BR112016003124B1

BR112016003124B1 - Seção de vedação para uso em equalização de pressão em bomba submergível elétrica e método para detectar parâmetro operacional de seção de vedação de equalização de pressão

Info

Publication number: BR112016003124B1
Application number: BR112016003124-5A
Authority: BR
Inventors: Brown Lyle Wilson; Earl Bruce Brookbank; Ketankumar K. Sheth; Suresha R. O'bryan; Steven K. Tetzlaff; Risa Rutter
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2021-10-13
Also published as: AU2014308932A1; AU2014308932B2; BR112016003124A2; GB201602759D0; NO20160353A1; NO342298B1; BR112016003124A8; GB2532646B; WO2015026919A1; GB2532646A

Abstract

seção de vedação para uso em equalização de pressão em bomba submergível elétrica e método para detectar parâmetro operacional de seção de vedação de equalização de pressão. a presente invenção refere-se a uma seção de vedação para uso em uma bomba submergível elétrica de furo de poço e inclui um arranjo de detecção de fibras óticas em que um ou mais sensores de fibra ótica são usados para detectar um parâmetro operacional associado à seção de vedação. os parâmetros operacionais podem incluir temperatura, vibração e pressão.

Description

Referência Cruzada para Pedidos Relacionados

[0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido U.S. No. 13/971293, depositado em 20 de agosto de 2013, o qual está incorporado a este documento pela referência na sua totalidade.

Antecedentes da Invenção 1. Campo da Invenção

[0002] A invenção diz respeito de uma maneira geral às montagens de vedação do tipo que é usado dentro de bombas submergíveis elétricas (ESPs) em furo de poço. Em aspectos particulares, a invenção diz respeito às técnicas para monitorar parâmetros operacionais de tais dispositivos usando fibras óticas.

2. Descrição da Técnica Relacionada

[0003] Bombas submergíveis elétricas (ESPs) são usadas rotineiramente na produção de hidrocarboneto de poços. Uma ESP típica inclui um motor de subsuperfície que gera potência elétrica usada para operar um dispositivo de bomba. Uma montagem de vedação tipicamente é fornecida entre o motor e a bomba. A vedação inclui um alojamento externo e um eixo central que é usado para transmitir torque do motor para a bomba. A vedação equaliza pressão de fluido de tal maneira que o lado de dentro do motor e da vedação fica em uma pressão igual à do furo de poço ou ambiente externo. A vedação usualmente fornece uma série de câmaras de labirintos ou barreiras e vedações de face mecânica em seu eixo para impedir ou diminuir entrada de fluidos de poço da cabeça de vedação para o motor. A vedação também suporta o impulso para baixo de bomba em um mancal de impulso hidrodinâmico de tal maneira que ele não é transferido para o motor. Além do mais, a vedação permite expansão e contração térmicas de óleo de motor e transfere torque de eixo do motor para a bomba.

[0004] Durante a operação, uma montagem de vedação pode ficar propensa à falha ou degradação em desempenho por causa de problemas de aquecimento, desalinhamento de componente, pressões diferenciais e assim por diante. Atrito entre o eixo e componentes dentro do alojamento da vedação pode causar aquecimento excessivo em pontos.

Sumário da Invenção

[0005] A presente invenção fornece dispositivos para detectar parâmetros operacionais associados com uma montagem de vedação que é usada em uma ESP. Os parâmetros operacionais que são detectados podem incluir temperatura, pressão e vibração. As fibras óticas são usadas em associação com equipamento de processamento baseado em superfície que pode gravar e armazenar dados fornecidos pelas fibras óticas. Em certas modalidades, as fibras óticas que são usadas permitem detecção de um único ponto ou, alternativamente, detecção de múltiplos pontos distribuídos.

[0006] Em modalidades descritas, fibras óticas ou feixes de fibras são dispostos dentro de partes de uma montagem de vedação ou seção de vedação, permitindo detecção de parâmetros operacionais durante operação. Em certas modalidades, as fibras óticas ou feixes de fibras óticas ficam localizados no exterior radial da superfície do alojamento de vedação. A fibra é presa ao alojamento de tal maneira que vibração é detectada. Em outras modalidades, fibras óticas são dispostas dentro do alojamento da seção de vedação de tal maneira que características de fluido podem ser detectadas, incluindo taxa de fluxo ou contaminação de fluido. Além do mais, medições de vibração ou de proximidade podem ser feitas se relacionando com mancais dentro da seção de vedação.

[0007] Diversos métodos de fibra ótica são usados para detectar parâmetros operacionais associados com a seção de vedação. Em certas modalidades, redes de Bragg são formadas em pontos predeterminados ao longo de uma fibra. Redes de Bragg particulares são sensíveis às mudanças em temperatura enquanto que outras redes de Bragg são sensíveis à deformação e podem ser usadas para medir vibração. Em outras modalidades, a extremidade axial distal de uma fibra pode ser usada como um sensor para detectar um parâmetro selecionado.

[0008] Em modalidades preferidas, as fibras óticas ou feixes de fibras que são incorporados à seção de vedação são incorporados a um cabo de fibras óticas que resulta na superfície do poço. O cabo de fibras óticas é então associado com equipamento de processamento baseado em superfície que tipicamente inclui um reflectômetro ótico no domínio do tempo.

Breve Descrição dos Desenhos

[0009] Para um entendimento completo da presente invenção, é feita referência para a descrição detalhada a seguir das modalidades preferidas, consideradas em associação com os desenhos anexos, em que números de referência iguais designam elementos iguais ou similares por todas as diversas figuras dos desenhos e em que:

[0010] A figura 1 é uma vista seccional transversal de um furo de poço exemplar contendo uma bomba submergível elétrica.

[0011] A figura 2 é uma vista seccional transversal de uma seção de vedação exemplar usada na bomba submergível elétrica mostrada na figura 1 e incorporando sensores de fibra ótica de acordo com a presente invenção.

[0012] A figura 3 é uma vista de detalhe representando uma fibra ótica disposta na superfície radial externa do alojamento de vedação.

[0013] A figura 4 é uma vista lateral de uma seção de vedação exemplar em que uma fibra ótica é disposta em volta da seção de vedação em um modo helicoidal.

[0014] A figura 5 é uma vista seccional transversal ampliada de partes da seção de vedação mostrada na figura 2.

[0015] A figura 6 é uma seção transversal lateral ampliada representando extremidades de fibras óticas.

[0016] A figura 7 ilustra equipamento baseado em superfície que é associado operacionalmente com sensores de fibra ótica.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas

[0017] A figura 1 representa um furo de poço exemplar 10 que foi perfurado na terra 12 para alcançar uma formação de hidrocarboneto subterrânea 14. O furo de poço 10 tem o revestimento metálico 16 de um tipo conhecido na técnica. As perfurações 18 são dispostas através do revestimento 16 e para a formação 14.

[0018] A tubulação de produção 20 está disposta dentro do furo de poço 10, tendo sido abaixada da superfície em um modo conhecido na técnica. A tubulação de produção 20 pode ser uma coluna de componentes de tubulação de produção que são interligados por meio de rosca ou ela pode ser uma tubulação flexível contínua. Uma montagem de bomba submergível elétrica (ESP) 22 é fixada à extremidade inferior da tubulação de produção 20. A montagem ESP exemplar 22 inclui uma bomba centrífuga 24 que é fixada na sua extremidade inferior a uma vedação 32 ou a um separador de gás (não mostrado).

[0019] Uma seção de vedação 32, de um tipo conhecido na técnica para equalização de fluido, interliga a extremidade inferior da bomba 24 a um motor 34. O motor 34 é de um tipo conhecido na técnica e pode ser um motor elétrico trifásico. A seção de vedação 32 também é de um tipo conhecido na técnica e é capaz de equalizar a pressão do lubrificante contido dentro do motor 34 com fluido de poço no exterior do motor 34. Montagens de vedações de equalização de fluido são descritas na Patente U.S. No. 4.421.999 emitida para Beavers e outros.

[0020] Detalhes adicionais se relacionando com a construção e operação de montagens de bombas submergíveis elétricas e separadores de gases podem ser encontrados na Publicação de Patente U.S. No. US 2009/0065202 que pertence ao requerente do presente pedido. A Publicação de Patente U.S. No. US 2009/0065202 está incorporada a este documento na sua totalidade pela referência.

[0021] A figura 2 representa partes internas da seção de vedação 32. A seção de vedação 32 inclui um alojamento externo de uma maneira geral cilíndrico 42 tendo a cabeça de vedação 44 e a base de vedação 46. A cabeça de vedação 44 e a base de vedação 46 incluem os orifícios 48 para a colocação de parafusos ou outros conectores para permitir que a seção de vedação 32 seja interligada com o motor 34 e com o separador de gás 26. Um eixo de transferência de potência 50 é retido dentro do alojamento 42 e é giratório em volta de seu eixo geométrico longitudinal. O eixo de transferência de potência 50 serve para transmitir forças rotacionais do motor 34 abaixo para o separador de gás 26 e para a bomba 24 acima.

[0022] Como os detalhes se relacionando com a construção e operação de montagens de vedações de bombas submergíveis elétricas são bem conhecidos para os versados na técnica, eles não serão discutidos em um modo significativo neste documento. É notado, entretanto, que a seção de vedação 32 representada na figura 2 inclui as câmaras de vedação do tipo bolsa superiores 52 e 54. Cada uma das câmaras de bolsa 52, 54 inclui uma vedação do tipo bolsa 53 que fornece uma barreira física entre fluido de poço e óleo contido dentro da vedação 53 e fornece equalização de pressão. A seção de vedação 32 também inclui uma câmara de vedação do tipo labirinto 56 definida dentro do alojamento 42. A câmara de vedação do tipo labirinto 56 permite que fluido de poço entre em contato com óleo e trabalhe com base na diferença de gravidade específica entre fluidos. Uma câmara de circulação e resfriamento de óleo 58 também é definida dentro da seção de vedação 32. As câmaras 52, 54, 56, 58 são separadas umas das outras pelos anteparos 60, 62, 64. As câmaras de vedação de labirinto e do tipo bolsa 52, 54 e 56, assim como as vedações mecânicas 68, mantêm dielétricos de fluido de motor ao impedir ou diminuir entrada de fluidos de poço da cabeça de vedação 44 para o motor 34. É notado que, dependendo da construção desejada, uma seção de vedação pode incluir qualquer combinação de câmara de vedação do tipo bolsa e/ou câmaras de vedação do tipo labirinto ou tipos similares de câmaras conhecidos na técnica, tal como câmaras do tipo de fole de metal.

[0023] Os mancais radiais 66 circundam radialmente o eixo 50 e funcionam para transferir cargas de impulso axial do eixo 50 para os anteparos 60, 62, 64 dentro da seção de vedação 32. O eixo 50 também carrega um número das vedações mecânicas 68. Os mancais radiais 70 fornecem uma interface rotacional entre o eixo 50 e os anteparos 60, 62, 64. Os tubos de labirintos 72 permitem transmissão de fluido seletiva assim como equalização de pressão entre a câmara de labirinto 56 e o exterior da seção de vedação 32. Um mancal de impulso 71 fica localizado próximo à extremidade superior da câmara de circulação e resfriamento de óleo 58. As almofadas de impulso 73 suportam o mancal de impulso 71. O mancal de impulso 71 e as almofadas de impulso 73 suportam amplamente o impulso para baixo de bomba de tal maneira que ele não é transferido para o motor 34.

[0024] A figura 2 também representa um cabo de fibras óticas 74 que se estende para baixo para dentro do furo de poço 10 proveniente da superfície. O cabo de fibras óticas 74 preferivelmente é blindado ou protegido de outro modo contra fluidos de furo de poço e contra esmagamento ou outro dano. O cabo de fibras óticas 74 contém uma pluralidade de fibras óticas individuais que são usadas para detectar parâmetros operacionais dentro ou sobre a seção de vedação 32. Uma única fibra ótica 76 está mostrada disposta sobre a superfície externa do alojamento 42 da seção de vedação 32. Fibras óticas adicionais são dispostas dentro da seção de vedação 32.

[0025] A figura 3 ilustra a disposição de uma fibra ótica exemplar 76 ao longo da superfície radial externa 78 do alojamento de vedação 42. A fibra ótica 76 inclui um núcleo 80 que é circundado radialmente pelo revestimento 82. As redes de Bragg 84 são formadas no núcleo 80 da fibra 76. Tal como é conhecido na técnica, as redes de Bragg 84 podem ser criadas usando laser UV ou luz UV em associação com uma fotomáscara específica para formar um padrão de rede de difração particular. Tal como ilustrado nas figuras 2 e 3, a fibra 76 é disposta de uma maneira geral axialmente ao longo da superfície radial externa 78. Preferivelmente, a fibra 76 é contida dentro de um revestimento protetor 86 ou tubo. O revestimento protetor 86 preferivelmente é preso à superfície 78.

[0026] Cada rede de Bragg 84 funciona como um sensor que exibe um recurso de ressonância particular que é rastreado à medida que a fibra é submetida à deformação ou às variações de temperatura. Cada rede de Bragg 84 responde a um sinal ótico de banda larga (tipicamente fornecido pelo processador de sinal 112 representado na figura 7) e adicionalmente responde para o parâmetro sendo detectado, a fim de fornecer um sinal contendo informação a respeito do parâmetro sendo detectado. À medida que um pulso ótico é fornecido para a fibra 76 pelo processador de sinal 112, luz é retrodispersada continuamente à medida que ela se propaga, como resultado de dispersão Rayleigh. A luz retrodispersada é analisada no tempo pelo processador de sinal 112 para fornecer um mapa diferencial da distribuição espacial de atenuação ótica ao longo da fibra 76. Em modalidades nas quais existem múltiplas redes de Bragg 84, um parâmetro selecionado pode ser medido em múltiplos pontos distintos ao longo do comprimento da fibra 76. Em uma modalidade exemplar particular, temperatura é detectada por cada uma das redes de Bragg 84 ao longo da fibra 76, o que fornecerá para um operador uma indicação de pontos quentes distintos ao longo do comprimento axial da fibra 76. O uso de múltiplas redes de Bragg 84 também permite que a posição axial deste aquecimento seja determinada igualmente.

[0027] De acordo com uma modalidade alternativa, as redes de Bragg 84 são adaptadas para detectar pressão ou mudanças em pressão na área próxima à fibra 76. Os dados detectados fornecerão uma indicação das localizações de áreas de pressão alta ao longo do comprimento da fibra 76.

[0028] De acordo com uma modalidade alternativa adicional, as redes de Bragg 84 são adaptadas para permitir detecção de deformação na fibra 76. Deformação pode ser convertida em pressão ou vibração dependendo da calibração do equipamento de medição sendo usado (isto é, um processador de sinal de fibra ótica). Medições de pontos distribuídos distintos de deformação ao longo do comprimento da fibra 76 podem fornecer indicações de vibração dentro da seção de vedação 32 e podem fornecer as localizações de vibração excessiva dentro da seção de vedação 32. A detecção destas localizações pode revelar pontos de vibração excessiva ou o desalinhamento de componentes dentro da seção de vedação 32, o que pode ser corrigido subsequentemente.

[0029] A figura 4 representa um arranjo alternativo para a fibra ótica 76’ em que a fibra 76’ é enrolada em volta da circunferência do alojamento de seção de vedação 42 em um modo helicoidal de tal maneira que existem múltiplas espiras 86. A fibra 76’ incluiria as redes de Bragg 84 do(s) tipo(s) descrito(s) anteriormente. As redes de Bragg 84 podem ficar localizadas nas espiras 86 sequenciais, fornecendo desse modo localizações de detecção que são distribuídas axialmente ao longo do alojamento 42. Além do mais, as redes de Bragg 84 podem ficar espaçadas angularmente em localizações diferentes em volta da circunferência da seção de vedação 32 para permitir detecção de um parâmetro operacional particular em localizações angulares diferentes em volta da seção de vedação 32. A fibra 76’ pode ser usada para detectar temperatura ou pressão. Alternativamente, a fibra 76’ pode ser usada para detectar as localizações de vibração por meio de medições de deformações localizadas fornecidas pelas redes de Bragg 84.

[0030] A figura 5 é uma vista seccional transversal ampliada de partes da seção de vedação 32 mostrada na figura 2. Uma fibra ótica 88 é disposta através do alojamento 42 da seção de vedação e ao longo do canal 90 de tal maneira que sua extremidade axial 92 fica localizada próxima ao mancal de impulso 66. Nesta instância, a extremidade axial 92 da fibra 88 é usada como um sensor para detectar um parâmetro operacional. A figura 5 representa uma fibra 88 sendo usada para detectar um parâmetro operacional associado com um único mancal radial 66. Deve ser entendido, entretanto, que fibras podem ser fornecidas para medir parâmetros operacionais associados com outros mancais radiais 66 dentro da seção de vedação 32. Fornecer fibras para outros mancais radiais 66 pode permitir que temperatura, pressão de fluido ou outros parâmetros sejam detectados em cada uma das câmaras 52, 54, 56. Se pressão dentro das câmaras 52, 54, 56 for detectada, um operador pode ser capaz de determinar as mudanças em pressão dentro de cada câmara 52, 54, 56 ao longo do tempo para projetar ou ajustar de modo apropriado os caminhos de fluxo de fluido através da seção de vedação para equalização apropriada. Além do mais, questões de equalização de pressão durante partida e desligamento podem ser identificadas. Pressão de fluido detectada em cada câmara 52, 54, 56 indicará para um operador de expansão e contração de fluido dentro delas. Detecção de pressão nestas localizações também pode ajudar um operador para detectar uma descompressão repentina ou o impacto de pressões/temperaturas diferenciais em pontos de vedação. Em modalidades particulares, a fibra 88 detecta temperatura ou pressão. Entretanto, outras características ou atributos de fluido, tais como taxa de fluxo ou contaminação de fluido, também podem ser detectados.

[0031] A figura 5 também representa uma fibra ótica 94 que é disposta através do alojamento 42 da seção de vedação 32 e através do canal 96 de tal maneira que a extremidade axial 98 da fibra 94 fica localizada próxima ao mancal radial 70. É notado que, embora somente uma fibra 94 esteja representada próxima a um único mancal radial 70, pode existir e preferivelmente será uma fibra similar fornecida para cada um dos mancais radiais 70 dentro da seção de vedação 32. Em modalidades preferidas, a fibra 94 é usada para detectar proximidade do mancal 70 para a extremidade axial de fibra 98. E assim fazendo, vibração lateral ou radial do mancal radial 70 pode ser detectada e medida. Um operador pode monitorar a condição dos mancais radiais 70. Detecção de temperatura perto de cada mancal radial 70 permitirá monitoramento de pontos de atrito excessivo resultando da rotação do eixo 50 dentro do alojamento de seção de vedação 42.

[0032] De acordo com um aspecto adicional da presente invenção, uma fibra ótica 100 é disposta através do alojamento 42 da seção de vedação 32 e fica localizada próxima à extremidade superior da câmara 58. A fibra 100 é adaptada para detectar a viscosidade de fluido fluindo através da câmara 58 da seção de vedação 32. Deve ser entendido que outras fibras similares à fibra 100 podem ficar localizadas dentro de outras partes da seção de vedação 32 também para medir viscosidade de fluido. Viscosidade pode ser inferida de medição de água/teor de umidade dentro de um fluido, o que pode ser detectado usando os sensores 102 que estão incorporados ao longo do comprimento da fibra 100. Reflexão interna total ocorrendo na interface núcleo-revestimento em uma fibra ótica fornece um campo evanescente no revestimento 82. Este campo apresenta uma onda evanescente que se propaga ao longo do guia de onda no núcleo 80, mas que diminui exponencialmente em amplitude para um valor baixo em uma distância transversal de ordem um de comprimento de onda. A propagação total de energia na fibra é sensível à absorção de onda evanescente que ocorre no revestimento 82.

[0033] Os sensores 102 estão incorporados à fibra 100 em localizações predeterminadas dentro da câmara 58. Os sensores 102 podem ser criados ao remover o revestimento 82 nos pontos selecionados e substituir o mesmo por um material cujo espectro de absorção ou fluorescência é sensível à absorção de um tipo de produto químico externo. Em uma modalidade, seções de aproximadamente 50 cm do revestimento 82 são removidas e substituídas por uma película de gelatina contendo cloreto de cobalto. O sal muda de cor de azul para rosa mediante absorção de umidade, fornecendo assim um indicador de umidade relativa/teor de umidade. Em modalidades particulares, a absorção pode ser monitorada em um comprimento de onda de 670 nm e o sinal normalizado com relação a um sinal retrodispersado em 850 nm que não é afetado pela mudança de cor.

[0034] A figura 5 também representa o uso de sensores de fibras óticas de pontas oblíquas para medir presença e viscosidade de fluido ou discriminar de outro modo entre fluxo de vários fluidos dentro da seção de vedação 32. As fibras óticas 104 e 106 são dispostas através do alojamento de seção de vedação 42. As fibras 104, 106 estão representadas com mais detalhes na figura 6. As fibras 104, 106 são providas com as extremidades axiais 108, 110, respectivamente, em que cada uma é em um ângulo oblíquo em relação ao eixo geométrico da fibra 104 ou 106. Cada uma das extremidades axiais 108, 110 preferivelmente é revestida rigidamente e molhada com película de filme. Óleo é uma película de molhamento preferida. A extremidade 108 de fibra 104 é formada em um ângulo oblíquo de cerca de 45 graus. Uma fibra de sílica com uma face de extremidade tendo um ângulo de cerca de 45 graus fornecerá reflexão de 100% quando em gás e reflexão de menos que 1% quando disposta em óleo ou em água. Assim, esta fibra 104 pode ser usada como um discriminador de gás/líquido de alto contraste.

[0035] A extremidade 110 da fibra 106 é formada em um ângulo oblíquo de cerca de 73 graus. Uma fibra com uma face de extremidade tendo um ângulo de cerca de 73 graus funciona como um discriminador de óleo/não óleo de alto contraste, já que a refletividade se torna 100% quando a fibra 106 está em gás ou em água e abaixo de 1% quando em óleo. Se dados de ambas as fibras 104 e 106 forem usados conjuntamente, discriminação de três fases de fluidos pode ser alcançada.

[0036] Outras técnicas de detecção ótica conhecidas na prática também podem ser usadas para detectar a natureza e atributos de fluidos dentro da seção de vedação 32 e, desse modo, fornecer dados para um operador para permitir a dedução de informação se relacionando com a viscosidade de fluidos dentro da seção de vedação 32 ou a presença de contaminação de fluidos dentro da seção de vedação ou de partes da mesma. Atenuação no infravermelho próximo ("NIR") conta com diferenças na opacidade de óleo e água para a transmissão de luz infravermelha. Óleo bruto é composto de cadeias de hidrocarboneto maiores e aromáticos, tais como CH2, enquanto que gás natural consiste predominantemente de grupos de metila (isto é, CH3). Cada radical tem uma banda de absorção de atenuação no infravermelho próximo distinta. Portanto, é possível distinguir gás natural de óleo bruto com base em nível de absorção. Luz de uma fonte de banda larga, tal como o processador de sinal de fibra ótica 112, cobrindo a faixa de comprimentos de onda de infravermelho próximo de cerca de 1.000 a cerca de 1.700 nm é transmitida ao longo de uma fibra ótica para uma sonda de refletância, de um tipo conhecido na técnica, a qual é imersa em fluido. Alternativamente, medições de fluorescência induzida podem ser usadas para determinar a presença e atributos de óleo, água, gás dentro de partes da seção de vedação. Qualquer uma ou todas as técnicas descritas anteriormente podem ser usadas para permitir que um operador determine características de fluxo para fluidos se deslocando através da seção de vedação 32, tais como taxa de fluxo e intrusão de fluidos ou partículas indesejáveis (isto é, contaminação).

[0037] A figura 7 ilustra equipamento baseado em superfície exemplar para o qual o cabo de fibras óticas 74 pode ser encaminhado. O cabo de fibras óticas 74 é interligado operacionalmente com um processador de sinal de fibra ótica 112. Em algumas modalidades, um mostrador adequado 114 e o dispositivo de gravação 116 também são associados com o processador de sinal 112. De uma maneira geral, o processador de sinal de fibra ótica 112 inclui um chip de computador ou de microprocessador que é programado para analisar um sinal ótico e enviar informação se relacionando com o sinal ótico para armazenamento gravável no dispositivo de gravação 116. O processador de sinal de fibra ótica 112 tipicamente inclui um reflectômetro ótico no domínio do tempo (OTDR) que é capaz de transmitir pulsos óticos para dentro do cabo de fibras óticas 74 e analisar a luz que é retornada, refletida ou dispersada pelo mesmo. Mudanças em um índice de refração em fibras óticas podem definir pontos de dispersão ou de reflexão. Analisar a luz de retorno coletada pode fornecer a distância para mudanças no índice de refração. Assim, o OTDR pode ser usado para detectar as localizações de parâmetros de operação detectados ao longo do comprimento das fibras óticas que são transportadas dentro do cabo de fibras óticas 74.

[0038] Deve ser percebido que a invenção fornece dispositivos que permitem monitoramento de parâmetros operacionais de uma seção de vedação de subsuperfície, especialmente em aplicações de temperatura alta. Os inventores descobriram que fibras óticas são relativamente insensíveis à temperatura e interferência eletromagnética e têm uma área ocupada pequena e alta precisão. Em aspectos particulares, a invenção fornece seções de vedações ou montagens de vedações aperfeiçoadas que podem ser usadas em uma bomba submergível elétrica e que fornecem a capacidade de monitorar parâmetros operacionais da seção de vedação durante operação. Em outros aspectos, a invenção fornece métodos para detectar um parâmetro operacional de uma seção de vedação de equalização de pressão para uma bomba submergível elétrica em que a fibra ótica de um arranjo de detecção de fibra ótica é associada operacionalmente com a seção de vedação para detectar o parâmetro e fornecer um sinal indicativo do mesmo para um processador de sinal de fibra ótica.

[0039] Os versados na técnica reconhecerão que inúmeras modificações e mudanças podem ser feitas para os projetos e modalidades exemplares descritos neste documento e que a invenção é limitada somente pelas reivindicações que se seguem e quaisquer equivalências das mesmas.

Claims

1. Seção de vedação (32) para uso em equalização de pressão em uma bomba submergível elétrica (22), a seção de vedação (32) caracterizadapelo fato de que compreende: um alojamento externo (42) definindo uma pluralidade de câmaras de labirintos (56) de equalização de fluido que são separadas axialmente umas das outras por pelo menos um anteparo (60, 62, 64); um eixo de transferência de potência (50) retido pelo alojamento e giratório dentro dele para transmitir força rotacional de uma seção de motor para uma seção de bomba dentro da bomba submergível elétrica (22); uma fibra ótica (76) associada à seção de vedação (32) para detectar um parâmetro operacional associado à seção de vedação (32); e a fibra ótica (76) é disposta através do alojamento da seção de vedação (32).

2. Seção de vedação (32) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de que os parâmetros operacionais incluem pelo menos um dos parâmetros do grupo consistindo em: temperatura, pressão, vibração, proximidade, viscosidade e contaminação de fluido.

3. Seção de vedação (32) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de que a fibra ótica (76) é associada operacionalmente a um processador de sinal de fibra ótica que é capaz de transmitir pulsos óticos para a fibra ótica (76) e analisar a luz que é retornada, refletida ou dispersada pela mesma.

4. Seção de vedação (32) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de que a fibra ótica (76) tem um comprimento axial e inclui uma ou mais redes de Bragg para detecção do parâmetro operacional em um ponto ao longo do comprimento axial da fibra.

5. Seção de vedação (32) de acordo com a reivindicação 4, caracterizadapelo fato de que a fibra ótica (76) é disposta no exterior radial da seção de vedação (32).

6. Seção de vedação (32) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de que: uma extremidade axial da fibra ótica (76) é usada para detectar o parâmetro operacional.

7. Seção de vedação (32) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de que: a fibra ótica (76) é disposta através do alojamento da seção de vedação (32); e uma rede de Bragg na fibra ótica (76) é usada para detectar o parâmetro operacional.

8. Seção de vedação (32) de acordo com a reivindicação 6, caracterizadapelo fato de que a extremidade axial da fibra ótica (76) fica localizada próxima a um mancal dentro da seção de vedação (32).

9. Seção de vedação (32) para uso em equalização de pressão em uma bomba submergível elétrica (22), a seção de vedação (32) caracterizadapelo fato de que compreende: um alojamento externo (42) definindo uma pluralidade de câmaras de labirintos (56) de equalização de fluido que são separadas axialmente umas das outras por pelo menos um anteparo (60, 62, 64); um eixo de transferência de potência (50) retido pelo alojamento e giratório dentro dele para transmitir força rotacional de uma seção de motor para uma seção de bomba dentro da bomba submergível elétrica (22); e um arranjo de detecção de fibra ótica (76) para detectar pelo menos um parâmetro operacional associado à seção de vedação (32), o arranjo de detecção de fibra ótica (76) dotada de uma fibra ótica (76) que é disposta através do alojamento da seção de vedação (32).

10. Seção de vedação (32) de acordo com a reivindicação 9, caracterizadapelo fato de que o arranjo de detecção de fibra ótica (76) compreende: um processador de sinal de fibra ótica; e a fibra ótica (76) é associada operacionalmente ao processador de sinal de fibra ótica para fornecer ao processador de sinal de fibra ótica um sinal indicativo do parâmetro operacional.

11. Seção de vedação (32) de acordo com a reivindicação 9, caracterizadapelo fato de que os parâmetros operacionais incluem pelo menos um dos parâmetros do grupo consistindo em: temperatura, pressão, vibração, proximidade, viscosidade e contaminação de fluido.

12. Seção de vedação (32) de acordo com a reivindicação 10, caracterizadapelo fato de que a fibra ótica (76) tem um comprimento axial e inclui uma ou mais redes de Bragg para detecção do parâmetro operacional em um ponto ao longo do comprimento axial da fibra.

13. Seção de vedação (32) de acordo com a reivindicação 10, caracterizadapelo fato de que a fibra ótica (76) é disposta no exterior radial da seção de vedação (32).

14. Seção de vedação (32) de acordo com a reivindicação 10, caracterizadapelo fato de que: uma extremidade axial da fibra ótica (76) é usada para detectar o parâmetro operacional.

15. Seção de vedação (32) de acordo com a reivindicação 10, caracterizadapelo fato de que: uma rede de Bragg na fibra ótica (76) é usada para detectar o parâmetro operacional.

16. Seção de vedação (32) de acordo com a reivindicação 14, caracterizadapelo fato de que a extremidade axial da fibra ótica (76) fica localizada próxima a um mancal dentro da seção de vedação (32).

17. Método para detectar um parâmetro operacional de uma seção de vedação (32) de equalização de pressão para uma bomba submergível elétrica (22), o método caracterizadopelo fato de que compreende as etapas de: fornecer um arranjo de detecção de fibra ótica (76) tendo um processador de sinal de fibra ótica e uma fibra ótica (76) associada operacionalmente para fornecer um sinal para o processador de sinal de fibra ótica que é indicativo de um parâmetro operacional detectado; dispor a fibra ótica (76) através de um parâmetro operacional detectado; e associar operacionalmente a fibra ótica (76) à seção de vedação (32) de tal maneira que a fibra ótica (76) detecta o parâmetro operacional.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que: a seção de vedação (32) apresenta uma superfície externa; e a fibra ótica (76) é disposta na superfície externa da seção de vedação (32) para detectar o parâmetro operacional.

19. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que os parâmetros operacionais incluem pelo menos um dos parâmetros do grupo consistindo em: temperatura, pressão, vibração, proximidade, viscosidade e contaminação de fluido.