[發明專利]泵送流體的方法、用于該方法的脈沖發生器、以及包括該脈沖發生器的泵系統

無效

• 申請號: 201380019011.8
• 申請日: 2013-03-28
• 公開（公告）號: CN104379933A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 穆罕默德·薩戈夫;彼得·格魯比耶
• 申請（專利權）人: 維爾京群島SPP有限公司
• 主分類號: F04B47/00
• 分類號: F04B47/00;F04F7/00;E21B43/12
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 楊生平;鐘錦舜

技術領域

本本發明涉及泵送流體的方法，在此方法中使用的脈沖發生器，以及包括此脈沖發生器的泵系統。

背景技術

US2009/0000790A1公開了包括連接到柔性驅動桿的一端的電機與連接到柔性驅動桿的另一端的活塞的短沖程活塞泵。活塞與柔性驅動桿布置在管子中，并且當活塞在管子中上下移動時活塞適于向管子上方傳送流體。

為了通過柔性驅動桿分配，已知利用脈沖發生器來在包含流體的管子的一端產生壓力波，其前進到在管子的另一端的脈沖轉換器以使脈沖轉換器允許流體流動到管子中。脈沖轉換器可以包括彈簧加載的止回閥，當壓力波在管子的另一端處反射時該止回閥打開，并且然后再次關閉。由此，每次脈沖轉換器被壓力波致動，流動通過脈沖轉換器進入到管子中的增量流體體積，被朝向其中安裝脈沖發生器的管子的端部泵送，并且經由排放端口排放。

US2355618A利用具有振動活塞的聲學發生器來產生壓力波與致動脈沖轉換器?；钊恼駝宇l率被調節為保持管子內的液柱中的基本共振的情形，并且相對于在活塞振動中的活塞的狀態調節排放閥的打開的時間間隔與定時以確保最佳結果。為了防止“氣鎖”建議彎曲管子的上部并且將排放管連接到彎曲部分的最上端，由此隨著排放的流體從主要流體柱移除可能已經從其中分離的任何氣體。

US4460320A試圖通過共振定時解決此問題，這些問題如同在US2355618A中公開的泵那樣使現有技術泵保持遠離在一般泵送應用中在商業上變得成功。US4460320A提出利用聲壓波發生器，其具有通過在環狀構造中沖擊液體在液體中產生聲壓波的特定活塞。除了產生聲壓波以外，活塞的往復運動交替地打開與關閉排放端口。

WO2006/062413A公開了具有帶有止回閥的活塞的波發生器，所述活塞在管子內部以5mm范圍內的小幅度以及100Hz的范圍內的高頻率振蕩，以致使在活塞的下游側的流體將被供給以來自活塞的高能脈沖。在另一個實施方式中，通過將振蕩隔膜附接到管子的周邊而產生壓力波。

發明內容

將要通過本發明解決的問題是提供利用壓力波泵送流體的方法，這對于使流體從水井與油井的人工提升以及用于氣井中以便氣井疏水是實用的。另一個目的是提供用于此方法中的脈沖發生器，以及包括該脈沖發生器的泵系統。

在本發明的第一方面，提供了通過操作脈沖發生器通過管子泵送流體的方法，其中，脈沖發生器具有移動構件，該移動構件設置在管子的一端并且往復運動以在流體中產生壓力波，壓力波使得設置在管子的另一端的脈沖轉換器允許流體流入到管子中。移動構件以小于3Hz的頻率往復運動。該頻率優選地在2.5到0.5Hz的范圍內，更優選地對于具有50到500m的深度的淺井來說在2.0到0.6Hz的范圍內。例如，對于具有約750m的深度的井來說該頻率可以是0.8到0.4Hz。期望的是對于甚至更深的井來說優選的頻率0.1Hz。

就關于隨著深度的增加頻率降低的原因來說，對此的簡要解釋是波長隨著深度的增加而增加，并且要求達到脈沖轉換器的波傳播時間成比例地增加。理論上，流體是不可壓縮的并且其應該不能在流體中形成壓縮波。然而，在實際生活中，流體含有一定量的空氣或氣體這使得液體足夠彈性以形成壓縮波。在流體中的空氣或氣體量對于每個井來說都是獨特的。多個參數如管子長度、在泵送操作開始以前填充在管子中的流體中的空氣量、當泵在操作中時通過脈沖轉換器進入管子中的空氣量、井產生的氣體量、流體粘度、以及流體溫度起作用。

低至上面限定的頻率通過避免摩擦損失以及由振動、噪音等造成的損失增加了總泵送效率。頻率如此低以至于將不存在共振。

由于摩擦損失低并且不存在關于共振、振動、噪音等的特定問題，根據本發明的方法允許使用具有比由人工提升的其它已知泵要求的直徑更小的管子，例如具有不大于2英寸(5.1cm)、1.5英寸(3.8cm)、1英寸(2.5cm)或者更小的內徑的管子。這降低了鉆取的成本以及由于較小執行的全井設施成本以及殼體與管子的成本。然而，本發明的應用不限于更小的管子尺寸。在當需要較大的流速時的情形中可以使用較大的管子尺寸。

管子可以分支成多個管柱，每個管柱都具有設置在其另一端處并且安裝在相應井中的脈沖轉換器。在此情形中，能夠通過一個并且相同的脈沖發生器從不同井泵送流體從而進一步增加了總泵送效率。此布置被認為是不能通過現今使用中的任何已知泵實現的本發明的特定特征。

此外，多個脈沖發生器中的每個都可以連接到相應的管子。在此情形中，如果通過一個并且相同的驅動裝置同步地操作脈沖發生器，可以進一步增加總的泵送效率。