CN104011321A - 人工提升系统在含有气油的井眼中的渐次插入 - Google Patents
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Abstract
一种将井下组件插入到含有气油的井眼中的方法，包括：将压力控制组件(PCA)组装到含有气油的井眼的采油树上；将井下组件的第一配置部段插入到注油器中；将注油器安置到PCA上；将注油器连接至PCA；使第一配置部段下降到PCA中；将PCA的夹具与第一配置部段接合；在接合夹具之后，将PCA的上部与PCA的下部隔离开；并且在将PCA隔离开之后，从PCA除去注油器。
Description
技术领域
本发明的实施方式基本上涉及一种人工提升系统在含有气油的井眼(live wellbore)中的渐次插入。
背景技术
几十年来，石油工业已经使用电动潜水泵(ESP)来生产高流速井，这些泵的材料和设计已经提高了系统在无干预的情况下持续更长时间的能力。这些系统通常配置在油管柱上，同时电缆通过例如金属条带或金属缆线保护器的机械装置紧固至油管。用以替换设备的适当干预需要操作者拉动油管柱和电缆，这需要良好的维修钻机和特定的绕线轴来安全地缠绕缆线。该石油工业已经尝试寻找关于特别是在成本显著增加的海上和遥远的位置处的这种配置方法的可行的替代方式。插入在挠性油管中的缆线存在受限的配置，其中，挠性油管用于支承设备和缆线的重量。尽管此系统看得出是在结合的油管上进行了改进，但是挠性油管单元的成本、可靠性以及可用性限制了在更广的基础上的使用。潜水泵的配置和收回的目前干预的方法需要在通过将很重(又称：压井)流体喷射到井眼中从而压制流体压力由此降低了失去适当控制的风险方面的适当控制。
发明内容
本发明的实施方式基本上涉及一种电动潜水泵(ESP)在含有气油的井眼中的渐次插入。在一个实施方式中，一种将井下组件插入到含有气油的井眼中的方法包括：将压力控制组件(PCA)组装到含有气油的井眼的采油树上；将井下组件的第一配置部段插入到注油器中；将注油器安置到PCA上；将注油器连接至PCA；使第一配置部段下降到PCA中；将PCA的夹具与第一配置部段接合；在接合夹具之后，将PCA的上部与PCA的下部隔离开；并且在将PCA隔离开之后，从PCA除去注油器。
在另一实施方式中，一种用于将井下组件插入到含有气油的井眼中的压力控制组件包括：第一夹具，第一夹具包括壳体和条带或滑动件，该壳体具有穿过该壳体的钻孔，每个条带或滑动件能够相对于第一夹具壳体径向移动到第一夹具钻孔中并且从第一夹具钻孔中移出；第二夹具，第二夹具包括壳体和条带或滑动件，该壳体具有穿过该壳体的钻孔，每个第二条带或滑动件能够相对于第二夹具壳体径向移动到第二夹具钻孔中并且从第二夹具钻孔中移出；防喷器或装填器，防喷器或装填器包括壳体、密封件以及致动器，该壳体具有穿过该壳体的钻孔，致动器可操作成使密封件延伸到防喷器壳体钻孔或装填器壳体钻孔中并且将密封件从防喷器壳体钻孔或装填器壳体钻孔收回；隔离阀，隔离阀包括壳体和阀构件，该壳体具有穿过该壳体的钻孔，阀构件可操作成打开并且关闭阀钻孔；以及驱动器，驱动器包括壳体和扳手，该壳体具有穿过该壳体的钻孔，扳手能够相对于壳体径向移动到驱动器钻孔中并且从驱动器钻孔移出，扳手包括马达和承窝，承窝可操作成与螺纹紧固件接合并且马达可操作成使承窝旋转，其中，夹具壳体、防喷器壳体或装填器壳体、阀壳体以及驱动器壳体连接起来从而形成穿过组件的连续钻孔。
附图说明
为了能够详细地理解本发明的上述特征，将会参照实施方式对上文简要概括的本发明进行更具体地描述，这些实施方式中的一些实施方式在附图中示出。但是应当注意，附图仅示出了本发明的代表性的实施方式并且因此不认为是对本发明的范围的限制，本发明可以承认其他等效实施方式。
图1示出了根据本发明的一个实施方式的到井场的投入收回系统(LARS)的配置。
图2示出了LARS的压力控制组件(PCA)。
图3A和图3B示出了PCA的驱动器的单元。
图4A示出了人工提升系统(ALS)的电缆。图4B和图4C示出了LARS的测井缆绳。
图5A至5D示出了ALS的电动潜水泵(ESP)。
图6A示出了LARS的注油器。图6B示出了LARS的下入工具。
图7A至14C示出了ESP通过使用LARS在井场中的插入。
图15A示出了根据本发明的另一实施方式的海底LARS的部分。图15B示出了根据本发明的另一实施方式的用于与LARS一起使用的电缆配置的ESP。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一个实施方式的投入收回系统(LARS)1到井场的配置。LARS1可以包括压力控制组件40、试井车70、起重机90、注油器200(图6A)以及一个或者更多个下入工具250a、b(图6B和图7A)。
井眼5w已经从陆地表面5s钻到含油气(即原油和/或天然气)的储集层6(图14A)。成串的套筒10c已经进入到井眼5w中，并且用水泥(未示出)将套筒设定在井眼5w中。套筒10c已经打孔9(图14B)成提供在储集层6与套筒10c的钻孔之间的流体连通。井口10h已经安装在套筒串10c的端部上。成串的产品油管10p从井口10h延伸至储集层6，从而将产品流体7(图14C)从储集层6运输至表面5s。填料8(图14A)已经设定在产品油管10p与套筒10c之间以将形成在产品油管与套筒之间的环状空间10a(图14B)与产品流体7隔离开。
采油(又称作圣诞(Christmas))树30已经装设在井口10h上。采油树30可以包括主阀31、三通(tee)32、抽汲阀33、帽34(图14C)以及产品阻气门35。来自储集层6的产品流体7可以进入产品油管10p的钻孔，并且通过油管钻孔行进至表面5s。产品流体7可以继续通过主阀31、三通32并且通过阻气门35到达出油管线(未示出)。产品流体7可以通过出油管线继续到达分离设施、处理设施以及存储设施(未示出)。储集层6可以最初自然生产并且随着时间流逝而损耗成需要人工升举系统(ALS)来保持生产。ALS可以包括位于表面5s处的控制单元39(图14C)、电缆20以及井下组件，例如电动潜水泵(ESP)100(图3A至3D)。替代性地，井下组件可以包括电动潜水压缩机。预计到损耗，产品油管串10p可以装设有且组装成其一部分的对接部15(图14A)以及沿产品油管串10p固定的电缆20。
对接部(dock)15可以接纳ESP100的安置器105并且包括地下安全阀(SVV)3、一个或者更多个传感器4u、4b、自动定向器的诸如一个或者更多个跟随器13的一部分、穿透器14、湿式可配对连接器的诸如一个或更多个箱体16的部分、抛光的钻孔座圈(PBR)17以及扭矩轮廓。SSV3可以包括壳体、阀构件、偏压构件以及致动器。阀构件可以是能够在打开位置与闭合位置之间操作的挡板。挡板会在打开位置处允许流体通过壳体/产品油管钻孔并且在闭合位置处密封壳体/产品油管钻孔。挡板会在闭合位置处操作成单向阀，即防止流体从储集层6流动到井口10h但是允许流体从井口流动到储集层。替代性地，SSV3可以是双向性的。致动器可以是液压的并且包括用于与挡板接合并且迫使挡板成打开位置的流动管路。流动管路还可以是与控制线路11的沿产品油管10p的外表面延伸至井口10h的液压管道连通的活塞。液压流体喷射到管道中会使流动管路克服偏压构件(即弹簧)移动，由此打开挡板。SSV3还可以包括朝向闭合位置偏压挡板的弹簧。液压从管道的释放会允许弹簧闭合挡板。
每个传感器4u、4b可以是压力传感器或压力温度(PT)传感器。传感器4u、4b可以沿产品油管10p定位使得上传感器4u与ESP100的出口流体连通并且下传感器4b与ESP100的进口120(图5C)流体连通。传感器4u、4b可以通过诸如电缆或光缆的控制管线11的数据管道与控制单元39的马达控制器(未示出)数据连通。数据管道还可以为传感器4u、4b提供电力。
穿透器14可以接纳缆线20的端部。缆线20可以在等间隔处例如通过夹具或条带(未示出)沿产品油管10p的外表面进行紧固。湿式可配对连接器16、106可以包括一对销106(图5A)和用于缆线20的每个导体21(图4A示出了三个导体21)的箱体16。适当的湿式可配对连接器在美国专利公开No.2011/0024104中进行讨论和描述，该专利的全部内容通过参引的方式引入本文。
自动定向器13、109可以包括凸轮109(图5A)和一个或者更多个跟随器13。随着ESP100下降到对接部15中，自动定向器13、109可以旋转ESP以使销106与相应的箱体13对准。安置器105和对接部15中的每一者还可以包括扭矩轮廓，例如扭矩轮廓的花键107(图5A)、18。花键107、18的接合可以以扭转的方式将ESP100连接至产品油管10p。安置肩部可以形成在每个花键18的顶部处，从而在产品油管10p中纵向支承ESP100。
储集层6可以通过闭合的主阀31和抽汲阀33工作和停止工作。SSV3还可以闭合。替代性地，如果对接部15、电缆20以及控制管线11未装设有产品油管10p，则修井机(未示出)可以用于除去产品油管，装设对接部、电缆以及控制管线并且重新装设产品油管。接着，LARS1则可以无需初始装设ESP100而是可以用于随后维护ESP。
试井车70和起重机90可以在井场配置。一个或者更多个运货车(未示出)可以将PCA40、注油器200、ESP100以及下入工具250a、250b输送至井场。起重机90可以用于从采油树除去帽34并且将PCA装设到采油树上。
试井车70可以包括控制室72、发电机(未示出)、框架74、电源转换器75、天线共用器(DIX)(未示出)、绞盘77以及吊杆78，绞盘77具有配置缆线例如测井缆绳80，配置缆线绕绞盘77缠绕。替代性地，配置缆线可以是钢索或钢丝或者可以使用挠性油管替代配置缆线。控制室72可以包括控制台72c和可编程逻辑控制器(PLC)72p。发电机可是柴油驱动的并且可以将一或更多相(即三相)交流(AC)电信号供给至电源转换器75。替代性地，发电机可以产生支流(DC)电信号。电源转换器75可以包括一或更多(即三)相变压器，该变压器用于将由发电机供给的AC电信号的电压从低电压信号调幅成超低电压信号。电源转换器75还可以包括一或更多(即三)相整流器，该整流器用于将由变压器供给的超低电压AC信号转换成超低电压直流(DC)电信号。整流器可以将超低电压DC电信号供给至DIX，从而通过测井缆绳80传输至下入工具250a、250b中的一者。
PLC72p可以通过控制台72c接纳来自控制室操作者(未示出)的命令并且包括数据调制解调器(未示出)和多路转接器(未示出)，调制解调器和多路转接器用于将命令调制解调并且多路转接成数据信号，从而传递至DIX并且经由测井缆绳80传输至下入工具250a、250b中的一者。DIX可以将DC电信号和数据信号结合成复合信号并且将该复合信号通过测井缆绳80传输至下入工具250a、250b。DIX可以通过电耦接件(未示出)例如电刷或滑动环与测井缆绳80电连通从而允许电力和数据在绞盘77缠绕和解开测井缆绳时通过测井缆绳进行传输。控制台72c可以包括诸如键盘和鼠标或者触控板的一者或者更多者的输入装置以及一个或者更多个视频监视器。替代性地，可以使用触摸屏替代监视器和输入装置。PLC72p还可以接纳来自下入工具250a、250b的数据信号，调制解调且多路转接该数据信号，并且将该数据信号显示在控制台72c的监视器上。
吊杆78可以是枢接至框架74的A型框架并且LARS70还可以包括具有成对活塞和缸体组件的吊车(未示出)。每个活塞和缸体组件可以枢接至吊杆的每个梁和框架的相应的柱。试井车70还可以包括液压驱动单元(HPU)76。HPU76可以包括液压流体储集池、液压泵、蓄力器以及一个或者更多个控制阀，该一个或者更多个控制阀用于选择性地在储集池、蓄力器以及活塞和缸体组件之间提供流体连通。液压泵可以由电马达驱动。绞盘77可以包括鼓状物和马达，鼓状物具有绕其缠绕的测井缆绳80，马达用于旋转鼓状物从而缠绕以及解开测井缆绳。绞盘马达可以是电动的或液压的。槽轮可以从吊杆78悬挂。测井缆绳80可以延伸通过槽轮并且测井缆绳的端部可以紧固至相应的下入工具250a、250b的电缆头。HPU76还可以通过一个或者更多个柔性管道(未示出)连接至PCA40。
试井车70还可以包括可见流体单元71和油脂单元73。每个单元71和73可以包括流体储集池和流体泵。油脂单元储集池可以包括油脂并且可以通过柔性管道(未示出)连接至注油器密封头210的油脂喷射器(图6A)。可见流体单元储集池可以包括可见流体71f(图12A)并且可以通过柔性管道连接至注油器阀220(图6A)。
起重机90可以为车辆安装式并且具有伸缩吊杆。替代性地，起重机可以是履带式、全地形式或不平地形式和/或具有固定吊杆，例如格架或A型框架。
图2示出了PCA40。PCA40可以包括一个或者更多个夹具41u、41b、驱动器50、一个或者更多个防喷器(BOP)60、65以及节流阀62。每个PCA部件可以包括具有诸如凸缘的连接器的壳体，该连接器形成在壳体的每个纵向端部处。凸缘可以由诸如螺栓或防滑钉和螺母的紧固件(未示出)进行连接。每个PCA壳体可以具有与产品油管10p的钻孔相对应的穿过PCA壳体的钻孔。
每个夹具41u、41b可以包括壳体42a、42b、42i，壳体42a、42b、42i具有环形内部42i以及例如通过螺纹连接件或凸缘连接至内部的一对外部42a、42b。通道可以形成通过与每个外部相对应的内部42i。臂部43a、43b可以设置在每个外部中。每个臂部43a、43b可以在其外端部处形成有活塞并且在其内端部处形成有条带。每个条带可以呈U形。每个臂部43a、43b可以在脱离位置(已示出)与接合位置(图8A)之间径向移动。活塞可以将每个外部42a、42b分成一对室。内部44i可以形成通过内壳体部42i的与每个外壳体部42a、42b相对应的壁并且外部端口44o可以形成通过每个外部。每个端口44i、44o可以通过柔性管道连接至HPU76。诸如接触开关45的近程传感器可以在相应的条带的底部处连接至每个臂部43a、43b。导线46可以将每个接触开关连接至PLC72p并且可以是柔性的从而适应臂部43a、43b的移动。在操作中，臂部43a、43b可以通过将增压的液压流体通过外部端口44o供给至臂状活塞(arm piston)并且使液压流体从内部端口44i返回来进行接合，由此使臂部以相反的方式向内移动。臂部43a、43b可以移动直到条带与诸如凹槽102(图5A)的形成在ESP100的外表面中的相应轮廓接合，由此将ESP纵向连接至PCA40。条带的接合可以通过接触开关45的操作进行检测。每个夹具41u、41b可以液压地锁定在接合位置处。臂部43a、43b的脱离可以通过反转液压流动而完成。
替代性地，每个夹具可以例如通过螺旋千斤顶手动致动，而不是液压致动。螺旋千斤顶每者都可以包括视觉指示器而不包括接触开关或者可以包括视觉指示器以及接触开关。螺旋千斤顶每者都可以包括闭锁螺纹或自锁螺纹。
替代性地，每个夹具可以包括具有滑动件的三脚架、碗状物以及致动器，致动器可操作成使三脚架沿碗状物纵向移动，由此也使滑动件径向移动进出夹具钻孔。替代性地，可替代的夹具可以用作用于每个夹具的支架。
节流阀62可以手动操作。替代性地，节流阀62可以包括诸如通过柔性管道连接至HPU76的液压致动器的致动器(未示出)。BOP60、65可以包括诸如全封闸板防喷器60b、测井缆绳闸板防喷器60w的一个或者更多个闸板防喷器60b、60w、以及环形防喷器65。全封闸板防喷器60b能够在致动时切割测井缆绳80并且密封钻孔。测井缆绳防喷器60w可以在致动时抵靠测井缆绳80的外表面进行密封。
另外，为了保证冗余度，PCA40可以包括第二环形BOP(未示出)和/或第二隔离阀(未示出)。尽管示出了闸板防喷器60设置在隔离阀62与驱动器50之间，但是闸板防喷器60可以设置在沿PCA的任一位置处，例如设置在下夹具41b下方。尽管示出了环形BOP65设置在上夹具41u与隔离阀62之间，但是环形BOP65可以设置在沿PCA的任一位置处。
环形BOP65可以包括壳体66u、66b、66c、活塞67以及环形填料68。环形BOP65可以呈锥形(已示出)或者球形(未示出)。壳体66u、66b、66c可以包括例如通过带有凸缘的连接件或锁定区段和锁定环紧固在一起的上部66u和下部66b。活塞67可以设置在壳体66u、66b、66c中并且响应于通过液压端口69b向上抵靠下活塞面的流体压力作用而在室中向上移动。活塞67的移动可以通过活塞的内凸缘表面与填料68的外表面的接合限制填料68。接合活塞和填料表面可以呈截头圆锥形并且向上呈喇叭形。填料68在充分径向向内移位时可以密封地接合(图8A)ESP100的纵向延伸通过壳体66u、66b、66c的外表面。在没有设置通过壳体66u、66b、66c的任一部件的情况下，当填料68由活塞67完全限制时，填料68可以完全堵塞壳体钻孔。
在活塞67响应于通过液压端口69u抵靠上活塞面的流体压力作用而向下移动时，填料68可以径向向外膨胀至脱离位置(如所示)。活塞67的外表面可以呈环形并且可以沿壳体66u、66b、66c的相应的环形内表面移动。填料68可以由壳体66u、66b、66c的端表面进行纵向限制。填料68可以由例如诸如天然橡胶或丁腈橡胶之类的弹性体的聚合体制成。另外，填料68可以包括金属或合金插入物(未示出)，该金属或合金插入物通常绕其纵向轴线成圈状间隔开。插入物可以包括纵向延伸通过弹性材料的连结板。连结板可以在填料68向内压缩移位或收缩时锚定弹性材料。
另外，PCA40还可以包括沿PCA40分布的一个或者更多个压力传感器(未示出)。第一压力传感器可以设置在闸板防喷器60的下方并且与PCA的钻孔流体连通。第二压力传感器可以设置在上夹具与环形BOP65之间并且与PCA钻孔流体连通。压力传感器可以通过数据缆线与PLC72p数据连通。压力传感器还可以测量温度或者PCA还可以包括沿PCA分布的一个或者更多个压力传感器。
另外，PCA40还可以包括沿PCA40分布并且与PCA钻孔流体连通的一个或者更多个端口。端口可以用于放出流体的压力和/或喷出流体。例如，可见子部(未示出)可以设置在驱动器50与闸板防喷器60之间。可见子部可具有用于连接至可见流体单元的端口。可见子部可以包括歧管环，歧管环具有绕歧管环设置的喷嘴从而将可见流体喷撒到PCA钻孔中。
替代性地，可以使用管型闸板防喷器或可膨胀装填器替代环形BOP来抵靠ESP100的外表面进行密封。
图3A和3B示出了驱动器50的单元50b。驱动器50可以包括一个或者更多个单元50a、50b。驱动器50可以包括壳体52a、52i，壳体52a、52i包括环形内部52i和用于例如通过螺纹连接器或凸缘连接至内部的每个单元50a、50b的外部52a。通道可以形成通过与每个外部52a相对应的内部52i。臂部组件53可以设置在每个外部52a中。每个臂部组件53可以包括活塞53p以及例如通过带有凸缘的连接件连接至活塞的扳手53w。每个臂部组件53能够在脱离位置(已示出)与接合位置(图12C)之间径向移动。活塞53p可以将每个外部42a、42b分成室和凹处。端口52p可以形成通过每个外部52a。每个端口52a可以连接至HPU76。管线束(umbilical)54可以将每个接触开关连接至试井车70。管线束可以包括一个或者更多个管道和/或缆线，例如一个或者更多个动力流体管道54p和数据缆线54d。动力流体可以是液压流体并且动力流体管道54p可以连接至HPU76。数据缆线54d可以连接至PLC72p并且可以在一个或者更多个传感器55与PLC之间提供数据连通。替代性地，动力流体可以是气体或扳手可以是电驱动的。
每个扳手53w可以包括马达56、减速齿轮箱51、57a至57d、58a至58c、传感器55以及承窝59。马达56的输出轴56o可以与锥齿轮57a连接，锥齿轮57a可以与另一锥齿轮57b啮合，该另一锥齿轮57b可以与小齿轮58a结合在一起。小齿轮58a可以与齿轮57c啮合，齿轮57c继而可以与齿轮57d啮合。齿轮57d可以与两个小齿轮58b、58c啮合，两个小齿轮58b、58c继而可以与外齿轮59a啮合，外齿轮59a可以围绕承窝59的外周形成。齿轮箱51、57a至57c、58a至58c还包括本体、一个或者更多个轴以及一个或者更多个轴承从而支承齿轮57a至57d、轴以及小齿轮58a至58c相对于本体旋转。本体可以包括例如通过紧固连接在一起的一个或者更多个区段。
布置可以使得如果小齿轮58a以如在图3B中观察的逆时针的方式旋转，则承窝59也可以逆时针旋转，并且如果小齿轮58a顺时针旋转，则承窝59也可以顺时针旋转。承窝59可以包括外齿轮59a、六边形部59b以及底壁59c，并且可以形成有切口或开口59d。
棘轮51可以布置成使得在承窝59沿与拧紧螺栓131的方向相反的方向旋转时，棘轮51与齿轮57d接合并且在承窝59到达开口59d面向如图3B中看到的左侧的可接近的位置时阻止承窝59的这种旋转。当流体压力供给至马达56的一个端口时，输出轴56o可以以如图3A中的左侧看到的顺时针的方式旋转。输出轴56o的这种顺时针旋转可以通过齿轮57a至57d传输至承窝59，从而使承窝59沿螺栓拧紧的方向旋转，例如沿如图3B中示出的逆时针方向旋转。因为输出轴56o可以连续旋转，所以承窝59可以沿螺栓拧紧的方向连续旋转。当流体压力供给至马达56的另一端口时，输出轴56o可以沿相反方向旋转并且因此承窝59可以趋于沿相反方向旋转。因为齿轮57d和59a可以彼此大致相同，所以承窝59的相反旋转可以停止在如图3B中示出的中央的可接近位置处，因为棘轮51可以在齿轮57d在其反向旋转过程中转一整圈之前与齿轮57d接合。
传感器55可以包括摄影机、转动计数器和/或扭矩传感器。转动计数器可以测量锥齿轮57b的旋转角度并且由此测量承窝59的旋转角度。扭矩传感器可以包括设置在锥齿轮57b/小齿轮58a的轴上的应变计(未示出)。摄影机可以是黑白或彩色的、标准清晰度的、增强清晰度的、高清晰度的或弱光的。摄影机可以面向承窝59从而有利于由控制室操作者将扳手53w与螺栓131(图5D)接合，并且摄影机可以是固定的或者具有全景功能。摄影机还可以包括一个或者更多个灯。灯可以包括一个或者更多个汞弧媒碘(Hydrargyrum medium-arc iodide，HMI)灯，高压气体放电(HID)灯、石英卤素灯、高亮度发光二极管(LED)和/或闪光灯。
在操作中，清晰可见流体71f(图12A)可以通过泵抽吸到PCA钻孔中。臂部53可以通过将增压的液压流体经由端口52p供给至臂部活塞53p来与相应的钻孔131接合，由此使臂部以相反的方式向内移动。臂部组件53可以由控制室操作者同步地或独立地移动。控制室操作者可以在控制台72c的显示器上观看承窝59的视频，从而有利于承窝59与螺栓131接合。臂部组件53可以移动直到承窝59与螺栓131接合为止。扳手53w可以操作成拧紧螺栓131。可以监测扭矩和转动从而控制拧紧。诸如螺旋弹簧54b的偏压构件可以设置在内壳体52i与每个活塞53p之间从而将臂部组件53与螺栓脱离(同时从端口52p释放压力)。另外，驱动器的每个单元50a、50b可以包括指向摄影机从而清洁摄影机的可见的流体喷嘴或者歧管环(上文已描述)可以包括指向摄影机从而清洁摄影机的一个或者更多个喷嘴。
除了摄影机以外或替代摄影机，驱动器可以具有连接至内壳体52i的一个或者更多个窗体(未示出)。窗体可以定位成允许人工观察扳手与螺栓的接合。窗体可以由诸如聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、钢化玻璃、夹层玻璃、氮化铝、铝镁尖晶石或氧化铝之类的透明聚合物、陶瓷或复合物制成。窗体可以通过粘合剂或紧固件安装在窗体框架上。窗体框架可以例如通过焊接形成在内壳体中或附接至内壳体。
替代性地，驱动器可以包括旋转台(未示出)，旋转台可操作成使每个单元相对于内壳体部旋转。内壳体部可以改进成包围单元。旋转台可以包括连接至经改进的内壳体部的定子、连接至每个外壳体部的转子、用于使转子相对于定子旋转的马达、用于在试井车70与每个扳手之间提供流体和数据连通的旋转接头以及用于从定子支承转子的轴承。替代性地，具有旋转台的驱动器可以仅包括一个驱动器单元。
图4A示出了电缆20。缆线20可以包括带有一个或者更多个(示出了三个)电线25和封套26的芯部27以及一个或者更多个铠装层(armor)29i、29o。每个电线25可以包括导体21、封套22、护套23以及衬垫24。导体21每者均可以由诸如铝、铜或者铝合金和铜合金之类的导电材料制成。导电体21可以每者都是实心的或成股的。每个封套22可以将相应的导体21电绝缘并且由诸如聚合物(即三元乙丙橡胶(EPDM))的聚合物的绝缘材料制成。每个护套23可以由诸如聚四氟乙烯(PTFE)或铅的润滑材料制成，并且可以绕相应的电线封套22呈带状螺旋缠绕。每个衬垫24在制造过程中可以用作保护和保持相应的护套23并且可以由诸如尼龙的聚合物制成。芯封套26可以保护并且捆绑电线25并且由诸如EPDM或丁晴橡胶的聚合物制成。
铠装层29i、29o可以由高强度材料(即大于或等于一百、一百五十或两百kpsi的拉伸强度)的一个或者更多个层29i、29o制成。高强度材料可以是金属或例如镀锌钢、铝的合金和耐腐蚀材料或诸如对位芳纶纤维的聚合物。铠装层29i、29o可以包括呈线状、纤维状或带状的两个反向螺旋缠绕层29i、29o。另外，缓冲器(未示出)可以设置在铠装层29i、29o之间。缓冲器可以呈带状并且可以由润滑材料制成。另外，缆线20还可以包括由具有高强度的材料制成的压力承载层28从而承载芯27的径向热膨胀并且缠绕成允许芯27的纵向膨胀。替代性地，电缆20可以是平的。
图4B和4C示出了测井缆绳80。测井缆绳80可以包括内芯81、内封套82、防护罩83、外封套86以及一个或者更多个铠装层87i、87o。内芯81可以是第一导体并且由诸如铝、铜或者铝合金和铜合金的导电材料制成。内芯81可以是实心的或成股的。内封套82可以将芯81与防护罩83电绝缘并且由诸如聚合物(即聚乙烯)的绝缘材料制成。防护罩83可以用作第二导体并且由导电材料制成。防护罩83可以是管状的、编织的或覆盖有编织物的金属薄片。外封套86可以将防护罩83与铠装层87i、87o电绝缘并且由诸如聚乙烯或聚亚安酯的阻流性绝缘材料制成。铠装层87i、87o由高强度材料(即大于或者等于一百、一百五或者两百kpsi的拉伸强度)的一个或者更多个层87i、87o制成从而支承ESP100和注油器。高强度材料可以是金属或诸如镀锌钢、铝的合金和耐腐蚀材料或诸如对位芳纶纤维的聚合物。铠装层87i、87o可以包括呈线状、纤维状或者带状的两个反向螺旋缠绕层87i、87o。
另外，测井缆绳80可以包括设置在防护罩83与外封套86之间的护套85。护套85可以由诸如聚四氟乙烯(PTFE)或铅的润滑材料制成并且可以绕防护罩83带状螺旋缠绕。如果使用铅制造护套85，则衬垫84的层可以将防护罩83与护套隔离并且衬垫84的层由绝缘材料制成。另外，缓冲器88可以设置在铠装层87i、87o之间。缓冲器88可以成带状并且可以由润滑材料制成。
图5A至5D示出了ESP100。ESP100可以包括安置器105、电马达110、轴密封件115、进口120、具有一个或者更多个部段125、135的泵以及隔离装置140。每个ESP部件的壳体110h至135h可以例如通过带有凸缘的连接件101、130u、130b纵向地和扭转地连接起来。马达110、轴密封件115、进口120、以及泵级125、135的轴110s至135s可以例如通过轴耦接件103扭转地连接起来。替代性地，壳体110h至135h可以通过螺纹连接件连接起来。
带凸缘的连接件130u、130b可以包括上凸缘130u和下凸缘130b，上凸缘130u例如通过焊接或螺纹连接件连接至泵部段壳体135h，下凸缘130b例如通过焊接或螺纹连接件连接至泵部段壳体135h。带凸缘的连接件130u、130b可以包括具有形成在每个凸缘130u、130b中的配对部的自动定向轮廓132。上凸缘130u可以具有形成通过上凸缘130u的通道从而接纳诸如螺栓131的一个或者更多个紧固件。该通道可以接纳每个螺栓131的轴并且螺栓头可以在轴插入通过通道时与凸缘130u的上表面接合。部段壳体135h的下端部可以用作用于螺钉131的捕捉器，由此在部段壳体插入到PCA40中时防止螺栓131脱出。为了捕捉螺栓131，螺栓可以设置在通道中，然后上凸缘130u连接至部段壳体135h。下凸缘130b可以具有螺纹承窝133，用以接纳相应螺栓131的螺纹轴，由此形成带有凸缘的连接件130u、130b。通道和承窝133可以以预定的间隔绕相应的凸缘130u、130b等间隔开，例如4组通道和承窝133间隔九十度、六组通道和承窝133间隔六十度或八组通道和承窝133间隔四十五度。
带凸缘的连接件130u、130b还可以包括例如可剪切的紧固件134的用于每个凸缘130u、130b的临时连接件。一个可剪切的紧固件134可以将第一泵部段125的上轴耦接件103扭转地连接至下凸缘130b并且另一个可剪切的紧固件134可以将第二泵部段135的上轴耦接件103扭转地连接至上凸缘130u。轴耦接件103可以临时紧固在配对位置使得在自动定向轮廓与凸缘130u、130b对准时轴耦接件103也可以进行对准。一旦ESP已经安置在对接部中，则可剪切的紧固件134会响应于马达110的操作而破裂。
替代性地，替代将可剪切的紧固件134用于轴耦接对准件，每个周耦接件103可以具有自动定向轮廓。
马达110可以填充有诸如机油的绝缘导热液态润滑剂。马达110可以通过与产品流体7的热连通进行冷却。马达110可以包括用于支承驱动轴110s的止推轴承(未示出)。在操作中，马达110可以使驱动轴110s旋转，由此驱动泵125、135的泵轴125s、135s。驱动轴110s可以直接驱动泵轴125s、135s(而不是齿轮箱)。
马达110可以是感应马达、开关磁阻马达(SRM)或诸如无刷DC马达(BLDC)的永磁体马达。另外，ESP100可以包括第二(或更多)马达，用以与马达110级联操作。感应马达可以是双极、三相、鼠笼式感应型的并且可以在60Hz以3500rpm的额定速度运行。SRM马达可以包括由磁性材料和多叶片定子制成的多叶片式马达。定子的每个叶片可以卷绕并且相对的两个叶片可以串联连接从而限定每个相。例如，SRM马达可以是三相(六个定子叶片)的并且包括四叶片式转子。BLDC马达可以是双极的和三相的。BLDC可以包括具有三相绕组的定子、永磁体转子以及转子位置传感器。永磁体转子可以由一个或者更多个稀土材料、陶瓷、或金属陶瓷磁性材料制成。转子位置传感器可以是霍尔效应传感器、旋转编码器或无需传感器的(即通过马达控制器测量非驱动线圈中的反电动势(back EMF))。
轴密封件115可以通过使润滑剂压力与储集层流体7的压力相等来将通过泵125、135从马达110中的润滑剂抽吸出的储存流体7隔离开。轴密封件115可以容置止推轴承(未示出)，该止推轴承能够支承来自泵125、135的止推负载。轴密封件115可以是主动式或迷宫式的。主动式轴密封件可以包括弹性、流体隔层袋从而允许马达润滑剂在操作中的热膨胀。迷宫式轴密封件可以包括在润滑剂室与储集层流体室之间延伸从而在两室之间提供限制的流体连通的管状路径。
泵进口120可以为标准型、静态气体分离器型或旋转气体分离器型，这取决于产品流体7的气油比(GOR)。标准型进口可以包括多个端口121，从而允许储集层流体7进入泵125、135的下部段或第一部段125。标准进口可以包括筛(未示出)从而从储集层流体7过滤出颗粒。静态气体分离器型可以包括反向流路径以将储集层流体7的气体部分与储集层流体的液体部分分开。
隔离装置140可以具有由对接部15的抛光座圈17接纳的一个或者更多个固定密封件，由此将隔离装置140的出口端口(未示出)与泵进口120隔离开。隔离装置140还可以包括闭锁(未示出)，闭锁可操作成与对接部15的闭锁轮廓(未示出)接合，由此将ESP100纵向连接至产品油管10p。隔离装置140还包括用于与下入工具250b接合的螺纹内轮廓。另外，隔离装置140可以包括分支排气孔(未示出)，从而将释放由可以集中在隔离装置下方的泵进口120分离的气体并且防止泵125、135的气闭。压力释放阀(未示出)可以设置在分支排气孔中。
泵125、135可以是离心式的或正排量式的。离心式泵可以是径向流动式或混合的轴向/径向流动式。正排量式泵可以是累进腔式。离心式泵的每个部段125、135可以包括一个或者更多个级，每个级具有叶轮和扩散器。扩散器可以例如通过键扭转地和径向地连接至相应的泵轴125s、135s。扩散器可以例如通过在头部与螺旋到壳体中的底部之间的压缩纵向地和扭转地连接至泵的壳体。叶轮的旋转可以使储集层流体7具有速度并且通过固定扩散器的流动可以将速度的一部分转化成压力。泵125、135可以将增压的储集层流体7传递至隔离装置钻孔。
替代性地，泵125、135可以包括高速紧凑型泵的一个或者更多个部段，此高速紧凑型泵在2010年6月4日提交的美国专利申请No.12/794,547中的图1C和图1D处进行讨论和示出，该申请的全部内容通过参引的方式并入本文。高速可以大于或者等于一万、一万五千或两万转每分钟(RPM)。每个紧凑型泵部段可以包括一个或者更多个级，例如三个级。每个级可以包括壳体、心轴以及环形通道，环形通道形成在壳体与心轴之间。心轴可以设置在壳体中。心轴可以包括转子、一个或者更多个螺旋转子叶片、扩散器以及一个或者更多个扩散器叶片。转子可以包括轴部和叶轮部。转子可以通过形成在扩散器的内表面与轴部的外表面之间的液压径向轴承由扩散器支承从而相对扩散器和壳体旋转。转子叶片可以交织成在转子叶片之间形成泵腔。泵腔的倾斜可以从级的进口增大至级的出口。转子可以纵向地和扭转地连接至马达驱动轴并且由马达的操作旋转。随着转子旋转，产品流体7可以从进口沿腔朝向出口用泵抽吸。环形通道可以从每个级的进口到出口都具有喷嘴部、喉部、以及扩散部，由此形成文丘里管管。
另外，ESP100还可以包括传感器子部(未示出)。除了传感器4u、4b之外或者替代传感器4u、4b，可以使用传感器子部。传感器子部可以包括控制器、调制解调器、天线共用器以及贯穿ESP100分布的一个或者更多个传感器(未示出)。控制器可以通过缆线20的导体21将数据从传感器传输至马达控制器。替代性地，缆线20还可以包括用于传输数据的数据管道，例如数据导线或光纤。PT传感器可以与进入泵进口120的储集层流体7流体连通。GOR传感器还可以与进入泵进口104i的储集层流体7流体连通。第二PT传感器可以与从泵出口/端口106o排出的储集层流体7流体连通。温度传感器(或PT传感器)可以与润滑剂流体连通从而确保马达101进行充足冷却。电压计和电流(VAMP)传感器可以与缆线20电连通从而从缆线监测电能损失。另外，一个或者更多个振动传感器可以监测马达110、泵125、135和/或轴密封件115的操作。流量计可以与泵出口流体连通从而监测泵125、135的流速。替代性地，采油树30可以包括流量计(未示出)从而测量泵125、135的流速并且采油树的流量计可以与马达控制器数据连通。
控制单元39可以包括诸如发电机或传输线的电源和用于接收来自电源的输入电信号并且通过电缆和连接器105将电信号输出至马达110的马达控制器。对于感应马达，马达控制器可以是配电盘(即逻辑电路)，用以在额定速度下简单地控制马达110，或者马达控制器可以是变速驱动器(VSD)从而复杂地控制马达。VSD控制器可以包括微处理器，用以改变马达速度从而实现最佳的给定状态。VSD还可以逐渐地或软起动马达，由此减小轴上的起动应变和动力供给并且将不利条件的冲击减至最小。
对于SRM或BLDC马达而言，马达控制器可以随后转换马达的相，由此供给输出信号从而驱动马达110的相。输出信号可以呈台阶、梯形或正弦形状。BLDC马达控制器可以与马达位置传感器连通并且包括一组晶体管或晶闸管以及用于复杂控制(即变速驱动和/或软起动能力)的斩波驱动(chopper drive)。SRM马达控制器可以包括用于简单控制(即预定速度)的逻辑电路或用于复杂控制(即变速驱动和/或软起动能力)的微处理器。SRM马达控制器可以使用一相激发或者两相激发，是单极或双极的，并且通过控制转换频率来控制马达的速度。SRM马达控制器可以包括同步桥或半桥。
图6A示出了注油器200。注油器200可以包括工具壳体205(也称作注油器取油管)、密封头210、三通215以及节流阀220。注油器200的部件可以例如通过带凸缘的连接件进行连接。三通215还可以具有用于连接至上夹具41u的上凸缘的下凸缘。密封头210可以包括一个或者更多个填料箱或油脂喷射器。每个填料箱可以包括填料、活塞以及壳体。端口可以形成通过与活塞连通的壳体。端口可以通过液压管道(未示出)连接至HPU76。当由液压流体进行操作时，活塞可以纵向压缩填料，由此使填料径向膨胀成与测井缆绳80接合。
油脂喷射器可以包括壳体，壳体与每个填料箱壳体以及一个或更多个密封管结合在一起。每个密封管可以具有稍大于测井缆绳80的外径的内径，由此用作可控缝隙密封。进口端口和出口端口可以形成通过油脂喷射器/填料箱壳体。油脂管道(未示出)可以将油脂泵的出口与进口端口连接起来并且另一油脂管道(未示出)可以将出口端口与油脂储集池连接起来。替代性地，出口端口可以排放到已废弃的流体容器(未示出)中。油脂(未示出)可以从油脂单元73喷射到进口端口中并且沿形成在密封管与测井缆绳80之间的小间隙而润滑测井缆绳，减小填料箱的填料上的压力负载，并且提高填料箱的填料的使用寿命。
图6B示出了一个下入工具250b。下入工具250b可以包括电缆头251、壳体225、心轴260、夹持器265、凸轮270、微控制器275、抗旋转引导件280以及击打器285a、285r、285p、286a、286r、286p。
测井缆绳80可以通过可剪切的连接件(未示出)纵向连接至电缆头251。测井缆绳80可以足够牢固使得极限介于ESP配置重量与其强度之间。例如，如果配置重量为一万镑，那么可剪切连接件可以设定成在一万五千磅处失效并且测井缆绳可以定级别为两万磅。电缆头251还可以包括鱼颈部使得如果ESP100卡在井眼5w中，则测井缆绳80可以通过操作可剪切的连接件从剩余的部件上松下来，并且例如打捞筒的捕鱼工具(未示出)可以配置成收回ESP100。电缆头251还可以包括导线252，导线252延伸通过壳体255的钻孔255b并延伸到钻孔255b中。导线252可以提供在测井缆绳80的导体81、83与微控制器275之间的电连通。
抗旋转引导部280可以包括一组或者更多组的滚轮，用以与工具壳体205的内表面接合。每个滑轮可以例如通过底部连接至壳体255的外表面。滑轮和壳体255可以定尺寸成使得滑轮形成与工具壳体205的过盈配合。每组滑轮可以包括多个滑轮，所述多个滑轮定向成以旋转的方式将壳体255连接至工具壳体205同时允许下入工具250b相对于工具壳体255纵向移动。滑轮可以由防滑材料制成或者包括由防滑材料制成的轮缘和轮胎。防滑材料可以是诸如弹性体或弹性体共聚物的聚合物。由于滑轮与工具壳体的接合，来自凸轮270的操作的反作用扭矩可以传递至工具壳体205。替代性地，可以使用链轮、阻力块或者拉簧来替代滑轮。
壳体255可以呈管状并且具有由帽闭合的上端部和打开成用于接纳心轴260的下端部。壳体255可以具有形成通过壳体255的钻孔255b、外壁以及沿壳体255延伸的内壁。微处理器275可以设置在钻孔255b中。钻孔的上端部可以接纳电缆头导线252并且下端部可以由平衡活塞密封。绝缘流体可以填充钻孔。环形物可以形成在壳体的内壁与外壁之间。壳体255可以具有形成在其下端部中的安置肩部257，用以接纳隔离装置140的上端部。
壳体环形物可以由一个或者更多个隔离板分成例如蓄力器隔板285a、储集池隔板285r以及活塞隔板285p。活塞286a、286r、286p可以设置在相应的隔板285a、285r、285p中。蓄力器活塞286a可以将蓄力器隔板285a分成液压流体室和弹簧室。弹簧室可以填充有诸如氮气的气体，并且液压流体可以由HPU76喷射到液压室中从而给蓄力器285a充能。储集池活塞286r可以将储集池隔板286a分成储集池流体室和排气室。形成通过壳体的外壁的一个或者更多个端口可以提供排气室与下入工具250b的外部环境之间的流体连通。替代性地，下入工具250b可以包括HPU或者可以使用挠性油管替代蓄力器。
心轴260的上部可以设置在壳体的环形物中并且下部可以从环形物延伸。活塞286p可以形成在心轴260的上端部处并且活塞可以是例如通过螺纹连接件(未示出)连接至心轴的分开的构件。心轴260可以通过活塞286p在上位置(已示出)与下位置(图12B)之间的操作而相对于上壳体纵向移动。活塞286p可以将活塞隔板285p分成上活塞室和下活塞室。
凸轮270可以与形成在壳体的下端部处的一个或者更多个跟随器256接合。凸轮270可以形成在心轴260的外表面中或者成为例如通过螺纹连接件连接至心轴的分开的构件。凸轮270可以具有诸如狭槽的围绕凸轮270形成并且沿凸轮270延伸的轮廓，从而随着心轴相对于凸轮270纵向移动而使心轴260相对于壳体255旋转。凸轮轮廓可以构造成响应于心轴的纵向冲程而使心轴260旋转预定的增量。凸轮增量可以小于或者等于带凸缘的连接件130u、130b的增量。凸轮轮廓可以构造成响应于冲程的向上或向下——冲程的一个周期——而使心轴旋转经过上述增量，或者下入工具250b还可以包括棘轮(未示出)使得心轴260仅在一个冲程周期中旋转。凸轮轮廓可以渐变成使得心轴260可以在一个冲程期间停止。替代性地，下入工具250b可以包括用于替代凸缘270和跟随器256而使心轴260旋转的马达。马达可以是电动的、液压的或者气动的。
夹持器265可以包括本体269、线性致动器266、诸如带有锯齿状的卡具267的一个或者更多个紧固件。夹持器本体269可以形成在心轴260的下端部处或者本体可以成为例如通过螺纹连接件(未示出)连接至心轴的分开的构件。夹持器本体269可以具有形成通过本体269的钻孔、外壁以及沿本体269延伸的内壁。环形物可以形成在夹持器本体的内壁与外壁之间。夹持器的环形物可以由一个或者更多个隔离板分成上隔板和下隔板。线性致动器266可以包括活塞266p、套管266s以及诸如螺旋弹簧268的偏压构件。活塞266p和套管266s可以是一体的构件或诸如通过螺纹连接件(未示出)进行连接的分开的构件。
卡具267可以在接合位置(已示出)与脱离位置(未示出)之间相对于夹持器本体269径向移动。在接合位置处，卡具267可以设置通过形成通过夹持器本体外壁的相应的端口并且每个卡具的外壁可以呈锯齿状从而与隔离装置140的螺纹内轮廓接合。每个卡具267与围绕开口的夹持器外壁相邻以及每个卡具的锯齿部与隔离装置的螺纹的接合可以纵向地和扭转地连接夹持器265和隔离装置140。每个卡具267可以是弧形区段，可以包括形成在其每个纵向端部处并且从其内表面延伸的唇缘(未示出)，并且具有倾斜的内表面。卡具弹簧(未示出)可以设置在每个卡具267的每个唇缘与夹持器本体外壁之间，由此远离夹持器本体外壁向内径向偏压卡具。
夹持器活塞266p可以将上夹持器隔板分成液压流体室与弹簧室。形成通过夹持器本体外壁的一个或者更多个端口可以将弹簧室到下入工具250b的外部环境通风。活塞/套管266p、266s可以在接合位置与脱离位置之间相对于夹持器本体269纵向移动。弹簧268可以设置在弹簧室中并且抵靠活塞268和夹持器本体269起作用，由此将活塞/套管266p、266s偏压成与卡具267接合。套管266s可以具有锥形外表面并且每个卡具267的内表面可以具有相应的倾斜。
下入工具250b还可以具有一个或者更多个液压回路，从而在蓄力器285a、储集池285r、活塞隔板285p以及夹持器266当中提供选择性的流体连通。每个液压回路可以包括形成壳体壁和/或隔板中的通道和控制阀。控制阀可以与用于操作控制阀的微控制器275电连通。用于夹持器的液压回路每者都还具有柔性管道，从而适应液压回路的纵向移动。
另外，下入工具250b可以包括井下牵引器(未示出)以有利于ESP100的传递，特别是有利于用于大斜度井的ESP100的传递，大斜度井例如是具有超过四十五度的倾斜或具有超过每一百英尺五度的严重折曲性的井。牵引器的驱动器和轮可以抵靠测井缆绳收缩并且当由来自地面的信号要求时进行配置。
图7A至14C示出了ESP100通过使用LARS1在井眼5w中的插入。参照图7A，为了准备插入，ESP100可以组装成两个或者更多个配置部段100a至100d。第一配置部段100a可以包括马达110和安置器105。第二配置部段100b(图8C)可以包括轴密封件115。第三配置部段100c(图10A)可以包括进口120和第一泵部段125。第四配置部段100d(图11C)可以包括第二泵部段135和隔离装置140。每个配置部段100a至100d(加相应的下入工具250a、250b)的长度可以小于或者等于工具壳体205h的长度。配置部段100a至100d的布置和数量可以基于ESP100的参数例如级数和部件数量而改变。
测井缆绳80可以插入到注油器200的密封头210中并且连接至下入工具250a的电缆头。下入工具250a可以包括用于连接至马达凸缘101的电操作的夹持器。替代性地，下入工具250a可以包括用于连接至配置部段100a至100c的凸缘101。下入工具250a可以随后连接至第一配置部段100a。第一配置部段100a可以插入到下入工具205中。注油器200可以随后通过吊索91连接至起重机90。注油器200和第一配置部段100a可以通过使用测井缆绳80和/或起重机90上升到PCA40上方。
另外，PLC72p可以包括互锁器(未示出)，从而可操作成确保配置部段不会意外地落入井眼中。
参照图7B，起重机90可以悬挂注油器200，同时测井缆绳绞盘77操作成使第一配置部段100a下降直到安置器105和马达110的下部是可接近的。马达110可以随后例如通过将机油添加至马达110而进行维护。参照图7C，注油器200可以通过使用起重机90下降到PCA40上。注油器的三通215可以随后例如通过带凸缘的连接件紧固至上夹具41u。密封头210可以操作成与测井缆绳80接合。压力可以均衡并且注油器200进行测试。主阀31和抽汲阀33可以随后打开。
参照图8A，第一配置部段100a可以通过使用测井缆绳80下降到PCA40上直到马达凹槽102与上夹具41u对准。上夹具41u可以随后操作成与马达110接合，由此支承第一配置部段100a。环形BOP65可以随后操作成将填料68与马达110的外表面接合。压力可以放出并且环形BOP65进行测试。由于马达110的底部可以进行密封，所以第一配置部段100a可以塞住PCA的钻孔，由此密封PCA40的上部使得远离井眼压力。凹槽102可以定位成使得上马达凸缘101是可靠近的。参照图8B，注油器200中的压力可以通过使用阀220放出并且可以拆卸注油器到PCA40的连接。上夹具41u还可以确保第一配置部段100a不会由于井眼压力而从PCA40弹射出。下入工具250a可以操作成通过使用测井缆绳80释放第一配置部段100a。随后可以除去注油器200和下入工具250a。参照图8C，第二部署部段100b可以插入到工具壳体205中并且连接至下入工具250a。注油器200和第二配置部段100b可以通过使用测井缆绳80和/或起重机90上升到PCA40上。
参照图9A，起重机90可以悬挂注油器200，同时测井缆绳绞盘77操作成使第二配置部段100b下降直到轴密封件115的下凸缘101安放在马达110的上凸缘101上。在下降过程中，凸缘101可以手动进行对准并且上马达轴耦接件103可以手动进行对准并且与下密封轴耦接件103接合。带凸缘的连接件101可以进行组装。如果必要，轴密封件115还可以例如通过加机油进行维护。参照图9B，注油器200可以通过使用起重机90而下降到PCA40上。注油器的三通215可以再次紧固至PCA40。密封头210可以再次操作成与测井缆绳80接合。压力可以均衡并且注油器进行测试。参照图9C，环形BOP65可以与马达110脱离。上夹具41u可以操作成释放马达110。第一配置部段100a和第二配置部段100b可以下降到PCA40中直到轴密封凹槽102与上夹具41u对准。上夹具41u可以随后操作成与轴密封件115接合，由此支承第一配置部段100a和第二配置部段100b。环形BOP65可以随后操作成与轴密封件115的外表面接合。压力可以放出并且环形BOP进行测试。就第一配置部段100a而言，轴密封件115可以用作塞子。
参照图10A，注油器200中的压力可以通过使用阀220放出并且可以拆卸注油器到PCA40的连接。下入工具250a可以操作成通过使用测井缆绳80释放第二配置部段100b。可以随后除去注油器200和下入工具250a。第三配置部段100c可以插入到工具壳体205中并且连接至下入工具250a。注油器200和第三配置部段100c可以通过使用测井缆绳80和/或起重机90上升到PCA40上方。参照图10B，起重机90可以悬挂注油器200，同时测井缆绳绞盘77操作成使第三配置部段100c下降直到下第一泵部段凸缘101安放在上轴密封凸缘101上。在下降过程中，凸缘101可以手动对准并且上密封轴耦接件103可以手动对准并且与下泵部段轴耦接件103接合。带凸缘的连接件101可以进行组装。注油器200可以通过使用起重机90下降到PCA40上。注油器的三通215可以再次紧固至PCA40。密封头210可以再次操作成与测井缆绳80接合。压力可以均衡并且注油器进行测试。参照图10C，环形BOP65可以与轴密封件115脱离。上夹具41u可以操作成释放轴密封件115。第一配置部段100a、第二配置部段100b以及第三配置部段100c可以下降到PCA40中直到第一泵部段凹槽102与下夹具41b对准。下夹具41b可以随后操作成与第一泵部段125接合，由此支承配置部段100a至100c。
由于配置部段100c、100d可以具有打开的通孔，所以打开的配置部段可以不用作塞子并且隔离阀62可以用于关闭PCA的上部。
参照图11A，下入工具250a可以操作成通过使用测井缆绳80释放第三配置部段100c。下入工具250a可以通过使用测井缆绳80从PCA40上升到注油器200中。隔离阀62可以关闭。压力可以放出并且隔离阀进行测试。参照图11B，注油器200中的压力可以通过使用阀220放出并且可以拆卸注油器到PCA40的连接。可以随后除去注油器200和下入工具250a。参照图11C，下入工具250a可以与测井缆绳80和连接至测井缆绳的下入工具250b断开连接。第四配置部段100d可以插入到工具壳体205中并且连接至下入工具250b。注油器200和第四配置部段100d可以通过使用测井缆绳80和/或起重机90上升到PCA40上方。
参照图12A，注油器200可以通过使用起重机90下降到PCA40上。注油器的三通215可以再次紧固至PCA40。密封头210可以再次操作成与测井缆绳80接合。压力可以均衡并且注油器进行测试。隔离阀62可以打开。阀220可以连接至可见流体单元71并且可见流体71f可以喷射到PCA40中。下入工具250b和第四配置部段100d可以下降到PCA40中直到下第一泵部段凸缘130u接近下第二泵部段凸缘130b。参照图12B，活塞286p可以操作成使第四配置部段100d缓慢下降并且仔细地与自动对准轮廓132的零件接合。由于下入工具250b可以扭转地连接至注油器200并且扭转地连接至隔离装置140，所以自动定向轮廓132可以使第一配置部段100a至第三配置部段100c相对于第四配置部段100d旋转从而与凸缘130u、130b对准。下夹具41b可以适应该旋转。第四配置部段100d通过凸缘270还会产生一些随之发生的旋转(未示出)或者第四配置部段可以替代第一配置部段100a至第三配置部段100c旋转，这取决于下入工具250b的构型。一旦自动定向轮廓132已经配对，则下入工具250b可以操作成使配置部段100a至100d相对于PCA40旋转直到第一对螺栓131与驱动器50对准。来自摄影机的可见反馈可以有利于第一螺栓对于驱动器50的对准。参照图12C，驱动器臂部凸轮组件53可以操作成与螺栓131接合。
替代性地，PCA40可以包括旋转台(未示出)，旋转台可操作成使注油器200相对于PCA40旋转。可以使用旋转台替代下入工具250b的凸轮270和跟随器256，以将驱动器50与螺栓131对准。旋转台可以包括例如通过带凸缘的连接件连接至上夹具41u的定子、例如通过带凸缘的连接件连接至注油器200的转子、用于使转子相对于定子旋转的马达、用于提供试井车70与密封头210之间的流体连通的旋转接头以及用于从定子支承转子的轴承。
替代性地，可以省去自动定向轮廓132并且下入工具250b或旋转台可以用于替代自动定向轮廓而使凸缘130u、130b对准。
替代性地，替代自动旋转引导件280，下入工具250b和工具壳体205中的每一者都可以包括配对扭矩轮廓，例如键和键槽或花键。扭矩轮廓可以扭转地连接下入工具250b和工具壳体205，同时允许下入工具250b与工具壳体205之间的相对纵向移动。下入工具250a还可以包括扭矩轮廓。下入工具250a、250b和井下部件100a至100d中的每一者还都具有与凸缘101、130u、130b的定向相对应的对准轮廓。使用扭矩轮廓和对准轮廓可以消除在组装配置部段100a至100d的过程中必须使凸缘101、130u、130b对准。
参照图13A，每个驱动器马达56可以操作成将螺栓131旋转到相应承窝133中。驱动器单元50a、50b可以并联或串联操作。可以通过控制室操作者和/或PLC72p监测扭矩和转动从而确保适当组装。参照图13B，臂部组件53可以与上凸缘130u脱离。下入工具250b可以操作成将另一对螺栓131与驱动器50对准。驱动器臂部组件53可以再次操作成接合另一对螺栓131和驱动器马达56，从而再次操作成将螺栓131组装到相应的承窝133中。螺栓驱动操作可以重复直到带凸缘的连接件130u、130b已经完全组装。参照图13C，下夹具41b可以操作成与第一泵部段壳体125h脱离并且组装的ESP100可以下降到井眼5w中。
参照图14A，ESP100可以通过使用测井缆绳80下降到井眼5w中直到安置器105接近对接部的跟随器13。参照图14B，ESP100可以缓慢下降同时跟随器13与凸轮109接合并且使ESP100相对于产品油管10p旋转以对准湿式可配对连接器16、106。参照图14C，ESP100的下降可以继续以与湿式可配对连接器16、106接合并且将隔离装置与PBR17接合。隔离装置闭锁可以进行设定。下入工具夹持器265可以通过使用测井缆绳80进行操作从而从下入工具250b释放ESP100。下入工具250b可以从井眼5w移出到注油器200中。主阀31和抽汲阀33可以关闭。注油器200可以进行排气并且注油器200和下入工具250b从PCA40除去。PCA40可以从采油树30除去。帽34可以连接至采油树30。采油树阀31、33可以打开并且ESP100操作成将产品流体7从井眼5w用泵抽出。ESP100的用于维护和替换的收回可以通过反向应用插入方法来进行。
替代性地，下入工具250b可以操作成使ESP100安置到对接部15中。另外，下入工具250b可以包括锚定部(未示出)。锚定部可以操作成在下入工具250b已经安置在对接部15中之后将下入工具壳体255纵向连接至产品油管10p。下入工具活塞286p可以随后操作成设定隔离装置140。
替代性地，下入工具250b可以由下入工具250a进行替换，下入工具250a用于将组件ESP100下降到井眼5w中。
替代性地，LARS1可以用于将ESP100在测井缆绳处或上方插入到具有采油树的海底井眼中。
图15A示出了根据本发明的另一实施方式的海底LARS的部分。海底LARS可以包括注油器300来替代注油器100。注油器300可以包括工具壳体305、密封头310、三通315、节流阀320以及工具捕捉器325。注油器300的部件可以例如通过带凸缘的连接件进行连接。工具壳体305还可以具有下凸缘，用以与海底PCA的上夹具的上凸缘连接。密封头310可以包括一个或者更多个填料箱311u、311b和油脂喷射器312。除了三通370和节流阀365可以添加在环形BOP65与上夹具41u之间并且海底采油树转接器350可以添加在下夹具41u下方之外，海底PCA可以与PCA40类似。采油树转接器350可以包括诸如卡具的连接件以及密封套管，连接件用以将海底PCA连接至海底采油树(未示出)的外部轮廓，密封套管用于与采油树的内部轮廓接合。采油树转接器350还可以包括电动或液压致动器和分界面，例如热刺，使得远程操作的海底车辆(ROV)(未示出)可以操作用于将卡具与外部轮廓接合的致动器。
替代试井车70和起重机90，井下LARS可以包括支承井船(未示出)。支承井船可以是灯或者介质干预井船并且包括动力定位系统和垂荡补偿器(未示出)，动力定位系统将该井船的位置保持在位于海底采油树上方的测井缆绳上，垂荡补偿器用以计算由于海的垂荡行为引起的井船垂荡。该井船还可以包括位于月池上方的塔、提升绞盘以及测井缆绳绞盘。替代性地，井船可以包括起重机来替代提升绞盘。除了ROV可以执行上述手动步骤之外与LARS1不具有取油管地(riserlessly)并类似地，海底LARS可以通过海底采油树将ESP100配置到海底井眼中并从海底井眼收回ESP100。对于ESP100从井眼收回而言，三通320、370可以允许清洁流体循环从而在将部段从PCA除去之前将井眼残余物清除出配置部段100a至100d。
替代性地，支承井船可以是垂荡干预井船或者移动式海上钻井单元(MODU)并且海底取油管(未示出)可以用于替代工具壳体305。
替代性地，工具壳体305和上夹具可以每者都包括致动连接件的一个配对零件。致动连接件可以包括分界面、致动器、连接器、连接器轮廓以及密封组件。连接器可以是卡具或套爪。密封组件还可以包括密封面或套管和密封件。致动器可以是液压的并且包括用于操作连接器的活塞和凸轮。分界面可以是例如热刺的ROV分界面和/或例如液压管道的井船分界面。
图15B示出了根据本发明的另一实施方式的用于与LARS1一起使用的电缆配置的ESP400。ESP400可以包括电马达410、轴密封件415、具有一个或者更多个级(仅示出了一个级)的泵425、隔离装置440、电源变换器405以及电缆头450。马达410可以与上述的马达110类似。轴密封件415可以与上述的轴密封件115类似。尽管仅示出了一个部段，但是泵425可以与上述的泵125、135类似。
除了步骤的顺序可能变成适应ESP400相对于ESP100的部件顺序的改变之外，ESP400可以以与上述的ESP100类似的方式插入到PCA40中。另外，替代使用下入工具250a、250b中的一者来配置最后的配置部段，可以使用电缆头450，因为测井缆绳80将保持在具有ESP400的井眼5w中作为用于操作ESP400的电缆。
连接单元(未示出)可以包括诸如发电机或传输线的电源以及电源转换器。电源转换器可以包括用于将由电源供给的AC电信号的电压从低电压信号调幅成中电压信号的一相或更多(示出的是三)相变压器。低电压信号可以小于或者等于一千伏特(kV)并且中电压信号可以大于1kV，例如5至10kV。电源转换器还可以包括一相或更多(示出的是三)相整流器，用以将由变压器供给的中电压AC信号转换成中电压直流(DC)电信号。整流器可以将中电压DC电信号供给至测井缆绳80。
电源转换器405可以通过电缆头450从测井缆绳80接收中电压DC信号。电源转换器405可以包括电力供给和马达控制器。电力供给可以包括一个或者更多个DC/DC转换器，每个转换器包括逆变器、变压器以及整流器，从而将DC电信号转换成AC电信号并且将电压从中电压减小至低电压。每个DC/DC转换器可以是如美国公开专利申请2010/0206554中讨论和示出的单相有源电桥电路，该申请的全部内容通过参引的方式并入本文。电力供给可以包括串联连接的多个DC/DC转换器(仅示出了一个)从而将DC电压从中电压减小逐渐地至低电压。对于SRM和BLDC马达而言，低电压DC信号可以随后供给至马达控制器。对于感应马达而言，电力供给还可以包括三相逆变器，从而从DC/DC逆变器接收低压DC电信号并且将三相低压AC电信号输出至马达控制器。
隔离装置440可以包括填料、锚定部以及致动器。致动器可以由测井缆绳80的关节机械操作、由来自测井缆绳80的电力电动操作或由来自泵425的排出压力液压操作。填料可以由诸如热塑材料的聚合物、弹性体、或诸如橡胶、聚亚安酯或PTFE的共聚物制成。隔离装置440可以具有形成通过隔离装置440的通孔，该通孔与泵出口流体连通，并且隔离装置440还具有形成在填料上方的一个或者更多个排出端口445，用以将增压的储集层流体7排出到产品油管10p中。只要ESP400已经到达配置深度，则隔离装置致动器会进行操作，由此设定锚定部并且使填料抵靠产品油管10p膨胀，将泵进口420与泵出口隔离开，并且将ESP400扭转地连接至产品油管10p。锚定部还可以纵向地支承ESP400。
替代性地，可以省去电源转换器450并且ESP400可以由电缆20而不是测井缆绳80进行配置。替代性地，ESP400可以通过使用海底LARS进行配置。
尽管上述内容针对本发明的一些实施方式，但是，可以设计出本发明的其他实施方式和另外的实施方式，而且这不脱离本发明的基本范围，并且本发明的范围由随附的权利要求确定。
Claims (12)
1.一种将井下组件插入到含有气油的井眼中的方法，包括：
将压力控制组件(PCA)组装到所述含有气油的井眼的采油树上；
将所述井下组件的第一配置部段插入到注油器中；
将所述注油器安置到所述PCA上；
将所述注油器连接至所述PCA；
使所述第一配置部段下降到所述PCA中；
将所述PCA的夹具与所述第一配置部段接合；
在接合所述夹具之后，将所述PCA的上部与所述PCA的下部隔离开；并且
在将所述PCA隔离开之后，从所述PCA除去所述注油器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过将所述PCA的密封件与所述第一配置部段接合而将所述PCA隔离开，由此堵塞所述PCA的钻孔。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一配置部段的顶部与所述PCA的顶部相邻。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括：在所述第一配置部段将所述PCA隔离开的同时，
将所述井下组件的第二配置部段插入到所述注油器中；
将所述注油器和所述第二配置部段悬挂在所述PCA的上方；
将所述第二配置部部段从所述注油器下降至与所述第一配置部段的所述顶部相邻的位置；以及
将所述第一配置部段与所述第二配置部段连接起来。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括：在连接了所述配置部段之后，
将所述注油器安置到所述PCA上；
将所述注油器连接至所述PCA；
使所述密封件从所述第一配置部段脱离；
使所述夹具从所述第一配置部段脱离；并且
将所述配置部段下降到所述PCA中。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：
将所述夹具与所述第二配置部段接合；
将所述密封件与所述第二配置部段接合，由此堵塞所述PCA钻孔；并且
在将所述密封件与所述第二配置部段接合之后，将所述注油器从所述PCA除去。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
将所述井下组件的第三配置部段插入到所述注油器中；
将所述注油器和所述第三配置部段悬挂在所述PCA的上方；
将所述第三配置部段从所述注油器下降至与所述第二配置部段的所述顶部相邻的位置；并且
将所述第二配置部段和所述第三配置部段连接起来。
8.根据权利要求7所述的方法，其中；
所述夹具为上夹具，
所述PCA还包括下夹具，并且
所述方法还包括：在将所述第二配置部段和所述第三配置部段连接起来之后，
将所述注油器连接至所述PCA；
将所述第三配置部段下降到所述PCA中；
将所述下夹具与所述第三配置部段接合；
关闭所述PCA的隔离阀；并且
在关闭所述隔离阀之后，将所述注油器从所述PCA除去。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
将所述井下组件的第四配置部段插入到所述注油器中；
将所述注油器安置到所述PCA上；
将所述注油器连接至所述PCA；
打开所述隔离阀；
将所述第四配置部段下降到所述PCA中从而到达与所述第三配置部段的顶部相邻的位置；并且
将带凸缘的连接件组装在所述第三配置部段与所述第四配置部段之间，同时所述注油器连接至所述PCA并且所述下夹具与所述第三配置部段接合。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，通过关闭所述PCA的隔离阀将所述PCA隔离开。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
将所述井下组件的第二配置部段插入到所述注油器中；
将所述注油器安置到所述PCA上；
将所述注油器连接至所述PCA；
打开所述隔离阀；
将所述第二配置部段下降到所述PCA中到达与所述第一配置部段的顶部相邻的位置；并且
将带凸缘的连接件组装在所述第一配置部段与所述第二配置部段之间，同时所述注油器连接至所述PCA并且所述夹具与所述第二配置部段接合。
12.一种用于将井下组件插入到含有气油的井眼中的压力控制组件，包括：
第一夹具，所述第一夹具包括壳体和条带或滑动件，所述壳体具有穿过所述壳体的钻孔，每个条带或滑动件能够相对于所述第一夹具壳体径向移动到所述第一夹具钻孔中并且从所述第一夹具钻孔中径向移出；
第二夹具，所述第二夹具包括壳体和条带或滑动件，所述壳体具有穿过所述壳体的钻孔，每个第二条带或滑动件能够相对于所述第二夹具壳体径向移动到所述第二夹具钻孔中并且从所述第二夹具钻孔中径向移出；
防喷器或装填器，所述防喷器或装填器包括壳体、密封件以及致动器，所述壳体具有穿过所述壳体的钻孔，所述致动器可操作成使所述密封件延伸到所述防喷器壳体钻孔或所述装填器壳体钻孔中并且将所述密封件从所述防喷器壳体钻孔或所述装填器壳体钻孔收回；
隔离阀，所述隔离阀包括壳体和阀构件，所述壳体具有穿过所述壳体的钻孔，所述阀构件可操作成打开并且关闭所述阀钻孔；以及
驱动器，所述驱动器包括壳体和扳手，所述壳体具有穿过所述壳体的钻孔，所述扳手能够相对于所述壳体径向移动到所述驱动器钻孔中并且从所述驱动器钻孔中径向移出，所述扳手包括马达和承窝，所述承窝可操作成与螺纹紧固件接合并且所述马达可操作成使所述承窝旋转，
其中，所述夹具壳体、所述防喷器壳体或所述装填器壳体、所述阀壳体以及所述驱动器壳体连接起来从而形成穿过所述组件的连续钻孔。
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