НАСОСНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ СКВАЖИНЫ И СПОСОБ ЕЕ СБОРКИ
WELL PUMP SYSTEM AND METHOD OF ITS ASSEMBLY

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Описанные здесь варианты выполнения относятся в основном к насосным системам, а более конкретно, к способам и системам для выборочной откачки текучей среды из обсадной трубы скважины.
[0002] При добыче нефти и других полезных текучих сред из эксплуатационных скважин, некоторые скважинные узлы содержат погружные насосные системы для поднятия текучих сред, скопившихся в скважине. Добываемые текучие среды попадают в обсадную трубу скважины через систему отверстий, выполненных в обсадной трубе скважины вблизи геологической формации. Текучие среды, содержащиеся в геологической формации, скапливаются в обсадной трубе скважины и могут быть подняты с помощью погружной насосной системы к точке сбора над поверхностью земли.
[0003] По меньшей мере некоторые известные традиционные насосные системы содержат погружной насос, погружной электродвигатель и предохранитель электродвигателя. Погружной электродвигатель обычно подает питание к погружному насосу с помощью приводного вала, а предохранитель служит для изоляции электродвигателя от текучих сред в скважине. Для опускания погружной насосной системы в скважину может использоваться система спуска, представляющая собой трубы в виде насосно-компрессорных труб. Как правило, питание подается на погружной электродвигатель или электродвигатели с помощью одного или нескольких силовых кабелей, поддерживаемых вдоль системы спуска.
[0004] Традиционные эксплуатационные скважины могут обеспечивать высокую скорость добычи текучей среды в ранней фазе срока службы скважины и могут обеспечивать более низкую скорость добычи текучей среды в остальной части срока службы, из-за более низких уровней имеющейся текучей среды. Для создания скважины, работающей с эффективной скоростью извлечения текучих сред, может потребоваться установка исходной насосной системы, имеющей высокий расход в ранней фазе срока службы скважины, а затем, один или несколько раз в течение срока службы скважины, замена исходной насосной системы на другую насосную систему, имеющую более низкий расход. Тем не менее, типичные заменяющие насосные системы могут быстро изнашиваться, и, в частности, поршень насоса особенно уязвим из-за суровых условий геологической формации. Замена насосных систем в течение срока службы скважины может увеличить конструктивные, эксплуатационные расходы и/или расходы на техническое обслуживание скважинного узла. Кроме того, по меньшей мере некоторые известные традиционные электродвигатели насоса могут содержать уплотнения и герметизирующие материалы, установленные между валом электродвигателя и статором электродвигателя, что может привести к помехам и пониженным электромагнитным характеристикам насосной системы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] В одном из аспектов предложена насосная система для использования при перемещении текучей среды, имеющейся в стволе скважины. Насосная система содержит линейный электродвигатель с корпусом и статором, соединенным с корпусом электродвигателя. Статор содержит посадочную дорожку, содержащую первичный магнитный узел. Вал электродвигателя электрически соединен со статором и содержит рабочую часть, содержащую вторичный магнитный узел. Рабочая часть имеет первый диаметр. Насосная система содержит насос, соединенный с линейным электродвигателем. Насос содержит корпус, соединенный с корпусом электродвигателя, и поршень, соединенный с валом электродвигателя и имеющий второй диаметр, который отличается от первого диаметра. Поршень насоса выполнен с возможностью совершения возвратно-поступательного перемещения внутри корпуса насоса между вторым положением и первым положением. Уплотнение соединено с корпусом электродвигателя и с корпусом насоса. Уплотнение выполнено с возможностью направления текучей среды в корпус насоса, когда поршень насоса находится в первом положении, и направления текучей среды из корпуса насоса, когда поршень насоса находится во втором положении.
[0006] Предложен скважинный узел для откачки текучей среды. Скважинный узел содержит обсадную трубу скважины, имеющую первую зону, вторую зону и систему отверстий, проточно соединенных со второй зоной. Узел также содержит линейный электродвигатель с корпусом и статором, соединенным с корпусом электродвигателя. Статор содержит посадочную дорожку, содержащую первичный магнитный узел. Вал электродвигателя электрически соединен со статором и содержит рабочую часть, содержащую вторичный магнитный узел и имеющую первый диаметр. Насосная система содержит насос, соединенный с линейным электродвигателем. Насос содержит корпус, соединенный с корпусом электродвигателя, и поршень, соединенный с валом электродвигателя и имеющий второй диаметр, который меньше, чем первый диаметр. Поршень насоса выполнен с возможностью совершения возвратно-поступательного перемещения внутри корпуса насоса между вторым положением и первым положением. С корпусом электродвигателя и с корпусом насоса соединено уплотнение. Уплотнение выполнено с возможностью направления текучей среды в корпус насоса, когда поршень насоса находится в первом положении, и направления текучей среды из корпуса насоса, когда поршень насоса находится во втором положении.
[0007] Предложен способ сборки насосной системы. В способе соединяют статор с корпусом электродвигателя, причем статор содержит первичный магнитный узел. Вал электродвигателя, содержащий вторичный магнитный узел, соединяют со статором. Вал электродвигателя имеет первый диаметр. В способе также соединяют корпус насоса с корпусом электродвигателя. Поршень насоса соединяют с валом электродвигателя. Поршень насоса имеет второй диаметр, который меньше первого диаметра, и выполнен с возможностью совершения возвратно-поступательного перемещения внутри указанного корпуса насоса между вторым положением и первым положением. В способе дополнительно соединяют уплотнение с корпусом электродвигателя и корпусом поршня, причем уплотнение выполнено с возможностью направления текучей среды в корпус насоса, когда поршень насоса находится в первом положении, и направления текучей среды из корпуса насоса, когда поршень насоса находится во втором положении.
ЧЕРТЕЖИ
[0008] Эти и другие признаки, аспекты и преимущества изобретения станут более понятными из последующего подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые номера позиций обозначают одинаковые элементы на всех чертежах, на которых:
[0009] Фиг. 1 изображает вид сбоку в разрезе скважинного узла, имеющего иллюстративную насосную систему, вертикально соединенную со стволом скважины;
[0010] Фиг. 2 изображает вид с частичным разрезом в аксонометрии линейного электродвигателя и насоса насосной системы, показанной на Фиг. 1;
[0011] Фиг. 3 изображает еще один вид сбоку в разрезе линейного электродвигателя и насоса, показанного на Фиг. 1, и уплотнения, соединенного с линейным электродвигателем и насосом;
[0012] Фиг. 4 изображает вид сбоку в разрезе линейного электродвигателя, насоса и уплотнения в первом положении;
[0013] Фиг. 5 изображает вид сбоку в разрезе линейного электродвигателя, насоса и уплотнения во втором положении;
[0014] Фиг. 6 изображает вид сбоку в разрезе альтернативной насосной системы в первом положении;
[0015] Фиг. 7 изображает вид сбоку в разрезе насосной системы, показанной на Фиг. 6, во втором положении;
[0016] Фиг. 8 изображает вид сбоку в разрезе альтернативной насосной системы в первом положении;
[0017] Фиг. 9 изображает вид сбоку в разрезе насосной системы, показанной на Фиг. 8, во втором положении;
[0018] Фиг. 10 изображает вид сбоку в разрезе еще одной альтернативной насосной системы в первом положении;
[0019] Фиг. 11 изображает вид сбоку в разрезе насосной системы, показанной на Фиг. 10, во втором положении;
[0020] Фиг. 12 изображает блок-схему, иллюстрирующую иллюстративный способ сборки насосной системы, показанной на Фиг. 1;
[0021] Фиг. 13 изображает разрез поршня насоса и клапана для использования с насосной системой, показанной на Фиг. 1;
[0022] Фиг. 14 изображает разрез поршня насоса и клапана для использования с насосной системой, показанной на Фиг. 1;
[0023] Фиг. 15 изображает разрез поршня насоса и клапана для использования с насосной системой, показанной на Фиг. 1;
[0024] Фиг. 16 изображает разрез альтернативной насосной системы в первом положении;
[0025] Фиг. 17 изображает разрез насосной системы, показанной на Фиг. 16, во втором положении; и
[0026] Фиг. 18 изображает разрез альтернативной насосной системы.
[0027] Если не указано иное, представленные здесь чертежи предназначены для иллюстрации признаков вариантов выполнения изобретения. Предполагается, что эти признаки применимы в самых разнообразных системах, содержащих один или несколько вариантов выполнения изобретения. Таким образом, не предполагается, что чертежи включают все традиционные признаки, известные специалистам в данной области техники и необходимые для осуществления на практике вариантов выполнения, раскрытых в данном документе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0028] В приведенном ниже описании и в формуле изобретения ссылка дается на ряд терминов, которые должны быть определены как имеющие следующие значения. Упоминание элементов в единственном числе также подразумевает наличия множественного числа, если из контекста явным образом не следует иное. «Необязательный» или «необязательно» означает, что впоследствии описанное событие или обстоятельство может произойти, а может и не произойти, и что описание включает случаи, когда событие происходит, и случаи, когда оно не происходит.
[0029] Язык аппроксимации, используемый в описании и в формуле изобретения, может быть применим для модификации любого количественного представления, которое может быть изменено без изменения основной функции, с которой оно связано. Соответственно, клапан, упоминаемый с таким термином или терминами, как «приблизительно» и «по существу», не должен быть ограничен конкретным указанным клапаном. По меньшей мере в некоторых случаях язык аппроксимации может соответствовать точности прибора для измерения клапана. Здесь и далее в описании и в формуле изобретения пределы диапазона могут быть объединены и/или поменяны местами, причем такие диапазоны определены и включает все поддиапазоны, содержащиеся в нем, если только из контекста или языка явным образом не следует иное.
[0030] Описанные здесь варианты выполнения относятся к насосным системам и способам откачки текучей среды из скважинного узла. Варианты выполнения также относятся к способам, системам и/или устройствам для управления откачкой добываемой текучей среды, чтобы способствовать улучшению характеристик производительности скважины. Более конкретно, варианты выполнения, описанные в настоящем документе, снижают электромагнитные помехи и повышают электромагнитные характеристики линейного электродвигателя и насосного узла, обеспечивая различные магнитные узлы для линейного электродвигателя. Следует понимать, что описанные здесь варианты выполнения включают различные типы скважинных узлов, и что описание и чертежи, которые используют линейный электродвигатель, являются только иллюстративными. Иллюстративная насосная система принудительно перемещает добываемую текучую среду с различной производительностью для эффективной работы скважинного узла в течение продолжительных периодов времени.
[0031] Фиг. 1 представляет собой вид сбоку в разрезе скважинного узла 10, имеющего насосную систему 12, вертикально соединенную со стволом 14 скважины с помощью устьевого оборудования 16. Насосная система 12 содержит линейный электродвигатель 18 и насос 20. Насосная система 12 предназначена для размещения в стволе 14 скважины в пределах геологической формации 22, содержащей требуемые добываемые текучие среды 24, такие как, но не ограничиваясь этим, нефть. Ствол 14 скважины пробурен в геологической формации 22 и укреплен обсадной трубой 26 скважины. Обсадная труба 26 содержит внутреннюю боковую стенку 28, наружную боковую стенку 30, отверстие 32, ограниченное внутренней боковой стенкой 28, и конец 29. Обсадная труба 26 ограничивает первую зону 34 и вторую зону 36. В иллюстративном варианте выполнения первая зона 34 вертикально расположена выше второй зоны 36. В качестве альтернативы, обсадная труба 26 также может быть расположена в пределах геологической формации 22 в любой ориентации и может содержать любое количество зон в любой ориентации, чтобы обеспечить насосной системе 12 возможность работы так, как описано в настоящем документе. В обсадной трубе 26 скважины выполнена система отверстий 38, обеспечивающая текучей среде 24 возможность протекания в стволе 14 скважины из геологической формации 22 и во вторую зону 36. В качестве альтернативы, система отверстий 38 может быть выполнена в обсадной трубе 26 скважины, чтобы обеспечить текучей среде 24 возможность протекания в стволе 14 скважины из геологической формации 22 и в первую зону 34. Насосная система 12 содержит уплотнительный узел 40, соединенный с линейным электродвигателем 18 и насосом 20.
[0032] С линейным электродвигателем 18 с помощью силовых кабелей 50 соединен контроллер 42 электродвигателя, содержащий выпрямитель 44, инвертор 46, программируемый логический контроллер (PLC) 48, один или несколько электрических датчиков (не показаны) и один или несколько электрических индикаторов (не показаны), таких как, но не ограничиваясь ими, вольтметр и один или несколько амперметров. В качестве альтернативы, может использоваться любое программируемое устройство управления, выполненное с возможностью обработки исполняемых инструкций для включения насосной системы 12, чтобы та работала так, как описано в настоящем документе. Контроллер 42 выполнен с возможностью получения трехфазного переменного (АС) силового сигнала от электрической сети или от генератора (не показаны). Выпрямитель 44 выполнен с возможностью преобразования трехфазного переменного сигнала в силовой сигнал постоянного тока (DC), и подачи преобразованного сигнала постоянного тока на инвертор 46. Инвертор 46 содержит выход для каждой фазы статора электродвигателя 18 и может модулировать силовой сигнал постоянного тока для активации каждой фазы электродвигателя 18 на основании сигналов управления от PLC 48. Датчики (не показаны) могут измерять напряжение и ток с одного или нескольких выходов инвертора и находиться в состоянии обмена данными с PLC 48. Скважинный узел 10 дополнительно содержит эксплуатационную колонну 52, соединенную с устьевым оборудованием 16 скважины и с насосной системой 12. В иллюстративном варианте выполнения насосная система 12 выполнена с возможностью откачки текучей среды 24 из геологической формации 22 к устьевому оборудованию 16.
[0033] Фиг. 2 изображает разрез линейного электродвигателя 18 и насоса 20. Фиг. 3 изображает другой разрез линейного электродвигателя 18, насоса 20 и уплотнительного узла 40, соединенного с линейным электродвигателем 18 и насосом 20. Фиг. 4 изображает разрез линейного электродвигателя 18, насоса 20 и уплотнительного узла 40 в первом положении 54, таком как, но не ограничиваясь этим, отведенном положении. Фиг. 5 изображает разрез линейного электродвигателя 18, насоса 20 и уплотнительного узла 40 во втором положении 56, таком как, но не ограничиваясь этим, выпускающем положении. В иллюстративном варианте выполнения линейный электродвигатель 18 содержит корпус 58, имеющий первый конец 60, второй конец 62 и рабочую часть 64, расположенную между первым концом 60 электродвигателя и вторым концом 62 электродвигателя. Рабочая часть 64 электродвигателя имеет наружную поверхность 66, соединенную с обсадной трубой 26 скважины (показано на Фиг. 1), и внутреннюю поверхность 68, ограничивающую отверстие 70 электродвигателя. Рабочая часть 64 имеет первую длину L1 между первым концом 60 и вторым концом 62. В иллюстративном варианте выполнения первая длина L1 имеет значение в диапазоне от приблизительно 70 дюймов (175 см) до приблизительно 90 дюймов (225 см). Более конкретно, первая длина L1 имеет значение приблизительно 81 дюймов (203 см). В качестве альтернативы, рабочая часть 64 электродвигателя имеет любую длину, такую, чтобы линейный электродвигатель 18 мог работать так, как описано в настоящем документе. Статор 72 соединен с внутренней поверхностью 68 и содержит посадочную дорожку 74 с первичным магнитным узлом 76. В варианте выполнения изобретения первичный магнитный узел 76 содержит несколько магнитных обмоток 78, соединенных с посадочной дорожкой 74, причем магнитные обмотки 78 выполнены в 3-фазной последовательности 80.
[0034] Электродвигатель 18 содержит вал 82, магнитосвязанный со статором 72. Вал 82 электродвигателя содержит рабочую часть 84, имеющую вторичный магнитный узел 86. В иллюстративном варианте выполнения вторичный магнитный узел 86 содержит по меньшей мере один постоянный магнит 88. В качестве альтернативы, вторичный магнитный узел 86 может содержать по меньшей мере одно из: магнитные обмотки, индуктивную клетку, магнитно-постоянный материал с путем магнитного потока, имеющим, например, но не ограничиваясь этим, синхронизированную реактивную конфигурацию и коммутируемую реактивную конфигурацию. Первичный магнитный узел 76 и вторичный магнитный узел 86 способствуют постоянной поддержке магнитных обмоток 78 для уменьшения напряжений от нагрузок, прикладываемых к магнитным обмоткам 78 во время работы линейного электродвигателя 18. Постоянная поддержка, оказываемая валу 82, способствует повышению срока службы электродвигателя за счет снижения вероятности механической поломки, вызванной напряжениями от нагрузок, приложенных к обмоткам 78. Более конкретно, механические напряжения, приложенные к движущемуся валу 82 электродвигателя, компенсируются или переносятся прочной конструкцией сплошных металлических компонентов управляющих обмоток 78. Кроме того, вал 82 имеет первый диаметр D1 со значением в диапазоне от приблизительно 0,5 дюйма (1,3 см) до приблизительно 3,5 дюйма (8,8 см). Более конкретно, первый диаметр D1 имеет значение приблизительно 2,25 дюйма (5,6 см). В иллюстративном варианте выполнения первый диаметр D1 измеряется на круглом поперечном сечении. В качестве альтернативы, первый диаметр D1 может иметь любое значение, чтобы вал 82 мог работать, как описано в настоящем документе. Кроме того, в альтернативном варианте выполнения первый диаметр D1 может быть измерен на других, некруглых, поперечных сечениях, таких как, но не ограничиваясь этим, эллиптическом поперечном сечении.
[0035] Насос 20 содержит корпус 90, соединенный с корпусом 58 электродвигателя и расположенный снаружи от второго конца 62 электродвигателя. Корпус 90 насоса имеет первый конец 92, второй конец 94 и насосную часть 96, расположенную между первым концом 92 насоса и вторым концом 94 насоса. Первый конец 92 насоса проточно соединен со вторым концом 62 электродвигателя и проточно соединен с системой отверстий 38, а второй конец 94 насоса расположен во второй зоне 36 (как показано на Фиг. 1). Кроме того, второй конец 94 насоса проточно соединен с концом 29 обсадной трубы. Насосная часть 96 насоса имеет наружную поверхность 98, обращенную к обсадной трубе 26 (показана на Фиг. 1), и внутреннюю поверхность 100, ограничивающую отверстие 102 насоса. Насосная часть 96 имеет вторую длину L2 между первым концом 92 насоса и вторым концом 94 насоса. Вторая длина L2 отличается от первой длины L1. В иллюстративном варианте выполнения вторая длина L2 меньше, чем первая длина L1. Вторая длина L2 имеет значение в диапазоне от приблизительно 15 дюймов (38 см) до приблизительно 25 дюймов (63 см). Более конкретно, вторая длина L2 имеет значение приблизительно 16 дюймов (41 см). Вторая длина L2 может иметь любое значение, обеспечивающее возможность работы насоса 20 так, как описано в настоящем документе. Корпус 90 насоса дополнительно содержит соединительный элемент 104, такой как, но не ограничиваясь этим, фланец, который выполнен с возможностью соединения первого конца 92 насоса со вторым концом 62 электродвигателя. В иллюстративном варианте выполнения фланец 104 с возможностью отсоединения соединен с по меньшей мере одним из: вторым концом 62 электродвигателя и первым концом 92 насоса, чтобы облегчить удаление и/или извлечение корпуса 90 насоса из обсадной трубы 26 скважины (показано на Фиг. 1), не вынимая линейный электродвигатель 18 из обсадной трубы 26. В качестве альтернативы, соединительный элемент 104 может представлять собой интегрированный соединительный элемент, такой как, но не ограничиваясь этим, сварной шов. Соединительный элемент 104 может иметь любую конфигурацию, обеспечивающую возможность соединения между корпусом 58 электродвигателя и корпусом 90 насоса.
[0036] Насос 20 дополнительно содержит поршень 106, соединенный с валом 82 электродвигателя. Поршень 106 имеет второй диаметр D2, который отличается от первого диаметра D1. В иллюстративном варианте выполнения второй диаметр D2 меньше первого диаметра D1. В иллюстративном варианте выполнения второй диаметр D2 измеряется на круглом поперечном сечении. Второй диаметр D2 имеет значение в диапазоне от приблизительно 0,025 дюйма (0,064 см) до приблизительно 2,5 дюйма (6,35 см). Более конкретно, второй диаметр D2 имеет значение приблизительно 1,125 дюйма (2,86 см). Первый диаметр D1 и второй диаметр D2 могут иметь любой размер, обеспечивающий насосу 20 возможность работы так, как описано в настоящем документе. Кроме того, в альтернативном варианте выполнения второй диаметр D1 может быть измерен на других, некруглых поперечных сечениях, таких как, но не ограничиваясь этим, эллиптическом поперечном сечении. Расположение корпуса 90 насоса снаружи корпуса 58 электродвигателя облегчает выполнение второго диаметра D2 меньше первого диаметра D1. Соответственно, вал 82 имеет поперечное сечение большей площади по сравнению с поршнем 106, в результате чего большая площадь поверхности постоянного магнита 88 обращена к магнитным обмоткам 78, что облегчает уменьшение первой длины L1 линейного электродвигателя 18. Уменьшение первой длины L1 повышает эффективность и снижает эксплуатационное обслуживание и затраты на ремонт. В иллюстративном варианте выполнения поршень 106 насоса выполнен с возможностью совершения возвратно-поступательного перемещения внутри корпуса 58 электродвигателя и корпуса 90 насоса между первым положением 54 и вторым положением 56.
[0037] Уплотнительный узел 40 соединен с корпусом 58 электродвигателя и корпусом 90 насоса. Более конкретно, уплотнительный узел 40 содержит первый клапан 108, проточно соединенный со вторым концом 62 электродвигателя и первым концом 92 насоса. Уплотнительный узел 40 дополнительно содержит второй клапан 110, проточно соединенный со вторым концом 94 насоса и концом 29 обсадной трубы. Первый клапан 108 содержит первое седло 101, второе седло 103 и клапанное устройство 105. Клапанное устройство 105 содержит клапан одностороннего потока, такой как, но не ограничиваясь этим, обратный шаровой клапан, поворотный обратный клапан и мембранный обратный клапан. Первое седло 101 и второе седло 103 соединены с поршнем 106. В иллюстративном варианте выполнения первое седло 101, второе седло 103 и поршень 106 насоса образуют канал 107. Канал 107 имеет первый конец 99, проточно сообщающийся с системой отверстий 38. Канал 107 выполнен с возможностью направления текучей среды 24 из системы отверстий 38, через канал 107, за пределы первого седла 101 и второго седла 103, ив отверстие 102 насоса. Второй клапан 110 имеет первое седло 109, второе седло 111 и клапанное устройство 113. Клапанное устройство 113 содержит клапан одностороннего потока, такой как, но не ограничиваясь этим, обратный шаровой клапан, поворотный обратный клапан и мембранный обратный клапан. В альтернативном варианте выполнения клапанное устройство 105 может быть расположено внутри отверстия 102 насоса и между концом 99 и фланцем 104. Кроме того, в альтернативном варианте выполнения клапанное устройство 113 может быть расположено внутри отверстия 102 насоса.
[0038] Первый клапан 108 находится в проточном сообщении с отверстием 70 электродвигателя и отверстием 102 насоса и может иметь любую конфигурацию для облегчения протекания текучей среды 24 из системы отверстий 38 и в отверстие 102 насоса, и предотвращения прохождения потока текучей среды 24 из отверстия 102 насоса в отверстие 70 электродвигателя. Второй клапан 110 проточно соединен с отверстием 102 насоса и с отверстием 32 обсадной трубы, и может иметь любую конфигурацию, чтобы облегчить протекание текучей среды 24 внутри отверстия 32 обсадной трубы и предотвратить протекание текучей среды 24 из отверстия 32 обсадной трубы в отверстие 102 насоса.
[0039] В первом положении 54 (Фиг. 4) вал 82 электродвигателя выполнен с возможностью перемещения поршня 106 насоса в отверстие 70 электродвигателя. Поршень 106 выполнен с возможностью извлечения текучей среды 24 при первом давлении Р1 поршня из геологической формации 22 через систему отверстий 38 и в канал 107. Первое давление Р1 поршня в канале 107 заставляет клапанное устройство 105 перемещаться в открытое положение 114, показанное штриховой линией в пределах клапана 108. Более конкретно, в открытом положении 114 клапанное устройство 105 отсоединено от первого седла 101 и второго седла 103, чтобы облегчить протекание текучей среды 24 из системы отверстий 38 через канал 107 и в отверстие 102 поршня. Уплотнение 121 выполнено с возможностью герметизации отверстия 70 электродвигателя от воздействия текучей среды 24. В иллюстративном варианте выполнения вал 82 электродвигателя может быть соединен вблизи статора 72 с минимальным количеством уплотнения (не показано) и/или вовсе без уплотнения и/или с инкапсулированными материалами (не показаны), расположенными между валом 82 электродвигателя и магнитными обмотками 78. Более конкретно, минимальный зазор между статором 72 и валом 82 электродвигателя снижает и/или устраняет помехи между магнитными обмотками 78 и постоянным магнитом 88, что способствует улучшению электромагнитных характеристик между магнитными обмотками 78 и постоянным магнитом 88. К тому же, в первом положении 54, первое давление Р1 поршня в отверстии 102 насоса меньше, чем давление CP текучей среды 24 в, находящейся в отверстии 32 обсадной трубы скважины. На основе по меньшей мере разности давлений между первым давлением Р1 поршня и давлением CP в обсадной трубе, давление CP в обсадной трубе заставляет второй клапан 110 переместиться в закрытое положение 115. Более конкретно, в закрытом положении 115 клапанное устройство 113 соединено с первым седлом 109 и вторым седлом 111 и выполнено с возможностью герметизации отверстия 102 насоса от отверстия 32 обсадной трубы скважины. Кроме того, в закрытом положении 115 клапанное устройство 113 предотвращает поступление текучей среды 24, находящейся в отверстии 32 обсадной трубы, в отверстие 102 насоса, и предотвращает поступление текучей среды 24, находящейся в отверстии 102 насоса, в отверстие 32 обсадной трубы.
[0040] Во втором положении 56 (Фиг. 5), вал 82 электродвигателя выполнен с возможностью перемещения поршня 106 насоса в отверстии 102 насоса. Поршень 106 выполнен с возможностью перемещения первого седла 101, второго седла 103 и канала 107 в закрытое положение 115. Более конкретно, в закрытом положении 115 клапанное устройство 105 соединено с первым седлом 101 и вторым седлом 103 и выполнено с возможностью герметизации отверстия 70 насоса от отверстия 102 поршня. Кроме того, в закрытом положении 115 клапанное устройство 105 герметизирует канал 107 от отверстия 102 поршня для предотвращения протекания текучей среды 24 из системы отверстий 38, через канал 107 и в отверстие 102 поршня. Кроме того, поршень 106 насоса выполнен с возможностью приложения второго давления Р2 поршня к текучей среде 24 внутри отверстия 102 насоса, когда поршень 106 насоса перемещает первый клапан 108 от первого конца 92 насоса и ко второму концу 94 насоса и в закрытое положение 115.
[0041] Второе давление Р2 поршня больше, чем пластовое давление FP текучей среды 24, находящейся в геологической формации 22. На основании по меньшей мере разности давлений между вторым давлением Р2 поршня и пластовым давлением FP, второе давление Р2 поршня предотвращает вытекание текучей среды 24 из геологической формации 22 через систему отверстий 38 и в отверстие 102 насоса. Кроме того, второе давление Р2 поршня больше давления CP текучей среды 24, находящейся в отверстии 32 обсадной трубы скважины. Основываясь по меньшей мере на разности давлений между вторым Р2 давлением поршня и давлением CP в обсадной трубе, второе давление Р2 поршня вызывает перемещение второго клапана 110 в открытое положение 114. Более конкретно, в открытом положении 114 клапанное устройство 113 отсоединено от первого седла 109 и второго седла 111 для облегчения перемещения текучей среды 24 из отверстия 102 насоса, через второй конец 94 насоса и в отверстие 32 обсадной трубы для дальнейшей обработки. После выгрузки текучей среды 24 из отверстия 102 насоса и в отверстие 32 обсадной трубы, вал 82 электродвигателя выполнен с возможностью перемещения поршня 106 насоса из отверстия 102 насоса и в отверстие 70 электродвигателя.
[0042] Во время иллюстративной работы насосной системы 12 контроллер 42 электродвигателя (показан на Фиг. 1) посылает токовый сигнал 116 на статор 72. Токовый сигнал 116 проходит вдоль посадочной дорожки 74 и через магнитные обмотки 78. Результирующее магнитное поле (не показано) взаимодействует с магнитными обмотками 78 и с постоянным магнитом 88 вала 82 электродвигателя, чтобы переместить вал 82 электродвигателя в отверстие 70 электродвигателя, и в частности, от второго конца 62 электродвигателя к первому концу 60 электродвигателя.
[0043] Вал 82 электродвигателя перемещает поршень 106 насоса от отверстия 102 насоса и в отверстие 70 электродвигателя к первому положению 54. Поршень 106 создает отрицательное первое давление Р1 поршня, которое вызывает перемещение текучей среды 24 из формации 22 через систему отверстий 38, через канал 107 и в отверстие 102 насоса. Кроме того, первое давление Р1 поршня вызывает перемещение первого клапанного устройства 105 и отсоединения от первого седла 101 и герметизированного седла 103 в открытом положении 114. Уплотнение 121 предотвращает поступление текучей среды 24 из отверстия 102 насоса в отверстие 70 электродвигателя. Первое давление Р1 поршня также заставляет второй клапан 110 перемещаться и соединяться со вторым концом 94 насоса в закрытом положении 115 для предотвращения вытекания текучей среды 24 из отверстия 32 обсадной трубы в отверстие 102 насоса. Более конкретно, первое давление Р1 поршня вызывает соединение клапанного устройства 113 с первым седлом 109 и вторым седлом 111. В качестве альтернативы, давление CP в обсадной трубе может вызвать соединение клапанного устройства 113 с первым седлом 109 и вторым седлом 111 во втором положении 115.
[0044] В первом положении 54 перемещение вала 82 электродвигателя и поршня 106 насоса обеспечивает попадание текучей среды 24 из геологической формации 22, через систему отверстий 38, через канал 107 и в отверстие 102 насоса. Кроме того, в первом положении 54 перемещение вала 82 электродвигателя и поршня 106 насоса перемещает клапанное устройство 111 в соединение со вторым концом 94 насоса для герметизации отверстия 102 насоса от текучей среды 24, находящейся в обсадной трубе 32.
[0045] Контроллер 42 электродвигателя (показан на Фиг. 1) посылает токовый сигнал 118 к статору 72. Токовый сигнал 118 протекает внутри магнитных обмоток 78, чтобы переместить вал 82 электродвигателя во второе положение 56. Вал 82 электродвигателя перемещает поршень 106 насоса от отверстия 70 электродвигателя и в отверстие 102 насоса. Поршень 106 насоса перемещает первый клапан 108 для соединения первого клапана 108 с поршнем 106 насоса, и перемещает первый клапан 108 в сторону второго конца 94 насоса. Более конкретно, поршень 106 насоса перемещает первое седло 101 и второе седло в соединение с клапанным устройством 105. При перемещении первого клапана 108 от первого конца 92 насоса ко второму концу 94 насоса поршень 106 насоса создает второе давление Р2 поршня в текучей среде 24, находящейся в отверстии 102 насоса. Второе давление Р2 поршня больше, чем пластовое давление FP и предотвращает протекание текучей среды 24 из геологической формации 22 через систему отверстий 38, через канал 102 и в отверстие 102 насоса. Кроме того, второе давление Р2 поршня больше, чем давление CP в обсадной трубе и вызывает перемещение второго клапана 110 в открытое положение 114. Более конкретно, второе давление Р2 поршня вызывает соединение клапанного устройства 113 с седлом клапана 109 и перемещение седла 111 клапана в открытое положение 114. Второе давление Р2 поршня вызывает перемещение второго клапана 110 от второго конца 94 насоса и выпуска текучей среды 24 из отверстия 102 насоса и в отверстие 32 обсадной трубы для дальнейшей обработки с помощью устьевого оборудования 16 скважины. Во втором положении 56 контроллер 42 электродвигателя может посылать еще один токовый сигнал (не показан) к статору 72, чтобы переместить вал 82 электродвигателя обратно в первое положение 54, чтобы повторно выполнить процесс откачки.
[0046] Фиг. 6 изображает вид сбоку в разрезе альтернативной насосной системы 120 в первом положении 54. Фиг. 7 изображает вид сбоку в разрезе насосной системы 120 во втором положении 56. На Фиг. 6 и 7 компоненты, аналогичные тем, что показаны на Фиг. 1-5, имеют один и тот же номер позиции, показанный на Фиг. 1-5. Статор 72 содержит первичный магнитный узел 122. В иллюстративном варианте выполнения первичный магнитный узел 122 содержит постоянный магнит 88, соединенный с внутренней поверхностью 68. В качестве альтернативы, первичный магнитный узел 122 может содержать по меньшей мере одно из: магнитные обмотки, индукционную клетку, магнитно-постоянный материал с путем магнитного потока, имеющим, например, но не ограничиваясь этим, синхронную реактивную конфигурацию и коммутируемую реактивную конфигурацию. Кроме того, вал 82 электродвигателя содержит вторичный магнитный узел 124. В иллюстративном варианте выполнения вторичный магнитный узел 124 содержит вторичные магнитные обмотки 78. Первичный магнитный узел 122 и вторичный магнитный узел 124 выполнены так, чтобы способствовать удобному и эффективному удалению магнитных обмоток 78 без удаления неподвижного постоянного магнита 88. Более конкретно, вал 82 может быть эффективно удален из отверстия 70 электродвигателя, чтобы способствовать удобной замене магнитных обмоток 78 для выполнения операций технического обслуживания и/или замены. Кроме того, постоянный магнит 88 статора 72 остается соединенным с внутренней поверхностью 68, что снижает и/или устраняет помехи в отношении удаления и/или замены вала 82.
[0047] В процессе иллюстративной операции контроллер 42 электродвигателя (показан на Фиг. 1) посылает токовый сигнал 125 к валу 82 электродвигателя. Токовый сигнал 125 протекает через магнитные обмотки 78. Результирующее магнитное поле (не показано) взаимодействует с постоянным магнитом 88 и магнитными обмотками 78 для перемещения вала 82 в отверстие 70 электродвигателя от второго конца 62 электродвигателя к первому концу 60 электродвигателя и в первое положение 54. В первом положении 54 поршень 106 насоса выполнен с возможностью извлечения текучей среды 24 из геологической формации 22, через систему отверстий 38, через канал 107 и в отверстие 102 насоса, как было описано выше. Кроме того, поршень 106 насоса выполнен с возможностью перемещения первого клапана 108 в открытое положение 114. Кроме того, второй клапан 110 перемещается в закрытое положение 115 и выполнен с возможностью предотвращения протекания текучей среды 24 из отверстия 32 обсадной трубы в отверстие 102 насоса, как было описано выше.
[0048] Контроллер 42 электродвигателя (показан на Фиг. 1) посылает другой токовый сигнал 127 на вал 82 электродвигателя. Токовый сигнал 127 проходит через магнитные обмотки 78. Результирующее магнитное поле (не показано) взаимодействует с постоянным магнитом 88 и магнитными обмотками 78 для перемещения вала 82 электродвигателя в отверстие 70 электродвигателя с первого конца 60 электродвигателя в направлении второго конца 62 электродвигателя и второго положения 56. Во втором положении 56 поршень 106 насоса выполнен с возможностью толкать первый клапан 108 от первого конца 92 насоса ко второму концу 94 насоса и в закрытое положение 115. Поршень 106 насоса перемещает текучую среду 24 внутри отверстия 102 насоса к отверстию 32 обсадной трубы. Кроме того, поршень 106 насоса выполнен с возможностью перемещения текучей среды 24 через второй конец 94 насоса для перемещения второго клапана 110 в открытое положение 114. В открытом положении 114 поршень 106 насоса перемещает текучую среду 24 из отверстия 102 насоса, через второй конец 94 насоса и в отверстие 32 обсадной трубы для дальнейшей обработки.
[0049] Фиг. 8 представляет собой вид сбоку в разрезе альтернативной насосной системы 126 в первом положении 128. Фиг. 9 представляет собой вид в разрезе насосной системы 126 во втором положении 130. На Фиг. 8 и 9 компоненты, аналогичные показанным на Фиг. 1-7, имеют те же самые номера позиций, что и на Фиг. 1-7. В иллюстративном варианте выполнения статор 72 содержит первичный магнитный узел 76 с магнитными обмотками 78, соединенными с посадочной дорожкой 74. Кроме того, вал 82 электродвигателя содержит вторичный магнитный узел 86 с постоянным магнитом 88. В качестве альтернативы, вторичный магнитный узел 86 может содержать по меньшей мере одно из: магнитные обмотки, индуктивную клетку, магнитно-постоянный материал с путем магнитного потока, имеющим, например, но не ограничиваясь этим, синхронную реактивную конфигурацию и коммутируемую реактивную конфигурацию. Насосное устройство 12 также содержит другой насос 132, соединенный с электродвигателем 18. Насос 132 содержит корпус 134 и поршень 136. Корпус 134 насоса содержит первый конец 138, второй конец 140 и насосную часть 142. Насосная часть 142 насоса имеет наружную поверхность 144, обращенную к обсадной трубе 26 скважины (показана на Фиг. 1), и внутреннюю поверхность 146, ограничивающую отверстие 148 насоса. Первый конец 138 насоса соединен с первым концом 60 электродвигателя. Второй конец 140 насоса соединен с концом 149 обсадной трубы. В иллюстративном варианте выполнения соединительный элемент 104 соединяет корпус 134 насоса с корпусом 58 электродвигателя. Кроме того, система отверстий 38 проточно соединена с геологической формацией 22 и отверстием 148 насоса. Уплотнительный узел 40 содержит первый клапан 150 и второй клапан 152.
[0050] Во время иллюстративной работы насосной системы 12 контроллер 42 электродвигателя (показан на Фиг. 1) посылает токовый сигнал 116 к статору 72. Токовый сигнал 116 проходит вдоль посадочной дорожки 74 и через магнитные обмотки 78, Результирующее магнитное поле (не показано) взаимодействует с постоянным магнитом 88 и магнитными обмотками 78, чтобы переместить вал 82 электродвигателя внутри отверстия 70 электродвигателя от второго конца 62 электродвигателя к первому концу 60 электродвигателя и в первое положение 128. В первом положении 128 поршень 106 насоса выполнен с возможностью извлечения текучей среды 24 из геологической формации 22, через систему отверстий 38, через канал 107 и в отверстие 102 насоса, как было описано выше. Поршень 106 выполнен с возможностью перемещения первого клапана 108 в открытое положение 114. Кроме того, в первом положении 128 второй клапан 110 перемещен в закрытое положение 115 для предотвращения протекания текучей среды 24 из отверстия 32 обсадной трубы в отверстие 102 насоса, как описано выше.
[0051] Кроме того, в первом положении 128 вал 82 перемещает поршень 136 насоса в отверстии 148 насоса. Поршень 136 выполнен с возможностью соединения первого клапана 150 с поршнем насоса 106 и перемещения первого клапана 150 от первого конца 138 насоса ко второму концу 140 насоса в закрытое положение 115. Поршень 136 насоса также перемещает текучую среду 24 внутри отверстия 148 насоса к отверстию 32 обсадной трубы. Поршень 136 выполнен с возможностью перемещения текучей среды 24 через второй конец 140 насоса и перемещения второго клапана 152 в открытое положение 114. В открытом положении 114 поршень 136 насоса перемещает текучую среду 24 из отверстия 148 насоса, через конец 149 корпуса и в отверстие 32 обсадной трубы для дальнейшей обработки.
[0052] Контроллер 42 электродвигателя (показан на Фиг. 1) посылает токовый сигнал 118 (Фиг. 9) к статору 72. Токовый сигнал 118 проходит вдоль посадочной дорожки 74 и через магнитные обмотки 78. Результирующее магнитное поле (не показано) взаимодействует с постоянным магнитом 88 и магнитными обмотками 78 для перемещения вала 82 электродвигателя в отверстии 70 электродвигателя от первого конца 60 электродвигателя ко второму концу 62 электродвигателя и во второе положение 130. Во втором положении 130 поршень 106 насоса выполнен с возможностью толкать первый клапан 108 от первого конца 92 насоса ко второму концу 94 насоса и в закрытое положение 115. Поршень 106 насоса перемещает текучую среду 24 внутри отверстия 102 насоса по направлению к отверстию 32 обсадной трубы. Кроме того, поршень 106 насоса выполнен с возможностью перемещения второго клапана 110 в открытое положение 114. В открытом положении 114 поршень 106 насоса перемещает текучую среду 24 из отверстия 102 насоса, через второй конец 94 насоса и в отверстие 33 обсадной трубы для последующей обработки, как описано выше. В иллюстративном варианте выполнения отверстие 32 обсадной трубы и отверстие 33 обсадной трубы могут быть проточно соединены друг с другом через общий соединительный элемент 35, такой как, но не ограничиваясь этим, Т-соединение, проходное соединение и клапан. В качестве альтернативы, отверстие 32 обсадной трубы и отверстие 33 обсадной трубы могут независимо друг от друга быть подсоединены к колонне 52 (как показано на Фиг. 1) и/или к устьевому оборудованию 16 скважины (показано на Фиг. 1).
[0053] Кроме того, во втором положении 130 поршень 136 насоса выполнен с возможностью извлечения текучей среды 24 из формации 22, через систему отверстий 38, через канал 107 и в отверстие 148 насоса, как было описано выше. Во втором положении 130 первый клапан 150 перемещен в открытое положение 114 и выполнен с возможностью предотвращения протекания текучей среды 24 из отверстия 148 насоса и в отверстие 70 электродвигателя. Кроме того, во втором положении 130 второй клапан 152 перемещен в закрытое положение 115, чтобы предотвратить протекание текучей среды 24 из отверстия 32 обсадной трубы в отверстие 148 насоса.
[0054] Фиг. 10 изображает вид сбоку в разрезе насосной системы 154 в первом положении 128. Фиг. 11 изображает вид сбоку в разрезе насосной системы 154 во втором положении 130. На Фиг. 10 и 11 элементы, аналогичные показанные на Фиг. 1-9, обозначены теми же самыми номерами позиций, что и элементы, показанные на Фиг. 1-9. В иллюстративном варианте выполнения статор 72 содержит первичный магнитный узел 122 с постоянным магнитом 88. В качестве альтернативы, первичный магнитный узел 72 может содержать по меньшей мере одно из: магнитные обмотки, индуктивную клетку, магнитно-постоянный материал с путем магнитного потока, имеющим, например, но не ограничиваясь этим, синхронную реактивную конфигурацию и коммутируемую реактивную конфигурацию. Кроме того, вал 82 электродвигателя содержит вторичный магнитный узел 124 с магнитными обмотками 78. Насосная система 154 также содержит насос 132, соединенный с линейным электродвигателем 18. Насос 132 содержит корпус 134 и поршень 136. Корпус 134 насоса имеет первый конец 138 насоса, второй конец 140 насоса и насосную часть 142. Насосная часть 142 насоса имеет наружную поверхность 144 и внутреннюю поверхность 146, ограничивающую отверстие 148 насоса. Первый конец 138 насоса соединен с первым концом 60 электродвигателя. Второй конец 140 насоса соединен с концом 149 обсадной трубы. В иллюстративном варианте выполнения соединительный элемент 104 соединяет корпус 134 насоса с корпусом 58 электродвигателя. Кроме того, система отверстий 38 проточно соединена с геологической формацией 22 и отверстием 148 насоса. Уплотнительный узел 40 содержит первый клапан 150 и второй клапан 152, соединенный со вторым концом 140 насоса.
[0055] Во время иллюстративной операции контроллер 42 электродвигателя (показан на Фиг. 1) посылает токовый сигнал 125 на вал 82. Токовый сигнал 125 протекает вдоль вала 82 и через магнитные обмотки 78. Результирующее магнитное поле (не показано) взаимодействует с постоянным магнитом 88 и магнитными обмотками 78, чтобы переместить вал 82 внутри отверстия 70 электродвигателя со второго конца 62 электродвигателя и первого конца 60 электродвигателя. В первом положении 128 поршень 106 насоса выполнен с возможностью извлечения текучей среды 24 из геологической формации 22 через систему отверстий 38, через канал 107 и в отверстие 102 насоса, как было описано выше. В первом положении 128 первый клапан 108 выполнен с возможностью перемещения в открытое положение 114. Уплотнение 121 предотвращает протекание текучей среды 24 из отверстия 102 насоса и в отверстие 70 электродвигателя. Кроме того, в первом положении 128 второй клапан 110 перемещен в закрытое положение 115, чтобы предотвратить протекание текучей среды 24 из отверстия 32 обсадной трубы в отверстие 102 насоса.
[0056] Кроме того, в первом положении 128 вал 82 электродвигателя выполнен с возможностью перемещения поршня 136 насоса в отверстие 148 насоса. Поршень 136 выполнен с возможностью толкать первый клапан 150 от первого конца 138 насоса ко второму концу 140 насоса в закрытое положение 115. Поршень 136 насоса далее перемещает текучую среду 24 внутри отверстия 148 насоса к отверстию 32 обсадной трубы. Поршень 136 насоса также выполнен с возможностью перемещения текучей среды 24 через второй конец 140 насоса и перемещения второго клапана 152 в открытое положение 114. В открытом положении 114 поршень 136 насоса перемещает текучую среду 24 из отверстия 148 насоса в отверстие 32 обсадной трубы для дальнейшей обработки.
[0057] Контроллер 42 электродвигателя (показан на Фиг. 1) посылает токовый сигнал 127 (Фиг. 11) статору 72. Токовый сигнал 127 проходит вдоль вала 82 электродвигателя и через магнитные обмотки 78. Результирующее магнитное поле (не показано) взаимодействует с постоянным магнитом 88 и магнитными обмотками 78, чтобы переместить вал 82 в отверстие 70 электродвигателя с первого конца 60 электродвигателя ко второму концу 62 электродвигателя и ко второму положению 130. Во втором положении 130 поршень 106 насоса выполнен с возможностью толкать первый клапан 108 от первого конца 92 насоса ко второму концу 94 насоса и в закрытое положение 115. Поршень 106 насоса перемещает текучую среду 24 внутри отверстия 102 насоса в направлении отверстия 32 обсадной трубы. Кроме того, поршень 106 насоса выполнен с возможностью перемещения второго клапана 110 в открытое положение 114. В открытом положении 114 поршень 106 насоса перемещает текучую среду 24 из отверстия 102 насоса в отверстие 32 обсадной трубы для дальнейшей обработки.
[0058] Кроме того, во втором положении 130 поршень 136 насоса выполнен с возможностью извлечения текучей среды 24 из геологической формации 22, через систему отверстий 38, через канал 107 и в отверстие 148 насоса, как было описано выше. Во втором положении 130 первый клапан 150 перемещен в открытое положение 114. Уплотнение 121 предотвращает протекание текучей среды 24 из отверстия 148 насоса и в отверстие 70 электродвигателя. Кроме того, во втором положении 130 второй клапан 152 перемещен в закрытое положение 115, предотвращая протекание текучей среды 24 из отверстия 32 обсадной трубы в отверстие 148 насоса.
[0059] Фиг. 12 изображает блок-схему, изображающую иллюстративный способ 1200 сборки насосной системы, такой как насосная система 12 (показана на Фиг. 3). Способ 1200 включает присоединение 1202 статора 72 (показан на Фиг. 3) к корпусу 58 электродвигателя (показан на Фиг. 3). Статор содержит первичный магнитный узел, такой как первичный магнитный узел 76 (показан на Фиг. 3). В иллюстративном способе 1200 сборка первичного магнитного узла включает соединение магнитных обмоток 78 (показаны на Фиг. 4) с посадочной дорожкой 74 (показана на Фиг. 4) статора. Вал 82 электродвигателя (показан на Фиг. 3) присоединяют 1204 к статору. Вал электродвигателя содержит вторичный магнитный узел, например, вторичный магнитный узел 86 (показан на Фиг. 3). В иллюстративном способе 1200 сборка вторичного магнитного узла включает присоединение постоянного магнита 88 (показан на Фиг. 4) к валу 82 электродвигателя. Вал электродвигателя дополнительно имеет первый диаметр D1 (показан на Фиг. 4).
[0060] Способ 1200 включает присоединение 1206 корпуса 90 насоса (показано на Фиг. 4) к корпусу электродвигателя. Способ 1200 дополнительно включает присоединение 1208 поршня 106 насоса (показан на Фиг. 4) к валу электродвигателя. Насос поршня имеет второй диаметр D2 (показан на Фиг. 4), который меньше, чем первый диаметр. Насос поршня выполнен с возможностью совершения возвратно-поступательного перемещения в корпусе насоса между первым положением 54 (показано на Фиг. 4) и вторым положением 56 (показано на Фиг. 5). Способ 1200 дополнительно включает присоединение 1210 уплотнительного узла 40 (показан на Фиг. 4) к корпусу электродвигателя и корпусу поршня, причем уплотнение выполнено с возможностью герметизации корпуса насоса, когда поршень насоса находится во втором положении и герметизирует корпус электродвигателя, когда поршень насоса находится в первом положении.
[0061] Фиг. 13 изображает вид поршня 156 насоса и клапана 158 для использования с насосной системой 12 в разрезе (как показано на Фиг. 1). В качестве альтернативы, поршень 156 насоса и клапан 158 могут быть использованы с любой из насосных систем, показанных на Фиг. 1-11. Клапан 158 содержит первое седло 160, второе седло 162 и клапанное устройство 164, соединенное с ним с возможностью отсоединения. Клапанное устройство 164 содержит клапан одностороннего потока, такой как, но не ограничиваясь этим, обратный шаровой клапан, поворотный обратный клапан и диафрагменный обратный клапан. Первое седло 160 и второе седло 162 соединены с поршнем 156 с помощью крепежного элемента 166, такого как, но не ограничиваясь этим, фланца, сварного шва и кронштейна. Кроме того, первое седло 160 и второе седло 162 имеют канавки 168, которые выполнены с возможностью удержания уплотнения 170, например, уплотнительных колец.
[0062] Первое седло 160, второе седло 162 и поршень 156 насоса выполнены с возможностью ограничения канала 172. В иллюстративном варианте выполнения канал 172 содержит первую часть 174 и вторую часть 176. Первая часть 174 канала содержит по меньшей мере один конец 178, находящийся в проточном сообщении с обсадной трубой 26 (показана на Фиг. 1) и/или с системой отверстий 38 (показаны на Фиг. 1). Первая часть 174 канала также соединена с возможностью проточного сообщения со второй частью 176 канала под углом 180, имеющим значение в диапазоне от приблизительно 0° до приблизительно 90°. В качестве альтернативы, угол 180 может иметь значение в любом диапазоне, обеспечивающем возможность работы насосной системы 12. Вторая часть 176 канала проточно соединена с отверстием 102 поршня. Угловая ориентация первой части 174 канала и второй части 176 канала облегчают направление потока текучей среды 24 (показано на Фиг. 4-11) от системы отверстий 38, через части 174, 176 канала и в отверстие 102 поршня.
[0063] Фиг. 14 представляет собой вид в разрезе поршня 182 и клапана 184 насоса. На Фиг. 14 элементы, аналогичные показанным на Фиг. 13, имеют те же самые номера позиций. Поршень 182 и клапан 184 могут быть использованы с любой из насосных систем, показанных на Фиг. 1-11. Клапан 184 содержит первое седло 160, второе седло 162 и клапанное устройство 164, соединенное с ним с возможностью отсоединения. Клапанное устройство 164 содержит клапан одностороннего потока, такой как, но не ограничиваясь этим, обратный шаровой клапан, поворотный обратный клапан и диафрагменный обратный клапан. Первое седло 160 и второе седло 162 соединены с поршнем 156 с помощью крепежного элемента 166, такого как, но не ограничиваясь этим, фланца, сварного шва и кронштейна. Кроме того, первое седло 160 и второе седло 162 имеют канавки 168, в которых может быть расположено уплотнение 170, например, уплотнительные кольца.
[0064] Первое седло 160, второе седло 162 и поршень 182 насоса выполнены с возможностью ограничения канала 186. В иллюстративном варианте выполнения канал 186 содержит первую часть 188 и вторую часть 190. Первая часть 188 канала содержит по меньшей мере один конец 192, находящийся в проточном сообщении с обсадной трубой 26 (показана на Фиг. 1) и/или с системой отверстий 38 (показаны на Фиг. 1). Первая часть 188 канала также соединена с возможностью проточного сообщения со второй частью 190 канала под углом 194, имеющим значение в диапазоне от приблизительно 0° до приблизительно 45°. В качестве альтернативы, угол 198 может иметь значение в любом диапазоне, обеспечивающем возможность работы насосной системы 12. Вторая часть 190 канала проточно соединена с отверстием 102 поршня (показано на Фиг. 4-11). Угловая ориентация первой части 188 канала и второй части 190 канала облегчают направление потока текучей среды 24 (показано на Фиг. 4-11) от системы отверстий 38, через части 188, 190 канала и в отверстие 102 поршня.
[0065] Фиг. 15 изображает разрез поршня 196 и клапана 198 насоса для использования с насосной системой 12 (как показано на Фиг. 1). Поршень 196 и клапан 198 могут быть использованы с любой из насосных систем, показанных на Фиг. 1-11. Клапан 198 содержит первое седло 160, второе седло 160 и клапанное устройство 169, соединенное с ним с возможностью отсоединения. Клапанное устройство 169 содержит клапан одностороннего потока, такой как, но не ограничиваясь этим, обратный шаровой клапан, поворотный обратный клапан и диафрагменный обратный клапан. Кроме того, первое седло 160 и второе седло 162 имеют канавки 168, которые выполнены с возможностью удержания уплотнения 170, например, уплотнительных колец. Первое седло 160, второе седло 162 и поршень 196 насоса выполнены с возможностью ограничения канала 200.
[0066] Фиг. 16 изображает разрез альтернативной насосной системы 202 в первом положении 54. Фиг. 17 изображает разрез насосной системы 202 во втором положении 56. На Фиг. 16 и 17 элементы, аналогичные показанным на Фиг. 1-15, имеют те же самые номера позиций, что и элементы, показанные на Фиг. 1-15. Более конкретно, насосная система 202 содержит элементы, аналогичные показанным на Фиг. 4 и 5. В качестве альтернативы, система 202 может содержать элементы, аналогичные показанным на Фиг. 6-15. Насосная система 202 может работать с любой системой, показанной на Фиг. 1-15.
[0067] В иллюстративном варианте выполнения электродвигатель 82 содержит канал 204, расположенный внутри рабочей части 84 электродвигателя. Кроме того, насос 20 содержит канал 206, расположенный внутри поршня 106 насоса. Канал 206 насоса проточно соединен с каналом 107 первого клапана 108 и с каналом 204 электродвигателя. Канал 204 электродвигателя проточно соединен с устройством 208 потока, таким как, но не ограничиваясь этим, трубопроводом, трубой, канавкой, рукавом, каналом и корпусом. Устройство 208 потока проточно соединено с формацией 22 через систему отверстий 38.
[0068] В первом положении 54 (Фиг. 4) вал 82 может перемещать поршень 106 насоса в отверстии 70 электродвигателя. Поршень 106 выполнен с возможностью извлечения текучей среды 24 под первым давлением Р1 поршня из формации 22 через систему отверстий 38 в канал 107. Более конкретно, первое давление Р1 поршня вызывает поток текучей среды 24 из формации 22, через устройство 208 потока и в канал 204 электродвигателя и канал 206 поршня. Первое давление Р1 поршня в канале 107 вызывает перемещение клапанного устройства 105 в открытое положение 114, показанное в клапане 108 штриховыми линиями. Более конкретно, в открытом положении 114 клапанное устройство 105 отсоединено от первого седла 101 и второго седла 103, чтобы облегчить протекание текучей среды 24 из системы отверстий 38, через каналы 107, 204 и 206, и в отверстие 102 поршня. В первом положении 54 первое давление Р1 поршня в отверстии 102 насоса меньше, чем давление CP текучей среды 24, находящейся в отверстии 32 обсадной трубы. На основании по меньшей мере разности давлений между первым давлением Р1 поршня и давлением CP в обсадной трубе, давление CP в обсадной трубе вызывает переход второго клапана 110 в закрытое положение 115. Более конкретно, в закрытом положении 115 клапанное устройство 113 соединено с первым седлом 109 и вторым седлом 111 и выполнено с возможностью герметизации отверстия 102 насоса от обсадной трубы 32. Кроме того, в закрытом положении 115 клапанное устройство 113 препятствует поступлению текучей среды 24, находящейся в отверстии 32 обсадной трубы, в отверстие 102 насоса и предотвращает поступление текучей среды 24, находящейся в отверстии 102 насоса, в отверстие 32 обсадной трубы.
[0069] Во втором положении 56 (Фиг. 17) вал 82 электродвигателя выполнен с возможностью перемещения поршня 106 насоса в отверстие 102 насоса. Поршень 106 выполнен с возможностью перемещения первого седла 101, второго седла 103 и канала 107 в закрытое положение 115. Более конкретно, в закрытом положении 115 клапанное устройство 105 соединено с первым седлом 101 и вторым седлом 103 и выполнено с возможностью герметизации отверстия 70 насоса от отверстия 102 поршня. Кроме того, в закрытом положении 115 клапанное устройство 105 герметизирует канал 107 от отверстия 102 поршня для предотвращения протекания текучей среды 24 из системы отверстий 38 через канал 107 и в отверстие 102 поршня. Кроме того, поршень 106 насоса выполнен с возможностью приложения второго давления Р2 поршня для текучей среды 24 внутри отверстия 102 насоса, когда поршень 106 насоса перемещает первый клапан 108 от первого конца 92 насоса ко второму концу 94 насоса и в закрытое положение 115.
[0070] Второе давление Р2 поршня больше, чем давление CP текучей среды 24, находящейся в отверстии 32 обсадной трубы. На основании по меньшей мере разности давлений между вторым давлением Р2 поршня и давлением CP в обсадной трубе, второе давление Р2 поршня вызывает перемещение второго клапана 110 в открытое положение 114. Более конкретно, в открытом положении 114 клапанное устройство 113 отсоединяется от первого седла 109 и второго седла 111 для облегчения перемещения текучей среды 24 из отверстия 102 насоса, через второй конец 94 насоса и в отверстие 32 обсадной трубы для дальнейшей обработки. После выгрузки текучей среды 24 из отверстия 102 насоса и в отверстие 32 обсадной трубы, вал электродвигателя 82 выполнен с возможностью перемещения поршня 106 насоса из отверстия 102 насоса и в отверстие 70 электродвигателя.
[0071] Фиг. 18 изображает разрез альтернативной насосной системы 210. На Фиг. 18 аналогичные компоненты, показанные на Фиг. 1-17, включают те же самые номера элементов, показанных на Фиг. 1-17. Более конкретно, насосная система 210 содержит компоненты, аналогичные компонентам, показанным на Фиг. 4 и 5. В качестве альтернативы, насосная система 210 может содержать компоненты, аналогичные компонентам, показанным на Фиг. 6-17. Насосная система 202 может работать с любой системой, показанной на Фиг. 1-17.
[0072] В иллюстративном варианте выполнения насосная система 210 содержит теплообменник 212, проточно соединенный с формацией 22 через систему отверстий 38 и с отверстием 102 поршня. Теплообменник 212 содержит устройства, такие как, но не ограничиваясь ими, трубопровод, трубу, канавку, рукав, канал и корпус. Теплообменник 212 дополнительно проточно соединен с корпусом 58 электродвигателя. Исключительно в иллюстративных целях, теплообменник 212 показан присоединенным вблизи верхней части корпуса 58 электродвигателя. В качестве альтернативы, теплообменник 212 может быть соединен с любой частью корпуса 58 электродвигателя. Теплообменник 212 выполнен с возможностью направления текучей среды 24 из формации 22, через системой отверстий 38 и в отверстие 102 поршня. Более конкретно, теплообменник 212 выполнен с возможностью направления текучей среды 24 вблизи и/или в контакте с корпусом 58 электродвигателя, чтобы способствовать передаче тепла от корпуса 58 электродвигателя и в текучую среду 24. Соответственно, текучая среда 24, находящаяся в проточном устройстве 212, способствует передаче тепла от корпуса 58 электродвигателя для облегчения охлаждения электродвигателя 18.
[0073] Иллюстративные варианты выполнения, описанные здесь, обеспечивают погружной линейный электродвигатель и насос для экономически эффективной перекачки текучих сред из скважины. Описанные иллюстративные варианты выполнения принудительно перемещают добываемую текучую среду при различных скоростях производства, таких как, но не ограничиваясь этим, высокой скорости производства текучей среды в ранней фазе жизни скважины, и более низкой скорости производства текучей среды для оставшейся части жизни скважины, в связи с более низкими уровнями имеющейся добываемой текучей среды. Кроме того, иллюстративные варианты выполнения уменьшают помехи и повышают электромагнитные характеристики насосной системы путем удаления уплотнений и/или инкапсулирующего материала между валом электродвигателя и статором электродвигателя, что уменьшает пространство между валом электродвигателя и статором электродвигателя.
[0074] Иллюстративные варианты выполнения, описанные в настоящем документе, располагают корпус насоса снаружи корпуса электродвигателя для облегчения выполнения поршня насоса меньшего размера, чем вал электродвигателя, чтобы обеспечить большую площадь поверхности для магнитных сил в линейном электродвигателе, действующих на вал электродвигателя, что уменьшает длину линейного электродвигателя. Кроме того, иллюстративные варианты выполнения обеспечивают линейный электродвигатель, имеющий вал с постоянным магнитом, и статор с магнитными обмотками, причем постоянный магнит поддерживает магнитные обмотки во время работы электродвигателя, что увеличивает срок службы электродвигателя. Кроме того, иллюстративные варианты выполнения, описанные в настоящем документе, обеспечивают линейный электродвигатель, имеющий вал с большим количеством магнитных обмоток, и статор с постоянным магнитом, причем линейный электродвигатель обеспечивает удобное и эффективное удаление магнитных обмоток с уменьшенными помехами или с отсутствием помех от постоянного магнита. Кроме того, иллюстративные варианты выполнения, описанные в настоящем документе, облегчают перекачку производственных текучих сред при точных динамических скоростях путем управления электронной активацией линейного электродвигателя. Иллюстративные варианты выполнения, описанные в настоящем документе, герметизируют отверстие электродвигателя от производственных текучих сред для получения небольших допусков между валом электродвигателя и статором электродвигателя. Иллюстративные варианты выполнения, описанные в настоящем документе, могут работать с выталкивающей конфигурацией и/или с вытягивающей конфигурацией, в которой клапанные устройства могут быть расположены по обе стороны от седел клапана и/или могут быть расположены в отверстиях насоса или отверстиях обсадной трубы.
[0075] Технический результат, достигаемый при использовании систем и способов, описанных в настоящем документе, включает по меньшей мере одно из следующего: (а) принудительное смещение добываемой текучей среды с использованием возвратно-поступательного насоса с приводом от линейного электродвигателя; (б) уменьшение продольной длины линейного электродвигателя; (в) перекачку многофазных текучих сред при точных динамических скоростях путем управления электронной активацией линейного электродвигателя; (г) размещение корпуса насоса снаружи корпуса электродвигателя для получения поршня насоса с размером, отличным от размера вала электродвигателя, для оптимизации расхода и давления; (д) обеспечение постоянной поддержки обмоток статора при выполнении операций откачки; (е) содействие удобному и эффективному удалению магнитных обмоток с уменьшенными помехами или с отсутствием помех из-за постоянного магнита; (ж) герметизация отверстия электродвигателя от текучей среды для получения небольших допусков между валом электродвигателя и статором электродвигателя; и (з) уменьшение затрат на проектирование, монтаж, техническое обслуживание, эксплуатационных затрат и/или затрат на замену насосной системы для буровой площадки.
[0076] В настоящем документе описаны иллюстративные варианты выполнения насосной системы и способы сборки насосной системы. Способы и системы не ограничиваются конкретными вариантами выполнения, описанными в настоящем документе, а скорее, компоненты систем и/или этапов способов могут быть использованы независимо друг от друга и отдельно от других компонентов и/или этапов, описанных в настоящем документе. Например, способы могут быть также использованы в сочетании с другими производственными системами и способами, а не ограничиваются на практике только системами и способами, описанными в настоящем документе. Скорее всего, иллюстративный вариант выполнения может быть реализован и использован в связи со многими другими применениями текучих сред и/или газа.
[0077] Несмотря на то, что конкретные признаки различных вариантов выполнения настоящего изобретения на некоторых чертежах могут быть показаны, а на других не показаны, это сделано только для удобства. В соответствии с принципами настоящего изобретения, любой признак, изображенный на чертеже, может иметь номер позиции и/или быть заявлен в сочетании с любым признаком, изображенным на любом другом чертеже.
[0078] Это описание для раскрытия изобретения использует примеры, включая наилучший способ, а также дает любому специалисту в данной области техники возможность использовать изобретение, в том числе создавать и использовать любые устройства или системы, и выполнять любые включенные в настоящий документ способы. Патентоспособный объем изобретения определяется формулой изобретения и может включать другие примеры, которые придут на ум специалистам в данной области техники. При этом такие другие примеры также попадают в объем формулы изобретения, если они имеют конструктивные элементы, которые не отличаются от буквального изложения формулы изобретения, или если они имеют эквивалентные конструктивные элементы с несущественными отличиями от буквального изложения формулы изобретения.