CN103671263A - 具有密封件泄放端口的沉浸式泵壳体 - Google Patents

Abstract

提供了一种具有密封件泄放端口的沉浸式泵壳体。在一种实施方式中，用于沉浸式电泵（ESP）、例如离心ESP的泵壳体具有端部密封件，所述端部密封件位于由泵产生的高推压力的内侧或与泵壳体的带有螺纹的端部相比更偏向该高推压力。内侧密封件包含和封闭泵压力，且不涉及带有螺纹的区域，所述带有螺纹的区域更易受泵的高压内部的压力攻击，从而提高了整个壳体的压力等级。泄漏端口或泄放端口进一步设置在端部密封件的外侧，以释放从沉浸式泵壳体的内部经过每个端部密封件渗流的流体。板可被添加，以便将从端部密封件流出的少量流体引导成远离ESP所处的井眼套管。

Description

具有密封件泄放端口的沉浸式泵壳体

技术领域

本发明涉及一种沉浸式泵、一种离心泵壳体以及一种相应的方法。

背景技术

沉浸式电泵（ESP）通常用于井设备中，以便人工地将地下资源例如碳氢化合物和水抽送到地面。传统地，给定ESP壳体的最大压力等级受ESP壳体的带有螺纹的端部部分中的应力的限制。在传统的离心泵壳体（扩散器）中，例如，壳体在头部和底部利用O形密封件密封，所述O形密封件位于壳体的端部处且位于端部螺纹的外侧。ESP中的端部密封件的传统布置方式使得带有螺纹的区域中的壳体的圆周或环向应力为以下的总和：由于作用在螺纹牙侧角上的轴向载荷产生的螺纹径向力引起的环向压力和壳体内外之间的内部压力差。这些环向应力的总和决定传统壳体的最大压力等级。一些传统的ESP壳体具有位于传统壳体的带有螺纹的端部的内侧和外侧的端部密封件。然而，在这两个密封件之间不具有从壳体内部到外部的流体路径。因此，这种传统的布置方式可遭受两个密封件之间的高的内部压力，且使得传统的内侧密封件无效。

发明内容

描述了一种具有密封件泄放端口的沉浸式泵壳体。在一种实施方式中，沉浸式泵壳体包括：壳体、壳体的用于高推压力下的流体的内部腔室、壳体的带有螺纹的端部区域、用于将带有螺纹的端部区域与内部腔室密封隔开的内侧端部密封件以及位于端部密封件的外侧的至少一个泄放孔或端口，所述至少一个泄放孔或端口用于允许从内部腔室经过端部密封件泄漏的流体通过壳体径向流出。一种示例性离心泵壳体可包括：用于引导由叶轮加速的高推压力流体的扩散器；位于离心泵壳体的每个带有螺纹的端部的内侧的端部密封件；以及位于每个端部密封件的外侧的至少一个泄漏端口，以释放从离心泵壳体的内部经过每个端部密封件渗出的流体。一种示例性方法包括：端部密封件被定位在离心泵壳体的带有螺纹的部分的内侧，以使内部压力与带有螺纹的部分密封隔开；以及径向泄放端口被定位在端部密封件的外侧，以减轻经过端部密封件的渗流压力。该综述不是用于全面描述具有密封件泄放端口的沉浸式泵壳体。下面对示例性实施例进行详细描述。

附图说明

图1是具有内侧端部密封件和密封件泄放端口的一个示例性沉浸式电泵（ESP）的一个区段的图。

图2是具有内侧端部密封件和密封件泄放端口的第二示例性ESP的一个区段的图。

图3是具有内侧端部密封件、密封件泄放端口和锁定板保护装置的一个示例性ESP的一个区段的图。

图4是提高沉浸式泵壳体的压力等级的一个示例性方法的流程图。

具体实施方式

本公开描述了具有密封件泄放端口的沉浸式泵壳体。与具有密封件泄放端口的沉浸式泵壳体相关的特征、系统和方法表示可能的实施方式，且是为了说明目的、而非限制性目的包括在此。而且，应当理解，不同的实施方式可包括下述多个方面的全部或不同的子组。而且，下面描述的多个方面可以任何顺序包括，且放置在各个方面之前的数字和/或字母是为了易于阅读，而绝不是暗示相关方面的顺序或重要性。

图1示出了一种示例性的离心型的沉浸式电泵（ESP）100的一个区段。所示出的区段示出了离心ESP100的底端部分。泵壳体内的叶轮区域102当叶轮将流体径向向外和轴向向上或向着ESP设备的井口装置加速时产生高的推压力。在泵壳体的周围，包括叶轮区域102的内部高压腔室104中的流体达到端部密封件106所处的位置，所述端部密封件106用于密闭高的推压力且高度地防止流体流出到泵壳体的外部或流出到一组构件中的下一个构件。

在具有密封件泄放端口108的示例性离心ESP 100中，端部密封件106位于泵壳体的带有螺纹的端部区域110的内侧，以包含高压腔室104和防止带有螺纹的端部区域110参与到ESP 100的内部高压腔室中。使端部密封件106位于螺纹110的内侧的这种布置方式提高了泵壳体的最大压力等级，因为传统的泵的带有螺纹的端部区域110当经受内部泵压力时会经受传统的泵壳体的未带有螺纹的区域上的增大的应力。在图1中，泄放端口108或排放端口刚好位于端部密封件106的外侧，以便为通过端部密封件106渗漏或流出的流体提供泄漏路径。在此使用的术语“端口”和“孔”代表性地用于表示能够使流体从一个位置运动到另一个位置的流体路径、通路、端口、孔、流腔、槽道、排放口等。排放端口不必是“孔”，例如通过钻头钻出的圆的直的通道。例如，术语“泄放端口”108可表示在壳体或端盖（底部或头部）的端面中铣削出的缺口。

在一种实施方式中，排放通道、泄漏路径或密封件泄放端口112可位于带有螺纹的端部区域110的外侧，而不是像密封件泄放端口108那样刚好位于端部密封件106的外侧。通过将泄放端口112定位在螺纹110的外侧，利用螺纹110消散泄漏流体压力和最小化和已经从端部密封件106泄漏出的流体的喷射速度。

在此所使用的术语“外侧”是指，较接近或更“靠近”泵的高推压力腔室或被泵加速的流体的指定特征的“靠外的一侧”或“另一侧”。相应地，在此所使用“内侧”是指，首先接触由泵产生的高推压力或与指定特征（更靠外）更靠近地接触该高推压力的“靠内的一侧”。

图2示出了具有被剖切的壳体202的一个示例性离心ESP 200。所示出的区段示出了示例性离心ESP 200的头端部分。示例性离心ESP 200包括处于高推压力腔室中的一个或多个叶轮区域204。端部密封件206定位在一个或多个流体泄放端口208的内侧。端部密封件206也定位在带有螺纹的端部区域210的内侧。示出的泄放端口208径向定向，以形成从端部密封件206的外侧到壳体202的外部的泄漏路径。通过这种方式，由示例性离心ESP 200的泵送动作所产生的内部压力差相对于端部螺纹210密闭，且相同的带有螺纹的区域210中的环向应力被明显降低，以便能够使示例性离心ESP 200的整个壳体202具有更高的最大压力等级。由于端部密封件206内侧的高压力而渗过端部密封件206的任何流体泄漏被允许从壳体202流出而不会聚集在带有螺纹的区域210处。

泄放端口208形成刚好位于端部密封件206的外侧的从壳体202的内部到的外部的泄漏路径。泄漏路径可被实施成使经过端部密封件206的非常少的泄漏流体不会加压可能存在于端部密封件206与接触面之间的空间或空腔，所述接触面介于头部（或底部）与离心泵壳体202之间。如果该空腔被加压，则会发生传统的壳体中所存在的同样不利的应力状态。在一个实施方式中，泄漏路径可通过刚好在端部密封件206的下游（外侧）的壳体202中钻出小的径向孔而产生。在一个实施方式中，密封件泄放端口214可被定位成能形成位于带有螺纹的端部区域210的外侧的泄漏路径，而不是像密封件泄放端口208那样刚好位于端部密封件206的外侧。通过将泄放端口214定位在螺纹210的外侧，利用螺纹210来消散泄漏流体压力且最小化已泄漏过端部密封件206的流体的喷射速度。压缩环（compressionring，CR）式泵的头端也需要泄放路径，例如端口212，以用于可能经过压缩环-头部密封件产生的泄流。

图3示出了离心泵壳体302，所述离心泵壳体具有内侧密封件306、泄放端口308和示例性壳体锁定板保护装置310。图3中所示的覆盖泄放端口308的锁定板保护装置310可用于保护井套管使其不会因为从壳体302中的径向泄放端口308泄漏的流体而产生任何损坏。锁定板保护装置310可以是标准锁定板，但锁定板的面向壳体的一侧可设有台阶，以允许泄放流体沿着壳体302轴向偏流，而不会径向向着井套管的井眼。

在一个实施方式中，示例性沉浸式泵包括：壳体、壳体的用于高推压力下的流体的内部腔室、壳体的带有螺纹的端部区域、用于使带有螺纹的端部区域与内部腔室密封隔开的内侧端部密封件以及位于端部密封件的外侧的至少一个泄放端口或孔，所述至少一个泄放端口或孔用于允许从内部腔室经过端部密封件泄漏的流体通过壳体从端部密封件径向流出。

所述示例性沉浸式泵可包括用于油气工业的离心型的沉浸式电泵（ESP）。壳体可包括离心ESP的扩散器。内侧端部密封件保护螺纹，以提高壳体的压力等级。所述至少一个泄放端口可减轻端部密封件与接触面之间的压力，所述接触面介于沉浸式泵壳体与连接到沉浸式泵的头部或底部之间。

在泄放端口上的锁定板保护装置可保护井套管使其免受从内部腔室经过端部密封件泄漏的流体。锁定板保护装置可设有台阶，以沿着壳体轴向偏转流体，而不要径向向着井套管的井眼。

当沉浸式泵是压缩环（CR）型泵时，泄漏端口可用于经过压缩环-头部密封件的渗流。

离心ESP可在高达近似12000英尺或3.7千米深的井下环境中在高达近似149摄氏度的温度下和高达近似6000磅/平方英寸或近似41兆帕的压力下操作。离心ESP可使用高达近似1000马力或750千瓦的功率或具有高达4000转/分钟的转子转速。甚至在这种苛刻的条件下，端部密封件也能保护带有螺纹的端部区域使其免受处于离心ESP的内部腔室中的高推压力下的流体。

在一个实施方式中，离心泵壳体包括：用于引导由叶轮加速的高推压力流体的扩散器、位于离心泵壳体的每个带有螺纹的端部的内侧的端部密封件以及位于每个端部密封件的外侧的至少一个泄漏端口，所述至少一个泄漏端口用于释放从离心泵壳体内部经过每个端部密封件渗出的流体。每个泄漏端口可减轻相应的端部密封件与接触面之间的压力，所述接触面介于离心泵壳体与头部或底部之间。

锁定板保护装置可在泄漏端口上使用。锁定板保护装置保护井套管使其免受从泄漏端口泄漏的流体。锁定板保护装置可设有台阶，以沿着离心泵壳体轴向偏转流体、而不允许流体向着井套管的井眼径向流出。

示例性方法

图4示出了提高沉浸式泵壳体的压力等级的一个示例性方法400。在一个实施方式中，沉浸式泵可以是离心ESP。在该流程图中，多个操作在各个框中示出。

在框402，端部密封件被定位在沉浸式泵壳体的带有螺纹的部分的内侧，以相对于螺纹部分密封内部压力。

在框404，径向泄放端口被定位在端部密封件的外侧，以减轻经过端部密封件的小的渗出或渗流的压力。

该示例性方法能够使沉浸式泵的内部压力差相对于端部螺纹密封，且可明显地降低壳体的带有螺纹的区域中的环向应力，从而该示例性沉浸式泵壳体达到更高的压力等级。

结论

尽管以上仅详细地描述了一些示例性实施例，但本领域的技术人员可易于理解，在实质上没有脱离本主题的情况下，可对该示例性实施例进行许多修改。因此，所有这些修改也应包含在权利要求中所限定的本公开的范围内。在权利要求中，装置加功能的描述意欲覆盖实现该记载的功能的结构，不仅覆盖结构的等同替换，而且还覆盖等同结构。本申请人的明确意图是对在此的任何权利要求的任何限制援引35U.S.C.§112第6段，除了权利要求中明确使用带有相关的功能的表述“用于…的装置”。

Claims (20)

1.一种沉浸式泵，包括：

壳体；

壳体的用于高推压力下的流体的内部腔室；

壳体的带有螺纹的端部区域；

用于将带有螺纹的端部区域与内部腔室密封隔开的内侧端部密封件；以及

位于端部密封件的外侧的至少一个排放通道，其用于使经过端部密封件从内部腔室泄漏的流体能通过壳体流出。

2.如权利要求1所述的沉浸式泵，其特征在于，沉浸式泵包括用于油气工业的离心型沉浸式电泵（ESP）。

3.如权利要求1所述的沉浸式泵，其特征在于，壳体包括离心ESP的扩散器。

4.如权利要求1所述的沉浸式泵，其特征在于，内侧端部密封件提高壳体的压力等级。

5.如权利要求1所述的沉浸式泵，其特征在于，所述至少一个排放通道减轻端部密封件与一接触面之间的压力，所述接触面介于沉浸式泵壳体与连接到沉浸式泵的头部或底部之间。

6.如权利要求1所述的沉浸式泵，其特征在于，排放通道位于带有螺纹的端部区域的外侧，以消散泄漏流体压力和最小化已流出内侧端部密封件的泄漏流体的喷射速度。

7.如权利要求1所述的沉浸式泵，其特征在于，排放通道包括位于壳体的、底部端盖的或头部端盖的端面中的能够使流体从一个位置运动到另一个位置的流体路径、端口、孔、流腔、槽道、排放口、通路或铣削的缺口中的一种。

8.如权利要求1所述的沉浸式泵，其特征在于，所述沉浸式泵还包括在排放通道上的锁定板保护装置，以防止井套管受到从内部腔室经过端部密封件泄漏的流体。

9.如权利要求8所述的沉浸式泵，其特征在于，锁定板保护装置设有台阶，以沿着壳体轴向偏转流体、而不使流体径向向着井套管的井眼。

10.如权利要求1所述的沉浸式泵，其特征在于，沉浸式泵包括压缩环（CR）型泵；以及

还包括用于经过压缩环-头部密封件的泄流的泄漏端口。

11.如权利要求1所述的沉浸式泵，其特征在于，沉浸式泵包括离心ESP，所述离心ESP在高达近似12000英尺或3.7千米深的井下环境中在高达近似149摄氏度的温度下和高达近似6000磅/平方英寸或近似41兆帕的压力下操作；

其中，离心ESP使用高达近似1000马力或750千瓦的功率或具有高达4000转/分钟的转子转速；以及

其中，端部密封件防止带有螺纹的端部区域受到内部腔室中的高推压力下的流体。

12.一种离心泵壳体，包括：

用于引导由叶轮加速的高推压力流体的扩散器；

位于离心泵壳体的每个带有螺纹的端部的内侧的端部密封件；以及

位于每个端部密封件的外侧的至少一个泄漏端口，以释放从离心泵壳体的内部经过每个端部密封件渗出的流体。

13.如权利要求12所述的离心泵壳体，其特征在于，所述至少一个泄漏端口减轻端部密封件与一接触面之间的压力，所述接触面介于离心泵壳体与头部或底部之间。

14.如权利要求12所述的离心泵壳体，其特征在于，所述至少一个泄漏端口位于带有螺纹的端部的外侧，以消散泄漏流体压力和最小化已流出端部密封件的泄漏流体的喷射速度。

15.如权利要求12所述的离心泵壳体，其特征在于，所述至少一个泄漏端口包括位于扩散器的、底部端盖的或头部端盖的端面中的能够使流体从一个位置运动到另一个位置的流体路径、孔、流腔、槽道、排放口、通路或铣削的缺口中的一种。

16.如权利要求12所述的离心泵壳体，其特征在于，所述离心泵壳体还包括在泄漏端口上的锁定板保护装置。

17.如权利要求16所述的离心泵壳体，其特征在于，锁定板保护装置防止井套管受到从泄漏端口泄漏的流体。

18.如权利要求16所述的离心泵壳体，其特征在于，锁定板保护装置设有台阶，以沿着离心泵壳体轴向偏转流体、而不使流体径向向着井套管的井眼。

19.一种方法，包括：

端部密封件被定位在离心泵壳体的带有螺纹的部分的内侧，以使内部压力与带有螺纹的部分密封隔开；以及

排放通道被定位在端部密封件的外侧，以减轻经过端部密封件的渗流压力。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，每个端部密封件位于被加压的内部流体与离心泵壳体的相应的带有螺纹的部分之间。

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