[發明專利]具有鐵磁流體間隙的潛油馬達

無效

• 申請號: 200910258410.5
• 申請日: 2009-12-31
• 公開（公告）號: CN101826760A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發明（設計）人: A·韋內魯索
• 申請（專利權）人: 普拉德研究及開發股份有限公司
• 主分類號: H02K1/00
• 分類號: H02K1/00;H02K5/04;F04D13/10
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 劉興鵬

相關申請的交叉引用

本申請基于2008年12月31日遞交的美國臨時申請序列號No：61/141,875，并要求它的優先權。

背景技術

在各種井道相關的應用中，潛油電動馬達提供用于泵送或其它工作的動力。例如，在電動潛油泵送系統中，油浸式馬達用于向移動井下環境中的流體的泵提供動力。通過用油填充馬達，潛油馬達可以被設計為具有相對薄的壁式殼體，所述殼體可以在井下安裝、并在井眼壓力下操作。然而，不希望的副效應是該馬達中存在大的粘滯功率損耗，這種損耗對經由長電線上的井下輸送電功率的供給來說是昂貴的。克服粘滯曳力所需的附加電功率做無用功。取而代之，附加的電流增加了在馬達繞組和長的電力電纜中耗散的熱量。因此，在地面需要更高的電壓來克服電力電纜中的損耗。所有的這些效應導致與泵送系統相關的額外的風險、壓力和運行費用。

傳統的電動潛油泵送系統馬達通常在填充絕緣油的殼體中運行，以在馬達的內部和沿著馬達外部的井眼流體壓力之間實現壓力平衡。這種壓力平衡避免了對能夠承受大的壓力差的厚的壁式壓力容器的需求。油浸、壓力平衡馬達的構思在1916年左右由Armais?Artunoff結合到他的早期電動潛油泵送系統中。雖然絕緣油有助于壓力平衡并保護潛油馬達免受井內流體的影響，但絕緣流體幾乎不改善馬達的電磁性能，因為絕緣油具有與空氣近似相同的電磁特性。

不幸的是，這種特性導致明顯更大的電流施加到馬達繞組上，以克服由于在潛油馬達內轉動該絕緣油而產生的附加的粘滯摩擦。這種額外的電流在馬達產生了更多的熱量和渦流損耗。此外，這種額外的電流經由長的電力電纜在井下傳送，這產生了實質性的電阻損耗。由于較高的熱耗散和向馬達傳遞足夠的動力所需要較高的電壓，最終結果是更高的運行費用、更低的可靠性和減少的壽命。

發明內容

大體上，本申請提供了一種能夠降低潛油馬達的電功率損耗的技術。該技術采用了包括密封定子和轉子的殼體的潛油馬達。鐵磁流體以足夠的量設置在該殼體中，以填充定子和轉子之間的間隙。鐵磁流體具有充分改善的特性，以促進供給的電功率降低，并且因此有助于提高該馬達的運行效率。

附圖說明

以下將參照附圖描述特定實施方式，其中相同的附圖標記表示相同的元件，并且：

圖1為根據一種實施方式的馬達系統的一個例子的示意圖；

圖2為根據一種實施方式的圖1中示出的大致橫切馬達軸線得到的馬達系統的剖面圖；

圖3為根據一種實施方式的采用潛油馬達的井眼設備的一個例子的示意圖；以及

圖4為根據一種實施方式示出的準備用在浸沒環境中的馬達系統的一種方法的流程圖。

具體實施方式

在接下來的描述中，闡述了大量的細節，以提供對優選實施方式的理解。然而，本領域技術人員將會理解，在沒有這些細節的情況下也可以實踐各種實施方式，并且根據所描述的實施方式進行多種變化和修改也是可能的。

優選實施方式大體上涉及與潛油馬達的結構和使用相關的系統和方法。所述系統和方法充分改善了馬達運行效率，并因此降低了必須經由非常長的電力電纜導向地下位置處的馬達的電功率量。在某些應用中，潛油馬達被用在機械采油系統中，如電動潛油泵送系統。然而，該馬達也可以結合在其它井道相關設備中，如結合在地層測試器泵、電動液壓傳動裝置、用于流量控制閥的驅動裝置以及其它裝置中，以向多種系統和/或組件供給動力。所述方法提供了具有相當低的運行費用、更長的壽命和更高的可靠性的馬達。

根據一種實施方式，馬達被設計為采用稱為鐵磁流體的本質上為液態的磁性材料。取決于應用場合，鐵磁流體可以用來充分填充馬達的內部。例如，鐵磁流體位于馬達殼體內，以填充轉動件之間的間隙和該馬達的磁路中的其它間隙。采用鐵磁流體顯著降低了該馬達的磁阻。繼而，降低的磁阻通過顯著地降低所需求的電流和電功率而增強了馬達性能和可靠性，所述的電流和電功率被供給以產生所需水準的磁通量以及輸出功率。

例如，當該馬達用在電動潛油泵送(ESP)系統中時，與傳統的ESP馬達相比，獨特的馬達結構顯著地降低了在其額定速度和輸出功率下驅動ESP馬達所需的電流。在適合用在電動潛油泵送系統的馬達的一種實施方式中，鐵磁流體與絕緣油混合以改善該馬達的轉子和定子之間的臨界間隙的磁路性能。這種方法還顯著地降低了該馬達的磁阻，以在給定量的電流下產生所需的磁通量。因此，必須在井下供給以產生指定的旋轉磁場的電流量會顯著地降低。