[发明专利]用于将电负载装置部署在井眼中的方法和系统

说明书

一种用于将泵系统部署在井眼中的方法，包括：将泵系统联接至油管封装缆线的一个端部。缆线延伸到被钻进通过地下流体开采地层的井眼中。油管封装缆线具有外管，所述外管从其连接至泵系统的端部大致连续地延伸至缆线的地面端部。外管由被选择以阻止井眼中的流体进入外管的内部的材料制成。缆线包括设置在外管内部的至少一个电导体，其中所述至少一个电导体的额定负载电流被选择，以使得被电负载装置汲取的大致连续电流超过所述至少一个电导体的额定电流。

技术领域

本发明涉及电潜泵(ESP)、泵系统和用于将这种泵系统部署在地下井眼中的方法的领域。更具体地，本发明涉及利用创新设备进行ESP部署，其中动力利用设置在ESP排放流体中的油管封装缆线(TEC)被供应到ESP系统，其中TEC企图以比接受的电缆选择实践更高的电流密度进行操作，从而使缆线卷绕设备的电缆直径、重量、成本、规模、完成的复杂性和/或随后基建费用最小化。

背景技术

电潜泵(ESP)的使用是为大家所熟知的，其具有将油气从井限进行人工升举和从气井中移除水(除水)以及其它使用方面的优势。例如，用于将电潜泵部署在小直径螺纹连接油管(具有相对较小的直径以增加开采流体到地面的速度)的方法需要使用诸如修井机的井眼管道升举装置，而部署的成本相当大，这在较小的井的情况下可能会抑制资源的开发。

已经研发了部分‘无修井机′ESP部署方法，包括那些利用井下“湿”连接YI使得ESP可以部署在非电气缆线上并利用之前安装在井眼油管上的特殊连接器建立井下电连接，但是这种方法仍然需要油管被特殊装配。这种装配需要使用修井或其它钻机以在井下“湿”连接、缆线和井口穿透器中任一个出现故障时制备井眼。

将改型的ESP部署在电源缆线上认为是理想的，然而，已经证明利用传统ESP和诸如外部铠装电缆的ESP缆线进行这种部署是不切实际。ESP电源缆线将需要的电力从电源传输至设置在井眼中的ESP电动机(一个或多个)。ESP电源缆线通常被专门构成为用于在地下环境中使用的特别设计的三相电源缆线。在本领域所公知的技术中，ESP部署方法和系统中的电潜泵电源缆线从地面控制阀组件下方被捆绑或夹持到开采油管的外部，地面控制阀组件连接至井套管的顶部而开采油管(“进口装置”)连接至电潜泵系统。这种缆线不能被设计成支撑其自身重量。

用于ESP系统的部署的缆线必须具有足够的拉伸强度以支撑其自身重量、ESP系统的重量、允许超载提升(基于重量和深度超过缆线额定操作拉伸极限施加到缆线的拉伸力加上由摩擦和缆线和ESP通过其被下入到井眼中的其它装置产生的ESP系统重量)和安全系数。

ESP电力缆线中的电导体尺寸对缆线的外部尺寸、缆线的重量及其成本具有相当大的影响。利用本领域所公知的设计原理通过确定需要基本上连续操作电动机(一个或多个)和电潜泵系统中的任何其它电动部件的电流总量，并且利用从常见的标准尺寸的电导体中选择适当的电导体尺寸的电气设备行业标准参照表(在下方阐述实例)来选择电导体尺寸。通常，电导体尺寸基于满载电潜泵电动机工作电流，然而，电潜泵通常使用感应电动机，在使用感应电动机的情况下，电动机启动电流可以是选择电力电源缆线导体的载流容量(和最终尺寸)的重要有效因素。

被认为建立上述用于电导体的行业标准参考表的一个重要因素是限制缆线中的由于电阻导致的电力损耗。通常可接受的范围是将损耗限制到从地面供应的电量的大约2％至5％。一个采用标准是由美国石油学院出版的美国石油学会推荐实施(RP)11S4，华盛顿美国石油学会推荐实施11S4提出了从电源到电潜泵的整个缆线长度的最大5％的电压降将提供合理的操作效率。电压降与缆线的长度(即，缆线在井眼中的深度)、缆线导体的单位长度电阻、和电潜泵系统所使用的总电流(是否是满运行负载还是启动负载电流)有关。在传统的电潜泵安装时，由于地面处的固定或限制电压，长缆线可能会产生缆线的电压降以使得电动机处的电压不足。因此，将选择较大的导体。在地面电源中的变压器的情况下，缆线的地面端部处的电压可能会增加以补偿缆线电压降，从而在电动机处保持足够的电压。因此，5％的电压降不需要成为限制因素。