用于脐带缆部署式电潜泵的地下悬挂器的制作方法

本公开总体上涉及电潜泵线缆，并且更具体地涉及将脐带缆(umbilical)部署式电潜泵悬挂在地下。

背景技术：

电潜泵(“esp”)系统部署在一些生产烃的井筒中，以提供人工升举来将流体输送到地面。流体可以由液态烃、烃类气体和水组成。安装时，普通电潜泵系统在生产油管的钻柱底部处悬挂在井筒中。除了泵之外，电潜泵系统通常还包括电动马达和密封段。泵通常是离心泵或正排量泵中的一种。当电潜泵发生故障时，修井机用于拉出生产油管并更换发生故障的电潜泵。修井机的成本很高，特别是在海上。另外，修井机的等待时间可能长达6-12个月，从而导致生产显著延期。

正在开发技术以允许在没有修井机的情况下利用脐带缆在生产油管内部署电潜泵。当电潜泵发生故障时，可以使用连续油管或试井车拉出并更换发生故障的电潜泵，并将生产油管留在原位。脐带缆可以具有足够的机械强度来承载线缆本身以及电潜泵系统的重量，并且还具有应对用于系统取回的拉力的强度。

电潜泵的脐带缆可悬挂在井口。然而，这种目前可用的方法需要使用专门的电连接器和悬挂器来将脐带缆固定到井口并为脐带缆提供动力。现有的脐带缆悬挂器昂贵、笨重，并且在大多数情况下需要压力补偿。此外，目前的解决方案仅适用于水平井口树(wellheadtree)，并且没有用于竖直井口树的商业解决方案。为竖直井口树开发的一些概念性解决方案需要在主阀下方使用单独的井口线轴(spool)，这允许安装侧出口穿透器以为泵提供动力。

技术实现要素：

本公开的实施例提供了无需修井机便可安装和更换电潜泵的系统和方法。这将允许使用更快更灵活的绞车型干预单元来更换电潜泵，从而节省操作人员的工作成本。所描述的系统和方法提供了将电潜泵悬挂在地面下方而不需要地面脐带缆悬挂器的能力，以及将电潜泵脐带缆连接到地面以提供电力、液压动力或仪表连接(例如用于传感器的仪表连接)的能力。因为对于普通的市售井口树不需要修改或附加装置，所以本公开的实施例提供了在配备有竖直井口或水平井口的井中安装电潜泵的不停顿(seamless)能力。另外，所描述的系统和方法允许安装标准的浅地下安全阀，这对于一些现有的脐带缆电潜泵系统是不可能的。

在本公开的一个实施例中，一种地下悬挂器装置，其用于将电潜泵悬挂在井的地下油管中，所述地下悬挂器装置包括：线轴组件，所述线轴组件具有：管状的线轴壳体；线轴电气垫(electricalpad)；以及从所述线轴壳体伸出的线轴线缆引线。该装置还具有悬挂器组件，所述悬挂器组件具有：圆筒形的悬挂器壳体；悬挂器电气垫；悬挂器线缆引线，其在与所述线轴线缆引线相反的方向上从所述悬挂器组件伸出；以及线缆悬挂器(hangersub)，其围绕所述悬挂器线缆引线。当所述悬挂器组件落在所述线轴组件内并由所述线轴组件支撑时，所述悬挂器电气垫定位成与所述线轴电气垫接合。

在替换实施例中，该装置可包括管状的线轴主体，并且所述管状的线轴壳体的尺寸可以设计成围绕所述线轴主体。所述线轴组件的内径上的轮廓部(profile)可以具有减小的内径，所述内径小于所述悬挂器组件的外径。所述悬挂器电气垫能在缩回位置和伸出位置之间径向移动，在所述伸出位置，所述悬挂器电气垫定位成接合所述线轴电气垫，并防止所述悬挂器组件相对于所述线轴组件的轴向运动。

在其它替换实施例中，该装置可以包括线轴连接器环，所述线轴连接器环是电连接在所述线轴电气垫和所述线轴线缆引线之间的弧形部件。所述悬挂器线缆引线可以将所述悬挂器电气垫电连接到所述电潜泵的脐带缆。线轴电气垫可以是环形部件，或者可以包括沿周向间隔开的三个单独的弧形段。弧形段可以轴向间隔开。

在本公开的替代实施例中，用于利用地下悬挂器装置从井生产流体的系统包括位于井内的电潜泵，该电潜泵由脐带缆悬挂。所述线轴组件与生产油管串联固定在位于地面的井口组件下方一定距离处。所述悬挂器组件固定到所述脐带缆，其中，所述悬挂器线缆引线通过所述脐带缆与所述电潜泵通信，并且所述悬挂器组件固定到所述脐带缆的顶端。

在替换实施例中，线缆可以在所述生产油管的外部从所述井口组件延伸到所述线轴线缆引线。井口组件下方一定距离可以在100至500英尺的范围内。所述线轴组件的内径上的面向上的肩部的尺寸可以设计成接合所述悬挂器组件的外径上的面向下的肩部，并且将所述电潜泵和所述脐带缆的负载从所述悬挂器组件传递到所述线轴组件。所述悬挂器电气垫能在缩回位置和伸出位置之间径向移动，在所述伸出位置，所述悬挂器电气垫定位成接合所述线轴电气垫，以提供所述电潜泵和所述地面之间的通信。所述悬挂器组件还可以包括能从打开位置移动到关闭位置的地下安全阀，以防止所述流体穿过所述悬挂器组件。

在本公开的另一替代实施例中，一种利用地下悬挂器装置将电潜泵悬挂在井中的方法包括：将线轴组件与所述井的生产油管串联固定在位于的地面井口组件下方一定距离处，所述线轴组件具有管状的线轴壳体、线轴电气垫和从所述线轴壳体伸出的线轴线缆引线。将悬挂器组件固定到所述电潜泵的脐带缆的顶端，所述悬挂器组件具有圆筒形的悬挂器壳体、悬挂器电气垫、悬挂器线缆引线和线缆悬挂器，所述悬挂器线缆引线沿着与所述线轴线缆引线相反的方向从所述悬挂器组件伸出并且通过所述脐带缆与所述电潜泵通信，所述线缆悬挂器围绕所述悬挂器线缆引线。利用所述脐带缆将所述电潜泵下降到所述井中，直到所述悬挂器组件落在所述线轴组件内并由所述线轴组件支撑。当所述悬挂器组件落在所述线轴组件内并由所述线轴组件支撑时，所述悬挂器电气垫与所述线轴电气垫接合。

在替换实施例中，利用所述脐带缆将所述电潜泵下降到所述井中直到所述悬挂器组件落在所述线轴组件内并由所述线轴组件支撑包括：使所述线轴组件的内径上的面向上的肩部与所述悬挂器组件的外径上的面向下的肩部接合，以将所述电潜泵和所述脐带缆的负载从所述悬挂器组件传递到所述线轴组件。悬挂器电气垫可以从缩回位置径向移动到伸出位置，其中，在所述伸出位置，所述悬挂器电气垫与所述线轴电气垫接合，以提供所述电潜泵与所述地面之间的通信，并且防止所述悬挂器组件相对于所述线轴组件的轴向运动。

附图说明

为了实现以及能够具体理解本公开的实施例的前述特征、方面和优点以及变得显然的其它特征、方面和优点，下面参考在附图中图示的实施例对上文简要概述的本公开做更具体的描述，附图构成本说明书的一部分。然而，值得注意的是，附图仅图示了本公开的特定实施例，因此，不应视为是对本公开范围的限制，因为本公开可容许有其它同等有效的实施例。

图1是根据本公开的实施例的具有地下悬挂器装置的地下井的剖视图。

图2是根据本公开的实施例的地下悬挂器装置的透视图。

图3是图2的地下悬挂器装置的分解透视图。

图4是根据本公开的实施例的地下悬挂器装置的线轴组件的透视图。

图5是图4的线轴组件的分解透视图。

图6是根据本公开的实施例的地下悬挂器装置的悬挂器组件的透视图。

图7是图6的悬挂器组件的分解透视图。

图8是图6的悬挂器组件的详细视图，示出了处于伸出位置的悬挂器电气垫。

图9是根据本公开的实施例的地下悬挂器装置的一部分的透视图。

图10是根据本公开的实施例的地下悬挂器装置的一部分的透视图。

具体实施方式

本公开涉及特定特征，包括过程或方法步骤。本领域技术人员理解，本公开不限于说明书中给出的实施例的描述。除符合说明书和所述权利要求书的精神外，本公开的主题不受限制。

本领域技术人员还应理解，用于描述特定实施例的术语不限制本公开的实施例的范围或广度。在解释说明书和所附权利要求书时，所有术语应以与每个术语的上下文一致的尽可能广泛的方式解释。除非另外限定，否则说明书和所附权利要求书中使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。

如说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确说明。

如所使用的，词语“包括”、“具有”、“包含”以及所有其它语法变体各自旨在具有开放的、非限制性的含义，其不排除其它元件、部件或步骤。本公开的实施例可以适当地“包括”、“包含”或

“基本上包含”所公开的限制特征，并且可以在没有公开的限制特征的情况下实施。例如，本领域技术人员可以认识到，某些步骤可以组合成单个步骤。

在说明书或所附权利要求书中提供一系列值的情况下，应理解，间隔包括上限和下限之间的每个中间值以及上限和下限。本公开涵盖并限制了间隔的较小范围，但须遵守规定的任何特定排除。

在说明书和所附权利要求书中提及包括两个或更多个限定步骤的方法的情况下，所限定的步骤可以以任何顺序或同时进行，除非上下文排除该可能性。

参见图1，电潜泵系统10位于地下井12的孔内。电潜泵系统10可包括传统的已知部件，例如泵、马达和密封段。电潜泵系统10是脐带缆部署式电潜泵系统。在脐带缆部署式电潜泵系统中，电潜泵系统10在脐带缆13上下降到井12中，使得绞车型单元可以安装和移除电潜泵系统10，并且不需要昂贵的修井机来进行这种操作。脐带缆13可以具有足够的机械强度来承载脐带缆13以及电潜泵系统10的重量，并且还可以承受取回电潜泵系统10所需的拉力。脐带缆13可以在地面和电潜泵系统10之间提供电力、液压动力或仪表连接。

封隔器14可以在延伸到烃地层中的穿孔16附近在地下井12的孔内进行密封。电潜泵系统10可以将流体排到延伸到井12中的生产油管18中。生产油管18可以将产出的流体输送到位于地面22处的井口组件20。井口组件20可具有竖直树或水平树。在图1的示例性实施例中，井口组件20示出为具有标准的市售竖直树。

地下悬挂器装置24无缝地为脐带缆13提供电气和机械接口。地下悬挂器装置24在地面和电潜泵系统10之间传递电力和通信，并且还将电潜泵系统10和脐带缆13本身的负载传递到生产油管18。

参见图2至图3，地下悬挂器装置24具有两个主要部分：固定的线轴组件26和落在线轴组件26内的悬挂器组件28。线轴组件26与生产油管18串联固定，使得生产油管18的一部分轴向位于线轴组件26下方，并且生产油管18的一部分轴向位于线轴组件26上方。线轴组件26可以固定到生产油管18上，使得当安装在井12中时，如图1所示，线轴组件26位于地面22下方的距离d处。在某些实施例中，距离d可以在例如100-500英尺的范围内。在其它实施例中，距离d可以在例如300-400英尺的范围内。在其它实施例中，距离d可小于100英尺或大于500英尺。线轴组件26与生产油管18一起部署到井12中。

参见图4至图5，线轴组件26具有管状线轴壳体30和管状线轴主体32。管状线轴壳体30的尺寸设计成围绕线轴主体32，使得线轴主体32的一部分位于线轴壳体30内。线轴壳体30与线轴主体32配合，以容纳线轴组件26的内部部件。

线轴电气垫34位于线轴壳体30内。线轴电气垫34由导电材料形成，以用于传送电力和通信信号。在图5和图9的实施例中，存在构成线轴电气垫34的三个单独的弧形段。图5和图9的三个线轴电气垫34沿周向间隔开并轴向对准。在图10的实施例中，三个环形部件构成线轴电气垫34。图10的环形线轴电气垫34轴向间隔开。在替换实施例中，取决于监测和控制电潜泵系统10所需或期望的各个连接部的数量，可以存在最少一个线轴电气垫34或多于三个线轴电气垫34。

如先前在图2至图3中所示，线轴线缆引线36从线轴壳体30伸出。在图5的实例中，存在三根线轴线缆引线36。在替换实施例中，根据监测和控制电潜泵系统10所需或期望的各个连接部的数量，可以存在最少一个线轴线缆引线36或多于三个线轴线缆引线36。线轴线缆引线36沿井12的方向延伸。线轴线缆引线36可以在地面22处的系统和位于井12内的电潜泵系统10之间传递电力和通信。线轴线缆引线36通过一段线缆38(也在图1中示出)连接到地面22处的系统，线缆38在油套环空中平行于生产油管18延伸，油套环空位于生产油管18的外侧和井12的内孔表面之间。除了至少一个电导体之外，线缆38还可以包括液压件、传感器或其它通信线路。线缆38可以与生产油管18一起安装。可以使用本领域已知的标准井口穿透器和地面连接器来完成回路。

参见图5，线轴连接器环40可以提供用于在线轴电气垫34和线轴线缆引线36之间的电信号或其它通信信号的路径。线轴连接器环可以是弧形部件，其在线轴电气垫34和线轴线缆引线36之间径向延伸。竖直连接部件42在线轴电气垫34和线轴线缆引线36之间轴向完成该路径。在图5的实施例中，线轴电气垫34的数量等于线轴线缆引线36的数量，并且每个线轴电气垫34分别连接到相应的线轴线缆引线36。在替换实施例中，可以使用其它合适的连接装置和连接图案来为线轴电气垫34和线轴线缆引线36之间的电信号或其它通信信号提供路径。

参见图6和图8，悬挂器组件28包括圆筒形的悬挂器壳体44。悬挂器壳体44具有悬挂器壳体顶部46和悬挂器壳体底部48。悬挂器壳体44具有用于容纳悬挂器组件28的内部部件的内部空间。

悬挂器电气垫50位于悬挂器壳体44内，两者首先在图3中示出。悬挂器电气垫50由导电材料形成，以用于传送电力和通信信号。在图6至图7和图9至图10的实施例中，存在构成悬挂器电气垫50的三个单独的弧形段。图6至图7和9的三个悬挂器电气垫沿周向间隔开并且轴向对准。在图10的实施例中，三个悬挂器电气垫沿周向间隔开并轴向间隔开。在替换实施例中，取决于监测和控制电潜泵系统10所需或期望的各个连接部的数量，可以存在最少一个悬挂器电气垫50或多于三个悬挂器电气垫50。

当悬挂器组件28落在线轴组件26内并由线轴组件26支撑时，悬挂器电气垫50定位成接合线轴电气垫34，以提供电潜泵系统10与地面之间的通信。悬挂器电气垫50可在缩回位置(图3)和伸出位置(图8)之间径向移动。在缩回位置，悬挂器电气垫50可具有与悬挂器壳体44的外径齐平或凹入悬挂器壳体44的外径内的外表面。在伸出位置，悬挂器电气垫50定位成接合线轴电气垫34，并且可以防止悬挂器组件28相对于线轴组件26的轴向运动。

在伸出位置，悬挂器电气垫50已径向向外移动，并且悬挂器电气垫50的外表面在悬挂器壳体44的外径的径向外侧。在图8的实例中，悬挂器电气垫50已穿过悬挂器壳体顶部46中的开口。参见图9，在伸出位置，悬挂器电气垫50的外表面已径向向外移动足够的距离以接合线轴电气垫34。为了接合线轴电气垫34，在移动到伸出位置之前，悬挂器电气垫50可首先与线轴电气垫34旋转对准。可以致动悬挂器电气垫50，以电动地、液压地或手动地移动到伸出位置。为了使悬挂器电气垫50与线轴电气垫34旋转对准，线轴组件26可具有本领域已知的自动旋转特征以确保正确对准。可替换地，在图10的实施例中，其中三个环形部件构成线轴电气垫34，因为线轴电气垫34完全围绕线轴组件26的圆周延伸，所以不需要在悬挂器电气垫50和线轴电气垫34之间进行旋转对准。

为了防止悬挂器组件28相对于线轴组件26的轴向运动，在伸出位置，悬挂器电气垫50可以接合线轴组件26的凹槽或其它凹部。线轴电气垫34可位于线轴组件26的如下凹槽或凹部中：该凹槽或凹部使得当悬挂器电气垫50移动到线轴组件26的凹槽或凹部中时，在悬挂器电气垫50和线轴电气垫34之间形成连接。在某些实施例中，线轴组件26的凹槽或凹部可成形为限制悬挂器组件28相对于线轴组件26的相对轴向运动和旋转运动。

参见图7和图9，悬挂器线缆引线52沿与线轴线缆引线36的方向相反的方向延伸到悬挂器组件28的外部。悬挂器线缆引线52的数量可以与悬挂器电气垫50的数量相同，并且每个悬挂器线缆引线52可以直接连接到单独的悬挂器电气垫50。悬挂器线缆引线52可以在悬挂器电气垫50和电潜泵系统10的脐带缆13之间提供电连接和其它信号连接。以这种方式，悬挂器线缆引线52通过脐带缆13与电潜泵系统10通信。优选地，悬挂器线缆引线52可以是未绞接的脐带缆13的通信线路的一端，以便减少通信系统中的绞接总数。可替换地，线缆引线52可以绞接到脐带缆13的通信线路。

悬挂器组件28通过线缆悬挂器54固定到脐带缆13的顶端，线缆悬挂器54围绕脐带缆13和悬挂器线缆引线52。线缆悬挂器54是可附接和可拆卸的部件，其可连接到脐带缆13的承载部件，使得悬挂器组件28承担线缆悬挂器54和电潜泵系统10的负载，而不损坏脐带缆13内的任何通信线路。在某些实施例中，可以使用在悬挂器组件28与线轴组件26配合期间打开并且然后当它们被拆卸时关闭的滑动门来保护地下悬挂器装置24的每个通信连接部免受井下流体的影响。根据需要，还可以使用擦拭物清洁连接部。

为了使悬挂器组件28相对于线轴组件26正确轴向对准，并且为了转移负载，在线轴组件26的内径上的面向上的肩部的尺寸可以设计成与悬挂器组件28的外径上的面向下的肩部接合。当将电潜泵系统10安装到井12中时，可以降低电潜泵组件10，直到通过线轴组件26的面向上的肩部和悬挂器组件28的面向下的肩部的相互作用，悬挂器组件28落在线轴组件26内并由线轴组件26支撑。线轴组件26的面向上的肩部和悬挂器组件28的面向下的肩部可以是例如止动轮廓部。

参见图3、图6和图7，在某些实施例中，悬挂器组件28密封地接合线轴组件26，并且通过流体交叉管56和插入管58提供穿过地下悬挂器装置24的流体流动路径。插入管58的底端与流体交叉管56的孔对准。地下悬挂器装置24下方的流体可以通过流体交叉管56中的开口进入地下悬挂器装置24，进入插入管58，并且从地下悬挂器装置24上方的插入管58的顶端离开。

在某些实施例中，为了提供生产管道的紧急关闭，地下安全阀可位于插入管58内。

本公开的实施例提供了不需要压力补偿并且允许使用现成的电井口穿透器和标准油管悬挂器来安装脐带缆部署式电潜泵组件的系统和方法，从而消除了在井口处安装额外线轴的需要。

因此，所描述的本公开的实施例非常适于实现所述目的并获得所提及的结果和优点以及其它固有的结果和优点。虽然出于公开的目的给出了本公开的示例性实施例，但是在用于实现期望结果的过程的细节中存在许多变化。这些和其它类似的修改对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且旨在包含在本公开的精神和所附权利要求的范围内。