[0001] 交叉引用的相关申请

[0002] 本申请要求受益于根据美国临时申请35U.S.C§119(e)的规定、于2004年11月9日提交的申请号为No.60/522,802、名称为“海底泵送系统”的临时申请。

[0003] 本发明主要涉及一种将产自海底油井的碳氢化合物进行增压的增压装置，尤其涉及一种用于把采出的碳氢化合物利用多相泵在其进入主加压泵前进行调节和增压的系统，其中主加压泵包括用在一个或多个电动潜油泵中的离心多级泵。

[0004] 各式各样的系统是已知的，所述系统用于从地下的地质构造中生产具有经济利益的流体。在地质构造中提供足够的压力以迫使该流体至地球表面时，该流体可以不使用人工采油系统而被收集和加工。然而在油井的压力不足以提升该流体至收集点的地方，一般使用人工装置，例如泵送系统。

[0005] 人工采油泵送系统的特有结构可以根据油井的条件、现场的地质构造和要求完成的处理而做各种变化。但一般而言，这样的系统一般包括由地球表面的电源驱动的电动马达。马达连接到泵，其从产油层汲取井眼的流体，并给予足够的压头以迫使该流体至收集点。特别地，这样的系统可包括附加元件，所述附加元件适于特别的井眼的流体或流体混和物，包括气/油分离机，油/水分离机，水喷射泵等等。

[0006] 一种这样的人工采油泵送系统为电动潜油泵(ESP)。ESP一般包括马达部件，泵部件，和将干净的马达用油与井内流体隔离的马达保护部，ESP配置在井口，它经由电缆从井口处获得电力。即便在极端的深水海底开采中，ESP也能够产生增压到足够大的压力以采出流体。然而，ESP一般受它们能够处理的自由气体成分数量的限制(特别是在低的入口压力的情况下)。

[0007] 另一种人工采油泵送系统为多相泵(MPP)。举例而言，MPP可能包括螺旋轴、双螺杆和活塞泵，而且对于在海底油和气开采(尤其是在极端的深水海底开采中)的人工采油是重要的。MPP能够处理高的气体容量以及断续流和与多级生产相关的不同的流动体系，包括具有高的水和/或高的气体成分(高达100％水或气)的流体。使用MPP允许了边远地区或以前不经济的油气田的开采。另外，因为减少了地面设备包括分离机、加热处理器、干燥机和输送管，对环境的影响也减少了。然而，这种采油技术的缺点为MPP在没有很多泵串联排列的情况下一般不能够提供所需要的高的压力。

[0008] 因此，提供一种人工采油系统能够使用多个阶段流动体系处理采出流体，同时提供足够的压力来促进提升采出流体至收集点将是有利的。

[0009] 概括地说，根据一个实施例，本发明提供一种系统，用于通过包括一个或多个多相泵和一个或多个电动潜油泵的组合泵送系统为海底采出流体流增压。该泵送系统经由一个或多个输入管线接收采出的流体流，并通过一个或多个输出管线分配增压后的采出流体。

[0010] 特别是，一种用于在海底场合输送碳氢化合物流体的系统，包括：至少一个多相泵；和液压连接到所述多相泵的由至少一个电动潜油泵组成的电动潜油泵组，其特征在于所述碳氢化合物流体从所述多相泵流入所述由至少一个电动潜油泵组成的电动潜油泵组。

[0011] 本发明也提出一种用于在海底场合泵送碳氢化合物流体的方法，包括：将至少一个多相泵和由至少一个电动潜油泵组成的电动潜油泵组液压连接，以形成组合泵送系统；在海底配置所述组合泵送系统；和使用所述组合泵送系统将流动能量施加至所述碳氢化合物流体。

[0012] 本发明还提出一种用于输送储层流体的水下泵，包括：具有用于连接至输入管线以接收储层流体的开口的外罩；配置在所述外罩内的多相泵；配置在所述外罩内并且液压连接至所述多相泵的离心多级泵；配置在所述外罩内的马达，所述马达具有适于驱动所述多相泵和所述离心多级泵的轴；配置在所述马达和所述多相泵之间的入口；所述入口液压连接至所述多相泵；配置在所述外罩内并且围绕着所述马达和入口的管状护罩；所述管状护罩适于引导储层流体从所述外罩经过所述马达然后流入所述入口；配置在离心多级泵和输出管线之间的排出口。

[0013] 还包括：在所述外罩内配置在所述排出口和所述输出管线之间的阀门，所述阀门适于调节在所述外罩和所述排出口之间的连通，其中所述阀门当打开时引导储层流体绕过所述入口从所述外罩内直接进入所述输出管线。

[0014] 还包括：配置在所述马达和所述多相泵之间的保护装置，所述保护装置适于将马达封闭以免暴露于所述储层流体。

[0015] 还包括：配置在外罩内的传感器，所述传感器适于检测多相泵或离心多级泵或储层流体的状况。

[0016] 还包括：适于穿透所述外罩并通过电源提供电气连通的电气插接件；和

[0017] 配置在所述外罩内并电力地将听述马达连接至所述电气插接件的马达输入附加导线。

[0018] 所述电气插接件为干式匹配连接器。

[0019] 其它的或可选择的特征将从下面的说明书、附图的描述中而清楚。

[0020] 在下面的描述和附图中可以解释达到这些目的和其它合乎需要的特征的方式，其中：

[0021] 图1表示依照本发明配置在海底的组合泵送系统的侧视图。

[0022] 图2表示依照本发明的组合泵送系统的示意图。

[0023] 图3表示依照本发明的组合泵送系统的放大侧视图。

[0024] 图4表示图3所示包含实例水流曲线示意和泵送性能的组合泵送系统的放大侧视图。

[0025] 图5A表示组合/整体式泵的一实施例在非操作状态的剖视图。

[0026] 图5B表示组合/整体式泵的一实施例在操作状态的剖视图。

[0027] 但是，需要注意的是附图仅仅表示了本发明的典型实施例，由于本发明允许是同样地等效的实施例，所以不能认为限制在附图的范围内。

[0028] 在以下的描述中，为理解本发明阐明了许多细节。但是，本领域技术人员应当理解在没有这些细节描述的情况下本发明可以实施，也应当理解根据所描述的实施例，可能有许多的变化或修改。

[0029] 在本说明书和附加的权利要求中：术语“连接”、“结合”、“连接到”、“相连”、以及“联接”用来表示“直接连接”或“通过其它的元件连接”；术语“装置”用来表示“一个元件”或“多个元件”。如本文中所用，术语“上”和“下”，“上部”和“底部”，“在上面地”和“在下面地”，“逆流地”和“顺流地”；“在上面”和“在下面”；以及其它类似表示相对于指定点或元件的上或下相对位置的术语在本说明书中用来更清楚地表述本发明的一些实施例。但是，当应用于油井中的偏斜或水平的装置和方法中，这些术语可以指的是左至右，右至左，或视情况而定其它关系。

[0030] 一般地，在本发明的一些实施例中，通过组合多相泵和电动潜油泵两种系统的一种解决方案来克服多相泵和电动潜油泵人工采油系统中所存在的不足。根据本发明，一种改进的人工采油泵送系统包括与一个或多个ESP液压连接的一个或多个MPP。在一个实施例中，本发明包括用于生产碳氢化合物的系统，在进入在一个或多个ESP中使用的、由离心泵站构成的主增压泵之前，所述系统基于海底的MPP对碳氢化合物进行调节和增压。

[0031] 参见图1，在本发明的一个实施例中，一种组合泵送系统10被用来通过输入管线(例如，管子，软管，或其它管路)从油井20中提升采出的流体(例如，油，气，水，或它们的混合物)。泵送系统10包括一个或多个MPP 12和一个或多个ESP 14，其用于接收采出流体(其可包括不同种类的油，气，和水的成分)以及通过输出管线40(例如，提升管，管子，软管，或其它管路)提升采出流体至目标位置比如海面60上的船只50上的收集处。在一些实施例中，泵送系统10可以设置在临近油井20的海底70。

[0032] 图2表示了本发明的一个实施例，其中，输入管线输送采出碳氢化合物供给一个MPP或，在其它实施例中，多个MPP。一般地，采出流体包括液体成分和气体成分。MPP增加输入采出流体的压力到一个特定的程度，以便足够体积的析出气体成分压缩或变成液体，因此采出流体可以被ESP 30泵送，或在其它实施例中，被多个ESP泵送。容许的气-到-液比率可以依据ESP 30的特性变化。例如，一些ESP离心多级泵不能够处理任何体积百分比的析出气体，而其它的在具有一个高入口压力可用的时候可以有效地泵送较高的容量的流体。一旦采出流体被增压到一个足够的水平，采出流体就被供入ESP 30。一般地，ESP30包括入口，ESP离心多级泵15，ESP马达16，和马达保护器(和/或密封部)17。ESP 30将进一步增加采出流体的压力至足够的水平，以便于利用液体的人工采油，从而将采出流体提升到表面，或通过输出管40输送到另一个地方。

[0033] 图3示出了根据本发明的组合泵送系统100的一个实施例。泵送系统100包括液压连接到一个或多个输入管线102的MPP 110(或一组MPP)。MPP 110依次液压(在一些实施例中机械地)通过分油器130(或者作为选择地，通过套管或输油管线)连接到ESP离心多级泵(ESP)120。在图示的实施例中，ESP 120组成的泵组包括串联方式设置的6个ESP 120A-F，其中仅有4个ESP(例如120A-D)在任何给定时间运转，而其中2个ESP(例如120E-F)处于如果一个或多个工作的ESP失灵时的备用模式。在可选实施例中，任何数量的ESP可以被使用，包括或不包括有备用、备份、或储备ESP。而且，在一些实施例中，ESP的泵组能以并联或并联和串联组合的方式设置。例如，串联设置的ESP的泵组可以提供较大的压力增加但是在一个相对较小的流程内，而并联设置的ESP的泵组可以提供较大的流程但提供相对较小的压力增加。ESP 120的泵组与用于通过一个或多个输出管线104输出的排出分油器140连接。在可选实施例中，一个或多个MPP可以液压连接到一个或多个ESP(并且一个或多个ESP可以液压连接到一个或多个输出管线)通过任何管道包括，但不局限于，分油器、管道网路、多相和离心室、直连管或管道等等。在又一实施例中，泵送系统可以为不包括任何分油器的直接连接系统。

[0034] 在本发明的一些实施例中，通用终端接头(UTH)160(或其它电能集线器)通过电源电缆或跳接器与每一个ESP 120和MPP(可选择地，与每个ESP的电气连接可以通过大轴和保护罩的连接建立)连接，以便提供通过利用干式匹配连接来使电力和控制传输到MPP和ESP，而且配备MPP结构密封件和马达润滑液体、储油器液体化学处理或液压控制流体。在一些实施例中，电能控制管缆170A-F可以连接到UTH 160，使用湿式匹配连接(例如通过远程控制的海底运载工具)从表面或其它边远区来提供电力和控制功能。而且，系统可被安装在垫板或垫板系统上或单独作为工作需要的特别参量。

[0035] 还是就图3而言，在一些实施例中，每个ESP 120A-F被封装在外罩122(例如，盒或罐)内。在其它特征和益处中，这促进采出流体的流动在马达元件周围当需要时提供冷却作用。在一些实施例中，护罩被设置在马达周围来引导采出流体在进入ESP入口前经过马达。

[0036] 图4示出了根据本发明的泵送系统的一个具体实施例。在此实施例中，泵送系统200可以被用来泵送具有饱和压力点(即气体成分从液体溶液中出来的压力大小)大约为
1530psi的采出流体。泵送系统200包括：液压连接到输入管线250的多相泵(如，双级泵)MPP 210；具有一组主ESP 200A(包括220A1至220A4)和一组辅助或备用的ESP 220B(包括220B1和220B2)的一组电动潜油泵；入口分油器215以及用于液压连接MPP 210和一组ESP 220的管路网络；出口分油器225以及用于液压连接ESP 220和两个输出管线260的管路网络；用于采用干式匹配连接通过电力电缆跨接器分配来自地面电缆240的电力至MPP 210和ESP泵220A的通用终端接头(UTH)230；以及湿式匹配连接至UTH230的电力电缆240。

[0037] 在操作时，采出流体从输入管线250泵入MPP 210，以便使液体流量增压到在联合运输率为大约80,000桶每日(BPD)的时候的大约1600psi。采出流体从MPP210泵送入入口分油器215。分油器215引导采出流体流入主泵组的ESP220A。第一个ESP 220A1使液体流量从大约830psi增压到大约2430psi。然后采出流体被引入第二ESP 220A2，其使液体流量从大约830psi增压到大约3260psi。采出流体然后被引入第三ESP 220A3，其使液体流量从大约830psi增压到大约4090psi。最后，采出流体被引入第四ESP220A4，其使液体流量从大约830psi增压到大约4920psi。然后采出流体被出口分油器225收集，然后经由一个或多个输出管线260引导至地面或其它位置。泵送系统的其它实施例可包括MPP和ESP的多种配置和结构，以便促进具有任何特定饱和压力点的采出流体增压，从而液体中的自由气体将不是在饱和压力点之上就是被充分压缩，以致它不能够妨碍ESP的性能。

[0038] 再次参考图3，本发明的一个实施例包括用于提供海底环境中的组合泵送系统100的一种操作。组合泵送系统100由液压连接至少一个MPP 110和至少一个电动潜油泵120组成的泵组形成。组合泵送系统100可以在地面和在海底配置，或配置为分离的元件然后在海底组装。组合泵送系统100的一些实施例可被组装在垫板上，而其它实施例不用垫板进行组装。一旦配置和连接到油气液体流(例如，从井口或其它油气源经由入口管线102)，组合泵送系统100传给油气液体流动能量以形成增强的输出油气流经由出口管线
104流至目标指定地(例如，地面或海底分油器或存储器)。在一些实施例中，电能集线器
160(例如，通用终端接头)电连接至每个MPP 110和至少一个ESP 120组成的泵组以通过跨接器或电缆发送电力至泵。电能控制管缆170A-F被用于(例如，通过遥控操作运载工具，或其它遥控装置)与电能集线器160电连接至位于地面、海床、海底甚至或井内的电源。

[0039] 在本发明的另一个实施例中，组合海底泵包括一MPP，所述MPP通过机械连接(例如，通过轴和联轴器)和经由ESP外罩的液压连接的作用结合到一个或多个ESP组成的泵组。MPP通过联轴器与ESP机械连接，以使用一普通马达驱动ESP和MPP。而且，在一些实施例中，MPP和ESP也可配置在共用的外罩内。

[0040] 例如，如图5A和5B所示，组合泵300的一个具体实施例包括：用于容纳泵元件的密封罩302(例如，罐，盒，或封壳)，该密封罩限定了用于接纳通过输入管线410进入的储层流体400(例如，油气液体)的内部环形空间304；MPP 310；离心泵320(例如，如同ESP中使用的离心泵)，其具有用于驱动MPP 310和离心泵320的驱动轴的泵马达330(例如，ESP泵马达)；配置在马达330和MPP 310之间的用于接收进入的储层流体400的入口340；在MPP 310和马达330之间的马达保护器350(和/或密封件)；具有密封在入口340上部的上端360A和朝向进入的储层流体体400打开的下端360B的护罩360，该护罩限定了在护罩和马达330之间的环形空间362；泵排出口370用于引导增强的储层流体400经由输出管线420从组合泵300离开；阀门380(例如，单向自动提升阀)用于当组合泵300不工作时引导储层流体400流绕过入口340从外罩302内部的环形空间304直接进入输出管线420；以及用于通过连接器395连接马达330至电源的电动机附加导线390(例如，电缆)。在一些实施例种，连接器395可为将马达330通过缆线电连接至海面的电源的干式匹配连接器。
连接器395穿过外罩302，并且被密封以防止海水渗入或其它损害。此外，在一些实施例中，组合泵300还包括一传感器398(或多个传感器)。传感器398可用于检测任何一个或全部下述项目：马达温度，入口储层流体压力，入口储层流体温度，排出储层流体压力，排出储层流体温度，外罩内部的内在储层流体的压力，和任何其它典型的与泵相关或与储层流体相关的测量。

[0041] 在操作过程中，当组合泵300停止工作时，储层流体400被引入外罩302的环形空间304，然后通过阀门380绕开下部的泵元件进入输出管线420。

[0042] 当组合泵300工作时，储层流体400被引入外罩302的环形空间304，然后被MPP310吸入到入口340。护罩360引导储层流体400流经马达330以提供冷却作用。MPP 310将使储层流体400调节和增压，而且离心泵320提供主要的增压来增强储层流体400的压力。储层流体400然后经由排出口370被引入输出管线420。

[0043] 尽管根据有限数量的实施例披露了本发明，那些本领域技术人员还能够从中领会多种修改和变化。这意味着附加的权利要求覆盖了这样落入本发明的要旨和范围之内的修改和变化。