[发明专利]工艺流体润滑泵

说明书

本发明涉及一种用于输送工艺流体的工艺流体润滑泵，其具有公共壳体、布置在公共壳体中的泵单元、以及布置在公共壳体中的驱动单元，其中公共壳体包括用于工艺流体的泵入口和泵出口，其中泵单元包括用于将工艺流体从泵入口输送到泵出口的至少一个叶轮以及其上安装有每个叶轮的泵轴，其中驱动单元包括用于驱动泵轴的驱动轴和用于使驱动轴围绕轴向方向旋转的电动马达，并且其中液力耦合器被设置用于通过传输流体将驱动轴液力耦合到泵轴。液力耦合器被配置成接收工艺流体作为传输流体。

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的用于输送工艺流体的工艺流体润滑泵。

背景技术

用于输送工艺流体的工艺流体润滑泵已在许多不同的行业中使用。重要示例是油气加行业，其中工艺流体润滑泵例如被设计为用于输送烃类流体的多相泵，例如用于从油田中提取原油或用于通过管线或在炼油厂内进行油/气运输。工艺流体润滑泵在油气行业中的另一种应用是将工艺流体（大多数情况下是水，并且尤其是海水）喷射到油储层中。对于此类应用，所述泵被设计为水喷射泵，其将高压海水供应到通向油储层的地下区域的井。由这种水喷射泵生成的压力升高的典型值为200-300bar（20-30MPa）或甚至更高。

向油储层中喷射水是用于增加从油气田的碳氢化合物的回收的众所周知的方法。所喷射的水维持或增加了储层中的压力，由此驱使油或碳氢化合物进出生产井。

在一些应用中，将原始海水喷射到油储层中。然而，在其它应用中，应对海水进行预处理以避免对油储层产生负面影响，预处理诸如酸化油（例如通过硫化氢（H₂S））或堵塞储层中的孔或小通道（例如通过硫酸盐）。为了实现期望的海水质量，海水要经过一系列不断细化的过滤器，从而对海水进行微过滤。此外，可以使用生物或电化学工艺来预处理海水。通常，过滤的最后步骤是纳米过滤，具体是从海水中移除硫酸盐。纳米过滤是一种膜过滤工艺，其需要以通常为25-50bar（2.5-5.0MPa）的压力向膜单元供应水。特别是对于反渗透过滤，所需要的压力甚至可能更高。在纳米过滤工艺之后，海水被供应到水喷射泵，被加压并喷射到油储层所在的地下区域中。因此，对海水进行预处理并将其喷射到油储层中通常需要两个泵，即，用于向膜过滤单元供应海水的膜馈送泵，以及用于将已过滤的海水供应到井中以用于将海水引入油储层中的水喷射泵。

鉴于对油气田的有效开发，如今对泵、并且尤其是水喷射泵的需求不断增长，其可以直接安装在海底上，特别是在水面以下100m的深度、500m或甚至多于1,000m的深度。不用说，此类泵的设计具有挑战性，特别是因为这些泵应当在困难的海底环境中长时间运行以及进行尽可能少的维护和保养工作。这需要采取特殊措施以最小化所涉及的设备量并优化泵的可靠性。鉴于部署在海底的水喷射泵和海水的预处理，如果海水喷射系统的安装深度使得环境水压足以为膜过滤单元进行馈送，则可省去膜馈送泵。例如，在水面以下500m处，海水的静水压力已经约为50bar，该压力可能足够高以便为膜过滤单元进行馈送。

用于海底应用的水喷射泵必须递送相当高的压力升高，其可能达到200bar或甚至更高。对于离心泵，这需要高速但相对较小的速度变化。为了驱动此类泵，已知使用液体填充或浸没的感应马达或永磁马达。由于液体的填充，由粘性阻力引起的粘性损失非常高，并且它们大概随着马达速度的立方而增加。实际上，这些粘性损失将马达速度限制到约6000rpm。对于更高的速度，粘性损失变得太高以至于无法允许经济且有效地运行泵。因此，例如在WO 2016/189397中已经提出了通过液力耦合器与磁力耦合器串联的组合来耦合马达和泵单元。与马达速度相比，液力耦合器能够增加泵的操作速度。液体填充的电动马达连接到布置在气密容器中的液力耦合器和磁力耦合器驱动器部分。容器填充有冷却和润滑流体，该冷却和润滑流体循环通过所述容器和外部布置的冷却盘管。由磁耦合驱动器驱动的磁耦合从动件驱动泵叶轮。通过这种设计，系统可以将泵送的工艺流体与冷却和润滑流体密封地分离。系统需要特定的冷却和润滑流体以及磁力耦合器以避免工艺液渗透到驱动单元中。

不言而喻，对于海底上的海底安装而言，泵的可靠性以及泵内的磨损和劣化的最小化是至关重要的。