一種海底泵系統及相關方法技術方案

一種與井口（９５）相連的海底泵系統（１），用于從海底油井中泵取流體，它包括： 一個與所述井口（９５）相連的潛水泵（２３），用于在預定泵壓力下抽取所述流體； 一個水下電動密閉電機裝置（２１），用于使所述泵（２３）工作； 用于將單一介質流體輸送到所述潛水泵（２３）和所述水下電動密閉電機（２１）中的單一介質裝置（７，８７），以冷卻和潤滑所述泵元件和所述電動密閉電機； 一個與所述泵壓相應的水下壓力補償裝置（２８），它包括元件（７１、７３、７５、７７、７９）用于對單一介質流體施加大于泵壓的壓力，以便輸送所述單一介質流體通過所述潛水泵和所述水下電動密閉電機。（*該技術在2016年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】所屬領域本專利技術涉及一種泵系統及相關方法，用于從海底油井中抽取流體，將它輸送到海面浮式平臺上或送到岸上地點進行處理。更確切地說，本專利技術涉及一種海底泵系統，它是一種可以抽取多相流體的多相泵站，這種泵站連接在深海井口使用。
技術介紹
隨著淺海岸油氣井貯量的逐步枯竭，許多國家和/或公司對深海油氣田產生了濃厚興趣，正采用海底多相泵系統從這些油氣田中提取和抽取石油和/或天然氣。海底多相泵系統將一般由石油、天然氣和水混合物組成的多相流體，從海底泵站經輸油管長距離輸送到遠處的處理工廠，在進一步處理之前，多相流體在該處理工廠被分離成各自的流體組分，這種處理工廠可以在海面漂浮平臺上，也可以是在岸上。就全球而言，現在正在發展幾種不同的海底多相泵系統，每種多相泵系統都包含以下幾種相同的基本構件多相泵，多相泵驅動器，供電系統，控制系統，壓力補償和維持系統，以及多相泵/驅動器所用的輔助潤滑和冷卻回路。海底多相泵系統一般包括一個或多個上述基本構件，它們組裝在基板上，然后沉下安裝在海底井架(sub-sea trees)中，將這些構件在該處連在深海井口上。現在多相泵系統中所用泵要么是旋翼式泵要么是容積式泵，因為上述泵一般能夠處理多相流體。在更深海處最好采用后一種泵，因為它對密度不太敏感，因而對所抽多相流體的壓力變化敏感度低。然而不管井壓的高低，要求海底泵系統都能保持或提高多相流體的產出率。多相泵的驅動器可以是液壓渦輪機或是可調速電機，人們認為后一種動力效率更高，操作更靈活，而且對電源遠距離作用敏感度低。液壓渦輪機可用壓縮水或壓縮油驅動。壓縮水或壓縮油系統安裝在海面浮式平臺上，壓縮系統與海底元件由多個供給管線聯結。此外，含有通常與所處理流體和渦輪機流體不同的阻擋流體系統，用來冷卻和潤滑多相泵/驅動裝置中的軸承以及補償系統中壓力的變化。阻擋流體流到海面浮式平臺上進行冷卻，然后流回海底裝置，水上平臺維持阻擋流體壓力大于所處理流體的壓力，這樣發生泄漏的是阻擋流體，它或者是流入海中，或者是通過機械密封裝置進入所處理流體中。當用壓縮水驅動液壓渦輪機時，可以省去渦輪機和多相泵間的軸密封，使渦輪機中的水可以通過渦輪機與多相泵間的軸系中的小軸向間隙，進入產品或所處理流體中，也即上述所抽的多相流體中。這時，阻擋流體也可以是在多相泵與渦輪機腔間循環的水。當阻擋流體從渦輪機中泄漏出，流入多相泵系統，再進入泵中所處理或加工的流體中，最后流入海水中時，就產生了壓力補償。阻擋流體實際上對密封件潤滑側產生背壓力，確保泄漏流體流入所處理流體或密封件的渦輪機流體側。當用油驅動液壓渦輪機時，用密封件將渦輪機流體室與所抽多相流體分開。一般說來，油也用作阻擋流體，用于冷卻和潤滑多相泵/驅動裝置中的軸承，以及補償多相泵入口處的壓力變化。盡管這種阻擋流體與渦輪機中流體和所抽取的多相流體均可混溶，但是這種系統的一個缺陷是少量油流入周圍海水中，產生環境問題。盡管一些人認為液壓渦輪機多相泵系統在機械和液壓設計方面都簡單，并且維修簡便，但是要求這些泵系統有水上設施，用作電源、液壓源和阻擋流體系統的附加支持系統。這種設施的問題是隨著供應管纜的增長，壓降增大，電力消耗猛增。就是說，當海底泵站深度加大，遠離海面浮式平臺時，驅動多相泵的液壓渦輪機的液壓管路損耗增大。一般來說，能源與海底泵站距離越遠，循環供應管纜越復雜，從深海油井中提取多相泵流體的這種提升系統費用也越昂貴。一些系統設計者認識到，對于深井，水下電機比液壓渦輪機驅動更經濟，在這種系統中，電動潛水泵自帶電機，有時在海底泵站上還設有變壓器。電機/泵裝置可以都是用油冷卻，也可以是用水冷卻電機而用油冷卻泵。在第一種系統中，油是唯一的冷卻劑和潤滑劑，油路系統還給該系統提供壓力，以阻止流體從所抽取的流體中回滲漏，這些油送到海面浮式平臺的氣冷冷卻器中。即使這種系統是較簡單的電驅動系統，它仍然要求有供應管纜和回流管纜，以便將冷卻介質循環到海面浮式平臺上的冷卻器中，再回到海底泵站。在第二種系統中，電機用水冷卻而泵用油冷卻，它有一個用于多相泵軸承系和密封件的油冷循環和一個用于水下電機和密封的水-甘醇循環。每個潤滑循環中軸密封泄漏液進入位于電機與泵之間用來容納電機和泵聯結器的腔室。油和水-甘醇混合物收集在泄漏罐中。水-甘醇和油溶液定期抽到海面浮式平臺上，在此分離后再循環到它們相應的海底供應罐中。每一個供應罐都有一個球膽式膜與供油罐相連，而供油罐又與泵吸口相連并可調節其它罐中的壓力，這樣不管外部壓力和水深如何，在系統的任何工作狀態下，三個罐的壓力都與泵吸口壓力相同。油的海底熱交換器和水-甘醇的海底熱交換器將它們的熱負荷傳給周圍海水，電機運轉時，主驅動器上的輔助驅動器使這兩種冷卻劑液體在電機和泵中循環。海底泵站和海面浮式平臺間的供應管纜聯結包括一個三相供電系統，一個通向供油罐的閉合油路，一個通向水-甘醇供應罐的水-甘醇閉合管路，和一個通往油/水-甘醇分離器的泄漏液管路。因此供應管聯結尺寸加大，也就使這兩個流體系統的設計變得復雜。一般說來，以海底電機為特征的當前技術選用濕線圈電機，它的線圈由一般為油的液體冷卻循環介質直接冷卻。采用濕線圈電機的一個缺點是，即使用特殊的絕緣材料，線圈與冷卻劑的接觸也使電機的長期可靠性降低。電機的損壞導致生產的巨大損失，也使維修費用加大，因為要恢復工作需要拆卸和替換海底泵站。對深海油井來說，人們一直對用水下電機驅動的泵抽取流體(可能是多相流體)很感興趣。然而，現有的各種系統費用高而且復雜，需要大量的維護和人工海面支援才能工作。這樣，對現有技術仍需要簡化海底單相或多相泵系統的設計，降低提供海底單相或多相泵系統相關的費用，并提供一種技術先進、經濟實惠的單相或多相泵系統。所提供的海底單相或多相泵系統還要求基本上無需維護，需要很少或不需要人參與操作，預期壽命比現有系統長。
技術實現思路
本專利技術滿足了以上要求。本專利技術提供了一種單相或多相的海底泵系統，以及用于抽取單相或多相流體的相關方法。本系統采用單一介質流體作為冷卻劑和潤滑劑，本系統包括一個密封電機，一個與密封電機相連的單相或多相泵，以及一個位于海底組件中的熱交換器與壓力補償器的聯合體。壓力補償器最好是一個與泵壓相對應的膜盒，它維持單一流體介質壓力大于吸入口壓力在電機/泵裝置中流動以便冷卻和潤滑電機/泵裝置中的軸承和密封組件。海面浮式平臺上的水面艙中有一個供電源和一個單一介質源。第一供應管纜由一套三相導線組成，將電源與密封電機相連，第二供應管纜由液壓管線組成，將單一介質源與密封電機相連。單一介質流體與深海油井中抽取的流體相混溶，如果所抽多相流體是多相并且是由油、氣、水混合物時，最好用油作單一介質流體。這種單一介質流體最好也用于壓力補償器中。通過調整該系統中循環的單一介質流體的壓力至泵的吸入口壓力，并維持系統中循環的單一介質流體的壓力大于泵吸入口壓力，壓力補償器自動使水下泵送系統運作。獨立于主電機驅動的輔助泵對電機/泵系統中軸承和密封件進行內部冷卻和潤滑，這樣形成無源工作輔助液壓循環，使得海底泵站艙不需維護。海面浮式平臺上的海面組件無人操作，它不僅達到而且超過了深海油井泵站的預期不需要維護的壽命。單一介質流體流入到泵內所抽取的流體中，系統消耗的單一介質流體量很小，根據海面組件的供給源的能本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】

【專利技術屬性】
技術研發人員：查爾斯·P·尼拉斯，克里弗德·H·凱彭，約瑟夫·M·庫亞斯基，
申請(專利權)人：西屋電氣公司，
類型：發明
國別省市：