CN102317571B

CN102317571B - 泵

Info

Publication number: CN102317571B
Application number: CN201080007281.3A
Authority: CN
Inventors: M.J.丹尼
Original assignee: BP Exploration Operating Co Ltd
Current assignee: BP Exploration Operating Co Ltd
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2030-01-21
Also published as: US20120018168A1; EP2216501A1; AU2010212637A1; US8985975B2; KR20110116042A; EP2396507B1; EA019442B1; CN102317571A; EP2396507A1; AU2010212637B2; KR101706080B1; WO2010092320A1; CA2751727A1; EA201101181A1; BRPI1008336A2; CA2751727C; AU2010212637A2

Abstract

一种多级泵（4），包括：多个部件（50，60，70，80，90，100，110），其包括多个预装配泵模块（70，90，110），预装配泵模块包括至少一个双螺杆泵模块（1，2），其特征在于，多级泵（4）还包括用于容纳所述部件（50，60，70，80，90，100，110）的细长套筒（41）；以及可以与细长套筒（41）的一部分附接或接合的固定装置（42a，42b），固定装置（42a，42b）可以操作以将所述部件（50，60，70，80，90，100，110）牢固地保持在套筒（41）内。

Description

泵

本发明涉及用于提升流体的泵，特别是用于包括液体相和气体相的多相流体。本发明尤其涉及用于碳氢化合物井中的井下作业用途的诸如电动潜水泵的泵。

在油气工业中，通常必须部署和操作在井下作业的泵以便帮助从井中的碳氢化合物生产。

来自这种井的碳氢化合物通常会是以多相流体的形式生产的，例如，包括一种或以上的液体，如水和/或原油，以及一种或以上的气体，如天然气的流体。

因而，优选地要被用来井下作业的泵应该能够：（ⅰ）可靠地处理多相流体；（ⅱ）产生足够的压力以将流体从深处含碳氢化合物的地层提升到地表面；以及（ⅲ）经受苛刻的井下作业环境并且在该环境中可靠地操作。

为了产生足够的压力以将流体从深处含碳氢化合物的地层提升到地表面，已知的是使用多级泵，即包含多个泵级或模块的泵组件或多个泵，这其中，通常地，第一泵级排入第二泵级的入口，其进而排入第三泵级，以此类推。

如果单个泵级能够以给定流速，比如说y升/小时，产生给定差压，比如说x psi，那么可以构造具有串联布置的两个泵级的泵，其能够以y升/小时的流速产生2x psi的差压。如果两个泵级并列布置，那么该泵将能够以2y升/小时的流速产生x psi的压差。

油井电动潜水泵使用这个原理产生极高差压，例如2000-3000 psi（13.8-20.7MPa），是已知的。这种泵可以包括串联布置的100或以上个泵级。

使用多级离心泵将流体从深处的含碳氢化合物的地层提升到地表面是已知的。离心泵的工作方式是通过重复地加速和减速流体来向被泵送的流体添加逐步的压力增加。当被用来泵送包含液体和气体的混合相流体时，作为液体与气体之间的密度明显差异的结果，液体在离心泵的第一级中被优先加速。由于流体中自由气体的比例增加，所以气体趋于累积在泵叶轮的毂中，从而导致泵失去原动力，称为“气锁”的情况。因而，离心泵不能完全适于使用在泵送混合相流体中。

其他已知泵类型包括柱塞型正排量泵和腔式泵。

柱塞型泵相似地受到包含在被泵送的流体中的自由气体的影响。在这种情况下，气体和液体会在泵筒内分离，这会导致当柱塞下降并且接触液体表面时的冲击载荷，称为“液面撞击”的情况。

腔式泵通常的工作方式是旋转在弹性体定子中的金属螺旋形转子，转子的动作导致分离的容积腔从泵入口前进到排出口。虽然这种泵的操作模式使它适于泵送液体和气体，但实际上气体趋于扩散到弹性体定子的基体中，从而导致它膨胀和变软。结果，转子可能由于降低的运行容差和增加的摩擦而趋于撕裂定子和/或过热。

已知双螺杆正排量泵可以可靠地被用来生产多相流体。构造双螺杆泵和这种泵的重要元件的方法对于本领域的技术人员来说是已知的。

通常，双螺杆泵可以包括单个对的互相啮合的转子，从而具有相对手旋的螺杆螺纹，并且在使用中转子沿着相对方向旋转。当流体被泵送通过该泵时该对转子所产生的推力可以由合适的止推轴承来承受。可替代地或附加地，双螺杆泵可以是推力平衡的，即它包括相对的两对互相啮合的转子，从而由一对转子产生的推力由相对的转子对的相等且相反的推力来平衡。

无论泵的构造如何，每对转子的螺杆必须被同步地旋转，通常通过使一个转子的轴通过齿轮连接到另一个转子的平行轴，以便互相啮合转子的面保持紧密间隙但不会撞击。通常，会需要一些轴向的轴调节部件来简化转子螺纹的起始部相对于彼此的对齐。

相对简单的螺杆机构已经被使用来调节在被计划使用在地面上的双螺杆泵中的轴对齐。然而，这种机构完全不适于井下作业泵或海底泵，因为这些泵通常极其难以接近以进行维护。因此，更优选的是当装配泵时，对齐和固定用于井下作业用途的双螺杆泵的转子和轴，以便在泵的服务寿命期间将不需要进一步的调节。

过去，已经生产的大多数双螺杆泵仅具有少量（通常仅一个）泵级；因此，它们总体上通常不能产生极高的差压，该压差对于提升在碳氢化合物井中的流体是必须的。

在更近的时间中，已经开发出一些多级双螺杆泵。

US5,779,451公开了一种泵，其包括具有内部转子罩的壳体，该罩具有入口和出口以及可操作地容纳在该罩中的多个转子。每个转子具有轴和附接到其上的多个向外延伸的螺纹，转子被成形为沿着每个转子的长度提供非一致的体积输送速率。在一个实施例中，转子具有通过无螺纹的非泵送腔分隔的多个带螺纹的泵送级。虽然是多级泵，但是壳体设计排除了它被用于井内水下。

US6,413,065 B1公开了一种模块化多级双螺杆泵以及一种构造该泵的方法。这些级可以选择性地并联或串联、或以串联并联的任意组合方式连接，以产生泵压力和流速的期望组合。公开在US5,779,451和US6,413,065 B1中的泵是推力平衡的。

虽然适于使用在井中，但是公开在US6,413,065 B1中的泵的每个单独模块相当复杂，这是因为它实际上包含两个轴、相对的两对缠绕在一起的且反向旋转的转子、入口和排出口增压室以及使各个泵级能够以串联或并联方式液压地连接在一起所需要的各种不同的流体通道。

并且，根据US6,413,065 B1的泵将极其难以快速构造和/或大批地构造，尤其是因为在建造组件时必须要精确对齐的大量的分离部件，特别是缠绕在一起的且反向旋转的转子对，这些转子对必须被轴向地固定到共同的轴以既控制转子端部浮动（防止在操作中的螺杆撞击）又传递转子推力到共同轴以平衡相反的转子推力。为了装配这种泵，轴首先必须穿过中心支撑（滚针滚子）轴承以及相对的转子，转子被用销、花键或其它方式可旋转地固定在共同轴上以将驱动从轴传递到转子。转子必须既轴向地又旋转地固定到轴上的事实意味着必须精确地控制制造公差或者在装配泵时必须使用复杂的垫片填充程序以确保转子被精确对齐。

并且，除了旋转部分，每个模块包含入口和排出口通道，这要求泵具有多个不同剖面轮廓、进一步增加了制造复杂性。此外，每个装配后的模块用贯穿螺栓固定，该螺栓使得在相邻模块之间的分隔壁成为必须，以提供接触路径来将它们拧上。

这种泵较慢和复杂的制造和装配意味着它不能容易地以足够大的数量来生产以用于大规模商业项目。

WO 03/029610公开了另一种用于使用在井中的多相双螺杆泵，以及一种调节用于使用在井中的多相双螺杆泵的方法。该泵包括具有入口端和出口端以及在入口端和出口端之间延伸的流体流动通道的壳体。双泵送螺杆设置在流体流动通道中。辅助液体通路延伸通过壳体并与双泵送螺杆流体连通，并且提供与流体流动通道连通的集液器。这样，通过泵送螺杆而沿着流体流动通道移动的液体可以被捕获并且被通过辅助液体通路供应并且返回到流体流动通道以加强在泵送螺杆周围的液体密封。

然而，在WO 03/029610中教导的泵组件遇到上述讨论的许多问题。尤其是，泵的装配是非常耗时间的。这些部件必须被按顺序装配，每个被相对于相邻部件精确对齐。这样不仅限制了这种泵的大规模生产也使泵的“现场”维护极其复杂并且耗时，如果泵出现操作问题的话。

WO 95/30090公开了一种用于从地壳向上泵送液体的装置，包括：下降进入地面的螺杆泵，其具有第一螺杆构件和反螺杆构件，设置在地表上或靠近地表的驱动部件，其用于驱动螺杆构件，其进而驱动反螺杆构件；以及传输部件，其用于传输由驱动部件产生的驱动力，该传输部件从在地表上或靠近地表的驱动部件延伸到下降的螺杆泵。

其他泵组件公开在RU 550501U1、WO 99/27256、GB 2152587、GB2376250和EP 0464340中，但这些没有一个解决了上面提及的问题。

因此，本发明的一个非限制性目的是提供一种改进的多级泵，其尤其可以比已知的多级泵更快地和更简单地装配和/或更可靠和/或适用的。

本发明的另一个非限制性目的是提供一种装配多级泵的改进方法，该方法可以比已知方法更快和/或可以能够扩大规模以用于大量制造。

根据本发明的第一方面，提供了一种多级泵，包括：

多个部件，包括多个预装配的泵模块，预装配的泵模块包括至少一个双螺杆泵模块；

其特征在于，多级泵还包括用于容纳所述部件的细长套筒；以及可以与细长套筒的一部分附接或接合的固定装置，固定装置可以操作以将所述部件固定地保持在套筒内。

通过预装配，它意味着例如泵模块的部件已经被独立地制造为整装的单元，以便它可以快捷地和容易地被结合进更复杂的系统或设备中，例如模块化多级泵。

优选地，一个或多个的双螺杆泵模块可以包括一对互相啮合转子，其中一个转子比另一个转子短。

优选地，该或每个预装配的双螺杆泵模块可以包括壳体、驱动轴、副轴以及止推轴承，其中所述壳体包括主体，主体具有从其穿过的通道，驱动轴和副轴基本上互相平行地在通道内延伸，并且每一个在它们的位于通道内的长度上携带螺杆螺纹或转子，驱动轴在它端部的至少一个处被改装以用于附接到另一个部件，并且其中止推轴承至少部分地位于壳体中，位于转子上面或下面。

除了泵模块，该泵可还包括一个或多个的隔离单元。该或每个隔离单元可以是分离的部件或模块。可替代地，该或每个隔离单元可以是与预装配泵模块集成为一体的。

所述多个部件可以还包括驱动联接器组件。

优选地，隔离单元可以设置在第一泵模块与第二泵模块之间。有利地，隔离单元可以包括轴连接装置，用于将第一泵模块的一个或该驱动轴与第二泵模块的一个或该驱动轴连接或联接。例如，所述轴连接装置可以包括联接套筒。

可替代地或附加地，可以改装泵模块的一个或该驱动轴和/或驱动联接器组件以便它们可以直接地互相匹配，例如由于在驱动轴端部处提供可共用的阳和阴花键连接部。

该或一个驱动联接器组件可以包括适于联接两个平行但错位的轴的装置。合适的装置在现有技术中是已知的，并且可以包括下面的任意一个：平行曲柄驱动联接器、十字滑块联接器、直接啮合齿轮、具有中间驱动轴的双十字形联接器、具有中间驱动轴的双恒速（CV）接头、以及具有中间驱动轴的双齿轮联接器。

可替代地，驱动联接器组件可以适于联接互相共轴的一对轴。尤其是，这个布置在较大泵中，即较大直径和体积容量的泵，例如海底泵和管道增压泵中，可以是优选的。

优选地，所述部件可以串联地设置在套筒内以形成堆叠。所述堆叠可以包括一系列部件，其中隔离单元插入在一对泵模块之间。

在优选实施例中，在所述堆叠中最上面的部件可以是一个或该驱动联接器组件。可替代地，一个或该驱动联接器组件可以是在所述堆叠中最下面的部件。

所述固定装置可以包括用于施加压缩预载荷，优选地沿着长度方向到所述堆叠的装置。

例如，所述固定装置可以包括带螺纹的环，其优选地与套筒的端部接合。所述固定装置可以包括一对带螺纹的环，套筒的每个端部与其中一个接合。

所述部件的一个或多个可以具有用于保持部件在套筒内的相对角度对齐的定位或接合装置。所述定位或接合装置可以包括接合销或键槽。

所述细长套筒可以具有连续的无空隙壁。可替代地，如果细长套筒的壁的两端被连接在一起以使得固定装置可附接到或接合该套筒的一部分以将部件保持在套筒内，则细长套筒的壁可以是不连续的。例如，所述细长套筒的壁可以具有贯通的开口或可以呈现笼的形式。

根据本发明的第二方面，一种装配多级泵的方法，包括：

提供多个部件，包括多个预装配的泵模块，预装配的泵模块包括至少一个双螺杆泵模块；

将所述部件布置成堆叠，以便串联地定位所述泵模块；

将所述堆叠插入在外壳或套筒内；以及

操作固定装置以牢固地将所述堆叠固定在外壳或套筒内。

根据本发明的第三方面，提供了一种泵，优选地为多级泵，包括一个或多个双螺杆泵模块，该或每个泵模块包括一对位于基本上平行的轴上的互相啮合的转子和用于每个转子的分离的止推轴承。

优选地，该或每个双螺杆泵模块可以被预装配。

所述基本上平行的轴可以包括驱动轴和副轴，副轴在使用中由驱动轴的运动，例如旋转，来驱动。

通过给每个转子提供分离的止推轴承，将会认识到，不需要使泵处于推力平衡构造中。因此，可以简化泵的设计，尤其由于它可以不需要提供通过泵的许多和/或复杂的流体流动路径。

有利地，由每个分离的止推轴承承受的推力可以是相对低的。结果，可以不需要复杂的多轴承组件，从而有利地潜在地降低制造和装配泵的复杂性和成本。

给每个转子提供分离的止推轴承的另一个优点是，在泵模块的装配期间，轴承面可以使用作为用于转子的轴向参考点。因此，可以相对容易地调节一个转子的相对于其匹配对应物的轴向位置，从而正确地对齐一对转子。实践中，这样允许相对于驱动转子装配转子的子组件以及测量被驱动转子或副转子的端部浮动。然后这两个端部浮动测量结果的平均值可以提供在被驱动轴的止推轴承下面所要求的理想垫片厚度。

可替代地，所述轴和它们的止推轴承的位置可以是固定的，并且沿着副轴转子的轴的轴线调节副轴转子的相对位置。例如，这可以通过使被驱动或副轴转子比它的匹配转子短、并且改变转子上面和下面的衬垫或垫片来实现。

当装配泵模块时，支撑转子的轴可以首先被试验地装配进入在开放的转子罩或架内的位置中。所述转子可以随后被用销固定在它们各自的轴上，并且随后对齐和用销固定正时齿轮。可以相对于固定的主轴转子测量副轴转子的端部浮动。随后可以在副轴上轴向地对副轴进行填入垫片。结果，当安装进完全封闭的泵转子壳体时，正时齿轮将已经被正确地对齐并且可以被用销固定到轴上以完成正确调整的泵模块。

优选地，每对的其中一个转子可比另一个转子短。

例如，被驱动或副轴转子可以比它的匹配驱动轴转子短。有利地，这样可以允许在该或每个泵模块装配期间，固定所述轴和它们的止推轴承，因为被驱动或副轴转子可以被沿着它的轴纵向地移动，使得将它带入与它的匹配驱动转子的正确对齐。可以在被驱动或副轴转子的上面和/或下面使用垫片和/或衬垫来牢固地将它固定在它的轴上的正确位置。

在泵模块中具有包括不相似长度转子的相互啮合的转子对的另一有益特征是，在较短转子上面和下面的空间自然可以形成入口和排出口（为阻止转子液压地锁定所要求的）。因此，在转子腔端部可以不需要提供附加的入口或排出口，其会简化泵模块和/或降低泵模块的成本。

根据本发明的第四方面，提供一种用于多级泵的双螺杆泵或泵模块，包括在基本上平行的轴上的一对互相啮合转子，其中一个转子比另一个短。

在使用中，根据本发明的泵可以连接到马达并由马达驱动。所述马达可以是可浸没电动马达，优选地为永磁马达。

马达和泵一起（下文称为马达-泵组件）可以使用接合的管道、盘绕的管道或机电电缆被部署和操作在井中，例如碳氢化合物生产井或注入井。在使用中，井下作业，马达可在泵之上或之下。通常，当使用盘绕的管道或机电电缆部署马达－泵组件时，优选使马达位于泵上面。然而，当使用接合的管道部署马达-泵组件时，优选马达位于泵下面。

因此，本发明的一个优点是，简单地通过重新布置在外套筒或壳体内的部件，可快捷地将马达-泵组件建立为底部驱动或顶部驱动构造，即马达分别在泵的下面或上面，以满足特定应用的需要。

根据本发明的多级泵优选地可以沿着向前和相反方向来操作，例如它可以用来从生产井中生产含碳氢化合物的流体和/或在注入井中注入流体到含碳氢化合物的地层中。

一种从含碳氢化合物的地层生产流体，例如包括至少一种液体相和至少一种气体相的流体，或者注入流体到含碳氢化合物的地层中的方法可以包括在井内部署和操作根据本发明的多级泵。

为了更全面地理解本发明，现在将仅借助实例并且参考附图描述其中的某些实施例：其中

图1表示根据本发明的泵模块的剖视图；

图2表示根据本发明的第二泵模块的剖视图；

图3表示用于使用在根据本发明的多级泵中的驱动轴组件的实例；以及

图4表示根据本发明的装配后的多级泵。

参考图1，以剖面形式显示出包括壳体的泵模块1，其包括金属圆筒11以及顶部元件18a和底部元件18b，从而圆筒11以及顶部和底部元件18a、18b限定泵腔。流体入口和流体出口提供在模块1的顶部和底部，并且提供进和出泵腔的流体连通。图1所示的剖面视图隐藏了流体入口和流体出口，但是它们的存在由虚线指示。在泵腔内，具有在其内纵向延伸的驱动轴12和副轴13。轴12和13基本上互相平行，用于每个轴12和13的轴承提供在顶部和底部元件18a、18b中。带螺纹的转子14和15各自分别承载在驱动轴12和副轴13上。转子14、15具有相反手旋的螺杆螺纹。转子14、15在使用中互相啮合并且沿着相反方向旋转。止推轴承16a、16b被提供在壳体底部用于每个轴12、13，在底部元件18b下面。位于底部元件18b与止推轴承16a、16b之间的是正时齿轮19a、19b，分别由驱动轴12和副轴13承载。正时齿轮19a和19b，仍然互相接合的同时，稍微互相轴向错开，这是由于副轴13由设置在止推轴承下面的垫片109相对于驱动轴12进行垫片填入的事实。驱动轴12的上和下端部17a、17b向上和向下延伸超过壳体的端部。端部17a、17b具有花键。这些花键被设计来帮助利用具有互补成形的内花键的联接套筒将轴22、23联接到在其他部件上的轴。

在图2中以剖面形式示出了泵模块2，其基本上相似于图1所示的泵模块1。

参考图2，以剖面形式示出了包括壳体的泵模块2，其包括金属圆筒21以及顶部元件28a和底部元件28b，从而圆筒21以及顶部和底部元件28a、28b限定泵腔。流体入口（未示出）和流体出口（未示出）提供在模块1的顶部和底部，并且提供进和出泵腔的流体连通。图2所示的剖面视图隐藏了流体入口和流体出口，但是它们的存在由虚线指示。在泵腔内，具有在其内纵向延伸的驱动轴22和副轴23。轴22和23基本上互相平行，用于每个轴的轴承提供在顶部和底部元件28a、28b中。带螺纹的转子24和25各自分别承载在驱动轴22和副轴23上。转子24、25具有相反手旋的螺杆螺纹。转子24、25在使用中互相啮合并且沿着相反方向旋转。带螺纹的转子25比带螺纹的转子24短。副轴23也携带垫片209，以用于轴向对齐带螺纹的转子25和带螺纹的转子24。与图1所示的泵模块对比，副轴23和驱动轴22没有相对于彼此填入垫片，相反，垫片209，一个在转子25上面、三个在转子25下面，用来使转子25相对于其上安装该转子的轴23对齐。

止推轴承26a、26b提供在壳体的顶部用于每个轴22、23，在顶部元件28a上面。位于顶部元件28a与止推轴承26a、26b之间的是正时齿轮29a、29b，其分别由驱动轴22和副轴23承载。正时齿轮29a、29b互相啮合，并且不互相轴向错开，这是由于如上面解释的，轴22、23不相对于彼此填入垫片的事实。驱动轴22的上和下端部27a、27b向上和向下延伸超过壳体的端部。端部27a、27b具有花键。这些花键被设计来帮助利用具有互补成形的内花键的联接套筒将轴22、23联接到在其他部件上的轴。

在图1和2所示的任意一个泵模块中，应该认识到，正时齿轮和止推轴承的相对位置倒置也可以同样好地运行，即，止推轴承可以比正时齿轮更靠近转子。

在图3中，以剖面形式示出了用于使用在根据本发明的多级泵中的驱动轴组件3。驱动轴组件3包括由圆柱形主体31、顶部元件35a及底部元件35b限定的腔。顶部元件35a和底部元件35b包括用于从那里穿过的轴的轴承。从腔向上延伸并且穿过在顶部元件35a中的轴承的是第一轴32。轴32的纵向轴线与圆柱形主体31的纵向轴线重合。从腔向下延伸并且穿过在底部元件35b中的轴承的是第二轴33。第二轴33的纵向轴线与第一轴32的纵向轴线平行，但不与圆柱形主体31的纵向轴向重合，即轴32、33是互相径向偏置的。在腔内具有用于将第一轴32与第二轴33联接的机构34。机构34包括平行曲柄驱动联接器。其他合适的机构对于本领域的技术人员来说将是已知的。

第一轴32和第二轴33从圆柱形主体31的顶部和底部突出的端部具有花键。这些花键设计来帮助利用具有互补成形的内花键的联接套筒将轴32、33联接到在其他部件上的轴。

在使用中，第一轴32通常将被联接到马达，例如可浸没电动马达，的输出轴。

在使用中，第二轴33通常将被联接到泵模块的驱动轴，例如图1或2所示的任意一个泵模块。

在图4中，示出了装配后的多级泵4。泵4包括具有圆筒形式的连续的无空隙壁的外套筒41，在其内布置构成泵的一系列部件。从顶部看（当在图4中看时），所述部件由驱动轴组件50、第一隔离圆筒60、第一泵模块70、第二隔离圆筒80、第二泵模块90、第三隔离圆筒100和第三泵模块110组成。

驱动组件50基本上如图3所示和上面所描述的。

泵模块70、90、110基本上如图1所示和上面所描述的。当然，一个或多个基本上如图2所示和上面所描述的泵模块可以结合在多级泵4中。

隔离圆筒60、80、100每个包括圆柱形主体61、81、101和联接套筒62、82、102。每个联接套筒62、82、102具有与从泵模块和/或驱动轴组件延伸的轴的端部的起伏表面配合的内表面。因而，在使用中，每个联接套筒用作两个轴的端部之间的滑动接头并且防止一个轴相对于另一个轴向旋转。有利地，这意味着在泵模块中的两个轴的正时不参照于任何其它泵模块的轴的正时或不受该正时的影响。并且，应该认识到，相对简单的滑动接头可以显著地帮助用于包含在套筒或外壳中的部件堆叠的构造速度。

在图4所示的实施例中，第一隔离圆筒60设置在驱动轴组件50和第一泵模块70之间；第二隔离圆筒80设置在第一泵模块70和第二泵模块90之间；第三隔离圆筒100设置在第二泵模块90和第三泵模块110之间。

现在将描述装配图4所示的多级泵的优选方法。

将隔离圆筒100的圆柱形主体101放置在泵模块110的顶部上，并且将联接套筒102放置在泵组件110的驱动轴的上端的周围。泵模块90随后被放置在隔离圆筒100的顶部上，泵模块90的驱动轴的下端插入在联接套筒102并且从而与泵模块110的驱动轴联接。以相同方式，隔离圆筒80、泵模块70、隔离圆筒60和驱动轴组件50被依次添加来形成堆叠。应该认识到，具有至少一个路径用于被泵送流体穿过每个部件进而从堆叠的底部到顶部或者反之亦然。应该认识到，每个部件（隔离圆筒、泵模块以及驱动轴组件）的上和下面将配合来形成抵抗压力和从堆叠的内外到外部的流动的密封。这可以通过在邻接表面上提供金属到金属的密封件或者O环密封件来实现。

包括部件50、60、70、80、90、100和110的堆叠随后被滑入套筒41的内部。上和下带螺纹的环42a、42b被分别放置在套筒41的下端和上端内部恰当位置上。锁紧带螺纹的环42a、42b从而施加压缩载荷到堆叠以帮制将它保持在套筒41内的恰当位置，并且形成每个模块之间的密封。多级泵4现在可被使用。

现在将描述多级泵4的部署和使用。

一旦已经部署多级泵4，它在其顶部被附接到马达。从在堆叠顶部处的驱动轴组件50延伸的向上延伸轴52被利用联接套筒联接到马达的输出轴。

马达-泵组件（即马达与泵一起）随后在它的顶端被附接到盘绕的管道或机电电缆，其中该管道或电缆能够支撑马达-泵组件的重量并且对其供应电力。

马达-泵组件随后如现有技术已知的那样通过从绕线架或筒展开管道或电缆而被下降进入井中。马达-泵组件大体上下降到井内的液体的液位下面。供应电力给马达以驱动泵，其随后会将流体从井中提升出来。

在优选实施例中，接合轴或键槽可以提供在堆叠内的部件的端部上，例如泵模块、隔离圆筒以及驱动轴组件，以确保和保持堆叠内的部件的角度对齐，并且各个被驱动轴在使用在保持对齐。

如前面已经注意到的，包含在本发明的多级泵内的双螺杆泵可以是预装配的。并且，应该认识到，本发明的泵模块的相对简单设计可以被从少量的基本部件来制造，从而允许相对快地制造相对较大数量的泵模块。

有利地，因为预装配的泵模块可以被精确地调整，所以通过将部件布置成可以被插入外壳或套筒的堆叠可以相对快速和简单地生产多级泵。

应该认识到，本发明允许快速地组合任何数量的预装配的部件而形成完成的泵，只要所选择的外壳以便它足够长来容纳它们。

因为碳氢化合物流体可以呈现出连续范围的液体与气体的比例，这不仅依赖于由摩尔分子重量构成的流体的组成、也依赖于它所受的温度和压力，本发明有利地允许构造可以针对待泵送的流体被单独优化的泵。

例如，如果泵基本上被用于气体压缩，那么构造泵以便它包括具有不同转子组件的泵模块以容纳当气体被一级一级地压缩时其所占据的变小的体积是简单的事情。

在单个壳体内具有一个、两个或更多不同泵级的多级泵称为锥形泵。有利地，本发明使得能够容易地从较少部件零件构造锥形双螺杆泵。

本发明的许多其他优点对于本领域的读者来说将是显而易见的。例如，在每个泵模块内提供止推轴承和正时齿轮给完成的泵提供了冗余度。

这种冗余度的优点可以通过实例来解释。考虑具有八个转子对的泵（即八个泵模块）：如果有一个转子对的止推轴承或正时齿轮故障，那么剩余的七个子组件可以不受影响。有利地，因为每个止推轴承仅承受来自一个转子的载荷，因此它会比较轻地受到加载，并且因此相对不太可能故障。相似地，正时齿轮会比较轻地受到加载，并且不太可能损坏。

在根据本发明的泵中，如果一个转子部分故障，那么转子将互相摩擦，并且以高滚动摩擦力运作。然而，该泵仍然可以旋转，并且主轴（即驱动轴系列）不会被过度加载。

相反，如果和现有技术一样，转子提供在支撑在单个正时齿轮和止推轴承组件上的共同轴上，那么转子正时的任何故障（由于齿轮或止推轴承的故障或磨损）将导致所有转子被安排为同时与按比例增大的滚动摩擦力接触，这会导致泵故障。

因此，根据本发明的泵在使用中可以更可靠，由于关键（转子正时）部件的冗余度。因而，该泵不需要像已知的泵那样被频繁地修理或更换。

并且，本发明的另一有利特征在于，它提供维修损坏泵的可能性，因为整个组件可以快速地被拆卸，并且对各个转子子组件（泵模块）进行正确的转子对齐、端部浮动及轴轴承磨损的检查。如果一个或以上的泵有故障，那么它或它们可以快速地被利用仓库中的其他预装配的泵模块替换，从而允许重新装配泵，并且使泵重新服务。

相似地，如果在初始装配中，泵模块没有通过质量检查（例如高操作扭矩），那么泵模块可以被放弃并用其他预装品的泵模块取代。

泵模块通常将包括正时部分，其对齐在每个泵模块中的两个相对转子，并且通常包括正时齿轮和止推轴承。正时部分可以操作在被泵送的流体中，或者可以由轴密封件与转子部分密封开。

如果正时部分暴露给被泵送的流体，那么恰当地制定齿轮和轴承以用于运作在具有低润滑度的脏污流体中。适当的防腐和耐磨涂层对本领域技术人员来说是已知的，这些是合适的止推轴承设计。

给泵的部件提供独立的外壳的有利方面在于，随后能够提供连接所有泵模块正时部分的润滑油导管。例如，在外壳的内表面或泵模块和隔离单元的的外表面中的浅的狭槽或沟槽可以提供沿着泵的长度的流体连通，例如连续的油通道。并且，从该通道到每个正时部分的、包括止回阀的通道，可以允许提供润滑油。

此外，可提供与泵入口压力连通的油容器以确保正时部分在泵静止时相对于周围的井流体是压力平衡的。

当泵运转时，通常在泵内的压力是不一致的，而是可以从泵的入口到排出口逐级地逐渐增加的。止回阀可以阻止在排出口附近的较高压力正时部分和在入口附近的较低压力正时部分之间的压力连通，如果没有安装止回阀，这种压力连通将趋于从较高压力正时部分排放油到较低压力正时部分。对于特别高压的泵，可以操作在被泵送流体中的正时部分是优选的。

应该认识到本发明提供的一种多级泵，优选地多级双螺杆泵以及一种制造这种泵的方法，其是既简单又多用途，因为单个泵模块在被结合进多级泵之前可以快速和可靠的预装配。并且，既可以轴向地又可以旋转地调整在预装配泵模块的内的转子对。因此，多级泵可以被高效地组装，从而包括一系列几乎任何数量的泵模块。并且，应该认识到在该系列中一个泵模块的排出口和下一个泵模块的入口之间不需要提供复杂的流动路径。

也应该认识到预装配泵模块不需要所有都是相同的泵类型。例如，可以有利地提供一种多级泵，其中第一泵模块是双螺杆泵，而该或每个下一个的泵模块而包括离心泵。这种构造可以是有利的，因为双螺杆泵可以压缩通过其被泵送多相流体，从而将少所述流体的气体部分。气体部分可以被充分的减少以便可使用一个或多个离心泵模块有效地泵送流体。优选地该或每个离心泵模块可以被预装配。可以在双螺杆泵模块和下一个离心泵模块之间要求中间适配器模块，以允许从一对轴（在双螺杆泵模块中）到单个轴（在离心泵模块中）的过渡。对中间适配器模块的合理设计是本领域技术人员显而易见的。包括至少一个双螺杆泵和一个或多个其它泵类型的泵模块的另一个混合多级泵对于本领域技术人员也是显而易见的。

显然本发明的泵可以适应于任何应用，其中要求需要该泵输送高差压以移动多相流体。例如，该泵可以尤其应用在碳氢化合物生产中，例如在生产井和注入井中，以及用于多相（油，水，气）流体流的增压，例如在管道泵站和海底多相泵送中。

Claims

1.一种多级泵（4），包括：

多个部件（50，60，70，80，90，100，110），其包括多个预装配泵模块（70，90，110），预装配泵模块包括至少一个双螺杆泵模块（1，2）；

其中，多级泵（4）还包括用于容纳所述部件（50，60，70，80，90，100，110）的细长套筒（41）；以及可以与细长套筒（41）的一部分附接或接合的固定装置（42a，42b），固定装置（42a，42b）可以操作以将所述部件（50，60，70，80，90，100，110）牢固地保持在套筒（41）内，其中每个预装配泵模块（70，90，110）包括至少一个用于每个双螺杆泵模块（1，2）的每个转子（14，15；24，25）的分离的止推轴承（16a，16b；26a，26b）。

2.如权利要求1所述的一种多级泵（4），其中每个双螺杆泵模块（2）包括一对互相啮合的转子（24，25），其中一个比另一个短。

3.如权利要求1所述的一种多级泵（4），还包括一个或以上的隔离单元（60，80，100）。

4.如权利要求3所述的一种多级泵（4），其中每个隔离单元（60，80，100）是分离的部件。

5.如权利要求1所述的一种多级泵（4），其中所述多个部件（50，60，70，80，90，100，110）还包括驱动联接器组件（3）。

6.如权利要求1所述的一种多级泵（4），其中套筒（41）的内表面和/或每个部件（50，60，70，80，90，100，110）的外表面具有纵向延伸的沟槽，以提供允许从润滑流体源到在所述泵（4）内的所述部件（50，60，70，80，90，100，110）的流体连通的导管。

7.如权利要求1所述的一种多级泵（4），其中所述部件（50，60，70，80，90，100，110）串联地布置在套筒（41）内。

8.如权利要求1所述的一种多级泵（4），其中所述细长套筒的壁是不连续的。

9.一种装配多级泵（4）的方法，包括：

提供多个部件（50，60，70，80，90，100，110），其包括多个预装配泵模块（70，90，110），预装配泵模块包括至少一个双螺杆泵模块（1，2），每个预装配泵模块（70，90，110）包括至少一个用于每个双螺杆泵模块（1，2）的每个转子（14，15；24，25）的分离的止推轴承（16a，16b；26a，26b）；

将所述部件（50，60，70，80，90，100，110）布置成堆叠，以便所述泵模块（70，90，110）被串联地定位；

将所述堆叠插入在外壳或套筒（41）内；以及

操作固定装置（42a，42b）以牢固地将所述堆叠固定在外壳或套筒（41）内。

10.一种包括根据权利要求1到9任意一项所述的一种多级泵（4）和用于驱动所述泵的马达的组件。

11.根据权利要求10所述的一种组件，其中所述马达设置在泵（4）的上面或下面。

12.一种从含碳氢化合物的地层生产流体或者注射流体进入含碳氢化合物的地层的方法，包括在井内部署和操作根据权利要求1到8任意一项所述的一种多级泵（4）。