，通過滑閥304和止回閥328將在切換循環中不增 壓的控制閥110的引導口置於與泵114的吸入側228的流體連通之中。例如， 如果使引'導口124增壓以切換控制閥110，那麼引導口126經由滑閥304和止 回閥328與泵吸入側228流體/壓力連通。止回閥328有效地防止引導口，例 如引導口126遭遇在控制閥110的切換過程中可能發生的吸入壓力動力學。可以使用二級順序閥330用於限制可膨脹構件80、 82承受的壓力。通 常將二級順序閥330設定在比一級順序閥302更高的壓差閾值。二級順序閥 330包含進口332，所述進口332經由過濾器140與工作流體泵114的輸出流 體連通或者與泵114的輸出直接流體連通。二級順序閥330還包含與排出室 312流體連通的排出口334以及與工作流體泵114的吸入側228流體連通的 順序口336。如果穿過過濾器140(或者來自泵114，如果與泵114的輸出直接 連接的話)的排出壓力超過通過排出室312施加的壓力，壓力之差大於設定 壓力，則二級順序閥330打開以允許穿過順序口336的流動。因此，在例如 系統啟動中和在可能由於來自系統組件的不適宜的響應而產生的系統異 常中，二級順序閥330保護液壓網108和整個泵送系統。上述實施方案提供了具有獨特、有效和可靠的設計的潛入式泵送系統 的實例，其用於在包括烴基流體的泵送的各種泵送應用中使用。應該指出可以將不同配置和不同類型的組件合併到潛入式泵送系統中。例如，可以 根據據以設計泵送系統的應用的具體類型，將不同類型的可膨脹構件和閥 用於各種泵送系統構造中。因此，儘管只在上面詳細描述了本發明的幾個實施方案，但是本領域 普通技術人員應該容易理解，在本質上不偏離本發明的教導的情況下，許 多修改是可以的。這些修改意在包含於如權利要求書中所限定的本發明範 圍內。
權利要求
1.一種在井眼中泵送流體的系統，所述系統包含具有流體入口和流體出口的泵外殼，所述泵外殼具有一對室；一對可膨脹構件，其中將所述可膨脹構件中的一個配置在所述一對室的每一個室中；工作流體；和液壓控制系統，其控制所述工作流體從一個可膨脹構件到另一個可膨脹構件的往復運動，所產生的所述可膨脹構件的依次收縮和膨脹將井產流體吸入一個室中，同時從另一個室中排出井產流體，所述往復運動是通過控制閥控制的，所述控制閥是通過具有與滑閥串聯連接的順序閥的傳感系統在流動位置之間切換的。
2. 權利要求l所述的系統，其中相對所述工作流體的流動，所述順序 閥位於所述控制閥的上遊。
3. 權利要求l所述的系統，其中每一個可膨脹構件包含隔膜。
4. 權利要求l所述的系統，其中所述控制閥包括兩級滑閥。
5. 權利要求l所述的系統，還包含用以移動所述工作流體的工作流體 泵和二級順序閥，所述二級順序閥具有連接到所述工作流體泵的排出側上 的進口、連接到所述工作流體泵的入口側上的順序口和連接到排出室上的 排出口。
6. 如權利要求l所述的系統，還包含反向保護系統。
7. 如權利要求l所述的系統，其中所述滑閥包含與所述可膨脹構件的 一個流體連通的第一引導口和與所述可膨脹構件的另一個流體連通的第 二引導口。
8. 如權利要求l所述的泵，還包含用以移動所述工作流體的工作流體 泵和二級順序闊，所述二級順序閥具有連接到所述工作流體泵的排出側上 的進口、連接到所述工作流體泵的入口側上的順序口和連接到排出室上的 排出口。
9. 一種移動井產流體的泵，所述泵包含具有井產流體入口和井產流體出口的泵外殼； 在其中具有第一可膨脹構件的第一室；在其中具有第二可膨脹構件的第二室；工作流體，所述工作流體被隔離以在第一可膨脹構件和第二可膨脹構件之間往復運動；和具有控制閥的控制系統，所述控制閥是在允許所述工作流體在第一可 膨脹構件和第二可膨脹構件之間往復運動的位置之間依次切換的，所述控 制閥的順序動作是由位於所述控制閥的上遊的傳感系統控制的。
10. 如權利要求9所述的泵，其中所述傳感系統包含與所述控制閥流體連通的順序閥。
11. 如權利要求10所述的泵，其中所述傳感系統還包含以在所述順序 閥和所述控制閥之間流體連通的形式連接的滑閥，所述滑閥是根據在第一 可膨脹構件和第二可膨脹構件中的壓力在流動位置之間切換的。
12. 如權利要求ll所述的泵，其中所述控制閥是具有連接到所述滑閥 上的引導口的雙位滑閥。
13. 如權利要求12所述的泵，還包含用以移動所述工作流體的工作流 體泵和二級順序閥，所述二級順序閥具有連接到所述工作流體泵的排出側 上的進口、連接到所述工作流體泵的入口側上的順序口和連接到排出室上 的排出口。
14. 如權利要求9所述的泵，其中第一可膨脹構件包含位於第一室中的 第一可膨脹隔膜，並且第二可膨脹構件包含位於第二室中的第二可膨脹隔 膜。
15. 如權利要求9所述的泵，還包含容納於另外的室中的另外的可膨脹 構件。
16. —種在地下位置中泵送井產流體的方法，所述方法包括 將一對可膨脹構件配置在一對泵室內；將井產流體入口和井產流體出口安置成與所述一對泵室的每一個泵 室連通；對於每個泵室，通過使工作流體在所述一對可膨脹構件之間往復運動 使井產流體的吸入和井產流體的排出交替；使用可在流動位置之間切換的控制閥控制工作流體在可膨脹構件之 間的移動；禾口基於來自相對工作流體的流動位於所述控制閥的上遊側的傳感系統的輸入信號，將所述控制閥在流動位置之間i復切換。
17. 如權利要求16所述的方法，其中控制包括使用兩級滑閥形式的所述控制閥控制所述工作流體的移動。
18. 如權利要求17所述的方法，其中重複切換包括從與順序閥協同操 作的第二滑閥提供輸入信號，第二滑閥被切換以將工作流體選擇性引導到 所述兩級滑閥的特定的引導口 。
19. 如權利要求18所述的方法，還包括將流量限制器與所述順序閥串 聯安置以在工作流體壓力因所述可膨脹構件的一個或另一個的充填而增 加時允許所述順序閥的順序控制。
20. 如權利要求19所述的方法，還包括定位第二順序閥以限制所述一 對可膨脹構件所承受的最大壓力。
21. 如權利要求19所述的方法，還包括定位第二滑閥使得第二滑閥的 一對引導口與所述一對可膨脹構件流體連通，從而在每個可膨脹構件的充 填過程中工作流體壓力增加時導致第二滑閥的切換。
22. 如權利要求21所述的方法，還包括將至少一個流量限制器定位在 第二滑閥的至少一個引導口和至少一個可膨脹構件之間。
23. 如權利要求18所述的方法，其中配置包括配置一對隔膜。
全文摘要
本發明提供一種用於在地下井眼中泵送流體的技術。可以將潛入式泵送系統配置在井眼中以移動井眼內的所需要的流體。所述泵送系統通過使工作流體在可膨脹構件之間往復運動供給需要的流體移動以能量。
文檔編號F04D13/06GK101275571SQ200810009948
公開日2008年10月1日 申請日期2008年2月15日 優先權日2007年2月17日
發明者多爾尼亞克·厄賈蘭 申請人:普拉德研究及開發股份有限公司