BR102014007858A2 - aparelho, e bomba submersível elétrica para produzir um fluido do fundo do poço - Google Patents

Abstract

aparelho, e bomba submersível elétrica para produzir um fluido do fundo do poço - a presente invenção se refere a um estágio de bomba centrífuga com capacidade de carga compressiva aumentada. em uma implementação, um estágio de bomba centrífuga inclui um difusor com parede externa capaz de suportar as forças axiais aumentadas. uma superfície de acoplamento da parede externa pode suportar forças axiais geradas por uma pilha de estágios da bomba subsequentes através de toda a espessura da parede externa. o difusor pode ser uma montagem de duas peças incluindo um módulo de suporte de carga e um módulo de difusão de fluxo. o módulo de suporte de carga pode ser um cilindro de liga tubular forte enquanto o módulo de difusão de fluxo pode ser fundido separadamente em uma forma que melhora a eficiência hidráulica. vários meios para posicionar radialmente os estágios da bomba aliviam o módulo de suporte de carga da tarefa de alinhar os estágios da bomba adicionais. um único tubo rígido também pode ser usado como módulo de suporte de carga para múltiplos estágios da bomba. o tubo pode ser feito com uma parede fina para aumentar o volume da bomba.

Description

APARELHO, E BOMBA SUBMERSÍVEL ELÉTRICA PARA PRODUZIR UM FLUIDO DO FUNDO DO POÇO

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[.0001] Em uma bomba submerglvel elétrica, bombas centrifugas são muitas vezes engatadas em uma pilha de estágios da. bomba. Ca.da bomba centrifuga tem um rotor e um difusor, e o difusor fornece uma carcaça que é também o membro estrutural para apoiar os outros estágios da bomba sobrejacente. Uma vez que os difusores são normaImente feitos de peças fundidas para permitir a formação das hélices, as paredes de transporte de carga são normalmente fracas. Os difusores na extremidade inferior em uma pilha, por exemplo, em. uma bomba de alta pressão de carcaça longa, podem experimentar altas cargas compressivas axiais, resultando no rendimento destes difusores. Além disso, cs fluido de descarga que vaza para o espaço anular do difusor ou da carcaça pode causar falha de colapso dos difusores.

SUMÁRIO

[0002] Um estágio de bomba centrífuga de uma bomba de múltiplos estágios para produzir urn fluido no fundo do poço tem um difusor para difundir o fluxo hidráulico. Urna parede externa do difusor é capaz de acoplar com urn. segundo difusor e capaz de apoiar, em toda a sua espessura da parede inteira, uma. carga compressíva axiai que está sendo transmitida através de estágios da bomba subsequentes. O difusor pode ser construído como dois componentes tendo fabricação separada. Um. componente de suporte de carga fornece suporte estrutural através de urna parede externa de alta. resistência e pode ser fabricado de liga tubular de alta rigidez, enquanto o componente de difusão de fluxo pode ser convertido em uma forma que melhora a eficiência hidráulica, Esta seção de sumário não se destina a fornecer uma descrição completa de um estágio de bomba centrífuga com capacidade de carga compressava aumentada, ou fornecer uma lista de características e elementos. Segue uma descrição detalhada de moda lída des e x emplares.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0003] A figura 1 ê um diagrama de um difusor de bomba centrífuga exemplar com capacidade aumentada de carga ccmpressiva axial.

[0004] A figura 2 é um diagrama de um difusor de compôsito exemplar incluindo um componente de suporte de carga e um componente de difusão de fluxo.

[0005] A figura 3 é um diagrama de um difusor de compôsito exemplar no qual o componente de suporte de carga é um tubo contínuo.

[0006] A figura 4 é um diagrama de uma manga cônica exemplar usado para garantir um componente de difusão de fluxo para um componente de suporte de carga durante a montagem de um difusor de bomba de compôsito.

[0007] A figura 5 é um diagrama de uma pilha de difusor exemplar era que um componente de suporte de carga tem ombros para ancorar cada estágio de um componente de difusão de fluxo.

[0008] A figura 6 é que um diagrama de uma pilha de difusor exemplar com compressão residual induzida durante a fabricação de componentes seguros juntos contra as forças a serem experimentadas durante a operação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0.009] Esta divulgação descreve um estágio de bomba centrifuga com capacidade de carga compressiva aumentada. A capacidade aumentada de suportar uma carga compressiva axíal pode ser atingida de várias formas. Diferentes implementações são descritas abaixo. Cada implementação apresenta uma modalidade que fornece um estágio da difusor e bomba com capacidade de carga, compressiva aumentada.

[00010] Como mostrado na figura 1, um difusor convencional 100 de um estágio de bomba convencional inclui uma característica de aninhamento 102 para centralizar ou radialmente localizar um próximo estágio da bomba adjacente 104. No entanto, a característica de aninhamento compensa parte da parede externa 106 do difusor 100 de modo que essa carga compressiva no difusor 100 seja transportada apenas pela parte 108 da parede externa do difusor 100. O restante da parede é requerido por um piloto de localização, Desse modo, a capacidade de suporte de carga. axial do difusor é enfraquecida.

[00011] Em uma implementação, um. difusor exemplar 110 suporta o difusor adjacente seguinte 112. em toda a seção em corte transversal da parede inteira ou espessura da parede externa 1.14 do difusor 110. Uma vez que a característica de aninhamento 102 foi removida da parede externa 116, os difusores adjacent.es 110 & 11.2 são radialmente localizados usando uma característica de ponta 118 em ou perto das bordas principais das aletas do difusor. Isso permite que a parede do difusor inteira transporte a carga axial, e nenhuma, parte da espessura da parede externa seja desperdiçada para características de localização radial.

[00012] Em outra implementação, todas as características de aninhamento do difusor são removidas da parede externa 116 do difusor 110 e a localização radial é atingida inteiramente pelo ajuste de controle de peças acasaladas de dentro da carcaça da bomba. Isso também deixa a parede externa inteira 116 do difusor 110 disponível para transportar a carga de compre s são sxial.

[00013 ] Ein outra a.p 1 icaçâo, f aces de acop 1 amento do di f usor sâo afiladas de modo que a seção em. corte transversal total de cada parede externa 11.6 esteja disponível para transportar carga. axial fornecendo também a localização radial de di. fusores adjacentes .

[0001.4] Em outro paradigma para aumentar a capacidade de carga axial. de um estágio da bomba, algumas funções principais do difusor de bomba "de fundição" convencional são separadas em. componentes de hardware correspondentes, para criar um difusor de compôsito. Desse modo, em uma implementação, a "parede" tubular do difusor é separada do "corpo" do difusor, que contém as passagens de fluxo com aletas. 0 desenho geométrico de ura difusor convencional é complexo com. canais de fluxo intrincados. Portanto, difusores convencionais são tradicionalmente feitos de carcaças como urna unidade inteira tendo propriedades físicas uniformes. Mas funcionalmente, diferentes seções de um difusor atendem finalidades diferentes, isto é, a parede do difusor atua como o membro estrutural para transportar a carga axial e a região de fluxo executa o trabalho hidráulico.

[00015] fim difusor de compôsito exemplar pode ser montado a partir de um componente ou módulo de suporte de carga cilíndrico ou tubular, e um componente ou módulo de difusão de fluxo. Os dois módulos podem ser fabricados separadamente e montados juntos para obter a geometria final do difusor. 0 módulo de suporte de carga pode ser de geometria cilíndrica simples, que pode ser feito de material mais rígido para aumentar sua capacidade de suporte de carga, e o módulo de difusão· de fluxo pode ser fabricado separadamente, usando métodos focados na melhoria da eficiência hidráulica.

[00016] Esta separação de funções em componentes de hardware separados fornece muitos benefícios. Por exemplo, a construção de duas peças permite que a tubulação de alta resistência seja usada para a parede externa do difusor, que fornece a força estrutural em uma bomba centrífuga de múltiplos estágios.

[00017] O módulo de difusão de fluxo pode ser fabricado conforme uma fundição padrão seguida por usinagem ou por outras técnicas de fabricação avançadas, incluindo mas não limitadas a, metalurgia do pó, moldagem por injeção de pó, etc. dependendo do material necessário, complexidade geométrica, acabamento de superfície, precisão, custo, etc., da peça final.

[00018] O módulo de suporte de carga pode ser usinado fora de matérias primas tubulares comercialmente disponíveis, ou por outros meios, incluindo mas não limitados a, forjamento, perfilagem, etc., para ter propriedades mecânicas adequadas.

[00019] Como uma etapa de montagem final, os dois módulos podem ser montados juntos empregando um processo de junção de metal adequado incluindo, mas não limitado a, uma junta roscada, um ajuste de interferência, uma solda de fricção, etc. h junta tem resistência de císalhamento suficiente para superar o torque de reação, com a finalidade de evitar que o difusor gire durante a. operação da bomba.

[00020] A montagem do difusor como dois componentes fabricados separadamente tem vantagens que incluem; • uma parede -de difusor mais rígida, capaz de levar a maior carga compressiva, reduzindo assim as falhas causadas por difusores em rotação/colapso, • um maior espaço de design, permitindo um dasign que inclui um impulsar com um grande diâmetro externo, aumentando assim o desempenho hidráulico para um determinado diâmetro de carcaça, • Melhor design para refabricação, uma vez que os difusores pré-carregados mantêm sua exatidão geométrica e não têm um conjunto permanente ao longo da altura da pilha que é inerente em peças fundidas de ferro cinzento • aumentos do rendimento de fundição, uma vez que as paredes que prendem cerca de 50%· em peso das peças fundidas devem são removidas da carcaça, • redução de tempo de usinagem, uma vez que a parede do difusor não precisa ser usinada a partir das peças fundidas mais, • redução de sucata, na usinagem, uma vez que a dimensão de altura da pilha critica da montagem é removida do processo de fundição e pode ser produzida em massa separadamente dos tubos.

[00021] Ά figura 2 mostra um difusor exemplar 200 montado como pelo menos um componente de suporte de carga 202 e um componente de difusão de fluxo 204. Em uma. implementação, um ombro 206 no corpo fundido do componente de difusão de fluxo 204 é imprensado entre "tubos" do difusor (os componentes de suporte de carga 202) para formar um único difusor 200.

[00022] A figura 3 mostra outra implementação de ura difusor exemplar 300, no qual o componente de suporte de carga 302 é um tubo continuo, O corpo fundido do componente de difusão de fluxo 304 está localizado dentro do "tubo" de difusor continuo (o componente de suporte de carga 302) para formar um único difusor 300, O corpo fundido pode ser fixado no componente de suporte de carga do tubo contínuo 302 por diversos meios, por exemplo, brasagera, press~f.it, solda, adesivo s, prensagem, e assim por diante, [00023] Em uma variação, o corpo fundido do componente de difusão de fluxo 304 é unido ao- componente de suporte de carga tubular contínuo 302 usando um ajuste cônico. Por exemplo, como mostrado na figura 4, uma manga cônica ou em forma de cunha. 400 pode ser usada para garantir o componente de difusão de fluxo 304 para o componente de suporte de carga 302. Uma ranhura 402 na manga cônica 400 permite ligeira alteração radial, crescimento radial, e expansão e contração térmica, bem como ajuste do aperto de ajuste, com mais compressão axial, forçando um raio- rna.ior da manga cônica 400, [00024] Ά superfície sinterizada ou uma superfície áspera 404 tendo um alto coeficiente de atrito pode também ser utilizada para bloquear a manga cônica 400 contra o diâmetro interno do componente de suporte de 302. Em uma implementação, um difusor e uma manga em forma de cunha expandem o diâmetro externo da manga para bloquear o componente de difusão de fluxo 304 no lugar durante a montagem. Durante a operação, forças de baixo impulso maiores levam a maior impulso radial, garantindo o componente de difusão de fluxo 304 ainda mais firmemente no lugar. Por exemplo, uma tradução radial de 0,08 polegada pode ser alcançada usando um cone de 1,55 grau ao longo cie um comprimento axial de 1,5 polegada.

[00025 J A figura 5 mostra outra implementação, na qual urna borda ou ombro 500 é fornecido no componente de suporte de carga tubular contínuo 502 para cada estágio de difusão cie fluxo 504 incluído. Cada borda ou ombro 500 permite um componente de difusão de fluxo correspondente 504 para transferir forças de empuxo descendente para o componente de suporte de carga 502. Em uma implementação, uma solda em ponto ou outros meios de fixação são usados para prender o componente de difusão de fluxo 504 de afastar-se da borda ou ombro 500 durante o empuxo ascendente.

[00026] Em uma implementação, a rigidez axial de um design de difusor exemplar é aumentada, - substituindo o módulo de transporte de carga com um material de alta rigidez para suportar cargas compressivas mais altas, e ao mesmo tempo para reduzir a espessura da parede do difusor, que, em seguida, fornece um maior espaço de design, Isto é, uma câmara de bomba de volume mais alto, por exemplo, ou aletas maiores. Em uma implementação, paredes Ni-Rsist de um difusor são substituídas por ligas tubulares tendo uma maior elasticidade.

[0002.71 Em unia implementação, manter alta carga corapressiva em. uma pilha do difusor de uma montagem de bomba de múltiplos estágios 600 como mostrado na figura 6 permite a operação confiável da bomba de múltiplos estágios. Os difusores devem ser mantidos rigidamente no lugar contra o impulso de impulsares rotativos durante a operação, senão os difusores podem girar por causa do torque transferido a partir dos impulsares, resultando era falha precoce da bomba. Portanto, um design de bomba de múltiplos estágios da pilha de difusores sendo mantido rigidamente sob compressão. Uma compressão residual pode ser construída na pilha durante a fabricação para criar urna pilha, de difusor altamente comprimida 602. Ao aplicar uma quantidade de torque ao cabeçote e à base, por exemplo, no que diz respeito à carcaça durante a montagem da bomba, esta compressão residual induzida pode impedir que o difusor gire durante a operação.

Conclusão [00028] Embora somente algumas modalidades de exemplo tenham sido descritas detalhadamente acima, aqueles qualificados na técnica apreciarão prontamente que muitas modificações são possíveis nas .modalidades de exemplo sem se afastar materialmente dessa divulgação. Consequentemente, todas essas modificações destinam-se a ser incluídas dentro do escopo dessa divulgação, conforme definido nas seguintes reivindicações. Nas reivindicações, cláusulas de raeios-mais-funçáo destinam-se a cobrir as estruturas descritas neste documento como executando a função recitada e não apenas conto equivalentes estruturais, mas também estruturas equivalentes. É a intenção expressa do requerente não invocar 35 U.S.G §112, parágrafo 6 para quaisquer limitações de qualquer uma das reivindicações neste documento, exceto para aquelas em que a reivindicação usa expressamente as palavras "significa para" juntamente com uma função associada, - REIVINDICAÇÕES -

Claims (20)

1. APARELHO, caracterizado pelo fato de que compreende; um primeiro estágio da bomba de uma bomba centrífuga de múltiplos estágios para produzir um fluido no fundo do poço; um primeiro difusor no primeiro estágio da bomba; uma parede externa do primeiro difusor capaz de acoplar com um segundo difusor de um segundo estágio da bomba; e uma espessura de parede externa da parede externa, suportando uma carga axial do segundo estágio da bomba em toda a espessura da parede externa inteira.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parede externa compreende urna interface estrutural entre o primeiro difusor e o segundo difusor e a interface estrutural suporta a carga axial do segundo estágio da bomba através de toda espessura da parede externa.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente aietas do difusor, as aletas com bordas principais, e as bordas principais, tendo pontas; e em que as pontas das bordas principais das aletas radialmente localizara o segundo difusor em. relação ao primeiro difusor enquanto a parede externa do difusor suporta o segundo difusor através de toda espessura da parede externa.

4. Aparelho, de acordo cora. a. reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um localizador radial dentro da carcaça da bomba para radialmente localizar o segundo difusor do segundo estágio da bomba no primeiro difusor no acoplamento do primeiro difusor e do segundo difusor.

5. Aparelho, de acordo com. a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma superfície de acoplamento cônica da parede externa do primeiro difusor para radialmente localizar o segundo difusor no primeiro difusor no acoplamento do primeiro difusor e do segundo difusor e para permitir que a seção era corte transversai total da espessura de parede externa suporte a carga axial do segundo difusor.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro difusor compreende uma montagem de pelo menos duas peças, a montagem incluindo: um módulo de suporte de carga fabricado pelo primeiro processo para transmitir uma alta capacidade de suporte de carga ao módulo de suporte de carga; e um módulo de difusão de fluxo fabricado separadamente por um segundo processo para transmitir uma eficiência hidráulica para o módulo de difusão de fluxo.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma montagem comprimida de pelo menos um módulo de suporte de carga e pelo menos um módulo de difusão de fluxo; e em que uma compressão residual induzida durante um estágio de fabricação assegura pelo menos um. módulo de suporte de carga para o pelo menos um módulo de difusão de fluxo contra um torque causado por um impulsor rotativo durante a operação da bomba.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma junta entre cada. .módulo de; suporte de carga e cada módulo de difusão de fluxo; e em que a junta compreende um de uma junção .roscada., um ajuste de interferência, um ajuste cônico, um ajuste sinterízado, um ajuste de compressão, e uma solda, de atrito,

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o módulo de difusão de fluxo tem um corpo fundido, e compreendendo adicionaImente: um ombro no corpo fundido capaz de acoplar com módulos de suporte de carga em. cada lado do ombro; em que os ombro acopla com. uma seção em corte tranversal total de cada parede externa de cada módulo de suporte de carga; e em que o ombro e os módulos de suporte de carga em ambos os lados do ombro formam uma superfície cilíndrica, externa contínua de um estágio da bomba,

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o módulo de suporte de carga e o módulo de difusão de fluxo acoplara com um ajuste cônico,

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma manga cônica para prender o módulo de difusão de fluxo ao módulo de suporte de carga quando uma força, axial é aplicada.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma. superfície tendo um coeficiente de atrito elevado para travar o módulo de difusão de fluxo ao módulo de suporte de carga,

13. Aparelho, cie acordo cora a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que um tubo continuo compreende o módulo de suporte de carga para múltiplos módulos de difusão de fluxo; em que os múltiplos módulos de difusão de fluxo estão localizados no interior do tubo continuo; e em que o tubo contínuo suporta a carga axial de múltiplos estágios da. bomba correspondentes.

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente pelo menos um ombro no diâmetro interno do tubo continuo do módulo de suporte de carga; e em que pelo menos um ombro assegura o módulo de difusão de fluxo no lugar do tubo continuo.

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o tubo contínuo compreende um de um material de alta rigidez, um material de alta dureza, um material de alta inflexibilidade, e uma liga tubular, tendo um alto módulo de elasticidade.

16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o material de alta rigidez, o material de alta dureza, o material de alta inflexibilidade ou a liga tubular, possuindo um alto módulo de elasticidade transmite uma parede fina para o cilindro ou tubo para aumentar um volume interno de um desígn da bomba.

17. BOMBA SUBMER5ÍVEL ELÉTRICA PARA PRODUZIR UM FLUIDO DO- FUNDO DO POÇO e, caracterizada pelo fato de que compreende: um estágio de bomba centrífuga; um difusor no estágio de bomba centrífuga; uma parede externa do difusor; e uma superfície interna da parede externa capaz de acoplar com um segundo difusor e capaz de suportar uma carga axial transmitida através do segundo difusor através de toda. espessura da parede externa.

18. Bomba suhmergivel elétrica, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que o difusor compreende uma montagem de duas peças incluindo: um módulo de difusão de fluxo; e um módulo de suporte de carga possuindo a parede externa capaz de suportar a carga axial através de toda espessura da parede externa.

19. Bomba submergirei elétrica, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que o módulo de suporte de carga compreende um cilindro ou tubo, em que o cilindro ou tubo compreende um material de alta rigidez, um. material de alta dureza, um material de alta inflexibilidade, e uma liga tubular, tendo um alto módulo de elasticidade.

20. Bomba suhmergivel elétrica, de acordo com a reivindicação 19, caracterizada pelo fato de que o material de alta. rigidez, o material de alta dureza, o material de alta inflexibilidade, ou liga tubular, possuindo um alto módulo de elasticidade transmite urna parede fina para o cilindro ou tubo para aumentar um volume interno de um design da bomba.