CN105008659A - 井筒传送设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井筒传送设备，其用于从井筒(8)传送介质(9)，所述井筒传送设备包括：驱动器(2)；泵(3)；轴(4)，所述轴将所述驱动器(2)连接到所述泵(3)；机械密封单元(5)，其包括具有旋转密封环(51)和固定密封环(52)的机械密封件(50)，所述机械密封件(50)对所述轴(4)进行密封；以及独立供给部件(6)，所述独立供给部件将阻隔介质供给到所述机械密封件(50)；其中，所述独立供给部件(6)、所述驱动器(2)、所述泵(3)、所述轴(4)和所述机械密封单元(5)形成能够完全沉入所述井筒中的紧凑传送单元。

Description

井筒传送设备

技术领域

本发明涉及用于从井筒(wellbore)传送介质的井筒传送设备。

背景技术

现有技术中已知不同构造的井筒传送设备。这种传送设备用于井筒中，特别是用于石油生产。井筒传送设备朝向井筒底部下降并到达井筒底部附近，并且经由导通过井筒的线路将待传送的介质泵送到地面。此处使用的泵通常由电驱动器驱动。这造成密封将电驱动器连接到泵的轴的问题。由于井筒传送设备通常配置于很深处，密封件的更换非常费力并且特别地还导致生产损失，因此必须确保长期的密封。因此，现有技术中已使用多级连接密封装置(gland)对轴进行密封。如果一个密封装置失效，随后的密封装置将执行密封。因而，多达七个密封装置串联使用。该系统已基本上证明是有用的，但是多个连续连接的密封装置的使用导致相对大的整体长度，特别是还需要相对长的轴用以将电驱动器连接到泵。

US 2011/0194949 A1公开了使用机械密封件作为密封单元的可选方案。借助于弹簧元件和波纹管，旋转密封环在此压抵座环(seat ring)。此外，设置在轴的轴向上可调整的衬套用于实现密封配合件之间的持续接触压力。由于该可调整性，所述机械密封件经受高磨损，使得不能实现操作者期望的多达五年的长期寿命。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种井筒传送设备，该井筒传送设备在结构简单、容易以低成本生产的同时，允许可靠地密封井筒中的轴并且在此确保若干年的非常长的寿命。

通过具有方案1的特征的井筒传送设备实现该目标。从属方案示出本发明的优选改善。

通过对比，根据本发明的具有方案1的特征的用于从井筒传送介质的井筒传送设备具有能够确保机械密封单元具有若干年的非常长的寿命的优点，使其能够在深井筒中安全应用。本发明的井筒传送设备还示出非常紧凑的结构并且在井筒传送设备和地面之间仅需要最小的连接线路。为此，本发明提出具有机械密封件的机械密封单元，该机械密封件对连接驱动器和泵单元的轴进行密封。驱动器优选为电驱动器。根据本发明提供一种独立供给部件，该独立供给部件将阻隔介质供给到机械密封件，该阻隔介质用于阻塞和/或润滑机械密封件的旋转密封环和固定密封环之间的密封间隙。独立供给部件在此与泵、机械密封单元、轴和驱动器一起形成紧凑传送单元，该传送单元全部沉入井筒中。因此，不需要从地面分别供应独立供给部件和机械密封件用的供给线路。对于到地面的连接，本发明的井筒传送设备仅包括泵线路和电线，待传送的介质经由泵线路泵送到地面，当使用电驱动器时电线对电驱动器供电。因此，归因于一体形成于井筒传送设备中的独立供给部件，能够提供机械密封件的流体供给，特别是用于机械密封件的阻隔介质，使得在操作期间，能够在旋转密封环和固定密封环之间持续地维持密封间隙，该密封间隙借助于阻隔介质密封。因此，利用本发明能够第一次在深井筒中使用能够独立地确保若干年操作的机械密封组件。

优选地，井筒传送设备的供给部件配置于紧凑传送单元的一端处。因此能够特别地确保驱动器和泵之间的短距离，并由此还能确保连接泵和驱动器的轴的短的轴长度。优选地，供给部件在此配置于传送单元的自由端。该自由端在此优选为传送单元的配置于井筒中最低点的端部。

进一步优选地，驱动器在传送单元的轴向上配置于供给部件和机械密封单元之间。该配置使得能够将泵定位在驱动器上方，使得待传送的介质通过井筒传送设备进入传送线路的传送路径可以很短。

优选地，独立供给单元包括用于容纳阻隔介质的第一室、填充有介质的第二室和以不透介质的方式将第一室和第二室分隔开的波纹管。第二室在此连接到井筒传送设备的外侧，使得与井筒中待传送的介质的压力对应的压力(环境压力)存在于第二室中。第二室优选地填充有待传送的介质。可选地，第二室填充有比待传送的介质更粘的粘性介质，例如油脂。

特别优选地，独立供给单元包括配置于波纹管的活塞元件，使得波纹管和活塞元件形成杯状单元。第一室在此配置于杯状单元的内部。第二室设置于杯状单元的外侧和供给单元的壳体之间。壳体优选地包括开口，经由该开口建立与井筒传送设备外侧的连接，使得第二室中的压力与井筒的外部压力对应并且包含在井筒内的介质包含在第二室中。独立供给部件中的活塞元件的使用能够在包含阻隔介质的第一室内设定限定的压力，所述压力通常比第二室内的压力(即，井筒压力)高。由此以高于井筒压力的较高压力持续作用于机械密封件，以产生安全的密封。

为了确保第一室中的压力一直比第二室中的压力高，独立供给单元还包括对第一室中的阻隔介质持续施力的施力元件。该施力元件优选地为弹簧，特别是螺旋弹簧。施力元件特别优选地作用于活塞，使得能够可靠地防止对波纹管的损害。

优选地，驱动器为电驱动器。

为了特别紧凑的结构，供给部件和机械密封单元之间的连接线路穿过电驱动器延伸。可选地，该连接线路也可以被引导为围绕电驱动器的旁路。

优选地，独立供给部件还包括第三室，该第三室以完全不透介质的方式被密封。第三室优选地填充有不可压缩的介质，特别优选地为石油。

进一步优选地，第三室中的压力等于或大于第一和/或第二室中的压力。第三室优选地配置于独立供给部件的波纹管的外侧，由此波纹管是稳固的。

根据本发明进一步优选的构造，井筒传送设备还包括用于将气体成分从待传送的介质分离开的分离器。该分离器在此还集成到紧凑传送单元。优选地，分离器直接配置于泵的前方。

本发明的井筒传送设备优选地用于石油生产。特别地，根据本发明的井筒传送设备还可以用于非常深处并且可以具有五年或更多的寿命。当密封环的滑动面优选为金刚石涂层时，能够确保甚至更长的寿命。

附图说明

现在参照附图详细地说明本发明的优选实施方式。在图中：

图1是根据本发明的第一实施方式的井筒传送设备的示意性代表；

图2是图1的设备的独立供给部件和机械密封件的示意性部分截面图；以及

图3是根据本发明的第二实施方式的具有独立供给部件的井筒传送设备的示意性部分截面图。

具体实施方式

以下参照图1和图2详细地说明根据本发明的第一优选实施方式的井筒传送设备1。

井筒传送设备1配置于井筒8以传送位于井筒8内的介质9。

如图1中能够看见的，井筒传送设备1包括经由轴4驱动泵3的电驱动器2。配置有电驱动器的马达M的马达室借助于轴4上的机械密封单元5密封。此外，井筒传送设备1包括独立供给部件6，该独立供给部件6将阻隔介质(barriermedium)供给到机械密封单元5的机械密封件50。

机械密封件包括旋转密封环51和固定密封环52，两个密封环之间形成密封间隙53。独立供给部件6在此经由连接线路12连接到机械密封件50，以将阻隔流体供给到机械密封件50。这里，连接线路12穿过电驱动器2(参见图1)。

井筒传送设备1还包括分离器10，分离器10配置在泵3的前方并且集成到井筒传送设备。

此外，分离器10包括多个流入开口11，待传送的介质9经由流入开口11进入分离器10，使得可能包含在待传送介质9中的气体成分能够被分离。没有气体成分的介质9接着借助于泵3传送到通向地面的传送线路7。

独立供给部件6、电驱动器2、泵3、轴4和机械密封单元5形成能够全部沉入井筒内的紧凑传送单元。这里，紧凑传送单元的组件在轴向X-X上串联(in series)配置。

图2详细地示出独立供给部件6。独立供给部件6在此配置于井筒传送设备1的自由端。供给部件6、泵3、电驱动器2、轴4和机械密封单元5形成能够完全沉入井筒8内的紧凑传送单元。

独立供给部件6包括第一室61、第二室62和波纹管67。此外，独立供给部件6包括活塞64和施力元件65，施力元件65在本实施方式中为弹簧。此外，连接开口66设置于供给部件6的壳体60，使得在第二室62和待传送的介质9所在的井筒之间建立连接。因此，在第二室62中具有与井筒8中相同的压力。

波纹管67以不透介质的方式使第一室61和第二室62分隔开。活塞64在此配置于波纹管67的开口端，使得波纹管67和活塞64一起形成配置于独立供给部件6的壳体60的内侧的杯状单元。第一室61经由壳体60的开口13连接到通向机械密封件50的连接线路12。

施力元件65一端支撑于壳体60的内侧而另一端支撑于活塞64。由此，施力元件65对活塞64施加偏置力F。第一室61内的第一压力P1由此持续地比第二室62内的第二压力P2大。这确保机械密封件50上的过压，使得介质不能从外侧通过机械密封件50的密封间隙53。因此，通过使用来自第一室61的阻隔介质能够实现机械密封件50的最大寿命。

这里，第一室61被构造为使得包含在其中的阻隔介质对于若干年的操作周期是充足的。因此，能够在这若干年补偿通过密封间隙53流到外侧(箭头L)的泄漏。

图3示出根据本发明的第二实施方式的井筒传送设备1，相同或功能相同的部分由与第一实施方式中相同的附图标记表示。如图3中能够看见的，第二实施方式的独立供给部件6除了第一室61和第二室62以外还包括第三室63。在此，第三室63以完全不透介质的方式被密封。第三室63形成于第一室61的外侧和第二室62的外侧。如图3中能够看见的，第一波纹管67配置于活塞64的第一侧，第二波纹管68配置于活塞64的与第一侧相反的第二侧，以形成第一室和第二室。第三室63在此填充有介质，优选地为油，第三室63内的第三压力P3比第一室61内的第一压力P1大并且比第二室62内的第二压力P2大。为了确保活塞64的移动，活塞包括多个通路开口64a。此外，设置施力元件65以保持第一室61内的阻隔介质处于压力下。可选地，第二波纹管68也可以被构造为施力元件。因而，利用该构造，可以通过包含在第三室63内的介质支撑第一波纹管67和第二波纹管68两者。此外，利用包含在第三室63内的介质实现波纹管67、68的阻尼选择。因此，特别是井筒内的压力变化也不能损坏独立供给部件6。

因此，本发明的井筒传送设备1如实施方式中所述的包括一体的独立供给部件6，使得能够没有任何损坏地操作机械密封件60若干年。无论如何不具有密封问题，并且独立供给部件6还确保没有待传送的介质等可以进入电驱动器2的马达室，其通常填充有电解质。因此，电驱动器也可以持续使用若干年。结果，井筒传送设备1可以在井筒8中保持若干年并且履行传送功能。

附图标记列表

1 井筒传送设备

2 电驱动器

3 泵

4 轴

5 机械密封单元

6 独立供给部件

7 传送线路

8 井筒

9 待传送的介质

10 分离器

11 流入开口

12 连接线路

13 开口

50 机械密封件

51 旋转密封环

52 固定密封环

53 密封间隙

60 壳体

61 第一室

62 第二室

63 第三室

64 活塞

64a 通路开口

65 施力元件

66 连接开口

67 第一波纹管

68 第二波纹管

F 弹性力

L 泄漏

M 马达

P1 第一压力

P2 第二压力

P3 第三压力

X-X 轴向

Claims (11)

1.一种井筒传送设备，其用于从井筒(8)传送介质(9)，所述井筒传送设备包括：

-驱动器(2)；

-泵(3)；

-轴(4)，所述轴将所述驱动器(2)连接到所述泵(3)；

-机械密封单元(5)，所述机械密封单元包括具有旋转密封环(51)和固定密封环(52)的机械密封件(50)，所述机械密封件(50)对所述轴(4)进行密封；以及

-独立供给部件(6)，所述独立供给部件将阻隔介质供给到所述机械密封件(50)，

-所述独立供给部件(6)、所述驱动器(2)、所述泵(3)、所述轴(4)和所述机械密封单元(5)形成能够全部沉入所述井筒的紧凑传送单元。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述独立供给部件(6)配置于所述紧凑传送单元的一端处。

3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述驱动器(2)在所述井筒传送设备的轴向(X-X)上配置于所述独立供给部件(6)和所述机械密封单元(5)之间。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述独立供给部件(6)包括：第一室(61)，所述第一室用于容纳所述阻隔介质；第二室(62)，所述第二室连接到所述井筒传送设备的外侧，使得与井筒中待传送的介质的压力对应的压力存在于所述第二室(62)；和波纹管(67)，所述波纹管以不透介质的方式将所述第一室和所述第二室(62)分隔开。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备还包括活塞元件(64)，所述活塞元件配置于所述波纹管(67)，使得所述波纹管(67)和所述活塞元件(64)形成杯状单元，所述第一室(61)配置于所述杯状单元的内部，所述第二室(62)配置于所述杯状单元的外侧和所述独立供给部件(6)的壳体(60)之间。

6.根据权利要求4或5所述的设备，其特征在于，所述独立供给部件(6)还包括对所述第一室(61)中的阻隔介质持续施力用的施力元件(65)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述驱动器(2)为电驱动器。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备还包括将所述独立供给部件(6)连接到所述机械密封单元(5)的连接线路(12)，所述连接线路(12)穿过所述电驱动器(2)延伸。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的设备，其特征在于，所述独立供给部件(6)还包括第三室(63)，所述第三室(63)相对于所述第一室(61)和所述第二室(62)以不透介质的方式被密封。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述第三室(63)中的第三压力(P3)等于或大于所述第一室(61)中的第一压力(P1)，并且等于或大于所述第二室(62)中的第二压力(P2)，和/或所述第三室(63)围绕所述第一室(61)和/或所述第二室(62)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括用于将气体成分与待传送的介质(9)分离开的分离器(10)，所述分离器(10)集成到所述紧凑传送单元。