CN110088425B - 包括智能材料的井筒工具 - Google Patents

包括智能材料的井筒工具 Download PDF

Info

Publication number
CN110088425B
CN110088425B CN201780077801.XA CN201780077801A CN110088425B CN 110088425 B CN110088425 B CN 110088425B CN 201780077801 A CN201780077801 A CN 201780077801A CN 110088425 B CN110088425 B CN 110088425B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wellbore
pump
diffuser
memory material
impeller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780077801.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110088425A (zh
Inventor
稀迪瑞穆·伊诺克·埃吉姆
肖瑾江
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saudi Arabian Oil Co
Original Assignee
Saudi Arabian Oil Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saudi Arabian Oil Co filed Critical Saudi Arabian Oil Co
Publication of CN110088425A publication Critical patent/CN110088425A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110088425B publication Critical patent/CN110088425B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/445—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for liquid pumps
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/12—Methods or apparatus for controlling the flow of the obtained fluid to or in wells
    • E21B43/121—Lifting well fluids
    • E21B43/128—Adaptation of pump systems with down-hole electric drives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/08—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/60—Mounting; Assembling; Disassembling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/60—Mounting; Assembling; Disassembling
    • F04D29/62—Mounting; Assembling; Disassembling of radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/628—Mounting; Assembling; Disassembling of radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for liquid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D1/06—Multi-stage pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

一种井筒泵(100)，该井筒泵包括：泵壳体(114)；定位在泵壳体(114)内的泵级(126)，该泵级(126)包括固定扩散器(112a，112b)和定位于该扩散器(112a，112b)内的旋转叶轮(118)；附接到泵壳体(114)的第一端的泵头(102)；附接在泵头(102)和扩散器(112b)之间的压缩管(104)，该压缩管(104)增加接触力以防止扩散器(112b)随叶轮(118)旋转；以及围绕扩散器(112b)定位的环形记忆材料(108)，该记忆材料能够响应于井筒操作条件从临时状态可逆地膨胀到永久状态以在井筒泵在井筒操作条件下的运行期间与泵壳体(114)的内表面形成过盈配合。

Description

包括智能材料的井筒工具
优先权申明
本申请要求2016年12月15日提交的美国专利申请62/434,756以及2017年6月19日提交的美国专利申请15/626,455的优先权，其全部内容通过引入并入本文。
技术领域
本公开涉及井筒工具，例如，诸如电潜泵的泵。
背景技术
当开采油气储层时，井筒被钻入到储层中以用于开采。一旦该油气井已经被完井，有时需要使用工具来促进开采。工具被放置在井筒的内部或外部。一种用于促进开采的这种方法涉及将电潜泵(ESP)放置在井筒内。
发明内容
本公开涉及包括智能材料的井筒工具。
这里描述的主题的某些方面可以被实施为在井筒内使用的电潜泵。所述井筒泵包括：泵壳体；泵级，所述泵级被定位在所述泵壳体内，所述泵级包括：固定的扩散器；以及旋转的叶轮，所述叶轮被定位在所述扩散器内，所述叶轮旋转以提供使流体流动通过所述井筒泵的动能，所述扩散器将从旋转的所述叶轮接收到的动能转换成压头以使流体流动通过所述井筒泵；泵头，所述泵头附接到所述泵壳体的所述第一端；压缩管，所述压缩管附接在所述泵头和所述扩散器之间，所述压缩管增加接触力以防止所述扩散器随所述叶轮旋转；以及环形记忆材料，所述记忆材料围绕所述扩散器定位，所述环形记忆材料被构造成响应于井筒操作条件从临时状态可逆地膨胀到永久状态，以在所述井筒泵在所述井筒操作条件下的运行期间与所述泵壳体的内表面形成过盈配合。
井筒泵还可以包括泵基座，所述泵基座附接在所述泵壳体的第二端处。所述井筒泵还可以包括下扩散器间隔件，所述下扩散器间隔件附接在所述泵基座和所述扩散器之间。所述环形记忆材料具有记忆材料内表面和记忆材料外表面，所述记忆材料内表面接触所述扩散器的外表面，所述记忆材料外表面与所述泵壳体的内表面相距一距离。在所述井筒泵在井筒操作条件下的运行期间，所述环形记忆材料从所述临时状态膨胀到所述永久状态至少到达所述泵壳体的内表面。根据前述权利要求中任一项所述的泵，其中所述井筒操作条件包括井筒操作温度，其中井筒泵温度在所述井筒泵不运行时低于所述井筒操作温度，其中所述环形记忆材料在所述井筒泵温度下处于临时状态并且被构造成在所述井筒操作温度下返回到原始状态。在临时状态下，所述环形记忆材料的沿所述泵壳体的半径的宽度小于所述泵壳体的内表面与所述扩散器的外表面之间的间隙厚度。在永久状态下，所述环形记忆材料的沿所述泵壳体的半径的宽度等于所述间隙厚度。当所述井筒泵在所述井筒操作温度和所述井筒泵组件温度之间多次变化时，所述环形记忆材料能够随温度在所述临时状态和所述永久状态之间多次可逆地转变且不会劣化。
所述叶轮为第一叶轮，所述扩散器为第一扩散器，所述环形记忆材料为第一环形记忆材料，所述第一叶轮和所述第一扩散器形成第一泵级。所述泵还可以包括第二泵级，所述第二泵级与所述第一泵级串联连接。所述第二泵级包括旋转的第二叶轮，所述第二叶轮旋转以提供使流体流动通过所述井筒泵的动能；固定的第二扩散器，固定的所述第二扩散器被定位在所述泵壳体内，所述第二扩散器沿井身上行方向定位在所述第二叶轮的上方，所述第二扩散器从所述第二叶轮接收动能并以响应的方式将所述动能转换成压头以使流体流动通过所述井筒泵；以及第二环形记忆材料，所述第二环形记忆材料围绕所述第二扩散器定位。所述记忆材料能够响应于所述井筒泵的井筒操作条件从临时形状可逆地膨胀到永久形状以在泵在井下运行之前或在井筒泵在井筒操作条件下的运行期间与所述泵壳体的内表面形成过盈配合。所述第一环形记忆材料的沿所述泵壳体的纵向轴线的轴向高度与所述第二环形记忆材料的沿所述泵壳体的所述纵向轴线的轴向高度相同或不同。所述记忆材料形成具有足以防止扩散器旋转的强度的过盈配合。所述扩散器的在所述环形记忆材料被定位的位置处的径向厚度大于所述扩散器的在沿着所述泵壳体的纵向轴线的其它位置处的径向厚度。所述环形记忆材料具有沿着所述泵壳体的纵向轴线的轴向高度，其中所述轴向高度基于所述扩散器的壁厚。
这里描述的主题的某些方面可以被实施为一种方法。井筒泵的井筒泵级被组装。所述井筒泵级包括：旋转的叶轮，所述旋转叶轮旋转以提供使流体流动通过所述井筒泵的动能；固定的扩散器，所述固定的扩散器定位在所述泵壳体内，所述扩散器沿井身上行方向被定位在所述叶轮的上方，所述扩散器被构造成从所述叶轮接收动能并以响应的方式将所述动能转换成压头以使流体流动通过所述井筒泵。所述泵头附接到所述泵壳体的面向井口的端部。压缩管附接在所述泵头和所述扩散器之间。所述压缩管增加所述扩散器之间的接触力。所述泵壳体的内表面和所述扩散器的外表面由一间隙间隔开。记忆材料被形成为环形形状，所述环形形状具有等于或大于所述扩散器的外径的内径并具有小于所述泵壳体的内径的外径。所述环形记忆材料围绕所述扩散器的外径定位。将所述记忆材料形成为环形形状包括：使所述环形记忆材料从永久状态变形到临时状态，在所述永久状态下，所述记忆材料的外径大于或等于所述泵壳体的内径，在所述临时状态下，所述记忆材料的外径小于所述泵壳体的内径。所述记忆材料在永久状态下比在临时状态下具有更大的刚性。在井下安装之前的组装期间，所述记忆材料处于临时形状，并且在井筒泵在井筒中被定位在井下且不运行的井筒泵温度下，所述材料处于永久状态。在当所述井筒泵在井筒中被定位在井下时井筒泵运行的井筒操作温度下，所述记忆材料处于永久状态。将所述记忆材料形成为环形形状包括：将所述记忆材料形成为当所述井筒泵的温度在所述井筒操作温度和所述井筒泵组件温度之间多次变化时能够在所述临时状态和所述永久状态之间多次可逆地转变且不会劣化。所述环形记忆材料被定位在一位置处。所述扩散器的在所述环形记忆材料被定位的位置处的径向厚度大于所述扩散器的在沿着所述泵壳体的纵向轴线的其它位置处的径向厚度。
井筒泵级是第一井筒泵级，所述叶轮是第一叶轮，所述扩散器是第一扩散器，所述记忆材料是第一记忆材料。所述井筒泵的第二井筒泵级被组装。第二井筒泵级包括：第二旋转叶轮，所述第二旋转叶轮旋转以提供使流体流动通过所述井筒泵的动能；第二固定扩散器，所述第二固定扩散器被定位在所述泵壳体内，所述第二固定扩散器沿井身上行方向被定位在所述第二叶轮的上方。所述第二扩散器从所述第二叶轮接收动能并以响应的方式将所述动能转变成压头以使流体流动通过所述井筒泵。第二记忆材料被形成为环形形状，所述环形形状具有等于所述扩散器的外径的内径并具有小于所述泵壳体的内径的外径。所述第二环形记忆材料围绕所述第二扩散器的外径定位。所述第一井筒泵级与所述第二井筒泵级串联附接。
这里描述的主题的某些方面可以被实施为井下泵。所述井下泵可以包括：泵壳体；旋转叶轮，所述旋转叶轮旋转以提供使流体流动通过所述井筒泵的动能；固定扩散器，所述固定扩散器在泵壳体内沿井身上行方向被定位在叶轮的上方，所述固定扩散器从所述叶轮接收动能并且以响应的方式将所述动能转变为压头以使所述流体流动通过所述井筒泵；泵头，所述泵头附接到所述泵壳体的第一端；泵基座，所述泵基座附接到所述泵壳体的第二端；压缩管，所述压缩管附接在所述泵头和所述扩散器之间，所述压缩管增加所述扩散器之间的接触力以防止所述扩散器随所述叶轮旋转；下扩散器间隔件，所述下扩散器间隔件附接在所述泵基座和所述扩散器之间；以及环形记忆材料，所述环形记忆材料围绕所述扩散器定位。所述记忆材料能够响应于所述井筒泵的井筒操作条件而从临时状态可逆地膨胀到永久状态。所述记忆材料在临时状态下比在永久状态下刚性小。
在永久状态中，所述记忆材料在所述扩散器和所述泵壳体之间形成过盈配合。所述过盈配合具有防止所述扩散器旋转的强度。所述记忆材料可以响应于所述井筒泵在井筒中在井下运行的井筒操作条件而从临时状态膨胀到永久状态。记忆材料响应于井筒操作条件的变化而从永久状态收缩到临时状态。井筒操作条件可以包括井筒泵在井筒中在井下运行时的井筒操作温度。当井筒泵温度低于井筒操作温度时，记忆材料保持处于临时状态，而当井筒泵温度处于井筒操作温度或高于井筒操作温度时，记忆材料膨胀到原始状态。
在附图和下面的具体实施方式中阐述了本发明的一个或多个实施方式的细节。本发明的其它特征、目的和优点将从说明书和附图以及权利要求书中显而易见。
附图说明
图1A是安装在井筒中的电潜泵的一部分的示意图，其中所述电潜泵的防旋转环处于临时形状；
图1B是安装在井筒中的电潜泵的一部分的示意图，其中所述电潜泵的防旋转环处于永久形状；
图1C是安装在井筒中的具有两级的电潜泵的一部分的示意图；
图2是形状记忆聚合物防旋转带的示意图；以及
图3示出了在井下设备件上使用形状记忆聚合物带的示例性方法的流程图。
在各个附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
具体实施方式
电潜泵(ESP)系统由离心泵、保护器、马达和监测接头组成。该泵用于将井流体升举到地面。马达提供能量以驱动泵。保护器吸收来自泵的推力载荷，将动力从马达传递到泵，并防止井流体进入马达。监测接头提供关于井流体特性的信息，例如，泵入口压力和泵排出压力、泵入口温度、马达内部温度和振动等。该泵由多个级组成，多个级中的每个都由叶轮和扩散器组成。旋转的叶轮将能量添加到流体以提供流动，而静止的扩散器将来自叶轮的流体的动能转换成压头。泵级通常串联堆叠以形成多级系统。所有级都被容纳在泵壳体内并且在任一端上都用泵头和基座封盖。由每个单独级产生的压头的总和是累积的；也就是说，由多级系统产生的总压头从第一级到最后一级线性地增加。ESP在开采井筒中操作。
在ESP泵组件期间所进行的步骤之一是扩散器压缩。执行该步骤以确保所堆叠的扩散器或级保持彼此接触并防止在操作期间发生旋转。在该过程中，压缩管首先基于所需的总扩散器压缩被切割成的适当的尺寸并且被夹在泵头和最顶部最后一个扩散器之间以提供期望的压缩力。在泵运行期间，叶轮将扭矩传递到流体，该流体被输送到扩散器的壁。然而，有时，由于在组装期间的不适当压缩或在特定流动条件下产生高于预期的压头，扩散器压缩力被来自扩散器的基于压力的力克服。当这种压缩的总损失发生时，扩散器在与叶轮相同的方向上旋转，从而导致被称为自旋扩散器的现象。结果是，开采流体逃逸到壳体内径和扩散器外径之间的环空中，从而从逃逸的高压流体在扩散器壁上施加的不必要的应力，这可能会导致扩散器壁破裂，从而导致泵失效。另外，因为扩散器自旋，因此扩散器会产生不足的压头。扩散器可能会与其它扩散器的任何接触表面抵接摩擦，或者扩散器的外径也可能会在壳体的内壁上摩擦，从而导致扩散器和壳体二者的材料损失，由于摩擦这会产生过多的热量生成，并因此导致泵过早失效。
为了防止扩散器自旋，传统的泵组件依赖于高压缩力以确保扩散器之间的足够的摩擦接触力。然而，在运行期间泵的状态可能会相当大地变化以有利于自旋扩散器效应。因此，已经实施了补充扩散器防旋转技术，即，可以是弹簧构件的副压缩装置与主压缩装置结合附接。这种结合使得如果主压缩装置丧失其压缩能力，弹簧构件就会变成主压缩装置以确保扩散器保持彼此接触。这种布置的潜在缺点可能是由于在多个操作循环之后弹簧松弛而引起的。当这种情况发生时，弹簧构件的功能丧失，从而导致自旋扩散器效应。
其它防旋转技术具有从每个扩散器轴向延伸的凸耳，该凸耳与沿着扩散器的圆周形成在扩散器上方的相应的轴向定位的凹部嵌套以防止扩散器之间的相对运动。此外，在每个凸耳-凹部配合面中，O形环安装在每个扩散器的外部上以形成密封件。在该堆叠的最顶端，保持环安装在壳体中的凹部内以将扩散器机械地锁定到壳体并防止旋转。这种技术的一个缺点是存在用于在扩散器中产生凸耳和凹部的额外的机械操作，从而导致增加的制造时间和较高的单元产品或设备成本。
另一种防旋转技术涉及可变压缩装置或可变压缩环，可变压缩装置或可变压缩环可以是放置在压缩管和最上面的扩散器之间的塑料或硬橡胶。如果压缩管被切割得太短，则可变压缩环膨胀以保持扩散器上所需的压缩载荷，从而防止在泵运行期间扩散器自旋。相反，如果压缩管被切割得太长，则可变压缩装置收缩以保持扩散器上期望的压缩载荷，从而防止扩散器自旋。该方法的潜在缺点之一是，硬橡胶或塑料在膨胀和压缩的多次循环之后经受压缩形变的能力，从而丧失其有效性，类似于传统组装方法，这使得材料易于受到的扩散器自旋效应。
本公开描述了用于与ESP(也称为井筒泵)一起使用的防旋转设备，其中所述井筒泵由形状记忆聚合物(SMP)或其它类似的形状记忆材料制成。SMP成形为围绕ESP扩散器紧密配合的环。SMP被构造成在井筒操作温度下膨胀并且在ESP扩散器和ESP壳体之间产生过盈配合。SMP被构造成在井筒操作温度而不是在泵运行温度下膨胀，以使得SMP材料在泵启动之前膨胀以产生过盈配合。过盈配合通过高摩擦阻力提供防旋转力。SMP单独使用或与压缩管或其它可以用于防止防旋转的结构装置结合使用。
图1A示出了具有处于临时形状的防旋转带108的组装好的ESP 100的一部分。ESP100可以包括多个泵级(第一泵级126作为示例被示出；其它类似的泵级也是可能的)，所述泵级中的每一个都包括叶轮(例如，第一叶轮118)和扩散器(例如，扩散器112a)。多个级可以被共同称为束116。束116被封装在壳体114内。壳体114具有两个端部：井口端128和井底端130。泵头102附接到壳体114的井口端128。压缩管104放置在泵头102和泵级中最靠近井口端128的扩散器112b之间。压缩管104提供压缩力以防止泵级中最靠近井口端128的扩散器112b自旋。束116具有两个端部：吸入端122和排出端106。泵级中最靠近吸入端106的扩散器112a由泵基座134支撑。
ESP 100在吸入端122处从井筒吸入开采流体，吸入端122位于排出端106的下方。排出端106将开采流体输送到开采管(未示出)中并沿井身上行方向朝向地面设施输送。在图1A-1B所示的实施方式中，最靠近井口端128的扩散器112b沿井身上行方向位于叶轮118的正上方(即下游)。当开采流体移动通过ESP 100时，由每个级添加的压头被累积。
在组装期间，多个级116被放置到壳体114中。在壳体114的井口端128上，ESP 100通过泵头102被保持在壳体114内。在壳体114的井底端130上，多个级116与下扩散器间隔件132接触。下扩散器间隔件由泵基座134刚性地固定，所述泵基座134螺纹连接到壳体114的井底端130中以保持束116受压。处于其临时形状的未膨胀的SMP防旋转带108围绕每个泵级的每个扩散器定位。
SMP是在存在外部刺激(例如，温度或其它刺激)时可以从临时形状变化到其永久形状的聚合物。形状记忆材料的另一个特性是双向形状记忆效应。这是材料在被加热到高温时记忆其形状以及在被冷却到低温时也记忆其形状的能力。SMP的特征在于玻璃化转变温度Tg，当低于该玻璃化转变温度Tg时，SMP是刚性的。在Tg以下，SMP处于临时形状。当材料被加热到Tg以上时，所述材料恢复到永久形状。该过程是可逆的，并且可以重复多次，且聚合物不会劣化。此外，聚合物可以被设计成具有特定的玻璃化转变温度，例如在-22°F至500°F之间。在被加工成所需的临时形状之前，首先使用传统的制造方法将SMP设计并制造成其所需的永久形状，其中所述传统的制造方法包括成型和固化。这通过将所制造的永久形状加热到SMP的玻璃化转变温度(Tg)以上来实现。随后，将载荷施加到SMP上以使SMP变形为目标临时形状。在SMP仍然被加载/受限制在其临时形状的情况下，将SMP冷却到其玻璃化转变温度(Tg)以下，通常冷却到接近室温。在达到室温之后，去除负载/约束并且SMP保持该临时形状。在组装过程中，未膨胀的防旋转带108具有该临时形状。对于被设计并制造有单向形状记忆效应的SMP，当将临时形状被加热到SMP的玻璃化转变温度以上的温度时，SMP被转变为其永久形状。对于被设计并制造有双向形状记忆效应的SMP，当将临时形状加热到SMP的玻璃化转变温度以上的温度时，SMP被转变为其永久形状。然而，将SMP冷却到其玻璃化转变温度以下会导致SMP恢复到其临时形状。
图1B示出了图1A中所示的安装好的ESP 100的相同部分，但是膨胀的SMP防旋转带110当前处于其永久形状。处于临时形状的未膨胀的SMP防旋转带108围绕泵扩散器112a和泵扩散器112b牢固地配合。未膨胀的防旋转带108的外表面在围绕扩散器112a和扩散器120b安装之后相对于壳体114的内壁留有足够的间隙以便于安装。防旋转带108是被制造有双向形状记忆效应的SMP。在其暂时未膨胀的形状中，防旋转带108是具有等于束116的外径(在典型的压配合加工公差内)的内径和小于束116的外表面与壳体114的内表面之间的间隙的径向厚度的环。SMP的玻璃化转变温度(Tg)在安装之前已经被设定成高于组装和安装期间所经历的温度，但低于井筒的操作温度。膨胀的SMP防旋转带110的永久形状被构造成在膨胀的SMP防旋转带110的外径和壳体114的内径之间提供过盈配合。也就是说，在永久的膨胀形状中，环的内径等于束的外径(在用于压配合零件的标准加工公差内)，并且径向厚度至少等于扩散器112a和扩散器112b的外表面与壳体114的内表面之间的间隙。与压缩管104共同作用的过盈配合增加了摩擦力，以抵抗泵扩散器的任何旋转。在泵已经被从井筒中移除并且SMP温度已经下降到玻璃化转变温度(Tg)以下之后，SMP带将返回到其临时状态。
在一些实施方式中，在束116内可以使用多个级。在图1C中所示的这种实施方式中，ESP可以包括例如第一级126a和第二级126b。每个泵级126都可以包括在泵组件期间被安装的处于临时形状的防旋转带108。如在前面所讨论的实施方式中，一旦ESP 100被定位在井筒内并且经历高于玻璃化转变温度(Tg)的温度，则处于临时形状的防旋转带108就会膨胀以变成处于其永久形状的膨胀的SMP防旋转带110。
图2示出了一般的SMP防旋转带200的俯视图。SMP防旋转带200在其临时形状时为环形以便于安装。如前面所描述的，SMP防旋转带200的临时形状被预先制造，以使得其内表面与束116的外表面一致，但是带200的外径小于泵壳体114的内表面的直径。通常，防旋转带200的外表面和内表面的永久形状可以被形成为分别与泵壳体114的内表面和束116的外表面一致。旋转带200的玻璃化转变温度(Tg)被预先设计设定为低于井筒中的井筒泵100的操作温度，并且在组装期间高于井筒泵100的操作温度。井筒温度比组装期间所经历的温度高。
处于临时形状的未膨胀的SMP防旋转带108的轴向布置理想地围绕泵束116的扩散器112a和扩散器112b，在该处扩散器的径向厚度最大。围绕束116的薄壁部分定位的膨胀的SMP防旋转带110可能会潜在地使扩散器112a或扩散器112b破裂。由于尺寸差异，对于每个ESP 100模型，防旋转带200的具体的临时(未膨胀)形状和永久(膨胀)形状被制造成不同的尺寸。SMP防旋转带200可以在各种纵向高度处放置在一个或多个扩散器上。
本主题可以用图3中所示的示例性方法300来实现。方法300的步骤可以并行、串行或以与图3中所示的不同的顺序执行。首先，从泵基座的库存中拣选泵基座。在302处，下扩散器间隔件132附接到泵基座134。然后，泵基座134可以附接到壳体114，或者泵基座可以被放在一边直到完成泵级126。此时，泵级可以连接到下扩散器间隔件132。在发生这之前，在304处，井筒泵100的井筒泵级126被组装。组装泵级可以包括将叶轮118放置到第一扩散器120中。在306处，记忆材料被形成为环形形状，该环形形状具有等于先前组装好的泵级126的扩散器120的外径的内径，并具有小于泵壳体114的内径的外径。在308处，环形记忆材料围绕扩散器120的外径定位。记忆材料以其未膨胀的形状或临时形状围绕扩散器120放置。在310处，井筒泵的第二井筒泵级被组装。在312处，第二记忆材料被形成为环形形状，该环形形状具有等于在310处组装的组装好的泵级的扩散器的外径的内径，并具有小于泵壳体114的内径的外径。在314处，第二环形记忆材料围绕第二泵级的扩散器的外径定位。记忆材料以其未膨胀的形状或临时形状围绕第二扩散器放置。在316处，第一井筒泵级126a与第二泵级126b串联附接以形成束116。在318处，束116插入到泵壳体114中。在320处，压缩管104附接在泵束116和泵头102之间。在322处，泵头102附接到泵壳体114的面向井口的端部128。泵头102和泵基座134可以利用螺纹连接附接到泵壳体。
已经描述了本主题的多个实施方式。然而，将理解，在不背离本主题的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。例如，代替SMP，可以使用形状记忆合金。因此，其它实施方式在所附权利要求的范围内。

Claims (23)

1.一种井筒泵，包括：
泵壳体，所述泵壳体包括第一端和第二端；
泵级，所述泵级被定位在所述泵壳体内，所述泵级包括：
固定的扩散器；以及
旋转的叶轮，所述叶轮被定位在所述扩散器内，所述叶轮被构造成旋转以提供使流体流动通过所述井筒泵的动能，所述扩散器被构造成将从旋转的所述叶轮接收到的动能转换成压头以使流体流动通过所述井筒泵；
泵头，所述泵头附接到所述泵壳体的所述第一端；
压缩管，所述压缩管附接在所述泵头和所述扩散器之间，所述压缩管被构造成增加接触力以防止所述扩散器随所述叶轮旋转；以及
环形记忆材料，所述环形记忆材料围绕所述扩散器定位，所述环形记忆材料被构造成响应于所述井筒泵的井筒操作条件从临时状态可逆地膨胀到永久状态，以在所述井筒泵在所述井筒操作条件下的运行期间与所述泵壳体的内表面形成过盈配合。
2.根据权利要求1所述的井筒泵，还包括泵基座，所述泵基座附接在所述泵壳体的所述第二端处。
3.根据权利要求2所述的井筒泵，还包括下扩散器间隔件，所述下扩散器间隔件附接在所述泵基座和所述扩散器之间。
4.根据权利要求1所述的井筒泵，其中，所述环形记忆材料具有记忆材料内表面和记忆材料外表面，所述记忆材料内表面接触所述扩散器的外表面，所述记忆材料外表面与所述泵壳体的所述内表面相距一距离，其中，所述环形记忆材料被构造成在所述井筒泵在井筒操作条件下的运行期间从所述临时状态膨胀到所述永久状态且至少膨胀到所述泵壳体的所述内表面。
5.根据权利要求1所述的井筒泵，其中，所述井筒操作条件包括井筒操作温度，其中井筒泵组件温度低于所述井筒操作温度，其中所述环形记忆材料在所述井筒泵组件温度下处于临时状态，并且被构造成在所述井筒操作温度下返回到所述永久状态。
6.根据权利要求5所述的井筒泵，其中，所述环形记忆材料被构造成当所述井筒泵的温度在所述井筒操作温度和所述井筒泵组件温度之间多次变化时能够在所述临时状态和所述永久状态之间多次可逆地转变且不会劣化。
7.根据权利要求1所述的井筒泵，其中，在所述临时状态下，所述环形记忆材料的沿所述泵壳体的半径的宽度小于所述泵壳体的内表面和所述扩散器的外表面之间的间隙厚度，并且其中在所述永久状态下，所述环形记忆材料的沿所述泵壳体的半径的宽度等于所述间隙厚度。
8.根据权利要求1所述的井筒泵，其中，所述叶轮是第一叶轮，所述扩散器是第一扩散器，所述环形记忆材料是第一环形记忆材料，所述第一叶轮和所述第一扩散器形成第一泵级，并且其中所述井筒泵还包括与所述第一泵级串联连接的第二泵级，所述第二泵级包括：
旋转的第二叶轮，所述第二叶轮被构造成旋转以提供使流体流动通过所述井筒泵的动能；
固定的第二扩散器，所述第二扩散器被定位在所述泵壳体内，固定的所述第二扩散器沿井身上行方向被定位在所述第二叶轮的上方，所述第二扩散器被构造成从所述第二叶轮接收动能并以响应的方式将所述动能转换成压头以使所述流体流动通过所述井筒泵；以及
第二环形记忆材料，所述第二环形记忆材料围绕所述第二扩散器定位，所述第二环形记忆材料被构造成响应于所述井筒泵的井筒操作条件从临时形状可逆地膨胀到永久形状，以在泵在井下运行之前或在所述井筒泵在井筒操作条件下的运行期间与所述泵壳体的所述内表面形成过盈配合。
9.根据权利要求8所述的井筒泵，其中，所述第一环形记忆材料的沿所述泵壳体的纵向轴线的轴向高度与所述第二环形记忆材料的沿所述泵壳体的所述纵向轴线的轴向高度相同或不同。
10.根据权利要求1所述的井筒泵，其中，所述环形记忆材料被构造成形成过盈配合，所述过盈配合具有足以防止所述扩散器的旋转的强度。
11.根据权利要求1所述的井筒泵，其中，所述扩散器的在所述环形记忆材料被定位的位置处的径向厚度大于所述扩散器的在沿着所述泵壳体的纵向轴线的其它位置处的径向厚度。
12.根据权利要求1所述的井筒泵，其中，所述环形记忆材料具有沿着所述泵壳体的纵向轴线的轴向高度，其中所述轴向高度基于所述扩散器的壁厚。
13.一种用于在井筒泵上使用记忆材料的方法，包括：
组装井筒泵的井筒泵级，所述井筒泵级包括：
旋转的叶轮，所述叶轮被构造成旋转以提供使流体流动通过所述井筒泵的动能；以及
固定的扩散器，所述扩散器定位在泵壳体内，所述扩散器沿井身上行方向被定位在第二叶轮的上方，所述扩散器被构造成从旋转的所述叶轮接收动能将将以响应的方式将所述动能转换成压头以使流体流动通过所述井筒泵；
将泵头附接到所述泵壳体的面向井口的端部；
将压缩管附接在所述泵头和所述扩散器之间，所述压缩管被构造成增加所述扩散器之间的接触力，其中所述泵壳体的内表面和所述扩散器的外表面由一间隙间隔开；
将记忆材料形成为环形形状，所述环形形状具有等于或大于所述扩散器的外径的内径并具有小于所述泵壳体的内径的外径；以及
围绕所述扩散器的外径定位环形的所述记忆材料。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述记忆材料形成为环形形状包括：
使环形的所述记忆材料从永久状态变形到临时状态，在所述永久状态下，所述记忆材料的外径大于或等于所述泵壳体的内径，在所述临时状态下，所述记忆材料的外径小于所述泵壳体的内径，其中所述记忆材料在永久状态下比在临时状态下具有更大的刚性。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述记忆材料在井下安装之前的组装期间处于临时状态，并且在所述井筒泵在所述井筒中被定位在井下并且所述井筒泵没有运行的井筒泵温度下，所述材料处于永久状态，其中在当所述井筒泵在井筒中被定位在井下时所述井筒泵运行时的井筒操作温度下，所述记忆材料处于永久状态。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，将所述记忆材料形成为环形形状包括：
将所述记忆材料形成为当所述井筒泵的温度在所述井筒操作温度和所述井筒操作温度之间多次变化时能够在所述临时状态和所述永久状态之间多次可逆地转变且不会劣化。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述环形记忆材料被定位在一位置处，其中所述扩散器的在所述环形记忆材料被定位的位置处的径向厚度大于所述扩散器的在沿着所述泵壳体的纵向轴线的其它位置处的径向厚度。
18.根据权利要求13所述的方法，其中，所述井筒泵级是第一井筒泵级，所述叶轮是第一叶轮，所述扩散器是第一扩散器，所述记忆材料是第一记忆材料，并且其中所述方法还包括：
组装所述井筒泵的第二井筒泵级，所述第二井筒泵级包括：
旋转的第二叶轮，所述第二叶轮被构造成旋转以提供使流体流动通过所述井筒泵的动能；
固定的第二扩散器，固定的所述第二扩散器被定位在所述泵壳体内，固定的所述第二扩散器沿井身上行方向被定位在所述第二叶轮上方，所述第二扩散器被构造成从所述第二叶轮接收动能并以响应的方式将所述动能转换成压头以使所述流体流动通过所述井筒泵；
将第二记忆材料形成为环形形状，所述环形形状具有等于所述扩散器的外径的内径并具有小于所述泵壳体的内径的外径；
围绕所述第二扩散器的外径定位所述第二环形记忆材料；以及
将所述第一井筒泵级与所述第二井筒泵级串联附接。
19.一种井筒泵，包括：
泵壳体，所述泵壳体包括第一端和第二端；
旋转的叶轮，所述叶轮被构造成旋转以提供使流体流动通过所述井筒泵的动能；
固定的扩散器，所述扩散器被定位在所述泵壳体内，所述扩散器沿井身上行方向被定位在所述叶轮的上方，所述扩散器被构造成从所述叶轮接收动能并以响应的方式将所述动能转换成压头以使所述流体流动通过所述井筒泵；
泵头，所述泵头附接到所述泵壳体的第一端；
泵基座，所述泵基座附接到所述泵壳体的第二端；
压缩管，所述压缩管附接在所述泵头和所述扩散器之间，所述压缩管被构造成增加所述扩散器之间的接触力以防止所述扩散器随所述叶轮旋转；
下扩散器间隔件，所述下扩散器间隔件附接在所述泵基座和所述扩散器之间；以及
环形记忆材料，所述环形记忆材料围绕所述扩散器定位，所述环形记忆材料被构造成响应于所述井筒泵的井筒操作条件从临时状态可逆地膨胀到永久状态，其中所述环形记忆材料在临时状态下比在永久状态下刚性小。
20.根据权利要求19所述的井筒泵，其中，所述记忆材料被构造成在所述永久状态下在所述扩散器和所述泵壳体之间形成过盈配合，所述过盈配合具有防止所述扩散器旋转的强度。
21.根据权利要求19所述的井筒泵，其中，所述记忆材料被构造成响应于所述井筒泵在所述井筒中在井下运行的井筒操作条件而从所述临时状态膨胀到所述永久状态。
22.根据权利要求19所述的井筒泵，其中，所述记忆材料被构造成响应于所述井筒操作条件的变化而从所述永久状态收缩到所述临时状态。
23.根据权利要求19所述的井筒泵，其中，所述井筒操作条件包括井筒操作温度，在所述井筒操作温度下，所述井筒泵在所述井筒中在井下运行，其中所述记忆材料被构造成当井筒泵温度低于所述井筒操作温度时保持在所述临时状态，而当所述井筒泵温度处于所述井筒操作温度或高于所述井筒操作温度时膨胀到所述永久状态。
CN201780077801.XA 2016-12-15 2017-12-04 包括智能材料的井筒工具 Active CN110088425B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662434756P 2016-12-15 2016-12-15
US62/434,756 2016-12-15
US15/626,455 2017-06-19
US15/626,455 US20180172020A1 (en) 2016-12-15 2017-06-19 Wellbore tools including smart materials
PCT/US2017/064413 WO2018111585A1 (en) 2016-12-15 2017-12-04 Wellbore tools including smart materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110088425A CN110088425A (zh) 2019-08-02
CN110088425B true CN110088425B (zh) 2021-12-10

Family

ID=60991515

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780077801.XA Active CN110088425B (zh) 2016-12-15 2017-12-04 包括智能材料的井筒工具

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20180172020A1 (zh)
EP (1) EP3555425B1 (zh)
JP (1) JP6966553B2 (zh)
CN (1) CN110088425B (zh)
CA (1) CA3044861C (zh)
SA (1) SA519401853B1 (zh)
WO (1) WO2018111585A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10533558B2 (en) * 2016-12-21 2020-01-14 Saudi Arabian Oil Company Centrifugal pump with adaptive pump stages
US11499563B2 (en) 2020-08-24 2022-11-15 Saudi Arabian Oil Company Self-balancing thrust disk
US11920469B2 (en) 2020-09-08 2024-03-05 Saudi Arabian Oil Company Determining fluid parameters
US11644351B2 (en) 2021-03-19 2023-05-09 Saudi Arabian Oil Company Multiphase flow and salinity meter with dual opposite handed helical resonators
US11591899B2 (en) 2021-04-05 2023-02-28 Saudi Arabian Oil Company Wellbore density meter using a rotor and diffuser
US11913464B2 (en) 2021-04-15 2024-02-27 Saudi Arabian Oil Company Lubricating an electric submersible pump
US11994016B2 (en) 2021-12-09 2024-05-28 Saudi Arabian Oil Company Downhole phase separation in deviated wells

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104100231A (zh) * 2014-07-22 2014-10-15 西南石油大学 井筒自动除垢装置及其除垢方法
WO2015041655A1 (en) * 2013-09-19 2015-03-26 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole gas compression separator assembly
WO2016081389A1 (en) * 2014-11-19 2016-05-26 Schlumberger Canada Limited Thrust handling system and methodology submersible in axial pumps
WO2016089526A1 (en) * 2014-12-04 2016-06-09 Baker Hughes Incorporated Sand control using shape memory materials
CN106133326A (zh) * 2013-11-28 2016-11-16 艾希蒂有限公司 用于lng、轻烃以及其他非导电和非腐蚀性流体的低温浸没式泵

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2370322B (en) * 2000-12-20 2003-03-12 Fmc Corp Metallic seal components
US20090084539A1 (en) * 2007-09-28 2009-04-02 Ping Duan Downhole sealing devices having a shape-memory material and methods of manufacturing and using same
US8833441B2 (en) * 2009-05-18 2014-09-16 Zeitecs B.V. Cable suspended pumping system
US8690534B1 (en) * 2009-06-08 2014-04-08 Curtiss-Wright Electro-Mechanical Corporation Backup seals in rotary pumps
EP2298373A1 (de) * 2009-09-22 2011-03-23 ECP Entwicklungsgesellschaft mbH Fluidpumpe mit wenigstens einem Schaufelblatt und einer Stützeinrichtung
US20120282119A1 (en) * 2011-05-03 2012-11-08 Raymond Floyd Dynamic compression compensator for submersible pumps
US20130189123A1 (en) * 2012-01-25 2013-07-25 Charles O. Stokley Hydraulic Powered Downhole Pump
US20140060062A1 (en) * 2012-09-04 2014-03-06 General Electric Company Method, apparatus and system for controlling swirl of exhaust in a gas turbine
US20140209291A1 (en) * 2013-01-28 2014-07-31 Schlumberger Technology Corporation Seals for electric submersible pump
CA2939019A1 (en) * 2014-02-12 2015-08-20 Lye Heng Chang Electric submersible pump components
AU2015397143A1 (en) * 2015-05-29 2017-10-12 Halliburton Energy Services, Inc. Electric submersible pump
CA2950622C (en) * 2015-12-03 2020-01-07 Wesley John Nowitzki Press-fit bearing locking system, apparatus and method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015041655A1 (en) * 2013-09-19 2015-03-26 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole gas compression separator assembly
CN106133326A (zh) * 2013-11-28 2016-11-16 艾希蒂有限公司 用于lng、轻烃以及其他非导电和非腐蚀性流体的低温浸没式泵
CN104100231A (zh) * 2014-07-22 2014-10-15 西南石油大学 井筒自动除垢装置及其除垢方法
WO2016081389A1 (en) * 2014-11-19 2016-05-26 Schlumberger Canada Limited Thrust handling system and methodology submersible in axial pumps
WO2016089526A1 (en) * 2014-12-04 2016-06-09 Baker Hughes Incorporated Sand control using shape memory materials

Also Published As

Publication number Publication date
CA3044861A1 (en) 2018-06-21
JP6966553B2 (ja) 2021-11-17
JP2020502417A (ja) 2020-01-23
US20180172020A1 (en) 2018-06-21
CA3044861C (en) 2021-08-17
WO2018111585A1 (en) 2018-06-21
EP3555425A1 (en) 2019-10-23
EP3555425B1 (en) 2020-12-02
CN110088425A (zh) 2019-08-02
SA519401853B1 (ar) 2022-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110088425B (zh) 包括智能材料的井筒工具
JP2020502427A (ja) 適応ポンプ段を有する遠心ポンプ
US11795795B2 (en) Fluid expansion chamber with protected bellow
US20170321711A1 (en) Isolated thrust chamber for esp seal section
CA2941247C (en) Systems and methods for preventing rotation of rotor bearings in a stator
WO2015179036A1 (en) Below motor equalizer of electrical submersible pump and method for filling
WO2020051155A2 (en) Shaft couplings for high tensile loads in esp systems
US9385570B2 (en) Stator magnet wire end coil retention system
US10907419B2 (en) Pinned coupling with shims for electric submersible pump
CA3025905C (en) Electric submersible pump cable anchored in coiled tubing
CA3070491C (en) Pumping system shaft conversion adapter
US11174874B2 (en) Multistage centrifugal pump with compression bulkheads
US20240175465A1 (en) Rotor bearing design for downhole motors
US11555363B2 (en) Artificial lift assembly
CN111032994A (zh) 具有压力补偿的双向活塞密封件
AU2020347141A1 (en) Inverted closed bellows with lubricated guide ring support

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant