專利名稱：和潛水泵系統(tǒng)結(jié)合的螺旋管系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明一般涉及將液體從井身中提出的潛水泵系統(tǒng)，特別涉及一種螺旋管系統(tǒng)，該系統(tǒng)將向泵系統(tǒng)的電馬達供電的導線和至少一條向本系統(tǒng)提供其他輸入的控制管路結(jié)合成整體。
從生產(chǎn)的井中生產(chǎn)石油和其他有用液體時，一般均知需要一個用于提升井中集積液體的潛水泵系統(tǒng)。產(chǎn)品液體通過靠近開采巖層的井筒上的孔進入井身。巖層中的液體積聚在井身中，然后用潛水泵提長到地球表面上的收集點。
在傳統(tǒng)的底吸潛水電泵系統(tǒng)內(nèi)包括若干元件，例如將能量供給潛水泵的潛水電馬達。該系統(tǒng)還包括馬達保護罩，用于將馬達和井中液體隔離。馬達連結(jié)器也可能用于連結(jié)電馬達和電源。各種各樣的元件均可結(jié)合在一個總的潛水泵系統(tǒng)中。
傳統(tǒng)的潛水泵系統(tǒng)用支承管或纜繩懸于井身內(nèi)，用綁扎在纜繩或支承管上的輸電線向潛水馬達供電。綁孔之所以必要，是因為否則輸電線未被支承之重量可能損壞或扯斷輸電線。螺旋管亦用于將潛水電泵系統(tǒng)安裝入井內(nèi)。螺旋管提供一個用于安裝和回收泵系統(tǒng)的相對快捷而連續(xù)的方法。有了芯管后，輸電線或綁在管外或安置在由螺旋管形成的空心內(nèi)腔中。
現(xiàn)有的輸電線可能包括用于向馬達供電的導線，典型的是三根導線。向潛水電泵系統(tǒng)提供任何輸入必須采用單獨的管路，典型做法是綁扎在管子、支承纜繩或螺旋管的外邊。這樣當然使附加的輸入管路或控制管路由于其位于潛水泵系統(tǒng)和系統(tǒng)支承(即螺旋管)之外而容易受損。因此，如果將螺旋管和內(nèi)部的輸電線及附加控制管路結(jié)合一起或?qū)⒖刂乒苈分糜诼菪艿目招膬?nèi)腔內(nèi)，便顯得有利?？刂乒苈房捎糜谔峁┮簤阂后w以便控制如液壓驅(qū)動的整體封嚴器一類的裝置。控制管路亦可用于向產(chǎn)品液體添加如防蝕劑或阻垢劑一類的化學處理劑，或向潛水泵系統(tǒng)內(nèi)的附屬裝置或傳感器提供電輸入或光輸入。
本發(fā)明的特點在于將螺旋管系統(tǒng)用于配置潛水泵系統(tǒng)。潛水泵系統(tǒng)包括位于有產(chǎn)品液體的鉆井內(nèi)的一個馬達和一個泵。該系統(tǒng)還包含一個具有縱向空心內(nèi)腔的外部螺旋管。輸電線位于縱向空心內(nèi)腔中且有多根導線。導線位于一條絕緣芯線內(nèi)，外面纏上護面層。多根輸電線向潛水馬達提供電力。此外，外面的護面層內(nèi)還有沿導線長度走向的控制管路，用于向潛水泵提供需要的控制輸入。
按照本發(fā)明的另一特點，潛水泵系統(tǒng)設計成配置在鉆井內(nèi)的螺旋管。潛水泵系統(tǒng)包含一個連接器組件，一個潛水馬達和一個潛水泵。連接器組件、潛水馬達和潛水泵結(jié)合成配置在鉆井內(nèi)的潛水泵系統(tǒng)。泵系統(tǒng)也包括一個位于連接器組件和貼近鉆井表面出口位置之間的螺旋管系統(tǒng)。螺旋管系統(tǒng)大體具有形成空心內(nèi)腔的外部螺旋管。多根導線通過內(nèi)腔進入連接潛水馬達的連接器組件。此外，一個管子元件通過空心內(nèi)腔將需要的液體提供給潛水泵系統(tǒng)。
按照本發(fā)明的另一特點，提供了一個將各種輸入傳送給至少有一個連接器組件、一個潛水馬達和一個潛水泵的潛水泵系統(tǒng)的方法。此法包括將螺旋管和潛水泵系統(tǒng)的連接器組件連接，并且通過螺旋管將泵系統(tǒng)懸于井身內(nèi)。此法還包括將有多根導線和輸電線配置于螺旋管內(nèi)部空心區(qū)，并將多根導線和潛水馬達連接起來。此法還包括通過螺旋管內(nèi)部空心區(qū)配置獨立于多根導線之外的控制管路。
參考附圖在下文中說明本發(fā)明，圖中相同的標號表示相同的元件。


圖1為按照本發(fā)明一個優(yōu)先實施例配置于井身內(nèi)的潛水泵系統(tǒng)的正視圖；圖2為按照本發(fā)明一個優(yōu)先實施例配置在一連串潛水泵系統(tǒng)部件之中的封嚴器組件；圖3為大體沿圖2所示封嚴器組件縱軸線所取的截面圖；圖4為大體沿封嚴器芯的縱軸線所取的截面圖；圖5是按照本發(fā)明優(yōu)先實施例的連接器截面圖；圖6為大體沿圖5中b-b線所取的截面圖；圖7為圖6所示輸電線和螺旋管結(jié)合的另一實施例；圖8為圖6所示輸電線和螺旋管結(jié)合的另一實施例；圖9為圖6所示輸電線和螺旋管結(jié)合的另一實施例。
總的參考圖1，它大體表示本發(fā)明一個優(yōu)先實施例的底吸潛水電泵系統(tǒng)10。潛水泵系統(tǒng)10根據(jù)各自的用途和環(huán)境可能包含不同的元件?？墒窍到y(tǒng)10通常包括至少一個潛水泵12、潛水馬達14和一個整體封嚴器組件16。潛水泵系統(tǒng)10中有了整體封嚴器組件16后，便可在配置潛水泵系統(tǒng)10前，不再需要使用外墊座、布置一條套管、使用管接頭(landing nipple)或配置獨立的封嚴器。
如圖所示，系統(tǒng)10是為配置在位于有需要產(chǎn)品液體(如石油)的地理構(gòu)造20中的井18內(nèi)設計的。在典型用途中，鉆一口井22并用井壁管24襯里。潛水泵系統(tǒng)10便配置在鉆井22中汲取井中液體所要求的位置上。封嚴器組件16即置于此位置上，并將井壁管24的內(nèi)表面26密封。產(chǎn)品液體就可以被由馬達14驅(qū)動的泵12從井18泵送至封嚴器組件16上面的地點，并排放到由潛水泵系統(tǒng)10和井壁管24的內(nèi)表面26構(gòu)成的環(huán)狀空間28內(nèi)。由于鉆井內(nèi)的液體不斷地被泵送到封嚴器組件16上方的環(huán)狀空間28中，液體平面便上升到和地面齊平或高出地面的地點，液體便在此處加以收集并進一步加工。
如圖所示，典型的潛水泵系統(tǒng)10包含附屬的元件，諸如推力管30、吸入泵32(通過它將鉆井內(nèi)液體吸入泵12內(nèi))、保護裝置34(用于隔離井內(nèi)液體和馬達油)和噴射管路36。此外，用一個連接器38通過配置系統(tǒng)(諸如管、纜或螺旋管)和馬達14連接。在優(yōu)先實施例中，配置系統(tǒng)為一利用螺旋管42的螺旋管系統(tǒng)40，該螺旋管42有如下文詳細介紹的通過其空心中央的輸電線44。
此外，在潛水泵系統(tǒng)10里可以使用多種多樣的馬達14和泵12。典型的馬達14是三相感應電動機，典型的泵是多級離心泵。其次，可以增加附屬元件，亦可去掉某些元件，或者將元件的次序重新安排。
參看圖2和圖3，封嚴器組件16包括一個排放頭或封嚴器芯軸46以及成為一個整體安裝在封嚴器芯軸46上的封嚴器48，當封嚴器48被安置在鉆井22內(nèi)的特定位置上或從鉆井22中取走它時，封嚴器芯軸46和封嚴器48同時運動。
封嚴器48以簡化形式表示，因為有多種多樣傳統(tǒng)的封嚴器適于和這種潛水泵系統(tǒng)10配合使用。例如，封嚴器48可為機械調(diào)節(jié)的(如丁掣爪式封嚴器，Swab杯式封嚴器)或為液壓的。封嚴器48最好是液壓的(如德克薩斯州體斯頓市Camco International Inc.生產(chǎn)的現(xiàn)貨CamcoHRP-1-SP液壓調(diào)節(jié)封嚴器)。液壓調(diào)節(jié)封嚴器一般包括不止一個帶有摩擦件52的滑塊50和一個密封件54。滑塊50和摩擦件52緊靠在管24的內(nèi)表面26上，以便將封嚴器組件16保持在鉆井22內(nèi)的一個特定位置上。典型的密封件54包括一個彈性體，它在封嚴器芯軸46和管24之間展開，起密封作用，以便維持環(huán)狀空間28內(nèi)的產(chǎn)品液柱。封嚴器48的獨特形狀取決于用途和潛水泵系統(tǒng)操作者的愿望。
最好有一條控制管路56從地面上的位置通到封嚴器組件16上，需要時使封嚴器48靠在井壁管24上或和其咬合。在圖示實施例中，控制管路為液壓管路，它向封嚴器48提供液壓液體，從而提供輸入，以便有選擇地調(diào)節(jié)封嚴器。
參看圖4，封嚴器芯軸46有一外殼58，外殼58有一上連接器頭60和下連接器頭62。上連接器頭60譬如和保護裝置34的下部連接，同時下連接頭62譬如和潛水泵的上部連接。這樣，封嚴器芯軸46位于泵12和馬達14的中間，而馬達14位于鉆井22內(nèi)的封嚴器芯軸46之上方，泵12則位于鉆井22內(nèi)的封嚴器芯軸46之下方。
外殼58包括進口64和有一出口68的排液端頭66。一條流路70通過外殼58內(nèi)腔連結(jié)進口64和出口68，使鉆井的液體得以從此處流過。這樣，鉆井內(nèi)的液體從進口32吸入，泵過潛水泵12的內(nèi)部，經(jīng)過流路70，再通過出口68進入環(huán)狀空間28。
軸72大致位于外殼58中心，沿縱軸線74走向，將馬達14的動力供給泵12。軸72最好通過流路70的中心。有軸承(最好一對軸承76)穩(wěn)住和支持軸72在外殼58內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
此外，外殼58的設計是為了固定封嚴器48，使封嚴器48得以作為潛水泵系統(tǒng)10的一個整體元件配置在鉆井22中運動。易言之，各種元件(包括封嚴器48)可以先在地面上組裝好，然后配置在鉆井內(nèi)的任何需要位置上，從而無需在初步階段先將分散的封嚴器置入，然后利用墊座、隔離套管或管接頭將潛水泵系統(tǒng)10固定在鉆井22內(nèi)的一個特定位置上。此外，由于封嚴器48是通過控制管路56獨立控制的，故可在任何時候調(diào)整，不管泵12是否已起動或正在進行任何工作。準確地說，這使封嚴器48得以在泵開始進行任何工作前，便可在鉆井22內(nèi)的需要位置上進行調(diào)節(jié)。
在優(yōu)先實施例中，外殼58有一外表面78，形成一個連結(jié)區(qū)(最好是個凹入的區(qū)域80)，用以支持封嚴器48，圖3最好不過地表示了這情況。在此實施例中，凹入?yún)^(qū)由外表面78的上擴展區(qū)82和外表面78的下擴展區(qū)84構(gòu)成。封嚴器48被保持在此凹入?yún)^(qū)80內(nèi)，使其和封嚴器芯軸46-從而潛水泵系統(tǒng)10的運動受到限制。封嚴器48例如可以在凹入?yún)^(qū)80內(nèi)裝配，或者封嚴器芯軸46有可能由兩個或兩個以上塞入封嚴器48，并用例如焊接、螺栓或其他緊固件固定在一起的元件構(gòu)成。此外，封嚴器48可以用附加緊固件、焊接或花鍵裝在外殼58的其他部位上，以免封嚴器48相對于外殼58發(fā)生任何轉(zhuǎn)動。
參看圖5，這是大致沿連接器裝配件38的縱軸線取下的連接器裝配件斷面圖。在本優(yōu)先實施例中，連接器裝配件包含一個具有內(nèi)部空腔88的殼體86。連接器裝配件38還包含一個下安裝架90，通過它和潛水泵系統(tǒng)10的下一次序的元件(馬達14優(yōu)先)連接。下安裝架90的設計可用于通過多個緊固件92(如螺栓)和馬達14及殼體86連接。
在圖示實施例中，連接器裝配件38包括和螺旋管42連接的帽式連接器94。在螺旋管42的對面，帽式連接器94通過螺紋區(qū)98和密封圈100同套式連接器96連接。套式連接器96有一個徑向外伸的凸緣102，用以緊靠在殼體86的頂部上。套式連接器96和殼體86用一管接頭104連接。管接頭104在螺紋區(qū)106和殼體86的螺紋嚙合，將凸緣緊緊拉住靠在殼體86的頂面上(如圖5所示)。在套式連接器96和殼體86之間有一密封件108。
殼體86還有一個環(huán)狀連接器110，其上部有螺紋區(qū)106。環(huán)狀連接器110通過數(shù)個剪切銷114和下套式連接器112連接，并用一密封圈116密封。當潛水泵系統(tǒng)10在鉆井22內(nèi)卡住時，帽式連接器94和環(huán)狀連接器110便能從下套式連接器112上因產(chǎn)生剪切而分離。下套式連接器112上有多個魚鱗齒(fishing teeth)118，用于隨后回收潛水泵系統(tǒng)10的殘余物，這是本領域內(nèi)的普通技術(shù)人員所熟悉的。
殼體86還包含一個排液口120，用于必要時將液體從內(nèi)部空腔88排出。精確地說，排液口120從內(nèi)部空腔88經(jīng)過殼體86通至鉆井22。殼體86最好還包括一個出口122，用于將控制管路56從內(nèi)部空腔88引至潛水泵系統(tǒng)10和井壁管24之間的環(huán)狀空間28。
另外再參看圖6，本發(fā)明優(yōu)先使用的螺旋管系統(tǒng)40，其中外螺旋管42和帽式連接器94連結(jié)，用于將潛水泵系統(tǒng)10懸置于鉆井22內(nèi)。輸電線44通過螺旋管42的縱向空心內(nèi)腔124。輸電線44通過套式連接器96的內(nèi)部并和貫通軸126連接。貫通軸126將幾根馬達導線128引到殼體86的內(nèi)部空腔88的底部。從此處出發(fā)，各馬達導線(典型情況是三根馬達導線128)通過下安裝架90和馬達14連接，向其提供適當?shù)妮斎搿?br> 在優(yōu)先實施例中，輸電線44作為一個整體也包括控制管路56。如圖6所示，控制管路56可以包含一根噴射管，該噴射管的外壁130規(guī)定了一條內(nèi)部的液體流路132，用于譬如將液壓液體傳輸給封嚴器48。
在圖5和圖6所示優(yōu)先實施例中，控制管路56一般位于輸電線44內(nèi)馬達導線128之間的中心。此時液壓管路途徑貫通軸126，通過出口122離開連接器裝配件38(圖5最好不過地表示此情況)?？刂乒苈冯x開出口122后，沿著馬達14和潛水泵系統(tǒng)10的任何其他元件前進，直至封嚴器48，于此它以普通方式進行連接?？刂乒苈?6可能包括多個元件，亦可用合適的緊固件134固定在出口122上。
在優(yōu)先實施例中，輸電線44包含的控制管路56一般沿輸電線的縱軸線配置，且通過一個絕緣芯線136。三根馬達導線128中，每一根的位置都是以控制管路為圓心向外輻射，并且通過絕緣芯線136。馬達導線128的每一根都可由本領域的普通技術(shù)人員以熟悉的方式由通過絕緣芯線136的外絕緣層138予以保護。絕緣芯線136最好圍以護面層140(例如金屬層)，目的在于增加強度和保護。
雖然圖6表示一個優(yōu)先實施例，但有各種各樣的替代實施例可以采用(如圖7-9所示)。例如在圖7中，控制管路56在絕緣線芯136中的位置是在輸電線44中心向外輻射的半徑方向上。在圖6或圖7所示實施例中，控制管路56可能是一條輸送液體(例如液壓液體)的噴射管，它通往封嚴器48或其他需要單獨輸入和驅(qū)動的元件。當控制管路56用作噴射管路時，就不一定需要用它給優(yōu)先實施例的封嚴器48提供動力，它亦可用于向產(chǎn)品液體中噴射化學處理劑以便防蝕和阻垢等。
在圖8所示另一實施例中，有多條控制管路56用于將液壓液體、化學處理劑或其他液體分別輸送到各種元件或沿潛水泵系統(tǒng)10的位置上。這種多控制管路有可能通過連接器組裝件38或沿環(huán)狀空間28圍繞連接器38敷設。如圖9所示，控制管路56亦可包含用于向潛水泵系統(tǒng)10輸送其他型式輸入的管路。例如控制管路56可能包含一根導電線(如扭絞二線電纜142和(或)光纜144)，用于將輸入有選擇地輸送給潛水泵系統(tǒng)10的元件(如井下傳感器)。此外，控制管路或線路56還可能包括各種型式控制管路的混合，即液壓液體噴射管，導電線或光導纖維。
如所周知，上述介紹系就本發(fā)明的優(yōu)先實施例，但本發(fā)明并不局限于所示的具體形式。例如各種封嚴器和封嚴器芯軸的形式可按具體的井下環(huán)境條件下的用途而設計，潛水泵系統(tǒng)可能包含各種附加的或不同的元件，連接器組件的具體設計可能包含不同的元件和形狀以及輸電線可能按井下環(huán)境的用途用各種合適材料設計成各種形狀。在設計和布置元件時，可以有各種各樣的變型，但不脫離權(quán)利要求書中列舉的本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種在鉆井中用于配置包含一個馬達和一個泵的潛水泵系統(tǒng)的螺旋管系統(tǒng)，它包含一個具有縱向內(nèi)空腔的外螺旋管；一根配置在縱向內(nèi)空腔中的輸電線，輸電線包含多根配置在一絕緣芯線內(nèi)的導線和一層配置在絕緣芯線周圍的外部護面層，多根導線用于向馬達提供電力；一條配置在外部護面層中的控制管路。
2.按權(quán)利要求1所述的螺旋管系統(tǒng)，其特征在于控制管路包含一條輸送控制液體的內(nèi)通道。
3.按權(quán)利要求1所述的螺旋管系統(tǒng)，其特征在于控制管路包含一根導電線。
4.按權(quán)利要求1所述的螺旋管系統(tǒng)，其特征在于控制管路包含一根光導纖維。
5.按權(quán)利要求1所述的螺旋管系統(tǒng)，其特征在于，它還包含一個和外部螺旋管終端連接的連接器裝配件，該連接器裝配件包括一個連接器殼體以及多根導線和控制管路在其內(nèi)延伸的內(nèi)部通道。
6.按權(quán)利要求5所述的螺旋管系統(tǒng)，其特征在于，連接器裝配件包含一個控制管路經(jīng)此通往連接器殼體外的出口。
7.按權(quán)利要求6所述的螺旋管系統(tǒng)，其特征在于，控制管路包含一條輸送控制液體的內(nèi)通道。
8.按權(quán)利要求7所述的螺旋管系統(tǒng)，其特征在于，控制液體是一種液壓液體。
9.按權(quán)利要求5所述的螺旋管系統(tǒng)，其特征在于，該連接器裝配件包含由一剪切機構(gòu)互相連接起來的一上連接器和一下連接器，從而使上連接器可從下連接器上被剪切。
10.按權(quán)利要求5所述的螺旋管系統(tǒng)，其特征在于它還包括一臺連接器裝配件裝于其上的潛水馬達，其中多根導線和潛水馬達連接，向潛水馬達供給電力。
11.由螺旋管配置在鉆井內(nèi)的潛水泵系統(tǒng)，包括一個連接器裝配件；一臺潛水馬達；一臺潛水泵，其中連接器裝配件、潛水馬達和潛水泵聯(lián)合構(gòu)成一個配置在鉆井內(nèi)的潛水泵系統(tǒng)；以及一個在連接器裝配件和靠近鉆井地面出口之間延伸的螺旋管系統(tǒng)，該螺旋管系統(tǒng)具有一根形成大致空心內(nèi)腔的外部螺旋管，多根通過該空心內(nèi)腔進入連接器裝配件以便和潛水馬達連接的導線，和一個通過該空心內(nèi)腔向潛水泵系統(tǒng)提供所需要的液體的管狀件。
12.按權(quán)利要求11所述的潛水泵系統(tǒng)，其特征在于，該管狀件包含一條液壓控制管路。
13.按權(quán)利要求11所述的潛水泵系統(tǒng)，其特征在于，該多根導線和管狀件均保持在一根絕緣芯線內(nèi)。
14.按權(quán)利要求13所述的潛水泵系統(tǒng)，其特征在于，該絕緣芯線周圍有一層外護面層。
15.按權(quán)利要求14所述的潛水泵系統(tǒng)，其特征在于，該多根導線包含三根導線，其中該管狀件大致沿絕緣芯線的軸向中心線延伸，該三根導線在從管狀件徑向向外位置處通過該絕緣線芯。
16.向具有至少一個連接器組裝件、一個潛水馬達和一個潛水泵的潛水泵系統(tǒng)傳遞各種輸入的方法包括將螺旋管和潛水泵系統(tǒng)的連接器組裝件連接起來；將潛水泵系統(tǒng)用螺旋管懸置于鉆井內(nèi)；將有多根導線的輸電線配置在螺旋管的內(nèi)空心區(qū)域中；將多根導線和潛水馬達連接；以及配置在獨立于多根導線之外的一控制管路，使其經(jīng)過螺旋管的內(nèi)空心區(qū)域。
17.按權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包含在絕緣線芯內(nèi)的多根導線和控制管路。
18.按權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包含絕緣線芯周圍有一層外護面層。
19.按權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，配置控制管路的步驟包括配置用于輸送控制液體的液體控制管路。
20.按權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，還包括將液體控制管路引入該連接器裝配件的一個內(nèi)區(qū)再經(jīng)一出口自該連接器裝配件出來。
全文摘要
一個螺旋管系統(tǒng)在鉆井18內(nèi)配置一個潛水電泵系統(tǒng)10。螺旋管系統(tǒng)包括一根內(nèi)部的輸電線向潛水馬達14提供電力。此外,一條控制管路(例如液壓管路56)配置在螺旋管42的空心內(nèi)腔向潛水泵系統(tǒng)提供輸入?？刂乒苈纷詈猛緩脚渲迷诼菪?2和潛水馬達14之間的連接器單元58,60和62。
文檔編號E21B43/12GK1244633SQ99111878
公開日2000年2月16日 申請日期1999年8月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月3日
發(fā)明者L·S·科拜林斯基, K·T·斯卡斯達勒 申請人:坎姆科國際公司