[发明专利]具有铁磁流体间隙的潜油马达

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于2008年12月31日递交的美国临时申请序列号No：61/141,875，并要求它的优先权。

背景技术

在各种井道相关的应用中，潜油电动马达提供用于泵送或其它工作的动力。例如，在电动潜油泵送系统中，油浸式马达用于向移动井下环境中的流体的泵提供动力。通过用油填充马达，潜油马达可以被设计为具有相对薄的壁式壳体，所述壳体可以在井下安装、并在井眼压力下操作。然而，不希望的副效应是该马达中存在大的粘滞功率损耗，这种损耗对经由长电线上的井下输送电功率的供给来说是昂贵的。克服粘滞曳力所需的附加电功率做无用功。取而代之，附加的电流增加了在马达绕组和长的电力电缆中耗散的热量。因此，在地面需要更高的电压来克服电力电缆中的损耗。所有的这些效应导致与泵送系统相关的额外的风险、压力和运行费用。

传统的电动潜油泵送系统马达通常在填充绝缘油的壳体中运行，以在马达的内部和沿着马达外部的井眼流体压力之间实现压力平衡。这种压力平衡避免了对能够承受大的压力差的厚的壁式压力容器的需求。油浸、压力平衡马达的构思在1916年左右由Armais Artunoff结合到他的早期电动潜油泵送系统中。虽然绝缘油有助于压力平衡并保护潜油马达免受井内流体的影响，但绝缘流体几乎不改善马达的电磁性能，因为绝缘油具有与空气近似相同的电磁特性。

不幸的是，这种特性导致明显更大的电流施加到马达绕组上，以克服由于在潜油马达内转动该绝缘油而产生的附加的粘滞摩擦。这种额外的电流在马达产生了更多的热量和涡流损耗。此外，这种额外的电流经由长的电力电缆在井下传送，这产生了实质性的电阻损耗。由于较高的热耗散和向马达传递足够的动力所需要较高的电压，最终结果是更高的运行费用、更低的可靠性和减少的寿命。

发明内容

大体上，本申请提供了一种能够降低潜油马达的电功率损耗的技术。该技术采用了包括密封定子和转子的壳体的潜油马达。铁磁流体以足够的量设置在该壳体中，以填充定子和转子之间的间隙。铁磁流体具有充分改善的特性，以促进供给的电功率降低，并且因此有助于提高该马达的运行效率。

附图说明

以下将参照附图描述特定实施方式，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且：

图1为根据一种实施方式的马达系统的一个例子的示意图；

图2为根据一种实施方式的图1中示出的大致横切马达轴线得到的马达系统的剖面图；

图3为根据一种实施方式的采用潜油马达的井眼设备的一个例子的示意图；以及

图4为根据一种实施方式示出的准备用在浸没环境中的马达系统的一种方法的流程图。

具体实施方式

在接下来的描述中，阐述了大量的细节，以提供对优选实施方式的理解。然而，本领域技术人员将会理解，在没有这些细节的情况下也可以实践各种实施方式，并且根据所描述的实施方式进行多种变化和修改也是可能的。

优选实施方式大体上涉及与潜油马达的结构和使用相关的系统和方法。所述系统和方法充分改善了马达运行效率，并因此降低了必须经由非常长的电力电缆导向地下位置处的马达的电功率量。在某些应用中，潜油马达被用在机械采油系统中，如电动潜油泵送系统。然而，该马达也可以结合在其它井道相关设备中，如结合在地层测试器泵、电动液压传动装置、用于流量控制阀的驱动装置以及其它装置中，以向多种系统和/或组件供给动力。所述方法提供了具有相当低的运行费用、更长的寿命和更高的可靠性的马达。

根据一种实施方式，马达被设计为采用称为铁磁流体的本质上为液态的磁性材料。取决于应用场合，铁磁流体可以用来充分填充马达的内部。例如，铁磁流体位于马达壳体内，以填充转动件之间的间隙和该马达的磁路中的其它间隙。采用铁磁流体显著降低了该马达的磁阻。继而，降低的磁阻通过显著地降低所需求的电流和电功率而增强了马达性能和可靠性，所述的电流和电功率被供给以产生所需水准的磁通量以及输出功率。

例如，当该马达用在电动潜油泵送(ESP)系统中时，与传统的ESP马达相比，独特的马达结构显著地降低了在其额定速度和输出功率下驱动ESP马达所需的电流。在适合用在电动潜油泵送系统的马达的一种实施方式中，铁磁流体与绝缘油混合以改善该马达的转子和定子之间的临界间隙的磁路性能。这种方法还显著地降低了该马达的磁阻，以在给定量的电流下产生所需的磁通量。因此，必须在井下供给以产生指定的旋转磁场的电流量会显著地降低。