用於潛液泵系統中的密墊組件的製作方法
2023-05-29 14:57:31 2
專利名稱：用於潛液泵系統中的密墊組件的製作方法
技術領域：
本發明整體涉及用於從井道內提升液體的泵系統，更具體地涉及一種密墊組件，它包括整體連接在潛液泵系統中的密墊芯體及密墊，用於與系統一起移動，以致允許密墊調節到鑽井內的任何位置上。
從採礦井中開採石油或其它有用液體時，已普遍公知在礦井中設置潛液泵系統以提升採集的礦液。開採的礦液經過形成在開採地層附近的鑽井筒內的孔眼進入鑽井。地層中含有的礦液被收集在鑽井中並可被潛液泵系統提升到地面以上的收集點。
在傳統的下吸口式電潛液泵系統中，系統包括多個部件，例如對潛液泵提供動能的電動機。該系統還可包括使電動機與礦井液絕緣的電動機保護器。還可使用電動機連接器來提供電動機與電源之間的連接。這些和另外的部件可組合在整個泵系統中。
通常，潛液泵及泵吸口設在電動機及其保護器的下方。該系統被下放到鑽井筒中，直到它潛到或至少部分地潛到鑽井礦液中。在泵吸口和泵釋放口之間某處，該潛液泵系統必需相對鑽井筒密封，以使得開採的礦液如石油可被泵到在鑽井筒內圍繞潛液泵系統形成的環形空間中。開採的礦液被連續地泵到環形空間中，使得開採的礦液提升到鑽井筒頂部的地面處或地面以上。整個潛液泵系統譬如被纜線或螺線管懸置在鑽井筒中，以便以後該系統能被收回。
現有的下吸口式電潛液泵系統基本上是，被設置在鑽井筒內的預定位置上並且如沒有除簡單提升或移動潛液泵系統外的實質性附加步驟不能改變其位置。例如，在某些應用中，在鑽井中安裝永久性密墊，及將潛液泵系統穿入密墊中。在另一些應用中，將具有座靴的套管在鑽井筒內移動。下吸口式潛液泵系統被連接及密封在座靴上。在這些應用的每種中，泵系統沿鑽井筒移到另一位置需要在與移動潛液泵系統分開的操作步驟上調整另一永久性密墊或移動套管及座靴。此外，潛液泵系統和密墊/座靴的維修需要至少從鑽井中兩次來回，就增加了很多停機時間。
先前，曾經有過將潛液泵系統與整體密墊相組合的企圖。在該設想系統中，密墊要在泵由電動機起動時被靠放在鑽井中。但是，這是有問題的，因為大多數鑽井液泵的應用需要在泵起動前在鑽井筒中安放就位。
使用連接在一系列潛液泵系統部件內的密墊芯體是有利的，它能容納與泵起動無關的密墊類型。
本發明的特徵是一種下吸口式電潛液泵系統。該系統設計用於在鑽井中將鑽井礦液泵到地面位置或地面以上的位置。該系統包括電動機，保護器，泵及密墊組件。密墊組件連接在泵和保護器之間。密墊組件還包括具有凹區域的芯體，該凹區域設計用來接受並保持密墊。因此，當潛液泵系統在鑽井筒中移動時，電動機，保護器，泵及密墊組件作為整體單元在單個步驟中移動。尤其是將密墊設計成可在泵起動前放置在所需位置上。
根據本發明的另一方面，一種密墊組件設計用於插入鑽井泵吸鑽井礦液類型的潛液泵系統。該密墊組件包括可連接在潛液泵系統內的密墊芯體。該密墊芯體包括設有液體入口，液體出口及液體通道的外殼，鑽井礦液通過液體通道從液體入口泵出液體出口。該外殼還包括一個形成凹區域的外表面。密墊被接受及保持在該凹區域上，以使得當密墊芯體在鑽井中移動時，密墊被保持在密墊芯體上。最好，密墊是傳統的設計，例如，可以在鑽井筒內的任何所需位置上調節機械或液壓的輸入。
根據本發明的又一方面，提供了一種用於在鑽井中與密墊組件同時地安裝潛液泵系統的方法。該方法包括組裝至少一個電動機，一個潛液泵，一個密墊芯體及一個密墊作為單個潛液泵系統。將該潛液泵系統插入到一個鑽井中，在啟動泵以前，將密墊調節到鑽井內的所需位置上。該密墊通常被調節成與鑽井側壁相接合。該方法還包括啟動泵，以將鑽井礦液泵到密墊以上的點上。
以下將參照附圖來描述本發明，其中相似的標記表示相似的部件，附圖為
圖1是放置在一個鑽井中的、根據本發明一個優選實施例的潛液泵系統的正視圖；圖2表示根據本發明一個優選實施例的、設在一串潛液泵系統部件內的密墊組件；圖3是總地沿圖2中所示密墊組件的縱軸取得的橫截面圖4是總地沿其縱軸取得的密墊芯體的橫截面圖；圖5表示根據本發明一個優選實施例的連接器的橫截面圖；圖6是總地沿圖5中線6-6取得的橫截面圖；圖7是圖6中所示電纜及螺線管組合的一個替換實施例；圖8是圖6中所示電纜及螺線管組合的一個替換實施例；及圖9是圖6中所示電纜及螺線管組合的一個替換實施例。
總地參照圖1，它表示根據本發明一個優選實施例的底部吸入式電潛液泵系統10。潛液泵系統10可根據具體的應用或使用環境包括各種部件。但通常，系統10至少包括潛液泵12，潛液電動機14，及整體密墊組件16。在潛液泵系統10中設置整體密墊組件16是為了避免需要使用外座靴、移動分開的套筒、使用著陸接管、或在使用潛液泵系統10前先使用分開的密墊。
如圖所示，系統10被設計用在含有所需開採液礦、如石油的地質結構20中的井18內。在一個典型的應用中，鑽出一個鑽井22並嵌入鑽井筒24。然後，將潛液泵系統10設置在鑽井22中所需位置上，以便吸取鑽井液。在該位置上，放置密墊組件16並對著鑽井筒24的內表面26密封。接著可將開採礦液通過由電動機14驅動的泵12從井18中泵吸到密墊組件16以上的地點，並排放到形成在潛液泵系統10及鑽井筒24的內表面26之間的環形空間28中。當鑽井液被連續地泵入密墊組件16以上的環形空間28中時，液位上升到地表面處或它以上的點上，開採液被收集在這裡，以便進一步處理。
如圖所示，潛液泵系統10通常包括附加部件，如止推殼30；泵入口32，通過泵入口鑽井液進入泵12；保護器34，用於使鑽井液與電動機線圈相絕緣；及注射筒36。此外，使用連接器38來連接電動機14與配電系統，例如導管、電纜或螺線管。在該優選實施例中，配電系統是一個螺線管系統40，它使用帶有穿過其中心孔的電纜44的螺線管42，下面將詳細描述。
此外，在潛液泵系統10中可使用各種電動機14及泵12。但是，示範的電動機14是三相感應型電動機，示範的泵是多級離心式泵。另外，可以附加上其它的部件，也可拆下部件，或根據所需的應用重新安排部件的順序。
參照圖2及3，密墊組件16包括排放頭或密墊芯體46及整體安裝在密墊芯體46上的密墊48，後者用於與密墊芯體46一起移動，及當其被配置在鑽井22內的具體位置或從鑽井22中移出該系統時支撐潛液泵系統10。
密墊48僅以簡化的形式表示，因為對於潛液泵系統10可使用各種傳統的密墊。例如，密墊48可為機械裝置密墊，如J閂型密墊，刷帽型密墊，或液壓式密墊。最好，密墊48是液壓式密墊，如可由德州(Texas)、休斯頓市的Camco國際公司得到的Camco HRP-1-SP液壓式密墊。液壓式密墊通常包括具有摩擦塊52的多個滑座50及密封件54。滑座50及摩擦塊52用於壓在筒24的內表面26上，以使密墊組件16保持在鑽井22內的給定位置上。密封件54通常包括彈性件，它擴展並密封在密墊芯體46及筒24之間，以支撐環形空間28中的開採礦液柱。密墊48的具體構造將依賴於應用及潛液泵系統操作者的要求。
最好有一個控制管56，它從地面位置通到密墊組件16，以便當需要時調節密墊48或使密墊與鑽井筒24相接合。在圖示實施例中，控制管56是將液壓流體供給密墊48的液壓管，由此可選擇地提供調節密墊的輸入。
參照圖4，密墊芯體46包括殼58，該殼具有上連接端60及下連接端62。上連接端60例如可連接到保護器34的底部，而下連接端62例如可連接到潛液泵12的上端。因此，密墊芯體46被設置在泵12及電動機14的中間，即電動機14在鑽井22內放置在密墊芯體46的上方，而泵12在鑽井22內放置在密墊芯體46的下方。
殼58包括入口64及具有出口68的排放端66。液體通道70經殼58內部連接入口64及出口68，以使鑽井液流過它。因此，鑽井液在進入環形空間28前，從吸口32泵入，經過潛液泵12的內部及經過液體通道70和出口68。
軸72總地穿過殼58的中心沿縱軸74延伸，以將電動機14的動力提供給泵12。最好，軸72穿過液體通道70的中心延伸。用軸承、最好一對軸承76來保持和支承軸72，使其能在殼58中轉動。
殼58被設計於其上固定密墊48，以使得當將潛液泵系統10放置並在鑽井22內移動時，密墊48作為潛液泵系統10的整體部件被保持。換言之，可在其表面組裝各種部件，包括密墊48，並可使用在鑽井22中的任何所需位置上，而無需在一個預先步驟中首先設置分開的密墊和/或無需使用任何座靴、分開的套筒、或著陸接管，使潛液泵系統10固定在鑽井22的一個具體位置上。此外，因為密墊48受控制管56的獨立控制，故可在任何時間進行調節，而不管泵12是否已起動或已發生任何泵操作。尤其是，這允許在開始任何泵操作前將密墊48調節到鑽井22內的所需位置上。
在該優選實施例中，殼58包括形成一個連接區域、最好為凹區域80的外表面78，以保持密墊48，如圖3中清楚表示的。在該實施例中，凹區域80是由外表面78的上擴展區域82及外表面78的下擴展區域84形成的。密墊48被保持在該凹區域80中，以使它受其約束得與密墊芯體46一起移動並由此與潛液泵系統10一起移動。密墊48譬如可組裝在凹區域80內，或密墊芯體46亦可作成兩個或多個部件以插入到密墊48中，並通過譬如焊接、栓接或其他固定件固定在一起。此外，密墊48可通過附加的固定件、焊接、或鍵槽連接到殼58的另外點上，以阻止-密墊48相對殼58的任何轉動。
參照圖5，它是總地沿連接器組件38的縱軸剖取的連接器組件38的橫截面圖。在該優選實施例中，連接器組件38包括外殼86，它具有內部空心區域88。連接器組件38包括下安裝結構90，藉助它使該組件連接到潛液泵系統10的下一部件、最好是電動機14。下安裝結構90可被設計成利用多個固定件92、如螺栓來連接電動機14及外殼86。
在該圖示實施例中，連接器組件38包括與螺線管42連接的端頭連接器94。在螺線管42的反側，端頭連接器94通過螺扣區域98及密封環100連接到殼連接器96。殼連接器96包括徑向外延緣102，它靠壓在外殼86的頂部。殼連接器96及外殼86通過接頭104保持在一起，該接頭螺接在外殼86的螺扣區域106上並使邊緣102緊靠在殼86的頂部，如圖5中所示。密封件108置於殼連接器96及外殼86之間。
外殼86包括具有沿其上部設置的螺扣區域106的環圈連接器110。環圈連接器110通過多個剪切銷114連接到下殼連接器112上並通過密封環116對其密封。因此，如果潛液泵系統10粘連在鑽井22內時，可將端頭連接器94及環圈連接器110從下殼連接器112上剪切下來。下殼連接器112包括多個「魚齒」118，以便隨後取出潛液泵系統10的剩餘部分，如本領域的普通技術人員所公知的。
外殼86還包括排口120，用於在需要時從內空區域88排放液體。尤其是，排口120從內空區域88穿過外殼86延伸到鑽井22。最好，外殼86還包括一個出口122，它可用來將控制管56從內空區域88引導到潛液泵系統10及鑽井筒24之間的環形空間28。
另外參照圖6，本發明擇優使用螺線管系統40，其中外螺線管42連接到端頭連接器94，以便當放置在鑽井22中時懸吊潛液泵系統10。電纜44穿過螺線管42的縱向內空間124延伸。電纜44延伸到殼連接器96的內部並與一個穿透器126相連接。穿透器126將多個電動機導線128導入外殼86的內空區域88的下部。各根電動機導線，通常為三根電動機導線128從該點出發穿過下安裝結構90，以與電動機14連接並向其供給電力輸入。
在該優選實施例中，電纜44還包括作為整體部件的控制管56。如圖6中最清楚地表示的，控制管56包括具有外壁130的注射管，外壁確定了一個內流體通道132，以便將譬如液壓流體導至密墊48。
在圖5及6所示的實施例中，控制管56通常布置在電纜44內的電動機導線128的中心位置上。然後，液壓控制管經由穿透器126及經出口122導出連接器組件38，如圖5中最清楚地表示的。控制管56從出口122路經電動機14及潛液泵系統10的任何其它部件直到密墊48，在這裡它以傳統方式連接。控制管56可包括多個零件及可由合適固定件134牢固地保持在出口122的位置上。
在該優選實施例中，電纜44包括總地沿其縱軸布置並穿過絕緣芯136的控制管56。三根電動機導線128的每根在徑向上布置在控制管56的外側，並穿過絕緣芯136。每個電動機導線128可屏蔽在外絕緣層138中，後者布置在絕緣芯136中，正如本領域的普通技術人員所理解的。最好，絕緣芯136被防護層140如金屬層包圍，以增加強度並用於保護。
雖然圖6表示本發明的優選實施例，但也可使用各種替換實施例，如圖7-9中所示的。例如，在圖7中，控制管56穿過絕緣芯136，布置在電纜44徑向中心的外側位置上。在圖6或7所示的每個實施例中，控制管56可包括一個注射管，用於將流體、如液壓流體傳送給其他需要單獨輸入及啟動的部件。當控制管56用作注射管時，不一定需要將它用作在該優選實施例中驅動密墊；它也可用來將化學處理劑注入到開採礦液中，用於防腐控制、防氧化、等。
在圖8所示的替換實施例中，具有多個控制管56，用於獨立地沿潛液泵系統10將液壓流體、化學處理劑、或其他流體傳送給各個部件或位置。多個控制管可穿過控制器組件38布置或圍繞控制器組件38沿環形空間28布置。如圖9所示，控制管56也可包括用於將另外類型的輸入傳送到潛液泵系統10的管線。例如，控制管56可包括電導體，例如絞線對142和/或光纜144，用於將輸入傳送到潛液泵系統10中所選的部件，如下孔道傳感器。此外，控制管或多個控制管56可包括控制管線類型的組合，例如液壓流體注射管、電導線或光纜的組合。
應當理解，以上的說明是本發明的優選實施例，本發明並不限制於具體的說明形式。例如，對於具體的下孔道環境的應用可採用各種的密墊及密墊芯體的構型；潛液泵系統可結合各種附加或不同的部件；連接器組件的具體設計可結合不同的部件及構型；及電纜可用各種導電材料構成各種類型以用於下孔道環境中。在不偏離如附設權利要求書所表達的本發明範圍的情況下，在部件的設計及布置方面可作出這樣或那樣的修改。
權利要求
1.一種用於在鑽井中將鑽井礦液泵到地面位置或地面以上的下吸口式電潛液泵系統，包括電動機；保護器；泵；及連接在泵和保護器之間的密墊組件，密墊組件包括具有凹區域的芯體及接受並保持在凹區域中的密墊，以便與電動機，保護器及泵一起移動到鑽井內的所需位置，其中密墊可在泵操作前被設置在所需位置上。
2.根據權利要求1的系統，其中芯體具有穿過其中的液體通道，液體通道包括液體入口及液體出口。
3.根據權利要求2的系統，其中芯體包括穿過其中延伸的軸。
4.根據權利要求3的系統，其中密墊是一種液壓調節的密墊。
5.根據權利要求3的系統，其中密墊是一種機械調節的密墊。
6.一種用於潛液泵系統的密墊組件，該潛液泵系統設計用於插入鑽井，該密墊組件包括可與潛液泵系統連接的密墊芯體，該密墊芯體具有外殼，該外殼設有液體入口，液體出口及連接液體入口和液體出口的液體通道，該外殼還具有一個連接區域；密墊被接受及保持在連接區域上，以使得當密墊芯體在鑽井中移動時，由密墊芯體來保持密墊，其中密墊可與潛液泵系統的任何泵操作無關地被設置在鑽井中。
7.根據權利要求6的密墊組件，其中連接區域是一個凹區域。
8.根據權利要求6或7的密墊組件，其中密墊是一種液壓調節的密墊。
9.根據權利要求6或7的密墊組件，其中密墊是一種機械調節的密墊。
10.根據權利要求6至9中任一項的密墊組件，還包括具有排放端的泵，密墊組件被連接到排放端。
11.根據權利要求8的密墊組件，還包括一個連接到密墊的注射管，該注射管用來傳送調節密墊的流體。
12.根據權利要求6至11中任一項的密墊組件，其中該凹區域延伸在密墊組件的整個外周上。
13.根據權利要求10的密墊組件，還包括連接在實質上穿過外殼延伸的軸上的電動機，密墊芯體布置在泵及電動機之間。
14.用於在鑽井中與密墊組件同時地安裝潛液泵系統的方法，包括組裝至少一個電動機，一個潛液泵，一個密墊芯體及一個密墊作為單個潛液泵系統；將該單個潛液泵系統插入到一個鑽井中；在啟動泵以前，將密墊調節到鑽井內的所需位置上並與鑽井側壁相接合；及啟動泵，將鑽井礦液泵到密墊以上的點上。
15.根據權利要求14的方法，還包括將鑽井礦液泵過密墊芯體內的液體通道。
16.根據權利要求15的方法，還包括將單個潛液泵系統中的密墊芯體及密墊設置在電動機及泵之間的位置上。
全文摘要
一種密墊組件簡化了下吸口式電潛液泵系統10在鑽井內的放置及再定位。該密墊組件6包括密墊芯體,在其上接受密墊及將其保持到位。密墊芯體包括形成內通道的外殼58,經過該通道泵吸鑽井礦液。外殼還包括形成凹區80的外表面,在其中接受及保持密墊。該密墊可為傳統類型的液壓調節或機械調節式密墊。因此,密墊可與泵在鑽井筒內任何位置上的起動無關地被調節。當該潛液泵系統必需取出或維修時,該密墊組件及潛液泵系統的其餘部分作為整體移出。
文檔編號E21B17/02GK1263213SQ99111879
公開日2000年8月16日 申請日期1999年8月3日 優先權日1998年8月3日
發明者W·K·拉塞爾, D·L·菲爾德, K·T·斯卡斯達勒, R·布考特 申請人:坎姆科國際公司