专利名称：用于为气井排水的线缆悬置的紧凑型泵送系统的制作方法
技术领域：
本发明的实施方式总体上涉及一种用于为气井排水的线缆悬置的紧凑型泵送系统。
背景技术：
随着天然气井成熟，由于在储层上产生背压的环形管中积累有水，因此很多天然气井都会经历产量的降低。天然气工业已使用不同的技术来缓解该问题，然而，大多数技术都不能解决经济上的困难，因为这些技术都需要例如将管状柱抽出的干预方式。
发明内容
本发明的实施方式总体上涉及用于为气井排水的线缆悬置的紧凑型泵送系统。在一个实施方式中，从储层中取出水的方法包括利用线缆将泵送系统配置到井孔中的靠近储层的位置。泵送系统包括多段式马达、隔离装置和泵。方法还包括将来自表面的电力信号经由线缆供给到马达，并且相继地使马达的各个段运行以模拟多相马达，从而驱动泵并使管状柱中的液面降低到靠近储层的水平面。在另一实施方式中，泵送系统包括能够操作成使驱动轴旋转的可潜水多段式电动马达。每个段递增地定向成使得该段能够操作成模拟多相马达。泵送系统还包括旋转地连接到驱动轴的泵；能够操作成接合管状柱的隔离装置，从而将泵的入口与泵的出口流体隔离，并且将马达和泵旋转地连接到管状柱上；以及线缆，线缆具有两个或少于两个的导体以及足以支承马达、泵和隔离装置的强度，并且线缆与马达电气连接。在另一实施方式中，马达包括两个段或更多段，每个段包括可潜水管状壳体和设置在壳体内的定子芯。定子芯具有一个或多个叶片并且每个叶片具有围绕该叶片缠绕的绕组。马达还包括设置在壳体内的转子，该转子包括轴和转子芯，转子芯具有两个或多个叶片。每个段递增地定向成使得该段能够操作成模拟多相马达。
为了更加详细地理解本发明的上述特征的方式，将参照实施方式对在上文中作了简要概述的本发明做出更具体的描述，其中一些实施方式在附图中示出。然而，要指出的是，附图仅示出了本发明的典型实施方式，因此不应视为是对其范围的限制，因为本发明可以容许其他同样有效的实施方式。图1A示出了根据本发明的一个实施方式的配置在井孔中的诸如电动可潜水泵送系统之类的泵送系统。图1B示出了根据本发明的另一实施方式的配置在井孔中的电动可潜水泵送系统。图2A是电力线缆的分层视图。图2B是电力线缆的端视图。图3A是马达的去掉了壳体的外部视图。图3B是图3A的部分放大图。图3C是多段式马达50模拟多相马达的运行的示意图。图3D是定子的横截面视图。图3E是转子的横截面视图。图4A是泵的泵级的横截面视图。图4B是泵的泵级的心轴的外部视图。
具体实施例方式图1A示出了根据本发明的一个实施方式的配置在井孔5中的泵送系统，例如电动可潜水泵送系统(ESP) I。井孔5从地表面20或海底(未示出)钻到含烃(即，天然气IOOg)储层25中。套管柱IOc伸入井孔5中并且用水泥(未示出)嵌在其中。套管柱IOc已被穿孔30以提供储层25与套管柱10的孔之间的流体连通。井口 15安装在套管柱IOc的端部上。出口管线35从井口 15延伸到例如分离器的生产设备(未示出)。生产管状柱IOt伸入井孔5中并且自井口 15悬置。设置有生产封隔器85，以将管状柱IOt与套管柱IOc之间的环形空间与储层25隔离。储层25可以自发生产，直到气体IOOg的压力不再足以将液体——例如水IOOw——输送到表面。水IOOw的水平面开始在生产管IOt中逐渐升高，从而将液体静压施加在储层25上并减少气体IOOg从储层25中流出。图1B示出了根据本发明的另一实施方式的配置在井孔5中的泵送系统ESP1。在该实施方式中，代替安装生产管，使用套管柱IOc来从储层25中产生流体。在该方案中，隔离装置70可以设置为靠在套管柱IOc上并且泵65可以经由套管柱IOc的孔将水IOOw排放到表面20。ESPl可以包括表面控制器45、电动马达50、电力转换模块(PCM) 55、密封段60、泵65、隔离装置70、线缆头75和电力线缆80。各个井下部件50-75的壳体可以例如利用法兰连接或螺纹连接而纵向地并且旋转地进行连接。井下部件的壳体可以由耐腐蚀金属或合金制成，例如镀锌钢、不锈钢或者镍基合金。由于井下部件50-75可以配置在生产管IOt内，因此部件50-80可以是紧凑的，例如具有小于或等于2英寸或7/4英寸(取决于生产管IOt的内径)的最大外径。表面控制器45可以与交流(AC)电源40——例如位于修井设备(未示出)上的发电机一电气连接。表面控制器45可以包括变压器(未示出)，用于将来自电源40的交流电力信号的电压步进成中压(V)信号。中压可以大于或等于lkV，例如5到10kV。表面控制器可以进一步包括整流器，用于将中压交流信号转换成中压直流(DC)电力信号，以经由电力线缆80传输到井下。表面控制器45还可以包括数据调制解调器(未示出)和多路复用器(未示出)，该数据调制解调器和多路复用器用于利用直流电力信号调制并向/从PCM55多路传输数据信号。表面控制器45还可以包括操作界面(未示出)，例如视频显示器、触摸屏和/或USB接口。线缆80可以从表面控制器45延伸通过井口 15或者连接到引线上，该引线延伸通过井口 15并延伸到表面控制器45。线缆80可以由设置在井口 15中或其附近的卡瓦或卡夹(未示出)接收，用于在ESPl的运行期间将线缆80纵向地连接到井口 15。线缆80可以延伸到井孔5中并延伸到线缆头75。由于电力信号可以是直流的，因此线缆80可以只包括同轴设置的两个导体。图2A示出了电力线缆80的分层视图。图2B是电力线缆80的端视图。线缆80可以包括内芯205、内套210、屏蔽件215、外套230和护套235、240。内芯205可以是第一导体并由导电材料制成，例如铝、铜、铝合金或铜合金。内芯205可以是实心的或绞线的。内套210可以将内芯205与屏蔽件215电隔离，并且内套210可以由介电材料制成，例如聚合物(即弹性体或热塑体)。屏蔽件215可以用作第二导体并由导电材料制成。屏蔽件215可以是管状的、编织的或者由编织物覆盖的箔材。外套230可以将屏蔽件215与护套235、240电隔离，并且外套230可以由耐油介电材料制成。护套可以由高强度材料(即抗拉强度大于或等于200千磅/平方英寸)的一个层或多个层235、240制成，以支承所配置的重量(线缆的重量和井下部件50-75的重量)，使得可以利用线缆80将井下部件50-75配置到井孔5中或将井下部件50-75从井孔5中移出。高强度材料可以是金属或合金并且耐腐蚀，例如为镀锌钢、不锈钢或镍合金，这取决于气体IOOg的腐蚀性。护套可以包括线材或带条的两个反向螺旋缠绕的层235、240。另外，线缆80可以包括设置在屏蔽件215与外套230之间的包层225。包层225可以由例如聚四氟乙烯(PTFE)或铅的润滑材料制成，并且包层225可以是围绕屏蔽件215螺旋缠绕的带条。如果使用铅用于包层，则垫层220可以将屏蔽件215与包层隔绝并且可以由介电材料制成。另外，缓冲层245可以设置在护套层235、240之间。缓冲层245可以是带条并且由润滑材料制成。由于同轴设置的原因，线缆80可以具有小于或等于5/4英寸、I英寸或3/4英寸的外径250。另外，线缆80还可以包括压力抑制层(未示出)，该压力抑制层由具有足以抑制介电层的径向热膨胀的强度的材料制成并卷绕成允许介电层的纵向膨胀。这种材料可以是不锈钢并可以是带条或线材。可替代地，线缆80可以只包括一个导体，并且，管IOt可以用于
另一导体。线缆80可以纵向地连接到线缆头75上。线缆头75还可以包括延伸穿过其中的引线(未示出)。引线可以提供线缆80与PCM55之间的电气连接。图3A是马达的去掉了壳体的外部视图。图3B是图3A的部分放大图。图3C是多段式马达50模拟多相马达运行的示意图。图3D是定子IlOs的横截面视图。图3E是转子IlOr的横截面视图。马达50可以填充有例如矿物油的导热介电液体润滑剂。马达50可以通过与储层水IOOw的热连通来冷却。马达50可以包括用于支承驱动轴135的推力轴承(未示出)。在运行中，马达50可以使轴135旋转，从而驱动泵65。马达轴135可以经由马达密封件60的轴(非变速箱)直接连接到泵的转子160上。如上文描述的，由于马达50可以是紧凑的，因此马达可以以高速运行，使得泵可以产生必要的压头，从而将水IOOw泵送到表面20。所述高速可以高于或等于一万转每分钟或一万五千转每分钟(RPM)。马达50可以包括两个段或更多段105a-c、106a_c。每个段105a_c、106a_c可以包括转子IlOr和定子110s。定子IlOs可以包括壳体115、芯120s、绕组125和引线130。壳体115可以是管状的并且具有穿过其中的孔。每个段105a-c、106a-c可以例如通过法兰或螺纹(未示出)纵向地并且旋转地进行连接。芯120s可以包括一个或多个叶片121 (示出两个)。可以卷绕每个叶片121，并且对置的叶片121的绕组125可以串联地或者并联地连接(未示出)以限定相位。马达50还可以包括一个或多个组，例如第一组105和第二组106(未示出)的段105a-c、106a_c。每个组105、106的各个段105a_c、106a_c的定子IlOs可以基于360°总和相对于彼此递增地定向。例如，对于三个段而言，每个段105a-c、106a-c可以相对于该组的其他段移位120°。可替代地，可以移位每个组105、106的各个段105a-c、106a-c的各个转子IlOr,从而代替定子IlOs的移位。各个段105a-c、106a_c可以通过引线130电气连接到PCM55。每个组105、106的相应的段(S卩105a、106a)可以是相对应的，从而运行为单一的相。组105、106的相对应的段可以并联地或串联地电气连接到PCM55。每个组105、106的移位的段(即105a、b)可以并联地连接到PCM55。每个组105、106可以通过PCM55控制，以模拟一个或多个多相马达105e (可以视为单个马达或串联的两个马达)，例如三相(六个叶片)马达。除了定向以外，各个段105a_c、106a_c可以是相同的,从而形成模块马达50。马达50可以是开关磁阻马达(SRM)。每个转子IlOr可以包括轴135和芯120r。轴135可以由金属或合金制成，例如普通碳钢或低合金钢、不锈钢或者镍基合金。芯120r可以具有两个或多个叶片122，例如四个——每个通过九十度的增量分隔开。各个芯120s、120r可以是层压件，层压件的每一层可以由金属或合金制成，例如硅钢。层可以被对齐并随后压在一起，以形成芯120s、120r中的一个。然后，可以围绕每个叶片121缠绕绕组125。定子芯120s可以例如通过键和键槽(未示出)以及紧固件纵向地并且旋转地连接到壳体115。壳体115可以包括外部指示器(未示出)一例如槽或凸起一以便于使段105a-c、106a-c相对于彼此进行定向。转子芯1201■可以例如通过键、键槽以及紧固件或者过盈配合纵向地并且旋转地连接到轴135。引线130和绕组125中每一个可以包括由如上所述的导电材料制成的芯以及由如上所述的介电材料进行包套。各个段105a-c、106a_c还可以包括诸如径向轴承之类的轴承140，用于支承轴135相对于壳体115的旋转。轴承140可以是例如球轴承的滚动元件轴承。轴承140可以包括容置轴承外圈142s的压盖141。压盖141可以连接(未示出)到壳体115，并且外圈142s连接到压盖141。 轴承140还可以包括连接到轴135的内圈142r。球143 (示意性地示出)可以设置在圈142r、142s之间，并且润滑剂可以密封在圈内。可替代地，轴承140可以是液体动压轴承，如下文所讨论的。PCM55可以包括马达控制器(未示出)、调制解调器(未示出)和多路复用器(未示出)。调制解调器和多路复用器可以将来自直流电力信号的数据信号进行多路解编、解调该信号并将该数据信号传送到马达控制器。马达控制器可以接收来自线缆的中压直流信号，并随后使马达50的已移位的段105a_c (&106a-c)励磁，从而提供输出信号以驱动马达的特定的段，并且以多相马达的方式协调每个组的段的运行。输出信号可以是阶梯式的、梯形的或者正弦的。马达控制器可以包括用于简单控制(即预定速度)的逻辑电路或用于复杂控制(即变速驱动和/或软启动功能)的微处理器。马达控制器可以使用单相或两相励磁，为单级的或双极的，并且通过控制开关的频率来控制马达的速度。马达控制器可以包括非对称电桥或半电桥。可替代地，马达50可以是永磁马达，例如以类似的多段方式制成的无刷直流马达(BLDC)。BLDC马达可以包括模拟三相(两级)绕组的三个移位的定子段、永磁转子和转子位置传感器。永磁转子可以由稀土磁体或陶瓷磁体制成。转子位置传感器可以是霍尔效应传感器、旋转的编码器或者无传感器的(即通过马达控制器对未被驱动的线圈中的反电动势进行测量XBLDC马达控制器可以与转子位置传感器连接，并且包括一组晶体管或晶闸管以及用于复杂控制(即变速驱动和/或软启动功能)的斩波驱动器。
另外，PCM55可以包括电源(未示出)。电源可以包括一个或多个DC/DC转换器，每个转换器包括逆变器、变压器和整流器，整流器用于将直流电力信号转化成交流电力信号、并且将电压从中压步进到例如小于或等于IkV的低压。电源可以包括串联的多个DC/DC转换器，以将直流电压从中压逐渐步进到低压。低压直流信号随后可以被供给到马达控制器。马达控制器可以与遍及井下部件50-75分布的一个或多个传感器(未示出)进行数据通信。压力和温度传感器(PT)可以与进入入口 65i的水IOOw流体连通。气液比(GLR)传感器可以与进入入口 65i的水IOOw流体连通。第二 PT传感器可以与从出口 65ο排出的水IOOw流体连通。温度传感器(或PT传感器)可以与润滑剂流体连通，以确保马达和井下控制器被充分冷却。多个温度传感器可以包括在PCM55中，用于监测和记录不同电子部件的温度。电压表和电流(VAMP)传感器可以与线缆80电气连接以监测线缆的功率损耗。第二 VAMP传感器可以与马达控制器的输出电气连接，以监测马达控制器的运行情况。另外，一个或多个振动传感器可以监测马达50、泵65和/或密封段60的运行。流量计可以与出口 65ο流体连通，以用于监测泵65的流量。利用来自传感器的数据，马达控制器可以对不利的状况一例如停泵、气锁或不正常的电力运行情况一进行监测，并且在泵65和/或马达50发生损害之前采取补救措施。通过使润滑剂压力与水IOOw的压力相等，密封段60可以使通过泵65泵送的水IOOw与马达50中的润滑剂隔离。密封段60可以将马达轴135旋转地连接到泵65的驱动轴上。轴密封件可以容置能够支承来自泵65的推力载荷的推力轴承。密封段60可以是直接式(positive seal)密封或迷宫式密封。直接式密封可以包括弹性的流体屏障袋，以允许在运行期间马达润滑剂的热膨胀。迷宫式密封可以包括在润滑剂腔与水腔之间延伸、并提供这两个腔之间的有限的流体连通的管路径。泵可以包括入口 65i。取决于储层流体的GLR，入口 65i可以是标准类型、静态气体分离器类型或者旋转式气体分离器类型。标准类型的入口可以包括允许水IOOw进入泵65的较低级或第一级的多个端口。标准类型的入口可以包括滤网，以过滤来自水IOOw的颗粒。静态气体分离器类型可以包括逆流路径，以将储层流体中的气体部分与储层流体中的液体部分分离。图4A是泵65的泵级65s的横截面图。图4B是泵级65s的心轴155的外部视图。泵65可以包括一个或多个泵级65s，例如六个。每个泵级65s可以例如通过螺纹联接或法兰联接(未示出)纵向地并旋转地进行连接。每个泵级65s可以包括壳体150、心轴155和形成在壳体与心轴之间的环形通道170。壳体150可以呈管状并且具有穿过其中的孔。心轴155可以设置在壳体150中。心轴155可以包括转子160、一个或多个螺旋转子叶片160a、160b、扩散器165、一个或多个扩散器叶片165v。转子160、壳体155和扩散器165可以各自由耐受生产流体的腐蚀和侵蚀的金属、合金或金属陶瓷一例如钢、不锈钢或诸如铬-镍-钥的特种合金——制成。可替代地，转子、壳体和扩散器可以进行表面硬化处理或者涂覆涂层以抵抗腐蚀。转子160可以包括轴部160s和叶轮部160i。轴部160s和叶轮部160i可以一体地形成。可替代地，轴部160s和叶轮部160i可以单独地形成，并且例如通过螺纹连接而纵向地并可旋转地进行连接。转子160可以通过形成在扩散器的内表面与轴部160s的外表面之间的液体动压径向轴承(未示出)从扩散器165进行支承，以用于相对于扩散器和壳体150进行旋转。径向轴承可以使用生产流体,或者可以通过一个或多个动态密封件-例如
机械密封件、可控间隙密封件或迷宫密封件一与生产流体隔离。扩散器165可以是实心的或中空的。如果扩散器是中空的，则其可以用作与液体动压轴承流体连通的润滑剂贮存器。可替代地，一个或多个滚动元件轴承一例如球轴承(见上文讨论的轴承140)—可以代替液体动压轴承设置在扩散器165与轴部160s之间。转子叶片160a、160b可以与转子160—起形成并且从转子160的外表面延伸或者沿着转子160的外表面并围绕转子160的外表面设置。可替代地，转子叶片160a、160b可以在转子形成之后例如通过喷涂成型或焊接成型的方式沉积在转子的外表面上。转子叶片160a、160b可以相互交织以在转子叶片160a、160b之间形成泵腔。泵腔的节距可以从泵级65s的入口 170i向泵级65的出口 170ο增加。转子160可以纵向地并旋转地联接到马达驱动轴并且通过马达的运行而进行旋转。随着转子旋转，水IOOw可以沿着泵腔从入口 170i朝向出口 170ο泵送。叶轮160i的外径可以以弧形的形式从入口 170i朝向出口 170ο增大，直到叶轮外径与扩散器165的外径一致。壳体150的面向叶轮部分160i的内径可以从入口 170i朝向出口 170ο增大，并且壳体的内表面可以朝向叶轮的外表面收敛，从而减小通道170的面积并形成喷嘴170η。随着转子叶片160a、160b迫使水IOOw通过喷嘴170η，水IOOw的速度可以增加。定子可以包括壳体150和扩散器165。扩散器165可以与壳体150 —体地形成或者单独地形成。扩散器165可以呈管状并且具有穿过其中的孔。转子160可以具有位于叶轮部160i与轴部160s之间的、面向扩散器165的端部的肩部。轴部160s可以延伸通过扩散器165。扩散器165可以通过一个或多个肋部纵向地并旋转地连接到壳体150。扩散器165的外径和壳体150的内径可以保持恒定，从而形成通道170的喉部170t。扩散器叶片165v可以与扩散器165—起形成并且可以从扩散器165的外表面延伸或者沿着扩散器的外表面并围绕扩散器的外表面进行设置。可替代地，在扩散器形成之后，扩散器叶片165v可以例如通过喷涂或焊接成型的方式沉积在扩散器的外表面上。每个扩散器叶片165v可以沿着扩散器165的外表面延伸并围绕扩散器165的圆周的大部分弯曲。扩散器叶片165v可以围绕扩散器165的整个圆周渐增地延伸。扩散器叶片165v可以定向成抵消(negate)在由转子叶片160a、160b导致的水IOOw的流动中的镟润，从而使由于水IOOw的瑞流流动造成的能量损失最小化。换句话说，扩散器叶片165v可以用作涡流抵消器。可替代地，可以使用单个螺旋扩散器叶片来代替多个扩散器叶片165v。扩散器165的外径可以以弧形的形式从入口 170i离开而向出口 170ο减小，直到到达扩散器165的端部并且轴部160s的外表面暴露于通道170为止。壳体150的面向扩散器165的内径可以从入口 170i离开而向出口 170ο减小，并且壳体内表面可以从扩散器外表面发散开，从而增大通道170的面积并形成扩散部170d。随着水IOOw流动通过扩散部170d，水IOOw的速度可以减小。文氏管170n、170t、170d也可以使从转子叶片160a、160b排出的水的流体能量损失最小化。如上文讨论的，为了实现紧凑性，马达50和泵65可以以高速运行，使得紧凑型泵65可以产生将水IOOw泵送到出口管线35所必要的压头，同时使泵65的直径最小化。隔离装置70可以包括封隔器、锚定器和致动器。致动器可以包括制动器、凸轮和凸轮从动件。封隔器可以由例如热塑形塑料的聚合物或例如橡胶、聚亚安酯或聚四氟乙烯(PTFE)的弹性体制成。凸轮可以呈例如J槽的廓形，并且凸轮从动件可以包括与J槽接合的销。锚定器可以包括一组或多组卡瓦以及一个或多个相应的锥体。卡瓦可以与生产管IOt接合，从而将井下部件50-75旋转地连接到生产管上。卡瓦还可以纵向地支承井下部件50-75。制动器和凸轮从动件可以纵向地进行连接并且还可以旋转地进行连接。随着井下部件50-75被伸入井孔中，制动器可以与生产管IOt接合。制动器可以包括用于接合生产管的弓形弹簧。一旦井下部件50-75已经到达到配置深度，则线缆80可以被升起，从而使凸轮从动件从伸入位置移位到配置位置。随后可以使线缆80松弛，从而使井下部件50-75的重量压缩封隔器、卡瓦和相应的椎体，由此使封隔器及卡瓦与生产管IOt接合。随后可以通过拉动线缆80来释放隔离装置70，从而再次将凸轮从动件移位到释放位置。继续拉动线缆80则可以释放封隔器和卡瓦，从而从生产管IOt释放井下部件50-75。可替代地，致动器可以包括活塞和控制阀。一旦井下部件50-75已经到达配置深度，则可以致动马达50和泵65。控制阀可以保持关闭直到泵将预定的压力施加在阀上。预定的压力可以使活塞压缩封隔器、卡瓦和锥体，从而使封隔器和卡瓦与生产管接合。阀还可以包括排气孔，以在泵送已停止时从生产管释放卡瓦和封隔器。另外，致动器可以进一步构造成使得线缆80的松驰还施加重量以进一步压缩封隔器、卡瓦和锥体并且卡瓦的释放还可以包括在线缆80上施加张力。另外，隔离装置70可以包括旁路排气孔(未示出)，该旁路排气孔用于释放可在隔离装置的下方收集的由入口 65i分离出来的气体并防止泵65的气锁。压力释放阀(未示出)可以设置在旁路排气孔中。另外，尤其对于大斜度井、例如具有大于45°的倾斜度或者每100英尺超过5°的折线弯曲度(dogleg severity)的井,井下牵引器(未示出)可以集成到线缆80中以便于井下部件50-75的输送。当来自表面的信号发出要求时，牵引器的驱动器和轮可以对线缆松脱并被配置。在运行中，为了安装ESP1，修井设备(未示出)和ESPl可以配置到井场。由于线缆80可以只包括两个导体，因此线缆80可以卷绕在卷筒上(未示出)进行输送。井口 15可以打开，井下部件50-75可以自修井设备悬置在井孔5上，并且线缆80的端部可以连接到线缆头75。线缆80可以从卷筒展开，从而将井下部件50-75降到井孔5中的生产管IOt内部。一旦井下部件50-75已经到达靠近储层25的期望深度，井口 15可以闭合并且线缆80的导体可以连接到表面控制器45。随后可以设置隔离装置70。一旦隔离装置70被设置(如果尚未开始设置隔离装置)，马达50可以随后被启动。如果马达控制器可变，则马达控制器可以软启动马达50。当泵65运行时，马达控制器可以将来自传感器的数据发送到表面，使得操作者可以监测泵的运行情况。如果马达控制器可变，则马达50的速度可以调整成优化泵65的运行情况。可替代地，表面的操作者可以对马达控制器输入命令，以改变马达的运行。泵65可以将水IOOw泵送通过生产管IOt和井口 15并泵送到出口 35中，从而使水IOOw的水平面下降并降低构造层25上的水IOOw的静压。泵65可以运行，直到水平面下降到泵的入口 65i处，从而允许来自储层25的自然生产。操作者随后可以向马达控制器发送指令，以关闭泵65或简单地切断到线缆80的电力。随后可以通过转动卷筒而使隔离装置70复位(如果不是通过泵的关闭来复位)，以将足够的张力施加在线缆80中。可以卷绕线缆80，从而将井下部件50-75从井孔5中升起。随后可以将修井设备和ESPl配置到另一井场。有利地，代替通过永久安装的人工提升系统移除生产管状柱并重新配置生产管状柱，使用线缆80将井下部件50-75配置在生产管IOt内，这减小了修井设备的所需尺寸和对井的资本支出。将ESPl配置到井场和/或从井场移除ESPl可以在数小时内完成，从而允许在一天内对多个井进行排水。通过线缆80传输直流电力信号降低了线缆的所需直径，从而允许将更长的线缆80 (即5000到8000英尺)卷绕在卷筒上，并简化了对线缆80的配置。尽管前述内容针对本发明的实施方式，但可以在不脱离本发明的基本范围的情况下设计出本发明的其他实施方式和另外的实施方式，并且本发明的范围由权利要求来确定。
权利要求
1.一种从储层取出液体的方法，包括如下步骤: 利用线缆将泵送系统配置到井孔中的靠近所述储层的位置，其中，所述泵送系统包括多段式马达、隔离装置和泵；以及 将来自表面的电力信号经由所述线缆供给到所述马达，并且相继地操作所述马达的各个段以模拟多相马达，从而驱动所述泵并将管状柱中的液面降低到靠近所述储层的水平面。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在供给所述电力信号之前或者作为供给所述电力信号的结果而对所述隔离装置进行设定，从而将所述泵送系统旋转地连接到设置在所述井孔中的所述管状柱，并且将所述泵的入口与所述泵的出口隔离。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括如下步骤: 终止所述电力信号的供给； 在终止所述电力信号供给之后或作为终止所述电力信号供给的结果，将所述隔离装置复位；以及 利用所述线缆将所述泵送系统从所述井孔移出。
4.根据权利要求1所述的 方法，其中: 所述电力信号是经过所述线缆的中压直流， 所述泵组件还包括电力转换模块(PCM)，以及 所述PCM将低压信号输出到所述马达。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述马达和所述泵以大于或等于每分钟一万转的速度运行。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述泵组件和所述线缆的最大外径小于或等于两英寸。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括控制所述马达的速度。
8.根据权利要求1所述的方法，其中: 所述泵送系统包括传感器，以及 所述方法还包括将所述传感器的测量结果经由所述线缆传送到所述表面。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述隔离装置将所述泵送系统纵向地连接到所述管状柱，从而支承所述管状柱的重量。
10.一种泵送系统,包括: 可潜水多段式电动马达，所述可潜水多段式电动马达能够操作成使驱动轴旋转，其中，每个段递增地定向成使得所述段能够操作成模拟多相马达； 泵，所述泵旋转地连接到所述驱动轴； 隔离装置，所述隔离装置能够操作成接合管状柱，从而将所述泵的入口与所述泵的出口流体隔离，并且将所述马达和所述泵旋转地连接到所述管状柱；以及 线缆，所述线缆具有两个或少于两个的导体并且具有足以支承所述马达、所述泵和所述隔离装置的强度，并且所述线缆与所述马达电气连接。
11.根据权利要求10所述的泵送系统，其中，所述马达、所述泵、所述隔离装置和所述线缆的最大外径小于或等于两英寸。
12.根据权利要求10所述的泵送系统，还包括电力转换模块(PCM)，所述电力转换模块(PCM)能够操作成: 接收来自所述线缆的中压直流电力信号，以及 将低压电力信号供给到所述马达。
13.根据权利要求12所述的泵送系统，其中，所述PCM能够操作成改变所述马达的速度。
14.根据权利要求10所述的泵送系统，其中，所述马达是开关磁阻马达。
15.根据权利要求10所述的泵送系统，其中，所述马达和所述泵能够以大于或等于每分钟一万转的速度运行。
16.根据权利要求10所述的泵送系统，还包括: 传感器；以及 调制解调器，所述调制解调器能够操作成将来自所述传感器的测量结果沿着所述线缆发送。
17.根据权利要求10所述的泵送系统，其中，所述隔离装置还能够操作成支承所述马达、所述泵和所述隔离装置的重量。
18.根据权利要求10所述的泵送系统，其中，每个所述段包括: 可潜水管状壳体； 定子芯，所述定子芯设置在所述壳体内并具有一个或多个叶片，每个所述叶片具有围绕所述叶片缠绕的绕组；以及 转子，所述转子设置在所述壳体内并包括轴和转子芯，所述转子芯具有两个或更多个叶片。
19.根据权利要求10所述的泵送系统，其中，所述泵还包括一个或多个泵级，每个所述泵级包括: 管状壳体； 心轴，所述心轴设置在所述壳体中并包括: 转子，所述转子能够相对于所述壳体旋转并具有: 叶轮部， 轴部， 沿着所述叶轮部延伸的螺旋叶片， 扩散器: 所述扩散器连接到所述壳体， 所述扩散器使所述轴部延伸穿过所述扩散器，以及 所述扩散器具有一个或多个叶片，所述叶片能够操作成抵消施加到通过所述叶轮部泵送的流体的漩涡；以及 流体通道，所述流体通道形成在所述壳体与所述心轴之间并具有喷嘴段、喉段和扩散段。
20.一种包括两个段或更多段的马达，每个所述段包括: 可潜水管状壳体； 定子芯，所述定子芯设置在所述壳体内并具有一个或多个叶片，每个所述叶片具有围绕所述叶片缠绕的绕组；以及转子，所述转子设置在所述壳体内并包括轴和转子芯，所述转子芯具有两个或更多个叶片， 其中，每个所述段递增地 定向成使得所述段能够操作成模拟多相马达。
全文摘要
一种从储层取出液体的方法，该方法包括使用线缆将泵送系统配置到井孔中的靠近储层的位置。泵送系统包括多段式马达、隔离装置和泵。该方法还包括将来自表面的电力信号经由线缆输送到马达，并且相继地运行马达的各个段以模拟多相马达，从而驱动泵并使管状柱中的液面下降到靠近储层的水平面。
文档编号H02K5/22GK103154429SQ201180034356
公开日2013年6月12日 申请日期2011年5月27日 优先权日2010年6月7日
发明者朗斯·I·菲尔德, 克里斯蒂安·卡斯滕森, 里克·德东克尔, 黑尔格·布罗埃, 霍尔格·弗朗茨, 约翰内斯·施米特, 本亚明·爱德华·维尔科什 申请人:泽泰克斯有限公司