本申请请求享有2015年9月11日提交的题为"modularsealsectionwithexternalportstoconfigurechambersinseriesorparallelconfiguration"的美国临时专利序列号62/217,654的权益，该申请的公开内容通过引用并入本文中。
本申请大体上涉及浸没泵送系统(submersiblepumpingsystem)领域，且更具体而言但非限制地涉及用于连同浸没泵送系统使用的模块化密封区段。
背景技术：
浸没泵送系统通常部署到井中来从地下储层(subterraneanreservoir)重获石油流体(petroleumfluid)。通常，浸没泵送系统包括许多构件，包括联接到一个或多个高性能泵上的一个或多个流体填充的电动机。浸没泵送系统的构件和子构件中的各个必须设计成经得起恶劣的井下环境，其包括较宽范围的温度、压力和腐蚀性井流体。
通常称为“密封区段”的构件保护电动机，且通常定位在电机(motor)与泵之间。在此位置，密封区段提供若干功能，包括在电机与泵之间传输转矩，限制井下流体流入电机，吸收由泵给予的轴向推力，以及在电机在操作和压力均衡期间移动穿过热循环时适应电介质电机的膨胀和收缩。许多密封区段使用密封袋来适应密封区段中的体积变化和流体移动。密封袋也可构造成提供清洁润滑剂与污染的井孔流体之间的主动隔层。
现代的密封区段可包括以并联或串联构造的两个或多个密封袋。当密封袋串联放置时，来自一个袋的油通过使用各个区段之间的轴密封件来保持与另一个袋中的油分离。以此方式，以串联构造连接的密封袋作用为冗余的密封件。如果损坏或避开第一密封袋，就由第二密封袋防止外来流体进入电机中。相比之下，以并联构造连接的多个密封袋并未提供冗余的保护层。作为替代，以并联构造连接的密封袋旨在简单地提高密封区段内的总体有效体积变化能力。
尽管广泛地适应了并联和串联密封袋的使用，但仍需要具有标准构造且可更容易地针对并联或串联构造的改进的密封区段。这关于本发明所针对的这个和其它需要。
技术实现要素：
在一些实施例中，本发明包括一种用于井下泵送系统内的密封区段中的引导体，其中密封区段包括上流体补偿区段、下流体补偿区段、以及延伸穿过上流体补偿区段和下流体补偿区段和引导体的轴。引导体包括构造选择机构，其可在外部操纵来将上流体补偿区段有选择地置于与下流体补偿区段成串联或并联的构造。
另一方面，本发明包括用于井下泵送系统的密封区段，其中密封区段包括下区段、上区段、以及连接在下区段与上区段之间的引导体。引导体包括构造选择机构，其可在外部操纵来将上区段有选择地置于与下区段成串联或并联的构造。
再另一方面，本发明包括用于井下泵送系统的密封区段，其中密封区段包括下区段、上区段、以及连接在下区段与上区段之间的引导体。引导体具有构造选择机构，其可在外部操纵来将上区段有选择地置于与下区段成串联或并联的构造。构造选择机构包括从上区段延伸至下区段的多个通路。构造机构还包括可除去地安装在多个通路中的对应一个内的一个或多个堵头(plug)。一个或多个堵头中的各个均选自包括堵塞堵头、端堵头、串流堵头和并流堵头的集合。
附图说明
图1为井下泵送系统的前部透视图。
图2为模块化密封区段的立面视图。
图3为以串联构造的图2的密封区段的一部分的截面视图。
图4为以并联构造的图2的密封区段的一部分的截面视图。
图5为以串联构造放置的密封区段的引导组件的截面视图。
图6为以并联构造放置的密封区段的引导组件的截面视图。
图7为串流堵头的透视图。
图8绘出了并流堵头。
图9绘出了止回阀。
图10绘出了堵塞堵头。
图11为示出排放和填充端口的密封区段的引导组件的局部透视图。
具体实施方式
根据本发明的一种示例性实施例，图1示出了附接到开采管路102上的井下泵送系统100的前部透视图。井下泵送系统100和开采管路102设置在井孔104中，其钻成用于开采流体如水或石油。尽管井下泵送系统100在垂直井中绘出，但将认识到，井下泵送系统100也可在水平、偏置和其它非垂直井中使用。
如本文使用的，用语“石油”广泛表示所有矿物烃，如，原油、气体和油和气体的组合。开采管路102将泵送系统100连接到位于地面上的井口106。尽管泵送系统100主要设计成泵送石油产品，但将理解到，本发明还可用于移动其它流体。还将理解到，尽管泵送系统100的各个构件主要在浸没(submersible)应用中公开，但这些构件中的一些或所有还可用于地面泵送操作。
泵送系统100包括泵组件108、电机组件110和密封区段112的一些组合。电机组件110是从基于地面的供应源接收其电力的电动机。电机组件110将电能转换成机械能，该机械能由一个或多个轴传递至泵组件108。泵组件108然后将该机械能的一部分传递至井孔(wellbore，有时也称为井眼)内的流体，引起井孔流体经由开采管路移动到地面。
密封区段112保护电机组件110免受由泵组件108产生的机械推力。密封区段112还构造成减轻污染物从井孔104至电机组件110中的引入。尽管仅示出了一个泵组件108、密封区段112和电机组件110，将理解的是，井下泵送系统100可包括附加的泵组件108、密封区段112或电机组件110。
现在参看图2，其中示出了密封区段112的立面视图。密封区段112包括头114、底座116、上流体补偿区段118a、下流体补偿区段118b、以及引导体120。头114构造成用于连接到泵组件108，且底座116构造成用于连接到电机组件110。上流体补偿区段118a和下流体补偿区段118b分别连接到引导体120。将理解的是，密封区段112可包括附加的流体补偿区段118以及包括以不同构造布置的不同构件或多个构件的引导体120。
转到图3和4，分别示出了以串联构造和并联构造来构造的密封区段112的截面视图。密封区段112包括共同的壳体122和共同的轴124。轴124将机械能从电机组件110传递至泵组件108。各个袋上流体补偿区段118a和下流体补偿区段118b均连接到引导体120。将理解的是，壳体122可为分段的，其中单独的区段由螺纹连接来连结到引导体120。轴密封件126可贯穿密封区段112沿轴124定位。
各个上流体补偿区段118a和下流体补偿区段118b均包括用于使润滑剂流体与井孔流体隔离的机构，以用于补偿流体的膨胀和收缩或这些功能的组合。这些流体隔离和膨胀机构包括活塞、金属波纹管、密封袋和迷宫室。如图3和4中所绘，各个上流体补偿区段118a和下流体补偿区段118b均包括密封袋128、袋支承管130和密封袋保持机构132。密封袋128构造成来减轻清洁电机润滑剂以井孔流体的污染。在一些实施例中，密封袋128由适合的塑料、聚合物或弹性体制成，其是从许多来源市售的，包括e.i.dupontdenemoursandcompany和daikinindustries。适合的塑料包括ptfe、aflas®和其它含氟聚合物塑料，其呈现出对腐蚀性化学物质和升高温度的有利的抵抗力。密封袋保持机构132可包括常规凸缘和锁定夹布置。
各个密封袋128均限定内部袋空间134和外部袋空间136。袋支承管130包括包绕轴124的环形空间138，以及将环形空间138置于与内部袋空间134流体连通的端口140。袋支承管130提供用于密封袋128的支承，且在其穿过密封袋128时保护轴124。
引导体120包括构造选择机构142。构造选择机构142允许以并联或串联构造的袋区段118a,118b的选择性构造。构造选择机构142大体上包括一系列通路148和堵头200，其控制穿过引导体120的流体流。堵头200可通过壳体122在外部操纵，以阻挡或允许穿过内部通路148的流动。这允许密封区段112通过添加、除去或改变引导体120内的堵头200而容易地从一个构造转换成另一个构造，而不拆卸密封区段112。
图3和4中绘出了构造选择机构142的一种示例性实施例。在图3中所绘的实施例中，构造选择机构142设置成将袋区段118b与袋区段118a放置成串联构造。下袋区段118b的内部袋空间134由构造选择机构142来按路线发送至下袋区段118b的外部袋空间136中。下袋区段118b的外部袋空间136然后置于经由构造选择机构142与上袋区段118a的内部袋空间134流体连通。在该实施例中，堵头200是堵塞堵头202，其防止流体流过堵塞堵头202安装在其中的通路148。
相比之下，在图4中所绘的实施例中，袋选择机构142设置成将下袋区段118b放置成与上袋区段118a成并联布置。在该构造中，下袋区段118b的内部袋空间134经由构造选择机构142按路线发送至上袋区段118a的内部袋空间134中。下袋区段118b的外部袋空间136置于与上袋区段118a的外部袋空间136成流体连通。
转到图5和6，其中示出了根据另一个示例性实施例构造的引导体120的截面视图。在图5中，构造选择机构142构造成将上袋区段118a和下袋区段118b置于串联构造。构造选择机构142包括第一组选择器通路144、第二组选择器通路146和一个或多个可除去的堵头200。第一组选择器通路144包括内部分支150、第一堵头通道152和外部分支154。内部分支150将第一堵头通道152置于与下袋区段118b的内部袋空间134成流体连通。外部分支154将第一堵头通道152置于与下袋区段118b的外部袋空间136成流体连通。
端堵头204安装在第一堵头通道152内。端堵头204不包括流动通道，而是将流从内部分支150引导穿过第一堵头通道152的内部部分，且进入外部分支154。在安装端堵头204之前，止回阀156从引导体120的外部置于第一堵头通道152内。端堵头204和止回阀156允许从下袋区段118b的内部袋空间134穿过引导体120且进入下袋区段118b的外部袋空间136的流体单向通路。止回阀156防止流体从下袋区段118b的外部袋空间136经过进入下袋区段118b的内部袋空间134。
第二组选择器通路146包括下外部端口158、上外部端口160、下内部端口162、上内部端口164和第二堵头通道166。下外部端口158使第二堵头通道166与下袋区段118b的外部袋空间136连接。上外部端口160使第二堵头通道166与上袋区段118a的外部袋空间136连接。下内部端口162使第二堵头通道166与下袋区段118b的内部袋空间134连接。上内部端口164使第二堵头通道166与上袋区段118a的内部袋空间134连接。第二堵头通道166可从引导体120的外部接近，且构造成收纳若干堵头来控制和改变穿过第二堵头通道166的流体流。如图5中所示，第二组选择器通路146包括串流堵头206，其允许下外部端口158与上外部端口164之间围绕串流堵头206的流动。
以此方式，如图5中构造的引导体120产生下袋区段118b与上袋区段118a之间的串联构造。如由箭头500所示，来自下袋区段118b的内部袋空间134的流体经由第一堵头通道152进入第一选择器通路144，穿过止回阀156，且进入下袋区段118b的外部袋空间136。接下来，允许流体穿过第二组选择器通路146的下外部端口158，且经由上内部端口164进入上袋区段118a的内部袋空间134。
图5中所绘的串联构造可通过改变用于第一组选择器通路144和第二组选择器通路146中的堵头200来快速且容易地变为并联构造。例如，在图6中所绘的构造中，较大的堵塞堵头202安装在第一堵头通道152中，以防止流体流过第一选择器通路144。并流堵头208安装在第二堵头通道166中，其允许下外部端口158与上外部端口160之间的流动(如由箭头502所示)。并流堵头208包括内部流动通路，且尺寸确定成还允许流体在下内部端口162与上内部端口164之间流过第二堵头通道166的端部(如由箭头504所示)。因此，通过简单地替换第一选择器通路144和第二选择器通路146中的堵头200，密封区段112可在现场容易地在串联构造与并联构造之间转换，而不拆卸密封区段112。
转到图7-10，其中示出了多种堵头200的透视图。在示例性实施例中，堵头200确定尺寸、颜色编码或另外标记或构造成便于串联和并联构造的安装和识别。标准化和简化堵头200的构造降低了密封区段112无意置于不适当构造的风险。图7绘出了串流堵头206。图8绘出了示例性并流堵头208。图9绘出了端堵头204和止回阀156。图10绘出了堵塞堵头202。将认识到，这些堵头200仅为可在构造选择机构142内使用的堵头200的类型的实例，且本发明不限于图7-10中所绘的那些堵头200。
转到图11，引导体120可选地包括环形空间接近端口168，其提供至轴124与袋支承管130之间的环形空间138的直接接近。环形空间接近端口168可用于容易排放和填充环形空间138中的流体。引导体120还包括密封袋排放口170，其与上袋区段118的内部袋空间134直接连通。密封袋排放口170允许操作者在现场在密封区段拆卸或输送至服务地点之前直接从上密封袋128的内部袋空间134取得流体样本。环形空间接近端口168和密封袋排放口170两者都由适合的排放堵头172堵塞。
将理解的是，即使本发明的各种实施例的许多特征和优点已在以上描述中连同本发明的各种实施例的结构和功能的细节进行阐释，本公开内容仅为示范性的，且可详细作出改变，尤其是关于达到表达所附权利要求的方面的宽泛总体意义指出的完整范围的本发明的原理内的部分的结构和布置。本领域的技术人员将认识到的是，本发明的教导内容可适用于其它系统，而不会脱离本发明的范围和精神。