一种海底泵系统及相关方法技术方案

一种与井口（９５）相连的海底泵系统（１），用于从海底油井中泵取流体，它包括： 一个与所述井口（９５）相连的潜水泵（２３），用于在预定泵压力下抽取所述流体； 一个水下电动密闭电机装置（２１），用于使所述泵（２３）工作； 用于将单一介质流体输送到所述潜水泵（２３）和所述水下电动密闭电机（２１）中的单一介质装置（７，８７），以冷却和润滑所述泵元件和所述电动密闭电机； 一个与所述泵压相应的水下压力补偿装置（２８），它包括元件（７１、７３、７５、７７、７９）用于对单一介质流体施加大于泵压的压力，以便输送所述单一介质流体通过所述潜水泵和所述水下电动密闭电机。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】所属领域本专利技术涉及一种泵系统及相关方法，用于从海底油井中抽取流体，将它输送到海面浮式平台上或送到岸上地点进行处理。更确切地说，本专利技术涉及一种海底泵系统，它是一种可以抽取多相流体的多相泵站，这种泵站连接在深海井口使用。
技术介绍
随着浅海岸油气井贮量的逐步枯竭，许多国家和/或公司对深海油气田产生了浓厚兴趣，正采用海底多相泵系统从这些油气田中提取和抽取石油和/或天然气。海底多相泵系统将一般由石油、天然气和水混合物组成的多相流体，从海底泵站经输油管长距离输送到远处的处理工厂，在进一步处理之前，多相流体在该处理工厂被分离成各自的流体组分，这种处理工厂可以在海面漂浮平台上，也可以是在岸上。就全球而言，现在正在发展几种不同的海底多相泵系统，每种多相泵系统都包含以下几种相同的基本构件多相泵，多相泵驱动器，供电系统，控制系统，压力补偿和维持系统，以及多相泵/驱动器所用的辅助润滑和冷却回路。海底多相泵系统一般包括一个或多个上述基本构件，它们组装在基板上，然后沉下安装在海底井架(sub-sea trees)中，将这些构件在该处连在深海井口上。现在多相泵系统中所用泵要么是旋翼式泵要么是容积式泵，因为上述泵一般能够处理多相流体。在更深海处最好采用后一种泵，因为它对密度不太敏感，因而对所抽多相流体的压力变化敏感度低。然而不管井压的高低，要求海底泵系统都能保持或提高多相流体的产出率。多相泵的驱动器可以是液压涡轮机或是可调速电机，人们认为后一种动力效率更高，操作更灵活，而且对电源远距离作用敏感度低。液压涡轮机可用压缩水或压缩油驱动。压缩水或压缩油系统安装在海面浮式平台上，压缩系统与海底元件由多个供给管线联结。此外，含有通常与所处理流体和涡轮机流体不同的阻挡流体系统，用来冷却和润滑多相泵/驱动装置中的轴承以及补偿系统中压力的变化。阻挡流体流到海面浮式平台上进行冷却，然后流回海底装置，水上平台维持阻挡流体压力大于所处理流体的压力，这样发生泄漏的是阻挡流体，它或者是流入海中，或者是通过机械密封装置进入所处理流体中。当用压缩水驱动液压涡轮机时，可以省去涡轮机和多相泵间的轴密封，使涡轮机中的水可以通过涡轮机与多相泵间的轴系中的小轴向间隙，进入产品或所处理流体中，也即上述所抽的多相流体中。这时，阻挡流体也可以是在多相泵与涡轮机腔间循环的水。当阻挡流体从涡轮机中泄漏出，流入多相泵系统，再进入泵中所处理或加工的流体中，最后流入海水中时，就产生了压力补偿。阻挡流体实际上对密封件润滑侧产生背压力，确保泄漏流体流入所处理流体或密封件的涡轮机流体侧。当用油驱动液压涡轮机时，用密封件将涡轮机流体室与所抽多相流体分开。一般说来，油也用作阻挡流体，用于冷却和润滑多相泵/驱动装置中的轴承，以及补偿多相泵入口处的压力变化。尽管这种阻挡流体与涡轮机中流体和所抽取的多相流体均可混溶，但是这种系统的一个缺陷是少量油流入周围海水中，产生环境问题。尽管一些人认为液压涡轮机多相泵系统在机械和液压设计方面都简单，并且维修简便，但是要求这些泵系统有水上设施，用作电源、液压源和阻挡流体系统的附加支持系统。这种设施的问题是随着供应管缆的增长，压降增大，电力消耗猛增。就是说，当海底泵站深度加大，远离海面浮式平台时，驱动多相泵的液压涡轮机的液压管路损耗增大。一般来说，能源与海底泵站距离越远，循环供应管缆越复杂，从深海油井中提取多相泵流体的这种提升系统费用也越昂贵。一些系统设计者认识到，对于深井，水下电机比液压涡轮机驱动更经济，在这种系统中，电动潜水泵自带电机，有时在海底泵站上还设有变压器。电机/泵装置可以都是用油冷却，也可以是用水冷却电机而用油冷却泵。在第一种系统中，油是唯一的冷却剂和润滑剂，油路系统还给该系统提供压力，以阻止流体从所抽取的流体中回渗漏，这些油送到海面浮式平台的气冷冷却器中。即使这种系统是较简单的电驱动系统，它仍然要求有供应管缆和回流管缆，以便将冷却介质循环到海面浮式平台上的冷却器中，再回到海底泵站。在第二种系统中，电机用水冷却而泵用油冷却，它有一个用于多相泵轴承系和密封件的油冷循环和一个用于水下电机和密封的水-甘醇循环。每个润滑循环中轴密封泄漏液进入位于电机与泵之间用来容纳电机和泵联结器的腔室。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台上，在此分离后再循环到它们相应的海底供应罐中。每一个供应罐都有一个球胆式膜与供油罐相连，而供油罐又与泵吸口相连并可调节其它罐中的压力，这样不管外部压力和水深如何，在系统的任何工作状态下，三个罐的压力都与泵吸口压力相同。油的海底热交换器和水-甘醇的海底热交换器将它们的热负荷传给周围海水，电机运转时，主驱动器上的辅助驱动器使这两种冷却剂液体在电机和泵中循环。海底泵站和海面浮式平台间的供应管缆联结包括一个三相供电系统，一个通向供油罐的闭合油路，一个通向水-甘醇供应罐的水-甘醇闭合管路，和一个通往油/水-甘醇分离器的泄漏液管路。因此供应管联结尺寸加大，也就使这两个流体系统的设计变得复杂。一般说来，以海底电机为特征的当前技术选用湿线圈电机，它的线圈由一般为油的液体冷却循环介质直接冷却。采用湿线圈电机的一个缺点是，即使用特殊的绝缘材料，线圈与冷却剂的接触也使电机的长期可靠性降低。电机的损坏导致生产的巨大损失，也使维修费用加大，因为要恢复工作需要拆卸和替换海底泵站。对深海油井来说，人们一直对用水下电机驱动的泵抽取流体(可能是多相流体)很感兴趣。然而，现有的各种系统费用高而且复杂，需要大量的维护和人工海面支援才能工作。这样，对现有技术仍需要简化海底单相或多相泵系统的设计，降低提供海底单相或多相泵系统相关的费用，并提供一种技术先进、经济实惠的单相或多相泵系统。所提供的海底单相或多相泵系统还要求基本上无需维护，需要很少或不需要人参与操作，预期寿命比现有系统长。
技术实现思路
本专利技术满足了以上要求。本专利技术提供了一种单相或多相的海底泵系统，以及用于抽取单相或多相流体的相关方法。本系统采用单一介质流体作为冷却剂和润滑剂，本系统包括一个密封电机，一个与密封电机相连的单相或多相泵，以及一个位于海底组件中的热交换器与压力补偿器的联合体。压力补偿器最好是一个与泵压相对应的膜盒，它维持单一流体介质压力大于吸入口压力在电机/泵装置中流动以便冷却和润滑电机/泵装置中的轴承和密封组件。海面浮式平台上的水面舱中有一个供电源和一个单一介质源。第一供应管缆由一套三相导线组成，将电源与密封电机相连，第二供应管缆由液压管线组成，将单一介质源与密封电机相连。单一介质流体与深海油井中抽取的流体相混溶，如果所抽多相流体是多相并且是由油、气、水混合物时，最好用油作单一介质流体。这种单一介质流体最好也用于压力补偿器中。通过调整该系统中循环的单一介质流体的压力至泵的吸入口压力，并维持系统中循环的单一介质流体的压力大于泵吸入口压力，压力补偿器自动使水下泵送系统运作。独立于主电机驱动的辅助泵对电机/泵系统中轴承和密封件进行内部冷却和润滑，这样形成无源工作辅助液压循环，使得海底泵站舱不需维护。海面浮式平台上的海面组件无人操作，它不仅达到而且超过了深海油井泵站的预期不需要维护的寿命。单一介质流体流入到泵内所抽取的流体中，系统消耗的单一介质流体量很小，根据海面组件的供给源的能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：查尔斯·P·尼拉斯，克里弗德·H·凯彭，约瑟夫·M·库亚斯基，
申请(专利权)人：西屋电气公司，
类型：发明
国别省市：