[发明专利]用于井底设备的动力传送系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于井底设备的动力传送系统。特别地，本发明涉及允许 采用开关磁阻电机(SRM)驱动电潜泵(ESP)的系统。

背景技术

在油井应用中，存在许多井底利用电力操作进行向下打眼的设备。典 型地以三相AC电流提供电力。然而，这可能导致某些限制。由于需要采用 三导线电缆，长电缆的总重量可能非常大，从而导致电缆长度的有效上限 因机械强度的限制仅为5-7km。这样的系统的最大操作电压受到限制于小于 约5kV，这意味着如果需要高功率的话，将需要采用大的电流。

ESP众所周知用于从井孔中泵油。它们位于井底位置，并具有通过沿 着井或井孔铺设的电缆从地面提供的电力。这样的系统可能出现的问题基 于如下事实：典型地以AC形式提供电力，且大多数电力电子设备的控制是 在地面上执行的，这意味着如果在泵中存在高的物理阻力的话(例如，由 于粘性的油、堆积物的累积等)，ESP的启动不能得到有效控制，并潜在地 导致电机的烧毁。为避免部分这些问题，先前提出采用DC电力供应。这样 的例子可以在WO2005/111484、EP1316672和US5744877中找到。

SRM为需要采用电力源进行电机驱动的设备提供动力，这是众所周知 的。它们的优点得到了很好的记载。已经提出将它们用于井底泵的地面驱 动(例如参见CA2270017和CA2509180)。

本发明的目的在于提供动力传送系统，其避免了与现有的AC系统相关 的一些问题，并允许有效使用电机(例如SRM)驱动井底设备，例如ESP。 本发明基于井底设备使用中压DC井底电源。

发明内容

本发明的第一方面提供一种用于井孔中的井底设备系统，包括动力传 送系统，该动力传送系统包括位于地面上提供DC电力供给的电源和井底的 DC/DC转换器，该转换器通过双导线电缆连接到电源上，并以DC电压供 给作为输入，提供不同电压的输出DC电力供给，为井底设备提供DC电力 供给；和包括电机的井底设备，(例如电潜泵(ESP))，其位于井孔中并连 接到动力传送系统上。

特别优选地，设置感应电机或开关磁阻电机(SRM)，用于驱动所述井 底设备。

合适的SRM可以包括定子和转子，每个典型地具有运送冷却流体的冷 却通道。其还可以包括铝线圈。

在一个实施例中，电机的转子包含空心轴，井中流体或者冷却流体可 以在该轴中流通。其还可以包括凸角转子结构，其具有锉平转子凸角之间 的空间的中性材料。

所述电机可以连接到设备上，以提供直接驱动而无需齿轮箱。

本发明特别优选的一个实施例包括一系列电机模块，每个可操作地驱 动所述井底设备。每个电机模块可以包括带有相关DC/AC转换器的转子和 定子装置，所述转子连接到驱动轴上以驱动所述设备。设置单个DC/DC转 换器用于所有的电机模块。DC导电条最好延伸穿过连接每个模块的所述电 机。

该模块化设计允许所述电机在电机部分之间铰接。最好在铰接头周围 设置膜壳。

如果需要，可以设置用于使每个转子在其相关定子中轴向移动的装置。

为了改进操作控制，最好设置用于监控所述井底设备的一个或多个性 能的传感器，和采用所述传感器的输出控制电机操作的反馈系统。

本发明的第二方面提供一种对根据本发明第一方面的系统进行操作的 方法，包括：

在井底DC/DC转换器的输出处设置低压DC电源；

将该低压DC电源转换为AC电源；和

采用AC电源操作电机。

该方法优选包括监控所述井底设备的一个或多个性能，例如其温度， 并采用这些性能的值控制电机的操作，例如通过控制向电机提供的电流以 使监控温度保持在预定限度内。

系统的操作可以包括周期性地使电机的操作方向反向以清洗井底设 备。另外，当设备不使用时，要求操作电机从而以非常低的速度操作该设 备。这可以防止泵等的堵塞，并且通过合适的传感器，或者通过监控由电 机吸收的电动负载，上述方法可以被用于确定被泵送流体的粘性。