ES2620178T3 - Bomba submarina tolerante al gas. - Google Patents

Bomba submarina tolerante al gas. Download PDF

Info

Publication number
ES2620178T3
ES2620178T3 ES10772816.4T ES10772816T ES2620178T3 ES 2620178 T3 ES2620178 T3 ES 2620178T3 ES 10772816 T ES10772816 T ES 10772816T ES 2620178 T3 ES2620178 T3 ES 2620178T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
pump
gas
shaft
separator
multiphase
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
ES10772816.4T
Other languages
English (en)
Inventor
Donald P. Sloteman
Cliff H. Campen
Eric S. Conaway
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.)
Curtiss Wright Electro Mechanical Corp
Original Assignee
Curtiss Wright Electro Mechanical Corp
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 Curtiss Wright Electro Mechanical Corp filed Critical Curtiss Wright Electro Mechanical Corp
Application granted granted Critical
Publication of ES2620178T3 publication Critical patent/ES2620178T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • F04D31/00—Pumping liquids and elastic fluids at the same time
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP 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
    • E21B43/34—Arrangements for separating materials produced by the well
    • E21B43/36—Underwater separating arrangements
    • 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
    • F04D13/086—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use the pump and drive motor are both submerged
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D9/00—Priming; Preventing vapour lock
    • F04D9/001—Preventing vapour lock
    • F04D9/002—Preventing vapour lock by means in the very pump
    • F04D9/003—Preventing vapour lock by means in the very pump separating and removing the vapour

Abstract

Una bomba (10) para uso en un sistema de bombeo multifase para bombear fluidos de procesos multifase, comprendiendo la bomba (10): un eje (34); al menos un impulsor (30) montado en el eje (34) y que tiene un eje (26) de rotación; un motor (12) acoplado con el árbol (34) para girar al menos un impulsor (30); al menos un cojinete (22) para soportar el eje (34); una entrada (16) de bomba para aceptar el flujo multifase entrante; y al menos una cuchilla (25) inductora giratoria alrededor del eje (26) de rotación, en la que la cuchilla (16) inductora está dispuesta entre la entrada 16 de la bomba y al menos un impulsor (30); caracterizada porque la cuchilla (25) inductora está configurada para accionar el gas hacia un centro situado radialmente hacia dentro del al menos un impulsor y la cuchilla inductora; una región (28) anular abierta formada entre el centro y al menos un impulsor (30) y configurada para separar el gas del líquido en el flujo multifase; al menos un orificio (32) radial en el eje (34) dispuesto entre la región (28) anular abierta y un orificio (36) axial del eje (34) para dirigir el gas separado al orificio (36) axial; y una salida de la bomba para descargar el líquido de la bomba (10).

Description

5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Bomba submarina tolerante al gas Referencia cruzada a la solicitud relacionada
Esta solicitud reivindica el beneficio bajo 35 U. S.C. § 119 (e) de la fecha de presentacion anterior de la solicitud provisional de Estados Unidos numero de serie 61/175.978 presentada el 6 de mayo de 2009.
Campo de la invencion
La invencion se refiere en general a una bomba centrffuga multietapa con un motor protegido y a un sistema de separacion de gases de succion para el manejo de flujo multifase para uso en sistemas de flujo multifase tales como sistemas separadores submarinos.
Antecedentes de la invencion
Las tecnologfas de bombas multifase submarinas estan actualmente en funcionamiento en varios lugares alrededor del mundo. Dos tecnologfas conocidas son las bombas helicoaxiales y las de doble tornillo.
Las bombas helicoaxiales son bombas rotodinamicas que han sido desarrolladas especfficamente para el bombeo multifase, y pueden manejar flujos de cualquier lfquido o con una porcion alta de volumen de gas sin una reduccion en su capacidad. Una etapa helicoaxial tfpica consiste en un impulsor de flujo axial de cuchillas helicoidales seguida por un difusor para dirigir el flujo a la siguiente etapa. La geometrfa de las cuchillas y paletas esta disenada para homogeneizar la mezcla de gas-petroleo para evitar su separacion mientras se aumenta la presion total del fluido.
En las aplicaciones que requieren un aumento elevado de presion desde la bomba, las etapas helicoaxiales se utilizan tfpicamente en una disposicion hfbrida antes de las etapas del impulsor centrffugo. El aumento de la presion en las etapas helicoaxiales reduce el volumen de gas de la mezcla de fluidos a un nivel en el que las etapas centrffugas funcionaran adecuadamente, tfpicamente a menos del 5% de la fraccion volumetrica de gas. La mayor parte del aumento de la presion de la bomba se produce entonces en una serie de etapas centrffugas.
La reduccion del volumen de gas en un flujo multifase es esencialmente una funcion recfproca de la relacion de presion referenciada a la presion de entrada de la bomba. Duplicar la presion reduce el volumen de gas a la mitad. El aumento de presion a traves de una etapa de bombeo helicoaxial es una presion diferencial constante, tfpicamente un maximo de aproximadamente 7 bares, independientemente de la presion de entrada. Una etapa helicoaxial con una presion de succion de 7 bares se puede duplicar la relacion de presion con un aumento de presion de 7 bares, y disminuir la fraccion de volumen de gas en un 50%. La misma etapa que funciona con una presion de succion de 70 bares puede crear una relacion de presion de 110% con un aumento de presion de 7 bares, se disminuye la fraccion de volumen de gas en un 9%. El numero de etapas helicoaxiales en una bomba hfbrida se ha limitado tfpicamente a 7 debido a restricciones rotodinamicas en la longitud del eje, limitando el aumento maximo de presion a aproximadamente 50 bares. Esto ilustra como los principios de funcionamiento de las bombas helicoaxiales limitan la combinacion de la presion de succion y la fraccion de volumen de gas en la que pueden funcionar eficazmente. Los separadores submarinos pueden funcionar a presiones mayores en los que las bombas helicoaxiales puedan ser efectivas. Una bomba helicoaxial se describe en el documento US 5.375.976.
Las bombas de doble tornillo son bombas de tipo de desplazamiento positivo, que producen una tasa de flujo volumetrico constante en una cavidad progresiva formada entre dos tornillos helicoidales de interbloqueo en ejes paralelos. La taza de flujo volumetrico constante esta determinada por el volumen de la cavidad entre los tornillos, el paso del tornillo y la velocidad de rotacion. Se requieren aberturas pequenas en las interfaces entre las superficies de interbloqueo el tornillo y entre las puntas de tornillo y la carcasa para minimizar el flujo de recirculacion que reduzca la eficiencia volumetrica.
Debido a su operacion de desplazamiento positivo, las bombas de doble tornillo proporcionan un medio eficaz de transporte de fluido multifase. Pueden manejar fluidos con fracciones altas de volumen de gas aproximadamente hasta un 95% sin reduccion del caudal. Para una operacion efectiva, una bomba de doble tornillo debe manejar fluidos con mayor viscosidad (> 200 cP) para crear un cierre hermetico en los pequenos espacios libres entre las superficies del tornillo y la carcasa. Los fluidos de menor viscosidad derivan en un mayor flujo de fugas de recirculacion que reducen la eficiencia volumetrica. Por lo general, los separadores submarinos son mas eficaces con fluidos de baja viscosidad, lo que excluye a la tecnologfa de bomba de doble tornillo como una opcion atractiva de bombeo para sistemas de separacion submarinos. Una bomba de doble tornillo se describe en el documento US 2007/0274842.
Un separador submarino se describe en el documento US 5.526.684. Los sistemas separadores de gas se describen en el documento US 6.705.402; 5.207.810 y 4.886.530. En la US 3.339.821 se muestran diversos tipos de inductores; 3.442.220; 6.435.829 y 7.207.767.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
El documento US 5, 482,117 divulga un separador de gas-lfquido para una bomba de pozo que incluye un deflector helicoidal estacionario dispuesto en una carcasa tubular para separar el gas del lfquido y conducir el gas a traves de un conducto central dispuesto en la carcasa a una secuencia de tubos en comunicacion con el separador o en el espacio anular del pozo para el flujo a la superficie. El deflector puede interponerse en una bomba sumergible de fondo de pozo convencional entre la seccion del motor y la seccion de la bomba, la seccion de la bomba puede ser modificada para tener un eje de accionamiento de impulsor hueco para conducir gas separado por el separador a traves de la seccion de la bomba y fuera de los puertos de descarga de gas en la carcasa de la seccion de la bomba.
El documento US 6.412.562 divulga una bomba segun el preambulo de la reivindicacion 1.
Resumen de la invencion
El alcance de la invencion esta definido por el objeto descrito en las reivindicaciones. De acuerdo con una realizacion de la invencion, una motobomba protegida combinada opera directamente en el proceso del fluido sin necesidad de sellos de eje o fluidos amortiguadores o lubricantes. La bomba incorpora un sistema integral de separacion de gas que incluye un sistema hidraulico de separacion de gases y una trayectoria de flujo que devuelve el gas al separador principal de gas/petroleo. El sistema de separacion de gas incluye una entrada de bomba para aceptar el flujo multifase entrante, al menos una cuchilla giratoria alrededor del eje de rotacion, una region anular abierta para separar el gas del lfquido en el flujo multifase, por lo menos un orificio radial en el eje para dirigir el gas separado al orificio axial, y una salida de la bomba para descargar el lfquido de la bomba.
La bomba con su separador de gas integrado puede funcionar con altas concentraciones de gas de succion mientras proporciona el aumento de cabeza y caudal requeridos. La bomba con su separador de gas integral mejora la eficiencia del separador principal de gas/petroleo en el sistema al devolver la parte separada de la carga de gas de nuevo al separador principal, donde es mas facil evitar que el gas regrese a la fase lfquida. La reduccion del gas en el efluente bombeado aumenta la seguridad del flujo, y reduce el potencial de formacion de hidrato cuando hay agua presente. Debido a que el separador de la bomba no tiene que comprimir el gas en la succion de la bomba, el sistema puede operar sobre una gama mas amplia de presiones separadoras y presiones de succion de la bomba que una configuracion de bomba hfbrida helico-axial centrffuga que primero debe comprimir el gas antes de que se puedan emplear etapas puramente centrffugas. Debido a que la bomba no tiene que proporcionar etapas (helico- axiales) especializadas con alto grado de gasificacion la pila del impulsor centrffugo puede mantenerse a una longitud que hace que lograr la velocidad crftica rotodinamica requerida sea practica aun con multiples etapas centrffugas para producir el aumento de presion requerida.
Breve descripcion de los dibujos
La figura 1 es una vista en seccion transversal de una bomba centrffuga multietapa convencional con impulsor de motor protegido; el ventilador superior y el separador de succion no se muestran.
La figura 2 es un esquema de la instalacion del separador de succion/descarga.
Las figuras 3A y 3B muestran vistas en planta y en seccion transversal parcial de un separador de succion con una pala de recogida de gas.
Descripcion detallada de la invencion
Debe entenderse que las figuras y las descripciones de la invencion se han simplificado para ilustrar elementos que son relevantes para una comprension clara de la invencion, al tiempo que se eliminan, por motivos de claridad, otros elementos que pueden ser bien conocidos. Los expertos en la tecnica reconoceran que, por ejemplo, todos los componentes de las bombas de motor protegido distintas de las mostradas en las figuras no se han descrito en detalle en el presente documento con el fin de simplificar la especificacion de la solicitud de patente.
Para los fines de la descripcion que se da a continuacion, los terminos "superior", "inferior", "vertical", "horizontal", "axial", "arriba", "abajo", “en popa” “detras” y sus derivados se referiran a la invencion, tal como esta orientada en los dibujos. Sin embargo, debe entenderse que la invencion puede asumir diversas configuraciones alternativas excepto cuando se indique expresamente lo contrario. Tambien debe entenderse que los elementos especfficos ilustrados en las figuras y los descritos en la siguiente memoria descriptiva son simplemente ejemplos de las realizaciones de la invencion. Por lo tanto, las dimensiones especfficas, orientaciones y otras caracterfsticas ffsicas relacionadas con las realizaciones descritas en la presente memoria descriptiva no deben considerarse limitantes.
La descripcion detallada se proporcionara aquf, a continuacion con referencia a las figuras adjuntas. En las figuras, los caracteres de referencia similares designan partes correspondientes a traves de las vistas.
Se ha concebido una bomba 10 centrffuga multietapa (tipo rotodinamica) con un motor 12 protegido y un sistema de separacion de gas de succion para el manejo de flujo multifase para uso en sistemas separadores submarinos (figura 2). Un sistema 14 de separacion de gases de succion permite a la bomba 10 acomodar un flujo multifase con gas libre en su entrada 16 mientras que mantiene la capacidad de bombeo a traves del sistema hidraulico centrffugo.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
El rotor de metal hermeticamente sellado y las laminas 18, 20 del estator del motor 12 separan el aislamiento del estator del motor y el cobre del rotor de los fluidos del proceso, manteniendo la integridad electrica del motor. Las laminas 18, 20 permiten que la bomba/motor 10/12 funcione sin la necesidad de sellos de eje dinamico o un fluido de amortiguacion y sus sistemas de soporte requeridos. La bomba/motor utiliza cojinetes 22 hidrodinamicos resistentes a la abrasion que se lubrican con el fluido del proceso, eliminando la necesidad de un fluido de lubricacion de cojinetes y sus sistemas de soporte requeridos. Esta configuracion mas sencilla de la bomba/motor 10/12 es mas robusta que las actuales configuraciones de la bomba submarina, ya que no tiene los puntos de falla potenciales de sellos de eje dinamicos, sistemas de fluido de amortiguacion o sistemas de lubricacion de cojinetes. La configuracion de la bomba/motor 10/12 protegida tambien permite que la bomba/motor 10/12 funcione con solo la energfa electrica suministrada desde la parte superior. Esto resulta en sistemas umbilicales submarinos de bajo coste y elimina el costo continuo del consumo de fluido de amortiguacion, al mismo tiempo que impone el menor numero de requerimientos en los sistemas de soporte de la parte superior de la instalacion anfitriona.
En las realizaciones de la invencion, el sistema de separacion submarino (figura 2) transporta fluidos multifase desde pozos profundos en alta mar hasta una plataforma superior. La separacion en o cerca de un pozo de hidrocarburo disminuye la presion de la cabeza del pozo -con un aumento del flujo del pozo-. Ademas, si hay agua presente en el fluido bombeado, la separacion del gas del lfquido reduce la probabilidad de formacion de hidrato en la lfnea de flujo de produccion y el bloqueo de la lfnea de flujo resultante.
La separacion submarina provoca desaffos para la bomba submarina debido a que debe soportar una importante carga de trabajo en el transporte de gas desde el separador hasta la bomba. Esto se debe a que los separadores submarinos estan disenados para ser compactos, haciendolos en general menos eficientes que los separadores superiores de capacidad equivalente. El diseno compacto es necesario para reducir el peso del separador, ya que se requieren carcasas fuertes para resistir las altas presiones submarinas. El diseno de la bomba multifase submarina para el funcionamiento del separador submarino, por lo tanto, debe acomodar el arrastre de gas inherente en el diseno del separador submarino.
La disposicion de la bomba de acuerdo con la invencion que se describe en esta divulgacion es aplicable al bombeo multifase en aplicaciones que estan fuera de las capacidades de las tecnologfas convencionales helicoaxiales o de doble tornillo, aunque tambien serfa eficaz en aplicaciones que actualmente operan las dos tecnologfas existentes. La bomba multifase submarina combina un motor protegido con un nuevo sistema de separacion de succion para proporcionar una solucion robusta a los desaffos submarinos de bombas multifase.
La bomba multifase submarina aborda los desaffos del bombeo multifase mediante la utilizacion de la primera etapa o etapas del sistema hidraulico para separar el gas del lfquido (figuras 3A y 3B), al mismo tiempo que permite que la bomba funcione con una baja Cabeza Positiva de Succion Neta (NPSH) en su entrada. El liquido se pasa a etapas centrifugas posteriores en las que se anade presion suficiente de la manera tfpica para transferir el liquido a la estacion superior. El gas se pasa a un sistema de gas separado que lo devuelve al separador submarino.
En las realizaciones de la invencion, el flujo multifase entra a la entrada 16 de la bomba. El flujo de entrada se muestra radial en la figura 2, pero el flujo de entrada tambien puede ser tangencial o axial.
Este flujo entra en el sistema 24 hidraulico axial, que esta disenado especfficamente para impulsar el gas hacia el centro mientras actua como inductor para aumentar la presion total del flujo antes de que entre en las etapas del impulsor centrffugo. En las realizaciones de la invencion, tal como se muestra en la figura 2, el sistema hidraulico axial son cuchillas 25 giratorias alrededor de un eje 26 de rotacion. Las etapas hidraulicas utilizan geometrfa especial en las palas de flujo axial o mixto que se disenan para maximizar las fuerzas centrifugas que naturalmente tienden a separar el lfquido mas denso del gas menos denso. El lfquido mas denso es impulsado hacia el diametro exterior de las cuchillas 25 giratorias, mientras que el gas migra hacia el diametro interior. La forma de la cuchilla se ajusta para optimizar el control de los flujos de gas y del lfquido para dirigirlos a las regiones apropiadas. La forma de la cuchilla tambien actua como un inductor para permitir que la bomba funcione con un NPSH bajo en su entrada sin causar cavitacion.
El gas en el centro entra en la caracterfstica de separacion, que se muestra actualmente como un anillo o "pala" 28 anular. Esta caracterfstica puede tener un numero de variaciones geometricas, tales como agujeros, ranuras, paletas, curvatura o angulos diferentes, etc. El anillo o pala 28 esta dimensionado de tal manera que el area de trayectoria de flujo de gas separado es, en esta realizacion, de la misma proporcion del area de trayecto del flujo del liquido, como la fraccion de volumen de gas liquido de fase multiple bombeada. Esto puede variar segun se requiera para hacer que la tecnologfa funcione y puede ser, por ejemplo, 15% del area de trayecto de flujo de lfquido, para acomodar 15% de gas por fraccion de volumen. La separacion axial entre el sistema 24 hidraulico axial y el impulsor 30 centrffugo tambien puede variar segun se requiera.
El lfquido con el gas eliminado continua corriente abajo hacia uno o mas impulsores 30 centrffugos, donde su presion se incrementa de la manera estandar de modo que pueda ser conducida a traves de la lfnea.
El gas separado viaja a traves de una trayectoria de flujo que lo devuelve al separador 40 submarino (figura 2). Como se muestra en las figuras 3A y 3B, la trayectoria del flujo incluye orificios 32 radiales a traves del arbol 34 que
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
conectan con un orificio 36 axial en el arbol 34 hueco. Este orificio 36 axial se conecta entonces a una linea 38 de retorno que vuelve al separador 40 submarino. Esta trayectoria de flujo puede tener una diversidad de geometrfas, de forma y orientacion variables de los orificios radiales, caracterfsticas tales como paletas en el orificio 36 axial, o una direccion diferente (hacia arriba a traves del eje) por completo.
El gas separado que se desplaza a traves del orificio 36 axial se afsla del flujo de entrada por medio de un sello 42 rotodinamico entre el flujo de entrada y un arbol 34 hueco, lo que permite al mismo tiempo la rotacion relativa entre el arbol de bomba giratorio y la carcasa estacionaria. La interfaz entre el arbol 34 y la carcasa puede tener una variedad de configuraciones, dependiendo del flujo de entrada axial o radial.
El gas de corriente separada requiere un refuerzo de presion para ser devuelto al separador 40 submarino. Esto puede conseguirse eficazmente y simplemente con, por ejemplo, una bomba 41 depuradora situada en la linea de corriente separada entre la carcasa y el separador. El liquido de alta presion se extrae de la descarga de la bomba multifase (o de alguna etapa intermedia) a traves de la valvula 38 de control del flujo del depurador y de una linea 38 de retorno del gas de succion para proporcionar la fuerza motriz en la bomba 41 depuradora.
La recirculacion de este liquido de accionamiento y del gas separado da como resultado una eficiencia volumetrica reducida de la bomba 10 multifase. La linea 38 de retorno de gas de succion puede estar prevista entre una linea 44 de control de produccion y el separador 40. Una valvula 43 de control de flujo del depurador puede ser colocada en la linea 38 de retorno de gas de succion para estrangular el caudal extrafdo de la bomba 10 y devuelto al separador 40 a traves de la linea 38 de retorno de gas de succion, mejora el rendimiento volumetrico de la bomba 10. Esto es posible a medida que el separador del proceso mejora la eficiencia despues de un transitorio de arranque del pozo, reduciendo el colector de gas a la bomba 10, lo que reduce el caudal de gas separado y el liquido recirculado a la bomba 41 depuradora. El flujo que no ha sido puenteado continua a traves de la linea 44 de control de produccion que tiene la valvula 48 de control de nivel de liquido. El fluido multifase se transporta desde el separador 40 a la entrada de la bomba a traves de la linea 50 de succion de la bomba. Como se conoce en la tecnica, puede proporcionarse una linea 45 de derivacion que incluye una valvula 46 de derivacion.
El sistema de separacion de gas descrito, que incluye la valvula de control y la depuradora como fuerzas de regulacion y fuerza motriz, es la realizacion preferida del enfoque de separacion de gas. Otros metodos pueden ser visualizados e implementados como parte de la intencion de este concepto.
Una bomba centrffuga submarina multietapa en esta realizacion tiene el motor orientado por encima de la bomba con la succion de la bomba hacia abajo (figura 1). El rotor del motor y la bomba estan montados en ejes independientes con sistemas de cojinetes separados y conectados mediante un acoplamiento de eje.
La orientacion con la succion de la bomba hacia abajo es necesaria para lograr una NPSH (carga de succion positiva neta) aceptable cuando se instala en una disposicion con un separador. El separador tiene que estar elevado con respecto a la bomba/motor para proporcionar una NPSH adecuada para la bomba.
Una disposicion economica y fiable para un conjunto de sistemas hidraulicos multietapas consiste en una multitud de etapas centrffugas apiladas axialmente en serie, con la etapa hidraulica separadora de gas en la misma pila axial en la entrada de la bomba. El sistema hidraulico anidado con las succiones, todos apuntando en la misma direccion, se presta a una disposicion compacta.
El motor es un diseno de motor protegido sellado hermeticamente. Las laminas metalicas delgadas separan las barras del rotor del motor y los bobinados del estator del motor y el aislamiento del fluido del proceso, permitiendo un funcionamiento confiable y duradero del motor. El fluido del proceso se utiliza para enfriar el motor, y extraer el calor generado en el motor a traves de las laminas metalicas. Las laminas permiten que la bomba/motor funcione sin la necesidad de sellos dinamicos del eje o un fluido de amortiguacion y sus sistemas de soporte requeridos. Aunque el sistema ilustrado utiliza un motor protegido, el sistema tambien puede usarse con motores no protegidos.
El motor separado y los ejes de bomba estan montados sobre sistemas de cojinetes de pelfcula de fluido independientes. Los cojinetes estan lubricados con el fluido de proceso, lo cual elimina la necesidad de un fluido de lubricacion de cojinetes y sus sistemas de soporte requeridos
La disposicion hidraulica da como resultado cargas de empuje que se combinan y se dirigen hacia la succion. Para hacer un cojinete de empuje compacto y economico, parte de la carga de empuje hidraulicamente inducida es equilibrada por un piston situado en el eje de la bomba en la descarga de la bomba. Este piston y un manguito de tolerancia estrecha permiten que el fluido bombeado tenga a una presion mas baja en una cavidad separada, equilibrando parcialmente la carga hidraulica acumulada sobre cada etapa. Esta disposicion del diseno es bien conocido por los profesionales que dominan la materia. Tfpicamente, el fluido de escape de balance es ventilado por un conducto apropiado a la succion de la bomba como un flujo de derivacion.
Los sistemas de separacion de procesos submarinos no son muy efectivos para eliminar todas las partfculas solidas del flujo multifase. Las partfculas abrasivas de hasta 50 micrones de tamano deben ser manejadas por la bomba submarina. La pelfcula de fluido que se forma en los cojinetes en el conjunto de bomba/motor submarino esta hecha de materiales ceramicos, tales como carburo de silicio o carburo de tungsteno que han demostrado ser eficaces para
5
10
15
20
25
soportar partfculas abrasivas. Los cojinetes estan disenados para tener una pelfcula fluida grande para mejores caracterfsticas de manejo de partfculas.
Debido a que el motor lleno de lfquido esta por encima del tambor de equilibrio, cualquier gas que se libera a traves de este dispositivo de estrangulamiento tiende a subir hacia las cavidades del motor. Esta acumulacion de gas podrfa eventualmente resultar en cojinetes superiores parcialmente descubiertos, lo que podrfa conducir a danos en los cojinetes y fallos.
El motor de la bomba en esta realizacion incorpora una ventilacion en la tapa superior del motor que permite que el flujo de equilibrio se purgue fuera de la parte superior del motor de vuelta al separador. Esto sirve para establecer el gradiente de presion requerido a traves de la bomba para el equilibrio de empuje y para barrer el gas libre continuamente fuera del motor y de vuelta al separador. Si bien esto permite un cierto flujo de gas a traves de los cojinetes, no afecte materialmente a las propiedades del fluido. Esta estrategia requiere que la parte superior de los cojinetes superiores del motor esten por debajo del nivel de lfquido del separador cuando se apague la bomba de modo que el fluido de proceso no fluya de nuevo al separador, dejando al descubierto los cojinetes.
Ademas de proporcionar la potencia motriz para transportar la fase lfquida desde el separador hasta una instalacion superficial apropiada, la bomba es parte del sistema de control del nivel de lfquido del separador. La velocidad de la bomba puede variar para afectar el control de nivel dentro del separador, o en el caso de una bomba centrffuga, la descarga de la bomba puede ser estrangulada por la valvula 48 de control de nivel de lfquido para influir en el mismo resultado; un estrangulamiento mas alto da como resultado un caudal de produccion mas bajo mientras que un estrangulamiento inferior pasa una tasa de flujo de produccion mas alta. La capacidad para controlar el flujo se requiere por variaciones en la salida de los pozos de alojamiento y la necesidad de manejos transitorios durante el arranque y el apagado.
La bomba multifase de separacion de gas descrita en esta divulgacion funcionara con un rendimiento constante independientemente de la presion de succion de la bomba o variacion en el transporte de gas desde el separador del proceso. Esto permite que la bomba proporcione un rendimiento estable a lo largo de la vida util del pozo, ante las cafdas de presion en la cabeza del pozo.
Nada en la descripcion detallada anterior esta destinado a limitar la invencion a materiales, geometrfa u orientacion de elementos especfficos, ya que la invencion se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (11)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    1. Una bomba (10) para uso en un sistema de bombeo multifase para bombear fluidos de procesos multifase, comprendiendo la bomba (10):
    un eje (34);
    al menos un impulsor (30) montado en el eje (34) y que tiene un eje (26) de rotacion; un motor (12) acoplado con el arbol (34) para girar al menos un impulsor (30); al menos un cojinete (22) para soportar el eje (34); una entrada (16) de bomba para aceptar el flujo multifase entrante; y
    al menos una cuchilla (25) inductora giratoria alrededor del eje (26) de rotacion, en la que la cuchilla (16) inductora esta dispuesta entre la entrada 16 de la bomba y al menos un impulsor (30);
    caracterizada porque la cuchilla (25) inductora esta configurada para accionar el gas hacia un centro situado radialmente hacia dentro del al menos un impulsor y la cuchilla inductora;
    una region (28) anular abierta formada entre el centro y al menos un impulsor (30) y configurada para separar el gas del lfquido en el flujo multifase;
    al menos un orificio (32) radial en el eje (34) dispuesto entre la region (28) anular abierta y un orificio (36) axial del eje (34) para dirigir el gas separado al orificio (36) axial; y una salida de la bomba para descargar el lfquido de la bomba (10).
  2. 2. La bomba (10) de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que el motor (12) es una bomba de motor protegida que tiene un estator (20) y un rotor (18) sellados hermeticamente de los fluidos del proceso por laminas metalicas.
  3. 3. La bomba (10) de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que la region anular abierta incluye al menos un agujero, una ranura y una paleta.
  4. 4. La bomba (10) de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que la region anular abierta esta dimensionada de tal manera que el area de trayectoria de flujo de gas separada tiene la misma proporcion del area de trayectoria de fluido que la fraccion de volumen de gas fluido multifase bombeado.
  5. 5. La bomba (10) de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que al menos un cojinete (22) es al menos un cojinete de pelfcula fluida lubricado por el fluido de proceso.
  6. 6. La bomba (10) de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que la bomba (10) esta adaptada para su uso en un sistema (40) separador submarino gas/petroleo.
  7. 7. Un sistema de separacion de bomba multifase para separar fluidos de procesos multifase, comprendiendo el sistema:
    una bomba (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6 u 11; un separador de fluido conectado de forma fluida a la bomba (10);
    una lfnea de retorno de gas en conexion operativa entre el separador y el orificio (36) axial del eje (34) de bomba para devolver el gas separado al separador;
    una lfnea de entrada de bomba en conexion operativa entre el separador y la entrada (16) de bomba para suministrar fluido multifase a la bomba (10); y
    una lfnea de salida de la bomba para dirigir el lfquido descargado lejos de la bomba (10).
  8. 8. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 7, que comprende ademas una segunda bomba para efectuar el flujo de gas en la lfnea de retorno del gas.
  9. 9. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 8, en el que la segunda bomba es una bomba (41) depuradora.
  10. 10. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 7, en el que el sistema es un sistema (40) separador submarino de gas/petroleo.
  11. 11. La bomba (10) de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que el motor (12) incluye una ventilacion configurada para devolver el gas a un separador de fluido.
ES10772816.4T 2009-05-06 2010-05-06 Bomba submarina tolerante al gas. Active ES2620178T3 (es)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17597809P 2009-05-06 2009-05-06
US175978P 2009-05-06
PCT/US2010/033840 WO2010129749A1 (en) 2009-05-06 2010-05-06 Gas tolerant subsea pump

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2620178T3 true ES2620178T3 (es) 2017-06-27

Family

ID=43050461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES10772816.4T Active ES2620178T3 (es) 2009-05-06 2010-05-06 Bomba submarina tolerante al gas.

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8393876B2 (es)
EP (1) EP2427632B1 (es)
DK (1) DK2427632T3 (es)
ES (1) ES2620178T3 (es)
WO (1) WO2010129749A1 (es)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8713940B2 (en) * 2007-06-28 2014-05-06 Nikola Lakic Self-contained in-ground geothermal generator
US11098926B2 (en) 2007-06-28 2021-08-24 Nikola Lakic Self-contained in-ground geothermal generator and heat exchanger with in-line pump used in several alternative applications including the restoration of the salton sea
DE102010053922B3 (de) * 2010-12-09 2012-04-19 Rt-Filtertechnik Gmbh Vorrichtung zur Medientrennung
BR112015005563B1 (pt) 2012-09-12 2021-04-20 Fmc Technologies, Inc sistema de fluido submersível para operar submerso em um corpo de água e método para acoplar uma máquina elétrica a uma extremidade de fluido em um sistema de fluido submersível
AU2012389805B2 (en) 2012-09-12 2017-07-13 Fmc Technologies, Inc. Subsea compressor or pump with hermetically sealed electric motor and with magnetic coupling
AU2012389801B2 (en) * 2012-09-12 2017-12-14 Fmc Technologies, Inc. Subsea multiphase pump or compressor with magnetic coupling and cooling or lubrication by liquid or gas extracted from process fluid
SG11201501905TA (en) 2012-09-12 2015-05-28 Fmc Technologies Up-thrusting fluid system
CN102996108B (zh) * 2012-12-20 2015-09-16 淮北矿业股份有限公司工程处 煤层钻采煤、气、水分离输纳装置
US9879663B2 (en) * 2013-03-01 2018-01-30 Advanced Cooling Technologies, Inc. Multi-phase pump system and method of pumping a two-phase fluid stream
EP3561305A1 (en) 2013-03-15 2019-10-30 FMC Technologies, Inc. Submersible well fluid system
WO2014153345A1 (en) * 2013-03-18 2014-09-25 Onesubsea Ip Uk Limited Balance piston for multiphase fluid processing
US10294949B2 (en) * 2014-02-03 2019-05-21 Nuovo Pignone Srl Multistage turbomachine with embedded electric motors
CA2940171C (en) * 2014-02-24 2022-03-15 Ge Oil & Gas Esp, Inc. Downhole wet gas compressor processor
NO338067B1 (no) * 2014-11-10 2016-07-25 Vetco Gray Scandinavia As Aktivt roterende separator for multifasefluider med elektrisk motor montert koaksialt med en separatortrommel
US9512700B2 (en) 2014-11-13 2016-12-06 General Electric Company Subsea fluid processing system and an associated method thereof
US10975877B2 (en) 2015-06-05 2021-04-13 Nuovo Pignone Srl Combined bearing and turbomachine including said bearing
EP3171033A1 (de) * 2015-11-19 2017-05-24 Grundfos Holding A/S Mehrstufige kreiselpumpe mit gehäuseöffnung zur wartung eines axialschub-kolbens
US10463990B2 (en) 2015-12-14 2019-11-05 General Electric Company Multiphase pumping system with recuperative cooling
US10132142B2 (en) * 2015-12-29 2018-11-20 Onesubsea Ip Uk Limited Fluid processing machines with balance piston on inlet
CN107915301A (zh) * 2016-10-10 2018-04-17 天津有序环境科技发展有限公司 加氨系统出口缓冲袋
WO2019084424A1 (en) * 2017-10-27 2019-05-02 Fmc Technologies, Inc. MANAGEMENT OF MULTIPLE FLUIDS WITH CENTRIFUGAL FLOW FILTER SYSTEMS
GB2571971B (en) * 2018-03-14 2020-09-23 Edwards Tech Vacuum Engineering Qingdao Co Ltd Liquid ring pump control

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE30836E (en) * 1972-11-10 1981-12-29 Kobe, Inc. Liquid-gas separator unit
US4481020A (en) * 1982-06-10 1984-11-06 Trw Inc. Liquid-gas separator apparatus
GB8707306D0 (en) * 1987-03-26 1987-04-29 British Petroleum Co Plc Underwater oilfield separator
US4826398A (en) * 1987-07-06 1989-05-02 Kamyr Ab Medium consistency pump with self-feeding
US4886530A (en) 1987-10-28 1989-12-12 Sundstrand Corporation Single stage pump and separator for two phase gas and liquid mixtures
US4877424A (en) * 1988-02-26 1989-10-31 Markku Perkola Method and apparatus for separating solids from a solids-gas mixture
US4981413A (en) 1989-04-27 1991-01-01 Ahlstrom Corporation Pump for and method of separating gas from a fluid to be pumped
US5375976A (en) 1990-07-27 1994-12-27 Institut Francais Du Petrole Pumping or multiphase compression device and its use
US5207810A (en) 1991-04-24 1993-05-04 Baker Hughes Incorporated Submersible well pump gas separator
US5526684A (en) 1992-08-05 1996-06-18 Chevron Research And Technology Company, A Division Of Chevron U.S.A. Inc. Method and apparatus for measuring multiphase flows
US5482117A (en) 1994-12-13 1996-01-09 Atlantic Richfield Company Gas-liquid separator for well pumps
US5490562A (en) * 1995-02-07 1996-02-13 Paragon Engineering Services Incorporated Subsea flow enhancer
US5674057A (en) * 1995-03-03 1997-10-07 Westinghouse Electric Corporation Submersible canned motor mixer pump
FR2783884B1 (fr) * 1998-09-24 2000-10-27 Inst Francais Du Petrole Systeme de compression-pompage comportant une section de compression en fonctionnement alterne et son procede
US6457950B1 (en) * 2000-05-04 2002-10-01 Flowserve Management Company Sealless multiphase screw-pump-and-motor package
US6412562B1 (en) * 2000-09-07 2002-07-02 Baker Hughes Incorporated Electrical submersible pumps in the riser section of subsea well flowline
US6547514B2 (en) * 2001-06-08 2003-04-15 Schlumberger Technology Corporation Technique for producing a high gas-to-liquid ratio fluid
US6705402B2 (en) * 2002-04-17 2004-03-16 Baker Hughes Incorporated Gas separating intake for progressing cavity pumps
CN100338366C (zh) * 2002-07-12 2007-09-19 株式会社荏原制作所 导流叶轮及带导流叶轮的泵
US20050087336A1 (en) * 2003-10-24 2005-04-28 Surjaatmadja Jim B. Orbital downhole separator
US6986647B2 (en) 2003-11-21 2006-01-17 Tokyo Electron Limited Pump design for circulating supercritical carbon dioxide
US7241104B2 (en) * 2004-02-23 2007-07-10 Baker Hughes Incorporated Two phase flow conditioner for pumping gassy well fluid
US7569097B2 (en) 2006-05-26 2009-08-04 Curtiss-Wright Electro-Mechanical Corporation Subsea multiphase pumping systems
NO325930B1 (no) 2006-07-07 2008-08-18 Shell Int Research Fremgangsmate for a bearbeide og separere en flerfaset bronnstromblanding

Also Published As

Publication number Publication date
DK2427632T3 (en) 2017-04-03
US8393876B2 (en) 2013-03-12
EP2427632A4 (en) 2015-01-07
WO2010129749A1 (en) 2010-11-11
US20100284829A1 (en) 2010-11-11
EP2427632A1 (en) 2012-03-14
EP2427632B1 (en) 2016-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2620178T3 (es) Bomba submarina tolerante al gas.
US8070426B2 (en) System, method and apparatus for open impeller and diffuser assembly for multi-stage submersible pump
US8066077B2 (en) Electrical submersible pump and gas compressor
US7461692B1 (en) Multi-stage gas separator
CA2709090C (en) Electrical submersible pump and gas compressor
RU2409767C2 (ru) Способ откачки двухфазного скважинного флюида и устройство для его осуществления (варианты)
US9453511B2 (en) Pump system
BR112015022924B1 (pt) Sistema de fluido de poço submersível
CN100439717C (zh) 一种双吸无轴驱动的超小型叶片泵
CN105308259A (zh) 耐磨气体分离器
CN108368850A (zh) 用于流体输送装置的推力补偿系统
RU2472039C1 (ru) Конструктивный ряд вертикальных нефтяных электронасосных агрегатов
EP1466100A1 (en) Downhole compressor
CN205225763U (zh) 一种无轴泵
US20150104290A1 (en) Supersonic compressor with separator
CN101392751B (zh) 大抽速型高真空干式真空泵
EP3964713A1 (en) Multistage centrifugal pump for conveying a fluid
CN103225623A (zh) 单壳体对称式径向剖分多级离心泵
RU2745095C1 (ru) Горизонтальный многоступенчатый секционный центробежный насос
CN217300950U (zh) 一种气体处理器
RU2468256C1 (ru) Универсальная транспортная система вертикального нефтяного электронасосного агрегата
CN201292944Y (zh) 一种大抽速型高真空干式真空泵
EP3701153B1 (en) Multi-fluid management with inside out fluid systems
US11702937B2 (en) Integrated power pump
RU2468255C1 (ru) Вертикальный нефтяной электронасосный агрегат (варианты) и валопровод вертикального электронасосного агрегата (варианты)