用于电可潜泵的在前方展开的传感阵列技术领域
本发明大体上涉及井下泵送系统的领域，且更具体而言，涉及优化以用于在偏斜井眼中使用的传感阵列。
背景技术
可潜泵送系统通常展开到井中，以从地下储藏器回收石油流体。通常，可潜泵送系统包括多个构件，包括电动马达，该电动马达联接至一个或更多个泵组件。生产管柱连接至泵组件，以将井眼流体从地下储藏器输送至地面上的储存设施。
随着钻探技术的进步，如今可能精确地钻探具有多种水平偏斜的井。水平的井在非常规的页岩田中是特别普遍的，其中，竖直深度的范围可直到大约10,000英尺，其中横向区段(lateralsection)延伸直到8,000英尺。在这些高度偏斜的井中，完全地展开常规电可潜泵(ESP)可能是困难或者不可能的。ESP通常在距横向区段一些距离处安装在井的竖直区段中。
ESP在偏斜的井中的目前的展开并不是高度成功的。通常，大的气体段塞积聚在井的横向区段中，且然后移动到ESP中。大的气囊可导致ESP停止生产，且可能过热。对于解决气体段塞问题的以往的尝试还没有产生期望的结果。因此一直需要改进的ESP设计，其对在偏斜的井眼中经历的气体段塞问题更有抵抗力。其针对本发明所涉及的现有技术中的这些和其他缺点。
发明内容
在优选的实施例中，本发明包括电可潜泵送系统，该电可潜泵送系统具有电动马达、由该电动马达驱动的泵组件、和传感器模块。传感器模块优选地包括可分离的传感器阵列，该可分离的传感器阵列可从传感器模块选择性地释放。在优选的实施例中，可分离的传感器阵列包括自推进的传感器阵列车辆，该车辆具有驱动马达、由该驱动马达驱动的驱动机构、和传感器阵列。
在另一方面中，目前优选的实施例包括用于优化电可潜泵送系统的性能的方法。本方法包括将传感器模块连接在电可潜泵送系统内和将电可潜泵送系统安装至井眼中的步骤。本方法以将可分离的传感器阵列从传感器模块展开到井眼中和利用该可分离的传感器阵列测量井眼状态来继续。最后，本方法包括从可分离的传感器阵列输出井眼状态信号的步骤。井眼状态信号可用于自动地调节电可潜泵送系统的性能，和提供接近电可潜泵送系统的环境状态中的变化的预报预测。
附图说明
图1是根据优选实施例构造的电可潜泵送系统的侧立视图。
图2是图1的电可潜泵送系统的立体图。
图3是图2的电可潜泵送系统的传感器壳体和马达的部分截面图。
图4是传感器阵列车辆的第一优选实施例的侧立视图。
图5是传感器阵列车辆的第二优选实施例的侧立视图。
图6是传感器阵列车辆的第三优选实施例的侧立视图。
图7是根据优选实施例构造的电可潜泵送系统的侧立视图，其示出在前方展开位置中的传感器阵列车辆。
具体实施方式
如在本文中使用的，用语“石油”广泛地指所有矿物烃类，诸如粗制油、气体、和油和气体的组合。而且，如在本文中使用的，用语“两相”指包括气体和液体的混合物的流体。本领域技术人员将明白的是，在井下环境中，两相流体还可携带固体和悬浮液。因此，如在本文中使用的，用语“两相”不排除包含液体、气体、固体、或其他中间形式的物质的流体。
根据本发明的优选实施例，图1示出附接至生产管柱102的可潜泵送系统100。泵送系统100和生产管柱102配置在井眼104中，钻探井眼104以用于生产诸如水或石油的流体。井眼104包括竖直区段104a和横向区段104b。生产管柱102将泵送系统100连接至地面设施。尽管泵送系统100主要设计为泵送石油产物，但将理解的是，本发明还可用于移动其他流体。还将理解的是，井眼104的说明仅是例示性的，且目前优选的实施例将在具有不同深度和构造的井眼中具有功用。
泵送系统100优选地包括功率线缆106、泵组件108、马达组件110、密封区段112、和传感器阵列壳体114的一些组合。泵组件108优选地构造为由马达组件110驱动的多级离心泵。马达组件110优选地构造为三相电动马达，该三相电动马达响应于选定频率下的电流的施加而使输出轴旋转。在特别优选的实施例中，马达组件110由位于地面上的可变速度驱动件116驱动。功率通过功率线缆106而从可变速度驱动件116传导至马达组件110。
密封区段112相对于由泵组件106产生的机械推力防护马达组件110，且在操作期间提供马达润滑剂的膨胀。尽管示出了仅一个各构件，但将理解的是，在适合的时候可连接更多个。例如，在许多应用中，期望使用串联马达组合、多个密封区段和多个泵组件。还将理解的是，泵送系统100可包括对于当前的说明而言不必要的额外的构件，诸如护罩和气体分离件。
为了在本文中公开，用语“上游”和“下游”可用于指构件或构件的部分相对于从井眼104生产的流体的总体流的相对位置。“上游”指在从井眼104生产流体时与“下游”位置或构件相比被更早经过的位置或构件。用语“上游”和“下游”不一定取决于构件的相对竖直定向或位置。将理解的是，泵送系统100中的构件中的许多是基本上圆柱形的，且具有公共的纵向轴线和从该中心轴线延伸至外周缘的半径，该纵向轴线延伸穿过伸长的圆柱体的中心。可关于泵送系统100中的分立构件内的径向位置来描述物体和运动。
尽管参考电可潜泵送系统描述了优选实施例，但将理解的是，优选实施例及其变型可在其他生产系统中具有功用，其他生产系统包括但不限于基于地面的离心和正排量泵送系统。传感器模块114可展开在各种应用中，以对下游设备提供变化的井眼状态的预报预测。
现在转至图2和3，在其中分别示出泵送系统100的近视立体图，和传感器模块114的部分截面图。传感器模块114包括连接至马达组件110的近端118和位于泵送系统100的终端处的远端120。传感器模块114包括远端120处的机动化舱122和外壳体124。机动化舱122可被选择性地且可控制地操作，以打开和关闭。在目前优选的实施例中，机动化舱122包括铰接至外壳体124的两个门126a、126b。
传感器模块114连接至马达组件110且包括穿透件128。穿透件128提供密封的通道，该密封的通道用于将电气线路和其他管道从马达组件110运送到传感器模块114。在特别优选的实施例中，马达壳体110相对于传感器模块114气密地密封，以防止马达壳体110内的马达润滑剂的污染。
传感器模块114还包括控制板130、脐带132、脐带卷轴134和传感器阵列车辆136。控制板130构造成对传感器阵列车辆136提供功率，且处理、调整、和传送由传感器阵列车辆136产生的信号。电功率和信号传送经由脐带132在控制板130与传感器阵列车辆136之间传导。在特别优选的实施例中，脐带132包括由多层绝缘体防护的一个或更多个电导体。优选的电绝缘体可包括例如聚醚醚酮(PEEK)。外部防护层可包括丝网护套。脐带132优选地储存、展开、且缩回在有动力的卷轴134上。卷轴134可以选择性地被操作，以展开或缩回脐带132，同时测量从卷轴134放卷的脐带的长度。
脐带132附接至传感器阵列车辆136。传感器阵列车辆136优选地包括电动马达138、底盘140、驱动机构142、和传感器阵列144。电动马达138将由脐带132提供的电力转换成传递至驱动机构142的运动。驱动机构142使传感器阵列车辆136沿井眼104选择性地移动。传感器阵列144包括选定的传感器封装件，该传感器封装件优选地包括多个传感器。适合的传感器包括温度传感器、光、视觉传感器、照相机、位置传感器、压力传感器、振动传感器、气体检测传感器和气体含量分析器。
传感器中的各个构造成产生代表所测得状态的信号。测量信号然后通过脐带132传送至控制板130。测量信号然后从传感器模块114传送至马达组件110。从马达组件110，信号被依靠马达功率线缆106或依靠专用的数据传送线运送至地面。备选地，从传感器阵列144输出的信号通过井眼104无线地传送至马达组件110或可变速度驱动件116和其他地面设施。
转到图4-6、在其中示出传感器阵列车辆136的目前优选的实施例。在图4中描绘的实施例中，驱动机构142包括无端轨道146，该无端轨道146由传送器轮148旋转。在图5中描绘的实施例中，驱动机构142包括一系列的有齿轮150。在图6中描绘的实施例中，驱动机构142包括旋转螺旋推进器(rotaryauger)152，该旋转螺旋推进器152沿井眼104拉传感器阵列车辆136。旋转螺旋推进器152包括一个或更多个连续的螺旋段(spiraledflight)154。还将理解的是，驱动机构142可构造成操纵和改变传感器阵列车辆136的移动方向。
现在转到图7，在其中示出泵送系统100的优选实施例，其中已从传感器模块114展开了传感器阵列车辆136。在优选的操作方法中，泵送系统100被展开至井眼竖直区段104a内的选定深度处。当泵送系统100已定位在期望深度处时，传感器模块114展开传感器阵列车辆136。在高度优选的实施例中，传感器阵列车辆136的展开是通过打开舱122且允许重力从传感器模块114拉传感器阵列车辆136和脐带132来实现的。
当传感器阵列车辆136接触井眼104的底部时，驱动机构142被接合，且传感器阵列车辆136被驱动至井眼水平区段104b中的期望场所。在传感器阵列车辆136被展开和驱动时，脐带被从卷轴134上的储存位置放卷。
当传感器阵列车辆136已到达其目的地时，传感器用于检测井眼状态中的上游变化。传感器阵列车辆136从而对可变速度驱动件116或其他控制和监控设备提供变化的井眼状态的预报。通过提供泵送系统100上游的变化状态的预先提醒，泵送系统100的操作可自动地调节，以相对于有害的状态保护泵送系统100。例如，如果传感器阵列车辆136检测到且传送大的气体段塞的存在，则可变速度驱动件可通过降低泵送系统100的操作频率来立即响应，以减轻由该大的气体段塞导致的任何损害。以此方式，传感器阵列车辆136输出关于接近泵送系统100的井眼状态的信息。泵送系统100可响应于由在前方展开的传感器阵列车辆136产生的信号来采取保护性、预防的、或优化行动。响应于状态的预报变化来实时地调节泵送系统100的操作代表超过目前工艺水平的显著改善，这将允许泵送系统100的保护和优化。
传感器阵列车辆136可以以两种方式中的一种收回。在第一优选实施例中，传感器阵列车辆136可在其自身的动力下被沿水平区段104b驱动到接近竖直区段104a的侧井距(kickout)或偏斜。脐带132中的松弛部分被收集在缩回卷轴134上。当传感器阵列车辆136到达竖直区段104a时，脐带卷轴134继续缩回，从而将传感器阵列车辆136拉回传感器模块114中。传感器模块114然后可关闭，且将整个泵送系统100拉到地面。
备选地，在泵送系统100被拉到地面时，传感器阵列车辆136可留在传感器模块114外侧的展开位置中。在泵送系统100被沿井眼104向上拉时，传感器阵列车辆136也被利用脐带132拉动通过井眼104。传感器阵列车辆136然后可与泵送系统100的其他构件一起被在地面处收回。
应理解的是，即使已在前述说明中阐述了本发明的各种实施例的许多特性和优点、以及本发明的各种实施例的结构和功能的细节，但本公开仅是示例性的，且可在本发明的原理内，直到由表现所附权利要求所用的用语的概括的通用意义指示的完全范围，在细节中(特别是关于零件的结构和布置)作出修改。本领域技术人员将理解的是，本发明可应用于其他系统，而不偏离本发明的范围和精神。