NO324610B1

NO324610B1 - En forbedret elektrisk, neddykkbar pumpe og fremgangsmater for bedre utnyttelse av elektriske, neddykkbare pumper ved komplettering og produksjon av bronnboringer

Info

Publication number: NO324610B1
Application number: NO19980882A
Authority: NO
Inventors: Joseph F Donovan; Michael H Johnson; Daniel J Turick; Larry A Watkins; John W Harrell; John L Bearden; Jerald R Rider; Gordon L Besser; Paul S Tubel; J V Henry; Dick L Knox
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 2007-11-26
Also published as: CA2230691C; GB2338801B; CA2230691A1; NO980882L; NO980882D0; GB2320588B; GB2320588A; WO1997008459A1; GB2338801A; GB9804366D0; GB9920437D0; US6167965B1

Description

Beskrivelse

Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse gjelder ferdig fremstilling og driftsproduksjon av brønnboringer for olje og gass, samt særlig utnyttelse av elektriske neddykkbare pumper for å regulere fluidstrømninger ved fremstillingen og produksjonen av olje og gass fra brønnboringer.

Bakqrunnsteknikk

I den kjente teknikk har neddykkbare elektriske pumper blitt fullstendig styrt fra overflaten, stort sett basert på konklusjoner som er truffet med hensyn til driftsforhold nede i borehullet samt brønnboringstilstander ut i fra små mengder over-førte data. De elektriske neddykkbare pumper har hovedsakelig vært brukt for å løfte brønnboringsfluider opp til overflaten eller for å sprøyte inn vann i formasjoner under vann-overstrømning.

US 5318409 omhandler en fremgangsmåte for overvåkning av en brønn med en syklisk brønnpumpe som drives av en elektrisk motor. Videre er det omtalt en pumpestyring for en brønnpumpe med pumpemidler som opereres syklisk under kraften fra en elektrisk pumpe koplet til en kraftlinje.

US 5201848 omhandler en elektrisk brønnsentrifugalpumpe for pumping av fluider fra en dyp brønn innbefattende et pumpehus med en relativ liten diameter som er opphengt fra en rørstreng og som innbefatter en rekke av impeller og dif-fusere.

US 4718824 omtaler en styreprosess for en roterende pumpe som er neddykket i et fluid som produseres av en brønn og som innbefatter bruken av en roterende pumpe drevet av en motor med variabel hastighet.

US 4370098 angår en fremgangsmåte og et system for overvåkning og styring av normalt utilgjengelige dynamiske operasjonsforhold, slik som brønnfluid, trykkhøyde og motorterminalspenning, av en brønnpumpeoperasjon, i samsvar med overvåkede forhold ved toppen av brønnen.

US 3929399 omtaler en fremgangsmåte og et apparat for pumping av væske og komprimering av en gass som innbefatter utnyttelsen av en pumpe, en kompressor og et reservoar med væske- og gasskretser som er sammenkoplet slik at pumpen håndterer en tofase fluid for avlevering til reservoaret med tofase-fluidet bestående av væske fra en tilførsel og gass og væske tilbakeført fra reservoaret for å opprettholde et væskenivå deri.

Olje- og gassindustrien utvikler seg imidlertid stort sett mot mer kompliserte brønnboringsgeometrier, gjerne på steder til havs, hvor svikt av utstyr kan være usedvanlig kostnadskrevende, slik at alle forbedringer av elektrisk neddykkbare pumper ligger an til å bli hilset varmt velkommen av industrien. Foreliggende patentsøknad omfatter et antall vesentlige forbedringer med hensyn til neddykkbare elektriske pumper og deres anvendelser.

Omtale av oppfinnelsen

Hovedtrekkene ved foreliggende søknad kan oppsummeres på følgende måte: 1. En forbedret elektrisk neddykkbar pumpe (ESP) som er omfattende instrumentert med følere, lokale prosessorer samt lokalt datalager (se fig. 1L og 1M). 2. Hver del av den forbedrede ESP (elektrisk motor, roterbar gass-separator, samt sentrifugalpumpe) kan være instrumentovervåket. 3. Signalbehandling, dataanalyse, kommunikasjonsprosesser samt reguleringsprosesser kan utføres med den forbedrede ESP. 4. Mange forskjellige overvåknings- og databehandlingsprosesser er beskrevet, blant annet: a. lokal overvåkning og regulering av den forbedrede ESP; b. driftstilstandene for komponentene i den forbedrede ESP kan overvåkes; c. separasjonsprosesser nede i borehullet kan styres ved anvendelse av den forbedrede ESP; d. pumpeeffektiviteten for den forbedrede ESP kan overvåkes og farlige driftstilstander for den forbedrede ESP kan overvåkes og unngås, og e. forprogrammert regulering eller driftsinstruksjoner kan registreres i datalageret og utføres ved passende tidspunkter eller begivenheter av den forbedrede ESP. 5. Visse særegne reguleringsprosesser for den forbedrede ESP og som er anskueliggjort og beskrevet omfatter: Fig. 2A: overvåkning av faktisk pumpeinntakstrykk og sammenligning av dette med det ønskede pumpeinntakstrykk, samt opprettelse av lokal styring eller kommunikasjon. Fig. 2B: overvåkning av faktiske pumpede mengdestrømmer og sammenligning av disse med ønskede pumpede mengde-strømmer samt opprettelse av lokal styring eller kommunikasjon. Fig. 2D og Fig. 2E: overvåkning av faktisk pumpeytelse og sammenligning av denne med ønsket pumpeytelse, samt opprettelse av lokal styring eller kommunikasjon. Fig. 2F og Fig. 2G: overvåkning av ESP-produktivitetsindeks samt

opprettelse av lokal styring eller kommunikasjon.

Fig. 2J og Fig. 2K: bestemmelse av adferdsforhold ved innstrømning

og kommunisering av dette eller en kommando.

Fig. 2L og Fig. 2M: overvåkning av elektrisk effektfaktor for motoren

og kommunisering av denne eller en kommando.

Fig. 2N og Fig. 20: bestemmelse av elektrisk virkningsgrad for moto ren og kommunisering av denne eller en kommando. Fig. 2K og Fig. 2Q: overvåkning av vibrasjoner og kommunisering av

data eller en kommando.

Fig. 2V og Fig. 2W: overvåkning av viskositet og egenvekt samt kommunisering av data eller en kommando.

Fig. 2X: overvåkning av lagertemperatur.

Fig. 2Y: overvåkning av motortemperatur.

Fig. 2Z: overvåkning av isolasjonsmotstand.

Fig. 2AA: overvåkning av elektriske egenskaper for den rene fluid i

den elektriske motor.

Fig. 2BB: overvåkning av de elektriske egenskaper for brønnborings-fluidet.

Fig. 2CC:overvåkning av spektrometerdata.

Fig. 2DD:overvåkning av mengdestrømmer.

6. Bruk av den forbedrede ESP for vanlige anvendelser blir omtalt, slik som: skjermede konfigurasjoner, konfigurasjoner med forsterket pumpevirkning, bruk med en pakning, bruk med et «Y»-verktøy. 7. Mange forskjellige anvendelser for den forbedrede ESP er omtalt, blant annet: a. bruk av den forbedrede ESP som kompressor nede i et borehull; b. bruk av den forbedrede ESP for innsprøytning av avfallsvann under jorden; c. bruk av den forbedrede ESP for levering av partikkelmateriale og arbeidsfluider, slik som sement, fraktureringsfluid, emulgeringsmidler, etc; d. bruk av den forbedrede ESP i kombinasjon med lokale prosessorer og klokoplinger for dynamisk å forandre kompresjonsprosesser, og e. bruk av den forbedrede ESP for undergrunns avfallsde-ponering. 8. Bruk av den forbedrede ESP ved sammensatt styring under fremstillings- og produksjonsprosesser er omtalt.

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en forbedret pumpe for bruk ved transport av fluider i en brønnboring, omfattende: (a) et pumpeelement med et innløp innrettet tii å motta fluid og et utløp innrettet til å avgi fluid, som er anordnet i brønnboringen og innbefatter minst ett bevegelig element innrettet for å bevege fluidene; (b) en elektrisk drevet motor som er anordnet på et fjerntliggende nedi-hullsted i brønnboringen og er mekanisk koplet til det minst ene bevegelige element av pumpeelementet for selektiv aktivering av det minst ene bevegelige element;

(c) minst én føler for detektering av minst én av:

(1) en driftsattributt for nevnte forbedrede pumpe,

(2) en tilstand under overflaten,

(3) en fluidstrømningsattributt, og

(4) en fluid-attributt,

(d) minst én programmerbar regulator som bæres i et fjerntliggende sted inne in brønnboringen og er koplet for kommunikasjon til i det minste nevnte minst ene føler, (e) minst et program bestående av instruksjoner som kan utføres av nevnte minst ene programmerbare regulator for:

(1) å motta data fra nevnte minst ene føler,

(2) å overvåke minst en av:

(a) en driftsattributt for den forbedrede pumpe,

(b) en tilstand under overflaten,

(c) en fluidstrømningsattributt, og (d) en fluid-attributt, (3) å utføre programinstruksjoner og utføre minst én av følgende: (a) forandre en driftstilstand for nevnte forbedrede neddykkbare elektrisk pumpe, og

(b) registrere data.

Foretrukne utførelser av den forbedrede pumpen er videre utdypet i krav-ene 2 t.o.m. 9.

Videre oppnås målene ved en forbedret fremgangsmåte for transport av fluider inne i en brønnboring, idet fremgangsmåten går ut på at: (a) det dannes et pumpeelement anordnet i et fjerntliggende brønnbor-ingssted inne i nevnte brønnboring og som omfatter minst ett bevegelig element for å bevege nevnte fluider, (b) det opprettes en i et fjerntliggende brønnboringssted i brønnboringen beliggende, elektrisk drevet motor som bæres av nevnte hus og er mekanisk koplet til nevnte minst ene bevegelig element for nevnte pumpeelement for selektivt å drive det minst ene bevegelige element

(c) det opprettes minst en føler for å påvise minst en av:

(1) en driftsattributt for den forbedrede pumpen,

(2) en tilstand under overflaten,

(3) en fluidstrømningsattributt, og

(4) en fluidattributt,

(d) det frembringes minst en programmerbar regulator som bæres inne i brønnboringen og er kommuniserende koplet til i det minste nevnte minst ene føler; (e) det mottas data fra nevnte minst ene føler i nevnte minst ene programmerbare regulator for utførelse av minst ett program som består av utførbare instruksjoner; (f) nevnte minst ene programmerbare regulator anvendes for å overvåke minst en av følgende:

(1) en driftsattributt for den forbedrede pumpen,

(2) en tilstand under overflaten,

(3) en fluidstrømningsattributt, og

(4) en fluidattributt,

(g) nevnte programmerbare regulator benyttes for å utføre programinstruksjoner for å utføre minst én av det følgende: (1) det forandres en driftstilstand for den forbedrede pumpen, og

(2) det registrerer data.

Foretrukne utførelsesformer av fremgangsmåten er videre utdypet i krav-ene 11 t.o.m. 15.

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås også ved en fremgangsmåte for håndtering av gass og væske som produseres av en brønn omfattende: (a) det opprettes en sentrifugal-gasskompressor som plasseres i brønn-boringen, idet gasskompressoren gis et inntak for å motta gass i brønnen, innrettes for å komprimere gassen og avgi gassen ut gjennom et utløp til et valgt gassleveringssted, (b) det opprettes en elektrisk motor-sammenstilling nede i borehullet og

som forbindes med gasskompressoren for å drive denne i rotasjon,

(c) det opprettes en væskepumpe som anbringes i brønnen for å pumpe

væske fra brønnen til et valgt væske-leveringssted,

(d) det opprettes et databehandlingssystem for å regulere driften av minst en av følgende (1) nevnte sentrifugal-gasskompressor, (2) nevnte elektrisk motor-sammenstilling nede i borehullet, og

(3) nevnte væskepumpe, og

(e) nevnte behandlingssystem utnyttes for å regulere minst én av

(1) sentrifugal-gasskompressoren, (2) den elektriske motorsammenstilling nede i borehullet, og (3) nevnte væskepumpe, i samsvar med opprettede programinstruksjoner.

En foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten er videre utdypet i

krav 17.

Kort beskrivelse av tegningene

De nye særtrekk som antas å være karakteriserende for foreliggende oppfinnelse er angitt i de etterfølgende patentkrav. Oppfinnelsesgjenstanden i seg selv så vel som en foretrukket anvendelsesmodus, samt ytterligere formål og fordeler ved denne, vil best kunne forstås ut i fra følgende detaljerte beskrivelse av en anskueliggjørende utførelse sett i sammenheng med de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1A er en forenklet avbildning av en neddykkbar elektrisk pumpe; Fig. 1B og 1C viser lengdesnitt gjennom to typer sentrifugalpumpetrinn; Fig. 1D viser et forenklet lengdesnitt gjennom en roterbar gass-separator; Fig. 1E viser et forenklet lengdesnitt gjennom et tetningsavsnitt av en neddykkbar elektrisk pumpe; Fig. 1F viser et avskåret utsnitt av en stator- og rotorsammenstilling av en elektrisk motor for en neddykkbar elektrisk pumpe; Fig. 1G viser strømtilførselskabelen 29 i fig. 1A i tverrsnitt; Fig. 1H viser et tverrsnitt gjennom flatkabelen 31 i fig. 1 A; Fig. 11 viser en stjernekopling for en neddykkbar elektrisk pumpe; Fig. 1J viser en trekantkopling for en neddykkbar elektrisk pumpe; Fig. 1K viser et lengdesnitt gjennom et sentrifugalpumpeavsnitt som omfatter herdede flenshylser; Fig. 1L er en forenklet avbildning av føler-instrumenteringen for en neddykkbar elektrisk pumpe i henhold til foreliggende oppfinnelse; Fig. 1M er et blokkskjema som viser de komponenter som utnyttes for å utføre signalbehandling, dataanalyse og kommunikasjonsprosesser i samsvar med foreliggende oppfinnelse; Fig. 1N er et blokkskjema som angir elektronisk datalager som utnyttes i henhold til foreliggende oppfinnelse for registrering av data; Fig. 2A er et flytskjema som viser datastyrt overvåkning av pumpeinntaks-trykket for neddykkbare elektriske pumper i samsvar med foreliggende oppfinnelse; Fig. 2B er et flytskjema som angir datastyrt overvåkning av pumpede mengdestrømmer av neddykkbare elektriske pumper, i samsvar med foreliggende oppfinnelse; Fig. 2C er en grafisk fremstilling av trykkhøyde-kapasitet og pumpevirkningsgrad, og som viser hvorledes et foretrukket driftsområde kan velges for neddykkbare elektriske pumper; Fig. 2D og 2E viser et flytskjema som angir styrt databehandling for overvåkning av pumpevirkningsgraden for neddykkbare elektriske pumper, i samsvar med foreliggende oppfinnelse; Fig. 2F og 2G er et flytskjema som viser styrt databehandling for overvåkning av produktivitetsindeks for neddykkbare elektriske pumper, i samsvar med foreliggende oppfinnelse; Fig. 2H er et flytskjema som viser opptak av en referansekurve for inn-strømningsytelse; Fig. 21 er et flytskjema som viser opptak av en referansekurve for innstrøm-ningsytelse, i en skala som representerer et eksempel på en olje- og gassbrønn; Fig. 2J og 2K er flytskjema som viser databehandling for bestemmelse av ytelsesforhold ved innstrømning for en neddykkbar elektrisk pumpe i henhold til foreliggende oppfinnelse; Fig. 2L og 2M er et flytskjema som viser databehandlet overvåkning av effektfaktor for den elektriske motor i nedsenkbare elektriske pumper, i samsvar med foreliggende oppfinnelse; Fig. 2N og 20 er et flytskjema som viser databehandling for bestemmelse av virkningsgrad for den elektrisk motor i nedsenkbare elektriske pumper, i samsvar med foreliggende oppfinnelse; Fig. 2P og 2Q er et flytskjema som viser databehandling for overvåkning av vibrasjoner i en nedsenkbar elektrisk pumpe i samsvar med foreliggende oppfinnelse; Fig. 2R er en grafisk fremvisning av vibrasjonsamplituden som funksjon av tiden; Fig. 2S er en grafisk fremvisning av vibrasjonsamplituden som funksjon av tiden; Fig. 2T er en grafisk fremvisning av vibrasjonens forandringstakt med tiden; Fig. 2U er en grafisk fremvisning av vibrasjonenes frekvensfordeling i en neddykkbar elektrisk pumpe; Fig. 2V og 2W er et flytskjema som viser databehandling for overvåkning av viskositet og egenvekt i de fluider som passerer gjennom en neddykkbar elektrisk pumpe, i samsvar med foreliggende oppfinnelse; Fig. 2X er et flytskjema som viser databehandlingen ved prosesstrinn for overvåkning av lagertemperatur; Fig. 2Y er et flytskjema som viser databehandlingen ved prosesstrinn for overvåkning av motortemperaturen; Fig. 2Z er et flytskjema som viser databehandlingen ved prosesstrinn for overvåkning av isolasjonsmotstand; Fig. 2AA er et flytskjema som viser databehandlingen ved prosesstrinn for overvåkning av de elektriske egenskaper ved den rene fluid i den elektriske motor; Fig. 2BB er et flytskjema som viser databehandlingen ved prosesstrinn for overvåkning av de elektriske egenskaper av brønnboringsfluidet; Fig. 2CC er et flytskjema som viser databehandlingen ved prosesstrinn for overvåkning av spektrometer-data; Fig. 2DD er et flytskjema som viser databehandlingen ved prosesstrinn for overvåkning av mengdestrømmer. Fig. 3A, 3B og 3C viser skjematisk skjermede utforminger av neddykkede elektriske pumper; Fig. 3D viser en tilleggspumpe-konfigurasjon for neddykkede elektriske pumper; Fig. 3E viser to brønn-konfigurasjoner for neddykkede elektriske pumper; Fig. 3F viser kombinert bruk av en neddykket elektrisk pumpe og en tet-ningspakning; Fig. 3G viser kombinert bruk av en neddykket elektrisk pumpe og en «Y»-verktøyinstallasjon; Fig. 3H viser skjematisk en brønn som inneholder en gasskompressor i henhold til foreliggende oppfinnelse; Fig. 3 I viser et snitt gjennom et parti av en gasskompressor med aksial-strømning og egnet for bruk i sammenheng med foreliggende oppfinnelse; Fig. 3J viser et snitt gjennom et parti av en gasskompressor med radial strømning og egnet for bruk i sammenheng med foreliggende oppfinnelse; Fig. 3K viser et snitt gjennom en annen brønn som inneholder en gasskompressor og også en væskepumpe for fjerning av væske som produserer samtidig med gassen; Fig. 3L er en skjematisk skisse av en tredje brønn som inneholder en gasskompressor og en væskepumpe, idet gasskompressoren har utløp i en trykksatt sone og væskepumpen avgir væske til overflaten; Fig. 3M er en forenklet avbildning som viser bruk av en elektrisk neddykket pumpe under fraktureringsprosesser, i samsvar med foreliggende oppfinnelse; Fig. 3N er en forenklet avbildning som viser bruk av en neddykket elektrisk pumpe under fremstillingsprosesser, og særlig under senkekasse-arbeider; Fig. 30 viser samtidig separering, pumping og kompresjon i en brønnboring som produserer brønnboringsfluider, slik som olje og vann samt brønnboringsgas-ser; Fig. 3P og 3Q viser i form av blokkskjema og flytskjema datastyrt arbeids-funksjon av koplingsdelen av et kompresjonsapparat med det formål å variere kompresjonsgraden; Fig. 3R er en forenklet fremstilling som viser bruk av en neddykket elektrisk pumpe med det formål å deponere giftig og korroderende avfall; Fig. 4A er en skjematisk avbildning som angir reguleringsutstyr for flere brønner eller soner i henhold til foreliggende oppfinnelse, for bruk ved styring av flere brønnplattformer til havs; Fig. 4B er et blokkskjema som viser reguleringssystem for flere brønner eller soner i henhold til foreliggende oppfinnelse; Fig. 4C er et blokkskjema som viser et overflate-reguleringssystem for bruk ved styring av flere brønner eller soner i samsvar med foreliggende oppfinnelse; Fig. 4D er et blokkskjema som viser et reguleringssystem nede i en produk-sjonsbrønn i samsvar med foreliggende oppfinnelse; Fig. 4E viser et elektrisk koplingsskjema for styringssystemet i fig. 4D nede i en produksjonsbrønn.

Beste utførelsesmodus for oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet under de følgende betegnende overskrifter: 1. DRIFTSKOMPONENTER OG INSTRUMENTERING AV NEDDYKKEDE ELEKTRISKE PUMPER I SAMSVAR MED FORELIGGENDE

OPPFINNELSE.

2. OVERVÅKNING OG DATABEHANDLING I SAMSVAR MED FORELIGGENDE OPPFINNELSE.

3. BRUK AV NEDDYKKEDE ELEKTRISKE PUMPER I SAMSVAR MED

FORELIGGENDE OPPFINNELSE.

4. SAMMENSATT REGULERING UNDER FREMSTILLING- OG PRODUKSJONSPROSESSER I SAMSVAR MED FORELIGGENDE OPPFINNELSE. 1. DRIFTSKOMPONENTER OG INSTRUMENTERING AV NEDDYKKEDE ELEKTRISKE PUMPER I SAMSVAR MED FORELIGGENDE OPPFINNELSE

Fig. 1A viser en forenklet avbildning av en neddykket elektrisk pumpe. Som vist, er en neddykket elektrisk pumpe 11 anordnet i en brønnboring 13 som er for-et av et foringsrør 15. Den neddykkede elektriske pumpe 11 bæres av en rør-streng 14. En neddykket elektrisk pumpe 11 anvendes oftest for å løfte brønnbor-ingsfluidet 14a som trenger inn i brønnboringen 13 gjennom perforeringer 12. Brønnboringsfluidet 14a rettes oppover gjennom rørstrengen 14, samt gjennom brønnhodet 41 til en produksjons-rørledning 43 for lagring i lagringstanker (som ikke er vist).

Den neddykkede elektriske pumpe 11 omfatter en elektrisk motor 17 som driver oppumpingen. Den elektriske motor 17 tilføres energi gjennom strømkabe-len 29 og flatkabelen 31 som strekker seg nedover fra jordoverflaten, og som er festet i stilling på utsiden av rørstrengen 14 og den neddykkede elektriske pumpe ved hjelp av kabelbånd 33. Den elektriske motor 17 omfatter et fluidtett motorhus som rommer det elektriske motorutstyr. Tetningsseksjonen 19 tjener til ytterligere å isolere og avtette det elektriske motorhus. Den elektriske motor 17 driver den roterbare gass-separator 21 og sentrifugalpumpen 23. Som det er vanlig, er en sikringsventil 27 anordnet for å hindre tilbakestrømning av produksjonsfluid. I tillegg er en tappeventil 25 anordnet på et øvre parti av rørstrengen 14 for å tillate uttapping og hindre tilbakestrømning. Elektrisk drivkraft overføres til den elektriske motor 17 fra overføringslinjer (ikke vist) gjennom transformatorer 39, motorregulator 37 og koplingsboks 35, alt på vanlig måte.

Fig. 1B og 1C er lengdesnitt gjennom to typer sentrifugalpumpetrinn. Neddykkede elektriske pumper utnytter vanligvis sentrifugalpumper i flere trinn. Hvert trinn i en neddykkbar pumpe består av et roterende kompressorhjul og en stasjo-nær diffuser. Pumper med liten gjennomstrømning benytter seg vanligvis av en

utførelse med «radial strømning» slik som angitt i fig. 1B, som anvender kompressorhjulet til å drive ut fluid hovedsakelig i radial retning. Pumper med større strøm-ningsvolum er helst utført for blandet strømning, slik som angitt i fig. 1C, hvor fluid drives ut både i aksial retning (oppover) og radialt. Som vist i fig. 1B, roterer kompressorhjulet 51 i forhold til diffuseren 53. Trykkskiver 55 er anordnet for å oppta

den aksiale kraft fra kompressorhjulet 51. På lignende måte dg i samsvar med fig. 1C, roterer kompressorhjulet i en utførelse med blandet strømning i forhold til diffuseren 59 for å drive fluidet både utover og oppover.

Fig. 1D viser et forenklet lengdesnitt gjennom en roterbar gass-separator. Bruk av neddykkbare elektriske pumper i brønner med et høyt gass/olje-forhold er blitt vanlig. Sentrifugalpumper er ute av stand til å håndtere store gassmengder uten at det opptrer «gasslås». Derfor er roterende gass-separatorer, slik som den viste gass-separator 61 i fig. 1D, blitt brukt til å eliminere eller redusere gassmengden i produksjonsfluidene, hvilket gjør anvendelse av neddykkbare elektriske pumper mulig i formasjoner som har et høyt gass/olje-forhold. Den roterende gass-separator 61 utnytter sentrifugalkraften til å separere den frie gass (hvilket vil si gass som ikke befinner seg i løsning) fra brønnfluidet før fluidet strømmer inn i sentrifugalpumpeseksjonen i den neddykkbare elektriske pumpe. Som vist i fig. 1D, omfatter den roterbare gass-separator 61 et separatorhus 63 og en rotor 65 som drives i rotasjon av den elektriske motor 17 (fig. 1A). Rotoren 65 er under-støttet i forhold til separatorhuset ved hjelp av et radiallager 67, et krysslager 69 og et krysslager 71. Brønnboringsfluid som trenger inn i separatoren gjennom åpningen 81 drives inn i det roterende sentrifugekammer i rotoren 65 under påvirkning fra driveren 73. Når brønnboringsfluidet befinner seg i sentrifugen, vil fluidandelen med høyest egenvekt bli drevet mot ytterveggen av det roterende kammer av sentrifugalkraften, og vil da etterlate den frie gass i eller nær midten av rotoren 65. Gassen separeres fra fluidet av kryssovergangen 77 og avvist til brønnboringen gjennom åpninger, slik som åpningen 79. Brønnboringsvæskene rettes mot sentrifugalpumpens inntak, hvorfra de drives oppover til overflaten gjennom rørstrengen 14 i fig. 1 A. Gass-separatorer oppnår en virkningsgrad på 80-95% fjerning av den frie gass fra brønnboringsfluidene. Den totale virkningsgrad av den roterbare gass-separator 61 bestemmes av fluidenes volum, fluidenes sammensetning samt øvrige egenskaper av vedkommende fluider. Det er ikke uvanlig at gass-separatorenheter koples i tandem for å forbedre den totale virkningsgrad, når store mengder fri gass foreligger i brønnboringsfluidene.

Fig. 1E viser et forenklet lengdesnitt gjennom et tetningsparti av en neddykket elektrisk pumpe. Tetningspartiet har som formål å forbinde den elektriske motors drivaksel til drivakselen for pumpen eller gass-separatoren. Den har da flere viktige funksjoner. For det første vil den tillate ekspansjon av den dielektriske olje som inneholdes i motorhuset for den elektriske motor. Temperaturøkninger fører til utvidelse av den elektriske olje som befinner seg i motorhuset. Tetningspartiet opptar da utvidelsen av den dielektriske olje. For det annet bidrar tetningsseksjonen til å utligne trykkforskjellen mellom trykket fra den omgivende brønnboring og oljetrykket i den dielektriske olje som befinner seg i motorhuset for den elektriske motor. For det tredje sørger tetningspartiet for å isolere brønnboringsfluidet fra den rene dielektriske olje som befinner seg i motorhuset. For det fjerde opptar tetningspartiet ethvert nedoverrettet aksialtrykk som skriver seg fra pumpen i drift.

I tetningspartiet 83 tillater den mekaniske pakning 91 akselen 93 å rotere, samtidig som den hindrer eller nedsetter til et minimum innstrømning av brønnbo-ringsfluider. Elastomerposen 85 danner en effektiv barriere mot inntrengning av brønnboringsfluider. Labyrintkammerne 87, 89 oppretter fluidseparasjon basert på densitetsforskjeller mellom brønnboringsfluidet og de dielektriske motoroljer. En-hver fluid som kommer forbi den mekaniske pakning 91 eller elastomerposen 85 blir innestengt i det nedre parti av labyrintkamrene 87, 89. Aksialtrykk-kammeret 95 opptar den aksiale trykk-kraft fra pumpen under drift.

Fig. 1F er en skisse med delvis bortskårne deler av en stator- og rotorsammenstilling av en elektrisk motor. I neddykkbare elektriske pumper anvendes vanligvis tre-fasede induksjonsmotorer med to poler og en kortslutningsrotor. Som angitt ovenfor er motorhulrommet fylt med en sterkt raffinert mineralolje med høy di-elektrisitetsverdi. Motorer for neddykkbare elektriske pumper omfatter rotorer som vanligvis har en lengde på 12-18 tommer, slik som rotoren 101, som er montert på en drivaksel og plassert i det elektriske felt som frembringes av stator-viklinger, slik som viklingene 103. Radiallageret, slik som radiallageret 107, er anordnet for å tillate rotorene å rotere i forhold til statorene. Alle disse komponenter er inneluk-ket i et stålhylster 105.

Som vist i fig. 1A, tilføres elektrisk energi til den neddykkbare elektriske pumpe 11 gjennom en strømtilførselskabel 29 og en flatkabel 31. Fig. 1G viser strømtilførselskabelen 29 i fig. 1A i tverrsnitt. Som vist, omfatter strømkabelen en første leder 115, en annen leder 117 samt en tredje leder 119. Hver av disse ledere omfatter et lederelement 121 som er elektrisk isolert av en isolator 123 samt overtrukket av en kappe 125. Lederne 115, 117, 119 er omgitt og beskyttet av armering 127. Fig. 1H viser et tverrsnitt gjennom flatkabelen 31 i fig. 1A. Som vist i fig. 1H, omfatter flatkabelen 31 en første leder 129, en annen leder 131 og en tredje leder 133. Hver av disse ledere omfatter et lederparti 139 som er elektrisk isolert ved isolasjon 137 samt omgitt av en kappe 135. Lederne 129,131 er sammenbuntet og beskyttet av armering 141. Visse spesielle utførelser kan også kreve bruk av en elektrisk databuss 114 eller en fiberoptisk datalinje 116 for å tillate rask overføring av store datablokker eller program-instruksjoner.

De elektriske kabler er koplet til den elektriske motor 17 i den neddykkbare elektrisk pumpe 11 gjennom enten en stjernekopling eller en trekantkopling.

Fig. 11 viser en stjernekopling, mens fig. 1J angir en trekantkopling. Som det er

vanlig ved tre-faset effektoverføring, er de tre knutepunkter som er vist i fig. 11 og 1J koplet i hver sin lederbane inne i flatkabelen 31 og strømkabelen 29. Disse ledere påtrykker en spenning på en motorvikling som er 120 grader ute av fase i forhold til den spenning som påtrykkes de øvrige to motorviklinger.

Hvis den neddykkbare elektriske pumpe 11 i fig. 1A skal brukes til å løfte fluidet som inneholder en usedvanlig stor mengdeandel av partikkelmateriale, kan komponentene i sentrifugalpumpen 23 være herdet for å motstå nedslitningsvirk-ningen. Fig. 1K viser et lengdesnitt gjennom en sentrifugalpumpeseksjon som omfatter herdede flensmuffer, slik som den herdede flensmuffe 151, samt herdede soppformede innsatser, slik som den herdede innsats 153. Med disse deler herdet ved vanlig herdeteknikk, vil sentrifugalpumpen 23 i den nedsenkbare elektriske pumpe 11 være bedre i stand til å motstå den ellers nedbrytende virkning ved pumping av fluider som kan ha et høyt innhold av partikkelmateriale.

Fig. 1L er en forenklet skjematisk fremstilling av en neddykkbar elektrisk pumpe med utstyr for overvåkning av følerdata og driftsregulering av den neddykkbare pumpe 11 som anvender en motorregulator som befinner seg inne i selve den neddykkbare elektriske pumpe 11. Flere følere er plassert inne i den neddykkbare elektriske pumpe 11. Vibrasjonsfølere 171 er anordnet for å påvise vibrasjoner som opptrer ved drift av den elektriske motor 17. Trykkfølere 173 er anordnet inne i den elektriske motor 17 for å frembringe et mål på trykket i den dielektriske motorolje som befinner seg inne i motorhuset. En temperaturføler 175 er plassert inne i den elektriske motor 17 for å frembringe et mål på temperaturen av den dielektriske olje som inneholdes i motorhuset for den elektriske motor 17. En RPM-føler 177 er anordnet inne i motorhuset for den elektriske motor 17 med det formål å gi et mål på omdreiningstakten for rotoren i den elektriske motor. En strømføler 179 er anordnet for å frembringe et mål på den strøm som avgis til de tre viklinger i den elektriske motor 17. En spenningsføler 181 er anordnet for å måle den spenning som påtrykkes hver av de tre viklinger i den elektriske motor 17.1 tillegg er en differensial-trykkføler 117 anvendt for å overvåke trykkforskjellen mellom de avtettede partier av den elektriske motor 17 og den omgivende brønn-boring, og en elektrisk føler (slik som motstandsfølere og/eller kapasitetsfølere) kan også utnyttes for å overvåke tetingens effektivitet ved å påvise forandringer i de elektriske egenskaper av det rene fluid, idet dette invaderes av brønnborings-fluid når lekkasjer opptrer.

Flere følere er anordnet inne i den roterbare gass-separator 21 med det formål å frembringe måleverdier for den roterbare gass-separators driftsegenskaper. En temperaturføler 183 er anordnet for å frembringe en kontinuerlig anvisning av temperaturen i det omgivende brønnboringsfluid som trekkes inn i den roterbare gass-separator 21. En trykkføler 185 er anordnet for å frembringe kontinuerlige måleverdier av brønnboringsfluidets inntakstrykk. Alternativt kan en differensial-trykkføler 190 utnyttes for å overvåke forskjellen i trykk mellom forskjellige partier av den roterbare gass-separator 21. Vanlige følere 187, 189 for viskositet og egenvekt er anordnet ved inntaket for rotorgass-separatoren 21 for å frembringe to målesignaler som generelt angir det relative innhold av olje, gass og vann i de brønnboringsfluider som trekkes inn i den roterbare gass-separator 21. Alternativt eller i tillegg kan et miniatyrisert faststoff-spektrometer 192 anvendes for å overvåke den kjemiske sammensetning av det fluid som strømmer inn i eller ut av den roterbare gass-separator 21 eller begge disse, og en føler 194 for motstandsevne/ledningsevne/dielektrisitetskonstant kan utnyttes for å bestemme det sannsynlige innhold av brønnboringsfluider basert på verdien eller forandringsgraden av en elektrisk attributt, f.eks. motstand, idet olje har relativt høy elektrisk motstand sammenlignet med vann.

Sentrifugalpumpen 23 er i samsvar med foreliggende oppfinnelse også i høy grad instrumentert. Minst RPM-føler 193 er anordnet for å frembringe et mål på rotasjonshastigheten i ett eller flere trinn av sentrifugalpumpen 23. En vibra-sjonsføler 195 er anordnet for å frembringe måleverdier for den vibrasjon som frembringes når sentrifugalpumpen 23 er i drift. En trykkføler 197 er anordnet for å gi et kontinuerlig mål på trykket i ett eller flere trinn i sentrifugalpumpen 23. En temperaturføler 199 benyttes også for kontinuerlig måling av temperaturen av det fluid som passerer gjennom trinnene i sentrifugalpumpen 23. Utløpet fra sentrifugalpumpen 23 overvåkes også. En trykkføler 201 er anordnet for å måle utgangs-trykket for sentrifugalpumpen 23. En strømningsmåler 203 anvendes for å gi et kontinuerlig mål på hastigheten av det fluid som avgis fra sentrifugalpumpen 23. En temperaturføler 205 er anordnet for kontinuerlig å måle temperaturen av det fluid som passerer ut av sentrifugalpumpen 23.1 tillegg er viskositet- og egen-vektsfølere 207, 209 anordnet for å frembringe en måleverdi som generelt angir innholdet av olje, gass og vann i det fluid som avgis fra sentrifugalpumpen 23.1 tillegg kan en differensialtrykkføler 202 anvendes for å overvåke trykkforskjellen enten mellom to punkter inne i sentrifugalpumpen 23 eller mellom et punkt inne i sentrifugalpumpen 23 og et punkt utenfor denne pumpe 23, mens et miniatyrisert faststoff-spektrometer 204 kan utnyttes for å overvåke den sannsynlige kjemiske sammensetning av fluider som passerer gjennom sentrifugalpumpen 23, og en elektrisk attributtføler 206 kan anvendes for å overvåke resistive eller dielektriske egenskaper for de fluider som passerer gjennom sentrifugalpumpen 23. Den neddykkbare elektriske pumpe 11 i henhold til foreliggende oppfinnelse er også utstyrt med følere 182, 184 for å overvåke lagertemperatur for henholdsvis sentrifugalpumpen 23 og den roterbare gass-separator 21. Også kvaliteten av de elektriske motstander kan overvåkes ved å utnytte motstandsfølere 186 som påtrykker en spenning på en isolator av interesse og undersøker om det foreligger lekkasje-strøm.

Disse følere kan fortrinnsvis være plassert inne i de forskjellige deler av den neddykkbare elektriske pumpe 11 som krever overvåkning. Trådbaner kan utfor-mes gjennom husene for sentrifugalpumpen 23, den roterbare gass-separator 21, tetningspartiet 19 og den elektriske motor 17. Fortrinnsvis er en eller flere av disse husseksjoner litt forlenget for å kunne romme et avtettet elektronikk-kammer, eller også kan elektronikkseksjonen være plassert på undersiden av den elektriske motor 17. Elektronikk-kammeret inneholder en regulator (slik som en mikroprosessor), inngang/utgangs-utstyr, slik som mottakere og sendere (som fortrinnsvis tillater kommunikasjon gjennom strømtilførselskabelen, slik det vil bli omtalt mer detaljert nedenfor), en motorregulator som tillater vanlig styring av driftstilstanden og forholdene ved den neddykkbare elektriske pumpe 11 (slik som på/av, hastighet, samt tidsstyring), samt vanlige analog/digital-omformere, ikke-flyktig lagersted, samt leselager. I henhold til foreliggende oppfinnelse anvendes regulatoren for å utføre forprogrammerte instruksjoner med det formål å overvåke følerdata og regulere driften av den neddykkbare elektriske pumpe 11. Disse komponenter vil nå bli beskrevet under henvisning til fig. 1M og 1N.

Fig. 1M er et blokkskjema som viser de komponenter som anvendes for å utføre signalbehandling, dataanalyse og kommunikasjonsprosesser i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Som det er vist her, frembringer følere, slik som følerne 401, 403, analoge signaler som avgis til analog/digital-omformere, henholdsvis 405, 407. De digitaliserte følerdata overføres til databussen 409 for behandling av regulatoren 411. Disse data kan lagres av regulatoren 411 i det ikke-flyktige datalager 417. Programinstruksjoner som utføres av regulatoren 411 kan opprettholdes i ROM 419 og kalles opp for utførelse av regulatoren 411 etter behov. Regulatoren 411 kan omfatte en vanlig mikroprosessor som arbeider med åtte- eller seksten bits binære ord. Regulatoren 411 kan være programmert til bare å bestyre registreringen av følerdata i lagerstedet, nemlig i den mest grunnleggende utførelse av foreliggende oppfinnelsesgjenstand. I mer omfattende utfør-elser av foreliggende oppfinnelse, kan imidlertid regulatoren 411 anvendes for å

utføre analyser av følerdata og/eller å overvåke kommunikasjon av de behandlede eller ubehandlede følerdata til et annet sted inne i brønnboringen. De forprogrammerte analyser kan bibeholdes i lagerstedet for ROM 419, samt lastes inn i regulatoren 411 på vanlig måte. I enda mer omfattende utførelser av foreliggende oppfinnelse kan regulatoren 411 være innrettet for å utføre lokal styring og diagnosti-sering, eller den kan overføre digitaldata og/eller reguleringssignaler til et annet sted inne i brønnboringen eller borestrengen, eventuelt til et sted på jordoverflaten. Inngang/utgangs-innretningene 413, 415 kan også anvendes for å lese de registrerte følerdata fra det ikke-flyktige laget 417.

Som vist i fig. 1M, kan motorregulatoren 412 kommunisere gjennom databussen 409 med regulatoren 411 og de øvrige databehandlingskomponenter, som kan utnytte kommunikasjonsdriveren 408. Motorregulatoren 412 kan omfatte en hvilken som helst av de tre grunnleggende typer motorregulatorer som anvendes i tidligere kjent teknikk med neddykkede elektriske pumper. Disse tre grunnleggende regulatortyper omfatter en motorregulator av koplingssentral-type, en motorregulator for mykstart samt en regulator for varierende motorhastighet. Hver av disse tre motorregulatorer utnytter faststoff-kretser for å oppnå beskyttelse for og styring av neddykkbare elektriske pumpeanordninger. I den nåværende teknik-kens stilling er motorregulatorer anbrakt et sted på jordoverflaten, men det er tenk-bart at regulatorer kan miniatyriseres og plasseres nede i borehull.

Generelt sett omfatter en motorregulator av koplingssentral-type av en mot-orstarter, faststoff-kretser for beskyttelse mot overbelastning og underbelastning, kretsbrytere samt tidsforsinkelseskretser. De fleste vanlige faststoff koplingssentral-regulatorer gir tidsforsinket underbelastnings-beskyttelse på alle tre faser, tidsforsinket overbelastningsbeskyttelse samt automatisk beskyttelse overfor spenning eller strøm under balansert drift. Underbelastningsbeskyttelse, eller eventuelt en annen type beskyttelse mot pumpeutkopling, er nødvendig da lav strømning gjennom motoren ikke vil gi tilstrekkelig avkjøling, og vil bevirke at motoren overhetes, hvilket kan føre til motorsvikt.

En regulator for myk motorstart utnyttes for å styre den effektmengde som avgis til motoren for den neddykkbare elektriske pumpe etterhvert som den øker sin hastighet. Dette oppnås vanligvis ved å senke spenningen på motorklemmene under den innledende startfase. Reaktive kretskomponenter eller faststoff-innretninger kan anvendes for å oppnå dette formål. De fleste regulatorer for myk motorstart og av faststoff-type bruker vanligvis effekt-halvledere slik som styrte silikon-likerettere for å regulere effekttilførselen til den neddykkbare elektrisk pumpe. Så snart den elektriske motor som driver den neddykkbare elektriske pumpe er brakt opp i hastighet, så forbikoples faststoffkomponentene eller den reaktive krets.

En regulator for styring av variabel motorhastighet gjør det mulig å variere pumpehastigheten. I tillegg kan både pumpetakten og pumpens drivhode justeres i avhengighet av den foreliggende anvendelse, uten fysisk forandring av enheten nede i borehullet. I denne grunnleggende arbeidsprosess omformer regulatoren for variabel motorhastighet den innkommende trefase vekselstrømseffekt til en enkelt likestrøms-effektforsyning. Den benytter så effekt-halvlederne som faststoff-omkoplere for omvendt å bringe likestrøms-effektforsyningen til å gene-rere på nytt de tre utgående vekselstrømfaser som effekt med tilnærmet sinus-form. Frekvensen og spenningen for effekten med tilnærmet sinuskurveform er da gjenstand for regulering, slik som datamaskin-styring gjennom regulatoren 411.1 samsvar med foreliggende oppfinnelse kan motorregulatoren 412 utnytte sitt eget elektroniske utstyr (av vanlig type) til å slå den neddykkbare elektriske på og av, samt å variere dens hastighet i det tilfelle det foreligger regulator for varierende motorhastighet. I tillegg, og i samsvar med foreliggende oppfinnelse, befinner motorregulatoren 412 seg alltid under styring fra regulatoren 411. Regulatoren 411 ut-fører programinstruksjoner som inneholdes i datalageret, og kan styre på/av-tilstanden samt driftshastigheten når den neddykkbare elektriske pumpe i samsvar med programmerte avgjørelser som treffes på grunnlag av data fra de overvåk-ende følere.

Fig. 1N er et blokkskjema som viser et elektronisk lager som utnyttes i henhold til foreliggende oppfinnelse for registrering av data. Det ikke-flyktige lager 417 omfatter en lagret datatabell 421. Som det vil være kjent innenfor fagområdet, ad-resseres lagertabellen 421 av en rekke-dekoder 423 og en kolonne-dekoder 425.

Rekke-dekoderen 423 velger en rekke i den lagrede datatabell 417 i samsvar med en del av en adresse som er mottatt fra adressebussen 409. De gjenværende lin-jer i adressebussen 409 er koplet til kolonne-dekoderen 425, samt anvendes for å velge et undersett av kolonner fra datatabellen 417. Følerforsterkere 427 er koplet til kolonne-dekoderen 425, samt innrettet for avføle de data som foreligger i cellene i datatabellen 421. Følerforsterkerne avgir utleste data fra datatabellen 421 til en utgang (ikke vist), som kan omfatte sperreenheter, slik de ville være velkjente innenfor fagområdet. Skrive-driveren 429 er anordnet for å lagre data på valgte steder inne i datatabellen 421 i samsvar med et skrive-styresignal.

Cellene i den lagrede datatabell 421 for det ikke-flyktige datalager 417 kan være av et hvilket som helst antall av forskjellige celletyper som er kjent på fagområdet for å danne ikke-flyktig lager. F.eks. er EEPROM-lagerenheter velkjent innenfor fagområdet og gir et pålitelig, slettbart ikke-flyktig datalager som egnet for bruk ved slike anvendelser som dataregistrering i brønnborings-omgivelser. Alternativt kan cellene i datatabellen 421 være av andre utførelser som er kjent i fagområdet, slik som SRAM-datatabeller for datalagring og som kan anvendes med effektkilder som har batteristøtte.

2. OVERVÅKNING OG DATABEHANDLING I SAMSVAR MED FORELIGGENDE OPPFINNELSE

Foreliggende oppfinnelse bringer sammen flere forskjellige viktige særtrekk. For det første er den neddykkbare elektriske pumpe utstyrt med lokalt databehandlingsutstyr ved bruk av en eller flere mikroprosessorer samt innordnede elektriske og elektroniske komponenter, slik som et ikke-flyktig lager. Prosessoren kan være forprogrammert til å overvåke og regulere arbeidsoperasjonene for den neddykkbare elektriske pumpe i samsvar med enten forprogrammerte instruksjoner eller med kommandoer som er overført fra et fjerntliggende sted på eller under jordoverflaten, idet det utnyttes et leder-basert eller trådløst datakommunikasjons-anlegg. For det annet er den neddykkbare elektriske pumpe i henhold i foreliggende oppfinnelse i høy grad instrumentert med flere forskjellige følere. Noen av disse følere overvåker driftstilstanden for en eller flere av komponentene i den neddykkbare elektriske pumpe, slik som indre trykk, indre temperatur, vibrasjoner, rotasjonshastighet og lignende. Et annet følersett overvåker forholdene i omgivel-sen, slik som omgivelsestemperatur og -trykk. Sammensetningen av brønnbor-ingsfluidet kan anslås ut i fra målinger av egenvekt og viskositet for fluidet eller ut i fra miniatyriserte, faststoff massespektrometre. Dette er særlig nyttig ved separasjonsprosesser, hvor materialsammensetningen ved innløpet til separatoren sammenlignes med sammensetningen på separatorens utgangsside med det formål å bestemme et mål på separasjonsprosessens effektivitet. Enda ytterligere følere overvåker de forskjellige attributter for den neddykkbare elektriske pumpe, slik som pumpevirkningsgrad, pumpe-hestekrefter, effektfaktor for den elektriske motor samt motorens virkningsgrad. Følerne kan utnyttes for å påvise farlige driftstilstander, slik som utilstrekkelig inngangstrykk for pumpen, samt begynnende eller forløpende opptreden av enten kavitasjon eller gass-lås. For det tredje utnytter den neddykkbare elektriske pumpe i henhold til foreliggende oppfinnelse flyktig og ikke-flyktig lager for registrering av programinstruksjoner, motta kommandosignaler og data, samt registrering av avfølte data. For det fjerde kan den neddykkbare elektriske pumpe i henhold til foreliggende oppfinnelse omfatte en iboende motorregulator som er innrettet for å styre på/av-tilstanden for pumpen, så vel som pumpens driftshastighet, eller den kan arbeide ut i fra kommunikasjon med en eller flere motorregulatorer på jordoverflaten. For det femte omfatter den neddykkbare elektriske pumpe i henhold til foreliggende oppfinnelse kommunikasjonsutstyr. Fortrinnsvis omfatter en inngang/utgangs-innretning en sender som utnyttes for å kommunisere med andre funksjonssteder på eller under jordoverflaten. En annen inngang/utgangs-innretning anvendes for å motta kommunikasjoner fra andre funksjonssteder på eller under jordoverflaten. Egnet dataoverføringsutstyr er beskrevet i detalj i den løpende US-patentsøknad med serienummer 08/262,807 og tittelen «Method and Apparatus for Transmitting Data Over a Power Cable Utilizing a Magnetically Saturable Core Reactor», innlevert 17. juni 1994 og identifisert ved patentagentens dokument nr. 104-6455-US, som herved inntas som referanse i hele sitt omfang. Dette utstyr er særlig egnet for påføring av digitaldata i den effektkabel som strekker seg gjennom brønnboringen for å tilføre elektrisk energi til den elektriske motor for den neddykkbare elektriske pumpe. Alternativt kommunikasjonsutstyr, slik som utstyr for akustisk datakom-munikasjon eller fiberoptisk kommunikasjonsutstyr, kan anvendes i stedet for det «trådbaserte» kommunikasjonsutstyr som vil bli beskrevet nedenfor.

De databehandlings-utførte overvåknings- og reguleringsprosesser i henhold til foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet. Vanligvis er regulatoren 411 i fig. 1M forprogrammert med programinstruksjoner som muliggjør kontinuerlige eller intermitterende overvåkning av en eller flere følere som er påført den neddykkbare elektriske pumpe, idet disse instruksjoner er behandlet for å styre driftstilstanden for den neddykkbare elektriske pumpe, eller for å avgi informasjon eller kommandosignaler til annet utstyr i brønnboringen eller på jordoverflaten (basert i det minste delvis på overvåkningsdata og behandlede data). Alternativt kan regulatoren 411 være forprogrammert med nye instruksjoner ved å bringe blokker av programinstruksjoner fra et sted på jordoverflaten til regulatoren 411 over trådled-ere, fiberoptikk eller akustisk kommunikasjon.

For neddykkbare elektriske pumper er en minsteverdi for inntakstrykk nød-vendig for korrekt matning av pumpen samt for å forhindre kavitasjon og gass-låsing i pumpen. Kavitasjon er en uønsket tilstand som kan skade eller ødelegge pumper. Kavitasjon opptrer på følgende måte. Når en væske trenger inn i strøm-ningssentret for en pumpe og kompressor, vil den øke sin hastighet. Denne økning i hastighet ledsages av en reduksjon i trykk. Hvis trykket faller under det damptrykk som tilsvarer væskens temperatur, vil væsken fordampes. Dette vil føre til at det opptrer damplommer inne i væsken. Etterhvert som fluidet strømmer videre gjennom kompressortrinnet og tilhørende kompressorer, vil væsken nå et område med høyere trykk og damphulrommene faller sammen. Kavitasjon fører til støy og vibrasjon, frembrakt av dampboblenes nedbryting når de når kompressor-trinnets høytrykksside. Denne støy og vibrasjon kan frembringe akselbrudd og andre tretthetsfeil i pumpen. Kavitasjon vil ikke opptre hvis det foreligger et tilstrekkelig inntakstrykk for den neddykkbare elektriske pumpe. I samsvar med foreliggende oppfinnelse, overvåkes inntakstrykket for den neddykkbare elektriske pumpe kontinuerlig av regulatoren 411, for å fastslå om minsteverdien av inntakstrykk foreligger. Hvis dette minste inntakstrykk ikke foreligger, så kan regulatoren forandre minst en driftstilstand i samsvar med programmeringsinstruksjonene, registrere tilfellet, eventuelt kommunisere dette, og eventuelt kommunisere komman-dosignalertil andre brønnboringsverktøyer. Hvis det påkrevde pumpeinntakstrykk ikke foreligger, kan f.eks. motorhastigheten forandres av regulatoren 411 ved å sende ut kommandosignaler til motorregulatoren 412. Eventuelt kan regulatoren 411 avgi slike kommandosignaler til motorregulatoren 412 at pumpen overføres fra en «på»-tilstand til en «av»-tilstand.

Fig. 2A er et flytskjema som viser overvåkningsprosessene. Prosessen begynner i programvareblokken 211 og fortsetter i programvareblokken 213, hvor regulatoren 411 kontinuerlig overvåker inntakstrykket for den neddykkbare elektriske pumpe ved bruk av en eller flere trykkfølere. I samsvar med programvareblokken 215 sammenlignes inntakstrykket med en eller flere terskelverdier for dette trykk og som er blitt registrert i datalageret eller i programinstruksjoner. I dette tilfellet og ved alle terskelverdier som vil bli omtalt nedenfor, kan en enkelt terskelverdi foreligge, eller det kan foreligge en trykk «båndbredde» som er definert ved minst to trykkverdier. I samsvar med programvareblokken 217 sammenligner regulatoren 411 det faktisk foreliggende pumpeinntakstrykk med det påkrevde

pumpeinntakstrykk for å bestemme om vedkommende terskel eller terskelverdier er overskredet. Hvis terskelverdiene ikke er blitt overskredet, vil prosessen vende tilbake til programvareblokken 213, men i det tilfelle trykkterskelen eller terskelverdiene er blitt overskredet, vil prosessen fortsette til programvareblokken 219.1 programvareblokker 219-227 vil regulatoren 411 forandre en eller flere driftstilstander i samsvar med programinstruksjoner, registrerte tilfeller, og rapporterer tilfeller og/eller kommandosignaler. Regulatoren 411 kan f.eks. avgi kommandosignaler til motorregulatoren 412, som da vil kople om den elektriske motor i den

neddykkbare elektriske pumpe fra en «på»-tilstand til en «av»-tilstand. Alternativt kan regulatoren 411 overføre kommandosignaler til motorregulatoren 412, som da reduserer den elektriske motors driftshastighet, og derved nedsetter det påkrevde pumpeinntakstrykk. Trykkterskelen eller trykkterskelverdiene kan faktisk utgjøre en familie av terskelverdier som gjelder for forskjellige driftshastigheter. I datalageret kan det da innføres en tabell som sammenholder en bestemt driftshastighet med en bestemt terskelverdi som angir minste påkrevde pumpeinntakstrykk. På den

måte kan den neddykkbare elektriske pumpe drives over et bredt område av driftshastigheter for tilpasning til et dynamisk og varierende inntakstrykknivå.

Regulatoren 411 kan også styre pumpens mengdestrøm, slik det er utlagt i flytskjemaform i fig. 2B. Prosessen begynner i programvareblokk 229, samt fortsetter i programvareblokken 231, hvor regulatoren 411 mottar følerdata fra strøm-ningsmålere som gir et kontinuerlig eller intermitterende mål på den mengde fluid som strømmer ut fra den neddykkbare elektriske pumpe. I samsvar med programvareblokk 233, sammenligner regulatoren 411 den praktiske mengdestrøm med en eller flere ønskede mengdestrømverdier. I programvareblokken 235, fastlegger regulatoren 411 om den faktisk foreliggende pumpemengdestrøm tilsvarer de ønskede pumpemengdestrømmer. Hvis dette er tilfelle fortsetter prosessen til programvareblokk 231 for å fortsette overvåkningsprosessene, men hvis ikke dette er tilfelle vil prosessen fortsette i programvareblokk 237 hvor regulatoren 411 utnyttes for å forandre en eller flere driftstilstander i samsvar med programinstruksjoner. Regulatoren 411 kan f.eks. rette kommandosignaler til motorregulatoren 412 som øker eller senker driftshastigheten for den neddykkbare elektriske pumpe med det formål å tilpasse den faktiske pumpemengdestrøm til den ønskede mengdestrøm for pumpen. I henhold til foreliggende oppfinnelse kan regulatoren 411 enten overvåke fluidhastigheten direkte eller den kan beregne fluidstrømmens volum. Den fluidmengde som flyter i en strømningsledning er naturligvis direkte proporsjonal med fluidets hastighet. Nærmere bestemt, er den fluidmengde som strømmer i en stømningsledning produktet av tverrsnittet av den fluidførende led-ning og hastigheten av det fluid som strømmer i ledningen.

I henhold til foreliggende oppfinnelse kan regulatoren 411 også anvendes for å kontinuerlig overvåke og regulere driftsvirkningsgraden for sentrifugalpumpen. Sentrifugalpumpens driftsvirkningsgrad kan ikke måles direkte, men kan beregnes. Virkningsgradprosenten for en sentrifugalpumpe kan bestemmes i samsvar med følgende formel:

LIGNING NR. 1:

Prosent virkningsgrad = [trykkhøyde x pumpeytelse x egenvekt x 100] / [3,960 x BHP]

hvor trykkhode måles i fot, pumpeytelsen i gallons pr. minutt, og trykket BHP tilsvarer bremse-hestekrefter. «Trykkhodet» angir energimengden i fluid-kolonnen. Denne verdi anvendes for å representere den vertikale høyde av en statisk væskekolonne som tilsvarer fluidtrykket i vedkommende punkt. Trykkhodet kan også anses å være den arbeidsmengde som er nødvendig for å forflytte en væske fra sitt opprinnelige sted til et påkrevet leveringssted. Dette omfatter det ekstra nødvendige arbeidet som behøves for å overvinne strømningsmotstanden i ledningen. Trykk og hode er derfor forskjellige måter å uttrykke samme verdi. I den neddykkbare pumpe og petroleumsindustrien hvor uttrykket «trykk» anvendes, henviser det vanligvis til enheter i pund pr. kvadrat-tomme, mens uttrykket «trykkhode» gjelder fot eller kolonnehøyde. Disse verdier kan gjensidig omregnes i hverandre i samsvar med følgende enkle formler.

LIGNING NR. 2:

LIGNING NR. 3:

LIGNING NR. 4:

LIGNING NR. 5:

Hvor:

Mengdestrøm = Gallon/minutt (G.P.M)

Trykkhøyde = Fot

For vann, som har egenvekt lik 1,0

LIGNING NR. 6:

Hvor bremse-hestekrefter er den totale effekt som kreves av en pumpe for å utføre en spesiell arbeidsmengde.

LIGNING NR. 7:

Forholdet mellom trykkhøyde, pumpevirkningsgrad og motorens bremse-hestekrefter ved belastning er et komplisert forhold, og det utnyttes for å bestemme et optimalt driftsområde for en neddykkbar elektrisk pumpe. Fig. 2C viser grafisk denne kompliserte sammenheng. For en spesiell egenvekt, en spesiell pumpeytelse angir den grafiske opptegning i fig. 2C en x-akse som representerer fat pumpet pr. dag, mens y-aksen angir samtidig trykkhøyde i fot (for høydeytelses-kurven), bremsehestekrefter (for kurven for motorbelastningen i bremsehestekrefter), samt pumpevirkningsgraden (for virkningsgradkurven for pumpen alene). Som det klart fremgår av fig. 2C, foreligger det en optimal driftseffektivitet (pumpevirkningsgrad) som kan oppnås. I samsvar med foreliggende oppfinnelse kan pumpevirkningsgraden beregnes direkte ved å bruke ligningene, eller den kan bestemmes i samsvar med en datatabell som opprettholdes i datalageret og er av lignende art som den grafiske fremvisning i fig. 2C. I et hvert tilfelle kan regulatoren 411 utnyttes for å kontinuerlig overvåke det faktiske pumpevirkningsgrad, og sammenligne denne med en ønsket virkningsgrad for pumpen, slik det fremgår i flytskjemaform av fig. 2D og 2E.

Det skal nå henvises til fig. 2D og 2E, hvor det er angitt at prosessen begynner i programvareblokk 247, og at den fortsetter i programvareblokk 249, hvor regulatoren 411 mottar følerdata fra en eller flere følere som bæres av den neddykkbare elektriske pumpe. I samsvar med programvareblokken 251, bruker så regulatoren 411 disse følerdata til å beregne pumpevirkningsgraden. Pumpevirkningsgraden blir så overvåket, slik det er angitt i programvareblokken 253, enten kontinuerlig eller intermitterende. I samsvar med programvareblokken 255, sammenlignes den faktiske pumpevirkningsgrad med en ønsket pumpevirkningsgrad som er lagret i datalageret, eller som er blitt overført fra et fjerntliggende sted ved anvendelse av dataoverføringsanlegget. I samsvar med programvareblokken 257, fastlegger regulatoren 411 om den ønskede pumpevirkningsgrad er oppnådd eller ikke. Hvis den er oppnådd vender prosessoren tilbake til programvareblokken 249, men hvis den ikke er oppnådd fortsetter prosessen til programvareblokk 259, hvor regulatoren 411 forandrer minst en driftstilstand i samsvar med programinstruksjonene. Regulatoren 411 kan anvendes for å forandre den fluidmengde som strømmer gjennom den neddykkbare elektriske pumpe, fortrinnsvis ved å endre pumpens driftshastighet. Som angitt ved programvareblokken 261, vil så regulatoren 411 registrere det inntrufne tilfelle i datalageret. I samsvar med programvareblokken 263, kan regulatoren 411 eventuelt rapportere tilfellet til et fjerntliggende sted på eller under jordoverflaten, for derved å tillate ytterligere databehandling og reguleringsprosesser. I samsvar med programvareblokken 265, vil regulatoren 411 eventuelt avgi et kommandosignal til et fjerntliggende sted på eller under jordoverflaten for å påvirke eller dirigere en arbeidsoperasjon som finner sted i et fjerntliggende område. Prosessen ender i programvareblokken 267.

Den forbedrede neddykkbare elektriske pumpe i henhold til foreliggende oppfinnelse kan også utnyttes til å beregne og overvåke produktivitets-indeks for pumpen. Produktivitetsindeks er en enkelt form for produksjonsprøvning. For å beregne produktivitets-indeks for en neddykkbar elektrisk pumpe, må man først måle det statiske trykk i bunnen av borehullet. Produksjonen innleder så og bunn-trykket ved produksjonsstrømning blir målt. Samtidig registreres også mengde-strømmen av produsert væske ved dette bestemte bunntrykk i borehullet. Produktivitets-indeks kan da beregnes i samsvar med følgende ligning:

LIGNING NR. 8:

hvor: Q = Prøve-mengdestrømmen av produsert væske stb/d

Pr = Statisk reservoartrykk

Pwf = Strømningstrykk i brønnen (under prøvemengdestrøm Q)

Pr - P^ = Trykk-nedtrekk

Fig. 2F og 2G er et flytskjema som angir databehandlingstrinn under fast-legging og overvåkning av produktivitetsindeks for en bestemt neddykket elektrisk pumpe. Prosessen begynner i programvareblokk 269 og fortsetter i programvareblokk 271, hvor regulatoren 411 utnyttes til å overvåke og registrere det statiske reservoartrykk. Derpå, og i samsvar med programvareblokk 273, anvender regulatoren 411 motorregulatoren 412 til å sette igang pumpearbeide. I samsvar med blokk 275, sørger så regulatoren 411 for å fortsette pumpearbeide et fastlagt tidsintervall, eller alternativt for et tilstrekkelig tidsintervall til å oppnå en forutbestemt strømningskarakteristikk, slik som hovedsakelig konstant mengdestrøm eller strømningstrykk. Regulatoren 411 registrerer så brønntrykket under drift. Som angitt i programvareblokken 277 overvåker og registrerer så regulatoren 411 produksjons-mengdestrømmen. Ved anvendelse av ligning 8 samt i samsvar med programvareblokken 279, beregner regulatoren 411 produktivitetsindeks. I programvareblokken 281 blir produktivitetsindeks registrert i datalager. I samsvar med programvareblokkene 283, 285 utnyttes så regulatoren 411 til eventuelt å forandre driftstilstander i samsvar med programinstruksjoner og/eller til å oversende kommandosignal til utstyr som befinner seg på fjerntliggende steder på eller under jordoverflaten. Prosessen slutter i programvareblokken 287.

Foreliggende oppfinnelse kan også utnyttes for å beregne og overvåke inn-strømningsforholdene. Når brønnstrømningstrykket faller under boblepunkttrykket, kommer gass ut av løsning og forstyrrer strømningen av olje og vann. Sluttresulta-tet er at den sanne kurve over innstrømningsforholdene ikke er en rett linje, idet den vanligvis avtar ved større trykknedtrekk. En nøyaktig brønnprøve bør utgjøres av produksjonsindeks-prøver ved flere produksjons-mengdestrømmer med det formål å komme frem til en bedre fremstilling av brønnens sanne innstrømnings-ytelse.

Vogel har utviklet en dimensjonsløs referansekurve som er angitt i fig. 2H og som er blitt et meget effektivt redskap for å fastlegge innstrømningsytelsen for en produksjonsbrønn. Fig. 21 viser Vogels kurve med påførte dimensjoner for et spesielt utførelseseksempel. Hans fremstillingsteknikk, som er basert på datamaskin-simulering av drivbare reservoarer med oppløst gass, gir en mer rea-listisk angivelse av brønnens produksjonspotensiale. Ligningen for en kurve som gir rimelige empirisk tilpasning er:

LIGNING NR. 9:

hvor:

Qo = Prøve-mengdestrøm for flytende produksjon stb/d

Pr = Statisk reservoartrykk

Pwt = Brønntrykket under strømning (hvilket vil si under prøve-mengdestrøm Qo)

Qo max = Maksimal produksjonstakt (Pwt = 0)

Hvis det antas at det foreligger konstante reservoartilstander, kan man transformere Vogels matematiske uttrykk til løsning ved den antatte produksjon (Qod) basert på forandringer i brønnens strømningstrykk (Pwfd)- Den omformede ligning kan da fastlegges som:

LIGNING NR. 10:

For å forutsi brønnens stømningstrykk (Pwfd), på grunnlag av forandringer i produksjons-mengdestrømmen (Qod), kan videre ligningen blir omformet til:

LIGNING NR. 11:

Fig. 2J og 2K viser et flytskjema som angir utførelse av beregninger ved databehandling samt bestemmelse av innstrømningsforholdene ved utnyttelse av regulatoren 411. Prosessen begynner i programvareblokken 289 og fortsetter ved 290, hvor regulatoren 411 overvåker og registrerer det statiske reservoartrykk. I samsvar med programvareblokken 291 velges så en bestemt mengdestrøm ut i fra flere forprogrammerte prøve-mengdestrømmer. I overensstemmelse med programvareblokken 292, aktiverer regulatoren 411 regulatoren 412 til å begynne pumpearbeide. Så snart stabilt pumpearbeide er blitt oppnådd ved den bestemte mengdestrøm, utnyttes regulatoren 411 til å overvåke og registrere strømnings-trykket ved den valgte mengdestrøm, i samsvar med programvareblokken 293.

Som angitt i programvareblokken 294 bestemmer regulatorer 411 så om samtlige forutbestemte mengdestrømmer er blitt utprøvet eller om dette ikke er tilfelle. Hvis dette ikke er tilfelle, fortsetter prosessen til programvareblokk 291 med valg av en ny mengdestrøm, og i motsatt fall fortsetter prosessen i programvareblokk 295, hvor den forventede produksjon Qod blir beregnet på grunnlag av forandringer i brønnens strømningstrykk. Denne beregnede verdi registreres i samsvar med programvareblokken 296.1 samsvar med programvareblokken 297, beregner så regulatoren 411 strømningstrykket på grunnlag av forandringer i produksjons-mengdestrømmen (slik den bestemmes av strømningsmålere på utgangssiden av den neddykkbare elektriske pumpe). Den beregnede verdi registreres i datalager i samsvar med programvareblokken 298.1 overensstemmelse med programvareblokken 299, blir eventuelt enten de registrerte data eller kommandosignaler basert på konklusjoner utledet fra de registrerte data overført til et fjerntliggende sted på eller under jordoverflaten for utnyttelse av utstyr på dette sted. Prosessen slutter i programvareblokken 300.

I henhold til foreliggende oppfinnelse kan regulatoren 411 også anvendes for å overvåke motor-effektfaktoren for den elektriske motor 17 (i fig. 1A) i den

neddykkbare elektriske pumpe 11 (også i fig. 1A). Effektfaktoren er forholdet mellom den sanne effekt (KW) og den tilsynelatende effekt (KVA). Den sanne effekt måles av et wattmeter. Den tilsynelatende effekt måles ved hjelp av et volt-meter og et amper-meter (og er produktet av de målte verdier). Effektfaktoren kan defi-neres ved følgende ligning:

LIGNING NR. 12:

Effektfaktoren har en verdi på 1,0 hvis spenning av strøm når sine respek-tive maksimalverdier samtidig. I de fleste vekselstrømsanlegg vil imidlertid spenningen nå sin maksimalverdi litt før strømmen når sin maksimalverdi. Strømmen sies med andre ord å «ligge etter» spenningen. Denne etterslepning kan måles i grader, og forårsakes av transformatorer, induksjonsmotorer og lignende.

Figurene 2L og 2M viser et flytskjema for en iverksatt databehandlingsrutine for å beregne effektfaktoren for den elektriske motor. Prosessen begynner i programvareblokk 210 og fortsetter i programvareblokk 212, hvor regulatoren 411 overvåker utgangsverdien for et watt-meter. Denne utgangsverdi registreres i trinn 214.1 programvareblokken 216 overvåker regulatoren 411 utgangsverdien for et voltmeter og registrerer denne måling i samsvar med prosesstrinn 218. Derpå av-leser regulatoren 411 utgangsverdien for et amper-meter i samsvar med prosesstrinn 220, samt registrerer denne måling i samsvar med trinn 222. Regulatoren 411 anvender så den ovenfor angitte formel for å beregne effektfaktoren for den elektriske motor, som angitt i prosesstrinn 224. Denne effektfaktor registreres i datalager i samsvar med programvareblokk 226. Eventuelt, og i samsvar med prosesstrinnene 228 og 230, overfører regulatoren 411 effektfaktoren til et fjerntliggende sted på eller under jordoverflaten, for utnyttelse eller registrering, og/eller regulatoren 411 avgir et kommandosignal til et sted på eller under jordoverflaten for å påvirke eller styre driften av brønnboringutstyr som befinner seg der. Prosessen avsluttes i programvareblokken 232.

Den neddykkbare elektriske pumpe i henhold til foreliggende oppfinnelse kan også utnytte regulatoren 411 til å overvåke motorvirkningsgraden for den elektriske motor. I en elektrisk motor, er motorvirkningsgraden forholdet mellom motorens avgitte effekt og dens tilførte effekt, samt uttrykkes vanligvis som en pro-sentverdi. Utgangen fra en motor er naturligvis mekanisk effekt, mens inngangen til en elektrisk motor er elektrisk effekt. Heldigvis foreligger det her en enkelt sammenheng, som er angitt nedenfor i de følgende ligninger.

LIGNING NR. 13:

hvor T = motorens dreiemoment i pund-fot, ved full belastning ved den nominelle hastighet

HP = hestekrefter

N = motorens nominelle hastighet i omdreininger pr. minutt.

LIGNING NR. 14:

LIGNING NR. 15:

hvor V = motorens klemmespenning

I = strøm i tilførselsledning

COS 0 = motorens effektfaktor

Fig. 2N og 20 viser et flytskjema som angir bruk av den forbedrede neddykkbare elektriske pumpe i henhold til foreliggende oppfinnelse for å bestemme og overvåke den elektriske motors virkningsgrad. Prosessen begynner i programvareblokk 234 og fortsetter i programvareblokk 236, hvor regulatoren 411 overvåker motorens klemmespenning. I samsvar med programvareblokk 238 registrerer så regulatoren 411 denne spenning i datalager. Regulatoren 411 undersøker deretter den tilførte strøm i samsvar med programvaretrinn 240.1 overensstemmelse med programvareblokk 242 registrerer så regulatoren 411 strømverdien i datalager. Som angitt ved programvareblokk 244, beregner regulatoren 411 deretter inngangs-hestekrefter for den elektriske motor i samsvar med den ovenfor angitte formel. Regulatoren 411 fastholder i datalager den dreiemomentverdi T som motoren vil frembringe ved full last og nominell hastighet. I tillegg fastholder regulatoren 411 også den nominelle hastighet i datalager. Disse verdier utnyttes til å utlede utgangs-hestekreftene for den elektriske motor. Denne utgangsverdi i hestekrefter og inngangsverdiene angitt i hestekrefter utnyttes til å bestemme et forhold, slik som angitt i programvaretrinnet 246. Dette forhold registreres i datalager, i samsvar med trinn 248.1 overensstemmelse med prosesstrinnene 250 og 252, overfører regulatoren 411 eventuelt det utledede motorvirkningsgradforhold til et fjerntliggende sted på eller under jordoverflaten, og/eller avgir et kommandosignal til et slikt fjerntliggende sted på eller under jordoverflaten. Prosessen avsluttes ved programvareblokken 254.

Den forbedrede neddykkbare elektriske pumpe i henhold til foreliggende oppfinnelse kan også anvendes til kontinuerlig å overvåke vibrasjoner (vanligvis ved å anvende deformasjonsmålere eller akselerometere) som frembringes av forskjellige roterende komponenter. Disse forskjellige komponenter, som kan overvåkes relativt uavhengig, omfatter forskjellige trinn i sentrifugalpumpen, rotoren, radiallagere, samt krysslagere i den roterende gass-separator, akselen som strekker seg gjennom tetningspartiet, og rotorene i den elektriske motor. Fortrinnsvis omfatter regulatoren 411 i programinstruksjonene forut fastlagte vibrasjonsterskler som angir kraftig nedslitning, skade eller fare for svikt av forskjellige bevegelige komponenter i den forbedrede neddykkbare elektriske pumpe. Fortrinnsvis er disse vibrasjonsterskler fastlagt både under laboratorieforhold og i praktisk bruk, og representerer da en kumulativ analyse under flere forskjellige driftsforhold. Vibra-sjonstersklene som angir kraftig nedsliting, skade og fare for svikt kan fastlegges på forhånd og kodes i datalager, eller de kan lastes inn eller forandres etter at den neddykkbare elektriske pumpe er senket ned i stilling, under utnyttelse av data-overføringsutstyr. I en spesiell utførelse kan vibrasjonsfølerne (vanligvis deformasjonsmålere og/eller akselerometere, anvendes for å overvåke vibrasjoner i en neddykkbar elektrisk pumpe etter at pumpen er installert i en undergrunnspakke. Data kan sammenpakkes og overføres til et sted på overflaten for analyse. Denne analyse vil åpenbare den vibrasjonsgrad som foreligger ved normal drift. En eller flere vibrasjonsterskler kan opprettes i samsvar med den innledende undersøk-else, samt overføres ned i brønnboringen og lastes inn i datalager for tilgang fra regulatoren 411 under påfølgende overvåkingsoperasjoner.

De databehandlingstrinn som iverksettes i henhold til foreliggende oppfinnelse er angitt i flytskjema-form i fig. 2P og 2Q. Prosessen begynner i programvareblokken 256 og fortsetter i programvareblokken 258, hvor regulatoren 411 utnyttes for å overvåke og registrere følerdata. I samsvar med programvareblokken 260, monteres vibrasjonsdata på en slik måte at det frembringes en vibra-sjonsanvisning. I samsvar med programvareblokken 262 sammenlignes så vibra-sjonsanvisningen med en eller flere terskelverdier som opprettholdes i datalager.

I samsvar med programvareblokken 264, fastlegger regulatoren 411 om disse en eller flere terskelverdier er blitt overskredet eller om dette ikke er tilfelle. Hvis dette ikke er tilfelle fortsetter prosessen til programvareblokken 258, men hvis tersklene er overskredet fortsetter prosessen til programvareblokken 266, hvor regulatoren 411 utnyttes til å forandre minst en av driftstilstandene i samsvar med programinstruksjonene. Programinstruksjonene kan f.eks. kreve at pumpen skal bli slått av et forut bestemt tidsintervall etter påvisning av en overskredet vibrasjonsterskel. En alternativ reaksjon kan omfatte forandring av driftshastigheten, mengdestrøm-men eller pumpeperioden for den neddykkbare elektriske pumpe. I samsvar med programvareblokk 268, kan regulatoren 411 anvendes til å registrere vedkommende tilfelle for å tillate senere gjenvinning og databehandling, hvis nødvendig. I henhold til programvareblokkene 270, 272, benyttes regulatoren 411 til eventuelt å avgi et kommandosignal på grunnlag av påvisning av en terskeloverskridelse, til overføring til et fjerntliggende sted på eller under jordoverflaten, for å kunne utnyttes av annet utstyr. Prosessen avsluttes i programvareblokken 274.

Noen typer enkle vibrasjonsterskler er grafisk angitt i fig. 2R til og med 2U. Først skal det henvises til fig. 2R, hvor det er vist en kurve som angir vibrasjons-amplitude. En amplitudeterskel Tamp kan velges på grunnlag av empirisk studium av pumpevibrasjoner. Nærvær av vibrasjon over vibrasjonsterskelen innebærer kraftig nedsliting, skade eller truende svikt av en eller flere komponenter i den neddykkbare elektriske pumpe. I fig. 2S er det vist en grafisk fremstilling av vibra-sjonsamplitude som funksjon av tiden. En annen type vibrasjonsterskel kan opprettes, og denne er da representert ved flateområdet under vibrasjonssignalet over et tidsintervall mellom en starttid T0 og en slutt-tid Tend- Fig. 2T er en grafisk fremvisning av vibrasjonens forandringsgrad som funksjon av tiden. I en forandrings-terskel Trate kan da opprettes på grunnlag av empiriske data. En overskridelse av terskelen for forandringsgrad kan innebære nedslitning, skade eller fare for svikt av en eller flere mekaniske komponenter i den neddykkbare elektriske pumpe. Fig. 2U representerer frekvensdomene-transformasjonen av vibrasjonsdata, hvor x-aksen angir frekvens og y-aksen representerer vibrasjonsstyrke. En eller flere frekvenskomponenter kan da identifiseres som vesentlige komponenter ved korrekt drift av den neddykkbare elektriske pumpe. Fraværet av denne komponent, forskyvning av denne komponent eller forandring av komponentens vibrasjonsstyrke kan innebære kraftig slitasje, skade eller truende svikt av den neddykkbare elektriske pumpe.

Den forbedrede neddykkbare elektriske pumpe i henhold til foreliggende oppfinnelse kan også utnyttes for overvåkning av viskositet, egenvekt, utgangs-data fra massespektrometret og andre fysiske indikatorer av sammensetningen av det brønnboringsfluid som passer gjennom den neddykkbare elektriske pumpe. Dette gir et visst mål på forholdene mellom olje/gass/vann. Dette er spesielt nyttig når den neddykkbare elektriske pumpe anvendes som en separator og injektor nede i et borehull, i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Dette gjør det mulig å benytte separatoren/injektoren når de forutbestemte olje/gass/vann-forhold foreligger, og som videre muliggjør kvantifisering av driftseffektiviteten av den neddykkbare elektriske pumpe som separator. Fig. 2V og 2W er et flytskjema som viser de iverksatte databehandlingstrinn med overvåkning av viskositet og egenvekt. Prosessen begynner i programvareblokken 276, og fortsetter i programvareblokken 278, hvor viskositet og egenvekt overvåkes på en inngangsside av den neddykkbare elektriske pumpe. I samsvar med programvareblokken 280 blir viskositet og/eller egenvekt også registrert på pumpens utgangsside. I overensstemmelse med programvareblokken 282, anvendes regulatoren 411 til å beregne og interpolere oljé/gass/vann-forholdene. Regulatoren 411 kan da utnyttes i samsvar med prosesstrinn 284 for å utlede og registrere et kvantitativt mål på separatorens effektivitet. Dette kvantitative mål kan være en enkel anvisning av prosentandelen av den totale mengde olje, gass eller vann som fjernes ved separatorens arbeide.

I samsvar med programvaretrinn 286, utnyttes regulatoren 411 til å bestemme om separatorens effektivitet er tilfredsstillende eller ikke, sammenlignet med de forut fastlagte effektivitets-kriterier. Hvis effektiviteten er tilfredsstillende, fortsetter prosessen til programvareblokk 278, og hvis ikke dette er tilfelle fortsetter prosessen til programvareblokk 288, hvor regulatoren utnyttes til å forandre minst en driftstilstand for den neddykkbare elektriske pumpe. Regulatoren 411 kan f.eks. bruke motorregulatoren 412 til å forandre pumpen fra en «på»-tilstand til en «av»-tilstand. Alternativt kan regulatoren 411 benytte motorregulatoren 412 til å forandre driftshastigheten av den neddykkbare elektriske pumpe. I samsvar med programvareblokken 290, blir vedkommende forandringstilfelle registrert og/eller over-ført til et fjerntliggende sted på jordoverflaten eller et sted under overflaten inn i brønnboringen. Eventuelt, i samsvar med programvareblokken 292, kan regulatoren 411 anvendes til å overføre en kommando til fjerntliggende brønnborings-utstyr, idet denne kommando avgis som en følge av påvist økning eller minskning av arbeidseffektiviteten for den neddykkbare elektriske pumpe, anvendt som separator. Prosessen ender i programvareblokken 294.

I henhold til foreliggende oppfinnelse kan den forbedrede neddykkbare elektriske pumpe 11 anvendes for å overvåke lagertemperaturer i de roterende komponenter i pumpen. Fig. 2X er et flytskjema som viser iverksatt databehand-lingsprosess for overvåkning av lagertemperatur i den neddykkbare elektriske pumpe 11. Prosessen begynner i programvareblokk 1202 og fortsetter i programvareblokk 1204, hvor lagertemperaturen overvåkes ved anvendelse av en eller flere temperaturfølere, slik som termoelementer som er plassert så nær lagrene av interesse som mulig. I samsvar med programvareblokken 1206 utnyttes så regulatoren for å sammenlikne de registrerte temperaturer med temperaturterskler som foreligger i program-datalageret. I overensstemmelse med programvareblokken 1208 fastlegger regulatoren om terskelen eller tersklene er blitt overskredet; hvis dette ikke er tilfelle vender prosessen tilbake til programvareblokken 1204, men hvis overskridelse har funnet sted, vil prosessen fortsette til programvareblokken 1210, hvor en forut valgt driftstilstand forandres i samsvar med program-instruksjoner. Driftshastigheten kan f.eks. nedsettes for å bringe en unormalt høy lagertemperatur ned til et godtakbart temperaturområde. I overensstemmelse med programvareblokkene 1212, 1214 og 1216 utnyttes regulatoren derpå til å registrere data som kan representere et «tilfelle», slik som en unormalt høy lagertemperatur, for eventuelt å rapportere det forekommende tilfelle til et annet sted på eller under jordoverflaten, samt eventuelt å avgi en kommando til elektrisk styrbart utstyr på eller under jordoverflaten. Prosessen slutter i programvareblokken 1218. Hvis lagertemperaturen antyder at driftssvikt er sannsynlig, så kan regulatoren i samsvar med foreliggende oppfinnelse bringe den neddykkbare elektriske pumpe til en «av»-tilstand, og kan også avgi kommandosignaler til strømningsregulerende utstyr, slik som ventiler, med det formål å forandre fluidstrømningen i brønnborin-gen. En ventil kan f.eks. anvendes for å stenge av en eller flere bestemte soner for å forhindre strømning av borebrønnfluid inn i borehullet, inntil den eventuelle lagerfeil kan analyseres og en avgjørelse treffes om pumpedriften kan fortsette.

Den forbedrede neddykkbare elektriske pumpe 11 i henhold til foreliggende oppfinnelse kan også anvendes til å overvåke motortemperatur under drift. Fig. 2Y er et flytskjema som viser iverksetting av databehandlingstrinn for overvåkning av motortemperaturen. Prosessen begynner i programvareblokk 1220 og fortsetter i programvareblokk 1222, hvor motortemperaturen overvåkes. I samsvar med programvareblokk 1224 sammenligner så regulatoren den påviste temperatur med temperaturterskler som foreligger i programlageret. Som angitt i programvareblokk 1226 bestemmer derpå regulatoren om pumpetemperaturtersklene er blitt overskredet. Hvis dette ikke er tilfelle vender regulatoren tilbake til programvareblokk 1222, men hvis terskler er overskredet fortsetter prosessen i programvareblokk 1228, hvor minst en driftstilstand forandres i samsvar med programinstruksjoner. Hvis f.eks. motortemperaturen er fastlagt å være for høy for sikker drift, kan f.eks. den neddykkbare elektriske pumpe bli overført til en «av»-tilstand, eller alternativt kan driftshastigheten av den neddykkbare elektriske pumpe reduseres. Etter dette kan motortemperaturen fortsatt overvåkes med det formål å fastslå om den neddykkbare elektriske pumpe 11 kan drives sikkert med nedsatt hastighet. I samsvar med programvareblokkene 1230,1232 og 1234 benyttes regulatoren til eventuelt å registrere tilfellet med høy motortemperatur («tilstanden»), for eventuelt å rapportere dette tilfelle til annet utstyr på eller under jordoverflaten, samt eventuelt å avgi et kommandosignal til utstyr på eller under jordoverflaten. Mange forskjellige kommandosignaler kan overføres til annet utstyr. F.eks. kan den neddykkbare elektriske pumpe 11 meddele det inntrufne forhold til motorregulatorer som befinner seg enten på jordoverflaten eller et annet sted, for derved å bringe motorregulatoren til å redusere den effekt som avgis til den neddykkbare elektriske pumpe 11, og på denne måte redusere dens driftshastighet. I tillegg kan ventiler som styrer fluidstrømningen inn i det område av brønnboringen hvor den neddykkbare elektriske pumpe 11 befinner seg, være delvis eller fullstendig lukket med det formål å redusere fluidstrømningene inn i brønnboringen mens den neddykkbare elektriske pumpe arbeider ved redusert hastighet. Prosessen ender i programvareblokk 1236.

Den neddykkbare elektriske pumpe 11 i henhold til foreliggende oppfinnelse kan anvendes for å overvåke isolasjonsmotstandens kvalitet på forskjellige steder. Dette oppnås ved å påtrykke en likespenning på et isolasjonsområde av interesse, samt å anvende en strømdetektor for å påvise lekkasjestrømmer som foreligger når det forekommer brist i eller nedbrytning av isolasjon. Figur 2Z er et flytskjema som viser databehandlingen ved prosesstrinn for overvåking av kvaliteten av isolasjonsmotstanden. Denne prosess begynner i programvareblokk 1238 og fortsetter i programvareblokk 1240, hvor regulatoren 411 benyttes til å overvåke isolasjonsmotstanden ved å påvise eventuelle lekkasjestrømmer. I samsvar med programvareblokk 1244 utnyttes regulatoren 411 så til å sammenligne den målte verdi med terskler som foreligger i datalageret. Som angitt ved programvareblokk 1246 anvendes regulatoren 411 til å fastslå om den måte isolasjonsmotstand overskrider den eller de terskler som inneholdes i datalageret. Hvis terskler ikke er overskredet, så vil regulatoren 411 vende tilbake til programvareblokk 1240, men hvis de fastlagte terskler virkelig er overskredet vil prosessen fortsette til programvareblokk 1248, hvor regulatoren utnyttes til å forandre minst en driftstilstand i samsvar med programmerte instruksjoner. Hvis f.eks. en alvorlig isola-sjonssvikt er påvist, som et «tilfelle», kan den neddykkbare elektriske pumpe koples om fra en «på»-tilstand til en «av»-tilstand for å unngå skade på pumpen. I overensstemmelse med programvareblokker 1250, 1252, 1254 anvendes regulatoren 411 deretter til å registrere det inntrufne tilfelle, eventuelt for å rapportere dette tilfelle til utstyr på eller under jordoverflaten, eller også eventuelt å avgi kommandosignaler til en eller flere innretninger på eller under jordoverflaten og som kan styres elektrisk. Prosessen slutter i programvareblokk 1256.

Den forbedrede neddykkbare elektriske pumpe i henhold til foreliggende oppfinnelse kan også anvendes til å overvåke de elektriske egenskaper av det rene fluid som inneholdes inne i motorhuset for den elektriske motor. Fig. 2AA viser et flytskjema over de iverksatte databehandlingstrinn ved en slik overvåkning av de elektriske egenskaper av det rene fluid ved den elektriske motor inne i den neddykkbare elektriske pumpe 11. Prosessen begynner i programvareblokk 1258 og fortsetter i programvareblokk 1260, hvor regulatoren 411 utnyttes til å overvåke de elektriske egenskaper av det rene fluid. Fortrinnsvis utnyttes følere til å overvåke motstandsevnen og/eller den dielektriske konstant med rene fluid. Hvis det foreligger en lekkasje av brønnboringsfluid inn i dette rene fluid, vil motstandsevnen og den dielektriske konstant for det rene fluid forandres, som et «tilfelle». I samsvar med programvareblokk 1262, benyttes så regulatoren 411 til å sammenlikne de fastlagte verdier med en eller flere terskler som foreligger i datalageret. I henhold til programvareblokk 1264, bestemmer da regulatoren 411 om terskelen eller tersklene er blitt overskredet. Hvis dette ikke er tilfelle fortsetter prosessen til programvareblokk 1260, men hvis en terskel virkelig er overskredet fortsetter prosessen til programvareblokk 1266, hvor regulatoren 411 utnyttes til å forandre minst en driftstilstand i samsvar med programinstruksjoner. I overensstemmelse med programvareblokker 1268,1270 og 1272 benyttes så regulatoren til å registrere det inntrufne tilfelle, for eventuelt å rapportere tilfellet til utstyr på eller under jordoverflaten, samt eventuelt å avgi kommandosignaler til fjerntliggende innretninger på eller under jordoverflaten. Programvareprosessen slutter i programvareblokk 1274.

Den forbedrede neddykkbare elektriske pumpe i henhold til foreliggende

oppfinnelse kan anvendes til å overvåke de elektriske egenskaper ved fluider som passerer gjennom denne pumpe. Fig. 2BB er et flytskjema over iverksatt databehandling ved overvåkning av en elektrisk egenskap ved fluider som passerer gjen-

nom den neddykkbare elektriske pumpe 11. Prosessen begynner i programvareblokk 1276 og fortsetter til programvareblokk 1278, hvor regulatoren 411 anvendes for å overvåke minst en elektrisk egenskap av fluidet. I samsvar med foreliggende oppfinnelse kan en eller flere av forskjellige kommersielt tilgjengelige følere anvendes for å overvåke motstandsevnen eller den dielektriske konstant av det fluid som passerer gjennom den neddykkbare elektriske pumpe 11 på spesielle steder inne i pumpen 11.1 overensstemmelse med programvareblokk 1280 anvendes regulatoren 411 til å sammenlikne de fastlagte verdier med en eller flere terskelverdier som foreligger i datalager. Som angitt ved programvareblokk 1282 bestemmer derpå regulatoren 411 om en eller flere terskler er blitt overskredet. Hvis dette ikke er tilfelle fortsetter prosessen til programvareblokk 1278, men hvis en terskel er overskredet vil prosessen fortsette i programvareblokk 1284, hvor

regulatoren 411 benyttes til å forandre en eller flere driftstilstander i samsvar med programinstruksjoner. Som det vil være velkjent, kan de elektriske egenskaper av fluid gi informasjon om det finnes eller ikke finnes petroleum i brønnboringsfluidet og dets relative andel av innholdet. Driftstilstanden for den neddykkbare elektriske pumpe 11 kan da moderere for å oppnå spesielle formål med hensyn til olje/vann-innholdet i de fluider som passerer gjennom den neddykkbare elektriske pumpe

11.1 samsvar med programvareblokker 1286, 1288 og 1290, benyttes derpå regulatoren 411 til å registrere forekomsten av dette tilfellet, eventuelt å rapportere dette tilfelle til utstyr på eller under jordoverflaten, samt eventuelt å avgi kommandosignaler til fjerntliggende utstyr på eller under jordoverflaten. Prosessen slutter i programvareblokken 1292.

Den forbedrede neddykkbare elektriske pumpe 11 i henhold til foreliggende oppfinnelse kan benyttes til å overvåke utgangsverdiene fra et miniatyrisert

faststoff-spektrometer med det formål å fastlegge den sannsynlige kjemiske sammensetning av brønnboringsfluidet. Fig. 2CC er et flytskjema som angir iverksatte databehandlingstrinn ved overvåkning av spektrometerdata. Prosessen begynner i programvareblokk 1201 og fortsetter i programvareblokk 1203, hvor utgangsverdiene for faststoff-massespektrometeret overvåkes. I samsvar med programvareblokk 1205 benyttes derpå regulatoren 411 til å tolke utgangsverdiene fra massespektrometret med det formål å bestemme den sannsynlige sammensetning av brønnboringsfluidet. Som angitt ved programvareblokk 1207 brukes regulatoren

411 så til å fastlegge om de tilsiktede sammensetningsverdier kan oppnås ved drift av den neddykkbare elektriske pumpe 11. Hvis dette er tilfelle fortsetter prosessen til programvareblokk 1203, men hvis det ikke er tilfelle vandrer prosessen videre til programvareblokk 1209, hvor regulatoren 411 anvendes til å forandre driftstilstander i samsvar med programinstruksjoner, slik som f.eks. drift av den neddykkbare elektriske pumpe 11 ved høyere eller lavere hastigheter. I overensstemmelse med programvareblokker 1211,1213 og 1215 brukes regulatoren 411 derpå til eventuelt å registrere forekomsten av vedkommende tilfelle, eventuelt å rapportere tilfellet til fjerntliggende utstyr på eller under jordoverflaten, samt eventuelt å avgi kommandosignaler til fjerntliggende innretninger på eller under jordoverflaten. Prosessen slutter i programvareblokk 1217.

Den neddykkbare elektriske pumpe 11 i henhold til foreliggende oppfinnelse kan anvendes for å overvåke mengdestrømverdier. Fig. 2DD er et flytskjema som angir iverksatte databehandlingstrinn for overvåkning av mengdestrømverdier inne i brønnboringen. Prosessen begynner i programvareblokk 1219 og fortsetter i programvareblokk 1221, hvor regulatoren 411 utnyttes til å overvåke og beregne mengdestrømverdier og/eller strømningsvolumer. I samsvar med programvareblokk 1223, anvendes regulatoren 411 deretter til å sammenlikne de beregnede mengdestrømverdier og/eller volumer med forutbestemte tilsiktede verdier og/eller grenser. I programvareblokk 1225, anvendes regulatoren 411 til å bestemme om disse verdier og/eller grenser er oppnådd. Hvis dette er tilfelle vender regulatoren 411 tilbake til programvareblokk 1221, men hvis det ikke er tilfelle benyttes regulatoren 411 som angitt i programvareblokk 1227, til å forandre minst en driftstilstand i samsvar med programinstruksjoner. I samsvar med programvareblokker 1229, 1231,1233 brukes regulatoren 411 så til å registrere det inntrufne tilfelle, eventuelt å kommunisere dette tilfelle til fjerntliggende utstyr på eller under jordoverflaten, eller eventuelt å avgi et kommandosignal til fjerntliggende innretninger plassert på eller under jordoverflaten. Prosessen slutter i programvareblokk 1235.

Ved alle de forutgående databehandlingsprosesser, vil «registrering» eller «opptak» av et «tilfelle» betegne lagring i datahukommelse av noen eller samtlige av (1) de avfølte rådata, (2) tilstandsdata, (3) foreløpige eller endelige beregninger av en eller flere pumpe- eller brønnboringsparametere, (4) den relative dato/tid for et inntruffet tilfelle, (5) hyppigheten eller totalt antall (telleverdi) av inntrufne tilfeller, (6) en registrering eller logg av overføringen av data og eventuelt tilførende kommandosignaler til forskjellige andre steder på jordoverflaten eller i brønnbor-ingen, (7) bekreftelse på mottak av data eller kommando fra slike andre steder på jordoverflaten eller i brønnboringen.

3. ANVENDELSER AV NEDDYKKBARE ELEKTRISKE PUMPER

I HENHOLD TIL FORELIGGENDE OPPFINNELSE

BRUK AV DEN NEDDYKKBARE ELEKTRISKE PUMPE: I samsvar med foreliggende oppfinnelse kan den neddykkbare elektriske pumpe anvendes i mange forskjellige fluidoverføringsoperasjoner, innbefattet visse prosesser som er kjente og andre som har preg av oppfinnelser. Den neddykkbare elektriske pumpe kan f.eks. anvendes i vanlige fluidoverføringsoperasjoner for å løfte brønnboringsflui-der fra et sted under jorden til et sted på jordoverflaten. Den neddykkbare elektriske pumpe i henhold til foreliggende oppfinnelse kan også benyttes til en oppfinnerisk fluidoverføringsprosess, slik som overføring av fluider fra et sted på eller under jordoverflaten til et annet sted på jordoverflaten. Den neddykkbare elektriske pumpe i henhold til oppfinnelsen kan f.eks. benyttes til fluidoverføring av fluider for behandling av brønnboringen, slik som syrevirkende fluider, emulgeringsmidler og brytemidler. I tillegg kan den neddykkbare elektriske pumpe i henhold til foreliggende oppfinnelse brukes til å overføre fraktureringsfluider som kan innholde eller omfatte en høy andel av partikkelmateriale, slik som brytemidler (sand, glassbiter og syntetiske korn). Den neddykkbare elektriske pumpe i henhold til oppfinnelsen kan også anvendes i en oppfinnerisk fluidoverføringsprosess for å forflytte fluider fra en underjordisk fluidkilde (eller reservoar) til en underjordisk måleposisjon for å oppnå en eller flere fremstillings- eller produksjonsformål. Slike formål omfatter separasjon av brønnboringsfluider, f.eks. eliminering eller fjerning av fri gass fra brønnboringsfluider, eller fjerning eller eliminering av vann fra slike fluider. Den forbedrede neddykkbare elektriske pumpe i henhold til foreliggende oppfinnelse kan anvendes til å komprimere fri gass på steder under jorden. Den komprimerte frie gass kan så drives inn i en eller flere spesielle geologiske formasjoner på en måte som fremmer ett eller flere produksjonsformål. Den frie gass fra en formasjon kan f.eks. separeres, komprimeres og drives inn i en annen formasjon med det formål å tillate eller fremme gassløftet produksjon av brønnboringsfluider fra vedkommende formasjon. Dette nedsetter eller eliminerer deponeringsproblemer i forbindelse med fri gass når den pumpes eller strømmer til brønnhodet. Den forbedrede neddykkbare elektriske pumpe i henhold til foreliggende oppfinnelse kan også anvendes for separasjon og innsprøyting av brønn-boringsvann. Dette brønnboringsvann kan fjernes fra en bestemt underjordisk geologisk formasjon (hvor det hovedsakelig utgjør et avfallsprodukt) og hensiktsmessig avvist til en annen underjordisk geologisk formasjon, hvor det kan tjene ett eller flere gunstige produksjons- eller fremstllingsformål. Brønnboringsvannet kan f.eks. drives inn i en spesiell underjordisk geologisk formasjon og derved utgjør en del av en vannoverstrømningsprosess. Det vann som ordinært skulle ha vært hevet til jordoverflaten og fjernet ved hjelp av disponeringstjenester (ganske kostnadskrevende), kan da tjene et hensiktsmessig formål i vannoverstrømningssonen for derved å drive hydrokarboner mot en eller flere produksjonsbrønner.

NOEN VANLIGE ANVENDELSER OG KONFIGURASJONER AV NEDDYKKBARE ELEKTRISKE PUMPER: Figurene 3A-3J angir vanlige anvendelser og konfigurasjoner av de neddykkbare elektriske pumper. Slike anvendelser og konfigurasjoner kan brukes eller benyttes ved den forbedrede neddykkbare elektriske pumpe i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Fig. 3A, 3B og 3C viser noen vanlige installasjoner av neddykkbare elektriske pumper i «skjermet konfigurasjon». Denne skjermede konfigurasjon avviker fra den utførelse som er vist i fig. 1A ved det trekk at pumpeelementet er plassert i eller under perforeringssonen. I denne utforming oppnås motornedkjøling ved å omgi motorhuset med en skjerm (kjent som en «motorkappe») opp til like over pumpeinntaket. Motorkappen kan enten ha åpen ende eller være avtettet ved anvendelse av en rampe. I fig. 3A er kappen 312 vist å dekke pumpeinntaket, avtet-ningspartiet samt den elektriske motor. Et sentreringsstykke 316 fastlegger kap-pens stilling i forhold til den neddykkbare elektriske pumpe. Brønnboringsfluider strømmer gjennom perforeringer 318 inn i brønnboringen. En strømningsbane 322 er dannet gjennom sentreringsstykket 316. Fluidet strømmer oppover inne i kappen 312, hvor det tas inn i pumpen 310 gjennom pumpeinntaket. Kappen 312 kan tjene til å nedsette gassmengden som trenger inn i pumpen 310. Da pumpen 310 er utsatt for brønnboringsfluider etter at de har passert gjennom perforeringene 318, kan strømningen av brønnboringsfluider i tillegg utnyttes for å gi kjøling til pumpen 310. Fig. 3B viser en kappe 326 anordnet omkring pumpeinntaket, tetningspartiet og den elektriske motor i den neddykkbare elektriske pumpe. En rampe 328 er forbundet med kappen 326. Brønnboringsfluid strømmer gjennom perforeringer 330 og oppover gjennom en sentral utboring 332 i rampen 328. Fig. 3C viser en kappe 334 som bare dekker selve pumpepartiet av den neddykkbare elektrisk pumpe. Motoren 338 har ikke kappe, og kan således nedkjøles av strøm-men av brønnboringsfluider gjennom perforeringene 340. Borbrønnfluidene strøm-mer inn i kappen ved åpning 342. Sentreringsstykket 336 er anordnet for å fastlegge den relative posisjon av kappen 334 i forhold til den neddykkbare elektriske pumpe.

I fig. 3D er pumpen anordnet som en forsterkningspumpe, hvor den neddykkbare elektriske pumpe anvendes som en forsterkningspumpe for å øke det innkommende trykk. Som vist, er den neddykkbare elektriske pumpe 344 installert i en grundtliggende vertikal senkekasse som er vanlig kjent som en «kanne». En innkommende strømningsledning 346 er koplet til kannen. Den mater fluid inn i kannen og den neddykkbare elektriske pumpe 344. Den neddykkbare elektriske pumpe 344 løfter fluidet gjennom rørstykker 348, 352. Alt etter den foreliggende anvendelse, kan flere forsterkningspumper koples sammen i serie eller parallell. I en slik seriekopling er utløpet fra en forsterkerpumpe forbundet med innløpet til et annet forsterkerpumpetrinn. Ved en slik oppbygning vil mengdestrømmen gjennom de forskjellige pumper forbli den samme mens trykket øker etterhvert som fluidet strømmer fra et forsterkertrinn til det neste. I en parallell-kopling er på den annen side forsterkningspumpene koplet til et felles utløps-manifold, og utløps-trykket er da det samme, mens produksjons-mengdestrømmene adderer seg til hverandre. Neddykkbare elektriske pumper anvendes som hjelpepumper for å gi tilleggstrykk til lange rørledninger for pumping av produserte fluider til lagring og behandlingsutstyr. Neddykkbare elektriske pumper brukes også som hjelpepumper for å øke trykket i vanninnsprøytningsutstyr for vannoversvømming.

Fig. 3E viser bruk av en neddykkbar elektrisk pumpe 354 for innsprøytning av underjordisk vann fra en formasjon inn i en annen. Som vist, strømmer da underjordisk vann fra vannbærende formasjoner 356 inn i brønnboringen, hvor det trekkes oppover av en neddykkbar elektrisk pumpe 354 og løftes gjennom en pro-duksjonsrørstreng 358. Fluidet passerer gjennom brønnhode 360 og ledningen 362, samt deretter nedover gjennom brønnhodet 364 for en innsprøyningsbrønn. Fluidet passerer gjennom rørstrengen 366 som er holdt på plass og isolert ved hjelp av pakninger 368. Vannet trenger så inn i formasjonen 370 gjennom perforeringer, hvor det anvendes for å drive hydrokarboner til en eller flere produksjons-lønner. Fig. 3F viser anvendelse av et tetningsparti i kombinasjon med en neddykkbar elektrisk pumpe. Som vist, bæres en neddykkbar elektrisk pumpe 372 av en rørstreng 374. Et tetningsparti 376 er plassert på oversiden av den av neddykkbare elektriske pumpe 372. Elektriske gjengeforbindelser 378, 380 er anordnet for å tillate gjennomføring av den elektriske leder som tilfører effekt tii den neddykkbare elektriske pumpe 372. Denne oppbygning kan anvendes for å frembringe en dobbeltsone uten sammenblandede fluider. I tillegg kan denne konfigurasjon anvendes for å beskytte kabler fra skade på grunn av gassmetning i en høytrykks-brønn. Justerbar sammenkopling 382 er anordnet mellom den neddykkbare elektriske pumpe 372 og tetningspartiet 376. Denne tjener til å fjerne overskuddsslakk fra motorens tilførselskabel. Fig. 3G viser en neddykkbar elektrisk pumpe 384 som anvendes i kombinasjon med et «Y»-verktøy. Dette «Y»-verktøy anvendes for å tillate inspeksjon nede i borehullet med trådledningsutstyr når en neddykkbare elektrisk pumpe befinner seg i brønnen. Som vist er den neddykkbare elektriske pumpe 384 forbundet med en produksjonsrørstreng 386 ved hjelp av Y-verktøyet 388. Flatkabelen 394 passerer over Y-verktøyet 388 og nedover til motorpartiet av den neddykkbare elektriske pumpe 384. En forbiført rørledning 390 er også koplet til Y-verktøyet 388. Den neddykkbare elektriske pumpe 384 er ved hjelp av kabelklemmer 392 koplet til utsiden av forbiføringsrøret 390. En trådledning kan være senket ned gjennom produksjonsrørstrengen 386 og Y-verktøyet 388 samt gjennom forbiføringsrøret 390 for å kunne utføre trådstyrte målinger av brønnboringen og den omgivende formasjon.

ANVENDELSE FOR GASSKOMPRESJON OG UNDERJORDISK INNSPRØYT-NING AV AVFALLSVANN: Neddykkbare elektriske pumper er i vanlig bruk i olje-brønner. Neddykkbare elektriske pumper har funnet spesielle anvendelser i brøn-ner som produserer en høy andel av vann i forhold til olje, og hvor formasjonstrykket ikke er tilstrekkelig for naturlig utstråling fra brønnen. En typisk neddykkbar elektrisk pumpe er av sentrifugal-utføreise og har et stort antall trinn av kompressorer og diffusorer. Pumpen er montert på en elektrisk motor nede i borehullet og denne sammenstilling bæres i brønnen på produksjonsrørledningen. En strøm-kabel strekker seg langs rørledningen til motoren av tilførsel av effekt fra overflaten.

I visse tilfeller produserer en brønn mengder av gass sammen med væske. Sentrifugalpumper er utført for å pumpe ukomprimerbare væsker. Hvis en tilstrekkelig gassmengde foreligger, vil pumpen få nedsatt effektivitet på grunn av at gassen er sammentrykkbar. Gass-separatorer har vært anvendt for å redusere den mengde gass som trenger inn i sentrifugalpumpen. En gass-separator separerer en blanding av væske og gass ved hjelp av sentrifugalkraft. Væsken strømmer gjennom et sentralt område inn i inntaket for pumpen. I henhold til kjent teknikk avgis gassen gjennom gassutløpsporter inn i det ringformede rom som omgir pumpen. Gassen i dette ringformede rom samles opp på jordoverflaten ved brøn-nen og innføres ofte gjennom en tilbakeslagsventil inn i produksjonsrørledningen på jordoverflaten.

Neddykkbare elektriske pumper kan ikke anvendes hvis en brønn hovedsakelig produserer gass. Gassbrønner produserer normal ved hjelp av sin egen indre drivkraft, som skriver seg fra formasjonstrykket. I visse tilfeller er imidlertid gass-strømningen utilstrekkelig, enten på grunn av dårlig gjennomtrengelighet eller lavt trykk. I disse tilfeller bringes brønnene vanligvis ikke til å produsere.

Gasskompressorer er naturligvis velkjent i industrien. Sentrifugal-gasskompressorer benytter seg av trinn av roterende kompressorhjul inne i stato-rer eller diffusorer. Denne utførelse er imidlertid slik at de i drift vil komprimere gass og ikke pumpe væske. Vanligvis må en sentrifugal-gasskompressor arbeide med meget høyere rotasjonshastighet enn en væskepumpe.

I sammenheng med foreliggende oppfinnelse kan en gasskompressor nede i et borehull anvendes for å komprimere den gass som produseres i en brønn, samt for overføring av gassen til et valgt mottakssted. Gasskompressoren er da av sentrifugaltype og drives av en elektrisk motor nede i borehullet. Den høyere hastighet som kreves av gasskompressoren kan frembringes av den elektriske motor selv, eller den kan frembringes ved en hastighetsøkende drivoverføring.

Ved en viss anvendelse kan en brønn frembringe hovedsakelig gass med små mengder væske. I et slikt tilfelle kan en sentrifugalpumpe monteres på undersiden av den samme elektriske motor som driver gasskompressoren. Pumpen er montert med sitt utløp vendt nedover. En pakning avtetter utløpet fra pumpens inntak. Utløpssone-perforeringer er anordnet på undersiden av pakningen. En blanding av væske og gass strømmer gjennom den produserende formasjons perforeringer inn i brønnen. Separasjon opptrer på grunn av tyngdekraften eller ved hjelp av en gass-separator, idet væske bringes til å strømme nedover til pumpeinntaket og gass til å strømme oppover til inntaket for gasskompressoren. Inntaket for gasskompressoren er da plassert over væskenivået.

I et annet tilfelle kan brønnen hovedsakelig produsere væske, men iblandet noe gass. I dette tilfelle kan perforeringer i en nytrykksetnings-sone være plassert på oversiden av produksjonssonens perforeringer. En sprikende pakning skiller disse perforeringer fra produksjonsperforeringene. En neddykkbar elektrisk pumpesammenstilling er installert inne i brønnen samt oppstilt for å avgi væske inn i rørledningen for strømning til jordoverflaten. Denne neddykkbare elektriske pumpesammenstilling har en gass-separator. Utløpsportene for gass-separatoren har åpning ut i brønnen. En gasskompressor er også montert i brønnen, med sitt inntak plassert over gass-separatorens utløp. Utløpet fra gass-separatoren fører til en sone for ny trykksetning. Gasskompressoren og pumpen vil da ha separate motorer i dette tilfelle. Drift av begge motorer får gass-separatoren til å separere gass fra væsken, idet gassen avgis for strømning inn i gasskompressoren. Gasskompressoren trykksetter gassen og overfører den til nytrykksettings-sonen.

I fig. 3H er brønnen 311 en kapslet brønn med et sett perforeringer 313 fra produksjonsformasjonen. Perforeringene 313 danner en bane for gass som inneholdes i jordformasjonen til strømning inn i brønnen 311. En rørledningsstreng 315 strekker seg fra jordoverflaten ned i brønnen. En gasskompressor 317 bæres på den nedre ende av rørledningen 315. Gasskompressoren 317 er av sentrifugaltype og har et antall trinn for komprimering av gass som inneholdes i brønnen 311. Utløpet eller avløpet fra gasskompressoren 317 står i forbindelse med rør-ledningen 315. Inntaksåpninger 318 er plassert ved den nedre ende for å trekke inn gass som strømmer gjennom perforeringene 313.

Gasskompressoren 317 er vist koplet til en hastighetsøkende drivoverføring 319. Drivoverføringen 319 er ved sin nedre ende forbundet med et tetningsparti 320 for en trefaset vekselstrømsmotor 321, som har en aksel for å drive overføringen 319. Tetningspartiet 320 befinner seg på oversiden av motoren 321 for av-tetning av smøremidlet inne i motoren 321, og kan anses for å utgjøre en del av den elektriske motorsammenstilling. Tetningspartiet 320 kan også ha et aksialtrykk-lager for å oppta den nedoverrettede kraft som frembringes av gasskompressoren 317. En strømkabel 323 strekker seg fra jordoverflaten til motoren 321 for tilførsel av elektrisk effekt. Utgangsakselen fra drivoverfø ringen 319 vil drive gasskompressoren 317 med vesentlig høyere hastighet enn motoren 321.

Den ønskede hastighet for gasskompressoren 317 vil være meget høyere enn vanlig hastigheter for de sentrifugalpumper som anvendes i oljebrønner. Den hastighet som kreves er hovedsakelig proporsjonal med den ønskede mengde-strøm. Motoren 321 kan, hvis den er en to-polet motor, typisk drives i området fra 3500-10500 omdreininger pr. minutt ved effekttilførselens vanlige frekvenser. Ved produksjon med lav mengdestrøm, slik som 500 kubikkmeter pr. time, må rotasjonshastigheten for gasskompressoren 317 være minst 9000 omdreininger pr. minutt. Høyere mengdestrømmer på 1500-2000 kubikkmeter pr. time krever hastigheter på 20,000-30,000 omdreininger pr. minutt. I fig. 3H gir drivoverfø ringen 319 de høyere hastigheter, hvis imidlertid bare lavere mengdestrømmer er ønsket, kan drivoverføringen 319 utelates. Fig. 31 viser en aksialstrømningskompressor 325 som kan anvendes som gasskompressor 317 i fig. H. Aksialstrømnings-kompressoren 325 har et rørformet hus 327 som inneholder et stort antall løpehjul 329. Løpehjulene 329 bringes til å rotere inne i statoren 31, som også kan anses som et sett av diffusorer. En aksel 333 utgjør rotasjonsaksel for drivhjulene 329. Hvert trinn av løpehjul 329 og stator 331 hører til en større økning i trykk. Fig. 3J viser en kompressor 335 med radial strømning og som også kan anvendes som gasskompressor 317 i fig. 3H. Vanligvis frembringer en radial-strømnings-kompressor, slik som kompressoren 335, høyere trykk, men lavere mengdestrømmer enn aksialstrømnings-kompressoren 325. Radialstrømnings-kompressoren 335 har flere løpehjul 337 som hver befinner seg inne i en diffusor 339. Utformingen er slik at strømningen har radiale komponenter utover og inn-over fra ett trinn til det neste. I aksialstrømningskompressoren 325 i fig. 31 er strømningen hovedsakelig aksialt rettet med meget små radialkomponenter inn-over og utover.

Idet utførelseseksempel som er vist i fig. 3K forventes brønnen å produsere hovedsakelig gass, skjønt mindre væskemengder, vanligvis vann med høyt salt-innhold, vil bli frembrakt sammen med gassen. I dette eksemplet blir vannet fjernet heller enn å bringes til overflaten. Brønnen 341 var produksjonssone-perforeringer 343 som frembringer gass sammen med vann. Brønnen 341 vil også ha perforeringer 345 i en deponeringssone under produksjonssonen. En rørstreng 347 strekker seg fra jordoverflaten ned i brønnen 341. En gasskompressor 349 er forbundet med den nedre ende av rørledningen 347. Gasskompressoren 349 har innløpsporter 351 som mottar gass fra det rørformede område som er dannet inne i brønnen 341.

En drivoverfø ring 353 øker hastigheten av kompressoren 349 over hastigheten for den elektriske motor 355. Som en del av den elektriske motorsammenstilling, er et tetningsparti 354 plassert ved den øvre ende av motoren 355 for av-tetning av smøremidlet som befinner seg inne i den elektriske motor 355. Tetningspartiet 354 kan også ha et aksialtrykk-lager for å oppta aksialt trykk-kraft som frembringes av gasskompressoren 349. En pumpe 359 er plassert på undersiden av et tetningsparti 357 som befinner seg ved den nedre ende av motoren 355. Tetningspartiet 357 avtetter den nedre ende av motoren 355 mot innstrømning av vann og utligner det indre smøremiddeltrykk med det hydrostatiske vanntrykk. Tetningspartiet 354 har også et aksialtrykk-lager for å oppta aksialtrykk som frembringes av pumpen 359. Pumpen 359 har inntaksåpninger 361 ved sin øvre ende samt utløpsåpninger 363 ved sin nedre ende. En isolasjonspakning 365 avtetter pumpen 359 overfor foringen av brønnen 341, mellom utløpet 363 og inntakspor-tene 361. Pumpen 359 er en roterbar pumpe som drives av en motor 355. Fortrinnsvis er den en vanlig sentrifugalpumpe med et antall pumpetrinn, som hvert er utstyrt med et kompressorhjul og en diffusor.

Ved drift av brønnen 341 i fig. 3K, vil motoren 355 drive både pumpe 359 og gasskompressor 349. Den gass og væske som strømmer gjennom perforeringene 349 separeres av tyngdekraften, slik at vannet strømmer nedover i brønnen 341 mot pakningen 365. Pumpen 359 er konstruert for å tillate at det bygges opp et væskenivå 367 på oversiden av inntaksporten 361. Væskenivået 367 vil ligge under gasskompressorens inntaksporter 351, da inntrengning av væske inn i gasskompressoren 349 vil være skadelig. Pumpen 359 vil pumpe væske, slik som angitt ved piler 371, inn i deponeringsperforeringene 345. De stiplede piler 369 angir strøm av gass inn i gasskompressorinnløpet 351. Gasskompressoren 349 komprimerer gassen og pumper den gjennom rørledningen 347 til jordoverflaten for behandling der.

I brønnen 373 i fig. 3L vil væske bli overført til overflaten, da den vil inne-holde kommersielt utnyttbare oljemengder. I dette tilfelle er gassen vist utnyttet nede i borehullet fortrykksetningsformål. Gassen kunne imidlertid også være sendt til jordoverflaten, hvis dette var ønskelig. Brønnen 373 er av samme art som de tidligere nevnte brønner, bortsett fra at den vanligvis vil ha en noen større diameter. Den vil ha produksjonssone-perforeringer 375.1 det foreliggende eksempel vil den ha perforeringer 377 i en sone for fornyet trykksetning og som befinner seg over produksjonssone-perforeringene 375. En rørledningsstreng 379 strekker seg fra jordoverflaten til en vanlig nedsenkbar sentrifugalpumpe 381. Pumpen 381 er forbundet med en gass-separator 383. Gass-separatoren 383 kan være av vanlig utførelse, slik som vist i US-patentskrift nr. 5,207,810, som er utgitt 4. mai 1993. Separatoren 383 har roterende komponenter som ved hjelp av sentrifugalkraften separerer den tyngre væske fra de lettere gasskomponenter. Væske strømmer opp gjennom et sentralt område inn i inntaket for pumpen 381. Gassen strømmer ut av gassutløpsporter 385 inn i brønnen 373. Gass-separatoren 383 har inntaksporter 387 ved sin nedre ende. Som en del av motor-sammenstillingen, er et tetningsparti 389 innført mellom gass-separatoren 383 og motoren 391. Tetningspartiet 389 er av vanlig type og utligner det hydrostatiske trykk på utsiden av motoren 391 med det indre trykk. Tetningspartiet 389 har også et aksiallager for å oppta aksialt trykk frembrakt av pumpen 381.

Et par pakninger 393, 395 isolerer perforeringene 377 i sonen for fornyet trykksetning. Rørledningen 379 strekker seg avtettet gjennom pakningene 393, 395. Et utløpsrør 397 strekker seg også gjennom den nedre pakning 393, for å av-gi gass inn i perforeringene 377 mellom pakningene 393 og 395. En gasskompressor 399 er tilsluttet utløpsrøret 397. Gasskompressoren 399 har et nedre inntak 401 som befinner seg i avstand over væskenivået 402 i brønnen 373. Inntaket 401 ligger også i avstand over gass-separatorens utløpsporter 385, slik at gass vil strømme oppover og inn i inntaksåpningene 401. En elektrisk motor 403 med et tetningsparti 405 er koplet til den nedre ende av gasskompressoren 399 for å drive denne på samme måte som tidligere beskrevet.

Ved drift av den utførelse som er vist i fig. 3L, vil gass og væske strømme inn fra produksjonsperforeringene 375. Som angitt ved piler 407, vil blandingen strømme oppover og inn i gass-separatorens inntaksåpninger 387. Gass-separatoren 383 separerer en betraktelig andel av gassen fra væsken, og pilene 409 angir gassutløpet fra gassutløpsåpningene 385. Væsken strømmer inn i pumpen 381, og derfra blir den pumpet til jordoverflaten gjennom rørledning 379. Gasskompressoren 399 trykksetter den fraskilte gass og tvinger den inn i perforeringene 377 i trykksetningssonen for å trykksette på nytt gasshetteområde i jordformasjonen. Noe fri gass fra produksjonssonen 275 vil strømme direkte inn i gasskompressorinntaket 401, forbi gass-separatoren 383.

Foreliggende oppfinnelse medfører vesentlige fordeler. Bruk av en gasskompressor nede i borehullet tillater utvikling av gass som mangler tilstrekkelig naturlig drivkraft til å strømme til overflaten. Anvendes en pumpe sammen med gasskompressoren muliggjør eventuelt utvinning av gass og deponering av væske samtidig. Ved et annet tilfelle er det mulig å utvinne væske mens gassen anvendes nede i borehullet for ny trykksetting.

BRUK AV NEDDYKKBARE ELEKTRISKE PUMPER FOR Å AVGI PARTIKKELMATERIALE: I henhold til foreliggende oppfinnelse kan neddykkbare elektriske pumper anvendes som lokale hjelpepumper for å avgi partikkelmateriale, slik som sementmaterialer som anvendes under fremstillingsarbeidene, samt frakturering av fluider og fremstillingsfluider, emulgeringsmidler og lignende som også anvendes under fremstillingsarbeidene. Fig. 3K og 3L viser utnyttelse av neddykkbare elektriske pumper i samsvar med foreliggende oppfinnelse for avgivelse av partikkelmateriale til fjerntliggende brønnboringssteder.

Fig. 3M viser anvendelse av neddykkbar elektrisk pumpe 421 som lokal hjelpepumpe forfraktureringsarbeider. Som vist, er den neddykkbare elektriske pumpe 421 opphengt på rørledningsstrengen 422 inne i brønnboringen 423. En blander 424 og overflatepumpe 425 er koplet til rørledningsstrengen 422, samt utnyttes for å blande og pumpe fraktureringsfluid ned i brønnboringen gjennom rørledningsstrengen 422. Fraktureringsfluidet inneholder vanligvis en stor andel partikkelmateriale, slik som sand, glassbiter eller syntetisk materiale. Under en fraktureringsprosess blir blandingen av fluid og partikkelmateriale (kjent som «proppant»-materiale) pumpet under høyt trykk inn i formasjonen. Partikkelmaterialet drives inn i og utvider sprekker i formasjonen. Formasjonen kan også være utsatt for syrepåvirkning eller andre produksjonsfremmende kjemiske behandlin-ger under fraktureringsarbeidet. Emulgeringsmidler og lignende kan anvendes for å frigjøre hydrokarboner fra formasjonene og muliggjøre produksjon. Som vist i fig. 3M, løper fraktureringsfluidet ut gjennom åpninger 426 i rørledningsstrengen og samles opp i det ringformede området omkring den neddykkbare elektriske pumpe 421. Pakningen 428 er anordnet for å holde tilbake strømningen av fluid nedover i brønnboringen. Fluidet samler seg da i de ringformede områder som omgir den neddykkbare elektriske pumpe 421, og trekkes inn i pumpen ved inngangsåpninger 427. Fraktureringsfluidet pumpes nedover i rørledningsstrengen 429 gjennom isolasjonspakninger 430. Fraktureringsfluidet trenger gjennom perforeringer 431 inn i formasjonen 432, hvor de høye trykk driver partikkelmaterialet inn i sprekker med det formål å utvide disse og holde dem i åpen tilstand.

Denne teknikk er overlegen den tidligere kjente teknikk som bare utnytter pumpeutstyr på jordoverflaten for å avgi fraktureringsfluider, innbefattet proppan-tene, inn i målformasjonen. På produksjonsplattformer til havs er det meget lite tilgjengelig plass for utstyr. Overflatepumper er store og tar i bruk en stor andel av overflateområdet på fremstillingsplattformen. Anvendelse av neddykkbar elektriske pumpe 421 i brønnboringen 423 for forsterket fremdrift av fraktureringsfluidet resulterer i at det blir mulig å bruke færre og mindre overflatepumper for effektiv frakturering av en formasjon. Som det vil være velkjent innenfor fagområdet, kreves det en stor effektandel for å overvinne friksjonstapet ved avgivelse av fraktureringsfluider. Med nedsenkbar elektrisk pumpe 421 anbrakt nær målformasjonen for fraktureringsarbeidet, vil det være mulig å øke trykket og oppnå bedre avgivelse av fraktureringsfluider enn det som kan oppnås ved den tidligere kjente teknikk som bare benytter pumping på jordoverflaten. Løpehjul og diffusorer i pumpeutstyret er naturligvis herdet ved hjelp av vanlig herdeteknikk for å oppnå hard overflate (slik som vist og omtalt i sammenheng med fig. 1K). Etter at fraktu-reringsprosessen er fullført kan den neddykkbare pumpe fjernes fra brønnborin-gen og gjøres til gjenstand for service-arbeide med det formål å erstatte utslitte eller skadede deler. Pumpedelene kan lett skades da fraktureringsfluidene inneholder en ytterst høy andel av partikkelmateriale, og idet de pumpes med slike store krefter. Skjønt vedlikeholdsomkostningene i sammenheng med renovering av den neddykkbare elektriske pumpe 421 kan være store, vil de sannsynligvis være vesentlig mindre enn leie, transport og andre omkostninger som foreligger ved overflatepumper. Sett i sammenligning, kan store kostnadsbesparelser oppnås ved anvendelse av neddykkbare elektriske pumper ved levering av partikkelmateriale under fraktureringsarbeider.

Fig. 3N viser bruk av en neddykkbare elektrisk pumpe 435 for levering av sementaktig materiale under f remstillingsoperasjoner. Som det er vist, er den neddykkbare elektriske pumpe 435 opphengt på rørledningsstrengen 437 inne i foringsstrengen 436. Et mellomrom 439 foreligger mellom foringsstrengen 436 og de omgivende formasjon 438. Formålet under fullføringsarbeidet er å fylle mellomrommet 439 med sementaktig materiale med det formål å feste foringsstrengen 436 i stilling i forhold til formasjonen. I skissen på fig. 3N er mellomrommet 439 mellom foringsstrengen og formasjonen 438 vist i overdrevet form, og den vil i vir-keligheten være meget mindre i relativ diameter enn det som er vist. I samsvar med foreliggende oppfinnelse anvendes en overflatepumpe 440 for å avgi sementaktig materiale til det ringformede område 443 mellom den elektriske neddykkbare pumpe 435 og foringsstrengen 436. Strømningen av sementaktig materiale i fig. 3N er vist ved piler. Det sementaktige materiale mottas av en neddykkbar elektrisk pumpe 435 ved inngangsåpningene 441, samt pumpes gjennom inntil mellomrommet 439 er fylt. Det sementlignende materiale pumpes nedover gjennom overgangsverktøy 442 og inn i mellomrommet mellom foringsstrengen 436 og formasjonen 438. På denne måte kan den neddykkbare elektriske pumpe 435 anvendes som en lokal drivpumpe eller hjelpepumpe for å avgi sementaktig materiale under fremstillingsarbeider, og særlig under foringsprosesser. Liksom ved utnyttelse av foreliggende oppfinnelse under fraktureringsarbeider, vil det sementaktige materiale bevirke kraftig nedslitning av komponentene i den neddykkbare elektriske pumpe 435. Omkostningene ved renovering av den neddykkbare elektriske pumpe 435 er imidlertid ikke store sammenlignet med omkostningene i forbindelse med transport og drift av pumpeutstyr på jordoverflaten. I sammenheng med foreliggende oppfinnelse kreves bare mindre og færre overflatepumper for å fremføre det sementaktige materiale til fjerntliggende brønnboringsplasseringer. Da den neddykkbare elektriske pumpe 435 er plassert nær inntil det tilsiktede leveringspunkt, kan mer effektiv fremføring av det sementaktige materiale oppnås.

BRUK AV NEDDYKKBARE ELEKTRISKE PUMPER I KOMBINAJSON MED LOKALE PROSESSORER OG KLO- KOPLINGER FOR DYNAMISK Å ENDRE

KOMPRESJONSPROSESSER: Foreliggende oppfinnelse kan også anvendes for gasskompresjon i en brønnboring på en måte som dynamisk overvåker og regulerer kompresjonsprosessene. Denne prosess er vist under henvisning til fig. 30. Som vist, er en neddykkbar elektrisk pumpe 452 opphengt inne i en brønnboring på en rørledningsstreng 451 tett inntil den produserende formasjon 456. Den produserende formasjon 456 er i stand til å produsere både gass og brønnboringsflui-der, inkludert vann og olje. Den neddykkbare elektriske pumpe 452 omfatter en elektrisk motor-sammenstilling 453 samt en gass-separator-sammenstilling 462. Gass-separator-sammenstillingen 462 omfatter inntaksåpninger 454 og utgangsåpninger 455. Den neddykkbare elektriske pumpe 452 omfatter også en under-ordnet pumpe-sammenstilling 464. Brønnboringsfluider 457 inne i brønnboringen 450 trekkes inn i separator-sammenstillingen 462 ved inngangsåpningene 454. Som vanlig fraskilles olje og vann fra den frie gass. Den frie gass drives ut fra separator-sammenstillingen 462 ved utgangsåpninger 455. Gassen samles opp i brønnboringsområdet over brønnboringsfluidene 457. Oljen og vannet løftes tii jordoverflaten gjennom produksjonsrørstrengen 451 ved bruk av pumpeseksjonen 464.1 samsvar med foreliggende oppfinnelse samles den frie gass opp på oversiden av brønnboringsfluidet 457, og fraskilles ved brønnens øvre ende ved isola-sjonsinnretninger 466, slik som pakninger.

En neddykkbar elektrisk pumpe 458 befinner seg også inne i brønnborin-gen 450. Denne omfatter en elektrisk motordel 459, en klo-koplingsdel 460 og en kompressordel 461. Fortrinnsvis trekkes den frie gass som er oppfanget mellom brønnboringsfluidet 457 og isolasjonsinnretningene 466 trukket inn i inntaksåpninger 468 for kompressordelen 461, hvor gassen komprimeres og drives opp til jordoverflaten gjennom produksjonsrørstrengen 470. Fortrinnsvis omfatter den neddykkbare elektriske pumpe 458 følere som avføler trykket i den frie gass inne i brønnboringen 450. Følerverdiene overvåkes av regulatoren 411 (ikke vist i denne fig.). Regulatoren 411 bestemmer om kompressordelen 461 skal settes i gang eller ikke, og i tilfelle igangsetting ved hvilken hastighet den skal arbeide. Denne funksjonssammenheng er vist i blokkskjemaform i fig. 3P, hvor føleren 472 (slik som en trykkføler) avgir data til regulatoren 411. Regulatoren 411 aktiverer klokoplingen 460 til å variere hastigheten av kompressorer 461. Gassen kan rettes gjennom produksjonsrørledningen 470 i fig. 30 enten direkte til jordoverflaten, eller den kan også drives inn i en annen underjordisk formasjon.

Fig. 3Q viser et flytskjema som angir de iverksatte databehandlingstrinn ved overvåkning av følerdata og variasjon av gasskompressorens drift i samsvar med programinstruksjoner. Prosessen begynner i programvareblokk 474 og fortsetter til programvareblokk 475, hvor regulatoren 411 mottar følerdata. I samsvar med programvareblokk 476 sammenlignes så regulatoren 411 vedkommende følerdata med en programterskel. Hvis f.eks. vedkommende føler er en trykkføler, kan f.eks. en eller flere trykkterskler opprettes og som har sammenheng med tilsvarende kompressorhastigheter. Hvis den gass som inneholdes i brønnboringen befinner seg under relativt lavt trykk, kan en større kompresjonsgrad være ønskelig og klokoplingen og kompressordelen kan da forandres elektrisk for å frembringe større kompresjon. Hvis imidlertid gassen i brønnboringen befinner seg under relativt høyt trykk, kan klokoplingen og kompressordelen drives med forholdsvis lav hastighet for å opprettholde et program-foreskrevet «innstillingspunkt» for prosessen. I samsvar med programvareblokken 477, undersøker regulatoren 411 tersklene for å bestemme om det foreligger en terskeloverskridelse. Hvis en slik overskridelse ikke foreligger, fortsetter overvåkningsprosessene i samsvar med programvareblokken 475, men i det tilfelle en eller flere terskler er blitt overskredet, vil prosessen fortsette i programvareblokken 478, hvor regulatoren 411 forandrer komp-ressorens driftshastighet, først og fremst ved påvirkning gjennom klokoplingsde-len. Prosessen ender i programvareblokk 479.

BRUK AV NEDDYKKBARE ELEKTRISKE PUMPER FOR AVFALLSDE-PONERING: Den neddykkbare elektriske pumpe i henhold til foreliggende oppfinnelse kan anvendes for deponering av giftig eller korroderende avfall ved innføring av slike materialer i fjerntliggende formasjoner. Denne prosess er vist i forenklet form i fig. 3R. Som vist er en neddykkbar elektrisk pumpe 481 plassert i stilling inne i brønnboringen 485 ved hjelp av pakninger 482, 483. Den neddykkbare elektriske pumpe 481 omfatter et hylster 486 som dekker motordelen 487, tetningsde-len 488 og inntaket 489 for sentrifugalpumpe-sammenstillingen 490. Utgangen fra sentrifugalpumpe-sammenstillingen 490 drives gjennom rørledning 491 som strekker seg gjennom pakningen 483 og befinner seg i forbindelse med en deponer-ingsformasjon 493 gjennom perforeringer 492.1 drift er en rørledningsstreng, slik som fiberglass-rørstrengen 494 løsbart forbundet med hylstret 486 gjennom rampe-delen 495. Giftig eller korroderende avfall avgis inn i hylstret 486, hvor det trekkes inn gjennom inngangsåpninger 486 og pumpes av sentrifugalpumpe-delen inn i den avfallsmottagende formasjon 493.

4. SAMMENSATT REGULERING UNDER FREMSTILLINGS- OG PRODUKSJONSARBEIDER I SAMSVAR MED FORELIGGENDE OPPFINNELSE

Regulering av olje- og gassproduksjonsbrønner er gjenstand for stadig på-gående omtanke i petroleumsindustrien, delvis på grunn av de enorme pengeinve-steringer som de omfatter, men også på grunn av de risikoer som har sammenheng med omgivelse- og sikkerhetsforhold.

Produksjonsbrønnstyring er blitt ytterst viktig og mer komplisert i betraktning av industriens økende erkjennelse av at brønner med tallrike forgreninger (nemlig flersidige brønner) vil få økende betydning og vil bli mer alminnelig. Slike flersidige brønner omfatter avgrensede produksjonssoner som produserer fluid enten en felles eller hver sin produksjonsrørledning. I begge tilfeller er det behov for å regulere soneproduksjonen, isolere spesielle soner og ellers overvåke hver sone i en bestemt brønn. Den første utførelse av foreliggende oppfinnelse omfatter vanligvis følere nede i borehullet, elektromekaniske innretninger nede i hullet, innbefattet den forbedrede neddykkbare pumpe, samt reguleringselektronikk av datatype i selve borehullet, slik at reguleringselektronikken automatisk styrer de elektromekaniske innretninger på grunnlag av inngangssignaler fra følere i borehullet. Ved anvendelse av følere nedi i borehullet vil det databaserte reguleringssystem kunne overvåke faktiske borehullsparametere (slik som trykk, temperatur, strømning, gasstilførsel eller eventuelt andre verktøy eller brønnboringsparametere som omtalt ovenfor) og automatisk utføre reguleringsinstruksjoner når de overvåkede brønnboringsparametere befinner seg utenfor et valgt driftsområde (hvilket vil si at de angir en usikker eller uønsket tilstand). De automatiske reguleringsinstruksjoner vil da bringe den forbedrede neddykkede elektriske pumpe i henhold til foreliggende oppfinnelse til å aktivere et passende redskap.

Reguleringen nede i borehullet i henhold til foreliggende oppfinnelse omfatter også kombinasjoner av sender og mottakere for to-veis kommunikasjon med jordoverflaten, såvel som en telemetri-innretning for kommunikasjon fra overflaten av produksjonsbrønnen til et fjerntliggende sted.

Reguleringssystemet nede i borehullet befinner seg fortrinnsvis plassert i hver sone av brønnen slik at et flertall av brønner som har sammenheng med en eller flere plattformer vil ha flere underjordiske reguleringssystemer nemlig ett for hver sone i hver brønn. Reguleringssystemene nede i borehullet har da tilgang til å kommunisere med andre underjordiske reguleringssystemer i andre soner i den sammen eller forskjellige brønner. I tillegg, og som det vil bli omtalt mer detaljert i sammenheng med den annen utførelse av denne oppfinnelse, kan hvert borehull-sreguleringssystem i en sone også kommunisere med et reguleringssystem på jordoverflaten. Det underjordiske reguleringssystem i henhold til foreliggende oppfinnelse er således ytterst vel egnet for bruk i forbindelse med flersidige brønner som omfatter tallrike soner.

Det valgte driftsområde for hvert redskap som styres av et reguleringssystem i henhold til oppfinnelsen nede i borehullet, blir programmert inn i et datalager nede i hullet, enten før eller etter reguleringsutstyret senkes ned. Den ovenfor nevnte kombinasjon av sender og mottaker kan anvendes for å forandre drifts-området eller endre programmeringen av reguleringssystemet fra overflaten av brønnboringen eller fra et fjerntliggende sted.

I motsetning til tidligere kjent brønnreguleringsutstyr som enten utgjøres av databehandlingsutstyr som i sin helhet befinner seg på jordoverflaten eller dataut-styr nede i borehullet som krever et ytre igangssetningssignal (f.eks. fra overflaten) (så vel som reguleringsutstyr på overflaten), er reguleringsutstyret nede i borehullet for brønnproduksjon i henhold til foreliggende oppfinnelse innrettet for automatisk drift basert på avfølte borehullstilstander i sann tid uten behov for signaler fra jordoverflaten eller andre ytre signaler. Dette viktige særtrekk utgjør et vesentlig fremskritt i det tekniske område som gjelder regulering av produksjons-lønner. Bruk av reguleringssystem nede i borehullet i henhold til foreliggende oppfinnelse opphever behovet for en overflateplattform (skjønt slike overflateplatt-former kan fremdeles være ønskelig ved visse anvendelser, slik som når fjernovervåkning og fjernregulering er ønskelig, slik det vil bli omtalt nedenfor i sammenheng med den annen utførelse av denne oppfinnelse). Reguleringssystemet nede i borehullet i henhold til denne oppfinnelse er også iboende mere pålitelig, da intet styresignal fra overflaten i borehullet og det således ikke vil være noen risiko for at et slikt styresignal vil bli forvrengt og derfor gjort virkningsløst. Med hensyn til flersidige brønner (hvilket vil si brønner med flere soner), foreligger enda en annen fordel med hensyn til denne oppfinnelse, idet brønnens totale produksjon og dens forskjellige soner ikke reguleres fra en enkelt overflateregulator, så vil risikoen i høy grad bli redusert for at brønnen i sin helhet innbefattet alle dens avgrensede produksjonssoner vil kunne bli avstengt samtidig.

I henhold til en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse, er et system frembrakt for regulering og/overvåkning av flere produksjonsbrønner fra et fjerntliggende sted. Dette utstyr er i stand til å regulere og/eller overvåke:

(1) flere soner i en enkelt produksjonsbrønn,

(2) flere soner/brønner innenfor et enkelt område (f.eks. en enkelt plattform), eller (3) flere soner/brønner som befinner seg i flere forskjellige områder

(f.eks. flere plattformer).

Reguleringssystemet i henhold til foreliggende oppfinnelse for regulering av flere soner og/eller flere brønner er sammensatt av flere elektronisk regulerbare elektromekaniske innretninger nede i borehullet (iblant betegnet som borehullmoduler), samt flere databaserte overflatesystemer som drives fra flere områder. Viktige funksjoner for disse systemer omfatter evne til å forutse den fremtidige strøm-ningsprofil for flere brønner og å overvåke og regulere fluid- eller gass-mengdestrømmen fra hvilke som helst av formasjonene inn i brønnboringen, eller fra brønnboringen opp til jordoverflaten. Reguleringssystemet i henhold til den annen utførelse av foreliggende oppfinnelse er også i stand til å motta og sende data fra flere fjerntliggende steder, slik som inne i borehullet, til eller fra andre plattformer, eller fra et sted i avstand fra ethvert brønnområde.

Grensesnittet for reguleringsinnretningen nede i borehullet mot overflatesystemet utnytter enten et trådløst kommunikasjonssystem eller har elektrisk metalltrådforbindelse, eller også forbindelse gjennom fiber-optisk utstyr. Reguleringsutstyret nede i brønnboringen kan sende og motta data og/eller kommandosignaler til og fra overflateutstyret. Dataoverføring fra det indre av brønnboringen kan utføres ved å tillate overflateutstyret å forespørre om tilstanden for hver enkelt innretning i hullet, skjønt de enkelte innretninger vil bli tillatt å ta styring over kommunikasjonen i en nødsituasjon. Innretningen nede i borehullet kan være programmert mens det befinner seg i brønnboringen ved å sende korrekte kommandosignal og data og innstilling av de parametre som skal overvåkes, på grunn av forandringer i borehullet og strømningstilstandene og/eller for å forandre innret-ningens primærfunksjon i brønnboringen.

Overflateutstyret kan regulere virksomhetene for borehullmodulene ved å forespørre om data på periodisk grunnlag, samt kommandere modulene til å åpne eller lukke de elektromekaniske reguleringsinnretninger, og/eller forandre overvåk-ningsparametrene som følge av langtidsforandringer i borehulltilstandene. Overflateutstyret i et område vil være i stand til å opprette grensesnittet kontakt med utstyr i et annet område over telefonlinjer, satellittkommunikasjon eller andre kom-munikasjonsmidler. Fortrinnsvis vil fjerntliggende sentralt reguleringsutstyr kunne styre og/eller overvåke samtlige soner, brønner og/eller plattformer fra et enkelt fjerntliggende sted.

I henhold til en tredje utførelse av foreliggende oppfinnelse, kan reguleringssystemene nede i borehullet ha sammenheng med følere for permanent vurdering av borehullformasjoner, idet følerne forblir nede i hullet under hele produk-sjonsprosessene. Disse formasjonsvurderingsfølere for formasjonsmålinger kan f.eks. omfatte gammastråle-deteksjon forformasjonsvurdering, nøytronporøsitet, motstandsevne, akustiske følere og nøytronpuls-følere som i sann tid kan avføle og vurdere formasjonsparametere, innbefattet viktig informasjon angående vann som vandrer fra forskjellige soner. Det er vesentlig at denne informasjon kan oppnås før vannet faktisk trenger inn i produksjonsrørledningen og således korriger-ende tiltak (nemlig lukking av en ventil eller glidekrave) eller formasjonsbehandling kan utføres før vann faktisk produseres.

Denne oppsamling av formasjonsdata i sann tid fra produksjonsbrønnen utgjør et viktig fortrinn over de vanlige trådlinje-teknikker, idet utstyret i henhold til foreliggende oppfinnelse er meget mindre kostnadskrevende og kan forutse og . reagere på potensielle problemer før de faktisk opptrer. I tillegg kan de formasjonsvurderende følere selv plasseres meget nærmere den faktiske formasjon (hvilket vil si inntil foringen eller arbeidsverktøyet nede i borehullet) et trådlinje-utstyr, som er begrenset til det indre av produksjonsrørledningen.

Foreliggende oppfinnelse gjelder således et system for regulering av pro-duksjonslønner fra et fjerntliggende sted. Ved en utførelse av foreliggende oppfinnelse er spesielt et regulerings- og overvåkningssystem beskrevet for regulering og/eller overvåkning av minst to soner i en enkelt brønn fra et fjerntliggende sted. Foreliggende oppfinnelse omfatter også fjernstyring og/eller fjernovervåkning av flere brønner ved en enkelt plattform (eller annet område) og/eller flere brønner plassert ved flere plattformer eller områder. Reguleringssystemet i henhold til foreliggende oppfinnelse har således mulighet for å regulere de enkelte soner i flere brønner ved flere plattformer, alt fra et fjerntliggende område. Regulerings- og/ eller overvåkningssystemet i henhold til foreliggende oppfinnelse omfatter flere overflater-reguleringssystemer eller -moduler som er plassert ved hvert sitt brønn-hode, samt en eller flere reguleringssystemer eller moduler nede i borehull og plassert i lokaliserte soner i hver brønn. Disse undersystemer tillater overvåkning og regulering fra ett enkelt fjerntliggende sted av aktiviteter i forskjellige soner i et antall brønner i nær sann tid.

Som det vil bli omtalt mer detaljert i det følgende med sammenheng med figurene, består i henhold til en nevnt utførelse av foreliggende oppfinnelse reguleringssystemet nede i borehullet av borehullfølere, borehull-reguleringselektronikk samt elektromekaniske moduler nede i borehullet og som kan anbringes på forskjellige steder (f.eks. soner) i en brønn, idet hvert reguleringssystem nede i borehullet har sin egen spesielle elektroniske adresse. Et antall brønner kan utstyres med disse borehull-reguleringsinnretninger. Regulerings- og overvåkningsutstyret på overflaten har grensesnitt med samtlige brønner hvor borehullreguleringsinn-retningene er anbrakt for derved å kunne forspørre hver innretning om data med hensyn til status for borehullfølere som er festet til den modul som er gjenstand for forespørselen. I alminnelighet tillater overflatesystemet operatøren å regulere posisjon, status og/eller fluidmengdestrøm i hver sone av brønnen ved å sende ut en kommando til den innretning som skal reguleres i brønnboringen.

Som det vil bli omtalt i det følgende, kan borehulls-reguleringsmodulene for bruk i kontrollsystemet for flere soner eller brønner i henhold til oppfinnelsen, enten reguleres ved hjelp av en ytre eller overflate-kommando, slik det vil være tidligere kjent, eller også kan reguleringsutstyret nede i borehullet påvirkes automatisk i samsvar med et nytt reguleringssystem som styrer aktivitetene i brønnboringen ved å overvåke brønnfølere som er forbundet med dataoppsamlingselektronikk. I det sistnevnte tilfelle, vil en datamaskin (f.eks. en mikroprosessor nede i borehullet avgi kommandosignaler til et borehullredskap, slik som en pakning, glidekrave eller ventil om å åpnes, lukkes, forandre tilstand eller utføre et hvilket som helst annet tiltak som er påkrevet i det tilfelle visse avfølte parametre befinner seg utenfor det normale eller forutbestemte driftsområde for brønnsonen. Dette driftsområde kan være programmert inn i systemet, enten før utstyret plasseres i borehullet, eller også kan en slik programmering utføres ved hjelp av kommandosignaler fra overflaten etter at reguleringsmodulen er blitt plassert i stilling nede i brønnens borehull.

Det skal nå henvises til fig. 4A, hvor det er vist at flerbrønns/flersone-overvåknings- og reguleringssystemet i henhold til foreliggende oppfinnelse kan omfatte en fjerntliggende reguleringssentral 1010, som enten trådløst eller over telefontråder står i forbindelse med flere brønnplattformer 1012. Det vil erkjennes at et hvilket som helst antall brønnplattformer kan omfattes av reguleringssystemet i henhold til foreliggende oppfinnelse, men bare tre plattformer, nemlig plattform 1, plattform 2 og plattform N er vist i fig. 4A. Hver brønnplattform er tilordnet flere brønner 1014 som strekker seg fra hver plattform 1012 gjennom vann 1016 til havbunnen 1018 og deretter nedover i formasjoner under havbunnen. Det vil forstås at skjønt plattformen 1012 til havs er blitt vist i fig. 4A, vil den gruppe av brønner 1014 som er tilordnet hver plattform være analog med tilsvarende brann-grupper som befinner seg innenfor et område på land. Foreliggende oppfinnelse er således også velegnet for regulering av landbaserte brønner.

Som nevnt, har hver plattform 1012 sammenheng med flere brønner 1014. For å anskueliggjøre forholdet er tre brønner vist tilordnet plattform 1, idet disse er identifisert som brønn nr. 1, brønn nr. 2 og brønn nr. N. Som vist, kan en gitt brønn være oppdelt i flere separate brønnsoner, som er ment å avgrense spesielle områder av brønnen med det formål å produsere utvalgt fluid, forhindre ut-blåsninger og forhindre vanninntak. Slike soner kan være anordnet i en enkelt vertikal brønn, slik som brønnen 1019 som er tilordnet plattform 2, vist i fig. 4A, eller også kan slike soner oppstå når flere brønner har sammenheng eller er sammen-føyet på annen måte.

Som omtalt tidligere, består flerbrønn/flersone-reguleringssystemet i henhold til foreliggende oppfinnelse av flere elektronisk regulerte elektromagnetiske innretninger nede i borehullet, innbefattet den forbedrede neddykkede elektriske pumpe, samt flere datamaskinbaserte overflatesystemer som drives fra flere områder. En viktig funksjon for disse systemer er å forutsi den fremtidige strømnings-profil for de flere brønner, samt overvåke og regulere fluid- eller gass-strømningen fra formasjonen inn i brønnboringen, og fra brønnboringen opp til overflaten. Utstyret er også i stand til å motta og sende data fra flere områder, slik som inne i borehullet, samt til og fra andre plattformer 1, 2 eller N, eventuelt fra et sted i avstand fra ethvert brannområde, slik som det sentrale reguleringssenter 1010.

Reguleringssystemene 1022 (figur 4B) nede i borehullene vil ha grensesnitt mot overflatesystemet 1024 ved anvendelse av et trådløst kommunikasjonssystem eller overføring gjennom elektriske tråd (hvilket vil si metalltrådforbindelse). Systemene nede i borehullene kan sende og motta data og/eller kommandosignaler til eller fra overflaten og/eller til eller fra annet utstyr i borehullet. Det skal nå henvises til fig. 4C hvor overflateutstyret 1024 utgjøres av et datamaskinsystem 1030 som anvendes for databehandling, lagring og fremvisning av den informasjon som er oppsamlet nede i borehullet, som tar grensesnitt mot operatøren. Databehandlingsutstyret 1030 kan omfatte en personlig datamaskin eller en arbeidsstasjon med prosessorbrett, korttids og langtids lagringsmedia, video- og lydutstyr, slik det vil være velkjent. Datamaskinregulatoren 1030 effektforsynes fra effektkilden 1032 for tilførsel av tilstrekkelig energi til å drive overflateutstyret 1024 såvel som ethvert reguleringssystem 1022 nede i borehullet, i det tilfellet grensesnittet er dannet ved anvendelse av en tråd eller kabel. Effekten vil bli regulert og omformet til de hensiktsmessige verdier som er påkrevet for å drive samtlige over-flatefølere (såvel som utstyret nede i borehullet hvis en trådforbindelse mellom overflate og borehullet er tilgjengelig).

Sender/mottaker 1034 for forbindelse mellom overflate og borehull anvendes for å sende data ned i borehullet og motta informasjon overført fra det indre av brønnboringen til overflaten. Denne sender/mottaker omformer de mottatte sig-nalpulser fra borehullet til signaler som er forenlige med datamaskinsystemet på overflaten, samt omformer signaler fra datamaskinen 1030 til passende kommuni-kasjonsmidler for signaloverføring ned i borehullet til reguleringsutstyret 1022. Kommunikasjoner ned i borehullet kan opprettes ved mange forskjellige kjente metoder, innbefattet metall-ledninger (slik som omtalt ovenfor) og trådløse kommunikasjonsteknikker. En alternativ teknikk går ut på å overføre akustiske signaler nedover en rørledningsstreng, slik som produksjonsrørstrengen 1038 eller opp-spolet rørledning. Den akustiske kommunikasjon kan omfatte variasjoner av sig-nalfrekvenser, spesielle frekvenser, eventuelt koder eller akustiske signaler eller kombinasjoner av disse. De akustiske transmisjonsmedia kan omfatte en rørled-ningsstreng som vist i US-patentskrifter nr. 4,375,239, 4,347,900 eller 4,378,850, som alle tas inn her som referanse. Alternativt kan den akustiske signaloverføring finne sted gjennom foringsstrømmen, elektrisk linje, glattlinje, underjordisk jords-monn omkring brønnen, rørledningsfluid eller fluid i det ringformede rom. En foretrukket akustisk sender er beskrevet i US-patentskrift nr. 5,222,049, hvis hele innhold tas inn her som referanse, og som viser en kombinasjon av sender og mottaker basert på piezo-elektrisk keramisk materiale. De piezo-elektriske skiver som utgjør sender/mottaker er stablet på hverandre og trykket sammen for korrekt kopling til det medium som benyttes til å overføre datainformasjonen til følerne i borehullet. Denne omsetter vil frembringe en mekanisk kraft når vekselspenning påtrykkes de to effektinnganger til omsetteren. Det signal som frembringes ved trykksetting av de piezo-elektriske skiver vil vandre langs borehullets akse til de mottakere som befinner seg i redskapssammenstillingen, og hvor signalene påvises og behandles. Det overføringsmedium hvor de akustiske signaler vil vandre i borehullet kan være en produksjonsrørledning eller kveil-rørledning.

Kommunikasjoner kan også opprettes ved avfølte trykktilstander nede i borehullet, og som kan være naturlige tilstander eller utgjøres av en kodet trykk-puls eller lignende som innføres i brønnen ved overflaten av brønnoperatøren. Egnede systemer som mer detaljert beskriver arten av slike kodede trykkpulser er angitt i US-patentskrift nr. 4,712,613 til Nieuwstad, 4,468,665 til Thaeley, 3,233,674 til Leutwyler og 4,078,6120 til Westlake, 5,226,494 til Rubbo et al samt 5,343,963 til Bouldin et al.

Andre egnede kommunikasjonsteknikker omfatter videre radiooverføring fra overflateområdet eller fra steder under overflaten, med tilsvarende radioover-føring tilbake fra redskapen nede i borehullet til overflateområdet eller stedene under overflaten, bruk av mikrobølgesending og -mottaking, bruk av fiberoptisk kommunikasjon gjennom en fiberoptisk kabel som er nedhengt fra overflaten til reguleringspakken nede i borehullet, bruk av elektrisk signaloverføring fra en trådledning-opphengt sender til reguleringspakken nede i borehullet med påfølg-ende melding tilbake fra reguleringspakken til den ledningsopphengte sender/mottaker. Kommunikasjonen kan også utgjøres fra forskjellige frekvenser, amplituder, koder eller variasjoner eller kombinasjoner av disse parametre eller en transfor-matorkoplet teknikk som omfatter trådledningsoverføring fra en partiell transforma-tor til et borehullredskap. Enten primærsiden eller sekundærsiden av transformatoren står over en trådledning i forbindelse med den annen transformatorhalvdel som befinner seg inne i borehullredskapet. Når de to deler av transformatoren samvirker, kan data utveksles.

Det skal nå atter henvises til fig. 4C, hvor det er vist at overflateutstyret 1024 videre omfatter en skriver/opptegner 1040 som anvendes for å frembringe en papirregistrering av de hendelser som opptrer i brønnboringen. Den hardkopi som frembringes av datamaskinen 1030 kan anvendes for å sammenligne status for forskjellige brønner, sammenligne tidligere tilfeller med tilfeller som opptrer i foreliggende brønner og for å frembringe formasjonsvurderingslogger. I kommunikasjon med datamaskinregulatoren 1030 er også et dataoppsamlingsutstyr 1042 som anvendes for å danne grensesnitt fra sender/mottakeren 1034 i brønnborin-gen til datamaskinen 1030 for databehandling.

Fremdeles under henvisning til fig. 4C fremgår det at elektriske pulser fra sender/mottakeren 1034 vil bli tilpasningsbehandlet for å passe inn i et område hvor data kan digitaliseres for databehandling av datamaskinregulatoren 1030.

I kommunikasjon med både datamaskinregulatoren 1030 og sender/mottakeren 1034 er et tidligere nevnt modem 1036. Modemet 1036 er tilgjengelig for overflateutstyret 1024 for utsending av data fra brønnområdet til et fjerntliggende sted slik som den sentrale reguleringssentral 1010, eller annet overflateutstyr 1024 som f.eks. befinner seg på plattform 2 eller plattform N. I det fjerntliggende område kan data betraktes og vurderes, eller atter ganske enkelt overføres til andre datamaskiner som styrer andre plattformer. Den sentrale reguleringssentral 1010 kan ta styring over utstyret 1024 som danner grensesnitt med regulatorutstyr 1022 nede i borehullet og oppsamle data fra brønnboringen og/eller regulering av status for borehullinnretningene og/eller regulering av fluidstrømningen fra brønnen eller fra formasjonen. Også i sammenheng med overflateutstyret 1024 foreligger en dybdemålerinnretning 1044 med grensesnitt til datamaskinregulatoren 1030 for å frembringe informasjon som gjelder stillingen av redskapene i borehullet etterhvert som verktøystrengen senkes ned i jorden. Endelig omfatter overflateutstyret 1024 på overflaten også en eller flere overflatefølere 1046 som er installert på overflaten for å overvåke brønnparametere, slik som trykk, samt er koplet til overflateutstyret for å kunne forsyne operatøren med ytterligere informasjon om brønnens tilstand. Overflateutstyret 1024 kan regulere aktivitetene av regulatorsystemene 1022 nede i borehullet ved å etterspørre data periodisk og kommandere borehullmodulene til å åpne eller lukke elektromagnetiske innretninger og å forandre over-våkingsparametere på grunn av forandringer i borehullets langstids-tilstander. Som vist skjematisk i fig. 4A, kan overflateutstyret 1024 i et område, slik som plattform 1, danne forbindelse med overflateutstyr 1004 i et annet område, slik som plattformene 2 eller N eller med den sentrale reguleringssentral 1010 over telefonlinjer eller ved trådløs signaloverføring. I fig. 4A er det f.eks. vist at hvert overflateutstyr 1024 har sammenheng med en antenne 1048 for direkte kommunikasjon med det øvrige utstyr (nemlig fra plattform 2 til N), for direkte kommunikasjon med en antenne 1050 som befinner seg ved sentralregulatorsenteret 1010 (hvilket vil si fra plattform 2 til regulatorutstyret 1010) eller for indirekte kommunikasjon via en satellitt 1052. Hvert regulatorutstyr 1024 på overflaten omfatter således følgende arbeidsfunksjoner.

1. Utspørring av borehullfølerne for datainformasjon,

2. Behandling av den oppsamlede informasjon fra brønnboringen for å forsyne operatøren med opplysninger angående redskaper og strømnings-status, 3. Danne grensesnitt med andre overflateutstyr for overføring av data og kommandosignaler, og 4. Danne grensesnitt mellom operatøren og redskapene og følerne nede i borehullet.

I samsvar med en utførelse av foreliggende oppfinnelse vil således ovenfor nevnte fjerntliggende sentrale reguleringssenter 1010, overflateutstyr 1024 på overflaten samt reguleringsinnretningene 1022 nede i borehullet alle samarbeide for å frembringe en eller flere av de følgende arbeidsfunksjoner: 1. Opprette en-veis eller to-veis kommunikasjon mellom overflateutstyret 1024 og et redskap nede i borehullet via regulatorutstyret 1022 i brønnboringen, 2. Oppsamle, behandle, fremvise og/eller lagre på overflaten data som over-føres fra nede i borehullet og som gjelder brønnboringsfluidene, gassene og statusparametere for redskapene, slik de er frembrakt av følere i brønn-boringen, 3. Gi en operatør mulighet for å regulere redskap nede i borehullet ved å sende ut en spesiell adresse og kommandoinformasjon fra det sentrale reguleringssenter 1010 eller fra et av de enkelte overflateutstyr 1024 på

overflaten ned i brønnboringen.

4. Regulere flere redskaper i flere soner innenfor hver enkelt brønnboring ved hjelp av et enkelt fjerntliggende overflateutstyr 1024 eller fra det fjerntliggende sentrale reguleringssenter 1010, 5. Overvåke og/eller regulere flere brønnboringer fra et sentralt reguleringssenter 1010 eller overflateutstyr 1024, 6. Overvåke flere plattformer fra et enkelt eller flere overflateutstyr som sam-arbeider over en fjerntliggende kommunikasjonslinje eller ved arbeidet hver for seg, 7. Samle opp, behandle og sende til overflaten fra det indre av brønnboringen flere parametre som gjelder brønnstatus, fluidtilstand og strømning, red-skapstilstand og geologisk vurdering, 8. Overvåke brønngassen og fluidparametrene samt utføre automatiske funksjoner, slik som å avbryte fluidstrømningen til overflaten, åpning eller lukking av ventiler når visse utledede borehullsparametere, slik som trykk, strømning, temperatur eller fluidinnhold er fastlagt å ligge utenfor de normale driftsområder som er lagret i anleggets hukommelse (slik det vil bli

beskrevet nedenfor under henvisning til figurene 4D og 4E),

9. Opprette grensesnitt fra operator til system og fra system til operator på overflaten ved anvendelse av et datamaskinregulatorsystem på overflaten,

og

10. Sørge for data- og reguleringsinformasjon mellom enhetene i brønn-boringen.

I en foretrukket utførelse og i samsvar med et viktig særtrekk ved foreliggende oppfinnelse, vil man i stedet for å anvende et reguleringssystem av den type som er beskrevet i de ovenfor nevnte patentskrifter nede i borehullet, hvor da aktivitetene nede i hullet bare styres av kommandosignaler fra overflaten, i henhold til foreliggende oppfinnelse utnytte et reguleringssystem nede i borehullet og som

automatisk styrer redskapene i brønnboringen i samsvar med avfølte valgte borehullsparametere og uten behov for et innledende reguleringssignal fra overflaten

eller fra noen annen ytre kilde. Som vist i fig. 4D, omfatter dette datamaskinbaserte reguleringssystem nede i borehullet et mikroprosessor-basert databehandlings-og reguleringssystem 1050. Det elektroniske reguleringsutstyr 1050 samler opp og behandler data som sendes ned fra overflaten og mottas fra sender/mottaker-enheten 1052, og sender også tilbake til overflaten følerinformasjon nede fra borehullet, slik det mottas fra dataoppsamlingsutstyret 1054. Dataoppsamlingsutstyret 1054 vil forbehandle de analoge og digitale følerdata ved avsøking av vedkommende dataperiodisk og formatbehandle disse for overføring til prosessoren 1050. Inkludert i disse data er data fra strømningsfølerne 1056, formasjonsvurderings-følerne 1058 og elektromekaniske posisjonsfølere 1059 (disse sistnevnte følere 1059 gir informasjon om posisjon, orientering og lignende for borehullredskapene). Formasjonsvurderings-data behandles for å fastlegge reservoarparametere

for den brønnproduksjonssone som er overvåket av vedkommende regulatormo-dul nede i borehullet. Vedkommende strømningsfølerdata behandles og vurderes mot parametre som er lagret i borehullmodulens datalager for å fastslå om det foreligger en tilstand som krever innblanding fra prosessorelektronikken 1050 for automatisk å regulere de elektromekaniske innretninger. Det vil erkjennes at i henhold til et viktig særtrekk ved foreliggende oppfinnelse blir den automatiske regulering som utføres av prosessoren 1050 satt i gang uten behov for et start-eller reguleringssignal fra overflaten eller fra noen som helst annen ytre kilde. I stedet vurderer prosessoren 1050 ganske enkelt parametre som foreligger i sann tid i borehullet, slik det avføles av strømningsfølere 1056 og/eller formasjonsvurderings-følere 1058, og sender derpå automatisk ut instruksjoner for hensiktsmessig styring. Det skal imidlertid bemerkes at skjønt automatisk igangsetting er et viktig særtrekk ved foreliggende oppfinnelsesgjenstand, vil i visse situasjoner også en operatør sende ut fra overflaten reguleringsinstruksjoner nedover til sender/mottaker-enheten 1052 samt inn i prosessoren 1050 for å utføre regulering av borehullredskaper og annet elektronisk utstyr. Som en følge av denne regulering, kan reguleringsutstyret 1050 sette igang eller stoppe fluid/ gass-strømningen fra den geologiske formasjon inn i borehullet eller fra borehullet til overflaten.

De borehullsfølere som er tilknyttet strømningsfølerne 1056 og formasjonsvurderings-følerne 1058 kan omfatte, men er ikke begrenset til, følere for avføling av trykk, mengdestrøm, temperatur, olje/vann-innhold, geologisk formasjon, samt gammastråle-detektorer og formasjonsvurderings-følere som utnytter akustisk, kjernefysisk, resistivitet og elektromagnetisk teknologi. Det vil erkjennes at vanligvis vil følerne for trykk, mengdestrøm, temperatur og fluid/gass-innhold bli anvendt for overvåkning av produksjonen av hydrokarboner, mens formasjonsvurderings-følerne blant annet vil måle bevegelser av hydrokarboner og vann i formasjonen. Datamaskinen nede i borehullet (prosessoren 1050) kan automatisk utføre instruksjoner for å aktivere elektromagnetiske drivere 1060 eller andre elektronisk styrte apparater 1062.1 sin tur vil den elektromagnetiske driver 1060 påvirke en elektromagnetisk innretning for styring av et borehullredskap, slik som en glidekrave, av-stengningsinnretning, ventil, variabelt spjeld, penetrator, perforeringsventil eller gassløfteredskap. Som nevnt, kan datamaskinen 1050 nede i borehullet også regulere andre elektroniske regulatorapparater, slik som utstyr som kan påvirke strømningsegenskapene for fluidene i brønnen.

I tillegg er borehull-datamaskinen 1050 i stand til å registrere borehulldata som er tatt opp av strømningsfølere 1056, formasjonsvurderings-følere 1058 samt elektromekaniske posisjonsfølere 1059. Disse borehulldata registreres i opptakeren 1066A. Informasjon som er lagret i opptakeren 1066A kan enten gjenvinnes på overflaten ved en senere dato når reguleringsutstyret er brakt opp til overflaten, eller det avsluttede opptak kan sendes til sender/mottaker-utstyret 1052 og så kommuniseres til overflaten.

Borehullets sender/mottaker 1052 overfører data fra nede i borehullet til overflaten og mottar kommandosignaler og data fra overflateutstyret samt mellom andre borehullmoduler. Sender/mottaker-sammenstillingen 1052 kan utgjøres av en hvilken som helst kjent og egnet sender/mottaker-utrustning og omfatter fortrinnsvis en innretning som kan anvendes for å sende ut såvel som motta data i halv-dupleks kommunikasjonsmodus, slik som en akustisk-piezo-elektrisk anord-ning (nemlig en slik som er omtalt i ovenfor nevnte patentskrift nr. 5,222,049) eller enkeltstående mottakere slik som akselerometere for hel-dupleks kommunikasjon, hvor data kan sendes ut og mottas av borehull-redskapene samtidig. Elektroniske drivere kan anvendes for å regulere den elektrisk effekt som avgis til sender/ mottaker-utstyret under dataoverføring.

Det vil forstås at reguleringsutstyret 1022 nede i borehullet krever en effektkilde 1066 for drift av utstyret. Effektkilden 1066 kan opprettes i borehullet, på overflaten eller den kan utgjøres av energilagringsinnretninger, slik som batte-rier. Effekten anvendes for å avgi elektrisk spenning og strøm til de elektroniske og elektromekaniske innretninger som er forbundet med en spesiell føler i borehullet. Effekt til effektkilden kan komme fra overflaten gjennom trådledninger eller kan opprettes i borehullet, slik som ved anvendelse av en turbin. Andre effektkilder omfatter kjemiske reaksjoner, strømningsregulering, termisk energi, vanlig bat-terier, elektriske potensialforskjeller i borehullet, faststoff-effektproduksjon eller hydrauliske effektprosesser.

Dét skal nå henvises til fig. 4E, hvor det er vist et elektrisk blokkskjema over regulatoren 1022 nede i borehullet. Som omtalt i detalj ovenfor, vil elektronikkut-styret nede i borehullet styre det elektromekaniske utstyr, og overvåke formasjonen og strømningsparametrene, behandle data som er oppsamlet i borehullet, samt sende og motta kommandosignaler og data til og fra andre moduler og overflateutstyret. Den elektroniske regulator er sammensatt av en mikroprosessor 1070, en analog/digital-omformer 1072, analog kondisjoneringsutstyr 1074, digital signalprosessor 1076, kommunikasjons-grensesnitt 1078, seriebuss-grensesnitt 1080, ikke-flyktig faststoff lager 1080 samt elektromagnetiske drivinnretninger 1060.

Mikroprosessoren 1070 utgjør styrings- og behandlingsegenskapene i systemet. Prosessoren vil regulere dataoppsamlingen, databehandlingen samt vurderingen av data for å fastslå om de ligger i de korrekte driftsområder. Regulatoren vil også forbehandle data for overføring til overflaten, samt drive senderen til å sende informasjonen til overflateområdet. Prosessoren har også ansvaret for å styre de elektromagnetiske innretninger 1064.

Analog/digital-omformeren 1072 omformer data fra kondisjoneringskretsene til et binært tall. Dette binære tall har sammenheng med den elektriske strømverdi eller spenningsverdi som anvendes for å betegne en fysisk parameter som er utledet fra den geologiske formasjon, fluidstrømningen eller tilstanden av de elektromagnetiske innretninger. Den analoge kondisjonerings-maskinvare behandler signalene fra følerne til å danne spenningsverdier som ligger i det verdiområde som kreves av analog/digital-omformeren.

Den digitale signalprosessor 1076 har funksjonsevne til å utveksle data med mikroprosessoren 1070 for å understøtte vurderingen av den utledede bore-hullinformasjon, såvel som til å kode/dekode data for senderen 1052. Prosessoren 1070 utfører også regulering og tidsstyring av driverne 1078.

Kommunikasjonsdriverne 1078 er elektroniske omkoplere som anvendes for å styre tilførselen av elektrisk effekt til senderen 1052. Prosessoren 1070 sør-ger for regulering og tidsstyring av driverne 1078.

Seriebuss-grensesnittet 1080 gjør det mulig for prosessoren 1070 å sam-virke med utstyret 1042 for dataopptak og regulering på overflaten (se figur 4C). Seriebussen 1080 gjør det mulig for overflateutstyret 1074 å overføre koder og innstillingsparametere til mikroprosessoren 1070, slik at den kan utføre sine arbeidsfunksjoner nede i borehullet.

De elektromekaniske drivere 1060 regulerer tilførselen av elektrisk effekt tii de elektromekaniske innretninger 1064 som anvendes for drift av glidekravene, pakningene, sikkerhetsventilene, pluggene og alle andre fluidregulerende innretninger nede i borehullet. Driverne styres av mikroprosessoren 1070.

Det ikke-flyktige datalager 1080 lagrer de kodekommandoer som anvendes av mikroprosessoren 1070 til å utføre dens funksjoner nede i borehullet. Datalageret 1082 inneholder også de variabler som anvendes av prosessoren 1070 til å fastslå om de utledede parametre ligger i det korrekte driftsområde.

Det vil forstås at ventiler nede i borehullet anvendes for å åpne og lukkeinn-retninger som anvendes ved regulering av fluidstrømningen i brønnboringen. Slike elektromekaniske ventilinnretninger i borehullet vil bli styrt av borehull-datamaskinen 1050 enten ved tilfelle en borhullføler-ventil fastslås å ligge utenfor et sikkert driftsområde som er innstilt av operatøren, eller i det tilfelle en kommando tilføres fra overflaten. Som det er blitt omtalt, er det et særlig betegnende trekk ved foreliggende oppfinnelse at reguleringsutstyret 1022 nede i borehullet tillater automatisk styring av borehullredskapene og andre elektroniske regjeringsappa-rater nede i borehullet uten at det kreves noe igangsettings- eller drivsignal fra overflaten eller fra andre ytre kilder. Dette står i klar motsetning til tidligere kjente reguleringssystemer, hvor reguleringen enten utløses fra overflaten eller fremleg-ges av en reguleringsinnretning nede i borehullet og som krever et drivsignal fra overflaten, slik som omtalt ovenfor. Det vil erkjennes at det nye reguleringssystem i henhold til oppfinnelsen nede i borehullet, hvorved styring av elektromekaniske innretninger og/eller elektroniske reguleringsapparater oppnås uten behov for et drivsignal fra overflaten eller annen ytre påvirkning, også kan anvendes adskilt fra det fjernstyrte brønnproduksjonsutstyr som er vist i fig. 4A.

Nedihull-reguleringsanordningene 1022 i hver sone av interesse har evne til ikke bare å regulere de elektromekaniske innretninger som er tilordnet hver av redskapene nede i borehullet, men har også muligheter for å styre andre elektroniske reguleringsapparater som f.eks. kan være tilordnet ventilstyring for ytterligere fluidregulering. Reguleringsanordningene 1022 nede i borehullene har også muligheter for å kommunisere med hverandre (f.eks. gjennom trådledninger) slik at virksomheter i en sone kan anvendes for å utløse prosesser i en annen sone. Denne kommunikasjon sone-til-sone utgjør enda et annet viktig særtrekk ved foreliggende oppfinnelse. I tillegg, kan ikke bare borehull-datamaskinene 1050 i hvert reguleringsutstyr 1022 kommunisere med hverandre, men datamaskinene 1050 har også evne til å kommunisere gjennom reguleringsutstyret 1024 på overflaten (over sender/rtiottaker-enheten 1052) og derved å komme i forbindelse med annet overflate-reguleringsutstyr 1024 på andre brønnplattformer (nemlig plattformene 2 eller N), i et fjerntliggende sentralt reguleringssystem, slik som vist ved 1010 i fig. 4A, eller hver av prosessorene 1050 i hvert reguleringssystem 1022 nede i borehull i hver av sonene 1, 2 eller N kan ha muligheter for å kommunisere gjennom sin sender/ mottaker-enhet 1052 med andre borehull-datamaskiner 1050 i andre brønner. Borehull-datasystemet 1022 i sone 1 av brønn 2 ved plattform 1 kan f.eks. kommunisere med et borehulls-reguleringssystem ved plattform 2 og som befinner seg i en av sonene eller en av brønnene som er tilordnet denne. Borehulls-reguleringsutstyret i henhold til foreliggende oppfinnelse tillater således kommunikasjon mellom datamaskiner i forskjellige brønnboringer, kommunikasjon mellom datamaskiner i forskjellige soner samt kommunikasjon mellom datamaskiner i en spesiell sone og en sentral i et fjerntliggende område.

Informasjon som sendes fra overflaten til sender/mottaker 1052 kan bestå av faktisk reguleringsinformasjon, eller kan utgjøres av data som anvendes for reprogrammering av datalageret i prosessor 1050 for igangsetting av automatisk regulering basert på følerinformasjon. I tillegg til å reprogrammere informasjon, kan den informasjon som sendes fra overflaten også anvendes for nykalibrering av en spesiell føler. Prosessoren 1050 kan i sin tur ikke bare sende rådata og status-informasjon til overflaten gjennom sender/mottaker 1050, men kan også behandle data nede i borehullet ved anvendelse av passende algoritmer og andre fremgangsmåter, slik at den informasjon som sendes til overflaten utgjøres av utledede data i en form som er velegnet for analyse.

Som nevnt ovenfor ble tidligere formasjonsvurdering av produksjonsløn-ner oppnådd ved kjent teknikk under anvendelse av kostnadskrevende og tids-krevende trådledningsinnretninger som ble anbrakt i stilling gjennom produksjons-rørledningen. De eneste følere som var permanent plassert i en produksjonsbrønn var de som ble anvendt for å måle temperatur, trykk og fluidstrømning. I motsetning til dette plasseres i henholdt til oppfinnelsen formasjonsvurderende følere permanent nede i produksjonsbrønnens borehull. Permanent plasserte formasjonsvurderings-følere i henhold til foreliggende oppfinnelse vil kunne overvåke både fluidstrømning og, hvilket er viktigere, måle formasjonsparametrene slik at forandrede tilstander i formasjonen vil bli avfølt før problemer oppstår. Vann i formasjonen kan f.eks. påvises før slikt vann når frem til borehullet, og vannet kan således forhindres fra å produseres i brønnboringen. Slik det er nå blir vann bare påvist etter at det har trengt inn i produksjonsrørledningen.

De formasjonsvurderende følere kan være av den type som er beskrevet ovenfor, innbefattet typer for avføling av densitet, porøsitet og resistivitet. Disse følere er i stand tii å måle formasjonsgeologi, formasjonsmetning, formasjons-porøsitet, gassinnstrømning, vanninnhold, petroleumsinnhold samt kjemiske elementer i formasjonen, slik som kalium, uran og thorium. Eksempler på egnede følere er beskrevet i vanlig tildelte US-patenter 5,278,758 (porøsitet), 5,134,285 (densitet) og 5,001,675 (elektromagnetisk resistivitet), og innholdet i alle disse patentskrifter tas inn her som referanse.

De formasjonsvurderende følere i henhold til foreliggende oppfinnelse befinner seg nærmere selve formasjonen sammenlignet med trådledningsfølere i produksjonsrørledningen og vil derfor gi mere nøyaktige resultater. Da formasjons-evalueringsdata hele tiden vil være tilgjengelig i sann eller nesten sann tid, vil det ikke være noe behov for periodisk avstengning av brønnboringen for å utføre kostnadskrevende trådledningsvurderinger.

Claims

1. Forbedret pumpe for bruk ved transport av fluider i en brønnboring, omfattende (a) et pumpeelement med et innløp innrettet til å motta fluid og et utløp innrettet til å avgi fluid, som er anordnet i brønnboringen og innbefatter minst ett bevegelig element innrettet for å bevege fluidene; (b) en elektrisk drevet motor som er anordnet på et fjerntliggende nedi-hullsted i brønnboringen og er mekanisk koplet til det minst ene bevegelige element av pumpeelementet for selektiv aktivering av det minst ene bevegelige element; (c) minst én føler for detektering av minst én av: (1) en driftsattributt for nevnte forbedrede pumpe, (2) en tilstand under overflaten, (3) en fluidstrømningsattributt, og (4) en fluid-attributt, (d) minst én programmerbar regulator som bæres i et fjerntliggende sted inne in brønnboringen og er koplet for kommunikasjon til i det minste nevnte minst ene føler, (e) minst et program bestående av instruksjoner som kan utføres av nevnte minst ene programmerbare regulator for: (1) å motta data fra nevnte minst ene føler, (2) å overvåke minst en av: (a) en driftsattributt for den forbedrede pumpe, (b) en tilstand under overflaten, (c) en fluidstrømningsattributt, og (d) en fluid-attributt, (3) å utføre programinstruksjoner og utføre minst én av følgende: (a) forandre en driftstilstand for nevnte forbedrede neddykkbare elektrisk pumpe, og (b) registrere data.

2. Forbedret pumpe ifølge krav 1, som videre omfatter: (f) et kommunikasjonselement som er koplet for kommunikasjon til nevnte minst ene programmerbare regulator for å utføre minst en av (1) overføre informasjon, og (2) motta informasjon, og (g) hvor nevnte minst ene program videre omfatter utførbare instruksjoner for i tillegg å utføre minst en av følgende: (1) kommunisere data, (2) motta data, (3) kommunisere kommandoer, (4) motta kommandoer, (5) kommunisere programinstruksjoner, og (6) motta programinstruksjoner.

3. Forbedret pumpe ifølge krav 1, som videre omfatter: (f) et hus som er innrettet for å forbindes med rørdeler i brønnboringen, som omfatter et innløp for å motta fluidene og et utløp for å avgi fluidene.

4. Forbedret pumpe ifølge krav 1, hvor pumpeelementet omfatter en elektrisk, neddykkbar pumpe med et antall sammenkoplede pumpetrinn som hvert omfatter minst ett roterbart skovlhjul for å bevege fluidene.

5. Forbedret pumpe ifølge krav 1, som videre omfatter: (f) et elektrisk lederelement som strekker seg fra et fjerntliggende over-flatested til den forbedrede pumpe for å tilføre elektrisk effekt til den elektrisk drevne motor.

6. Forbedret pumpe ifølge krav 5, som videre omfatter: (g) et kommunikasjonselement som er koplet for kommunikasjon til den minst ene programmerbare regulator for å utføre minst én av (1) overføring av informasjon over nevnte elektriske lederelement, og (2) motta informasjon over nevnte elektriske lederelement.

7. Forbedret pumpe ifølge krav 1, som videre omfatter: (f) minst en datalagerdel, som bæres av nevnte brønnboring for å registrere i lager data fra nevnte minst ene føler.

8. Forbedret pumpe ifølge krav 1, hvor nevnte minst ene program videre består av instruksjoner som kan utføres av den minst ene programmerbare regulator for: (4) sammenlikning av data med minst én forut-opprettet terskelverdi.

9. Forbedret pumpe ifølge krav 1, videre omfattende: (f) minst et følerelement for å overvåke minst en brønnboringstilstand og kommunisere data til behandlingssystemet, (g) en regulatorenhet for å variere driften av nevnte sentrifugal-gasskompressor, (h) idet behandlingssystemet og regulatorenheten anvendes for å variere kompresjonen.

10. Forbedret fremgangsmåte for transport av fluider inne i en brønnboring, idet fremgangsmåten går ut på at: (a) det dannes et pumpeelement anordnet i et fjerntliggende brønnbor-ingssted inne i nevnte brønnboring og som omfatter minst ett bevegelig element for å bevege nevnte fluider, (b) det opprettes en i et fjerntliggende brønnboringssted i brønnboringen beliggende, elektrisk drevet motor som bæres av nevnte hus og er mekanisk koplet til nevnte minst ene bevegelig element for nevnte pumpeelement for selektivt å drive det minst ene bevegelige element (c) det opprettes minst en føler for å påvise minst en av: (1) en driftsattributt for den forbedrede pumpen, (2) en tilstand under overflaten, (3) en fluidstrømningsattributt, og (4) en fluidattributt, (d) det frembringes minst en programmerbar regulator som bæres inne i brønnboringen og er kommuniserende koplet til i det minste nevnte minst ene føler; (e) det mottas data fra nevnte minst ene føler i nevnte minst ene programmerbare regulator for utførelse av minst ett program som består av utførbare instruksjoner; (f) nevnte minst ene programmerbare regulator anvendes for å overvåke minst en av følgende: (1) en driftsattributt for den forbedrede pumpen, (2) en tilstand under overflaten, (3) en fluidstrømningsattributt, og (4) en fluidattributt, (g) nevnte programmerbare regulator benyttes for å utføre programinstruksjoner for å utføre minst én av det følgende: (1) det forandres en driftstilstand for den forbedrede pumpen, og (2) det registrerer data.

11. Fremgangsmåte for transportering av fluider ifølge krav 10, som videre omfatter: (h) det opprettes et kommunikasjonselement som kommuniserende er koplet til nevnte minst ene programmerbare regulator for å utføre minst en av (1) å overføre informasjon, og (2) å motta informasjon, og (i) nevnte minst ene programmerbare regulator utnyttes for i tillegg å utføre minst en av det følgende: (1) å kommunisere data, (2) å motta data, (3) å kommunisere kommandoer, (4) å motta kommandoer, (5) å kommunisere programinstruksjoner, og (6) å motta programinstruksjoner.

12. Fremgangsmåte for transport av fluider ifølge krav 10, som videre omfatter: (h) det opprettes et lederelement som strekker seg fra et fjerntliggende sted frem til den forbedrede pumpe for å tilføre elektrisk effekt til nevnte elektrisk drevne motor.

13. Fremgangsmåte for transport av fluider ifølge krav 12, og som videre omfatter: (i) det opprettes et kommunikasjonselement som kommuniserende er koplet til nevnte minst ene programmerbare regulator, og dette kommunikasjonselement utnyttes for å utføre minst en av (1) å over-føre informasjon over det elektriske lederelement, og (2) å motta informasjon over det elektriske lederelement.

14. Forbedret fremgangsmåte ifølge krav 10, hvor den minst ene føler dessuten detekterer minst én av følgende: (5) en driftstilstand ved et annet brønnboringverktøy; og hvor det minst ene program som består av instruksjoner som kan utføres av den minst ene programmerbare regulator omfatter instruksjoner for overvåking av driftstilstanden til det andre brønnboringverktøy.

15. Forbedret fremgangsmåte ifølge krav 10, hvor nevnte minst ene program videre består av instruksjoner som kan utføres av den minst ene programmerbare regulator for: (4) sammenlikning av data med minst én forut-opprettet terskelverdi.

16. Fremgangsmåte for håndtering av gass og væske som produseres av en brønn omfattende: (a) det opprettes en sentrifugal-gasskompressor som plasseres i brønn-boringen, idet gasskompressoren gis et inntak for å motta gass i brønnen, innrettes for å komprimere gassen og avgi gassen ut gjennom et utløp til et valgt gassleveringssted, (b) det opprettes en elektrisk motor-sammenstilling nede i borehullet og som forbindes med gasskompressoren for å drive denne i rotasjon, (c) det opprettes en væskepumpe som anbringes i brønnen for å pumpe væske fra brønnen til et valgt væske-leveringssted, (d) det opprettes et databehandlingssystem for å regulere driften av minst en av følgende (1) nevnte sentrifugal-gasskompressor, (2) nevnte elektrisk motor-sammenstilling nede i borehullet, og (3) nevnte væskepumpe, og (e) nevnte behandlingssystem utnyttes for å regulere minst én av (1) sentrifugal-gasskompressoren, (2) den elektriske motorsammenstilling nede i borehullet, og (3) nevnte væskepumpe, i samsvar med opprettede programinstruksjoner.

17. Fremgangsmåte for transport ifølge krav 16, som videre omfatter: (f) det frembringes en gass-separator som monteres under pumpen, idet gass-separatoren gis et nedre inntak for å motta væske og gass fra brønnen, innrettes for å separere en vesentlig andel av gassen fra væsken, for å avgi den fraseparerte væske til inntaket for pumpen, og for å avgi den fraseparerte gass til inntaket for kompressoren, og (g) nevnte behandlingssystem utnyttes for å regulere minst en av følg-ende (1) sentrifugal-gasskompressoren, (2) den elektriske motor-sammenstilling nede i borehullet, (3) nevnte væskepumpe, og (4) gass-separatoren.