和潜水泵系统结合的螺旋管系统

本发明一般涉及将液体从井身中提出的潜水泵系统，特别涉及一种 螺旋管系统，该系统将向泵系统的电马达供电的导线和至少一条向本系 统提供其他输入的控制管路结合成整体。

从生产的井中生产石油和其他有用液体时，一般均知需要一个用于 提升井中集积液体的潜水泵系统。产品液体通过靠近开采岩层的井筒上 的孔进入井身。岩层中的液体积聚在井身中，然后用潜水泵提长到地球 表面上的收集点。

在传统的底吸潜水电泵系统内包括若干元件，例如将能量供给潜水 泵的潜水电马达。该系统还包括马达保护罩，用于将马达和井中液体隔 离。马达连结器也可能用于连结电马达和电源。各种各样的元件均可结 合在一个总的潜水泵系统中。

传统的潜水泵系统用支承管或缆绳悬于井身内，用绑扎在缆绳或支 承管上的输电线向潜水马达供电。绑孔之所以必要，是因为否则输电线 未被支承之重量可能损坏或扯断输电线。螺旋管亦用于将潜水电泵系统 安装入井内。螺旋管提供一个用于安装和回收泵系统的相对快捷而连续 的方法。有了芯管后，输电线或绑在管外或安置在由螺旋管形成的空心 内腔中。

现有的输电线可能包括用于向马达供电的导线，典型的是三根导 线。向潜水电泵系统提供任何输入必须采用单独的管路，典型做法是绑 扎在管子、支承缆绳或螺旋管的外边。这样当然使附加的输入管路或控 制管路由于其位于潜水泵系统和系统支承(即螺旋管)之外而容易受损。 因此，如果将螺旋管和内部的输电线及附加控制管路结合一起或将控制 管路置于螺旋管的空心内腔内，便显得有利。控制管路可用于提供液压 液体以便控制如液压驱动的整体封严器一类的装置。控制管路亦可用于 向产品液体添加如防蚀剂或阻垢剂一类的化学处理剂，或向潜水泵系统 内的附属装置或传感器提供电输入或光输入。

本发明的特点在于将螺旋管系统用于配置潜水泵系统。潜水泵系统 包括位于有产品液体的钻井内的一个马达和一个泵。该系统还包含一个 具有纵向空心内腔的外部螺旋管。输电线位于纵向空心内腔中且有多根 导线。导线位于一条绝缘芯线内，外面缠上护面层。多根输电线向潜水 马达提供电力。此外，外面的护面层内还有沿导线长度走向的控制管路， 用于向潜水泵提供需要的控制输入。

按照本发明的另一特点，潜水泵系统设计成配置在钻井内的螺旋 管。潜水泵系统包含一个连接器组件，一个潜水马达和一个潜水泵。连 接器组件、潜水马达和潜水泵结合成配置在钻井内的潜水泵系统。泵系 统也包括一个位于连接器组件和贴近钻井表面出口位置之间的螺旋管系 统。螺旋管系统大体具有形成空心内腔的外部螺旋管。多根导线通过内 腔进入连接潜水马达的连接器组件。此外，一个管子元件通过空心内腔 将需要的液体提供给潜水泵系统。

按照本发明的另一特点，提供了一个将各种输入传送给至少有一个 连接器组件、一个潜水马达和一个潜水泵的潜水泵系统的方法。此法包 括将螺旋管和潜水泵系统的连接器组件连接，并且通过螺旋管将泵系统 悬于井身内。此法还包括将有多根导线和输电线配置于螺旋管内部空心 区，并将多根导线和潜水马达连接起来。此法还包括通过螺旋管内部空 心区配置独立于多根导线之外的控制管路。

参考附图在下文中说明本发明，图中相同的标号表示相同的元件。

图1为按照本发明一个优先实施例配置于井身内的潜水泵系统的正 视图；

图2为按照本发明一个优先实施例配置在一连串潜水泵系统部件之 中的封严器组件；

图3为大体沿图2所示封严器组件纵轴线所取的截面图；

图4为大体沿封严器芯的纵轴线所取的截面图；

图5是按照本发明优先实施例的连接器截面图；

图6为大体沿图5中b-b线所取的截面图；

图7为图6所示输电线和螺旋管结合的另一实施例；

图8为图6所示输电线和螺旋管结合的另一实施例；

图9为图6所示输电线和螺旋管结合的另一实施例。

总的参考图1，它大体表示本发明一个优先实施例的底吸潜水电泵 系统10。潜水泵系统10根据各自的用途和环境可能包含不同的元件。 可是系统10通常包括至少一个潜水泵12、潜水马达14和一个整体封严 器组件16。潜水泵系统10中有了整体封严器组件16后，便可在配置潜 水泵系统10前，不再需要使用外垫座、布置一条套管、使用管接头 (landing nipple)或配置独立的封严器。

如图所示，系统10是为配置在位于有需要产品液体(如石油)的 地理构造20中的井18内设计的。在典型用途中，钻一口井22并用井 壁管24衬里。潜水泵系统10便配置在钻井22中汲取井中液体所要求 的位置上。封严器组件16即置于此位置上，并将井壁管24的内表面26 密封。产品液体就可以被由马达14驱动的泵12从井18泵送至封严器 组件16上面的地点，并排放到由潜水泵系统10和井壁管24的内表面26 构成的环状空间28内。由于钻井内的液体不断地被泵送到封严器组件16 上方的环状空间28中，液体平面便上升到和地面齐平或高出地面的地 点，液体便在此处加以收集并进一步加工。

如图所示，典型的潜水泵系统10包含附属的元件，诸如推力管30、 吸入泵32(通过它将钻井内液体吸入泵12内)、保护装置34(用于隔 离井内液体和马达油)和喷射管路36。此外，用一个连接器38通过配 置系统(诸如管、缆或螺旋管)和马达14连接。在优先实施例中，配 置系统为一利用螺旋管42的螺旋管系统40，该螺旋管42有如下文详细 介绍的通过其空心中央的输电线44。

此外，在潜水泵系统10里可以使用多种多样的马达14和泵12。典 型的马达14是三相感应电动机，典型的泵是多级离心泵。其次，可以 增加附属元件，亦可去掉某些元件，或者将元件的次序重新安排。

参看图2和图3，封严器组件16包括一个排放头或封严器芯轴46 以及成为一个整体安装在封严器芯轴46上的封严器48，当封严器48被 安置在钻井22内的特定位置上或从钻井22中取走它时，封严器芯轴46 和封严器48同时运动。

封严器48以简化形式表示，因为有多种多样传统的封严器适于和 这种潜水泵系统10配合使用。例如，封严器48可为机械调节的(如丁 掣爪式封严器，Swab杯式封严器)或为液压的。封严器48最好是液压 的(如德克萨斯州体斯顿市Camco International Inc.生产的现货Camco HRP-1-SP液压调节封严器)。液压调节封严器一般包括不止一个带有 摩擦件52的滑块50和一个密封件54。滑块50和摩擦件52紧靠在管24 的内表面26上，以便将封严器组件16保持在钻井22内的一个特定位 置上。典型的密封件54包括一个弹性体，它在封严器芯轴46和管24 之间展开，起密封作用，以便维持环状空间28内的产品液柱。封严器48 的独特形状取决于用途和潜水泵系统操作者的愿望。

最好有一条控制管路56从地面上的位置通到封严器组件16上，需 要时使封严器48靠在井壁管24上或和其咬合。在图示实施例中，控制 管路为液压管路，它向封严器48提供液压液体，从而提供输入，以便 有选择地调节封严器。

参看图4，封严器芯轴46有一外壳58，外壳58有一上连接器头60 和下连接器头62。上连接器头60譬如和保护装置34的下部连接，同时 下连接头62譬如和潜水泵的上部连接。这样，封严器芯轴46位于泵12 和马达14的中间，而马达14位于钻井22内的封严器芯轴46之上方， 泵12则位于钻井22内的封严器芯轴46之下方。

外壳58包括进口64和有一出口68的排液端头66。一条流路70 通过外壳58内腔连结进口64和出口68，使钻井的液体得以从此处流过。 这样，钻井内的液体从进口32吸入，泵过潜水泵12的内部，经过流路 70，再通过出口68进入环状空间28。

轴72大致位于外壳58中心，沿纵轴线74走向，将马达14的动力 供给泵12。轴72最好通过流路70的中心。有轴承(最好一对轴承76) 稳住和支持轴72在外壳58内旋转。

此外，外壳58的设计是为了固定封严器48，使封严器48得以作为 潜水泵系统10的一个整体元件配置在钻井22中运动。易言之，各种元 件(包括封严器48)可以先在地面上组装好，然后配置在钻井内的任何 需要位置上，从而无需在初步阶段先将分散的封严器置入，然后利用垫 座、隔离套管或管接头将潜水泵系统10固定在钻井22内的一个特定位 置上。此外，由于封严器48是通过控制管路56独立控制的，故可在任 何时候调整，不管泵12是否已起动或正在进行任何工作。准确地说， 这使封严器48得以在泵开始进行任何工作前，便可在钻井22内的需要 位置上进行调节。

在优先实施例中，外壳58有一外表面78，形成一个连结区(最好 是个凹入的区域80)，用以支持封严器48，图3最好不过地表示了这 情况。在此实施例中，凹入区由外表面78的上扩展区82和外表面78 的下扩展区84构成。封严器48被保持在此凹入区80内，使其和封严 器芯轴46-从而潜水泵系统10的运动受到限制。封严器48例如可以在 凹入区80内装配，或者封严器芯轴46有可能由两个或两个以上塞入封 严器48，并用例如焊接、螺栓或其他紧固件固定在一起的元件构成。此 外，封严器48可以用附加紧固件、焊接或花键装在外壳58的其他部位 上，以免封严器48相对于外壳58发生任何转动。

参看图5，这是大致沿连接器装配件38的纵轴线取下的连接器装配 件断面图。在本优先实施例中，连接器装配件包含一个具有内部空腔88 的壳体86。连接器装配件38还包含一个下安装架90，通过它和潜水泵 系统10的下一次序的元件(马达14优先)连接。下安装架90的设计 可用于通过多个紧固件92(如螺栓)和马达14及壳体86连接。

在图示实施例中，连接器装配件38包括和螺旋管42连接的帽式连 接器94。在螺旋管42的对面，帽式连接器94通过螺纹区98和密封圈 100同套式连接器96连接。套式连接器96有一个径向外伸的凸缘102， 用以紧靠在壳体86的顶部上。套式连接器96和壳体86用一管接头104 连接。管接头104在螺纹区106和壳体86的螺纹啮合，将凸缘紧紧拉 住靠在壳体86的顶面上(如图5所示)。在套式连接器96和壳体86 之间有一密封件108。

壳体86还有一个环状连接器110，其上部有螺纹区106。环状连接 器110通过数个剪切销114和下套式连接器112连接，并用一密封圈116 密封。当潜水泵系统10在钻井22内卡住时，帽式连接器94和环状连 接器110便能从下套式连接器112上因产生剪切而分离。下套式连接器 112上有多个鱼鳞齿(fishing teeth)118，用于随后回收潜水泵系统 10的残余物，这是本领域内的普通技术人员所熟悉的。

壳体86还包含一个排液口120，用于必要时将液体从内部空腔88 排出。精确地说，排液口120从内部空腔88经过壳体86通至钻井22。 壳体86最好还包括一个出口122，用于将控制管路56从内部空腔88引 至潜水泵系统10和井壁管24之间的环状空间28。

另外再参看图6，本发明优先使用的螺旋管系统40，其中外螺旋管 42和帽式连接器94连结，用于将潜水泵系统10悬置于钻井22内。输 电线44通过螺旋管42的纵向空心内腔124。输电线44通过套式连接器 96的内部并和贯通轴126连接。贯通轴126将几根马达导线128引到壳 体86的内部空腔88的底部。从此处出发，各马达导线(典型情况是三 根马达导线128)通过下安装架90和马达14连接，向其提供适当的输 入。

在优先实施例中，输电线44作为一个整体也包括控制管路56。如 图6所示，控制管路56可以包含一根喷射管，该喷射管的外壁130规 定了一条内部的液体流路132，用于譬如将液压液体传输给封严器48。

在图5和图6所示优先实施例中，控制管路56一般位于输电线44 内马达导线128之间的中心。此时液压管路途径贯通轴126，通过出口 122离开连接器装配件38(图5最好不过地表示此情况)。控制管路离 开出口122后，沿着马达14和潜水泵系统10的任何其他元件前进，直 至封严器48，于此它以普通方式进行连接。控制管路56可能包括多个 元件，亦可用合适的紧固件134固定在出口122上。

在优先实施例中，输电线44包含的控制管路56一般沿输电线的纵 轴线配置，且通过一个绝缘芯线136。三根马达导线128中，每一根的 位置都是以控制管路为圆心向外辐射，并且通过绝缘芯线136。马达导 线128的每一根都可由本领域的普通技术人员以熟悉的方式由通过绝缘 芯线136的外绝缘层138予以保护。绝缘芯线136最好围以护面层140 (例如金属层)，目的在于增加强度和保护。

虽然图6表示一个优先实施例，但有各种各样的替代实施例可以采 用(如图7-9所示)。例如在图7中，控制管路56在绝缘线芯136中 的位置是在输电线44中心向外辐射的半径方向上。在图6或图7所示 实施例中，控制管路56可能是一条输送液体(例如液压液体)的喷射 管，它通往封严器48或其他需要单独输入和驱动的元件。当控制管路56 用作喷射管路时，就不一定需要用它给优先实施例的封严器48提供动 力，它亦可用于向产品液体中喷射化学处理剂以便防蚀和阻垢等。

在图8所示另一实施例中，有多条控制管路56用于将液压液体、 化学处理剂或其他液体分别输送到各种元件或沿潜水泵系统10的位置 上。这种多控制管路有可能通过连接器组装件38或沿环状空间28围绕 连接器38敷设。如图9所示，控制管路56亦可包含用于向潜水泵系统 10输送其他型式输入的管路。例如控制管路56可能包含一根导电线(如 扭绞二线电缆142和(或)光缆144)，用于将输入有选择地输送给潜水 泵系统10的元件(如井下传感器)。此外，控制管路或线路56还可能 包括各种型式控制管路的混合，即液压液体喷射管，导电线或光导纤维。

如所周知，上述介绍系就本发明的优先实施例，但本发明并不局限 于所示的具体形式。例如各种封严器和封严器芯轴的形式可按具体的井 下环境条件下的用途而设计，潜水泵系统可能包含各种附加的或不同的 元件，连接器组件的具体设计可能包含不同的元件和形状以及输电线可 能按井下环境的用途用各种合适材料设计成各种形状。在设计和布置元 件时，可以有各种各样的变型，但不脱离权利要求书中列举的本发明范 围。