電動泵電力電纜管理的製作方法

2023-04-23 16:22:26

專利名稱：電動泵電力電纜管理的製作方法
技術領域：
當前文檔基於並要求具有2007年4月30日申請的美國臨時 申請序號第60/914,982號的優先權益。
背景技術：
電潛水泵可從盤繞油管(盤管或撓性油管)懸掛在井中，電纜 在盤繞油管內部以為泵電機提供電力。生產流體沿盤繞管環面向上泵 取。通常，電力電纜和其它電纜具有低拉伸強度，並且能自由懸掛在傾 斜管中的電纜的長度有限。因此，該電纜可能間隔地被夾緊、結合或捆 扎到油管系統的外部。可選方法在盤繞油管內引導電纜。
已開發了系統，以在盤繞油管內支撐電力電纜，用於電潛水泵 泵取系統應用。例如， 一些系統使用沿電纜間隔的錨定設備，以沿油管 摩擦限制電纜。在其它系統中，沿盤繞油管壁設置"凹座"以機械支撐 電纜。在其它系統中，在油管制造期間，電纜被結合到油管孔。還進行 了試圖，以在盤繞油管內使用粘性流體以懸掛電纜，而其它系統在螺紋 油管內使用稠密流體以使電纜浮起。通過使用電纜的螺旋扣住以相對於油管的內壁摩擦限制電纜， 其它系統在盤繞油管內支撐電纜。在一個實例中，當在地面組裝時，電 力電纜通常拉緊，並且在導管被懸掛在井中後，另外的電纜被饋送入例 如盤繞油管的導管。然而，這種過程導致一種組件，其中電纜的底部被 強擠曲，同時電纜的上部處於張緊中。當另外的電纜被饋送入導管時， 在導管的上端處出現一些擠曲，但這種擠曲可能通常鬆弛。另外，在導 管的中部處，電纜可保持拉伸並且從而不會擠曲。結果，該系統沿組件 的長度不會產生均勻的擠曲，並且組件在使用期間的振動會減小錨定摩 擦到臨界閾值下，並且還引發電纜逐漸停留直到形成穩定、更緊的螺旋。這種情況能夠引發電纜連接器的拉脫或其它故障。在某種程度，電纜滑動能夠通過在井頭提供過剩的電纜進行補
償。然而，在井頭提供額外電纜要求特殊的樹狀設計，並且通常無法在 壓力下實現油管和電潛水泵系統的容易布置和去除。另外，沿導管的內 部的洩漏能夠使壓力在油管與電纜之間移動，並進入井頭。這在提供井 控制中產生更大的困難，並且潛在地需要在壓力下去除油管和電潛水泵 系統。此外，如果固體油管架用於防止壓力移動，則沒有用於提供過剩 電纜的空間。任何電纜滑動則能夠引發電纜故障。

發明內容
通常，本發明提供了一種方法和系統，用於在井筒中用的油管 中存儲通信線。這種通信線例如電纜被布置在可連接到設計用於布置在 井筒中的井設備的油管內。另外，活性材料被放置在油管中。活性材料 的稠度可有選擇地改變以填充電纜與油管之間的空間，從而為電纜提供 支撐和/或沿油管壓力隔離。


以下將參照附圖描述本發明的特定實施例，其中類似標號指 示類似的元件，和圖1是根據本發明的一個實施例的在井筒中布置的油管上布置 的井設備的正視圖；圖2是根據本發明的一個實施例的具有內部通信線和填充材料 的油管的斷面的正交視圖；圖3是顯示根據本發明的一個實施例的用於在油管中支撐通信 線和/或產生壓力障礙的過程的流程圖；圖4是顯示根據本發明的一個實施例的用於在油管中支撐通信 線和/或產生壓力承載物的可選過程的流程圖；和圖5是根據本發明的一個實施例的用於在井筒中布置盤繞油管 和內部通信線的組件的視圖。
具體實施例方式在下述描述中，許多細節被列出以提供本發明的理解。然而，
本領域的普通技術人員將理解到本發明可沒有這些細節地實現，並且 從描述實施例可以進行多種變化或修改。本發明通常涉及用於在油管(在本發明中也可指管道)中支撐 通信線和/或用於防止流體和壓力沿油管移動的技術。該技術包括用於 在表面位置處將電力電纜或其它類型的通信線安裝進入油管的系統和方 法。該油管用於將諸如電潛水泵系統的井設備布置和懸掛在井中。通過 支撐內部通信線抑制滑動，該技術使得能夠使用例如固體螺旋油管架 (hangar)。為了說明的目的，這裡描述的方法和部件通常涉及在井筒中在 油管上懸掛電潛水泵系統。然而，應該理解到該油管(或者管道)可
包括多種導管、管或管道，例如盤繞油管、接頭油管和類似物，用於在 井眼中懸掛多種井筒設備。利用實例，泵系統、測井工具、線(鋼絲) 工具、鑽井工具和其它類型的井設備能夠在油管上布置在井筒內。另 外，通信線沿油管引導，並且經常包括用在地面位置與井下井筒設備之 間通信電信號的電力電纜。然而，通信線路可包括其它類型的通信線， 包括多種電纜、管、導管、金屬線、光纜和其它類型的電力和/或數據 通信線。利用油管內部的電纜在井筒中安裝電潛水泵系統或其它井設備 引起了在油管內管理電纜的挑戰。利用在油管內存在的間隙填充材料， 這裡描述的系統和方法實質消除了通信線路的滑動。該材料填充通信線 路和油管之間的空的間隙。在一些實施例中，該間隙-填充材料是一種 活性物質，可例如通過泵送引導進入油管，並允許改變稠度，例如固化 或凝固，從而去除油管內的空間，並防止通信線滑動。在其它優點中， 這實現了使用能夠防止流體流入井頭的固體油管架。
該空隙填充材料還在洩露入油管內的情況中提供壓力屏障。適 合的空隙填充材料的實例包括多種活性物質，諸如可在來自 GroundSafe的商標名稱Bacel 下的液體水凝膠和硬泡沫。在一些實 施例中，該空間填充材料是耐烴性的，或另外耐可能洩露入油管的井汙物性的。多種發泡材料、凝膠材料和其它活性材料能夠用於滿足給定工 作環境的要求，例如關於井溫度、壓力、硫化氫的存在、二氧化碳的存 在和其它因素。根據應用，通過諸如泵送的合適過程，該材料還能夠被 選擇以有利於例如電纜的通信線安裝和活性材料的引入。在其它應用 中，該活性材料可被選擇以便通信線能夠完全或部分覆蓋或包圍在材 料中。舉例來說，通信線能夠包圍在可膨脹材料中，例如可膨脹水凝膠 材料或接觸烴試劑膨脹的烴可膨脹橡膠。在將包圍的電力電纜安裝在油 管中後，活性劑被引導入油管，以引發可膨脹材料膨脹。這實現了可膨 脹材料填充通信線路和油管之間的間隙，從而限制電纜滑動並在油管中 實現壓力屏障。使用空隙填充材料提供了通信線路管理技術，實現井頭內的油 管在具有標準電力和機械連接器的支架(管吊)處終止。該井頭不要求 特殊的設計，以在井頭內部容納額外的通信線路。如果需要這種去除方 式，使用標準井頭還允許油管和電潛水泵取系統在壓力下去除。通常參照圖1，顯示了使用電纜管理技術的系統的一個實例。 在這個實施例中，井系統20包括布置在井筒24中的通信線路管理系 統22。該井筒24被鑽入地質地層26，並且從位於地面30處的井頭 28向下延伸，所述地面諸如海床或地球表面。該井筒24可通常垂直 定向，或具有組合的垂直和偏離部分。此外，根據具體環境和應用，該 井筒24可以是敞開的，或者排有套管32。如果井筒24襯有套管 32，多個穿孔34形成穿過套管以容納地層26與井筒24之間的流體 流。在所示實施例中，通信線管理系統22包括沿油管40的內部 38引導的通信線36。如上所述，通信線36可包括用於通信電力信號 的電力電纜，或它可以包括能夠例如用於向井上和/或向井下通信數據 的其它通信線路。通信線路的實例包括電線、液壓油管、光纖和其它通 信線，以及這些線的組合。此外，油管40可包括盤繞油管，但油管也 可由能夠在井筒環境中使用的接合管或其它類型的導管和管形成。
利用例如通過泵送作為流體能夠引導入內部38的空隙填充材 料42，通信線36被支撐在油管40中。然而，其它類型的空隙填充材料能夠引導入內部38。該空隙填充材料42用於在油管40內支撐 通信線36和/或產生壓力屏障。舉例來說，使用清管器(pig)經由油 管預先泵送的金屬線，通信線36能夠被拉入油管40，例如盤繞油 管。 一旦通信線36在油管40內，該空隙填充材料42能夠被泵入油 管。該通信線36能夠拉動穿過盤繞油管，同時盤繞管沿表面位置解開 纏繞。然而，其它方法能夠用於將通信線36和空隙填充材料42引導 入油管40。在所示實施例中，油管40也被用於將井設備44布置在井筒 24中。例如，井設備44可包括經連接器48聯接到油管40的下端 的電潛水泵送系統46。根據特定泵送應用，該電潛水泵送系統46可 包括多種部件。舉例來說，電潛水泵送系統46包括潛水泵48;電 機保護器50;和驅動潛水泵48的潛水電機52。在這種類型的實施例 中，通信線36通常包括引導到電潛水泵送系統36的電纜，以為潛水 電機52提供電力。如圖2中進一步說明，空隙填充材料42可包括最初布置在油 管40的內部的活性材料54。根據使用的活性材料的特定類型以及井 應用的類型，在將井設備44布置在井筒24中之前，或在布置井設備 之後，該活性材料54可引導入油管40。例如，活性材料54引導的 階段可根據材料屬性改變。該活性材料54可包括可發泡材料；凝膠 材料*,可膨脹材料；和有選擇地從一種稠度到另一種稠度轉變的其它材 料。舉例來說，可發泡材料或凝膠材料能夠以液體形式引導入內部 38，並轉變為固體或半固體材料，以能夠沿油管40內部支撐通信線 36和/或產生壓力屏障。根據活性材料(反應物質)54的特徵，從一 種稠度到另一種稠度轉變的反應引發材料54能夠利用多種試劑引起。 例如，通過引入諸如催化劑的活應試劑、壓力變化、溫度變化、提供充 分的時間以實現材料或其它試劑的固化/凝固，即能夠引發材料期望轉 化的因素，能夠引起轉化。管理通信線用的方法的一個實例由圖3的流程圖顯示。在這個 實施例中，例如電力電纜的電纜需要支持在油管內，例如盤繞油管，用 於布置井設備44。最初，如圖3中方框56所示，該電纜被布置在油管40內。如方框58所示，該油管40然後至少部分地填充有活性材 料54。舉例來說，活性材料可採用流體形式並泵入內部38。適合的試 劑然後被提供以引發活性材料54反應並改變稠度，如方框60所示。 在執行這種稠度轉化後，活性材料54被轉變為空隙填充材料42，以 實現沿油管40內部的電纜的支撐和壓力屏障。如方框62所示，該井 設備44然後在油管40上能夠傳送到井下。應該指出在其它應用 中，在將活性材料54引導入油管40前或在引發活性材料改變稠度 前，井設備44能夠被傳送到井下。圖3中所示的方法實施例的一種變型涉及圍繞電纜或其它類型 的通信線路放置活性材料，如圖4的流程圖所示。在這個實施例中， 如圖4中方框64所示，該電纜被再次布置在油管40內。然而，在 將電纜布置在油管40內期間、之前或之後，活性材料54被放置在電 纜周圍，如方框66所示。例如，當被傳送入油管40時，諸如可膨脹 水凝膠的可膨脹材料能夠纏繞在電纜周圍。 一旦活性材料54定位在電 纜周圍並傳遞到油管40內，適合的反應試劑被引導到油管40的內部 38，如方框68所示。該反應試劑引發活性材料54充分膨脹或者以其 它方式改變稠度，從而填充在電纜與油管40之間的空隙，以在油管 40內提供對電纜的支撐和/或壓力密封。如方框70所示，該井設備 44然後在油管40上能夠傳送到井下。此外，應該指出在其它應用 中，在更早階段，諸如在將反應試劑引導入油管40前，井設備44能 夠傳送到井下。使用空隙填充材料42也可實現使用井頭28，所述井頭28不 需要特殊的結構以存儲額外的電纜。如先前提及，通過使用空隙填充材 料42，使用固體盤繞油管架能夠支撐電纜。圖5顯示了井頭28的一 個實施例。在這個實施例中，井頭28被設計以傳送盤繞油管40和內 部通信線36進入井筒24。在該井頭28可包括盤繞油管頭組件74 內的固體盤繞油管架72。即使在盤繞油管洩露的情況下，該固體盤繞 油管架72防止壓力的任何向上移動。此外， 一旦頂部凸緣78被安裝 到頭組件74，經由適合的穿透器(penetrator) 76，經過油管架72的 通信線/電纜36能夠建立信號通信。該井頭28無需單獨地構造以提供用於額外電纜的存儲區域。在整個井操作期間，例如生產操作，空隙
填充材料42不滑動地支撐電纜。空隙填充材料42能夠用於許多井相關應用。例如，該材料能 夠用於支持多種通信線和生產應用、井處理應用、測井應用和其它井相 關應用，使用油管以結合用於通信信號的管路布置井設備，所述通信信 號例如電信號或數據信號。另外，該系統可使用多種井設備，包括生產 設備，例如電潛水泵系統46、修井設備、測井設備和其它設備。
因此，雖然上面僅詳細描述了本發明的一些典型實施例，本領 域的專業人員將容易認識到在本質上不背離本發明教授的情況下，可 以進行許多修改。這種修改期望包括在權利要求中確定的本發明的範圍 內。
權利要求
1.一種在井筒中支撐電纜的方法，包括步驟將電纜布置在油管內；將井設備連接到所述油管；將活性材料放置於所述油管內；和通過引發活性材料反應，並充分地填充電纜周圍的空間以支撐電纜，在所述油管中支撐所述電纜。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中布置包括布置向井下傳送 電力的電力電纜。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中布置包括布置數據信號電;見。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中布置包括將電纜布置在撓 性油管內。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中連接包括將電潛水泵送系 統連接到油管。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中放置包括使用採用可固化 材料的形式的活性材料。
7. 根據權利要求1所述的方法，其中放置包括使用採用泡沬形 成材料的形式的活性材料。
8. 根據權利要求1所述的方法，其中放置包括使用採用液體水 凝膠形式的活性材料。
9. 根據權利要求1所述的方法，其中放置包括使用採用可膨脹 材料的形式的活性材料；和其中支撐包括將活性材料引導入油管，以 引發可膨脹材料膨脹。
10. —種方法，包括 將通信線路布置在井筒中使用的油管中； 將流體材料放置於油管內；和當油管位於井筒中時，引發流體材料充分凝固，以將通信線路支撐在油管中。
11. 根據權利要求10所述的方法在油管中。
12. 根據權利要求10所述的方法 膠放置在油管中。
13. 根據權利要求10所述的方法 料放置在油管中。
14. 根據權利要求10所述的方法 料放置在油管中。
15. 根據權利要求10所述的方法 引導入油管中。
16. 根據權利要求10所述的方法 料凝固時，在油管內建立壓力屏障。
17. 根據權利要求10所述的方法 傳送到井下。
18. —種方法，包括 將通信線路放置在油管內； 將井設備連接到油管，用於傳送進入井筒中； 將活性材料引導進入油管的至少一部分；和引發活性材料進行充分改變活性材料的稠度的反應，以在圍繞通 信線路的油管中產生壓力屏障。
19. 根據權利要求18所述的方法，其中放置包括將通信線路 放置在撓性油管內。
20. 根據權利要求18所述的方法，其中連接包括將電潛水泵 送系統連接到油管。
21. —種井系統，包括 在油管內的通信線路；和油管內的活性材料，其中當油管被定位在並筒中時，活性材料 的稠度可選擇性地從非支撐材料改變為能夠將通信線路支撐在油管中的 支撐材料。，其中布置包括將電纜布置 ，其中放置包括將液體水凝 ，其中放置包括將可發泡材 ，其中放置包括將可膨脹材 ，其中引發包括將第二流體 ，其中引發還包括當流體材 ，還包括在油管上將井設備
22. 根據權利要求21所述的井系統，其中油管包括撓性油管。
23. 根據權利要求21所述的井系統，其中通信線路包括通信電纜。
24. 根據權利要求21所述的井系統，其中活性材料包括可發泡材料。
25. 根據權利要求21所述的井系統，其中活性材料包括凝膠材料。
26. 根據權利要求21所述的井系統，其中活性材料包括可膨脹材料。
全文摘要
本發明公開了一種用於將通信線路布置在井筒中使用的油管中的技術。該通信線路位於可用於將井設備布置在井筒中的油管內。另外，活性材料被放置在油管中。活性材料的稠度可有選擇地改變以填充電纜與油管之間的空隙，從而沿油管為電纜提供支撐和/或壓力屏障。
文檔編號H02G9/00GK101299526SQ200810087079
公開日2008年11月5日 申請日期2008年4月11日 優先權日2007年4月30日
發明者唐納德·W·羅斯, 默罕默德·阿薩·阿里 申請人:普拉德研究及開發股份有限公司