用于泵送多相流體的系統(tǒng)和設(shè)備技術(shù)方案

一種用于泵送多相流體的泵包括殼體(28)和帶有外表面的轉(zhuǎn)子(38)。多個(gè)導(dǎo)流導(dǎo)葉(42)附接至轉(zhuǎn)子轂，各自具有前緣(48)和后緣(52)，其中一個(gè)導(dǎo)流導(dǎo)葉的前緣與相鄰導(dǎo)流導(dǎo)葉的后緣重疊第一重疊角。多個(gè)葉輪導(dǎo)葉(44)也附接至轂。葉輪導(dǎo)葉各自具有前緣(54)和后緣(58)，其中一個(gè)葉輪導(dǎo)葉的前緣與相鄰葉輪導(dǎo)葉的后緣重疊大于第一重疊角的第二重疊角。泵包括在轂外表面與殼體內(nèi)表面之間延伸的轉(zhuǎn)子流動(dòng)通道。轉(zhuǎn)子流動(dòng)通道具有入口面積和出口面積，借此出口面積小于入口面積。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
技術(shù)介紹
本文公開的主題大體上涉及多相流體泵，并且更具體地涉及用于泵送含有大量氣體的多相流體的螺旋軸流泵。多相流體(諸如氣態(tài)和液態(tài)的兩相流體)存在于許多
中，諸如采油。例如包含螺旋軸流泵的系統(tǒng)的水下泵送系統(tǒng)常常配置到井中來從地下儲(chǔ)備取得石油流體。大多數(shù)水下泵送系統(tǒng)包括一個(gè)或更多個(gè)葉輪和擴(kuò)散器組合，一般稱為\級(jí)\。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(dòng)能給予流體。動(dòng)能的一部分在流體經(jīng)過下游擴(kuò)散器時(shí)轉(zhuǎn)變成壓力。在涉及多相流體(例如，石油-氣體混合物)的操作中使用水下泵送系統(tǒng)的一個(gè)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(duì)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(shí)，泵變得易于\氣封\。當(dāng)多相流體包括較大的氣體與液體比時(shí)，氣封大體上會(huì)發(fā)生。氣封現(xiàn)象在氣泡移動(dòng)到水下泵送系統(tǒng)內(nèi)的流體流的低壓區(qū)中時(shí)發(fā)生，且相分離然后可在流中發(fā)生。在相分離后，氣相具有累積在泵的流動(dòng)通路的某些區(qū)域中的趨勢(shì)。如果足夠的氣體累積在泵的流動(dòng)通路的區(qū)域中，則氣封發(fā)生，而阻止多相流體的移動(dòng)。因此，氣封引起低效和無效的泵操作，且可導(dǎo)致水下泵送系統(tǒng)的性能和/或使用壽命的下降，使得其不再可能有效地泵送多相流體。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
在一方面，提供了一種用于泵送多相流體的螺旋軸流泵。螺旋軸流泵包括具有縱軸線和內(nèi)表面的殼體。螺旋軸流泵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(gè)導(dǎo)流導(dǎo)葉。導(dǎo)流導(dǎo)葉各自具有前緣和后緣。各個(gè)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(cè)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(gè)葉輪導(dǎo)葉。葉輪導(dǎo)葉各自具有前緣和后緣。各個(gè)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(cè)得的第二重疊角。第一重疊角大于第二重疊角。此外，螺旋軸流泵還包括轉(zhuǎn)子流動(dòng)通道。轉(zhuǎn)子流動(dòng)通道在轂外表面與殼體內(nèi)表面之間延伸。轉(zhuǎn)子流動(dòng)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。另一方面，提供了一種用于泵送多相流體的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括泵驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以用于驅(qū)動(dòng)螺旋軸流泵。系統(tǒng)還包括流體導(dǎo)管。另外，系統(tǒng)包括附接至泵驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和流體導(dǎo)管的螺旋軸流泵。螺旋軸流泵包括至少一個(gè)級(jí)，其包括具有縱軸線和內(nèi)表面的殼體。螺旋軸流泵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(gè)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(gè)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(cè)得的第一重疊角。轉(zhuǎn)子還包括具有附接至轂的多個(gè)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(gè)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(cè)得的第二重疊角。第一重疊角大于第二重疊角。此外，螺旋軸流泵包括轉(zhuǎn)子流動(dòng)通道。轉(zhuǎn)子流動(dòng)通道在轂外表面與殼體內(nèi)表面之間延伸。轉(zhuǎn)子流動(dòng)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。附圖說明在參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，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(hào)貫穿附圖表示相似的部分，在附圖中：圖1為用于泵送多相流體的泵送系統(tǒng)的示意性截面視圖；圖2為可結(jié)合圖1中所示的泵送系統(tǒng)使用的泵的截面示意圖；圖3為可結(jié)合圖2中所示的泵使用的轉(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為圍繞泵的轉(zhuǎn)子部分截取的圖2中所示的泵的示意性截面視圖；圖7為圍繞泵的定子部分截取的圖2中所示的泵的示意性截面視圖；圖8為可結(jié)合圖2中所示的泵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中所示的泵使用的備選示例性轉(zhuǎn)子的示意圖；圖10為可結(jié)合圖2中所示的泵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中所示的泵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中所示的泵送系統(tǒng)使用的備選示例性泵的示意性截面視圖；以及圖13為朝出口部分向下游看的結(jié)合圖2中所示的泵使用的備選示例性轉(zhuǎn)子的入口部分的示意性端視圖。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(gè)或更多個(gè)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。單數(shù)形式\一個(gè)\、\一種\和\該\包括復(fù)數(shù)對(duì)象，除非上下文清楚地另外指出。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(huì)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(gè)或更多個(gè)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(duì)應(yīng)于用于測(cè)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(shí)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。本文所述的系統(tǒng)和方法涉及用于泵送含有大量氣體的多相流體的螺旋軸流泵。螺旋軸流泵包括一個(gè)或更多個(gè)泵級(jí)。各級(jí)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(gè)導(dǎo)葉。上游第一組導(dǎo)葉稱為導(dǎo)流導(dǎo)葉(inducervane)，而下游的第二組導(dǎo)葉稱為葉輪導(dǎo)葉(impellervane)。導(dǎo)流導(dǎo)葉沿螺旋軸流泵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(gè)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(cè)量為圍繞螺旋軸流泵的縱軸線的旋轉(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(dòng)量，這可減少氣體與多相流體的分離。螺旋軸流泵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)葉沿螺旋軸流泵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(gè)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。螺旋軸流泵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(dòng)通道從泵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(dòng)通道的螺旋軸流泵便于減少氣封潛在可能，且允許螺旋軸流泵泵送包含30%或更高體積的氣相的多相流體。圖1為用于泵送多相流體的泵送系統(tǒng)10的示意性截面視圖。在示例性實(shí)施例中，泵送系統(tǒng)10包括聯(lián)接到流體導(dǎo)管14上的泵組件12。泵組件12和流體導(dǎo)管14的一部分定位在地下井孔本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于泵送多相流體的螺旋軸流泵，所述螺旋軸流泵包括：殼體，其具有縱軸線和內(nèi)表面；轉(zhuǎn)子，其定位在所述殼體內(nèi)且包括入口部分和出口部分，所述轉(zhuǎn)子還包括：轂，其包括外表面；導(dǎo)流區(qū)段，其包括聯(lián)接至所述轂的多個(gè)導(dǎo)流導(dǎo)葉，所述多個(gè)導(dǎo)流導(dǎo)葉中的每一個(gè)導(dǎo)葉均包括前緣和后緣，其中各個(gè)導(dǎo)流導(dǎo)葉的所述前緣沿周向重疊相鄰導(dǎo)流導(dǎo)葉的所述后緣，且限定從所述縱軸線沿周向測(cè)得的第一重疊角；以及葉輪區(qū)段，其包括聯(lián)接至所述轂的多個(gè)葉輪導(dǎo)葉，所述多個(gè)葉輪導(dǎo)葉中的每一個(gè)導(dǎo)葉均包括前緣和后緣，其中各個(gè)葉輪導(dǎo)葉的所述前緣沿周向重疊相鄰葉輪導(dǎo)葉的所述后緣，且限定從所述縱軸線沿周向測(cè)得的第二重疊角，其中所述第一重疊角大于所述第二重疊角；以及轉(zhuǎn)子流動(dòng)通道，其在所述轂外表面與所述殼體內(nèi)表面之間延伸，所述轉(zhuǎn)子流動(dòng)通道包括在所述轉(zhuǎn)子入口部分處所述轂外表面與所述殼體內(nèi)表面之間延伸的轉(zhuǎn)子入口面積，以及在所述轉(zhuǎn)子出口部分處所述轂外表面與所述殼體內(nèi)表面之間延伸的轉(zhuǎn)子出口面積，其中所述轉(zhuǎn)子出口面積小于所述轉(zhuǎn)子入口面積。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2013.08.07 US 13/9616801.一種用于泵送多相流體的螺旋軸流泵，所述螺旋軸流泵包括：
殼體，其具有縱軸線和內(nèi)表面；
轉(zhuǎn)子，其定位在所述殼體內(nèi)且包括入口部分和出口部分，所述轉(zhuǎn)子還包括：
轂，其包括外表面；
導(dǎo)流區(qū)段，其包括聯(lián)接至所述轂的多個(gè)導(dǎo)流導(dǎo)葉，所述多個(gè)導(dǎo)流導(dǎo)葉中的每一個(gè)導(dǎo)葉均包括前緣和后緣，其中各個(gè)導(dǎo)流導(dǎo)葉的所述前緣沿周向重疊相鄰導(dǎo)流導(dǎo)葉的所述后緣，且限定從所述縱軸線沿周向測(cè)得的第一重疊角；以及
葉輪區(qū)段，其包括聯(lián)接至所述轂的多個(gè)葉輪導(dǎo)葉，所述多個(gè)葉輪導(dǎo)葉中的每一個(gè)導(dǎo)葉均包括前緣和后緣，其中各個(gè)葉輪導(dǎo)葉的所述前緣沿周向重疊相鄰葉輪導(dǎo)葉的所述后緣，且限定從所述縱軸線沿周向測(cè)得的第二重疊角，其中所述第一重疊角大于所述第二重疊角；以及
轉(zhuǎn)子流動(dòng)通道，其在所述轂外表面與所述殼體內(nèi)表面之間延伸，所述轉(zhuǎn)子流動(dòng)通道包括在所述轉(zhuǎn)子入口部分處所述轂外表面與所述殼體內(nèi)表面之間延伸的轉(zhuǎn)子入口面積，以及在所述轉(zhuǎn)子出口部分處所述轂外表面與所述殼體內(nèi)表面之間延伸的轉(zhuǎn)子出口面積，其中所述轉(zhuǎn)子出口面積小于所述轉(zhuǎn)子入口面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋軸流泵，其特征在于，所述多個(gè)導(dǎo)流導(dǎo)葉和所述多個(gè)葉輪導(dǎo)葉中的至少一個(gè)包括從其朝所述出口部分至少部分地延伸的導(dǎo)葉末梢。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋軸流泵，其特征在于，所述多個(gè)導(dǎo)流導(dǎo)葉和所述多個(gè)葉輪導(dǎo)葉中的至少一個(gè)包括在其中的凹槽，其構(gòu)造成有助于所述多相流體的流動(dòng)輪廓的控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋軸流泵，其特征在于，所述多個(gè)導(dǎo)流導(dǎo)葉和所述多個(gè)葉輪導(dǎo)葉中的至少一個(gè)包括至少部分地延伸穿過其間的至少一個(gè)壓力平衡孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋軸流泵，其特征在于，所述殼體內(nèi)表面包括在其中的至少一個(gè)凹槽，其覆蓋所述多個(gè)導(dǎo)流導(dǎo)葉和所述多個(gè)葉輪導(dǎo)葉中的至少一個(gè)的至少一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋軸流泵，其特征在于，所述第一重疊角在大約100度到大約300度之間的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋軸流泵，其特征在于，所述第二重疊角在大約0度到大約20度之間的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋軸流泵，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子出口面積與所述轉(zhuǎn)子入口面積之比在大約0.3到大約0.5之間的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋軸流泵，其特征在于，各個(gè)導(dǎo)流導(dǎo)葉的所述后緣與相應(yīng)葉輪導(dǎo)葉的所述前緣之間的軸向分離在特征導(dǎo)葉厚度的大約1/10到10倍之間的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋軸流泵，其特征在于，還包括定位在所述轉(zhuǎn)子下游的所述殼體內(nèi)的定子，所述定子包括入口部分、出口部分和聯(lián)接至所述定子的多個(gè)擴(kuò)散器導(dǎo)葉，所述定子還包括定子轂外表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的螺旋軸流泵，其特征在于，還包括在所述定子轂外表面與所述殼體內(nèi)表面之間延伸的定子流動(dòng)通道，所述定子流動(dòng)通道包括在所述定子入口部分處所述定子轂外表面與所述殼體內(nèi)表面之間延伸的定子入口面積，以及在所述定子出口部分處所述定子轂外表面與所述殼體內(nèi)表面之間延伸的定子出口面積，其中所述定子入口面積與所述轉(zhuǎn)子出口面積基本相同，且所述定子出口面積大于所述定子入口面積。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的螺旋軸流泵，其特征在于，所述多個(gè)擴(kuò)散器導(dǎo)葉包括各自包括后緣的第一組擴(kuò)散器導(dǎo)葉，以及各自包括前緣...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：JD范達(dá)姆，V米開拉西，IH塞扎爾，X齊，R杜考澤德納澤勒，V加羅，SR埃勒，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：通用電氣公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US