电动水下泵送传感器装置和方法

专利名称：电动水下泵送传感器装置和方法
技术领域：
本发明总体上涉及构造为感测从电动水下泵沿井孔向下(downhole) —定距离处的参数的电动水下泵装置及有关方法。
技术背景流体位于地下。流体例如可以包括碳氢化合物(油)和水。期望至 少提取油，以用于消耗。钻孔到地面中以便提取所述流体。所述孔称 为井孔，且通常用称为外壳的金属管状结构封装。可以在外壳和井孔 之间增加多个其它特征，如固井部件(cementing)。井孔可以是大致 竖直的，且甚至能够以多个方向(例如，向上或水平)钻井。一旦井孔被封装，所述外壳被穿孔。穿孔包括在外壳中形成孔，从 而将外壳外部的井孔连接到外壳内部。穿孔包括将穿孔枪降低到外壳 中。所述穿孔枪具有电荷，所述电荷引爆并推进物质通过所述外壳， 从而在外壳和周围地层中形成孔，且帮助地层流体从地层和井孔流入 所述外壳中。有时，所述地层具有足够的压力来使得井流体沿井孔向上驱动到地 面。然而，这种情况并不总是存在，且不能依靠此。因而，需要人工 提升装置以驱动孔底的井流体沿井孔向上，例如至地面。人工提升装 置设置在外壳内孔底。获取与所述人工提升装置的操作有关的信息可 以是有益的。获取该信息的 一种方式是借助于孔底传感器。本申请描述了带有用于感测电动水下泵下面的孔底参数的传感器 的孔底电动水下泵(ESP)及有关方法。发明内容根据一个实施例， 一种电动水下泵装置，包括泵；马达，所述马 达靠近所述泵，且具有沿所述马达延伸第一距离的马达绕组；支承构 件，所述支承构件支承传感器且具有一定长度，使得所述传感器设置 在从所述马达绕组的孔底远端沿井孔向下第 一距离处；传感器装置， 所述传感器装置包括从以下部件中选择的至少 一个部件温度传感器、流量计、振动传感器或压力传感器。


图l示出了一个实施例。图2示出了具有某些特征的实施例。 图3示出了具有某些特征的实施例。 图4a和4b示出了具有某些特征的其它实施例。 图5示出了具有某些特征的实施例。
具体实施方式
在以下的描述中，为了理解本发明阐明了许多细节。但是，本领域 技术人员应当理解，在没有这些细节中的许多细节的情况下可以实施 本发明，且根据所描述的实施例可能有许多的变化或修改。如本文中所使用的，术语"上方"和"下方"，"上"和"下"， "上部"和"下部"，"向上"和"向下，，；以及表示相对于指定点 或元件位于上方或下方相对位置的其它类似术语，在本说明书中用来 更清楚地表述本发明的一些实施例。但是，当应用于偏斜或水平的井 中的装置和方法时，这些术语可以指的是左至右，右至左，或合适的 对角关系。人工提升装置用于驱动孔底流体沿井孔向上。一种这种装置称为电 动水下泵(ESP) 。 ESP通常包括机才成地连接到马达的泵，例如离心式 泵。所述马达驱动所述泵且纟皮供电。所述马达位于所述泵沿井孔向下 的位置，使得井流体经过所述马达，从而帮助保持冷却马达。功率从 地面经由电线传输。除了电功率之外，在某些情况下通信信号也可以 沿电线传输。而且，可以使用附加通信介质。/人Schlumberger可商业得 到多种ESP设计。因而，在本申请中不描述这种特定设计。ESP可以位于外壳的穿孔区域上方。所述泵可以设置在所述穿孔沿 井孔向上一定距离处。即，井流体流入外壳的位置可以在ESP下面。传感器可以并入ESP，以测量某些井孔参数。这些参数中的一些是 压力、温度、振动、流率、密度、流体/气体混合物、电压泄漏等。这 些参数可以在几乎任何位置测量，例如，在泵或马达的水平面处，在泵或马达中，在泵或马达外，在外壳中，在外壳之外，等。然而，在本申请的上下文中，尤其期望测量所述外壳内和ESP下方穿孔(例如， 钻开的油层表面(sandface))处或附近的这些参数中的至少一个或一些。因而，本申请描述一种传感器装置，所述传感器装置位于从ESP(例 如，ESP的马达，尤其是马达中的绕组的下部远端)沿井孔向下一定距 离处，从而将所述传感器装置设置成靠近所述穿孔。图1示出了ESP100, ESP100包括泵110和马达120。如上文所述，马 达120在其中具有绕组(未示出)，所述绕组在马达120内延伸一定距 离。传感器140位于绕组的孔底远端沿井孔向下的位置。马达120与泵 IIO冲几才戒地连接，〗吏得马达120驱动泵110。马达120可以位于泵110沿井 孔向下的位置，以帮助冷却马达120。 ESP100连接到悬吊构件112。悬 吊构件112可以是用于悬吊孔底ESP的任何装置，如盘管或钢丝绳。泵 1 IO可以是离心式泵，具有用于引入井流体的进口 113和用于排出井流 体的出口 (未示出)。ESP出口可以连接到沿井孔向上延伸的生产管。 所述生产管可以是盘管或接合管(jointed tubing),或在可选方案中井 流体可以通过外壳12向上驱动。通常，封隔器(packer)与沿外壳或生 产管向上驱动井流体结合使用。计量器300可以连接到马达120。支承 装置130可以连接在马达120或计量器300的孔底端与传感器140之间。 适配器200可以连接在支承装置130和马达120之间，或在支承装置130 和计量器300之间。ESP100可以构造为没有计量器300和/或适配器200。 传感器MO优选为SaphireTM传感器，可从Schlumberger商业得到。然而，许多传感器是合适的且可以被使用而不脱离本申请。如图2和3所示，传感器壳体142可以位于支承装置130的端部处。所 述传感器壳体142可以构造成为传感器140提供支承和/或保护。传感器 壳体142可以具有限定凹部144的开口侧，所述凹部144适于在其中装配 传感器140。该构造在图2中示出。通常，内部凹部144侧将在径向方向 朝外朝向该侧。在其它构造中，传感器壳体142也可以具有适于容纳传 感器140的内部腔室146。内部腔室146可以由传感器壳体142大致环绕， 例如绕径向方向360度。该构造在图3中示出。在传感器壳体142中可以 有开口，使得当传感器140位于内部腔室146中时，电线146可以连接在 传感器140和传感器壳体142外部之间。传感器壳体142可以构造为使得电线146向上延伸到支承装置130中(例如，在支承装置130是管时)， 或使得电线146延伸到靠近支承装置130。适配器200设计成将支承装置130和马达120连接。图4a和4b示出了 包括适配器200的实施例。适配器200具有螺紋部分202 (优选为内螺 紋)，螺紋部分202设计为与支承装置130连接。例如，支承装置130可 以是接合管，且可以拧入适配器200的螺紋部分202内。接合管可以由 连接器132连接。连接器132优选为螺紋、夹持或凸缘连接器。适配器 具有连接部分204,连接部分204适于与马达120或计量器300连接。连 接部分204优选为螺栓连接到马达120的凸缘连接部，但也可以是螺紋 连接部或夹持连接部。如上文所述，传感器140可以与计量器300电连接。电连接部315优 选在配置期间通过将线146与线310连接来建立。适配器200可以构造为 利于所述连接部315。例如，根据图4a,适配器可以具有延伸穿过所述 适配器200的槽道206,与传感器140连接的线146可以通过所述槽道206 与线310连接，线310与计量器300连接。所述线之一可以与伸缩线头(未 示出)连接，以利于所述连接部315。如图4b所示，适配器200在其中 可以具有开口容积208。为了配置，来自于传感器140的线146可以延伸 通过所述适配器200中的开口且延伸到容积208中。适配器200可以柠到 支承构件130上。线310可以从计量器300延伸，且足够长，使得计量器 300可以距适配器200 —定距离，同时允许来自于适配器200的线146与 来自于计量器300的线310连接。在马达120和计量器300降低到适配器 200上之前，线彼此电连接且放置到容积208中。然后，马达120和计量 器300降低到靠近适配器200的位置且螺栓连接在一起，同时保持所述 线在容积208中。关于提到的这些配置，来自于传感器140的线146可以 位于支承装置130内或支承装置130外。优选地，支承装置130位于井头 (未示出)下方的孔底处，然后，适配器200柠到支承装置130上，且 然后马达120被降低并螺栓连接到适配器200。当然，支承装置130与适 配器200的连接可以在适配器200和支承装置130均处于地面时进^亍。支承装置130可以具有多种构造，例如，中空管状形状、U形、I形、 和/或具有多束状。通常，支承装置130由金属制成，但是可利用或将利 用许多其它合适的材料，例如陶瓷、聚合物和复合物。支承装置130可 以具有与马达120或泵110或马达120与泵110—起的纵向长度至少一样长的纵向长度。支承装置130可以是由连接器132连接的多个部件。连 接器132可以是螺紋、夹持或凸缘连接部。可选地，支承装置可以是整 体式的，配置形成线轴。根据本申请，有多种方式来配置传感器140。例如，ESP100可以在 孔底，而传感器140在传感器外壳142中电连接。传感器140可以在电连 接之前且在ESP100降低到孔底之前设置在传感器外壳中，之后可以将 传感器140电连接。另一任选方案为将ESP100和没有传感器140的传感 器外壳设置在孔底，然后将传感器140沿井孔向下提供到传感器外壳 142中。应当理解的是，根据本申请，传感器外壳142是不必要的，且 这些操作可以用不包括传感器外壳142的装置完成。传感器140可以连接到与马达120连接的电线(例如，马达120的电 线)。可选地，与传感器140连接的电线146可以比ESP100沿井孔向上 延伸得更远。传感器130也可以与光纤维线或光纤维线与电线的组合连 接。传感器140可以位于马达120底部下方至少30, 60或100米处。传感 器140也可以位于马达120底部下方一定距离处，所述距离至少等于马 达绕组沿马达120从上到下延伸的距离。图5示出了计量器300的上部的剖面图。计量器300具有从计量器内 的容积304沿井孔向上延伸的线302。线302可以与其它线310连接，且 连接部312可以位于容积304内。塞306与孔上的线310连接。塞套筒308 在计量器300的容积304的开口内螺紋连接。当连接从计量器300延伸的 线302时，线302穿过开口和塞套筒308延伸到容积304之外。线302然后 与延伸穿过塞306的孔上的线310连接。塞306然后在塞套筒308内螺紋 连接到位，从而在容积304内设置所述连接部。可选地，在将线310和 302连接时，塞306和塞套筒308均可以附接到线310且远离计量器300。 此后，塞306和塞套筒308可以螺紋连4妻到容积304中。上述实施例意在说明包括包含在本发明思想内的多个特征的多个 实施例。所述实施例决不打算限制本文权利要求的范围。
权利要求
1.一种电动水下泵装置，包括泵；马达，所述马达靠近所述泵，且具有沿所述马达延伸第一距离的马达绕组；支承构件，所述支承构件支承传感器且具有一定长度，使得所述传感器设置在从所述马达绕组的孔底远端沿井孔向下第一距离处；传感器装置，所述传感器装置包括从以下部件中选择的至少一个部件温度传感器、流量计、振动传感器或压力传感器。
2. 根据权利要求l所述的电动水下泵装置，其中，所述支承装置是 中空管状构件。
3. 根据权利要求l所述的电动水下泵装置，其中，所述支承装置是 接合管。
4. 根据权利要求l所述的电动水下泵装置，包括适配器，所述适配 器具有适于附接到所述支承装置的螺紋连接器部分和适于螺栓连接到 部件的连接器部分。
5. 根据权利要求l所述的电动水下泵装置，包括计量器，所述计量接部。
6. 根据权利要求5所述的电动水下泵装置，其中，适于螺栓连接到 部件的所述适配器的所述连接器部分适于螺栓连接到所述计量器，其 中，当所述适配器螺栓连接到所述计量器时，所述计量器的电连接部 能够连接到来自于所述传感器的线。
7. 根据权利要求l所述的孔底装置，包括载体，所述载体连接到所 述支承装置的孔底远端，所述载体适于支承所述传感器。
8. 根据权利要求7所述的电动水下泵装置，其中，所述支承装置是 独立的可拆卸部件。
9. 根据权利要求l所述的电动水下泵装置，其中，所述支承装置选 自以下部件盘管和缆线。
10. —种电动水下泵装置，包括 泵；马达，所述马达具有马达绕组，所述马达绕组沿所述马达延伸第一3巨离；和传感器，所述传感器机械地连接到所述装置，并位于从所述马达绕 组的孔底远端沿井孔向下至少第一距离处。
11. 根据权利要求10所述的孔底装置，包括连接在所述传感器和所 述马达之间的支承构件。
12. 根据权利要求ll所述的孔底装置，包括计量器，所述计量器连 接在所述马达和所述支承装置之间。
13. 根据权利要求12所述的孔底装置，包括适配器，所述适配器连 接在所述支承装置和所述计量器之间，所述适配器具有适于连接到所 述支承构件的螺紋连接部分和用于螺栓连接到所述计量器的连接器部 分。
14. 一种感测孔底参数的方法，包括将电动水下泵装置设置在孔底，所述电动水下泵装置包括泵、马达 和传感器，所述马达具有沿所述马达延伸第 一距离的绕组；用所述传感器感测参数，所述参数在马达绕组的最下远端下面至少 第一距离处。
15. 根据权利要求14所述的方法，包括将所述传感器设置在从马达 绕组的孔底远端沿井孔向下一定距离处，所述距离至少与所述第一距 离一样长。
16. —种配置孔底电动水下装置的方法，所述孔底电动水下装置包 括泵、马达、支承装置、适配器、计量器、传感器、连接到所述传感 器的线和连接到所述计量器的线，所述方法包括以下步骤将所述计量器连接到所述马达；将所述适配器连接到所述支承装置且随后将所述适配器连接到所 述计量器。
17. 根据权利要求16所述的方法，包括在将所述适配器连接到所述计量器之前，将连接到所述传感器的线 与连接到所述计量器的线相连接，且随后将所述适配器螺栓连接到所 述计量器。
18. 根据权利要求16所述的方法，其中，所述适配器在其中具有开 口容积，且将从所述传感器延伸的线和从所述计量器延伸的线之间的连接部 设置在所述开口容积内。
19. 根据权利要求16所述的方法，包括，在所述支承装置在孔上时， 将所述适配器连接到所述支承装置；将所述支承装置放置到井头中，使得所述适配器保持在所述井头上 方的孔上；和将所述适配器连接到所述计量器。
20. 根据权利要求16所述的方法，包括将所述适配器连接到所述支 承装置和将所述适配器连接到计量器；和随后将所述计量器连接到所述马达。
全文摘要
本发明涉及电动水下泵送传感器装置和方法。一种电动水下泵装置，包括泵；马达，所述马达靠近所述泵，且具有沿所述马达延伸第一距离的马达绕组；支承构件，所述支承构件支承传感器且具有一定长度，使得所述传感器设置在从所述马达绕组的孔底远端沿井孔向下第一距离处；传感器装置，所述传感器装置包括从以下部件中选择的至少一个部件温度传感器、流量计、振动传感器或压力传感器。
文档编号F04B17/03GK101576070SQ20091013913
公开日2009年11月11日 申请日期2009年5月7日 优先权日2008年5月7日
发明者A·I·沃森, J·A·布克, J·D·罗沃特, K·阿姆斯特隆 申请人:普拉德研究及开发有限公司