CN101299526A - 电动泵电力电缆管理 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于将通信线路布置在井筒中使用的油管中的技术。该通信线路位于可用于将井设备布置在井筒中的油管内。另外，活性材料被放置在油管中。活性材料的稠度可有选择地改变以填充电缆与油管之间的空隙，从而沿油管为电缆提供支撑和/或压力屏障。

Description

电动泵电力电缆管理

技术领域

[0001]当前文档基于并要求具有2007年4月30日申请的美国临时申请序号第60/914,982号的优先权益。

背景技术

[0002]电潜水泵可从盘绕油管(盘管或挠性油管)悬挂在井中，电缆在盘绕油管内部以为泵电机提供电力。生产流体沿盘绕管环面向上泵取。通常，电力电缆和其它电缆具有低拉伸强度，并且能自由悬挂在倾斜管中的电缆的长度有限。因此，该电缆可能间隔地被夹紧、结合或捆扎到油管系统的外部。可选方法在盘绕油管内引导电缆。

[0003]已开发了系统，以在盘绕油管内支撑电力电缆，用于电潜水泵泵取系统应用。例如，一些系统使用沿电缆间隔的锚定设备，以沿油管摩擦限制电缆。在其它系统中，沿盘绕油管壁设置“凹座”以机械支撑电缆。在其它系统中，在油管制造期间，电缆被结合到油管孔。还进行了试图，以在盘绕油管内使用粘性流体以悬挂电缆，而其它系统在螺纹油管内使用稠密流体以使电缆浮起。

[0004]通过使用电缆的螺旋扣住以相对于油管的内壁摩擦限制电缆，其它系统在盘绕油管内支撑电缆。在一个实例中，当在地面组装时，电力电缆通常拉紧，并且在导管被悬挂在井中后，另外的电缆被馈送入例如盘绕油管的导管。然而，这种过程导致一种组件，其中电缆的底部被强挤曲，同时电缆的上部处于张紧中。当另外的电缆被馈送入导管时，在导管的上端处出现一些挤曲，但这种挤曲可能通常松弛。另外，在导管的中部处，电缆可保持拉伸并且从而不会挤曲。结果，该系统沿组件的长度不会产生均匀的挤曲，并且组件在使用期间的振动会减小锚定摩擦到临界阈值下，并且还引发电缆逐渐停留直到形成稳定、更紧的螺旋。这种情况能够引发电缆连接器的拉脱或其它故障。

[0005]在某种程度，电缆滑动能够通过在井头提供过剩的电缆进行补偿。然而，在井头提供额外电缆要求特殊的树状设计，并且通常无法在压力下实现油管和电潜水泵系统的容易布置和去除。另外，沿导管的内部的泄漏能够使压力在油管与电缆之间移动，并进入井头。这在提供井控制中产生更大的困难，并且潜在地需要在压力下去除油管和电潜水泵系统。此外，如果固体油管架用于防止压力移动，则没有用于提供过剩电缆的空间。任何电缆滑动则能够引发电缆故障。

发明内容

[0006]通常，本发明提供了一种方法和系统，用于在井筒中用的油管中存储通信线。这种通信线例如电缆被布置在可连接到设计用于布置在井筒中的井设备的油管内。另外，活性材料被放置在油管中。活性材料的稠度可有选择地改变以填充电缆与油管之间的空间，从而为电缆提供支撑和/或沿油管压力隔离。

附图说明

[0007]以下将参照附图描述本发明的特定实施例，其中：类似标号指示类似的元件，和：

[0008]图1是根据本发明的一个实施例的在井筒中布置的油管上布置的井设备的正视图；

[0009]图2是根据本发明的一个实施例的具有内部通信线和填充材料的油管的断面的正交视图；

[0010]图3是显示根据本发明的一个实施例的用于在油管中支撑通信线和/或产生压力障碍的过程的流程图；

[0011]图4是显示根据本发明的一个实施例的用于在油管中支撑通信线和/或产生压力承载物的可选过程的流程图；和

[0012]图5是根据本发明的一个实施例的用于在井筒中布置盘绕油管和内部通信线的组件的视图。

具体实施方式

[0013]在下述描述中，许多细节被列出以提供本发明的理解。然而，本领域的普通技术人员将理解到：本发明可没有这些细节地实现，并且从描述实施例可以进行多种变化或修改。

[0014]本发明通常涉及用于在油管(在本发明中也可指管道)中支撑通信线和/或用于防止流体和压力沿油管移动的技术。该技术包括用于在表面位置处将电力电缆或其它类型的通信线安装进入油管的系统和方法。该油管用于将诸如电潜水泵系统的井设备布置和悬挂在井中。通过支撑内部通信线抑制滑动，该技术使得能够使用例如固体螺旋油管架(hangar)。

[0015]为了说明的目的，这里描述的方法和部件通常涉及在井筒中在油管上悬挂电潜水泵系统。然而，应该理解到：该油管(或者管道)可包括多种导管、管或管道，例如盘绕油管、接头油管和类似物，用于在井眼中悬挂多种井筒设备。利用实例，泵系统、测井工具、线(钢丝)工具、钻井工具和其它类型的井设备能够在油管上布置在井筒内。另外，通信线沿油管引导，并且经常包括用在地面位置与井下井筒设备之间通信电信号的电力电缆。然而，通信线路可包括其它类型的通信线，包括多种电缆、管、导管、金属线、光缆和其它类型的电力和/或数据通信线。

[0016]利用油管内部的电缆在井筒中安装电潜水泵系统或其它井设备引起了在油管内管理电缆的挑战。利用在油管内存在的间隙填充材料，这里描述的系统和方法实质消除了通信线路的滑动。该材料填充通信线路和油管之间的空的间隙。在一些实施例中，该间隙-填充材料是一种活性物质，可例如通过泵送引导进入油管，并允许改变稠度，例如固化或凝固，从而去除油管内的空间，并防止通信线滑动。在其它优点中，这实现了使用能够防止流体流入井头的固体油管架。

[0017]该空隙填充材料还在泄露入油管内的情况中提供压力屏障。适合的空隙填充材料的实例包括多种活性物质，诸如可在来自GroundSafe的商标名称Bacel

下的液体水凝胶和硬泡沫。在一些实施例中，该空间填充材料是耐烃性的，或另外耐可能泄露入油管的井污物性的。多种发泡材料、凝胶材料和其它活性材料能够用于满足给定工作环境的要求，例如关于井温度、压力、硫化氢的存在、二氧化碳的存在和其它因素。根据应用，通过诸如泵送的合适过程，该材料还能够被选择以有利于例如电缆的通信线安装和活性材料的引入。在其它应用中，该活性材料可被选择以便：通信线能够完全或部分覆盖或包围在材料中。举例来说，通信线能够包围在可膨胀材料中，例如可膨胀水凝胶材料或接触烃试剂膨胀的烃可膨胀橡胶。在将包围的电力电缆安装在油管中后，活性剂被引导入油管，以引发可膨胀材料膨胀。这实现了可膨胀材料填充通信线路和油管之间的间隙，从而限制电缆滑动并在油管中实现压力屏障。

[0018]使用空隙填充材料提供了通信线路管理技术，实现井头内的油管在具有标准电力和机械连接器的支架(管吊)处终止。该井头不要求特殊的设计，以在井头内部容纳额外的通信线路。如果需要这种去除方式，使用标准井头还允许油管和电潜水泵取系统在压力下去除。

[0019]通常参照图1，显示了使用电缆管理技术的系统的一个实例。在这个实施例中，井系统20包括布置在井筒24中的通信线路管理系统22。该井筒24被钻入地质地层26，并且从位于地面30处的井头28向下延伸，所述地面诸如海床或地球表面。该井筒24可通常垂直定向，或具有组合的垂直和偏离部分。此外，根据具体环境和应用，该井筒24可以是敞开的，或者排有套管32。如果井筒24衬有套管32，多个穿孔34形成穿过套管以容纳地层26与井筒24之间的流体流。

[0020]在所示实施例中，通信线管理系统22包括沿油管40的内部38引导的通信线36。如上所述，通信线36可包括用于通信电力信号的电力电缆，或它可以包括能够例如用于向井上和/或向井下通信数据的其它通信线路。通信线路的实例包括电线、液压油管、光纤和其它通信线，以及这些线的组合。此外，油管40可包括盘绕油管，但油管也可由能够在井筒环境中使用的接合管或其它类型的导管和管形成。

[0021]利用例如通过泵送作为流体能够引导入内部38的空隙填充材料42，通信线36被支撑在油管40中。然而，其它类型的空隙填充材料能够引导入内部38。该空隙填充材料42用于在油管40内支撑通信线36和/或产生压力屏障。举例来说，使用清管器(pig)经由油管预先泵送的金属线，通信线36能够被拉入油管40，例如盘绕油管。一旦通信线36在油管40内，该空隙填充材料42能够被泵入油管。该通信线36能够拉动穿过盘绕油管，同时盘绕管沿表面位置解开缠绕。然而，其它方法能够用于将通信线36和空隙填充材料42引导入油管40。

[0022]在所示实施例中，油管40也被用于将井设备44布置在井筒24中。例如，井设备44可包括经连接器48联接到油管40的下端的电潜水泵送系统46。根据特定泵送应用，该电潜水泵送系统46可包括多种部件。举例来说，电潜水泵送系统46包括：潜水泵48；电机保护器50；和驱动潜水泵48的潜水电机52。在这种类型的实施例中，通信线36通常包括引导到电潜水泵送系统36的电缆，以为潜水电机52提供电力。

[0023]如图2中进一步说明，空隙填充材料42可包括最初布置在油管40的内部的活性材料54。根据使用的活性材料的特定类型以及井应用的类型，在将井设备44布置在井筒24中之前，或在布置井设备之后，该活性材料54可引导入油管40。例如，活性材料54引导的阶段可根据材料属性改变。该活性材料54可包括：可发泡材料；凝胶材料；可膨胀材料；和有选择地从一种稠度到另一种稠度转变的其它材料。举例来说，可发泡材料或凝胶材料能够以液体形式引导入内部38，并转变为固体或半固体材料，以能够沿油管40内部支撑通信线36和/或产生压力屏障。根据活性材料(反应物质)54的特征，从一种稠度到另一种稠度转变的反应引发材料54能够利用多种试剂引起。例如，通过引入诸如催化剂的活应试剂、压力变化、温度变化、提供充分的时间以实现材料或其它试剂的固化/凝固，即能够引发材料期望转化的因素，能够引起转化。

[0024]管理通信线用的方法的一个实例由图3的流程图显示。在这个实施例中，例如电力电缆的电缆需要支持在油管内，例如盘绕油管，用于布置井设备44。最初，如图3中方框56所示，该电缆被布置在油管40内。如方框58所示，该油管40然后至少部分地填充有活性材料54。举例来说，活性材料可采用流体形式并泵入内部38。适合的试剂然后被提供以引发活性材料54反应并改变稠度，如方框60所示。在执行这种稠度转化后，活性材料54被转变为空隙填充材料42，以实现沿油管40内部的电缆的支撑和压力屏障。如方框62所示，该井设备44然后在油管40上能够传送到井下。应该指出：在其它应用中，在将活性材料54引导入油管40前或在引发活性材料改变稠度前，井设备44能够被传送到井下。

[0025]图3中所示的方法实施例的一种变型涉及围绕电缆或其它类型的通信线路放置活性材料，如图4的流程图所示。在这个实施例中，如图4中方框64所示，该电缆被再次布置在油管40内。然而，在将电缆布置在油管40内期间、之前或之后，活性材料54被放置在电缆周围，如方框66所示。例如，当被传送入油管40时，诸如可膨胀水凝胶的可膨胀材料能够缠绕在电缆周围。一旦活性材料54定位在电缆周围并传递到油管40内，适合的反应试剂被引导到油管40的内部38，如方框68所示。该反应试剂引发活性材料54充分膨胀或者以其它方式改变稠度，从而填充在电缆与油管40之间的空隙，以在油管40内提供对电缆的支撑和/或压力密封。如方框70所示，该井设备44然后在油管40上能够传送到井下。此外，应该指出：在其它应用中，在更早阶段，诸如在将反应试剂引导入油管40前，井设备44能够传送到井下。

[0026]使用空隙填充材料42也可实现使用井头28，所述井头28不需要特殊的结构以存储额外的电缆。如先前提及，通过使用空隙填充材料42，使用固体盘绕油管架能够支撑电缆。图5显示了井头28的一个实施例。在这个实施例中，井头28被设计以传送盘绕油管40和内部通信线36进入井筒24。在该井头28可包括盘绕油管头组件74内的固体盘绕油管架72。即使在盘绕油管泄露的情况下，该固体盘绕油管架72防止压力的任何向上移动。此外，一旦顶部凸缘78被安装到头组件74，经由适合的穿透器(penetrator)76，经过油管架72的通信线/电缆36能够建立信号通信。该井头28无需单独地构造以提供用于额外电缆的存储区域。在整个井操作期间，例如生产操作，空隙填充材料42不滑动地支撑电缆。

[0027]空隙填充材料42能够用于许多井相关应用。例如，该材料能够用于支持多种通信线和生产应用、井处理应用、测井应用和其它井相关应用，使用油管以结合用于通信信号的管路布置井设备，所述通信信号例如电信号或数据信号。另外，该系统可使用多种井设备，包括生产设备，例如电潜水泵系统46、修井设备、测井设备和其它设备。

[0028]因此，虽然上面仅详细描述了本发明的一些典型实施例，本领域的专业人员将容易认识到：在本质上不背离本发明教授的情况下，可以进行许多修改。这种修改期望包括在权利要求中确定的本发明的范围内。

Claims (26)

1.一种在井筒中支撑电缆的方法，包括步骤：

将电缆布置在油管内；

将井设备连接到所述油管；

将活性材料放置于所述油管内；和

通过引发活性材料反应，并充分地填充电缆周围的空间以支撑电缆，在所述油管中支撑所述电缆。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：布置包括布置向井下传送电力的电力电缆。

3.根据权利要求1所述的方法，其中：布置包括布置数据信号电缆。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：布置包括将电缆布置在挠性油管内。

5.根据权利要求1所述的方法，其中：连接包括将电潜水泵送系统连接到油管。

6.根据权利要求1所述的方法，其中：放置包括使用采用可固化材料的形式的活性材料。

7.根据权利要求1所述的方法，其中：放置包括使用采用泡沫形成材料的形式的活性材料。

8.根据权利要求1所述的方法，其中：放置包括使用采用液体水凝胶形式的活性材料。

9.根据权利要求1所述的方法，其中：放置包括使用采用可膨胀材料的形式的活性材料；和其中：支撑包括将活性材料引导入油管，以引发可膨胀材料膨胀。

10.一种方法，包括：

将通信线路布置在井筒中使用的油管中；

将流体材料放置于油管内；和

当油管位于井筒中时，引发流体材料充分凝固，以将通信线路支撑在油管中。

11.根据权利要求10所述的方法，其中：布置包括将电缆布置在油管中。

12.根据权利要求10所述的方法，其中：放置包括将液体水凝胶放置在油管中。

13.根据权利要求10所述的方法，其中：放置包括将可发泡材料放置在油管中。

14.根据权利要求10所述的方法，其中：放置包括将可膨胀材料放置在油管中。

15.根据权利要求10所述的方法，其中：引发包括将第二流体引导入油管中。

16.根据权利要求10所述的方法，其中：引发还包括当流体材料凝固时，在油管内建立压力屏障。

17.根据权利要求10所述的方法，还包括：在油管上将井设备传送到井下。

18.一种方法，包括：

将通信线路放置在油管内；

将井设备连接到油管，用于传送进入井筒中；

将活性材料引导进入油管的至少一部分；和

引发活性材料进行充分改变活性材料的稠度的反应，以在围绕通信线路的油管中产生压力屏障。

19.根据权利要求18所述的方法，其中：放置包括将通信线路放置在挠性油管内。

20.根据权利要求18所述的方法，其中：连接包括将电潜水泵送系统连接到油管。

21.一种井系统，包括：

在油管内的通信线路；和

油管内的活性材料，其中：当油管被定位在井筒中时，活性材料的稠度可选择性地从非支撑材料改变为能够将通信线路支撑在油管中的支撑材料。

22.根据权利要求21所述的井系统，其中：油管包括挠性油管。

23.根据权利要求21所述的井系统，其中：通信线路包括通信电缆。

24.根据权利要求21所述的井系统，其中：活性材料包括可发泡材料。

25.根据权利要求21所述的井系统，其中：活性材料包括凝胶材料。

26.根据权利要求21所述的井系统，其中：活性材料包括可膨胀材料。

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