EA026131B1 - Насосная установка - Google Patents

Насосная установка Download PDF

Info

Publication number
EA026131B1
EA026131B1 EA201301289A EA201301289A EA026131B1 EA 026131 B1 EA026131 B1 EA 026131B1 EA 201301289 A EA201301289 A EA 201301289A EA 201301289 A EA201301289 A EA 201301289A EA 026131 B1 EA026131 B1 EA 026131B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
pump
pressure
outlet
inlet
fluid
Prior art date
Application number
EA201301289A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201301289A1 (ru
Inventor
Марк Джозеф Денни
Original Assignee
Бп Эксплорейшн Оперейтинг Компани Лимитед
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 Бп Эксплорейшн Оперейтинг Компани Лимитед filed Critical Бп Эксплорейшн Оперейтинг Компани Лимитед
Publication of EA201301289A1 publication Critical patent/EA201301289A1/ru
Publication of EA026131B1 publication Critical patent/EA026131B1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/10—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by changing the positions of the inlet or outlet openings with respect to the working chamber
    • F04C28/12—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by changing the positions of the inlet or outlet openings with respect to the working chamber using sliding valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/24—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C11/00—Combinations of two or more machines or pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type; Pumping installations
    • F04C11/001—Combinations of two or more machines or pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type; Pumping installations of similar working principle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C13/00—Adaptations of machines or pumps for special use, e.g. for extremely high pressures
    • F04C13/008—Pumps for submersible use, i.e. down-hole pumping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/02—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations specially adapted for several machines or pumps connected in series or in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/24—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves
    • F04C14/26—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves using bypass channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/06—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet
    • F04C15/064—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet with inlet and outlet valves specially adapted for rotary or oscillating piston machines or pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/14—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C18/16—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/48—Rotary-piston pumps with non-parallel axes of movement of co-operating members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/12—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C2/14—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C2/16—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C23/001—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of similar working principle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/10—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by changing the positions of the inlet or outlet openings with respect to the working chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/24—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/24—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves
    • F04C28/26—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves using bypass channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/12—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet
    • F04C29/124—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet with inlet and outlet valves specially adapted for rotary or oscillating piston pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2210/00—Fluid
    • F04C2210/24—Fluid mixed, e.g. two-phase fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/70—Use of multiplicity of similar components; Modular construction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Details And Applications Of Rotary Liquid Pumps (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
  • Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)

Abstract

В изобретении описан насос, содержащий впуск, выпуск, по меньшей мере два ротора с винтовой поверхностью и управляемый давлением клапан, причем управляемый давлением клапан выполнен с возможностью управления рециркуляцией флюида из выпуска насоса во впуск последнего. Управляемый давлением клапан может представлять собой управляющий клапан. Кроме того, описана многоступенчатая насосная установка, содержащая по меньшей мере два последовательно расположенных насоса, причем по меньшей мере один из этих насосов представляет собой насос, упомянутый выше.

Description

Настоящее изобретение относится к многоступенчатым роторно-винтовым насосным установкам, в частности, для использования в скважинах, таких как нефтяные и газовые скважины.
Уровень техники
В нефтегазодобывающей промышленности время от времени возникает необходимость использования насосов с целью поддержания добычи флюидов из скважин. Например, пластовое давление вблизи какой-либо старой скважины может быть недостаточным для подъема пластовых флюидов на поверхность. В другом случае в скважину может быть введен какой-либо тяжелый флюид для остановки фонтанирования пластовых флюидов. Для возобновления добычи в этой скважине необходимо выкачать из нее этот тяжелый флюид (раствор для глушения скважин) с помощью насоса.
Роторно-винтовые насосы, например двух- или трехвинтовые, представляют собой объемные насосы, в которых вращающиеся винты используются для подачи флюида под давлением. Роторно-винтовые насосы известны своей способностью перекачивать многофазные флюиды.
Кроме того, известно, что для получения больших перепадов давления в конструкции насоса можно предусмотреть несколько ступеней нагнетания. Общий перепад давления, создаваемый насосом, представляет собой сумму перепадов давления, создаваемых отдельными ступенями. Аналогичным образом, можно предусмотреть несколько ступеней сжатия в компрессоре для получения высокого давления в газах. Многоступенчатые насосы имеют, как правило, ступени нагнетания с одинаковым рабочим объемом, тогда как многоступенчатые компрессоры обычно имеют ступени сжатия с уменьшающимся рабочим объемом. Под рабочим объемом следует понимать, например, в случае насоса с несколькими винтами, объем флюида, поступающего на выпуск данной ступени за время одного полного оборота винтов. Различие между многоступенчатыми насосами и многоступенчатыми компрессорами обусловлено тем, что жидкости являются почти несжимаемыми, тогда как у газов существует возможность сжатия.
Многоступенчатый двухвинтовой насос описан в публикации И8 6413065. Предложенный здесь скважинный насос содержит несколько последовательно соединенных двухвинтовых насосных модулей.
В публикации И8 7093665 описан другой скважинный многоступенчатый двухвинтовой насос. В данном документе обсуждается проблема, связанная с насосной установкой, описанной в публикации И8 6413065. Отмечается, что в ситуациях, характеризующихся низким содержанием жидкости и высоким содержанием газа во флюиде, количество имеющейся жидкости является недостаточным для эффективного уплотнения зазоров между витками винтовой поверхности и корпусом ротора. Вследствие этого в насосе не обеспечивается поддержание перепада давления, что сопровождается снижением его коэффициента полезного действия.
В публикации И8 7093665 описывается далее способ адаптации скважинного насоса, подобного описанному в публикации И8 6413065, для использования в скважинах с высоким содержанием газа. В одном варианте осуществления предусмотрены жидкостной сепаратор и дополнительная линия для жидкости, обеспечивающие захват части жидкости на выпуске многоступенчатого двухвинтового насоса и возврат ее на впуск последнего. Благодаря этому можно улучшить жидкостное уплотнение вокруг винтов насоса.
Многоступенчатая насосная установка также описана в международной патентной заявке АО 2010/092320, поданной авторами настоящей заявки и находящейся в настоящее время на рассмотрении. В этой установке предусмотрен ряд узлов, включающий несколько предварительно собранных насосных модулей, в том числе по меньшей мере один модуль двухвинтового насоса. Также предусмотрен удлиненный кожух для размещения узлов и средства крепления с возможностью крепления или вхождения в зацепление на одном из участков этого удлиненного кожуха. Средства крепления выполнены с возможностью удержания узлов в неподвижности внутри кожуха.
Эти конструкции насосов не обеспечивают решения еще одной проблемы, возникающей, когда насосы этого типа используются для получения высокого давления в многофазном флюиде, что часто бывает необходимо при их применении в нефтяных и газовых скважинах. Из-за сжимаемости газа скорость подачи флюида из одной ступени многоступенчатой насосной установки в следующую ступень ниже скорости всасывания флюида следующим насосом на его впуске. Поэтому последняя ступень начинает подсасывать во время работы предыдущих ступеней, что приводит к росту перепада давления на этой ступени. Фактически же перепад давления возрастает на всех ступенях от первого до последнего насоса.
При этом большая доля полученного давления приходится на последнюю ступень нагнетания, вследствие чего эта зона насосной установки может стать чрезвычайно горячей, что приводит к уменьшению рабочих зазоров и создает риск заклинивания. Следовательно, при высоком процентном содержании газа в откачиваемом флюиде использование многоступенчатого роторно-винтового насоса становится очень неэффективным.
Существующие насосы не решают этой проблемы, и им могут быть присущи такие недостатки, как перегрев и заклинивание, обусловленные тем, что последняя ступень нагнетания выполняет большую часть работы при выкачивании многофазного флюида.
Можно сконструировать многоступенчатый насос, более похожий на компрессор и имеющий постепенно уменьшающиеся рабочие объемы ступеней. Ступени такого многоступенчатого насоса были бы
- 1 026131 рассчитаны на конкретное соотношение газа и жидкости. Для иллюстрации этого рассмотрим нефтяную скважину, добывающую флюид при 100°С и со следующим составом:
нефть: 2000 баррелей/сутки (318 м3/сутки), вода: 2000 баррелей/сутки (318 м3/сутки), газ: 1000 баррелей/сутки (159 м3/сутки).
Рассмотрим четырехступенчатую насосную установку со следующими требованиями к давлению: давление на впуске: 1000 фунтов/кв.дюйм (6,89 МПа), давление на выпуске: 3000 фунтов/кв.дюйм (20,7 МПа).
Для распределения работы поровну между четырьмя ступенями этой насосной установки каждая ступень должна повышать давление флюида на 500 фунтов/кв.дюйм (3,45 МПа) (если не учитывать эффект усадки флюида при высоком гидростатическом давлении). С этой целью необходимо предусмотреть в многоступенчатом насосе ступени со следующими рабочими объемами.
Ступень 1.
Общий объем на впуске = 5000 баррелей/сутки (795 м3/сутки).
Предположим, что рост температуры в насосе является пренебрежимо малым, жидкость - несжимаемой, а газ - идеальным. Тогда для газовой фракции давление на впуске = 1000 фунтов/кв.дюйм (6,89 МПа) = 1014,7 фунта/кв.дюйм (а) (7,00 МПа абс.), объем газа на впуске = 1000 баррелей/сутки (159 м3/сутки), давление на выпуске = 1500 фунтов/кв.дюйм (10,3 МПа) = 1514,7 фунта/кв.дюйм (а) (10,4 МПа абс.), объем газа на выпуске = 1014,7x1000/1514,7 = 669,9 барреля/сутки (107 м3/сутки), общий объем на выпуске = 4669,9 баррелей/сутки (742 м3/сутки) (то есть жидкость плюс выходящий газ).
Ступень 2.
Общий объем на впуске = 4669,6 баррелей/сутки (742 м3/сутки), давление на впуске = 1500 фунтов/кв.дюйм (10,3 МПа) = 1514,7 фунта/кв.дюйм (а) (10,4 МПа), объем газа на впуске = 669,9 баррелей/сутки (107 м3/сутки), давление на выпуске = 2000 фунтов/кв.дюйм (13,8 МПа) = 2014,7 фунта/кв.дюйм (а) (13,9 МПа), объем газа на выпуске = 1514,7x669,9/1514,7 = 503,6 баррелей/сутки (80,1 м3/сутки), общий объем на выпуске = 4503,6 баррелей/сутки (716 м3/сутки).
Ступень 3.
Общий объем на впуске = 4503,6 баррелей/сутки (716 м3/сутки), давление на впуске = 2000 фунтов/кв.дюйм (13,8 МПа) = 2014,7 фунта/кв.дюйм (а) (13,9 МПа), объем газа на впуске = 503,6 баррелей/сутки (80,1 м3/сутки), давление на выпуске = 2500 фунтов/кв.дюйм (17,2 МПа) = 2514,7 фунта/кв.дюйм (а) (17,3 МПа), объем газа на выпуске = 2014,7x503,6/2514,7 = 403,5 баррелей/сутки (64,2 м3/сутки), общий объем на выпуске = 4403,5 баррелей/сутки (700 м3/сутки).
Ступень 4.
Общий объем на впуске = 4403,5 баррелей/сутки (700 м3/сутки), давление на впуске = 2500 фунтов/кв.дюйм (17,2 МПа) = 2514,7 фунта/кв.дюйм (а) (17,3 МПа), объем газа на впуске = 403,5 баррелей/сутки (64,2 м3/сутки), давление на выпуске = 3000 фунтов/кв.дюйм (20,7 МПа), объем газа на выпуске = 2514,7x403,5/3014,7 = 336,6 баррелей/сутки (53,5 м3/сутки), общий объем на выпуске = 4336,6 баррелей/сутки (689 м3/сутки).
Следовательно, насос, наилучшим образом подходящий для данных скважинных условий, относящихся к флюиду и выкачиванию, должен включать конфигурацию роторов со следующими рабочими объемами:
первая ступень: 5000,0 баррелей/сутки (795 м3/сутки), вторая ступень: 4669,6 баррелей/сутки (742 м3/сутки), третья ступень: 4503,6 баррелей/сутки (716 м3/сутки), четвертая ступень: 4403,5 баррелей/сутки (700 м3/сутки).
В данном примере газ составляет лишь 20% от общего объема флюида на впуске насоса, а рост давления является сравнительно небольшим, но разница в идеальных рабочих объемах роторов между первой и последней ступенями превышает 10%. Это обстоятельство подчеркивает значительное влияние, которое может оказывать соотношение газа и жидкости.
Тем не менее, с многоступенчатыми насосными установками, имеющими уменьшающиеся рабочие объемы ступеней, связана существенная проблема, заключающаяся в том, что при изменении соотношения газа и жидкости в скважинном флюиде происходит быстрое рассогласование ступеней с этим соотношением. При возрастании объема газа каждая ступень насоса будет пытаться всасывать больше флюида, чем могут подать предыдущие ступени. Последующие ступени будут осуществлять эффективное всасывание во время работы предыдущих ступеней, вследствие чего работа предыдущих ступеней станет
- 2 026131 малоэффективной. В данном случае имеет место тот же сценарий, что был описан выше для многоступенчатых насосов с постоянным рабочим объемом. Если, с одной стороны, объем газа уменьшается, то объем флюида на выпуске начальной ступени будет выше, чем объем, выкачиваемый следующей ступенью. Давление флюида между ступенями будет быстро расти, что приведет к гидравлической блокировке насоса либо к механическим повреждениям корпуса или уплотнений.
При выкачивании флюидов из подземных нефтегазосодержащих пластов данную проблему, связанную с многоступенчатыми насосами, используемыми для подачи под давлением многофазных флюидов, особенно трудно решить из-за летучести углеводородных жидкостей, содержащих газ в растворе и могущих также содержать некоторую долю свободного газа в зависимости от давления в коллекторе. Действительно, на начальном этапе нефть, добываемая из углеводородного коллектора, может представлять собой жидкость, но по мере продолжения добычи и падения давления в коллекторе ниже точки разгазирования выкачиваемый флюид будет состоять из смеси нефти и газа. Каждое нефтяное месторождение и каждая скважина в пределах последнего обладают уникальными характеристиками, зависящими от самих углеводородных флюидов и от давления последних в коллекторе, рассматриваемого с пространственной и хронологической точек зрения. Для согласования рабочего объема следующих друг за другом ступеней насоса с характеристиками флюида отдельной скважины в какой-либо заданный момент времени потребуется почти бесконечное число роторов разных размеров и практически нереализуемое число спускоподъемных операций в скважине для замены насоса на более подходящий к текущим условиям.
В публикации И8 5779451 описаны проблемы, возникающие, когда обычный единственный роторно-винтовой насос используется для выкачивания флюидов, имеющих высокое содержание газа. Указывается, что перегрев и заклинивание могут возникнуть из-за недостатка охлаждающей жидкости и повышенного тепловыделения на последнем витке винта. В данном документе предлагается усовершенствованный двухвинтовой насос, обеспечивающий значительное увеличение напора входящих потоков с высоким содержанием газа. Насос включает корпус, содержащий внутреннюю обойму роторов, имеющую впуск и выпуск и вмещающую совокупность роторов, расположенную в ней с возможностью функционирования. Каждый ротор имеет вал и некоторое число закрепленных на нем винтовых витков, причем форма роторов обеспечивает неравномерность распределения объемной скорости подачи по длине каждого ротора. В одном варианте осуществления роторы имеют некоторое число снабженных винтовыми витками ступеней нагнетания, отделенных от камер, не содержащих винтовых витков и не участвующих в процессе нагнетания. Винтовые витки каждой ступени нагнетания могут иметь разные профили с целью обеспечения постепенного уменьшения объемных скоростей подачи от впуска до выпуска обоймы роторов. Сообщается, что насос такой конструкции обеспечивает возможность выкачивания - с высоким коэффициентом полезного действия и без заклинивания, - флюидов с высоким значением соотношения газа и жидкости.
Кроме того, в данном документе описываются модификации, позволяющие насосу выкачивать несжимаемые флюиды. Для размещения несжимаемых флюидов каждая из камер, расположенных между ступенями нагнетания, может быть соединена с выпуском насоса и, возможно, с напорным резервуаром. Таким образом, избыточная жидкость может быть отведена в выпускную линию или в напорный резервуар. Запорные клапаны предотвращают обратный переток из выпускной линии в камеры. В соединительных линиях между камерами и выпускной линией могут быть предусмотрены насосы, вытесняющие флюид в выпускную линию.
В публикации СВ 2299832 представлена конструкция, схожая с описанной в И8 5779451. На единственном роторе в единственном корпусе насоса предусмотрено два набора винтовых витков. Между этими двумя наборами винтовых витков предусмотрено выпускное отверстие с предохранительным клапаном, предназначенное для разгрузки в случае пиковых значений объема жидкости и давления, имеющих место всякий раз, когда паросодержание выкачиваемого флюида становится равным нулю. Сбрасываемый флюид может быть утилизирован, отведен в амбар для последующей рециркуляции, направлен непосредственно по рециркуляционному контуру на впуск насоса или использован каким-либо иным образом.
Ни одно из этих изобретений не решает описанной выше проблемы неравномерного распределения работы в многоступенчатом роторно-винтовом насосе.
Следовательно, существует противоречие, заключающееся в том, что хотя хорошо известно, что одноступенчатый роторно-винтовой насос является эффективным для выкачивания многофазных флюидов, многоступенчатый винтовой насос не очень пригоден для выкачивания таких флюидов, поскольку работа не может быть распределена поровну между различными ступенями насоса.
По этим причинам насосы, используемые для извлечения углеводородов, обычно представляют собой либо многоступенчатые центробежные насосы, в которых рабочий объем каждой ступени не является фиксированным, либо объемные насосы, имеющие единственную ступень. Эти решения позволяют избежать необходимости согласования рабочего объема насоса с объемами выкачиваемых флюидов при условиях, имеющих место на каждой ступени насоса.
Тем не менее, центробежным и одноступенчатым насосам присущи свои специфические проблемы.
В частности, центробежные насосы неспособны работать с флюидами с высоким содержанием сво- 3 026131 бодного газа, потому что газ аккумулируется внутри ступиц их рабочих колес, следствием чего является неполное заполнение и кавитация насоса - состояние, обычно именуемое газовой пробкой. Одноступенчатые роторно-винтовые насосы не могут эффективно развивать высокое давление, требуемое для выкачивания флюида из нефтегазосодержащих пластов глубокого залегания. Поэтому в настоящее время в большинстве случаев используются двухвинтовые многофазные насосы, которые устанавливаются на поверхности и от которых требуется лишь сравнительно небольшое повышение давления.
В настоящее время по-прежнему существует потребность в насосной установке с возможностью более надежного и эффективного использования для выкачивания многофазных флюидов.
Сущность изобретения
Согласно первому аспекту настоящего изобретения насос содержит впуск, выпуск, по меньшей мере два ротора с винтовой поверхностью и управляемый давлением клапан, выполненный с возможностью управления рециркуляцией флюида из выпуска насоса во впуск последнего. Роторы с винтовой поверхностью могут вызывать движение флюида от впуска насоса до выпуска последнего.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения многоступенчатая насосная установка содержит по меньшей мере два последовательно расположенных насоса, по меньшей мере один из которых представляет собой насос, соответствующий первому аспекту настоящего изобретения. Можно управлять перепадом давления на данном насосе посредством рециркуляции флюида (то есть доли флюида, проходящего через насос) из выпуска насоса во впуск последнего через управляемый давлением клапан. Из уравнения гидравлическая мощность = массовая скорость потока х повышение давления (1) видно, что мощностью, развиваемой данным насосом, можно последовательно управлять, поскольку массовая скорость потока является фиксированной величиной (в допущении, что используется обычный двухвинтовой насос с жесткими недеформируемыми роторами, находящимися во взаимном зацеплении).
Если насос является частью многоступенчатой насосной установки, то управление мощностью, развиваемой насосом, посредством рециркуляции флюида из его выпуска в его впуск может вызвать увеличение перепада давления на насосе предыдущей ступени. Поэтому мощность, развиваемая насосом предыдущей ступени, соответственно возрастет.
Следовательно, посредством рециркуляции флюида из выпуска во впуск некоторых или всех насосов в многоступенчатой насосной установке можно более равномерно распределить по насосам этой установки выполняемую ею работу.
Рециркуляция подаваемого под давлением флюида из выпуска насоса в его впуск приводит к некоторой потере энергии, и на первый взгляд может показаться, что многоступенчатая насосная установка имеет невысокий коэффициент полезного действия. Поэтому может создаться впечатление, что предлагаемые в настоящем изобретении насос и многоступенчатая насосная установка - это шаг назад. Тем не менее, установлено, что с помощью описанной выше рециркуляции флюида можно создать усовершенствованную многоступенчатую насосную установку, поскольку можно достичь более высокого давления, не перегружая последний насос в установке. Кроме того, заметно возрастает надежность многоступенчатой насосной установки. Это обусловлено тем, что насосы предыдущих ступеней вынуждены вносить больший вклад (что, возможно, в равной мере зависит и от состава флюида) в общую работу, выполняемую многоступенчатой насосной установкой, чем они вносят, работая в обычном режиме. Таким образом, выполняемая работа делится между всеми насосами многоступенчатой насосной установки.
Кроме того, конструкция отдельных компонентов может быть оптимизирована по прикладываемой к ним нагрузке благодаря возможности управления работой и нагрузками путем задания уставок давления для клапанов.
В предпочтительном варианте управляемый давлением клапан выполнен с возможностью управления скоростью прохождения через него потока флюида. Этот клапан способен регулировать скорость потока флюида пропорционально соотношению газа и жидкости в этом флюиде. Управляемый давлением клапан в предпочтительном варианте представляет собой управляющий клапан. Как хорошо известно специалистам в данной области, управляющие клапаны представляют собой клапаны, предназначенные для управления потоком флюида путем регулирования степени открытия клапана, варьирующейся от 100% закрытия до 100% открытия. Степень открытия этих клапанов регулируется постепенно и непрерывно. В отличие от этого отсечные клапаны (например, тарельчатые, шиберные, шаровые и створчатые) сконструированы, по существу, как клапаны сброса давления, находящиеся либо в полностью закрытом, либо в полностью открытом положении. В полностью открытом положении отсечные клапаны могут быстро сбросить давление до требуемого значения, после чего они возвращаются в полностью закрытое положение. Отсечные клапаны не рассчитаны на управление степенью их открытия в промежутке между 100% закрытием и 100% открытием.
Примерами управляющих клапанов являются игольчатые клапаны, золотниковые клапаны и двухстворчатые клапаны. Игольчатый клапан содержит сужающуюся/коническую иглу, расположенную внутри него и пригнанную к сужающемуся/коническому седлу, чем обеспечивается закрытие клапана. При выходе иглы из седла открывается путь для прохождения потока. Ширина этого пути возрастает по мере выхода иглы из седла. Золотниковый клапан содержит две концентрические гильзы, могущие пере- 4 026131 мещаться друг относительно друга в осевом направлении. Каждая гильза содержит отверстие, а степень перекрытия этих отверстий может изменяться в результате относительного осевого движения гильз. Одно из отверстий может иметь увеличивающуюся ширину, что позволяет обеспечить увеличение степени перекрытия отверстий для данной величины относительного осевого перемещения.
Пример подходящего золотникового клапана представлен на фиг. 3. Наружная гильза имеет прямоугольное отверстие. Внутренняя гильза (показана штриховыми линиями) расположена внутри наружной гильзы и имеет криволинейное отверстие, что выражается в нелинейном росте скорости потока (фиг. 4). Другими словами, низкая скорость потока имеет место при начальном перекрытии отверстий, но скорость потока быстро возрастает с увеличением перепада давления и, следовательно, увеличением перекрытия.
Применение управляющих клапанов позволяет избежать вибрации последних и обеспечивает стабильность давления, создаваемого между насосными ступенями. Поэтому многоступенчатая насосная установка, содержащая несколько насосов, соответствующих настоящему изобретению, может, благодаря использованию управляющих клапанов, очень быстро реагировать на изменения и достигать состояния равновесия, при котором каждый клапан открыт в соответствующей степени, позволяющей оптимизировать распределение работы между отдельными насосами. Следовательно, устанавливается стабильный режим применительно к соотношению газа и жидкости в выкачиваемом флюиде.
Еще одним преимуществом золотниковых клапанов является наличие у них свойства самоочищения, что может быть, в частности, полезным, когда в окружающей среде скважины присутствуют твердые частицы, например песок.
Насос, соответствующий первому аспекту настоящего изобретения, может также содержать трубчатый элемент, соединяющий выпуск и впуск этого насоса. По этому трубчатому элементу проходит поток рециркулирующего флюида. Управляемый давлением клапан может быть связан с трубчатым элементом, обеспечивая селективное прохождение по нему потока флюида из выпуска насоса во впуск последнего. Управляемый давлением клапан может целиком или частично располагаться внутри трубчатого элемента или рядом с одним из концов последнего.
В одном варианте осуществления по меньшей мере второй и каждый последующий насосы в многоступенчатой насосной установке выполнены в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения. В этом случае первый насос может соответствовать или не соответствовать первому аспекту изобретения. Первым считается насос, находящийся на впускном конце (то есть на стороне самого низкого давления) многоступенчатой насосной установки. Отсюда следует, что последним считается насос, находящийся на выпускном конце (то есть на стороне самого высокого давления) многоступенчатой насосной установки.
Такая многоступенчатая насосная установка может эффективно использоваться для выкачивания флюидов, состав которых изменяется от 100% содержания жидкости до высоких величин соотношения газа и жидкости, поскольку жидкость может рециркулировать из выпуска во впуск отдельных насосов, чем обеспечивается более равномерное распределение работы между насосами.
Все насосы многоступенчатой насосной установки, описанной выше, могут иметь один и тот же рабочий объем.
В альтернативном варианте рабочий объем может последовательно уменьшаться от первого насоса установки к последнему (то есть от впускного конца многоступенчатой насосной установки к выпускному концу последней). Такая конструкция насосной установки, известная также как конусная, аналогична конструкции для сжатия газа, описанной выше. Уменьшение рабочего объема вдоль последовательности насосов позволяет создать многоступенчатую насосную установку, рассчитанную на оптимальное выкачивание флюида конкретного состава (то есть с конкретным соотношением газа и жидкости), с которым, как ожидается, придется работать данной установке. Тем не менее, благодаря клапанам, предусмотренным, как описано выше, для рециркуляции флюида, конусную многоступенчатую насосную установку можно также эффективно использовать с флюидами, состав которых отличается от ожидаемого.
Например, конусная многоступенчатая насосная установка сможет эффективно работать с флюидами, соотношение газа и жидкости которых превышает величину, на которую рассчитана данная установка, если в качестве, по меньшей мере, второго и каждого последующего насоса в этой установке предусмотреть насосы, соответствующие первому аспекту настоящего изобретения. Предусматривается, что первый насос в данной последовательности насосов может быть обычным насосом, например роторновинтовым. Тем не менее, он также может представлять собой насос согласно первому аспекту настоящего изобретения.
В другом примере первому аспекту настоящего изобретения соответствует, по меньшей мере, предпоследний насос и каждый предыдущий насос в многоступенчатой насосной установке. Такая конструкция полезна, в частности, при наличии уменьшения рабочего объема последовательно от первого насоса к последнему. Последний насос в этой последовательности может соответствовать или не соответствовать первому аспекту настоящего изобретения. В этом примере многоступенчатая насосная установка может работать с флюидами, соотношение газа и жидкости которых ниже величины, на которую рассчитаны рабочие объемы данной установки.
- 5 026131
Один из полезных вариантов осуществления, соответствующий второму аспекту настоящего изобретения, реализуется, в частности, в конструкции многоступенчатой насосной установки, все насосы которой соответствуют первому аспекту настоящего изобретения, причем рабочий объем насосов последовательно уменьшается от первого насоса к последнему насосу установки. Параметры такого последовательного уменьшения можно специально рассчитать/оптимизировать применительно к составу флюида, с которым, как ожидается, придется работать данной установке, но последняя может очень эффективно функционировать и в случае изменений состава флюида (носящих как постоянный, так и краткосрочный характер) как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения соотношения газа и жидкости.
Управляемый давлением клапан может реагировать на абсолютную величину перепада давления между выпуском и впуском насоса. Другими словами, поток флюида может пройти через клапан, когда абсолютная величина перепада давления между выпуском и впуском насоса достигнет некоторого порогового значения. Это пороговое значение активации клапана обычно является приблизительно одинаковым для всех насосов в многоступенчатой насосной установке (хотя может и отличаться). В предпочтительном варианте пороговое значение может приблизительно равняться величине (или немного превышать эту величину), полученную в результате деления общего повышения давления, получаемого с помощью многоступенчатой насосной установки, на число насосов (то есть число ступеней) в этой установке. Под общим повышением давления следует понимать перепад давления на многоступенчатой насосной установке.
Если таким клапаном снабжен каждый насос в многоступенчатой насосной установке, то общее давление нагнетания, которое может быть достигнуто с помощью такой установки, будет неизбежно ограничено параметрами срабатывания всех клапанов, управляемых давлением. Это препятствие можно обойти путем использования обычного насоса в качестве первого из последовательно соединенных насосов установки. Поскольку в первом насосе не происходит рециркуляция флюида, то с увеличением соотношения газа и жидкости этот насос будет просто работать в более напряженном режиме, тем самым обеспечивая получение большего значения общего давления нагнетания.
В альтернативном варианте управляемый давлением клапан может реагировать на величину отношения давления на выпуске насоса к давлению на впуске насоса. Другими словами, поток флюида может пройти через клапан, когда отношение давления на выпуске насоса к давлению на впуске насоса достигнет некоторого порогового значения. Этого можно достичь, используя клапан, содержащий поршень, имеющий впускной торец и выпускной торец. В процессе работы впускной торец подвергается воздействию давления на впуске насоса, а выпускной торец - давления на выпуске насоса. Площадь поверхности впускного торца превышает площадь поверхности выпускного торца, а отношение этих площадей определяет пороговое значение отношения давления на выпуске насоса к давлению на впуске насоса. С помощью такой конструкции можно достичь равномерного распределения работы между насосами в многоступенчатой насосной установке без ограничения общего давления нагнетания, получаемого посредством этой установки.
Пороговое значение отношения давления на выпуске насоса к давлению на впуске насоса может быть различным у каждого насоса в установке. С целью равномерного распределения работы между насосами в многоступенчатой насосной установке это пороговое значение обычно уменьшается от впуска этой установки к ее выпуску.
Рассмотрим, например, многоступенчатую насосную установку с четырьмя насосными ступенями. Для обеспечения роста давления на ступень, равного Р, при давлении на впуске 4Р (то есть исходя из давления на впуске 4Р, давления на выпуске первого насоса 5Р, давления на выпуске второго насоса 6Р, давления на выпуске третьего насоса 7Р и давления на выпуске четвертого насоса 8Р) отношение/соотношение давлений по ступеням должно составлять: 1,25:1 (первая ступень), 1,2:1 (вторая ступень), 1,17:1 (третья ступень) и 1,14:1 (четвертая ступень).
Такую конструкцию целесообразно использовать при известных и определенных с достаточной точностью значениях забойного давления (то есть давления на забое скважины) и продуктивности скважины, поскольку упомянутое отношение для каждого насоса является функцией свойств флюида и абсолютной величины давления на впуске насоса (зависящей, в свою очередь, от гидродинамического забойного давления).
В особо предпочтительном варианте осуществления управляемый давлением клапан может реагировать на величину отношения перепада давления между выпуском и впуском насосной ступени (ПРЛ|,,„е) к величине перепада давления между выпуском и впуском всей многоступенчатой насосной установки (йРажетыу). Другими словами, поток флюида может пройти через клапан, когда отношение бР,1нае к бР,|Л,етыу достигнет некоторого порогового значения. Этого можно достичь, используя клапан, который содержит поршень, имеющий впускной торец, подвергающийся в процессе работы воздействию давления на впуске насоса, и выпускной торец, подвергающийся в процессе работы воздействию давления на выпуске насоса, и который содержит две камеры, одна из которых сообщается с впуском многоступенчатой насосной установки, а другая - с выпуском этой установки, так что давления в камерах, соответствующие давлениям на впуске и выпуске многоступенчатой насосной установки, противодействуют соответственно давлениям на впуске и выпуске насоса. Отношение площади поверхности впускного или выпускного
- 6 026131 торца к площади поперечного сечения одной из камер определяет пороговое значение, при котором клапан будет пропускать поток флюида.
Такая конструкция позволяет равномерно распределить работу между всеми насосами, не зная давления на забое скважины.
Клапан может содержать исполнительный орган и клапанный элемент, представляющий собой ту часть клапана, которая обеспечивает путь для прохождения потока флюида, благодаря чему исполнительный орган может активировать клапанный элемент для управления прохождением через последний потока флюида. Исполнительный орган и клапанный элемент могут быть выполнены как единое целое или как отдельные конструктивные детали. Поршни в вариантах осуществления, описанных выше, могут образовывать по меньшей мере одну из частей исполнительного органа.
Клапан многоступенчатой насосной установки может представлять собой двухходовой клапан, так что эта установка может работать в обоих направлениях. Это может быть полезным при перекачке по трубопроводу или при проведении операций по поочередной закачке воды и газа в соответствии с методом повышения нефтеотдачи.
Клапан не нуждается в точном согласовании с ожидаемыми свойствами флюида, поскольку благодаря тому, что открытие клапана управляется давлением, объем рециркулирующего флюида может непрерывно изменяться.
В предпочтительном варианте ранее упоминавшийся или каждый насос выполнен с возможностью обеспечения в процессе работы преимущественного прохождения через управляемый давлением клапан жидкости, а не газа. Таким образом, флюид, рециркулирующий из выпуска насоса во впуск последнего, представляет собой, в основном или полностью, жидкость, тогда как весь газ, содержащийся во флюиде, или большая его часть проходит в следующую ступень насосной установки. Установлено, что снижение коэффициента полезного действия, вызванное рециркуляцией флюида, давление которого уже повышено одним или более насосами, сводится к минимуму, если рециркулирующий флюид представляет собой жидкость, в отличие от случая, когда он состоит из смеси жидкости и газа.
Обеспечение преимущественного прохождения в процессе работы через клапан жидкости, а не газа, может быть достигнуто посредством полости, в которую жидкость стекает под действием силы тяжести. Например, эта полость может соединять выпуск обоймы роторов, в которой располагаются вращающиеся винты, с трубчатым элементом для рециркуляции флюида.
Трубчатый элемент может быть выполнен как часть насоса. Например, он может простираться через корпус или вдоль наружной стороны насоса. В альтернативном варианте трубчатый элемент может быть выполнен с возможностью отделения от насоса, так что он может съемным образом подсоединяться, сообщаясь с впуском и выпуском насоса.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения, предлагается способ перекачивания флюида с первого локального участка на второй локальный участок, включающий использование многоступенчатой насосной установки, содержащей два или более последовательно соединенных насосов, причем по меньшей мере один из этих насосов выполнен с возможностью рециркуляции флюида из его выпуска в его впуск, размещение впускного конца многоступенчатой насосной установки на первом локальном участке или рядом с ним, активацию многоступенчатой насосной установки для перекачивания флюида с первого локального участка на второй локальный участок и рециркуляцию флюида из выпуска во впуск упомянутого по меньшей мере одного насоса. Рециркуляция флюида может регулироваться пропорционально соотношению газа и жидкости в этом флюиде. Насос может представлять собой насос согласно первому аспекту настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение описано ниже на различных примерах со ссылками на приложенные чертежи, на которых показано на фиг. 1 - схематическое изображение многоступенчатой двухвинтовой насосной установки, на фиг. 2 - вид сверху одного из насосов, образующих многоступенчатую насосную установку, показанную на фиг. 1, на фиг. 3 - схематическое изображение золотникового клапана, на фиг. 4 - график, показывающий зависимость скорости потока от перепада давления для типичного золотникового клапана, показанного на фиг. 3, на фиг. 5 - схематическое изображение другого клапана, который можно использовать в насосах, показанных на фиг. 1, на фиг. 6 - схематическое изображение еще одного клапана, который можно использовать в насосах, показанных на фиг. 1, на фиг. 7 - схематическая иллюстрация второго варианта осуществления изобретения, на фиг. 8 - схематическая иллюстрация другого варианта осуществления изобретения, на фиг. 9 - схематическая иллюстрация еще одного варианта осуществления изобретения.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
На фиг. 1 показана многоступенчатая насосная установка 1, соответствующая второму аспекту настоящего изобретения. Многоступенчатая насосная установка 1 применима для перекачивания много- 7 026131 фазного флюида в направлении, указанном стрелками А. Ясно, что эту установку можно использовать для подъема флюидов из скважины.
Многоступенчатая насосная установка 1 содержит четыре последовательно соединенных насоса 2,
3. Первый насос 2 в этой последовательности насосов (первым он является потому, что находится на впускном конце 4 многоступенчатой насосной установки) представляет собой обычный роторновинтовой насос, известный специалистам в данной области. Второй, третий и четвертый насосы 3 соответствуют первому аспекту настоящего изобретения. Четвертый насос именуется последним в данной последовательности, поскольку он находится на выпускном конце 5 многоступенчатой насосной установки 1.
Каждый насос 2, 3 содержит два ротора 6 с винтовой поверхностью, расположенные в камере 15 и служащие для перемещения флюида от впуска 7 к выпуску 8 данного конкретного насоса. Хотя на фиг. 1 изображены два ротора (то есть представлена двухвинтовая конструкция), можно использовать и другое число роторов, например три (трехвинтовую конструкцию) и более. Кроме того, хотя на фиг. 1 (и последующих чертежах) показана единственная пара роторов, перемещающая флюид в одном направлении, для каждого насоса можно предусмотреть противонаправленные пары роторов, так что флюид, поступающий на впуск каждого насоса, будет разделяться на два потока (каждый из которых будет проходить через одну из пар роторов) с последующим их объединением перед выпуском насоса, как описано в публикации И8 6413065.
Известно, что многоступенчатые роторно-винтовые насосные установки включают один или более дополнительных компонентов, связанных с каждой из насосных ступеней (например, расположенных между этими ступенями). Например, эти компоненты могут включать передаточные механизмы, промежуточные элементы, уплотнительные элементы, напорные камеры и т.п. В данном примере показан единственный промежуточный элемент 9, расположенный между каждой парой насосов и передающий перемещаемый флюид из одного насоса в следующий, а также передаточный механизм 10, расположенный на выпускном конце 5 многоступенчатой насосной установки. Промежуточные элементы 9 и передаточный механизм 10, не показанные в деталях, содержат, конечно, трубчатые элементы 16, проходящие сквозь них и обеспечивающие прохождение флюида из одного насоса в следующий. Тем не менее, использование каких-либо компонентов между насосными ступенями в зависимости от типа роторновинтового насоса может и не потребоваться.
Вопросы, связанные с детализацией конструкции роторно-винтового насоса, и соображения по поводу необходимости использования каких-либо относящихся к нему компонентов будут очевидными для специалистов в данной области и не являются предметом настоящего изобретения.
Согласно изобретению каждый насос содержит трубчатый элемент 11, сообщающийся с впуском 7 и выпуском 8 насоса. В частности, один конец 12 трубчатого элемента 11 связан с впуском 7, а другой конец 13 - с выпуском 8. Как показано на фиг. 1 и 2, каналы 17 в торцевых поверхностях насоса соединяют впуск 7 и выпуск 8 последнего с трубчатым элементом 11.
В трубчатом элементе 11 расположен клапан 14, управляемый давлением, хотя этот клапан может, вообще говоря, находиться у любого из концов 12, 13 трубчатого элемента 11. В идеальном случае, показанном на чертеже, вход клапана 14 располагается ниже выпуска 8 насоса, когда в процессе эксплуатации многоступенчатая насосная установка 1 находится в вертикальном положении.
Клапан 14 представляет собой золотниковый клапан, показанный на фиг. 3. Золотниковый клапан содержит наружную гильзу 18 и внутреннюю гильзу 19, размещенную в наружной гильзе 18 соосно с последней.
Наружная гильза 18 содержит прямоугольное (если не учитывать фактор кривизны гильзы) сквозное отверстие 20. Внутренняя гильза 19 также содержит отверстие 21, имеющее изогнутую кромку 22. Как известно специалистам в данной области, клапан переводится в закрытое положение пружиной (не показана) в отсутствие на ней достаточного перепада давления.
С ростом давления в клапане 14 внутренняя гильза 19 перемещается дальше внутрь наружной гильзы 18, в результате чего увеличивается площадь перекрытия отверстий 20, 21. Это увеличение площади перекрытия гильз обеспечивает рост объема флюида, проходящего через клапан. График зависимости объемной скорости потока (V) от перепада давления (6Р) на клапане показан на фиг. 4.
До спуска многоступенчатой насосной установки в скважину и начала ее эксплуатации производят деление значения общего увеличения давления, которого требуется достичь посредством этой установки, на число последовательно соединенных насосов с целью получения порогового значения давления для клапанов 14, управляемых давлением. Затем клапаны устанавливают на это пороговое значение. В альтернативном варианте производят установку на пороговое значение давления, несколько превышающее расчетное. Например, если требуемое увеличение давления для данной многоступенчатой насосной установки, включающей четыре насосные ступени, составляет 2000 фунтов/кв.дюйм (13,8 МПа), то каждый клапан 14, управляемый давлением, можно установить на пороговое значение 550 фунтов/кв.дюйм (3,79 МПа) (то есть слегка превышающее 2000/4). После этого насосную установку можно спустить в скважину.
В случаях, когда скважинный флюид полностью состоит из жидкости, данная насосная система ра- 8 026131 ботает как обычная двухвинтовая многоступенчатая насосная установка. В частности, давление жидкости повышается одинаково на каждой ступени, так что перепад давления на каждой насосной ступени составляет около 500 фунтов/кв.дюйм (3,45 МПа). Следовательно, клапаны не будут открываться.
Однако в случаях, когда флюид содержит газ, последний насос в этой последовательности насосов начинает выполнять большую работу, чем другие насосы, и перепад давления на этом насосе возрастает. Если перепад давления на последнем насосе превысит пороговое значение давления клапана 14, то клапан 14 откроется, и флюид, в первую очередь жидкость, будет рециркулировать из выпуска 8 насоса через трубчатый элемент 11 к впуску 7 последнего насоса.
В результате рециркуляции жидкости обратно к впуску последнего насоса перепад давления на третьем насосе возрастает. Поскольку скорость потока в третьем насосе осталась неизменной, то из приведенного выше уравнения (1) следует, что третий насос вынужден работать в более напряженном режиме (с повышенной мощностью). Кроме того, рост перепада давления на третьем насосе приводит к открытию клапана этого насоса, благодаря чему жидкость получает возможность рециркулировать обратно к впуску третьего насоса. Это, в свою очередь, приводит к открытию клапана второго насоса и рециркуляции жидкости к впуску этого насоса.
Следовательно, каждый из этих насосов (третий, второй и первый) вынужден работать в более напряженном режиме, внося больший вклад в повышение давления, получаемое посредством данной многоступенчатой насосной установки.
Ясно, что перепад давления на первом насосе 2 также возрастет. Поскольку, однако, в данном варианте осуществления первый насос 2 представляет собой обычный двухвинтовой насос, то он будет просто вынужден работать в более напряженном режиме.
На практике клапаны 14 каждого из насосов 3 (последнего, третьего и второго) быстро открываются один за другим, изменяя степень рециркуляции жидкости через насосы или вокруг них и устанавливая равновесное распределение давления. Если соотношение газа и жидкости с течением времени увеличивается, то увеличится и требуемая разница в объемах между насосами 3, что обусловит более позднее открытие клапанов 14 и больший объем рециркуляции жидкости (см. фиг. 2).
Следовательно, можно видеть, что насосная установка, предлагаемая в настоящем изобретении, автоматически регулирует открытие клапанов с целью равномерного распределения работы, выполняемой каждым насосом в этой установке. Кроме того, данная насосная установка автоматически и непрерывно реагирует на изменения состава выкачиваемого флюида.
В другом варианте осуществления первый насос в этой последовательности насосов также может соответствовать первому аспекту настоящего изобретения. В этом случае жидкость может рециркулировать от выпуска к впуску первого насоса, посредством чего осуществляется регулирование перепада давления на этом насосе и, следовательно, выполняемой им работы. Данное обстоятельство позволяет обеспечить продолжительный срок службы первого насоса и контролировать максимальную мощность, развиваемую этой многоступенчатой насосной установкой.
На фиг. 5 показан другой клапан, который может быть использован в настоящем изобретении. Клапан 14 на фиг. 5 содержит поршень 23, имеющий впускной торец 24 и выпускной торец 25. В процессе работы впускной торец 24 подвергается воздействию давления на впуске насоса, а выпускной торец 25 давления на выпуске насоса. Площадь поверхности впускного торца 24 превышает площадь поверхности выпускного торца 25. Сквозь поршень простирается проход 26, обеспечивающий прохождение потока флюида через клапан. Выпускной участок 27 прохода 26 может иметь форму, обеспечивающую изменение скорости потока флюида аналогично отверстию 21 на фиг. 2.
Ясно, что поршень 23 на фиг. 5 действует как исполнительный орган, управляющий открытием прохода 26. Поскольку данный проход простирается сквозь поршень, то этот исполнительный орган выполняют как единое целое с той частью клапана, которая обеспечивает путь для прохождения потока флюида (клапанный элемент). Тем не менее, исполнительный орган может быть выполнен и отдельно от части клапана, обеспечивающей путь для прохождения потока флюида, и в то же время приводить ее в действие и управлять ею.
Управляемый давлением клапан 14 реагирует на величину отношения давления на выпуске насоса (воздействующего на выпускной торец 25 поршня) к давлению на впуске насоса (воздействующего на впускной торец 24 поршня). Когда это отношение достигает порогового значения, поток флюида может пройти через клапан. Пороговое значение соответствует величине отношения площади поверхности впускного торца 24 к площади поверхности выпускного торца 25.
Величина отношения площади поверхности впускного торца 24 к площади поверхности выпускного торца 25 уменьшается последовательно от первого насоса к последнему, так что каждая насосная ступень может добавить приблизительно одно и то же давление. Например, если необходимо, чтобы каждая насосная ступень повышала давление флюида приблизительно на 500 фунтов/кв.дюйм (3,45 МПа), а давление на забое скважины принимается равным приблизительно 750 фунтов/кв.дюйм (5,17 МПа), то отношение площади поверхности впускного торца 24 к площади поверхности выпускного торца 25 для первой насосной ступени составляет около 1,67, для второй насосной ступени - около 1,4, для третьей насосной ступени - около 1,29 и для последней насосной ступени - около 1,22.
- 9 026131
При использовании клапанов этого типа общее давление нагнетания, которое может быть получено с помощью многоступенчатой насосной установки, не ограничено описанным выше образом, когда каждый насос содержит клапан, изображенный на фиг. 3.
Пример еще одного клапана 14, который можно использовать в настоящем изобретении, изображен на фиг. 6. Этот клапан содержит поршень 28, имеющий торцы 29, шток 30 и две камеры 31, 32. Камера 31 сообщается с впуском 4, а камера 32 - с выпуском 5 многоступенчатой насосной установки 1. Эта связь обеспечивается сквозными отверстиями 34 в боковой стенке клапана.
Как можно понять из чертежа, камеры 31, 32 имеют форму кольца со штоком 30 поршня 28 в качестве его оси. Кроме того, ясно, что давление в камере 31, соответствующее давлению на впуске многоступенчатой насосной установки, противодействует давлению на впуске насосной ступени. Аналогичным образом, давление в камере 32, соответствующее давлению на выпуске многоступенчатой насосной установки, противодействует давлению на выпуске насосной ступени.
Как и в случае клапана, показанного на фиг. 5, данный клапан может иметь альтернативную конструкцию, в которой поршень выполнен отдельно от пути прохождения потока флюида.
Пороговое значение задается отношением площади поверхности торцов 29 поршня к площади поперечного сечения камер 31, 32. Когда отношение величины перепада давления между выпуском и впуском насосной ступени (бР84абе) к величине перепада давления между выпуском и впуском всей многоступенчатой насосной установки (бРажетЫу) достигает порогового значения, поток флюида может пройти через клапан.
Величина отношения, задаваемого для многоступенчатой насосной установки, содержащей η насосов, определяется отношением площади поверхности торцов 29 поршня к площади поперечного сечения камер 31, 32 и составляет η:1. Следовательно, в многоступенчатой насосной установке, например, показанной на фиг. 1 и содержащей четыре насосные ступени, площадь поверхности торцов 29 поршня 28 должна примерно в четыре раза превышать площадь поперечного сечения камер 31, 32.
Для клапана с заданной площадью поверхности торцов 29 отношение этой площади к площади поперечного сечения камер 31, 32 можно изменить, изменив диаметр штока 30 поршня.
Данная конструкция позволяет распределить работу между всеми насосами, не зная величины давления на забое скважины. Хотя камеры 31, 32 описаны как кольцеобразные, и это является предпочтительным вариантом, можно также использовать камеры другой формы. Функция камер 31, 32 состоит в обеспечении срабатывания клапана, показанного на фиг. 6, в зависимости от отношения величины перепада давления на отдельном насосе к величине перепада давления на всей многоступенчатой насосной установке в целом. Например, в многоступенчатой насосной установке, содержащей некоторое количество отдельных насосов, последовательно соединенных друг с другом, впуск отдельного насоса может быть соединен перепускным каналом с выпуском этого же насоса с целью обеспечения рециркуляции флюида от выпуска к впуску. Перепускной канал для флюида обычно содержит управляющий клапан, выполненный с возможностью управления рециркуляцией на основе перепада давления на отдельном насосе, например, между его выпуском и впуском. Управляющий клапан тоже может управляться на основе перепада давления между впуском и выпуском многоступенчатой насосной установки. Это позволяет, например, управляющему клапану управлять рециркуляцией флюида через перепускной канал отдельного насоса на основе отношения величины перепада давления на отдельном насосе к величине перепада давления на многоступенчаюй насосной установке. Этого можно достичь, как описано выше, предусмотрев соединительные каналы для прохождения флюида в управляющий клапан от выпуска/впуска многоступенчатой насосной установки или с помощью других средств, например электронного управления управляющими клапанами.
На фиг. 7 показан другой пример многоступенчатой двухвинтовой насосной установки, схожей с показанной на фиг. 1, так что одинаковые ссылочные номера здесь относятся к одинаковым конструктивным деталям. Многоступенчатая двухвинтовая насосная установка, показанная на фиг. 7, включает четыре насоса. Каждый из них представляет собой обычный двухвинтовой насос 2. Далее, второй, третий и четвертый насосы содержат каждый впускной адаптер 40 и выпускной адаптер 41, соединенные друг с другом посредством трубчатого элемента 42, например трубы. Можно видеть, что трубчатые элементы 42 являются внешними по отношению к обычным двухвинтовым насосам 2. В каждом трубчатом элементе 42 расположен управляемый давлением клапан 14, хотя этот клапан может быть также расположен на впуске или выпуске трубчатого элемента 42.
Следовательно, можно видеть, что обычный двухвинтовой насос можно использовать для создания насоса, соответствующего настоящему изобретению.
Впускной/выпускной адаптеры 40, 41 представляют собой конструктивные компоненты, которые можно подсоединить к впуску/выпуску 7, 8 обычного двухвинтового насоса и которые содержат камеру, заполняемую флюидом. Флюид поступает из выпускного канала обычного насоса 2 в примыкающий выпускной адаптер 41, так что он может пройти в следующий из последовательно соединенных насосов установки. Согласно изобретению часть флюида может рециркулировать во впускной адаптер 40, когда перепад давления на обычном двухвинтовом насосе 2 приводит к открытию клапана. Клапан может представлять собой любой из клапанов, описанных выше. Трубчатые элементы 42 соединяются с каме- 10 026131 рами внутри соответствующих выпускных адаптеров 41 вблизи днища, так что эти камеры могут действовать как небольшие сепараторы, обеспечивающие селективную рециркуляцию жидкости во впускные адаптеры 40.
Таким путем можно сконструировать многоступенчатую насосную установку, используя обычные роторно-винтовые насосы.
Фиг. 8 иллюстрирует другой вариант осуществления, в котором обычные роторно-винтовые насосы используются для создания насосов и многоступенчатой насосной установки согласно настоящему изобретению. Как и в предыдущем случае, одинаковые ссылочные номера здесь относятся к одинаковым конструктивным деталям.
В этом варианте осуществления вместо оборудования обычных насосов впускными и выпускными адаптерами, примыкающими к впускным и выпускным каналам второго, третьего и четвертого насосов, предусматривают только выпускные адаптеры 45. Выпускной адаптер 45 подсоединяется к выпуску 8 каждого из обычных двухвинтовых насосов 2, так что флюид поступает из насоса в камеру внутри этого выпускного адаптера.
Кроме того, каждый выпускной адаптер 45 соединяется с выпускным адаптером 45 соседнего насоса посредством трубчатого элемента 46. Как видно на чертеже, трубчатый элемент 46 представляет собой единственную трубу, содержащую точку подсоединения 47 для каждого выпускного адаптера 45. В трубчатом элементе 46 расположены управляемые давлением клапаны 14, отделяющие каждую точку подсоединения.
Если выкачиваемый флюид состоит на 100% из жидкости, то клапаны 14 остаются закрытыми.
Однако если во флюиде присутствует газ (как в первом примере, описанном выше применительно к фиг. 1), то перепад давления на последнем насосе будет возрастать, что приведет к открытию клапана 14, расположенного между выпускными адаптерами 45 четвертого и третьего насосов. Флюид будет поступать из выпускного адаптера 45 последнего насоса в трубчатый элемент 46. Поскольку выпускной адаптер 45 третьего насоса сообщается с впуском четвертого насоса, давление в этом выпускном адаптере ниже давления флюида, рециркулирующего в трубчатом элементе 46, поэтому флюид будет поступать в выпускной адаптер третьего насоса.
В свою очередь, перепад давления на третьем насосе в этой последовательности насосов возрастает, и открывается соответствующий клапан для рециркуляции жидкости, после чего этот процесс повторяется для второго и первого насосов. Открытие клапанов и достижение ими равновесия происходят фактически почти мгновенно.
Ясно, что данную конструкцию, включающую выпускные адаптеры 45, клапаны 14 и трубчатый элемент 46, можно использовать с обычными двухвинтовыми насосами для создания многоступенчатой насосной установки, соответствующей настоящему изобретению.
В альтернативном варианте осуществления трубчатый элемент 46 может быть не единственным. Вместо него могут быть использованы отдельные трубчатые элементы, соединяющие соседние выпускные адаптеры 45. В этом случае каждый из выпускных адаптеров, соединенных с выпусками второго и третьего насосов, будет соединен с двумя трубчатыми элементами: одним, подводящим флюид под давлением в этот выпускной адаптер, и одним, отводящим флюид для рециркуляции.
На фиг. 9 показана многоступенчатая двухвинтовая насосная установка, представляющая собой конусную конструкцию. Эта установка включает четыре насоса с уменьшающимися рабочими объемами от впускного конца 4 до выпускного конца 5. Способы достижения такого уменьшения хорошо известны специалистам в данной области. Например, шаг витков на винтовых поверхностях роторов может уменьшаться от впускного конца к выпускному концу.
Каждый насос сконструирован в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения и содержит трубчатый элемент 11 и управляемый давлением клапан 14 для обеспечения селективной рециркуляции флюида от выпуска к впуску соответствующего насоса. Соответственно, эти насосы похожи на описанные выше применительно к фиг. 1 с тем исключением, что они образуют конусную насосную установку. Как и в предыдущих случаях, одинаковые ссылочные номера здесь относятся к одинаковым конструктивным деталям.
Как хорошо известно специалистам в данной области, конусные насосные установки можно спроектировать для использования применительно к конкретному соотношению газа и жидкости. В соответствии с этим рабочий объем каждого из четырех насосов выбирают согласно известной специалистам процедуре таким образом, что данная многоступенчатая насосная установка получает возможность работать при заданном соотношении газа и жидкости. Если в процессе работы соотношение газа и жидкости поступающего флюида возрастает до величины, выше заданной, то насосная установка работает таким же образом, как описано выше применительно к фиг. 1. В частности, происходит открытие клапанов и рециркуляция флюида к впускам соответствующих насосов.
Если соотношение газа и жидкости уменьшается до величины, ниже заданной, то первый насос подает слишком много флюида во второй насос, второй насос подает слишком много флюида в третий насос и так далее. Поэтому перепады давления на насосах возрастают, так что клапаны открываются и жидкость рециркулирует из соответствующих выпусков к соответствующим впускам. Однако в данном
- 11 026131 случае, в отличие от описанного выше, первым срабатывает клапан первого насоса, а вслед за ним - и клапаны следующих насосов. Впрочем, как и в предыдущем случае, последовательное открытие клапанов на практике происходит сравнительно быстро.
В качестве примера эффективного применения изобретения в этом варианте осуществления можно упомянуть случай глушения скважины путем закачки в нее тяжелого раствора (главным образом, жидкости) для глушения. Известно, что флюид, добываемый из скважины, обычно характеризуется индивидуальным соотношением газа и жидкости. Конусная многоступенчатая насосная установка, соответствующая настоящему изобретению, может быть специально рассчитана на это соотношение газа и жидкости. Хотя эта установка оптимизирована по нормальному составу скважинного флюида, она остается способной выкачать тяжелый раствор для глушения из скважины, когда требуется вернуть эту скважину в эксплуатацию, благодаря описанной выше возможности рециркуляции флюида. В частности, в течение периода выкачивания раствора для глушения из скважины соотношение газа и жидкости остается более низким, чем то, на которое рассчитана данная установка. В насосы следующих ступеней поступает из насосов предыдущих ступеней слишком много флюида. Жидкость будет сначала рециркулировать из выпуска к впуску первого насоса, а затем и остальных последовательно соединенных насосов установки.
Можно видеть, что конусная насосная установка, описанная выше, может эффективно производить откачку в широком диапазоне соотношений газа и жидкости.
Следует иметь в виду, что отличительные признаки, описанные выше применительно к одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, могут быть использованы в сочетании с другими вариантами осуществления. Кроме того, для специалиста в данной области будут очевидны возможности внесения изменений. Например, конусная насосная установка, показанная на фиг. 9, может содержать обычный двухвинтовой насос в первой или последней ступени вместо насоса, предлагаемого в изобретении, с тем, чтобы работать соответственно при большем или меньшем содержании газа, чем определяется соотношением газа и жидкости, на которое рассчитана данная конусная насосная установка. Далее любой из описанных клапанов можно использовать в насосной установке согласно любому из вариантов осуществления изобретения.

Claims (14)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Многоступенчатая насосная установка, содержащая по меньшей мере два последовательно расположенных насоса, причем, по меньшей мере, второй и каждый последующий насосы имеют впуск, выпуск, по меньшей мере два ротора с винтовой поверхностью и управляемый давлением клапан, выполненный с возможностью управления рециркуляцией флюида из выпуска насоса на впуск насоса.
  2. 2. Установка по п.1, в которой управляемый давлением клапан выполнен с возможностью регулирования скорости прохождения через него потока флюида пропорционально соотношению газа и жидкости во флюиде, качаемым насосом в процессе работы.
  3. 3. Установка по п.1 или 2, в которой управляемый давлением клапан представляет собой управляющий клапан.
  4. 4. Установка по одному из предыдущих пунктов, содержащая трубчатый элемент, который соединяет выпуск и впуск насоса и по которому в процессе работы может проходить поток рециркулирующего флюида.
  5. 5. Установка по п.4, в которой управляемый давлением клапан целиком или частично располагается внутри трубчатого элемента или рядом с одним из концов последнего.
  6. 6. Установка по п.4 или 5, содержащая полость на выпуске насоса, обеспечивающую преимущественное прохождение в процессе работы потока жидкости, а не газа, из обоймы, в которой располагаются роторы с винтовой поверхностью, в трубчатый элемент.
  7. 7. Установка по одному из предыдущих пунктов, в которой управляемый давлением клапан способен реагировать на абсолютную величину перепада давления между выпуском и впуском насоса, так что поток флюида может пройти через клапан, когда абсолютная величина перепада давления между выпуском и впуском насоса достигнет некоторого порогового значения.
  8. 8. Установка по одному из пп.1-6, в которой управляемый давлением клапан способен реагировать на величину отношения давления на выпуске насоса к давлению на впуске насоса, так что поток флюида может пройти через клапан, когда отношение давления на выпуске насоса к давлению на впуске насоса достигнет порогового значения.
  9. 9. Установка по п.8, в которой клапан содержит поршень, имеющий впускной торец и выпускной торец, причем площадь поверхности впускного торца превышает площадь поверхности выпускного торца, а отношение площади поверхности впускного торца к площади поверхности выпускного торца определяет пороговое значение отношения давления на выпуске насоса к давлению на впуске насоса.
  10. 10. Установка по одному из пп.1-6, в которой управляемый давлением клапан способен реагировать на величину отношения перепада давления между выпуском и впуском насоса (бР84аде) к величине перепада между первым и вторым давлениями (бРа88етЫу), которые в процессе работы воздействуют на клапан, так что поток флюида может пройти через клапан, когда отношение бР84аде к йРа88етыу достигнет не- 12 026131 которого порогового значения.
  11. 11. Установка по п.10, в которой клапан содержит поршень, имеющий концевые торцы, и две камеры, одна из которых выполнена с возможностью сообщения с впуском многоступенчатой насосной установки, находящимся под действием второго давления, а другая выполнена с возможностью сообщения с выпуском упомянутой многоступенчатой насосной установки, находящимся под действием первого давления, так что в процессе работы давления в камерах, соответствующие давлениям на впуске и выпуске многоступенчатой насосной установки, противодействуют соответственно давлениям на впуске и выпуске насоса, причем отношение площадей поверхности концевых торцов к площади поперечного сечения камер определяет пороговое значение, при котором клапан будет пропускать поток флюида.
  12. 12. Установка по одному из предыдущих пунктов, в которой все насосы имеют один и тот же рабочий объем.
  13. 13. Установка по одному из пп.1-11, в которой рабочий объем последовательно расположенных насосов уменьшается от первого насоса установки к последнему.
  14. 14. Способ перекачивания флюида с первого участка на второй, при осуществлении которого используют многоступенчатую насосную установку, содержащую два или более последовательно соединенных насоса, причем второй и каждый последующий из насосов выполнены с возможностью рециркуляции флюида из выпуска насоса на его впуск, и при осуществлении способа размещают впускной конец многоступенчатой насосной установки на первом участке или рядом с ним, активируют многоступенчатую насосную установку для перекачивания флюида с первого участка на второй участок и осуществляют рециркуляцию флюида из выпуска на впуск упомянутых второго и каждого последующего насосов.
EA201301289A 2011-05-20 2012-05-18 Насосная установка EA026131B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11250542 2011-05-20
PCT/EP2012/059249 WO2012159985A1 (en) 2011-05-20 2012-05-18 Pump

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201301289A1 EA201301289A1 (ru) 2014-05-30
EA026131B1 true EA026131B1 (ru) 2017-03-31

Family

ID=44800368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201301289A EA026131B1 (ru) 2011-05-20 2012-05-18 Насосная установка

Country Status (9)

Country Link
US (2) US9388809B2 (ru)
EP (1) EP2710267B1 (ru)
KR (1) KR101893238B1 (ru)
CN (1) CN103857914B (ru)
AU (1) AU2012261016B2 (ru)
BR (1) BR112013029784A2 (ru)
CA (1) CA2836502C (ru)
EA (1) EA026131B1 (ru)
WO (1) WO2012159985A1 (ru)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10495084B2 (en) * 2012-04-11 2019-12-03 Itt Manufacturing Enterprises Llc Method for twin screw positive displacement pump protection
KR101486255B1 (ko) * 2014-08-27 2015-01-27 주식회사 마르센 마이크로 기어펌프
DE102014017075B4 (de) * 2014-11-20 2017-11-02 Itt Bornemann Gmbh Vorrichtung zum Fördern eines Mediums
US10463990B2 (en) 2015-12-14 2019-11-05 General Electric Company Multiphase pumping system with recuperative cooling
GB201701000D0 (en) * 2017-01-20 2017-03-08 Edwards Ltd Multi-stage vacuum booster pump coupling
FR3065040B1 (fr) * 2017-04-07 2019-06-21 Pfeiffer Vacuum Groupe de pompage et utilisation
DE102017112743B3 (de) 2017-06-09 2018-10-25 Leistritz Pumpen Gmbh Modulares System zur Herstellung einer Schraubenspindelpumpe
CN108252927A (zh) * 2017-12-11 2018-07-06 安徽颐博思泵业有限责任公司 一种卧式多级泵
US20230059905A1 (en) * 2021-08-17 2023-02-23 Caterpillar Inc. Pump configuration including a purge valve
CN113623200A (zh) * 2021-09-13 2021-11-09 江苏丰泰流体机械科技有限公司 一种同步回转式多相多级潜油混输泵

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR853166A (fr) * 1939-04-17 1940-03-12 Pompe à vis à débit variable
GB2299832A (en) * 1995-04-13 1996-10-16 Ingersoll Dresser Pump Co Screw pump
WO2000043673A1 (en) * 1999-01-19 2000-07-27 Gregory John Hatton Efficient multistage pump
US20040247465A1 (en) * 2001-09-27 2004-12-09 Masashi Yoshimura Screw type vacuum pump
KR20050006115A (ko) * 2004-12-28 2005-01-15 주식회사 바램 부스터 펌프용 제어밸브 시스템
JP2008176693A (ja) * 2007-01-22 2008-07-31 Neriki:Kk 減圧弁

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1317370A (en) * 1918-04-15 1919-09-30 William S Holdaway Pump.
FR753166A (fr) 1933-08-25 1933-10-09 Machine pour dévider et imprimer en même temps une bande de papier
US4100910A (en) * 1977-03-18 1978-07-18 Jetco, Inc. Pressure ratio valve
US5779451A (en) 1995-06-05 1998-07-14 Hatton; Gregory John Power efficient multi-stage twin screw pump
US6413065B1 (en) * 1998-09-09 2002-07-02 Pradeep Dass Modular downhole multiphase pump
CA2357887C (en) 2001-09-28 2006-07-04 Pradeep Dass Method of adapting a downhole multi-phase twin screw pump for use in wells having a high gas content and a downhole multi-phase twin screw pump
US7189066B2 (en) * 2004-05-14 2007-03-13 Varian, Inc. Light gas vacuum pumping system
CN2830723Y (zh) * 2005-06-14 2006-10-25 上海凯泉泵业（集团）有限公司 多级外循环型屏蔽泵用增压装置
JP5438279B2 (ja) * 2008-03-24 2014-03-12 アネスト岩田株式会社 多段真空ポンプ及びその運転方法
EP2216501A1 (en) * 2009-02-10 2010-08-11 BP Exploration Operating Company Limited Pump

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR853166A (fr) * 1939-04-17 1940-03-12 Pompe à vis à débit variable
GB2299832A (en) * 1995-04-13 1996-10-16 Ingersoll Dresser Pump Co Screw pump
WO2000043673A1 (en) * 1999-01-19 2000-07-27 Gregory John Hatton Efficient multistage pump
US20040247465A1 (en) * 2001-09-27 2004-12-09 Masashi Yoshimura Screw type vacuum pump
KR20050006115A (ko) * 2004-12-28 2005-01-15 주식회사 바램 부스터 펌프용 제어밸브 시스템
JP2008176693A (ja) * 2007-01-22 2008-07-31 Neriki:Kk 減圧弁

Also Published As

Publication number Publication date
CN103857914B (zh) 2017-05-24
AU2012261016B2 (en) 2017-06-01
CA2836502C (en) 2019-07-02
CN103857914A (zh) 2014-06-11
EP2710267A1 (en) 2014-03-26
BR112013029784A2 (pt) 2017-01-17
US9388809B2 (en) 2016-07-12
CA2836502A1 (en) 2012-11-29
WO2012159985A1 (en) 2012-11-29
KR20140033443A (ko) 2014-03-18
AU2012261016A1 (en) 2013-12-12
EP2710267B1 (en) 2017-07-12
KR101893238B1 (ko) 2018-08-29
US20140099225A1 (en) 2014-04-10
US10190585B2 (en) 2019-01-29
EA201301289A1 (ru) 2014-05-30
US20170045048A1 (en) 2017-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA026131B1 (ru) Насосная установка
RU2735050C2 (ru) Насос прямого вытеснения двойного действия для текучей среды
US10883350B2 (en) Device and method for water drainage and gas production by pressure control and gas lift
CA2519635C (en) A system and process for pumping multiphase fluids
CA2494444C (fr) Pompe a cavites progressives
US5779451A (en) Power efficient multi-stage twin screw pump
NO312919B1 (no) Pumpesystem
US6135723A (en) Efficient Multistage pump
CN111094696A (zh) 电潜泵配置
US20150118085A1 (en) Eccentric Screw Pump And Use Of An Eccentric Screw Pump
US20160010434A1 (en) Submersible Pump Assembly Inside Subsea Flow Line Jumper and Method of Operation
US8764406B2 (en) Fluid level control mechanism
US20190264553A1 (en) Separator and method for removing free gas from a well fluid
CN103939319B (zh) 三管式直线电机抽油泵
RU101750U1 (ru) Погружной электронасос для добычи нефти
CN212898345U (zh) 潜油容积泵的气锁自动解除装置
RU91103U1 (ru) Муфта с перепускным клапаном погружной насосной установки
RU2429382C1 (ru) Погружная насосная установка для добычи нефти
CN1115467C (zh) 聚合物多层分注井下流量控制装置
RU2065532C1 (ru) Погружной центробежный высоконапорный электрический насос для подъема жидкости из скважин
RU113793U1 (ru) Гидроредуктор электроприводного скважинного насосного агрегата
RU2211379C1 (ru) Погружная насосная установка (варианты)
CA2786269C (en) Fluid level control mechanism
RU2505666C1 (ru) Устройство для добычи нефти
CN109424529A (zh) 有杆举升全程出液抽油泵

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM BY KG TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AZ KZ RU