Система для перекачивания скважинного флюида (варианты) и способ перекачивания скважинного флюида

Система для перекачивания скважинного флюида (варианты) и способ перекачивания скважинного флюида

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Завершения скважин используют в ряде относящихся к скважинам применениям, включающих, например, добычу или нагнетание флюидов. Обычно ствол скважины пробурен, и оборудование для завершения опускают в ствол скважины с помощью насосно-компрессорной трубы или других механизмов размещения. Ствол скважины может быть пробурен через одну или несколько формаций, содержащих требуемые флюиды, такие как флюиды на основе углеводородов.

Во многих указанных применениях флюид закачивают в требуемое место. Например, перекачивающие системы могут быть использованы для накачивания флюида в ствол скважины и в близлежащий резервуар для различного вида нагнетания или других процедур обработки скважин. Однако перекачивающие системы также применяются при механизированной добыче флюидов из подземных местоположений. Например, погружные перекачивающие системы могут быть расположены внутри ствола скважины для добычи скважинного флюида к требуемому месту накопления, например к месту накопления на поверхности земли. Однако, будучи зависимыми от конкретного типа обычной погружной перекачивающей системы, используемой для данного применения, такие системы могут иметь недостатки, включающие относительно низкую эффективность системы, высокие капитальные затраты и/или надежность, меньшую требуемой.

Согласно изобретению создана система для перекачивания скважинного флюида, содержащая систему размещения, оборудование для заканчивания скважины, размещенное в стволе скважины системой размещения и содержащее перекачивающий узел, имеющий корпус насоса, имеющий впускное и выпускное отверстия для флюида и пару камер, пару расширяющихся элементов, один из которых размещен в каждой камере, рабочий флюид и гидравлическую систему управления для управления возвратно-поступательным движением рабочего флюида из одного расширяющегося элемента в другой, при этом результирующее последовательное сжатие и расширение расширяющихся элементов обеспечивают всасывание скважинного флюида в одну камеру, в то время как скважинный флюид вытекает из другой камеры, возвратно-поступательное движение управляется через управляющий клапан, приводимый в действие в ответ на созданную разность давлений рабочего флюида внутри компенсированной дренажной камеры и рабочим флюидом, расположенным вне компенсированной дренажной камеры.

Каждый расширяющийся элемент может быть диафрагмой.

Гидравлическая система управления может дополнительно содержать пару последовательных клапанов, работающих совместно с компенсированной дренажной камерой для регулирования возвратно-поступательного движения рабочего флюида.

Управляющий клапан может быть двухпозиционным управляющим клапаном.

Система может дополнительно содержать систему защиты от потока обратного направления.

Система может дополнительно содержать пружинное устройство для обеспечения полного переключения управляющего клапана между рабочими положениями.

В другом варианте выполнения система для перекачивания скважинного флюида содержит корпус насоса с впускным и выпускным отверстиями для скважинного флюида, первую камеру, имеющую расположенный в ней первый расширяющийся элемент, вторую камеру, имеющую расположенный в ней второй расширяющийся элемент, рабочий флюид, предназначенный для возвратно-поступательного перемещения между первым расширяющимся и вторым расширяющимся элементом, и систему управления, имеющую управляющий клапан для избирательного возвратно-поступательного перемещения рабочего флюида между первым и вторым расширяющимися элементами, так что во время оттока рабочего флюида из первого расширяющегося элемента скважинный флюид течет в первую камеру через впускное отверстие скважинного флюида, и во время одновременного нагнетания рабочего флюида во второй расширяющийся элемент любой скважинный флюид во второй камере выпускается через выпускное отверстие скважинного флюида, во время оттока рабочего флюида из второго расширяющегося элемента, скважинный флюид течет во вторую камеру через впускное отверстие скважинного флюида, и во время одновременного нагнетания рабочего флюида в первый расширяющийся элемент любой скважинный флюид в первой камере выпускается через выпускное отверстие скважинного флюида, при этом управляющий клапан приводится в действие в ответ на созданную разность давлений рабочего флюида между рабочим флюидом внутри компенсированной дренажной камеры и рабочим флюидом, расположенным вне компенсированной дренажной камеры.

Первый расширяющийся элемент может быть первой расширяющейся диафрагмой, расположенной в первой камере, и второй расширяющийся элемент может быть второй расширяющейся диафрагмой, расположенной во второй камере.

Система управления может дополнительно содержать первичный двигатель, имеющий внутренний насос, приводимый в движение двигателем.

Система управления может дополнительно содержать пару последовательных клапанов, работающих совместно с компенсированной дренажной камерой для регулирования возвратно-поступательного движения рабочего флюида.

Система может дополнительно содержать дополнительные расширяющиеся элементы, расположенные в дополнительных камерах.

Согласно изобретению создан также способ перекачивания скважинного флюида в подземном месторасположении, при котором размещают пару расширяющихся элементов внутри пары насосных камер, соединяют впускное отверстие для скважинного флюида и выпускное отверстие для скважинного флюида с каждой насосной камерой, изменяют втекание скважинного флюида и вытекание скважинного флюида для каждой насосной камеры путем возвратно-поступательного движения рабочего флюида между парой расширяющихся элементов и обеспечивают ограничение потока рабочего флюида для создания зависящей от времени разности давлений, используемой в переключении направления потока рабочего флюида из одного расширяющегося элемента в другой расширяющийся элемент из пары расширяющихся элементов.

В способе можно дополнительно использовать изменение скорости увеличения давления для определения точки для переключения направления потока рабочего флюида.

В качестве расширяющихся элементов можно использовать пару диафрагм.

При соединении впускного и выпускного отверстий с каждой насосной камерой можно устанавливать впускной запорный клапан во впускном отверстии скважинного флюида и выпускной запорный клапан в выпускном отверстии скважинного флюида.

При изменении втекания и вытекания скважинного флюида можно располагать последовательный клапан для совместной функции с ограничением в регулировании возвратно-поступательного движения рабочего флюида и приводить в действие последовательный клапан посредством созданной разности давлений.

Для изменения втекания и вытекания скважинного флюида можно использовать насос, приводимый в движение двигателем.

При обеспечении ограничения потока рабочего флюида можно использовать управляющий клапан, приводимый в действие разностью давлений, созданной рабочим флюидом, между внутренним давлением компенсированной дренажной камеры и внешним давлением.

Можно дополнительно использовать систему защиты от потока обратного направления.

Можно использовать пружинное устройство для обеспечения полного переключения управляющего клапана между рабочими положениями.

Далее будут описаны конкретные варианты осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 изображает вертикальный вид перекачивающей системы, размещенной в стволе скважины согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.2 - вид поперечного сечения варианта осуществления насоса, который может быть использован с перекачивающей системой, показанной на фиг.1 согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.3 - вид, подобный виду на фиг.2, показывающий насос в другом рабочем состоянии согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.4 - увеличенный вид части насоса, показанного на фиг.3 согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.5 - вид, подобный виду на фиг.2, показывающий насос в другом рабочем состоянии согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.6 - увеличенный вид части насоса, показанного на фиг.5 согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.7 - схематический вид перекачивающей системы согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.8 - схематический вид перекачивающей системы согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.9 - схематический вид перекачивающей системы согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.10 - схематический вид размещения компонентов насоса согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

фиг.11 - схематический вид размещения компонентов насоса согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.12 - схематический вид размещения компонентов насоса согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.13 - схематический вид размещения компонентов насоса согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.14 - схематический вид перекачивающей системы согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.15 - схематический вид перекачивающей системы согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.16 - схематический вид перекачивающей системы согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.17 - насос, имеющий камеры диафрагм согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.18 - схематический вид перекачивающей системы согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.19 - схематический вид перекачивающей системы согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.20 - схематический вид перекачивающей системы согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.21 - схематический вид перекачивающей системы согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.22 - график изменения давления в зависимости от времени, для иллюстрации события последовательности, посредством которого клапан приводится в действие для управления возвратно-поступательным движением рабочего флюида в перекачивающей системе согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.23 - насос, имеющий камеры диафрагм, и эталонную камеру согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.24 - схематический вид перекачивающей системы согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.25 - схематический вид перекачивающей системы согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.26 - вид спереди насоса, использующего обгонную муфту согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.27 - схематический вид части перекачивающей системы, использующей управляемый клапан последовательности согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.28 - схематический вид части перекачивающей системы, использующей клапан последовательности прямого действия согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.29 - вид поперечного сечения управляющего клапана, имеющего пружинный механизм для гарантированного полного переключения управляющего клапана между рабочими положениями согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.30 - ортогональный вид конической пружины, которая может быть использована с пружинным механизмом, показанным на фиг.29 согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.31 - график зависимости силы конической пружины от смещения для пары конических пружин, имеющих обычную конструкцию конической пружины, показанной на фиг.30;

фиг.32 - вид поперечного сечения управляющего клапана, имеющего пружинный механизм для обеспечения полного переключения управляющего клапана между рабочими положениями согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.33 - вид поперечного сечения управляющего клапана, имеющего пружинный механизм для обеспечения полного переключения управляющего клапана между рабочими положениями согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.34 - схематический вид перекачивающей системы согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.35 - схематический вид перекачивающей системы согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание чертежей

В последующем описании многочисленные подробности изложены для обеспечения понимания настоящего изобретения. Однако специалисты в данной области техники должны понимать, что настоящее изобретение может быть осуществлено на практике без этих подробностей и что возможны многочисленные варианты или модификации описанных вариантов осуществления.

В описании изобретения и прилагаемой формуле изобретения термины «связывать», «связь», «связанный», «в связи с» и «соединяющий» используются для обозначения «в прямой связи с» или «в связи с посредством другого элемента». Используемые здесь термины «вверх» и «вниз», «верхний» и «нижний», «вверху» и «внизу», «вверх по потоку» и «вниз по потоку», «над» и «под» и другие подобные термины, указывающие относительные положения выше или ниже данной точки или элемента, используются в этом описании для более ясного описания некоторых вариантов осуществления изобретения. Однако применительно к оборудованию и способам для использования в скважинах, которые являются искривленными или горизонтальными, такие термины могут относиться к «слева направо», «справа налево» или другой взаимосвязи соответственно. Более того, во всех вариантах осуществления, изложенных здесь, «диафрагмы» (например, как используемые в камерах или эталонных камерах) могут быть заменены «подвижными уплотнениями».

Настоящее изобретение относится к перекачивающим системам, таким как те, которые используют в подземной среде для перемещения флюидов к требуемому месту. Перекачивающие системы используют множество расширяющихся элементов, которые являются последовательно расширяемыми и сжимаемыми для последовательной подачи и всасывания требуемого флюида. Например, перекачивающая система может быть размещена в стволе скважины для добычи флюида или флюидов конкретного резервуара. Так как расширяющиеся элементы последовательно сжимаются и растягиваются, то флюид скважины всасывается в перекачивающую систему и затем выпускается, т.е. перекачивается из перекачивающей системы к требуемому месту накопления.

На фиг.1 показана скважинная система 50, содержащая перекачивающую систему 52 в виде оборудования для заканчивания скважины, размещенного для использования в скважине 54, имеющей ствол 56 скважины. Ствол 56 скважины может быть закреплен обсадной колонной 58, имеющей перфорацию 60, через которую скважинный флюид, например нефть, поступает в ствол 56 скважины из окружающей формации 62. Перекачивающая система 52 размещена в стволе 56 скважины ниже устья 64 скважины, расположенного на поверхности 66, такой как поверхность земли или морское дно.

В этом варианте осуществления перекачивающая система 52 размещена во внутренней части обсадной колонны 58 и содержит систему 68 размещения, такую как насосно-компрессорная труба, а также множество компонентов оборудования для заканчивания скважины. Например, перекачивающая система 52 может содержать насосный узел 72 и один или несколько пакеров 74 для разделения ствола 56 скважины на разные зоны. Показанный конкретный вариант осуществления использует насосный узел 72 для добывания скважинного флюида вверх по насосно-компрессорной трубе 68 к требуемому месту накопления, расположенному, например, на поверхности 66.

На фиг.2 показан один вариант насосного узла 72 согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Насосный узел 72 используется для подачи перекачиваемого флюида, например нефти или воды, в ствол скважины 56. Насосный узел 72 включает корпус 74 насоса, имеющий диаметр, выбранный для облегчения размещения в стволе скважины. Корпус 74 насоса вмещает множество насосных камер, таких как насосные камеры 76 и 78, размещенные в нем. Множество расширяющихся элементов 80, 82 расположено внутри насосных камер 76, 78 таким образом, что определяют соответствующие подкамеры 84, 86 для рабочего флюида 88, а также подкамеры 90, 92 для перекачиваемого флюида. Одним типом расширяющихся элементов 80, 82 является гибкая диафрагма, которая расширяется при наполнении рабочей жидкостью 88 и сжимается при удалении рабочего флюида 88. Следует отметить, что насосные камеры и/или расширяющиеся элементы могут быть размещены в конструкцию в большем количестве, чем показанная пара.

Корпус 74 насоса дополнительно содержит, по меньшей мере, одно впускное отверстие флюида, такое как впускные отверстия 94, 96 для флюида для поступления перекачиваемого флюида, т.е. скважинного флюида, из ствола 56 скважины внутрь подкамер 90, 92 перекачиваемого флюида. Запорные клапаны 98 и 100 используются для обеспечения одностороннего течения флюида из ствола скважины в подкамеры перекачиваемого флюида. Корпус 74 насоса дополнительно включает, по меньшей мере, одно выпускное отверстие для флюида, такое как выпускное отверстие 102 для флюида, через которое подаваемый перекачиваемый флюид перемещается из подкамер 90, 92 к, например, насосно-компрессорной трубе 68 для транспортировки к месту накопления. Одно или несколько выпускных отверстий 102 защищены соответствующими запорными клапанами 104, 106, которые обеспечивают односторонний поток флюида из подкамер перекачиваемого флюида в соответствующий транспортирующий механизм, например насосно-компрессорную трубу 68.

Насосный узел 72 дополнительно включает гидравлическую систему 108 рабочего флюида, которая содержит фиксированный объем рабочего флюида 88 и обеспечивает каналы для прохождения рабочего флюида между подкамерами 84 и 86 рабочего флюида. Рабочий флюид 88 может содержать множество типов флюидов, включая минеральное масло, синтетическое масло, перфторированные жидкости, смазочные материалы на основе воды, смазочные материалы на основе масла, водно-гликолевую смесь, органические масла и другие подходящие флюиды. Управляющий клапан 110 предусмотрен для управления потоком рабочего флюида и может быть переключен между рабочими положениями. Например, управляющий клапан 110 может быть установлен в первое положение, в котором рабочий флюид 88 направляется из подкамеры 84 рабочего флюида и внутрь подкамеры 86 рабочего флюида для расширения расширяющегося элемента 82. Если рабочий флюид 88 осуществляет возвратно-поступательное движение, то управляющий клапан 110 переключается во второе положение, в котором рабочий флюид направляется из подкамеры 86 рабочего флюида и внутрь подкамеры 84 рабочего флюида для расширения расширяющегося элемента 80. Привод, как обсуждено ниже более детально, предусмотрен для перевода управляющего клапана 110 взад и вперед между первым и вторым рабочими положениями. Первичный двигатель 112 используется для приведения в движение насоса 114 рабочего флюида, который перемещает рабочий флюид через гидравлическую систему 108. Первичный двигатель и насос 114 может размещаться в корпусе 74 насосной установки. Дополнительно, первичный двигатель 112 может быть сконструирован в различных формах, например в виде электрического двигателя, гидравлического двигателя, механически приводимого в действие двигателя, пневматического двигателя или другого соответствующего механизма для обеспечения энергией насоса 114 рабочего флюида. Энергия может быть обеспечена для первичного двигателя через соответствующую энергетическую линию, такую как электрическая линия или гидравлическая линия, проложенную по системе 68 размещения, как известно специалистам в данной области техники. Исходя из этого, система перекачивания содержит внутреннюю сеть рабочего флюида и подсоединенную сеть перекачиваемого флюида.

Работа одного варианта осуществления перекачивающей системы и перекачивающего узла 72 может быть описана со ссылкой на фиг.3-6.

Как показано на фиг.3, первичный двигатель 112 приводит в движение насос 114, который перемещает рабочий флюид в подкамеру 84 рабочего флюида для расширения расширяющегося элемента, например диафрагмы 80, в то время как рабочий флюид удаляется из подкамеры 86 рабочего флюида для сжатия другого расширяющегося элемента, например диафрагмы 82. Это действие заставляет скважинный флюид протекать в подкамеру 92 перекачиваемого флюида через впускное отверстие 96 флюида (см. фиг.4) по мере сжатия расширяющегося элемента 82. Одновременно, расширение расширяющегося элемента 80 передает энергию любому скважинному флюиду внутри подкамеры 90 перекачиваемого флюида и фактически действует или выкачивает скважинный флюид из подкамеры 90 перекачиваемого флюида через выпускное отверстие 102.

Когда расширяющийся элемент 80 расширится до заранее определенной степени, управляющее устройство переведет управляющий клапан 110 во вторую позицию для переключения направления рабочего флюида 88, перекачиваемого через гидравлическую систему 108, фактически осуществляя возвратно-поступательное движение рабочего флюида. В этом втором положении насос 114 перекачивает рабочий флюид в подкамеру 86 рабочего флюида для расширения расширяющегося элемента 82 и одновременного удаления рабочего флюида из подкамеры 84 рабочего флюида для сжатия расширяющегося элемента 80. Это возвратно-поступательное движение рабочего флюида заставляет скважинный флюид протекать в подкамеру 90 перекачиваемого флюида через впускное отверстие 94 по мере сжатия расширяющегося элемента 80. Одновременно, расширение расширяющегося элемента 82 передает энергию любому скважинному флюиду внутри подкамеры 92 перекачиваемого флюида, тем самым выкачивая скважинный флюид из подкамеры 92 перекачиваемого флюида через выпускное отверстие 102.

В варианте осуществления, показанном на фиг.7, показана часть перекачивающей системы 52. Этот вариант осуществления сконструирован для использования разности давлений, создаваемой между рабочим флюидом 88 и добываемым скважинным флюидом для изменения состояния/положения управляющего клапана 110. Камеры 76 и 78 насоса имеют соответствующие эталонные камеры 116 и 118, которые передают давление перекачиваемого скважинного флюида (или трубное давление) соответствующим последовательным клапанам 120 и 122. Клапаны 120, 122 переключают управляющий клапан 110, когда заранее определенная разность давлений будет достигнута между давлением рабочего флюида и давлением перекачиваемого скважинного флюида. В этом варианте осуществления управляющий клапан 110 может быть выполнен в виде золотникового клапана. Разность давлений возникает по мере того, как рабочий флюид внутри специальной подкамеры 84 или 86 рабочего флюида расширяет диафрагму до заранее определенной точки, где любая дальнейшая попытка расширить диафрагму приводит к еще более быстрому повышению давления, т.е. скачку давления. Это быстрое повышение разности давления воспринимается соответствующим клапаном последовательности, который заставляет управляющий клапан 110 переключать рабочие положения. Рабочий флюид затем будет направлен от расширенной диафрагмы, например диафрагмы 80, и к сжатой диафрагме, например диафрагме 82. Следует отметить, что показанный насос 114 приводится в движение соответствующим движущим узлом 112, даже если движущий узел не показан для описания этого варианта осуществления или других вариантов осуществления, описанных здесь.

Фактическое переключение управляющего клапана 110 совершается с помощью избирательно прилагаемого давления через клапаны 120 и 122 в двух направляющих каналах 124 и 126 управляющего клапана 110. В этом варианте осуществления вспомогательные каналы соединены друг с другом отверстием 128, и давление в этих каналах понижается соответствующими запорными клапанами 130, 132, которые соединяют каждый канал с соответствующей диафрагмой 80, 82. Дополнительно, гидравлическая система 108 рабочего флюида может дополнительно содержать соответствующие клапаны 134, 136 с функциями дросселирования, сконструированные для разгрузки избыточного давления, возникающего из-за протечки клапанов последовательности, предотвращая тем самым преждевременное переключение управляющего клапана 110. В качестве альтернативы или в дополнение, управляющий клапан 110 может содержать пружинное устройство 138 для обеспечения полного переключения управляющего клапана между рабочими положениями. В качестве примера пружинное устройство 138 может содержать фиксирующий затвор, имеющий соответствующие пазы, расположенные для взаимодействия с подпружиненным шариком, которые удерживают управляющий клапан 110 в его требуемом положении до переключения.

Гидравлическая система 108 рабочего флюида также может использовать другие элементы, как показано. Например, насос 114 рабочего флюида может быть подсоединен к управляющему клапану 110 через фильтр 140. Дополнительно, перепускной контур 142, имеющий запорный клапан 144, может быть подсоединен параллельно фильтру 140 для защиты потока рабочего флюида в случае засорения фильтра. Запорный клапан 144 остается положительно закрытым во время обычной работы, но при повышении давления из-за засорения фильтра запорный клапан 144 открывает альтернативный путь потоку по перепускному контуру 142. Более того, предохранительный клапан 146 может быть подсоединен параллельно насосу 114 для защиты системы от чрезмерного повышения давления в случае выхода из строя или засорения, ограничивающего каналы.

Другой вариант осуществления перекачивающей системы 52 показан на фиг.8. В этом варианте осуществления управляющий клапан 110 содержит роторный клапан 148, который осуществляет возвратно-поступательное движение, т.е. меняет направления потока рабочего флюида 88 между подкамерой 84 рабочего флюида расширяющегося элемента 80 и подкамерой 86 рабочего флюида расширяющегося элемента 82. Роторный клапан 148 содержит группу каналов 150 для направления потока рабочего флюида в подкамеру 84 рабочего флюида и другой набор каналов 152 для направления потока рабочего флюида в подкамеру 86 рабочего флюида. Несмотря на то, что может быть использовано множество роторных клапанов, одним примером является клапан, вращаемый валом двигателя с пониженной передачей, который устанавливает конкретный набор каналов 105 или 152 относительно гидравлической системы 108 рабочего флюида по мере вращения клапана. Вращение клапана переключает направление потока рабочего флюида. В этом варианте осуществления переключение или возвратно-поступательное движение потока рабочего флюида между, например, диафрагмами 80 и 82 является функцией вращения вала двигателя и не управляется датчиками или клапанами последовательности, управляющими близостью диафрагм или разностью давлений. Например, система может быть сконструирована так, что за время одного полного оборота клапана каждая диафрагма выполнит один цикл наполнения и опорожнения. Однако последовательные клапаны 154, 156 могут быть размещены в гидравлической системе 108 рабочего флюида для использования в качестве механизма стравливания давления для системы в случае рабочих проблем, включая прерывистый пуск. Например, если рабочий флюид направлен на расширяющийся элемент 80, когда перекачивающая система запущена, но расширяющийся элемент 80 уже полностью расширился или почти полностью расширился, то соответствующий клапан 154 фактически шунтирует расширяющийся элемент до достижения им заранее определенного порога давления.

На фиг.9 показан другой вариант осуществления перекачивающей системы 52. В этом варианте осуществления вспомогательный клапан 158 соединен с управляющим клапаном 110. Вспомогательный клапан 158 является роторным клапаном, и управляющий клапан 110 является золотниковым клапаном, который используется как двухпозиционный управляющий клапан для направления потока рабочего флюида между подкамерой 84 рабочего флюида расширяющегося элемента 80 и подкамерой 86 рабочего флюида расширяющегося элемента 82. Как показано, вспомогательный клапан 158 может быть приведен в действие для управления приложением вспомогательного давления, поддерживаемого насосом 114, к управляющему клапану 110 для приведения в действие управляющего клапана. Таким образом, роторный клапан 158 используется в качестве механизма, который управляет переключением главного управляющего клапана 110.

Как показано на фиг.10-13, использование роторного клапана в реальном погружном перекачивающем узле 72 может быть реализовано множеством конфигураций. Например, компоненты перекачивающего узла могут быть расположены последовательно относительно диафрагм 80, 82, подсоединенных к роторному клапану 160, который подсоединен к редуктору 162. Редуктор 162 может быть подсоединен к гидравлическому насосу 114, который, в свою очередь, подсоединен к первичному двигателю 112 в виде двигателя, как показано на фиг.10. В этом варианте осуществления двигатель 112 приводит в движение внутренний гидравлический насос 114 и роторный клапан 160, однако скорость вращения, передаваемая на роторный клапан, уменьшена с помощью редуктора 162. Роторный клапан 160 используется как управляющий клапан для периодического изменения направления потока рабочего флюида, тем самым осуществляя возвратно-поступательное расширение и сжатие диафрагм 80, 82.

На фиг.11 показан альтернативный вариант осуществления, в котором гидравлический двигатель 164 расположен между редуктором 162 и внутренним гидравлическим насосом 114. Гидравлический двигатель 164 может быть использован для вращения роторного клапана 160 через редуктор 162 для создания периодического изменения направления потока рабочего флюида. В другом варианте осуществления гидравлический насос 114 может быть расположен на противоположном конце двигателя 112 по отношению к редуктору 162, как показано на фиг.12. В этом варианте осуществления двигатель 112 приводит в движение и внутренний гидравлический насос 114 и редуктор 162 на его противоположных концах. Другая конфигурация использует роторный клапан 166 в качестве вспомогательного клапана, подсоединенного к золотниковому клапану 168, как описывалось ранее со ссылкой на фиг.9. Одна физическая реализация этой конфигурации показана на фиг.13, где золотниковый клапан 168 расположен между внутренним гидравлическим насосом 114 и диафрагмами 80, 82. Двигатель 112 расположен на противоположной стороне гидравлического насоса 114 относительно золотникового клапана 168, и за ним расположен редуктор 162 и роторный клапан 166, как показано. Гидравлический насос 114 приводится в движение двигателем 112, как и роторный клапан 166, через редуктор 162.

На фиг.14 показан другой вариант осуществления перекачивающей системы 52. В этом варианте осуществления, управляющий клапан 110 содержит соленоид, приводящий в действие управляющий клапан 179 для изменения направления потока рабочего флюида между подкамерой 84 рабочего флюида расширяющегося элемента 80 и подкамерой 86 рабочего флюида расширяющегося элемента 82. Поток рабочего флюида переключается или осуществляет возвратно-поступательное движение, когда заранее определенный объем рабочего флюида был закачан в один из расширяющихся элементов, например диафрагму 80 или 82. Соответственно, объем закачанного рабочего флюида измеряется или отслеживается по мере наполнения каждого расширяющегося элемента. В соответствии с одним способом объем рабочего флюида, закачанного в данный расширяющийся элемент, выводится из числа оборотов двигателя 112, приводящего в движение внутренний насос 114. Обороты двигателя 112 могут отслеживаться счетчиком 172, используемым для счета оборотов двигателя и, таким образом, ведущего вала двигателя, который приводит в движение внутренний гидравлический насос 114. Как только заранее определенное число оборотов двигателя было достигнуто, счетчиком 172 выдается электрический сигнал на соленоид, приводящий в действие управляющий клапан 170. Электрический сигнал приводит в действие соленоид и изменяет положение управляющего клапана для соответствующего переключения направления потока рабочего флюида между расширяющимися элементами 80 и 82.

Один вариант счетчика 172 содержит электрочастотный таймер 174. Электрочастотный таймер 174 использует частоту электрического тока, подаваемого для питания двигателя 112, для определения скорости вращения двигателя 112 и, таким образом, оборотов гидравлического насоса 114. Когда насос 114 является, например, поршневым насосом прямого вытеснения, то частота электрического тока может быть преобразована в скорость потока рабочего флюида. При известном объеме расширяющегося элемента, например объеме диафрагмы, может быть определен период времени для заполнения расширяющегося элемента. В конце этого периода времени электрический сигнал посылается на соленоид, приводящий в действие управляющий клапан 170. Электрический сигнал вызывает приведение в действие управляющего клапана и последовательное переключение потока рабочего флюида из одной диафрагмы в другую.

Вариант осуществления, показанный на фиг.14, также может быть сконструирован для защиты диафрагм от чрезмерного расширения вследствие, например, прерывистого пуска. Клапаны 154 и 156 последовательности могут быть размещены между расширяющимися элементами и управляющим клапаном, как описано выше, для сброса избыточного давления. Если расширяющийся элемент находится под давлением, большим выбранного порогового давления, соответствующий клапан последовательности сработает для обеспечения перепуска потока рабочего флюида.

На фиг.15 показан другой вариант осуществления системы завершения 52. Этот вариант осуществления является очень похожим на вариант, показанный на фиг.14, однако счетчик 172 содержит датчик 176 Холла, установленный для контроля вращения вала 178, подсоединяющего двигатель 112 к насосу 114. Датчик 176 Холла выдает сигнал контроллеру 180, который считает обороты вала 178, приводящего в движение гидравлический насос 114. Число оборотов может быть использовано для определения объема рабочего флюида, который был закачан насосом 114 в данный расширяющийся элемент. Например, если насос 114 содержит поршневой насос прямого вытеснения, то объем рабочего флюида, закачиваемого при каждом вращении, является легко определяемым, и, таким образом, объем рабочего флюида, требуемого для заполнения данного расширяющегося элемента, может соотноситься с конкретным числом оборотов вала. Когда достигается конкретное число оборотов вала, контроллер 180 выдает электрический сигнал на соленоид, приводящий в действие управляющий клапан 170, для приведения в действие управляющего клапана и переключения направления потока рабочего флюида. Следует отметить, что другие типы датчиков могут быть использованы для подсчета числа оборотов вала.

В другом варианте осуществления, показанном на фиг.16, счетчик 172 содержит генератор 182 переменного тока или другое устройство генерации электрической энергии. Дополнительно, счетчик 172 содержит электрический частотомер 184. Генератор 182 переменного тока установлен на валу 178, которым двигатель 112 приводит в движение насос 114. Частота электрического тока, генерируемого генератором 182 переменного тока, может соотноситься со скоростью вращения вала 178, и вращение вала 178 может соотноситься с объемом рабочего флюида, перекачиваемого насосом 114. Таким образом, период времени для заполнения каждого расширяющегося устройства 80, 82 может быть рассчитан, и этот период времени может быть использован для обеспечения соответствующим образом синхронизированных электрических сигналов на соленоид, приводящий в действие управляющий клапан 170. Электрический сигнал приводит в действие управляющий клапан и переключает направление потока рабочего флюида из одного расширяющегося элемента в другой, как описано выше.

На фиг.17 и фиг.18 показан другой вариант осуществления перекачивающей системы