潜入式泵送系统的制作方法

专利名称：潜入式泵送系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在地下环境如井眼中泵送流体的系统和方法。
技术背景完井用于各种井相关的应用，包括例如流体的生产或注入。通常钻出 井眼，并且通过管道系统或其它部署机构将完井装置下放至井眼中。可以 将井眼钻通一个或多个含有需要的流体如烃基流体的地层。在许多这些应用中，将流体泵送至需要的位置。例如，对于各种注入 或其它井处理工序，可以使用泵送系统将流体泵送到井眼和周围储层中。 然而，泵送系统还用于从地下位置人工提升流体。例如，潜入式泵送系统 可以位于井眼内以将井产流体生产到需要的收集位置，例如在地表的收集 位置。然而，根据用于指定的应用的常规潜入式泵送系统的具体类型，这 些系统可能遭受包括较低的系统效率、高资本成本和/或小于需要的可靠性 的各种有害特性之苦。发明内容总体而言，本发明提供一种用于在地下环境如井眼中泵送流体的系统 和方法。使用潜入式泵送系统移动需要的流体，如产自储层的烃基流体。 泵送系统包含利用容纳的工作流体以主动代替需要的流体的泵。通过具有 独特安置的阀的控制系统引导容纳的工作流体的移动，所述阀自动引导沿着重复性流程的流动。


以下将参考附图描述本发明的一些实施方案，其中相同的参考标记表 示相同的元件，并且图l是根据本发明的一个实施方案，被配置在井眼中的泵送系统的正视图；图2是根据本发明的一个实施方案，可以与图1中说明的泵送系统一起使用的泵实施方案的横截面图；图3是与图2中类似，但是显示根据本发明的一个实施方案的处于不同 的操作状态的泵的图；图4是根据本发明的一个实施方案，在图3中说明的泵的一部分的放大图；图5是与图2中类似，但是显示根据本发明的一个实施方案的处于不同的操作状态的泵的图；图6是根据本发明的一个实施方案的在图5中说明的泵的一部分的放大图；图7是根据本发明的一个实施方案的泵送系统的示意性说明；图8是根据本发明的另一个实施方案的泵送系统的示意性说明；图9是根据本发明的另一个实施方案的泵送系统的示意性说明；图IO是根据本发明的一个实施方案的泵组件布局的示意性说明；图ll是根据本发明的另一个实施方案的泵组件布局的示意性说明；图12是根据本发明的另一个实施方案的泵组件布局的示意性说明；图13是根据本发明的另一个实施方案的泵组件布局的示意性说明；图14是根据本发明的另一个实施方案的泵送系统的示意性说明；图15是根据本发明的另一个实施方案的泵送系统的示意性说明；图16是根据本发明的另一个实施方案的泵送系统的示意性说明；图17是根据本发明的一个实施方案的具有连续隔膜室的泵的图；图18是根据本发明的另一个实施方案的泵送系统的示意性说明；图19是根据本发明的另一个实施方案的泵送系统的示意性说明；图20是根据本发明的另一个实施方案的泵送系统的示意性说明； 图21是根据本发明的另一个实施方案的泵送系统的示意性说明； 图22是相对于时间绘制的压力的图表，说明根据本发明的一个实施方 案将顺序阀致动以控制泵送系统中的工作流体的往复运动的顺序现象；
图23是根据本发明的一个实施方案，具有连续的隔膜室和参比室的泵 的图24是根据本发明的另一个实施方案的泵送系统的示意性说明； 图25是根据本发明的另一个实施方案的泵送系统的示意性说明； 图26是根据本发明的一个实施方案，使用超越联轴节的泵的正视图； 图27是根据本发明的另一个实施方案，使用引导操作的顺序阀的泵送
系统的一部分的示意性说明；
图28是根据本发明的另一个实施方案，使用直接作用的顺序阀的泵送
系统的一部分的示意性说明；
图29是根据本发明的一个实施方案，具有确保控制阀在操作位置之间
的完全切换的弹簧机构的控制阀的横截面图30是根据本发明的一个实施方案，可以与图29中说明的弹簧机构一
起使用的锥形弹簧的垂直视图31是一对锥形弹簧的锥形弹簧弹力相对位移的图表，所述锥形弹簧
具有在图30中说明的锥形弹簧的普通设计；
图32是根据本发明的另一个实施方案，具有确保控制阀在操作位置之
间的完全切换的弹簧机构的控制阀的横截面图33是根据本发明的另一个实施方案，具有确保控制阀在操作位置之
间的完全切换的弹簧机构的控制阀的横截面图34是根据本发明的另一个实施方案的泵送系统的示意性说明； 图35是根据本发明的另一个实施方案的泵送系统的示意性说明；和 图36是根据本发明的另一个实施方案的泵送系统的示意性说明。
具体实施例方式
在下列描述中，阐述了许多详情以提供本发明的理解。然而，本领域 普通技术人员应该理解可以在没有这些详情的情况下实践本发明，并且所述的实施方案的诸多变化或修改可以是允许的。
在本说明书和后附权利要求书中使用沐语"连接(connect)"、"连接 (connection)"、"连接的(connected)"、"与.....连接"和"连接(connecting)"表
示"与.....直接连接"或"通过另一个元件与......连接"。如在此所用，在本说
明书中使用术语"上"和"下"、"上部"和"下部"、"向上"和"向下"、"上游" 和"下游"、"上面"和"下面"以及表示在指定的点或元件上面或下面的相对 位置的其它同样的术语以更清楚地描述本发明的一些实施方案。然而，当 用于在偏斜或水平的井中使用的装置和方法时，这些术语可以指左至右、 右至左或其它适合的关系。而且，在这里说明的所有实施方案中，可以使 用"动态密封件"代替"隔膜"(例如，如在室和参比室中所用)。
本发明总的涉及泵送系统，如在地下环境中使用以将流体移动至需要 的位置的泵送系统。泵送系统使用多个可膨胀的构件，所述构件依次膨胀 和收缩以依次排出并且吸入需要的流体。例如，可以将泵送系统配置在井 眼中以生产一种或多种特定的储层流体。因为可膨胀的构件依次收縮和膨 胀，所以井产流体被吸入到泵送系统中，然后排出，即从泵送系统泵送到 需要的收集位置。
总体上参考图l，说明了包含泵送系统52的井系统50，所述泵送系统 52处于被配置以在具有井眼56的井54中使用的完井形式。井眼56可以衬有 具有射孔60的井眼套管58,通过所述射孔60，井产流体例如油从周围地层 62进入井眼56。将泵送系统52配置在井口64下面的井眼56中，所述井口64 被设置在表面位置66，如地表或海底地面。
在本实施方案中，泵送系统52位于井眼套管58的内部，并且包含配置 系统68，如管道系统，和多个完井组件70。例如，泵送系统52可以包含泵 送装置72和一个或多个封隔器74以将井眼56分为不同的区域。该具体实施 方案说明了使用泵送装置72生产井产流体向上通过管道系统68到需要的 位于例如表面位置66的收集点。
总体上参考图2，根据本发明的一个实施方案说明了泵送装置72的一 个实例。使用泵送装置72对井眼56中被泵送流体例如油或水供给能量。泵 送装置72包含具有被选择以便于在井眼中配置的直径的泵外壳74。泵外壳 74封装了在其中形成的多个泵室，如泵室76和78。以限定相应的用于容纳工作流体88的工作流体子室(sub-chamber) 84、 86以及被泵送流体子室90、 92的方式将多个可膨胀构件80、 82安置在泵室74、 76内。 一种类型的可膨 胀构件80、 82是在充满工作流体88时膨胀并且在排出工作流体88时收缩的 柔性隔膜。应该指出可以将泵室和/或可膨胀构件以比所说明的两个更大的 数量合并到该设计中。
泵外壳74还包含至少一个流体入口，如流体入口94、 96，所述流体入 口用于将被泵送流体，即井产流体，从井眼56引导到被泵送流体的子室90、 92中。止回阀98和100用于确保流体从井眼单向流动到被泵送流体的子室 中。泵外壳74还包含至少一个流体出口，如流体出口102，通过所述流体 出口将供以能量的被泵送流体从被泵送流体子室90、 92引导到例如用于输 送到收集位置的管道系统68。通过相应的止回阀，如止回阀104、 106保护 一个或多个出口102，所述止回阀确保流体从被泵送流体子室单向流动到 适合的流体输送机构，例如管道系统68中。
泵送装置72还包含工作流体液压网108，所述工作流体液压网108容纳 固定体积的工作流体88，并且提供在工作流体子室84和86之间运送工作流 体的导管。工作流体88可以包括各种类型的流体，包括矿物油、合成油、 全氟化液体、水基润滑剂、油基润滑剂、水-二元醇混合物、有机油和其它 适合的流体。控制阀110被提供以控制工作流体的流动，并且可以是在操 作位置之间致动的。例如，可以将控制阀110设置在第一位置，其中将工 作流体88从工作流体子室84引导并且进入工作流体子室86中以使可膨胀 构件82膨胀。当使工作流体88往复运动时，将控制阀110致动至第二位置， 其中将工作流体88从工作流体子室86引导并且进入工作流体子室84中以 使可膨胀构件80膨胀。提供致动器(如在下面更详细地描述)在第一和第二 操作位置之间来回切换控制阀IIO。使用原动机112驱动工作流体泵114， 工作流体泵114使工作流体88经由液压网108移动。可以在泵装置外壳74内 容纳原动机112和泵114。另外，可以以各种形式，例如电动马达、液压马 达、机械致动马达、风动马达或其它用于将能量供应给工作流体泵114的 适合的机构，构建原动机112。如本领域普通技术人员所知道的，可以将 动力通过适合的动力线如电线或液压线，沿着配置系统68运送而供应给原 动机。因此，泵送系统包含容纳的工作流体网和协同操作的被泵送流体网。可以参考图3-6描述泵送系统和泵送装置72的一个实施方案的操作。如
在图3中说明，操作原动机112以驱动泵U4，所述泵114在将工作流体从工 作流体子室86中移除以致其它可膨胀构件，例如隔膜82收缩时，使工作流 体移动到工作流体子室84中以致可膨胀构件例如隔膜80膨胀。这种作用导 致井产流体随着可膨胀构件82收縮通过流体入口96(参见图4)被吸入被泵 送流体子室92中。同时，可膨胀构件80的膨胀将能量赋予在被泵送流体子 室90内的任何井产流体，并且对井产流体有效地供以能量或者通过出口 102将井产流体从被泵送流体子室90中泵送出来。
当使可膨胀构件80膨胀至预定的水平时，致动器将控制阔10驱动至第 二位置以切换经由液压网108泵送的工作流体88的方向，从而使工作流体 有效地往复运动。在这第二种情形中，泵114将工作流体泵送至工作流体 子室86中以使可膨胀构件82膨胀，并且同时将工作流体从工作流体子室84 中排出以使可膨胀构件80收縮。工作流体的这种往复运动导致井产流体随 着可膨胀构件80收缩通过流体入口94被吸入到被泵送流体子室90中。同 时，可膨胀构件82的膨胀赋予在被泵送流体子室92内的任何井产流体以能 量，从而通过出口102将井产流体从被泵送流体子室92中泵送出来。
在图7的实施方案中，说明了完井泵送系统52的一部分。本实施方案 被设计成利用在工作流体88和生产的井产流体之间产生的压差改变控制 阀110的状态/位置。泵室76和78具有相应的参比室116和118，所述参比室 116和118将被泵送的井产流体的压力(或管道系统压力)传递给相应的顺序 阀120和122。当在工作流体压力和被泵送井产流体压力之间感应到预定压 差时，顺序阀开动以切换控制阀IIO。在本实施方案中，控制阀110可以处 于滑阀的形式。当在特定的工作流体子室84或86内的工作流体使隔膜膨胀 至预定点，在此使隔膜膨胀的任何进一步的努力导致更快速的压力增加， 即压力峰值(pressure spike)时，压差产生。逋过相应的顺序阀感应这种压 差的快速增加，所述顺序阀引导控制阀110切换操作状态。然后工作流体 被引导远离膨胀的隔膜，例如隔膜80，并且导向收缩的隔膜，例如隔膜82。 应该指出所举例的泵114是通过适合的发动装置112驱动的，即使该发动装 置没有被举例用于描述本实施方案或在此描述的其它实施方案也是如此。
通过经由在控制阀110的两个引导口124和126的顺序阀120和122选择性施加的压力实现控制阀110的实际切换。在本实施方案中，通过锐孔128
将引导口124和126连接在一起，并且通过相应的止回阀130、 132减轻在这 些端口的压力，所述止回阀130、 132将各自的端口连接到各自的隔膜80, 82 上。另外，工作流体液压线路108还可以包含适合的具有扼流功能的阀134、 136，所述阀134、 136被设计成减轻由顺序阀的泄漏引起的压力积累，从 而避免控制阀110的过早切换。备选地或另外，控制阔110可以包含确保控 制阀在操作位置之间的完全切换的弹簧装置138。作为实例，弹簧装置138 可以包含具有适合的凹口的棘爪销，所述凹口被定位以与弹簧装载的球相 互作用，所述球在切换时将控制阀110保持在其需要的位置。
工作流体液压线路108还可以使用如所说明的其它特征。例如，可以 跨过过滤器140将工作流体泵114连接到控制阀110上。另外，可以跨过过 滤器140连接具有止回阀144的旁通电路142以在过滤器堵塞的情况下保护 工作流体的流动。止回阀144在规则的操作过程中保持主动关闭，但是在 由过滤器堵塞引起的压力积累时，止回阀144打开沿着旁通电路142的备选 流程。而且，可以跨过泵114连接减压阀146以在限制流动线路的故障或堵 塞的情况下防止系统遭受不适当的压力积累。
在图8中说明了泵送系统52的另一个实施方案。在本实施方案中，控 制阀110包含旋转阀148，该旋转阀148往复运动，即交替地引导工作流体 88在可膨胀构件80的工作流体子室84和可膨胀构件82的工作流体子室86 之间的流动。旋转阀148包含引导工作流体朝工作流体子室84流动的一组 端口150和引导工作流体朝工作流体子室86流动的另一组端口152。尽管可 以使用各种旋转阀，但是一个实例是通过向下噬合的马达轴旋转的阀，所 述马达轴在阀旋转时将特定的一组端口， 150或152，与工作流体液压网108 对齐。阀的旋转切换工作流体的流动方向。在本实施方案中，在例如隔膜 80和82之间的工作流体流动的切换或往复运动是马达轴旋转的功能，并且 不是通过监测隔膜附近或压差的传感器或顺序阀驱动的。例如，可以设计 系统使得在一次完整的阀旋转过程中，每一个隔膜完成一个充满和收缩的 循环。然而，顺序阀154、 156可以位于工作流体液压网108中以在包括间 歇启动的操作问题的情况下用作系统的减压机构。例如，如果在泵送系统 开始时将工作流体引导到可膨胀构件80中，但是可膨胀构件80已经是完全膨胀或几乎是完全膨胀的，那么在达到预定的压力阈值时，相应的顺序阀 154给可膨胀构件有效地设旁路。
参考图9，说明了完井泵送系统52的另一个实施方案。在本实施方案 中，将导阀158连接到控制阀110上。导阀158是旋转阀，并且控制阀110是 用作两状态控制阀的滑阀，所述两状态控制阀用于引导工作流体在可膨胀 构件80的工作流体子室84和可膨胀构件82的工作流体子室86之间的流动。 如所说明的，可以将导阀158致动以控制将通过泵114提供的引导压力施加 到控制阀110上控制阀的致动。因此，旋转阀158用作控制主控制阀110的 切换的机构。
如图10-13中说明，可以以各种构造的形式实现实际的潜入式泵送装置 72的旋转阀的使用。例如，可以将泵送装置组件与连接到旋转阔160上的 隔膜80、 82依次安置，所述旋转阀160连接到变速箱162上。如在图10中说 明，可以将变速箱162连接到液压泵114上，转而连接到马达形式的原动机 112上。在本实施方案中，马达112给内部的液压泵114和旋转阀160供以动 力，然而，通过变速箱162降低施加到旋转阀上的转速。旋转阀160用作周 期性反转工作流体的流动的控制阀，从而使隔膜80、 82的膨胀和收縮往复 运动。
在图11中，说明了一个备选的实施方案，其中液压马达164位于变速 箱162和内部的液压泵114之间。可以使用液压马达164以通过变速箱162使 旋转阀160旋转而产生工作流体流动的周期性反向。在另一个实施方案中， 如在图12中说明，可以相对于变速箱162将液压泵114设置在马达112的相 反端。在本实施方案中，马达112给内部的液压泵114和在其相反端的变速 箱162供以动力。如之前参考图9描述，另一种构造使用旋转阀166作为连 接到滑阀168的导阀。在图13中说明了这种构造的一个物理实施方案，其 中滑阀168位于内部液压泵114和隔膜80、 82之间。如所说明的，马达112 位于液压泵114与滑阀168相反的一侧，并且后面是变速箱162和旋转阀 166。如经由变速箱162通过马达112驱动旋转阀166—样，通过马达112驱 动液压泵114。
总体上参考图14，说明了泵送系统52的另一个实施方案。在本实施方 案中，控制阀110包含螺线管致动的控制阀170,其交替地引导工作流体在可膨胀构件80的工作流体子室84和可膨胀构件82的工作流体子室86之间 的流动。当将预定量的工作流体泵送到一个可膨胀构件，例如隔膜80或 82中时，工作流体的流动是切换或往复运动的。因此，当每一个可膨胀构 件充满时，测量或跟踪(tmck)被泵送的工作流体的体积。根据一种方法， 由驱动内部泵114的马达112的转数推断被泵送到指定的可膨胀构件中的 工作流体的体积。可以通过计数器机构172跟踪马达112的旋转，所述计数 器机构172用于将马达的旋转计数，从而将驱动内部液压泵114的马达驱动 轴的旋转计数。 一旦达到预定的转数，就通过计数器机构172将电信号输 出到螺线管致动的控制阀170中。电信号将螺线管致动，并且切换控制阀 的位置以相应地切换工作流体在可膨胀构件80和82之间的流动方向。计数器机构172的一个实例包含电力频率计时器174。电力频率计时器 174使用电力的频率，所述电力被提供以在确定马达112的转速，从而确定 液压泵114的旋转中给马达112供以动力。当泵114是例如正排量泵时，可 以将电力频率转化为工作流体流速。使用可膨胀构件的已知体积，例如隔 膜体积，可以确定充满可膨胀构件的时间。在该时间的末尾，将电信号传 送给螺线管致动的控制阀170。电信号导致控制阀的致动以及随之发生的 工作流体流动方向从一个隔膜到另一个的切换。还讨以将在图14中说明的实施方案设计成防止隔膜由例如间歇启动 引起的过度膨胀。顺序阀154和156可以位于如上所述的可膨胀构件和控制 阀之间以减轻不适当的压力。如果将可膨胀构件增压至高于所选择的压力 阈值，则相应的顺序阀致动而提供工作流体的流动的旁路。总体上参考图15，说明了泵送系统完井52的另一个实施方案。本实施 方案与对图14描述的实施方案很类似，然而，计数器机构172包含霍耳效 应传感器176，该霍耳效应传感器176被安置成监测将马达112连接到泵114 上的轴178的旋转。霍耳效应传感器176将信号输出到控制器180中，所述 控制器180将驱动液压泵114的轴的旋转计数。可以利用所述转数确定通过 泵114泵送到指定的可膨胀构件中的工作流体的体积。例如，如果泵114包 括正排量泵，则容易确定对于每次旋转所泵送的工作流体的体积，因此充 满指定的可膨胀构件所需的工作流体的体积可以与特定的轴转数相互关 联。当达到特定的轴转数时，控制器180将电信号输出给螺线管致动的控制阀170以将控制阀致动，并且切换工作流体流动的方向。应该指出还可 以使用其它类型的传感器将轴转数计数。'在图16中说明的另一个实施方案中，计数器机构172包含交流发电机 182或其它电力产生装置。另外，计数器机构172包含电力频率计数器184。 将交流发电机182安装在轴178上，马达112通过该轴178驱动液压泵114。 由交流发电机182产生的电力频率可以与轴178的速度相互关联，并且轴 178的旋转可以与通过内部泵114泵送的工作流体的体积相互关联。因此， 可以计算充满每一个可膨胀装置80、 82的周期，并且可以利用这种周期将 大致定时的电信号提供给螺线管致动的控制阀170。如上所述，电信号将 控制阀致动，并且将工作流体的流动方向从一个可膨胀构件切换至另一个 可膨胀构件。在图17和18中，说明了泵送系统52的另一个实施方案。在本实施方案 中，通过在工作流体子室84、 86和补偿排出室186之间产生的压差将控制 阀110致动。利用压差控制工作流体在可膨胀构件80的工作流体子室84和 可膨胀构件82的工作流体子室86之间的来回流动。参考图17，说明了本实 施方案的组件配置的一个实例，其中原动机112，例如从地表连接(surface connection)接收电力的电动马达给液压泵114供以动力。液压泵114将液压 压力和水力流动提供给隔膜80和82，并且液压控制组件188包含用于控制 工作流体流入隔膜80和82和从中流出的液压线路。在大致第一个半个泵送 循环中，隔膜80充满，并且隔膜82排空，并且在大致第二个半个泵送循环 中，隔膜82充满，并且隔膜80排空。如在图18中说明，再次设计工作流体液压网108使得通过过滤器140将 液压泵114连接到控制阀110上。在本实施方案中，控制阀110包括滑阀。 此外，可以跨过内部泵114连接减压阀146以在限制流动线路的故障或堵塞 的情况下保护系统。另外，可以跨过过滤器元件140连接止回阀144以防止 系统遭受由例如过滤器140的堵塞引起的不适当的压力积累。通过滑阀110在隔膜80和82之间切换工作流体88。在该实例中，滑阀 IIO在每一个流动方向上均具有稳定的平衡位置以使未受控制的致动的可 能性最小化。如使用图7中说明的实施方案一样，通过引导口124和126控 制滑阀型控制阀1 IO的位置，并且通过顺序阀120和122控制引导口的压力。另外，通过锐孔128将引导口124和126连接在一起。可以通过分别连接到 可膨胀构件80、 82上的止回阀130、 132减轻在引导口的压力。与前述实施方案类似，通过止回阀98和100使可膨胀构件80、 82暴露 在周围井眼56内的井产流体中。在可膨胀构件的收縮过程中吸入流体，并 且在可膨胀构件的膨胀过程中通过相应的止回阀104、 106将其泵送到管道 系统68中。止回阀104、 106还用来阻止被泵送流体的任何反向流动。然而，在本实施方案中，利用作用于顺序阀120、 122上的差压将控制 阀110致动。顺序阀120、 122的每一个包含进口188、顺序口190和排出口 192。当在指定的顺序阀的进口188和排出口192之间的压差超过预先设定 的压力值时，允许在进口188和顺序口190之间的连通。在说明的实施方案 中，将顺序阀120、 122的进口188连接到它们各自的可膨胀构件80、 82上。 通过锐孔或扼流元件194将排出口192连接到排出室186上，所述排出室186具有被调节至与泵排出压力接近的排出室压力。可以将锐孔或扼流元件 194连接到过滤器140的任一侧上。而且，通过弹簧偏压补偿器196将在排 出室186中的压力补偿至泵114的入口压力。补偿器196用作在特定的顺序 阀的操作过程中从指定的顺序阀排出的流体的储存器。在图19-21中说明了使用补偿器装置的备选实施方案。例如，如图19 中说明，代替使用具有弹簧偏压补偿器196的排出室186以允许来自顺序阀 的排出流，可以使用具有管道系统压力补偿器200，例如补偿器活塞的补 偿排出室198容纳排出流。使管道系统压力补偿器200暴露于在管道系统68 中的被泵送井产流体的压力。如在图20中说明，该系统还可以利用具有环 形压力补偿器204的补偿排出室202。使环形压力补偿器204暴露于在套管 环环绕的管道系统68中的井产流体的压力下。这种类型的环形压力补偿器 还可以如弹簧偏压补偿器一样包含弹簧元件。如在图21中说明，另一个实 施方案使用具有密封的补偿器208的补偿排出室206。在本实施方案中，通 过密封的补偿器208，例如活塞，将在补偿排出室206内的工作流体压力补 偿给充入气体(gas charge),例如充入氮气(nitrogen charge)。在通过补偿器 208密封的室210中容纳充入气体。在使用补偿排出室的泵送系统实施方案的操作中，在开始泵送循环期 间，排出室压力紧紧地遵循可膨胀构件压力，例如隔膜压力。通过扼流器194确定隔膜压力与排出室的连通。如在图22中说明，当隔膜膨胀并且与 周围的元件如周围的室壁产生接触时，隔膜压力以更大的速率增加。然而，锐孔或扼流元件194是大小合适的，使得如由图22的图表上的标记212说 明，在没有显著的压降或滞后的情况下，朝锐孔的流动不足以遵循这种更 大的压力增加速率。因此，在隔膜压力和排出室压力之间产生压差。当这 种压差增加足够的量时，相应的顺序阀120或122被切换，并且将控制阀IIO 有效地制动至其另一种操作状态。当然，这使工作流体的流动方向反向， 使得可以开始充满另一个隔膜。在后一个隔膜的充满过程中，排出室压力 再次能够与被充满的隔膜的内隔膜压力基本上相等，使得可以对另一个顺 序阀重复该过程。补偿排出室的使用有效地利用对工作流体流动的限制产 生在将工作流体流动的方向从一个可膨胀构件切换至另一个可膨胀构件 中使用的时间依赖性压差。应该指出在一些实施方案中，通过可膨胀构件的设计或材料选择，可 以导致压力峰值以及相应而生的差压。例如，可以使用更坚硬的材料形成 隔膜。最终，这种类型的系统的操作基于在可膨胀构件中产生压力增加的 增加速率。因为例如通过与周围的组件接触，压力增加的速率在可膨胀构 件达到其极限之前和之后大大不同，所以系统可以精确地感应可膨胀构件 的充满。在泵送系统52的另一个实施方案中，如在图23和24中说明，通过在工 作流体子室84、 86和参比室之间产生的压差将控制阀110致动。参考图23， 说明了本实施方案的组件配置的一个实例，其中原动机112给液压泵114供 以动力。液压泵114将液压压力和水力流动提供给隔膜80和82，并且液压 控制组件188包含用于控制工作流体流入隔膜80和82和从中流出的液压线 路。另外，相对于液压泵114，将参比室214配置在隔膜80、 82的相反端。 在本实施方案中，液压控制组件188包含用于通过参比室214感应管道系统 压力变化的液压线路，所述参比室214暴露于在生产管道系统68中的被泵 送流体中。图24说明了液压线路的一个实例，借助于所述液压线路，通过在工作 流体子室84、 86和参比室214之间产生压差，将控制阀110致动。此外设 计工作流体液压网108使得通过过滤器140将液压泵114连接到控制阀110上。而且，可以跨过内部泵114连接减压阀146以在限制流动线路的故障或 堵塞的情况下保护系统。而且，可以跨过过滤器元件140连接止回阀144以 防止系统遭受由例如过滤器140的堵塞引起的不适当的压力积累。通过控制阀IIO，例如滑阀，在可膨胀构件80和82之间切换工作流体 的流动。在本实例中，控制阀110在每一个流动方向上均具有稳定的平衡 位置以使未受控制的致动的可能性最小化。如使用在图7中说明的实施方 案一样，通过引导口124和126控制滑阀型控制阀110的位置，并且通过顺 序阀120和122控制引导口的压力。另外，通过锐孔128将引导口124和126 连接在一起。可以通过分别操作地(operatively)连接到可膨胀构件80、 82 上的止回阀130、 132减轻在引导口的压力。与前述实施方案类似，通过止回阀98和00使可膨胀构件80、 82暴露 在周围井眼56内的井产流体中。在可膨胀构件的收縮过程中吸入流体，并 且在可膨胀构件的膨胀过程中通过相应的止回阀104、 106将其泵送到管道 系统68中。止回阀104、 106还用来阻止被泵送流体的任何反向流动。然而，在本实施方案中，将顺序阀120、 122的进口188连接到它们的 相应的可膨胀构件80、 82上。将排出口192连接到参比室214内的子隔膜 (sub-diaphmgm)216上。将参比室214细分为在子隔膜216内的工作流体子室 218和被泵送流体室220，所述被泵送流体室220在子隔膜216的外面，并且 暴露于来自管道系统68的被泵送流体中。通过连接在子隔膜216和泵114之 间的锐孔或扼流元件222，将在子隔膜216内的参比室压力调节至接近泵排 出压力。因为在操作循环过程中，泵排出压力接近管道系统压力，即在管 道系统68内的压力，所以在规则的操作过程中，在参比室214内产生的压 差是最小的。此外，可以将锐孔或扼流元件222连接到过滤器元件140的任 一侧上。当可膨胀构件80、 82达到它们的充满状态时，在充满的可膨胀构件内 的内部压力迅速增加，并且超过作用于子隔膜216上的管道系统压力。因 此，产生跨过相应的顺序阀120或122的压差，并且切换顺序阀。顺序阀的 切换导致控制阀110的相应的致动，从而将控制阀切换至另一种操作状态 以使工作流体的流动反向，并且使可膨胀构件的充填往复运动。泵送系统52的一些实施方案包括反向保护系统。这些保护系统被设计成防止液压系统遭受不经意的流动反向。通常，液压工作流体的流动是在 一个方向上。如果流动方向不经意地反向，则在一些实施方案中液压逻辑 可能是不适当的。当发生不经意的反向时， 一个隔膜可能完全充满，并且 传送信号以切换控制阀。然而，因为流动反向已经不经意地反向，所以传 送给控制阔的引导口的切换信号试图将控制阀切换至其当前的状态，而不 是相反的状态。然后继续将工作流体供应至同一隔膜。工作流体向充满的 隔膜的持续供应潜在地产生损害，包括隔膜或隔膜外壳破裂、马达外壳或 推力轴承损害、内部泵损害、马达超负荷和/或其它的机械故障。由于例如 不正确或不经意地颠倒用作发动装置的三相马达的相位关系的可能性，存 在液压网的"反向"操作的可能性。当改变相位关系时，可以使内部泵的流 向，从而导致所述的相反流动状态。在图25中描述了反向流动保护系统224的一个实施方案。反向流动保 护系统224包含自流流动(free-flowing)止回阀226，所述止回阀226液压式连 接在正排量泵114的吸入侧228和泵114的排出侧230之间。可以将自由流动 止回阀226在与排出侧230相反的过滤器140—侧连接到工作流体液压网 108中以允许反向循环的工作流体流动通过过滤器。备选地，可以将止回 阀226连接到内部泵114的排出侧30上，所述泵114在给系统过滤器140设旁 路的位置。当工作流体的流在"向前"方向上移动(例如，在"向前"方向上操作驱动 内部泵114的三相马达112)时，止回阀226保持在关闭的位置。然而，当工 作流体的流在"相反"方向上移动(例如，在"相反"方向上操作驱动内部泵 114的三相马达112)时，迫使止回阀226到打幵的自由流动(free-flow)位置。 这种位置产生从内部泵114的吸入侧228至排出侧230的自由流程，从而防 止系统的隔膜和/或其它组件的过度增压。反向流动保护系统224能够在不 产生损害的情况下将泵送系统在相反方向上操作相当长的时间。操作者能够通过各种指标容易地确定反向操作的发生。例如，在反向 操作过程中，因为工作流体通过止回阀226并且没有充满泵送隔膜80、 82， 所以不生产井产流体。另一个指标可以是通过驱动泵114的三相马达112的 低电流引出(draw)。当泵114包括正排量泵时，通过马达引出的电流与通过 泵114产生的差压成比例。在反向操作中，存在通过自由流动止回阀226的最小限制，因此通过泵114产生的差压是低的。结果是与在正常的向前操 作过程中的电流引出相比，在系统处于反向操作中时的电流引出更低。另外，因为系统没有"构筑压头(build head)"，否则这将由于在通过管道系统 68向上生产流体时增加的静压而发生，所以电流引出是相对恒定的。因为 没有产生电流峰值，否则这将由于定向控制阀的切换而产生，所以电流引 出也保持恒定。，在图26中说明了反向流动保护系统224的另一个实施方案。在本实施 方案中，安置"超越联轴节"或离合器232代替在马达112和泵114之间的轴。 作为实例，马达112可以包含三相马达，并且泵114可以包含正排量泵。超 越联轴节232在向前方向上将全部转矩从马达112传递到泵114，而在相反 方向上传递最小的转矩。换句话说，当在相反方向上操作马达112时，超 越联轴节"滑动(slip)"。在相反方向上通过马达112传递给泵114的转矩应该 是足够低的，使得泵114不能使隔膜80、 82或其它系统组件过度增压。这 种类型的反向流动保护系统还允许将系统在相反方向上操作相当长的时 间，而不损害系统。在此期间，操作者可以通过如上所述进行观察确定反 向操作的状态。在此描述的诸多实施方案包括顺序阀以将输入信号提供给定向控制 阀IIO。在图27中用标记120标记了引导操作的顺序阀的一个实例，并且进 行了说明。如所说明的，进口188与可膨胀构件如隔膜80流体连通。顺序 口190与定向控制阀110流体连通以选择性致动控制阀，并且排出口192与 位于参比室中的参比压力源如子隔膜或控制室隔膜216流体连通。在本实 施方案中，引导操作的顺序阀120包含外壳236，外壳236中具有可滑动地 安装的动态密封活塞238。动态密封活塞238具有锐孔240，并且被弹簧构 件242偏压以阻塞顺序口190。另外，通过相对于相应的底座246偏压的弹 簧偏压球244阻塞在锐孔240和隔膜216之间的流体流动。当在隔膜80中的压力上升到高于控制室隔膜216中的压力时，球244偏 离底座246，并且引发到控制室隔膜的流动。随着在隔膜80中的压力迅速 增加时，球和底座阀打开，进一步允许通过动态底座238的锐孔240的另外 的流动。最后，如通过图27的虚线框中所示的打开的阀构造说明，通过经 由锐孔240流动的限制产生的压降克服了弹簧242的力，从而导致动态密封活塞238在流动方向上滑动。这种移动打开顺序口190，并且允许增压的流 体流动到定向控制阀110上的适合的引导口中，从而切换控制阀。在图28中说明了顺序阀120、 122的一个备选实施方案。顺序阀的这种 改进的实施方案允许从泵送系统上拆卸控制室隔膜，并且可以被称为直接 作用的顺序阀。当使用直接作用的顺序阀代替引导流激活的顺序阀时，通 过在每一个直接作用的顺序阀内的动态密封件将井产流体和液压工作流 体相互隔离。因为动态底座将井产流体与工作流体隔离，所以无需控制室 隔膜。这可以降低设计的复杂性，消除使控制室隔膜破裂的风险，并且潜 在地提供更快的响应，从而降低在可膨胀构件80、 82达到其膨胀极限时产 生的压力峰值。在图28中说明了直接作用的顺序阀120的一个实例。如所说明的，进 口188与可膨胀构件如隔膜80流体连通。顺序口190与定向控制阀110流体 连通以致动控制阀，并且排出口192暴露于例如管道系统68中的井眼流体 和压力下。在本实施方案中，直接作用的顺序阀120包含具有动态密封元 件250如在外壳248中密封安装的可滑动活塞的外壳248。动态密封元件250 用作在作用于端口188和190上的工作流体和作用于排出口192上的井产流 体之间的界面。通过抵抗工作流体的压力的可调节弹簧构件252使动态密 封元件250偏置。当在隔膜80内的压力和作用于排出口192上的井产流体的压力之间的 差压上升到高于可调节的弹簧构件252的设定值时，相对于弹簧构件252移 动动态密封元件250。动态密封元件250的这种移动直接控制顺序口190的 打幵以及随后的关闭。顺序口190的打开允许增压的流体流动到定向控制 阀110上的适合的引导口，从而切换控制阀。'在图28的虚线框中说明了处 于切换定向控制阀110的打开位置的直接作用的顺序阀120的一个实例。在至少一些实施方案中，可以将泵送系统52设计成具有用于确保控制 阀110的完全切换的机构。如上所述，控制阀110可以包含定向控制阀，所 述定向控制阀具有确定流入可膨胀构件80、 82和从中流出的方向的两种操 作状态。 一些定向控制阔设计还有效地具有第三种瞬间关闭的位置。当其 在操作状态之间切换时，定向控制阀经过这种瞬间关闭的位置。如果例如 在泵送系统的启动或关闭过程中，控制阀在状态之间切换，则定向控制阀可以停在这种瞬间关闭的位置。然而，可以将机构如弹簧装置加入控制阀 中以致瞬间关闭的位置不稳定。换句话说，所述机构确保将控制阀切换为 其操作状态的一种。总体上参考图29和30，说明了用于确保控制阀110的完全切换的机构254的一个实施方案。在本实施方案中，控制阀110包括具有阀体256和往 复活塞258的滑阀型控制阀，所述往复活塞258被可滑动地安装在阀体256 内以在两种操作状态之间移动。机构254包含连接在往复活塞258和阀体 256之间的弹簧装置260。通过弹簧装置260施加到往复活塞上的力根据往 复活塞的位置变化，但是弹簧装置260确保控制阀110在瞬间关闭的位置是 不稳定的。弹簧装置260被设计成表现出"快速开关(snapthrough)"的行为。 弹簧装置260的一个具体实例包含一个或多个锥形弹簧262(参见图30)。当 在往复活塞258的移动过程中锥形弹簧262被压縮超过扁平状态时，通过锥 形弹簧施加到往复活塞上的力的方向迅速反向，并且迫使控制阀越过瞬间 关闭的位置达到下一种操作状态。在其它实施方案中，弹簧装置260可以包含多个锥形弹簧262。例如， 可以以并行，即堆叠的上凹至下凹的形式堆叠两个锥形弹簧的组以获得相 对于位移对称的力函数。图31的图表以图解形式说明了第一锥形弹簧盘(参 见曲线264)、第二锥形弹簧盘(参见曲线266)的锥形弹簧力与位移的函数以 及两个盘(参见曲线268)的圆锥形弹簧力之和与位移的函数。两个锥形弹簧 的配置的力特性产生在定向控制阀的瞬间关闭的位置的不稳定平衡。如由 图31中的图表说明，通过锥形弹簧施加的力的方向在位移的中点改变。在图32中说明了机构254的另一个实施方案。在本实施方案中， 一根 或多根连杆270连接在往复活塞258和阀体256之间。通过枢轴272将每一根 连杆270枢轴式连接到往复活塞258上。在每一根连杆270的相反端，通过 枢轴276将连杆枢轴式连接到活塞构件274上。每一个活塞构件274可滑动 地容纳于相应的圆筒278中，并且通过弹簧构件280朝往复活塞258偏置。 通过连杆270作用的弹簧构件280赋予力给定向控制阀的往复活塞258。该 力的垂直分量以往复活塞258的位移的函数形式变化。在往复活塞的移动 中点，垂直力分量的方向反向，从而产生不稳定的位置。因此，机构254 的这种实施方案还确保控制阀110的完全切换。备选地，每一根连杆270可以由具有弹性或塑性性能的材料，例如塑性记忆材料制成，使得可以省略 独立的弹簧构件280。在其它备选的实施方案中，连杆270可以由屈从性(compliant)材料形成，并且钉在或刚性连接到往复活塞258和阀体256上。如在图33中说明，用于确保控制阀110的完全切换的机构254还可以包 含磁性机构。在本实施方案中，以使瞬间关闭的位置不稳定的方式安置磁 铁和金属元件。例如，可以将永久磁铁282连接到往复活塞258上，并且可 以将金属元件284安置在它通过瞬间关闭的位置时离永久磁铁大致相等的 距离的永久磁铁282的相反端。将永久磁铁282连接到金属元件的更靠近 处，从而使瞬间关闭的位置不稳定。还可以将永久磁铁282和相应的金属 元件284连接到控制阀110的其它组件上以产生相同的不稳定位置。在泵送系统完井52的另一个实施方案中，如在图34中说明，控制阀IIO 包含机电致动器286。在本实施方案中，定向控制阀110是具有滑梭288的 两状态主阀，所述滑梭288来回移动以引导从泵114到可膨胀构件80和82的 流以及来自可膨胀构件80和82的流。通过可以被设计成与螺线管类似起作 用的机电致动器286使滑梭288来回移动。机电致动器286基于从适合的控制装置290接收的电信号移动滑梭 288。例如，控制装置290可以包含位于泵114、原动机112或者邻近在泵114 和原动机112之间的轴以将泵轴旋转计数的装置。如前所述，泵轴旋转可 以与充满指定的可膨胀构件80如隔膜所需的泵送体积相互关联。当通过控 制装置290将预定的转数计数时，将电信号传送到机电致动器286中以移动 滑梭28S,从而将控制阀110切换至另一种状态。控制装置290可以是例如 频率传感器、霍尔效应传感器、交流发电机或可以用于确定被泵送的工作 流体的体积的其它类型的装置。在图35中，说明了泵送系统52的另一个实施方案。在本实施方案中， 将如参考图21概括性描述的补偿排出室系统与如参考图25概括性描述的 反向流动保护系统组合。此外，通过过滤器元件140将液压泵114连接到控 制阀110例如滑阀，并且将减压阀146连接在泵排出侧230和泵吸入侧228之 间以在限制流动线路的情况下保护系统。而且，可以跨过过滤器140连接 止回阀144以在过滤器堵塞的情况下保护系统。通过跨过泵摄入或吸入侧228和泵排出端230连接的止回阀226提供反22向流动保护。在规则的操作过程中，使用通过泵114和通过任选的偏压弹 簧产生的压差迫使止回阀226到关闭的位置。然而，在泵的反向旋转的情况下，在泵吸入端228的高压力打开止回阀226以提供旁路。这种旁路有效 地使泵短路，而不损害整个泵送系统52，因此在纠正泵旋转的方向时，可 以恢复泵送系统的正常操作。在本实施方案中，通过控制阀110在可膨胀构件80和82之间切换流动。 如上所述，控制阀110可以包含滑阀，所述滑阀被设计成在各个流动方向 上具有稳定的平衡位置以使未受控制的致动的可能性最小化。通过选择性 施加到引导口124和126上的压力将控制阀110致动，并且通过顺序阀120和 122控制引导口的压力。通过锐孔元件128将引导口连接在一起，并且通过 将每个端口连接到相应的可膨胀构件上的止回阀130和132减轻在引导口 的压力。如对上述实施方案的一些论述，根据差压的原理操作顺序阀120和 122。当指定的顺序阀的进口188和排出口192之间的压差超过预定的压力 值时，在进口188和顺序口190之间能够连通。在图35中说明的泵送系统中， 将每一个进口188连接到其相应的可膨胀构件上，并且将两个排出口192都 连接到补偿排出室206上。当指定的顺序阀打开时，即将少量流体排到它 的排出口192中。通过锐孔元件194将在补偿排出室206内.的工作流体压力调节至与泵 114的排出压力接近。锐孔元件194可以连接到过滤器140的任一侧上，并 且获得可比较的性能。在该具体实施方案中，通过活塞补偿器208将补偿 排出室206内的压力补偿给室210内的充入气体，例如充入氮气。与不能压 縮的液压工作流体相比，在室210中的可压縮的充入氮气的压力对体积变 化远不灵敏。因此，当指定的顺序阀打开时，来自它的排出口192的液压 流体容纳于补偿排出室206中，而没有明显的压力增加。如参考图22描述，排出室206的使用产生在补偿排出室206内的工作流 体和在补偿排出室外面的位置，例如在使膨胀的隔膜增压的线路内的工作 流体之间的时间依赖性压差。有效地，在隔膜及其工作流体供应线路中的 压力以比补偿排出室206内的压力更大的速率增加，从而产生在相应的顺 序阀的进口188和排出口192之间的压差。当这种压差增加足够的量时，相应的顺序阀被切换，并且将控制阀iio致动至其另一种操作状态。在泵送系统52的另一个实施方案中，液压线路108包含位于定向阀， 即控制阀110的上游的传感系统。如在图36中说明，相对工作流体88的流 动，传感系统300位于控制阀110的上游。当可膨胀构件80、 82的一个或另 一个充满其相应的室，从而导致增加的工作流体压力时，传感系统300检 测工作流体压力的变化。传感系统300通过输入到引导口124或引导口126 的适合的输入信号切换控制阀110而起作用。在本实施方案中，如使用参考图17描述的实施方案一样，泵送系统52 可以包含给液压工作流体泵114供以动力的原动机112，例如电动马达。使 用泵114将工作流体流供应到可膨胀构件80和82，而设置在液压控制组件 188内的液压网108控制工作流体进出可膨胀构件80和82的交替流动。通 常，当可膨胀构件82排空时，在第一个半个泵送循环中可膨胀构件80充满； 而当可膨胀构件80排空时，在第二个半个泵送循环中可膨胀构件82充满。 还可以在构建泵送系统52中使用另外的组件或其它的组件配置。如在图36中说明，此外可以设计工作流体液压网108使得通过过滤器 140将工作流体泵114连接到控制阀110上。在本实施方案中，此外还可以 将控制阀110构建成可在流动位置之间切换的滑阀，例如两级滑阀。跨过 泵114连接减压阀146以在限制流动线路的故障或堵塞的情况下保护系统。 还可以跨过过滤器元件140连接止回阀144以在例如过滤器140堵塞时防止 系统遭受压力积累。通常止回阀144是关闭的，但是止回阀在足够的压力 积累时打开以产生备选的路径。与上述几个实施方案的操作类似，通过可以处于滑阀形式的控制阀 110使工作流体88在可膨胀构件80和82之间往复运动。可以将滑阀构建成在每一个流动方向上具有稳定的平衡位置以使未受控制的致动的可能性 最小化。通过施加到引导口124和126上的压力实行对滑阀型控制阀110的 控制。如使用上述实施方案一样，可以将止回阀98和100配置在可膨胀构 件80、 82和井眼56中的井产流体之间。可以将止回阀104、 106配置在可膨 胀构件和例如管道系统68中的被泵送井产流体之间。当生产井产流体时， 止回阀98、 100、 104和106促进可膨胀构件80、 82的泵送作用。泵送系统52的该实施方案还可以包含使用止回阀226的反向流动保护系统224，所述止回阀226跨过工作流体泵114连接在其吸入侧228和其排出 侧230之间。在规则的操作中，使用压差和任选的偏压弹簧迫使止回阀226 处于关闭的位置。然而，在泵114的反向旋转的情况下，在泵114的吸入口 的高压力打开止回阀226。产生的旁通路径防止系统功能，使泵114有效地 短路。在纠正泵旋转的方向时，泵送系统52能够恢复规则的操作。在图36中说明的实施方案中，上游传感系统300包含顺序阀302和滑阀 304，两者都相对工作流体88穿过控制阀110的流动位于控制阀110的上游 侧。顺序阀302包含连接到液压网108的压力口308上的进口306，所述液压 网108位于控制阀110和过滤器140(如在图36中说明)之间或在过滤器140和 泵114之间。顺序阀302还包含连接到排出室312上的排出口310以及连接到 滑阀304上的顺序口314。通过适合的流量限制器或扼流元件316，如锐孔，将排出室压力调节 至与泵114的排出压力接近。限制器316典型地位于液压网108中，在与过 滤器140的压力口308相同的一侧。这避免了可能由过滤器堵塞导致的不适 宜的压差。然而，限制器316可以位于过滤器140的相反端。可以将排出室 312中的压力补偿至在活塞320的相反端的压缩气体318的压力，所述活塞 320可密封地被安装在排出室312内。补偿排出室在顺序阀的操作过程中用 作从顺序阀302排出的工作流体的储存器。使用充入气体降低排出室的有 效体积模量，然而，可以通过其它机构实现相同的效果。当泵送循环开始并且可膨胀构件80充满工作流体时，通过穿过流量限 制器316所建立的连通，在排出室312中的压力紧密地遵循在可膨胀构件80 例如隔膜80内的压力。当可膨胀构件80接触周围的室76的元件时，在可膨 胀构件80内的压力与工作流体泵114的排出压力一起以更大的速率增加。 流量限制器316是大小合适的，使得穿过流量限制器316的流动，例如穿过 锐孔的流动不足以在没有显著的压降的情况下遵循更大的增加速率。(参见 在图22中的图表说明)。被限制的流动产生在泵114的排出压力和在排出室 312的压力之间的压差。所述压差作用于顺序阀302上而导致顺序阀302的 顺序控制，使得工作流体的压力通过顺序阀302的顺序口314并且通过滑阀 304。压力输入信号通过滑阀304到控制阀110的适合的引导口，并且切换 控制阀110以引发其它可膨胀构件例如可膨胀构件82的充填。在可膨胀构件80、 82的充填过程中，允许在排出室312中的增压流体渗出直至压力接 近泵排出压力。在从传感系统300接收适合的压力输入信号时重复切换控 制阀IIO，使得工作流体在可膨胀构件之间来回循环。使用滑阀304控制控制阀110的引导口124或126，所述引导口124或126 暴露于通过顺序阀302的增压工作流体中。这确保正确地切换控制阀110以 允许工作流体在可膨胀构件80和82之间的持续的往复运动。如所说明的，滑阀304与顺序阀302串联连接，并且包含引导口322和 324，所述引导口322和324能够基于施加到引导口322或引导口324上的压 力在不同的流动位置之间切换滑阀304。在泵送操作过程中，在其周围室 内被充满的可膨胀构件在高的管道系统压力下，而空的或排空的可膨胀构 件在更低的套管压力下。滑阀304的每个引导口分别连接到相应的可膨胀 构件上。例如，在说明的实施方案中，以与可膨胀构件82流体连通的形式 连接引导口322，并且以与可膨胀构件80流体连通的形式连接引导口324。 因此，当充满每一个可膨胀构件时，将滑阀304切换至预定的流体流动构 造。例如，可膨胀构件80的充满将滑阀304切换至如所说明的一种流体流 动构造，并且可膨胀构件82的充满将滑阀304切换至第二种流体流动构造。 当发生顺序控制活动，即顺序阀302的顺序控制时，滑阀304的位置确定使 控制阀110的哪个引导口增压。作为引导口124或引导口126的增压的结果， 切换控制阀IIO，并且使可膨胀构件80、 82的充填反向。然后这种反向导 致滑阀304切换回到其相反的状态以准备下一次循环。限制器326例如锐孔可以位于引导口322、 324的一个和其相应的可膨 胀构件82、 80之间。备选地，限制器326可以分别串联位于引导口322和324 与它们的相应的可膨胀构件82和80之间。 一个或多个限制器326将滑阀304 的响应时间延迟至需要的水平。使用某些系统设计，滑阀的动作可以比所 需要的更快，因此可以使用一个或多个限制器326使滑阀的动作变慢。在说明的实施方案中，通过滑阀304和止回阀328将在切换循环中不增 压的控制阀110的引导口置于与泵114的吸入侧228的流体连通之中。例如， 如果使引'导口124增压以切换控制阀110，那么引导口126经由滑阀304和止 回阀328与泵吸入侧228流体/压力连通。止回阀328有效地防止引导口，例 如引导口126遭遇在控制阀110的切换过程中可能发生的吸入压力动力学。可以使用二级顺序阀330用于限制可膨胀构件80、 82承受的压力。通 常将二级顺序阀330设定在比一级顺序阀302更高的压差阈值。二级顺序阀 330包含进口332，所述进口332经由过滤器140与工作流体泵114的输出流 体连通或者与泵114的输出直接流体连通。二级顺序阀330还包含与排出室 312流体连通的排出口334以及与工作流体泵114的吸入侧228流体连通的 顺序口336。如果穿过过滤器140(或者来自泵114，如果与泵114的输出直接 连接的话)的排出压力超过通过排出室312施加的压力，压力之差大于设定 压力，则二级顺序阀330打开以允许穿过顺序口336的流动。因此，在例如 系统启动中和在可能由于来自系统组件的不适宜的响应而产生的系统异 常中，二级顺序阀330保护液压网108和整个泵送系统。上述实施方案提供了具有独特、有效和可靠的设计的潜入式泵送系统 的实例，其用于在包括烃基流体的泵送的各种泵送应用中使用。应该指出可以将不同配置和不同类型的组件合并到潜入式泵送系统中。例如，可以 根据据以设计泵送系统的应用的具体类型，将不同类型的可膨胀构件和阀 用于各种泵送系统构造中。因此，尽管只在上面详细描述了本发明的几个实施方案，但是本领域 普通技术人员应该容易理解，在本质上不偏离本发明的教导的情况下，许 多修改是可以的。这些修改意在包含于如权利要求书中所限定的本发明范 围内。
权利要求
1.一种在井眼中泵送流体的系统，所述系统包含具有流体入口和流体出口的泵外壳，所述泵外壳具有一对室；一对可膨胀构件，其中将所述可膨胀构件中的一个配置在所述一对室的每一个室中；工作流体；和液压控制系统，其控制所述工作流体从一个可膨胀构件到另一个可膨胀构件的往复运动，所产生的所述可膨胀构件的依次收缩和膨胀将井产流体吸入一个室中，同时从另一个室中排出井产流体，所述往复运动是通过控制阀控制的，所述控制阀是通过具有与滑阀串联连接的顺序阀的传感系统在流动位置之间切换的。
2. 权利要求l所述的系统，其中相对所述工作流体的流动，所述顺序 阀位于所述控制阀的上游。
3. 权利要求l所述的系统，其中每一个可膨胀构件包含隔膜。
4. 权利要求l所述的系统，其中所述控制阀包括两级滑阀。
5. 权利要求l所述的系统，还包含用以移动所述工作流体的工作流体 泵和二级顺序阀，所述二级顺序阀具有连接到所述工作流体泵的排出侧上 的进口、连接到所述工作流体泵的入口侧上的顺序口和连接到排出室上的 排出口。
6. 如权利要求l所述的系统，还包含反向保护系统。
7. 如权利要求l所述的系统，其中所述滑阀包含与所述可膨胀构件的 一个流体连通的第一引导口和与所述可膨胀构件的另一个流体连通的第 二引导口。
8. 如权利要求l所述的泵，还包含用以移动所述工作流体的工作流体 泵和二级顺序阔，所述二级顺序阀具有连接到所述工作流体泵的排出侧上 的进口、连接到所述工作流体泵的入口侧上的顺序口和连接到排出室上的 排出口。
9. 一种移动井产流体的泵，所述泵包含具有井产流体入口和井产流体出口的泵外壳； 在其中具有第一可膨胀构件的第一室；在其中具有第二可膨胀构件的第二室；工作流体，所述工作流体被隔离以在第一可膨胀构件和第二可膨胀构件之间往复运动；和具有控制阀的控制系统，所述控制阀是在允许所述工作流体在第一可 膨胀构件和第二可膨胀构件之间往复运动的位置之间依次切换的，所述控 制阀的顺序动作是由位于所述控制阀的上游的传感系统控制的。
10. 如权利要求9所述的泵，其中所述传感系统包含与所述控制阀流体连通的顺序阀。
11. 如权利要求10所述的泵，其中所述传感系统还包含以在所述顺序 阀和所述控制阀之间流体连通的形式连接的滑阀，所述滑阀是根据在第一 可膨胀构件和第二可膨胀构件中的压力在流动位置之间切换的。
12. 如权利要求ll所述的泵，其中所述控制阀是具有连接到所述滑阀 上的引导口的双位滑阀。
13. 如权利要求12所述的泵，还包含用以移动所述工作流体的工作流 体泵和二级顺序阀，所述二级顺序阀具有连接到所述工作流体泵的排出侧 上的进口、连接到所述工作流体泵的入口侧上的顺序口和连接到排出室上 的排出口。
14. 如权利要求9所述的泵，其中第一可膨胀构件包含位于第一室中的 第一可膨胀隔膜，并且第二可膨胀构件包含位于第二室中的第二可膨胀隔 膜。
15. 如权利要求9所述的泵，还包含容纳于另外的室中的另外的可膨胀 构件。
16. —种在地下位置中泵送井产流体的方法，所述方法包括 将一对可膨胀构件配置在一对泵室内；将井产流体入口和井产流体出口安置成与所述一对泵室的每一个泵 室连通；对于每个泵室，通过使工作流体在所述一对可膨胀构件之间往复运动 使井产流体的吸入和井产流体的排出交替；使用可在流动位置之间切换的控制阀控制工作流体在可膨胀构件之 间的移动；禾口基于来自相对工作流体的流动位于所述控制阀的上游侧的传感系统的输入信号，将所述控制阀在流动位置之间i复切换。
17. 如权利要求16所述的方法，其中控制包括使用两级滑阀形式的所述控制阀控制所述工作流体的移动。
18. 如权利要求17所述的方法，其中重复切换包括从与顺序阀协同操 作的第二滑阀提供输入信号，第二滑阀被切换以将工作流体选择性引导到 所述两级滑阀的特定的引导口 。
19. 如权利要求18所述的方法，还包括将流量限制器与所述顺序阀串 联安置以在工作流体压力因所述可膨胀构件的一个或另一个的充填而增 加时允许所述顺序阀的顺序控制。
20. 如权利要求19所述的方法，还包括定位第二顺序阀以限制所述一 对可膨胀构件所承受的最大压力。
21. 如权利要求19所述的方法，还包括定位第二滑阀使得第二滑阀的 一对引导口与所述一对可膨胀构件流体连通，从而在每个可膨胀构件的充 填过程中工作流体压力增加时导致第二滑阀的切换。
22. 如权利要求21所述的方法，还包括将至少一个流量限制器定位在 第二滑阀的至少一个引导口和至少一个可膨胀构件之间。
23. 如权利要求18所述的方法，其中配置包括配置一对隔膜。
全文摘要
本发明提供一种用于在地下井眼中泵送流体的技术。可以将潜入式泵送系统配置在井眼中以移动井眼内的所需要的流体。所述泵送系统通过使工作流体在可膨胀构件之间往复运动供给需要的流体移动以能量。
文档编号F04D13/06GK101275571SQ200810009948
公开日2008年10月1日 申请日期2008年2月15日 优先权日2007年2月17日
发明者多尔尼亚克·厄贾兰 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司