專利名稱：電動(dòng)水下泵送傳感器裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及構(gòu)造為感測(cè)從電動(dòng)水下泵沿井孔向下(downhole) —定距離處的參數(shù)的電動(dòng)水下泵裝置及有關(guān)方法。
技術(shù)背景流體位于地下。流體例如可以包括碳?xì)浠衔?油)和水。期望至 少提取油，以用于消耗。鉆孔到地面中以便提取所述流體。所述孔稱 為井孔，且通常用稱為外殼的金屬管狀結(jié)構(gòu)封裝。可以在外殼和井孔 之間增加多個(gè)其它特征，如固井部件(cementing)。井孔可以是大致 豎直的，且甚至能夠以多個(gè)方向(例如，向上或水平)鉆井。一旦井孔被封裝，所述外殼被穿孔。穿孔包括在外殼中形成孔，從 而將外殼外部的井孔連接到外殼內(nèi)部。穿孔包括將穿孔槍降低到外殼 中。所述穿孔槍具有電荷，所述電荷引爆并推進(jìn)物質(zhì)通過(guò)所述外殼， 從而在外殼和周圍地層中形成孔，且?guī)椭貙恿黧w從地層和井孔流入 所述外殼中。有時(shí)，所述地層具有足夠的壓力來(lái)使得井流體沿井孔向上驅(qū)動(dòng)到地 面。然而，這種情況并不總是存在，且不能依靠此。因而，需要人工 提升裝置以驅(qū)動(dòng)孔底的井流體沿井孔向上，例如至地面。人工提升裝 置設(shè)置在外殼內(nèi)孔底。獲取與所述人工提升裝置的操作有關(guān)的信息可 以是有益的。獲取該信息的 一種方式是借助于孔底傳感器。本申請(qǐng)描述了帶有用于感測(cè)電動(dòng)水下泵下面的孔底參數(shù)的傳感器 的孔底電動(dòng)水下泵(ESP)及有關(guān)方法。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)一個(gè)實(shí)施例， 一種電動(dòng)水下泵裝置，包括泵；馬達(dá)，所述馬 達(dá)靠近所述泵，且具有沿所述馬達(dá)延伸第一距離的馬達(dá)繞組；支承構(gòu) 件，所述支承構(gòu)件支承傳感器且具有一定長(zhǎng)度，使得所述傳感器設(shè)置 在從所述馬達(dá)繞組的孔底遠(yuǎn)端沿井孔向下第 一距離處；傳感器裝置， 所述傳感器裝置包括從以下部件中選擇的至少 一個(gè)部件溫度傳感器、流量計(jì)、振動(dòng)傳感器或壓力傳感器。


圖l示出了一個(gè)實(shí)施例。圖2示出了具有某些特征的實(shí)施例。 圖3示出了具有某些特征的實(shí)施例。 圖4a和4b示出了具有某些特征的其它實(shí)施例。 圖5示出了具有某些特征的實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
在以下的描述中，為了理解本發(fā)明闡明了許多細(xì)節(jié)。但是，本領(lǐng)域 技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在沒(méi)有這些細(xì)節(jié)中的許多細(xì)節(jié)的情況下可以實(shí)施 本發(fā)明，且根據(jù)所描述的實(shí)施例可能有許多的變化或修改。如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"上方"和"下方"，"上"和"下"， "上部"和"下部"，"向上"和"向下，，；以及表示相對(duì)于指定點(diǎn) 或元件位于上方或下方相對(duì)位置的其它類似術(shù)語(yǔ)，在本說(shuō)明書中用來(lái) 更清楚地表述本發(fā)明的一些實(shí)施例。但是，當(dāng)應(yīng)用于偏斜或水平的井 中的裝置和方法時(shí)，這些術(shù)語(yǔ)可以指的是左至右，右至左，或合適的 對(duì)角關(guān)系。人工提升裝置用于驅(qū)動(dòng)孔底流體沿井孔向上。一種這種裝置稱為電 動(dòng)水下泵(ESP) 。 ESP通常包括機(jī)才成地連接到馬達(dá)的泵，例如離心式 泵。所述馬達(dá)驅(qū)動(dòng)所述泵且纟皮供電。所述馬達(dá)位于所述泵沿井孔向下 的位置，使得井流體經(jīng)過(guò)所述馬達(dá)，從而幫助保持冷卻馬達(dá)。功率從 地面經(jīng)由電線傳輸。除了電功率之外，在某些情況下通信信號(hào)也可以 沿電線傳輸。而且，可以使用附加通信介質(zhì)。/人Schlumberger可商業(yè)得 到多種ESP設(shè)計(jì)。因而，在本申請(qǐng)中不描述這種特定設(shè)計(jì)。ESP可以位于外殼的穿孔區(qū)域上方。所述泵可以設(shè)置在所述穿孔沿 井孔向上一定距離處。即，井流體流入外殼的位置可以在ESP下面。傳感器可以并入ESP，以測(cè)量某些井孔參數(shù)。這些參數(shù)中的一些是 壓力、溫度、振動(dòng)、流率、密度、流體/氣體混合物、電壓泄漏等。這 些參數(shù)可以在幾乎任何位置測(cè)量，例如，在泵或馬達(dá)的水平面處，在泵或馬達(dá)中，在泵或馬達(dá)外，在外殼中，在外殼之外，等。然而，在本申請(qǐng)的上下文中，尤其期望測(cè)量所述外殼內(nèi)和ESP下方穿孔(例如， 鉆開(kāi)的油層表面(sandface))處或附近的這些參數(shù)中的至少一個(gè)或一些。因而，本申請(qǐng)描述一種傳感器裝置，所述傳感器裝置位于從ESP(例 如，ESP的馬達(dá)，尤其是馬達(dá)中的繞組的下部遠(yuǎn)端)沿井孔向下一定距 離處，從而將所述傳感器裝置設(shè)置成靠近所述穿孔。圖1示出了ESP100, ESP100包括泵110和馬達(dá)120。如上文所述，馬 達(dá)120在其中具有繞組(未示出)，所述繞組在馬達(dá)120內(nèi)延伸一定距 離。傳感器140位于繞組的孔底遠(yuǎn)端沿井孔向下的位置。馬達(dá)120與泵 IIO沖幾才戒地連接，〗吏得馬達(dá)120驅(qū)動(dòng)泵110。馬達(dá)120可以位于泵110沿井 孔向下的位置，以幫助冷卻馬達(dá)120。 ESP100連接到懸吊構(gòu)件112。懸 吊構(gòu)件112可以是用于懸吊孔底ESP的任何裝置，如盤管或鋼絲繩。泵 1 IO可以是離心式泵，具有用于引入井流體的進(jìn)口 113和用于排出井流 體的出口 (未示出)。ESP出口可以連接到沿井孔向上延伸的生產(chǎn)管。 所述生產(chǎn)管可以是盤管或接合管(jointed tubing),或在可選方案中井 流體可以通過(guò)外殼12向上驅(qū)動(dòng)。通常，封隔器(packer)與沿外殼或生 產(chǎn)管向上驅(qū)動(dòng)井流體結(jié)合使用。計(jì)量器300可以連接到馬達(dá)120。支承 裝置130可以連接在馬達(dá)120或計(jì)量器300的孔底端與傳感器140之間。 適配器200可以連接在支承裝置130和馬達(dá)120之間，或在支承裝置130 和計(jì)量器300之間。ESP100可以構(gòu)造為沒(méi)有計(jì)量器300和/或適配器200。 傳感器MO優(yōu)選為SaphireTM傳感器，可從Schlumberger商業(yè)得到。然而，許多傳感器是合適的且可以被使用而不脫離本申請(qǐng)。如圖2和3所示，傳感器殼體142可以位于支承裝置130的端部處。所 述傳感器殼體142可以構(gòu)造成為傳感器140提供支承和/或保護(hù)。傳感器 殼體142可以具有限定凹部144的開(kāi)口側(cè)，所述凹部144適于在其中裝配 傳感器140。該構(gòu)造在圖2中示出。通常，內(nèi)部凹部144側(cè)將在徑向方向 朝外朝向該側(cè)。在其它構(gòu)造中，傳感器殼體142也可以具有適于容納傳 感器140的內(nèi)部腔室146。內(nèi)部腔室146可以由傳感器殼體142大致環(huán)繞， 例如繞徑向方向360度。該構(gòu)造在圖3中示出。在傳感器殼體142中可以 有開(kāi)口，使得當(dāng)傳感器140位于內(nèi)部腔室146中時(shí)，電線146可以連接在 傳感器140和傳感器殼體142外部之間。傳感器殼體142可以構(gòu)造為使得電線146向上延伸到支承裝置130中(例如，在支承裝置130是管時(shí))， 或使得電線146延伸到靠近支承裝置130。適配器200設(shè)計(jì)成將支承裝置130和馬達(dá)120連接。圖4a和4b示出了 包括適配器200的實(shí)施例。適配器200具有螺紋部分202 (優(yōu)選為內(nèi)螺 紋)，螺紋部分202設(shè)計(jì)為與支承裝置130連接。例如，支承裝置130可 以是接合管，且可以擰入適配器200的螺紋部分202內(nèi)。接合管可以由 連接器132連接。連接器132優(yōu)選為螺紋、夾持或凸緣連接器。適配器 具有連接部分204,連接部分204適于與馬達(dá)120或計(jì)量器300連接。連 接部分204優(yōu)選為螺栓連接到馬達(dá)120的凸緣連接部，但也可以是螺紋 連接部或夾持連接部。如上文所述，傳感器140可以與計(jì)量器300電連接。電連接部315優(yōu) 選在配置期間通過(guò)將線146與線310連接來(lái)建立。適配器200可以構(gòu)造為 利于所述連接部315。例如，根據(jù)圖4a,適配器可以具有延伸穿過(guò)所述 適配器200的槽道206,與傳感器140連接的線146可以通過(guò)所述槽道206 與線310連接，線310與計(jì)量器300連接。所述線之一可以與伸縮線頭(未 示出)連接，以利于所述連接部315。如圖4b所示，適配器200在其中 可以具有開(kāi)口容積208。為了配置，來(lái)自于傳感器140的線146可以延伸 通過(guò)所述適配器200中的開(kāi)口且延伸到容積208中。適配器200可以檸到 支承構(gòu)件130上。線310可以從計(jì)量器300延伸，且足夠長(zhǎng)，使得計(jì)量器 300可以距適配器200 —定距離，同時(shí)允許來(lái)自于適配器200的線146與 來(lái)自于計(jì)量器300的線310連接。在馬達(dá)120和計(jì)量器300降低到適配器 200上之前，線彼此電連接且放置到容積208中。然后，馬達(dá)120和計(jì)量 器300降低到靠近適配器200的位置且螺栓連接在一起，同時(shí)保持所述 線在容積208中。關(guān)于提到的這些配置，來(lái)自于傳感器140的線146可以 位于支承裝置130內(nèi)或支承裝置130外。優(yōu)選地，支承裝置130位于井頭 (未示出)下方的孔底處，然后，適配器200檸到支承裝置130上，且 然后馬達(dá)120被降低并螺栓連接到適配器200。當(dāng)然，支承裝置130與適 配器200的連接可以在適配器200和支承裝置130均處于地面時(shí)進(jìn)^亍。支承裝置130可以具有多種構(gòu)造，例如，中空管狀形狀、U形、I形、 和/或具有多束狀。通常，支承裝置130由金屬制成，但是可利用或?qū)⒗?用許多其它合適的材料，例如陶瓷、聚合物和復(fù)合物。支承裝置130可 以具有與馬達(dá)120或泵110或馬達(dá)120與泵110—起的縱向長(zhǎng)度至少一樣長(zhǎng)的縱向長(zhǎng)度。支承裝置130可以是由連接器132連接的多個(gè)部件。連 接器132可以是螺紋、夾持或凸緣連接部?？蛇x地，支承裝置可以是整 體式的，配置形成線軸。根據(jù)本申請(qǐng)，有多種方式來(lái)配置傳感器140。例如，ESP100可以在 孔底，而傳感器140在傳感器外殼142中電連接。傳感器140可以在電連 接之前且在ESP100降低到孔底之前設(shè)置在傳感器外殼中，之后可以將 傳感器140電連接。另一任選方案為將ESP100和沒(méi)有傳感器140的傳感 器外殼設(shè)置在孔底，然后將傳感器140沿井孔向下提供到傳感器外殼 142中。應(yīng)當(dāng)理解的是，根據(jù)本申請(qǐng)，傳感器外殼142是不必要的，且 這些操作可以用不包括傳感器外殼142的裝置完成。傳感器140可以連接到與馬達(dá)120連接的電線(例如，馬達(dá)120的電 線)?？蛇x地，與傳感器140連接的電線146可以比ESP100沿井孔向上 延伸得更遠(yuǎn)。傳感器130也可以與光纖維線或光纖維線與電線的組合連 接。傳感器140可以位于馬達(dá)120底部下方至少30, 60或100米處。傳感 器140也可以位于馬達(dá)120底部下方一定距離處，所述距離至少等于馬 達(dá)繞組沿馬達(dá)120從上到下延伸的距離。圖5示出了計(jì)量器300的上部的剖面圖。計(jì)量器300具有從計(jì)量器內(nèi) 的容積304沿井孔向上延伸的線302。線302可以與其它線310連接，且 連接部312可以位于容積304內(nèi)。塞306與孔上的線310連接。塞套筒308 在計(jì)量器300的容積304的開(kāi)口內(nèi)螺紋連接。當(dāng)連接從計(jì)量器300延伸的 線302時(shí)，線302穿過(guò)開(kāi)口和塞套筒308延伸到容積304之外。線302然后 與延伸穿過(guò)塞306的孔上的線310連接。塞306然后在塞套筒308內(nèi)螺紋 連接到位，從而在容積304內(nèi)設(shè)置所述連接部。可選地，在將線310和 302連接時(shí)，塞306和塞套筒308均可以附接到線310且遠(yuǎn)離計(jì)量器300。 此后，塞306和塞套筒308可以螺紋連4妻到容積304中。上述實(shí)施例意在說(shuō)明包括包含在本發(fā)明思想內(nèi)的多個(gè)特征的多個(gè) 實(shí)施例。所述實(shí)施例決不打算限制本文權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)水下泵裝置，包括泵；馬達(dá)，所述馬達(dá)靠近所述泵，且具有沿所述馬達(dá)延伸第一距離的馬達(dá)繞組；支承構(gòu)件，所述支承構(gòu)件支承傳感器且具有一定長(zhǎng)度，使得所述傳感器設(shè)置在從所述馬達(dá)繞組的孔底遠(yuǎn)端沿井孔向下第一距離處；傳感器裝置，所述傳感器裝置包括從以下部件中選擇的至少一個(gè)部件溫度傳感器、流量計(jì)、振動(dòng)傳感器或壓力傳感器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動(dòng)水下泵裝置，其中，所述支承裝置是 中空管狀構(gòu)件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動(dòng)水下泵裝置，其中，所述支承裝置是 接合管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動(dòng)水下泵裝置，包括適配器，所述適配 器具有適于附接到所述支承裝置的螺紋連接器部分和適于螺栓連接到 部件的連接器部分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動(dòng)水下泵裝置，包括計(jì)量器，所述計(jì)量接部。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動(dòng)水下泵裝置，其中，適于螺栓連接到 部件的所述適配器的所述連接器部分適于螺栓連接到所述計(jì)量器，其 中，當(dāng)所述適配器螺栓連接到所述計(jì)量器時(shí)，所述計(jì)量器的電連接部 能夠連接到來(lái)自于所述傳感器的線。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的孔底裝置，包括載體，所述載體連接到所 述支承裝置的孔底遠(yuǎn)端，所述載體適于支承所述傳感器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動(dòng)水下泵裝置，其中，所述支承裝置是 獨(dú)立的可拆卸部件。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動(dòng)水下泵裝置，其中，所述支承裝置選 自以下部件盤管和纜線。
10. —種電動(dòng)水下泵裝置，包括 泵；馬達(dá)，所述馬達(dá)具有馬達(dá)繞組，所述馬達(dá)繞組沿所述馬達(dá)延伸第一3巨離；和傳感器，所述傳感器機(jī)械地連接到所述裝置，并位于從所述馬達(dá)繞 組的孔底遠(yuǎn)端沿井孔向下至少第一距離處。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的孔底裝置，包括連接在所述傳感器和所 述馬達(dá)之間的支承構(gòu)件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的孔底裝置，包括計(jì)量器，所述計(jì)量器連 接在所述馬達(dá)和所述支承裝置之間。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的孔底裝置，包括適配器，所述適配器連 接在所述支承裝置和所述計(jì)量器之間，所述適配器具有適于連接到所 述支承構(gòu)件的螺紋連接部分和用于螺栓連接到所述計(jì)量器的連接器部 分。
14. 一種感測(cè)孔底參數(shù)的方法，包括將電動(dòng)水下泵裝置設(shè)置在孔底，所述電動(dòng)水下泵裝置包括泵、馬達(dá) 和傳感器，所述馬達(dá)具有沿所述馬達(dá)延伸第 一距離的繞組；用所述傳感器感測(cè)參數(shù)，所述參數(shù)在馬達(dá)繞組的最下遠(yuǎn)端下面至少 第一距離處。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括將所述傳感器設(shè)置在從馬達(dá) 繞組的孔底遠(yuǎn)端沿井孔向下一定距離處，所述距離至少與所述第一距 離一樣長(zhǎng)。
16. —種配置孔底電動(dòng)水下裝置的方法，所述孔底電動(dòng)水下裝置包 括泵、馬達(dá)、支承裝置、適配器、計(jì)量器、傳感器、連接到所述傳感 器的線和連接到所述計(jì)量器的線，所述方法包括以下步驟將所述計(jì)量器連接到所述馬達(dá)；將所述適配器連接到所述支承裝置且隨后將所述適配器連接到所 述計(jì)量器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，包括在將所述適配器連接到所述計(jì)量器之前，將連接到所述傳感器的線 與連接到所述計(jì)量器的線相連接，且隨后將所述適配器螺栓連接到所 述計(jì)量器。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述適配器在其中具有開(kāi) 口容積，且將從所述傳感器延伸的線和從所述計(jì)量器延伸的線之間的連接部 設(shè)置在所述開(kāi)口容積內(nèi)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，包括，在所述支承裝置在孔上時(shí)， 將所述適配器連接到所述支承裝置；將所述支承裝置放置到井頭中，使得所述適配器保持在所述井頭上 方的孔上；和將所述適配器連接到所述計(jì)量器。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，包括將所述適配器連接到所述支 承裝置和將所述適配器連接到計(jì)量器；和隨后將所述計(jì)量器連接到所述馬達(dá)。
全文摘要
本發(fā)明涉及電動(dòng)水下泵送傳感器裝置和方法。一種電動(dòng)水下泵裝置，包括泵；馬達(dá)，所述馬達(dá)靠近所述泵，且具有沿所述馬達(dá)延伸第一距離的馬達(dá)繞組；支承構(gòu)件，所述支承構(gòu)件支承傳感器且具有一定長(zhǎng)度，使得所述傳感器設(shè)置在從所述馬達(dá)繞組的孔底遠(yuǎn)端沿井孔向下第一距離處；傳感器裝置，所述傳感器裝置包括從以下部件中選擇的至少一個(gè)部件溫度傳感器、流量計(jì)、振動(dòng)傳感器或壓力傳感器。
文檔編號(hào)F04B17/03GK101576070SQ20091013913
公開(kāi)日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2009年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月7日
發(fā)明者A·I·沃森, J·A·布克, J·D·羅沃特, K·阿姆斯特隆 申請(qǐng)人:普拉德研究及開(kāi)發(fā)有限公司