用于泵送多相流體的系統(tǒng)和設(shè)備的制造方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本文公開的主題大體上涉及多相流體栗，并且更具體地涉及用于栗送含有大量氣體的多相流體的螺旋軸流栗。
[0002]多相流體(諸如氣態(tài)和液態(tài)的兩相流體)存在于許多技術(shù)領(lǐng)域中，諸如采油。例如包含螺旋軸流栗的系統(tǒng)的水下栗送系統(tǒng)常常配置到井中來從地下儲備取得石油流體。大多數(shù)水下栗送系統(tǒng)包括一個或更多個葉輪和擴(kuò)散器組合，一般稱為〃級〃。葉輪在相鄰的靜止擴(kuò)散器內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在使用期間，旋轉(zhuǎn)葉輪將動能給予流體。動能的一部分在流體經(jīng)過下游擴(kuò)散器時轉(zhuǎn)變成壓力。
[0003]在涉及多相流體(例如，石油-氣體混合物)的操作中使用水下栗送系統(tǒng)的一個缺陷在于多相流體意外分離成其液體組分和氣態(tài)組分。這可對于特征為高氣體體積分?jǐn)?shù)的多相過程流體變得特別嚴(yán)重。當(dāng)多相流體開始分成其液體組分和氣態(tài)組分時，栗變得易于〃氣封〃。當(dāng)多相流體包括較大的氣體與液體比時，氣封大體上會發(fā)生。氣封現(xiàn)象在氣泡移動到水下栗送系統(tǒng)內(nèi)的流體流的低壓區(qū)中時發(fā)生，且相分離然后可在流中發(fā)生。在相分離后，氣相具有累積在栗的流動通路的某些區(qū)域中的趨勢。如果足夠的氣體累積在栗的流動通路的區(qū)域中，則氣封發(fā)生，而阻止多相流體的移動。因此，氣封引起低效和無效的栗操作，且可導(dǎo)致水下栗送系統(tǒng)的性能和/或使用壽命的下降，使得其不再可能有效地栗送多相流體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一方面，提供了一種用于栗送多相流體的螺旋軸流栗。螺旋軸流栗包括具有縱軸線和內(nèi)表面的殼體。螺旋軸流栗還包括定位在殼體內(nèi)的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子包括入口部分和出口部分且具有帶有外表面的轂。轉(zhuǎn)子還包括導(dǎo)流區(qū)段，其具有聯(lián)接至轂的多個導(dǎo)流導(dǎo)葉。導(dǎo)流導(dǎo)葉各自具有前緣和后緣。各個導(dǎo)流導(dǎo)葉的前緣沿周向重疊相鄰導(dǎo)流導(dǎo)葉的后緣，且限定從殼體的縱軸線沿周向測得的第一重疊角。轉(zhuǎn)子還包括葉輪區(qū)段，其具有聯(lián)接至轂的多個葉輪導(dǎo)葉。葉輪導(dǎo)葉各自具有前緣和后緣。各個葉輪導(dǎo)葉的前緣沿周向重疊相鄰葉輪導(dǎo)葉的后緣，且限定從縱軸線沿周向測得的第二重疊角。第一重疊角大于第二重疊角。此外，螺旋軸流栗還包括轉(zhuǎn)子流動通道。轉(zhuǎn)子流動通道在轂外表面與殼體內(nèi)表面之間延伸。轉(zhuǎn)子流動通道具有在轂的入口部分處轂外表面與殼體內(nèi)表面之間延伸的入口面積，以及在轂的出口部分處轂外表面與殼體內(nèi)表面之間延伸的出口面積。出口面積小于入口面積。
[0005]另一方面，提供了一種用于栗送多相流體的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括栗驅(qū)動機(jī)構(gòu)以用于驅(qū)動螺旋軸流栗。系統(tǒng)還包括流體導(dǎo)管。另外，系統(tǒng)包括附接至栗驅(qū)動機(jī)構(gòu)和流體導(dǎo)管的螺旋軸流栗。螺旋軸流栗包括至少一個級，其包括具有縱軸線和內(nèi)表面的殼體。螺旋軸流栗還包括定位在殼體內(nèi)的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子包括入口部分和出口部分且具有帶有外表面的轂。轉(zhuǎn)子還包括具有附接至轂的多個導(dǎo)流導(dǎo)葉的導(dǎo)流區(qū)段。導(dǎo)流導(dǎo)葉各自具有前緣和后緣。各個導(dǎo)流導(dǎo)葉的前緣沿周向重疊相鄰導(dǎo)流導(dǎo)葉的后緣且限定從殼體的縱軸線沿周向測得的第一重疊角。轉(zhuǎn)子還包括具有附接至轂的多個葉輪導(dǎo)葉的葉輪區(qū)段。葉輪導(dǎo)葉各自具有前緣和后緣。各個葉輪導(dǎo)葉的前緣沿周向重疊相鄰葉輪導(dǎo)葉的后緣，且限定從縱軸線沿周向測得的第二重疊角。第一重疊角大于第二重疊角。此外，螺旋軸流栗包括轉(zhuǎn)子流動通道。轉(zhuǎn)子流動通道在轂外表面與殼體內(nèi)表面之間延伸。轉(zhuǎn)子流動通道具有在轂的入口部分處轂外表面與殼體內(nèi)表面之間延伸的入口面積，以及在轂的出口部分處轂外表面與殼體內(nèi)表面之間延伸的出口面積。出口面積小于入口面積。
【附圖說明】
[0006]在參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時，本公開內(nèi)容的這些及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，其中相似的標(biāo)號貫穿附圖表示相似的部分，在附圖中:
圖1為用于栗送多相流體的栗送系統(tǒng)的示意性截面視圖；
圖2為可結(jié)合圖1中所示的栗送系統(tǒng)使用的栗的截面示意圖；
圖3為可結(jié)合圖2中所示的栗使用的轉(zhuǎn)子和定子的透視圖；
圖4為朝出口部分向下游看的圖3中所示的轉(zhuǎn)子的入口部分的示意性端視圖；
圖5為朝入口部分向上游看的圖3中所示的轉(zhuǎn)子的出口部分的示意性端視圖；
圖6為圍繞栗的轉(zhuǎn)子部分截取的圖2中所示的栗的示意性截面視圖；
圖7為圍繞栗的定子部分截取的圖2中所示的栗的示意性截面視圖；
圖8為可結(jié)合圖2中所示的栗使用的備選示例性定子的示意性側(cè)視圖；
圖9為可結(jié)合包括導(dǎo)葉末梢的圖2中所示的栗使用的備選示例性轉(zhuǎn)子的示意圖；
圖10為可結(jié)合圖2中所示的栗使用的備選示例性轉(zhuǎn)子和定子的透視圖；
圖11為可結(jié)合圖2中所示的栗使用的備選示例性轉(zhuǎn)子和定子的透視圖；
圖12為可結(jié)合圖1中所示的栗送系統(tǒng)使用的備選示例性栗的示意性截面視圖；以及圖13為朝出口部分向下游看的結(jié)合圖2中所示的栗使用的備選示例性轉(zhuǎn)子的入口部分的示意性端視圖。
[0007]除非另外指出，則本文提供的附圖意在示出本公開內(nèi)容的實(shí)施例的特征。這些特征認(rèn)作是適用于包括本公開內(nèi)容的一個或更多個實(shí)施例的多種系統(tǒng)。因此，附圖不意在包括實(shí)施本文公開的實(shí)施例所需的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的所有常規(guī)特征。
【具體實(shí)施方式】
[0008]在以下說明書和權(quán)利要求中，將提到一定數(shù)目的用語，用語將限定為具有以下意義。
[0009]單數(shù)形式〃一個〃、〃一種〃和〃該〃包括復(fù)數(shù)對象，除非上下文清楚地另外指出。
[0010]如本文中貫穿說明書和權(quán)利要求所使用的近似語言可用于改變?nèi)魏味康谋硎荆淇扇菰S改變而不會導(dǎo)致其涉及的基本功能的變化。因此，由例如"大約"和"大致"的一個或更多個用語修飾的值不限于指定的精確值。在至少一些情況中，近似語言可對應(yīng)于用于測量值的器具的精確性。這里和貫穿說明書及權(quán)利要求，范圍限制可組合和/或互換;此范圍被識別出，且包括包含在其中的所有子范圍，除非上下文或語言另外指出。
[0011]本文所述的系統(tǒng)和方法涉及用于栗送含有大量氣體的多相流體的螺旋軸流栗。螺旋軸流栗包括一個或更多個栗級。各級均包括轉(zhuǎn)子部分和擴(kuò)散器或定子部分。轉(zhuǎn)子部分具有從轂沿徑向向外延伸的至少兩個導(dǎo)葉。上游第一組導(dǎo)葉稱為導(dǎo)流導(dǎo)葉(inducer vane)，而下游的第二組導(dǎo)葉稱為葉輪導(dǎo)葉(impeller vane)。導(dǎo)流導(dǎo)葉沿螺旋軸流栗的縱軸線的形成基本螺旋的圖案。導(dǎo)流導(dǎo)葉的數(shù)目和各個導(dǎo)流導(dǎo)葉的包角選擇成具有限定在連續(xù)導(dǎo)流導(dǎo)葉之間的重疊角。導(dǎo)流導(dǎo)葉重疊測量為圍繞螺旋軸流栗的縱軸線的旋轉(zhuǎn)角。適當(dāng)量的導(dǎo)流導(dǎo)葉重疊便于保持導(dǎo)流導(dǎo)葉之間的多相流體的動量，這可減少氣體與多相流體的分離。螺旋軸流栗包括與較大重疊角組合的低導(dǎo)流導(dǎo)葉數(shù)，以將較低工作量給予多相流體來便于減少氣體與多相流體的分離量。同樣，葉輪導(dǎo)葉沿螺旋軸流栗的縱軸線的形成基本螺旋的圖案。葉輪導(dǎo)葉的數(shù)目和各個葉輪導(dǎo)葉的包角選擇成具有連續(xù)葉輪導(dǎo)葉之間的重疊。螺旋軸流栗包括與較小重疊角組合的高葉輪導(dǎo)葉數(shù)，以將高工作量給予多相流體來便于增大多相流體的壓力。由轉(zhuǎn)子轂與殼體之間的空間限定的轉(zhuǎn)子流動通道從栗的上游部分逐漸地減小至下游部分。操作具有與大重疊角組合的低導(dǎo)流導(dǎo)葉數(shù)、與小重疊角組合的高葉輪導(dǎo)葉數(shù)，以及逐漸減小的轉(zhuǎn)子流動通道的螺旋軸流栗便于減少氣封潛在可能，且允許螺旋軸流栗栗送包含30%或更高體積的氣相的多相流體。
[0012]圖1為用于栗送多相流體的栗送系統(tǒng)10的示意性截面視圖。在示例性實(shí)施例中，栗送系統(tǒng)10包括聯(lián)接到流體導(dǎo)管14上的栗組件12。栗組件12和流體導(dǎo)管14的一部分定位在地下井孔16中。在示例性實(shí)施例中，流體導(dǎo)管14聯(lián)接在栗組件12與位于地上的井口 18之間。作為備選，栗送系統(tǒng)10可在允許栗送系統(tǒng)10如本文所述那樣操作的任何位置操作，例如，在地上，以將多相流體從一個儲存位置傳送至另一個。在示例性實(shí)施例中，井口 16用于采油，在該處，石油流體包括氣態(tài)和液體多相流體。如本文中所使用的，用語"石油流體"寬泛地指礦物碳?xì)浠衔铮T如粗油、天然氣以及油和氣體的組合。作為備選，栗送系統(tǒng)10可操作成栗送允許栗送系統(tǒng)10如本文所述那樣操作的任何氣態(tài)和液體多相流體。
[0013]在示例性實(shí)施例中，栗送系統(tǒng)10包括至少一個栗組件12，其包括栗26和栗驅(qū)動機(jī)構(gòu)20(例如，電動機(jī))。栗驅(qū)動機(jī)構(gòu)20從地上經(jīng)由電力線