NO20130517A1 - Instrumentering av høypålitelighets elektriske nedsenkbare pumper - Google Patents

Abstract

Instrumentering for høystabilitets elektriske nedsenkbare pumper (ESP-er) tilveiebringes. Omfattende utplassering av sensorer gjennom ESP-komponentene gjør det mulig å overvåke, analysere og intervenere for å forbedre ytelsen til ESP-komponenter og gi høy stabilitet og lang levetid for komponentene. Eksempler på ESP-sensorer som brukes til beskyttende overvåkning av en ESP-rørledning, kan inkludere elektriske strømlekkasjedetektorer, temperatursensorer ved cellehodet, fiberoptikk brukt som distribuerte temperatursensorer i motorstatoren og rotorer på motoren, vannskjæringssensorer for å fastslå kvaliteten på produserte hydrokarboner, takometer- og dreiemomentsensorer for å detektere hastigheten til roterende aksler i motorene og pumpene, temperatur- og vibrasjonssensorer for rotorlagre og drivakseldeler, og wye-koblingspunktubalansedetektorer for balansering av elektriske belastninger på de tre fasene i et wye-koblingssystem. Fortolknings- og styringsmoduler analyserer sensorinnmatingen og setter i verk handlinger som forbedrer ytelsen og forlenger levetiden til komponenter.

Description

INSTRUMENTERING AV HØYSTABILITETS ELEKTRISKE

NEDSENKBARE PUMPER

BAKGRUNN

[0001] I kunstige løft for produksjonen av hydrokarboner og andre ressurser, særlig undersjøiske operasjoner, er det viktig å øke påliteligheten til elektriske nedsenkbare pumper (ESP-er, electrical submersible pumps) og deres tilknyttede komponenter (heretter ESP-rørledninger) fordi kostnadene ved intervensjon og reparasjon kan være svært høye. Konvensjonell necmullovervåkning for å bidra til å unngå reparasjoner, er begrenset til inntaks- og utslippssted for en konvensjonell ESP-rørledning og måler kun trykk, temperatur og vibrasjon ved inntaks- og utslippsposisjoner for ESP-rørledningen. Data fra slik konvensjonell overvåkning sendes til overflateutstyr for konvensjonell tolkning, men tilbyr kun en grovoversikt over problemer som kan oppstå langs ESP-rørledningen.

SAMMENDRAG

[0002] Instrimientering for høystabilitets elektriske nedsenkbare pumper (ESP-er) tilveiebringes. Et systemeksempel inkluderer en ESP-rørledning, en sensor forbundet med et aksellager eller et rotorlager for hver seksjon av ESP-rørledningen, en overvåkningsmodul for dynamisk sporing av data for hver sensor og en kontrollmodul for endring av en driftsparameter for ESP-rørledningen basert på den dynamiske sporingen av sensordata. Innebygget fiberoptikk kan overvåke temperaturer ved forskjellige steder på motorkveilene og kan også multiplekse sensordata som sendes til overflaten. Sensorer kan overvåke lagertemperaturer, lagervibrasjoner, statortemperaturer, distribuerte temperaturprofiler, la-aftkabeltemperaturer, aksel-RPM, akslingsmoment, vannskjæring, vanninnsig, væskekjemi, belgkapseltrykk, aksiallagertemperatur, belastning og slitasje; lekkasje av elektrisk strøm og ubalanse i det elektriske faseforholdet i wye-koblingspunket. Dette sammenfattende avsnittet er ikke ment å gi en fullstendig beskrivelse av mstrumenteringen av høystabilitets elektriske nedsenkbare pumper. En detaljert beskrivelse med eksempler på utforminger følger.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0003] Fig. 1 er et diagram over et eksempel på en elektrisk nedsenkbar pumpe (ESP)-rørledning, med et løpende fiberoptikkbånd til å overvåke komponenter.

[0004] Fig. 2 er et diagram over et eksempel på en pumpekomponent i ESP-rørledning med en driverdel.

[0005] Fig. 3 er et diagram over et eksempel på en nedsenkbar motor utstyrt med sensorrekker for høy stabilitet.

[0006] Fig. 4 er et diagram over et eksempel på en beskyttelsesanordning utstyrt med sensorrekker for høy stabilitet.

[0007] Fig. 5 er et diagram over et eksempel på et aksiallager utstyrt med sensorrekker for høy stabilitet.

[0008] Fig. 6 er et diagram over et eksempel på en pumpe og et pumpeinnløp utstyrt med sensorrekker for høy stabilitet.

[0009] Fig. 7 er et stolpediagram over et eksempel på en høystabilitetsmaskin.

[00010] Fig. 8 er et stolpediagram over et eksempel på en anordning til å plassere høystabilitetsmaskinen i.

[00011] Fig. 9 er et flytdiagram over et eksempel på en metode for å forbedre ytelse og stabilitet i en ESP-rørledning.

DETALJERT BESKRIVELSE

[00012] Denne offentliggjøringen beskriver instrumentering for høystabilitets nedsenkbare elektriske pumper (ESP-er). Et eksempel på et system som beskrives i dette dokumentet, gir høystabilitets ESP-rørledninger som har omfattende sensorfunksjoner og forbedret fortolkning av de omfattende sensorene. Utplasseringen av omfattende mengder sensorer gjør mulig forbedret overvåkning, analyse og styring av mange deler av ESP-rørledningen, ikke bare plasseringen av innløp og utløp, og gir forlenget levetid for komponentene. I beskrivelsen nedenfor brukes begrepene "styring" og "intervensjon" (eller "å intervenere") om hverandre. Systemeksemplet inkluderer nye verktøy som gir flere forbedrede overvåknings- og intervensjonskapasiteter for en ESP-rørledning.

Oversikt

[00013] Et eksempel på en ESP-rørledning er gjennomgående utstyrt med flere sensorer for å gi forbedret drift og høy stabilitet. Eksempelet på en nedsenkbar motor kan inkludere strømlekkasjesensor(er) for å detektere jording eller tap av elektrisk strøm på sannsynlige steder, temperatursensor(er) ved cellehodet, fiberoptikk som brukes som distribuert(e) temperatursensor(er) i statoren, f.eks. for overvåkning av temperaturen langs kveileseksjoner i bøyningen på motoren; vannskjæringssensor(er) til å fastslå kvaliteten til et produsert hydrokarbon, RPM og dreiemomentsensor(er) til å detektere hastigheten til roterende aksler i motoren(e) og/eller pumpen(e), temperatur- og/eller vibrasjonssensor(er) på rotasjonslagrene og drivaksellagerdelene og wye-koblingspunkt ubalansedetektor(er) for balansering av elektrisk belastninger på de tre fasene i et wye-koblingssystem.

[00014] Overflateutstyr måler og analyserer detekterte elektriske strømlekkasjer. Temperatur og vibrasjon kan måles og overvåkes ved flere rotorlagersteder. Én eller flere temperaturprofiler kan innhentes langs motorledningsforlengelse (MLE)-kabler, ved bruk av fiberoptikk eller RTD-er ved cellehodene. Vannskjæringssensorer for oljerenhet kan brukes ved flere posisjoner, også for indentifisering av vanninnsig.

Systemeksempler

[00015] Fig. 1 viser et eksempel på et nedsenkbart pumpesystem 20, med eksempler på sensorledninger 18 tilkoblet indre rekker med sensorer inni pumpesystemet 20. Det nedsenkbare pumpesystemet 20 kan inkludere forskjellige seksjoner og komponenter, avhengig av det bestemte anvendelsesområdet eller miljøet hvor det brukes. Eksempler på komponenter som nyttes i pumpesystemet 20, inkluderer i det minste én nedsenkbar pumpe 22, i det minste én nedsenkbar motor 24 og én eller flere motorbeskyttelsesanordninger 26 som er sammenkoblet slik at de danner trinn, seksjoner eller segmenter i det nedsenkbare pumpesystemet 20, henvist til som en elektrisk nedsenkbar pumpe (ESP)-rørledning 20.

[00016] I det viste systemeksemplet, er det nedsenkbare pumpesystemet 20 utformet for utsetting i en brønn 28 inni en geologisk formasjon 30 som inneholder ønskede produksjonsvæsker, slik som petroleum. Et borehull 32 bores inn i formasjonen 30 og, i det minste i noen utforminger, trekkes med en borehullforing 34. Perforeringer 36 dannes gjennom borehullforingen 34 for å gjøre mulig strømningen av væsker mellom den omkringliggende formasjonen 30 og borehullet 32.

[00017] Det nedsenkbare pumpesystemet 20 settes ut i et borehull 32 av et utsettelsessystem 38 som kan ha en rekke forskjellige konfigurasjoner. Utsettelsessystemet 38 f.eks. kan omfatte rørledning 40, slik som kveilerør eller produksjonsrør, koblet til en nedsenkbar pumpe 22 med en koblingsdel 42. Kraft leveres til den minst ene nedsenkbare motoren 24 via en kraftkabel 44. Den nedsenkbare motoren 24 gir i sin tur kraft til den nedsenkbare pumpen 22, som kan brukes til å trekke inn produksjonsvæske gjennom et pumpeinnløp eller produsere produksjonsvæsken gjennom, f.eks. rørledningen 40 til et ønsket oppsamlingssted som kan være ved en overflate 48 på jorden.

[00018] Det illustrerte nedsenkbare pumpesystemet 20 er kun ett eksempel blant mange typer nedsenkbare pumpesystemer som kan dra fordel av funksjonene som beskrives i dette dokumentet. Flere pumpetrinn og andre komponenter kan f.eks. legges til pumpesystemet, og andre utsettelsessystemer kan brukes. Produksjonsvæsker kan i tillegg pumpes til oppsamlingsstedet gjennom rørledningen 40 eller gjennom et ringrom rundt utsettelsessystemet 38. Den nedsenkbare pumpen eller pumpene 22 kan også nytte forskjellige typer trinn, slik som blandede strørnnmgstrinn eller radiale strørnnmgstrinn.

[00019] Fig. 2 viser et tverrsnitt av et eksempel på en utforming av en nedsenkbar pumpe 22. Fig. 2 er kun ett eksempel på en nedsenkbar pumpekonstruksjon, presentert for å vise et eksempel på sensorplassering. I denne utformingen omfatter den nedsenkbare pumpen 22 et mangfold av trinn, slik som trinn 50 og 50'. Hvert trinn 50 omfatter et rotorblad 52 koblet til en aksel 54 som roterer rundt en sentralakse 56. Rotasjonen av akselen 54 på den nedsenkbare motoren 24 får rotorbladene 52 til å rotere inni et ytre pumpehus 58. Hvert rotorblad 52 trekker væske inn gjennom et rotorblad- eller trinninnløp 60 og styrer væsken langs en indre rotorbladpassasje 62 før væsken slippes ut gjennom et rotorbladutløp 64 og inn i en aksialt tilstøtende spreder 66. Den indre passasjen 62 defineres av formen på et rotorbladhus 68 og huset

68 kan være formet for å danne et rotorblad for et flytetrinn, som illustrert i

Fig. 2 eller for et kompresjonstrinn. Rotorbladhuset 68 kan i tillegg utformes for å danne et blandet strørnnmgstrinn, et radialt strørnnmgstrinn eller en annen passende trinntype for bruk i den nedsenkbare pumpen 22.

[00020] I fig. 2 er en indre driverdel 70, slik som en aksiallagerskive, plassert for å motstå aksialbelastninger, dvs. for å motstå nedoverdrivende belastninger dannet av det roterende rotorbladet 52. I dette utformingseksemplet kan aksiallagerskiven 70 plasseres i profilen til en rotorbladfunksjon 72, slik som en forsenkning formet i en øvre del av rotorbladhuset 68. Aksiallagerskiven 70 kan plasseres mellom rotorbladet 52 og en radialt innovervendt del 74 på den neste nærliggende oppstrøms sprederen 66.1 en utførelse kan minst én sensor 76 plasseres nær, mot eller inni aksiallagerskiven 70 og kables gjennom stasjonære deler av sprederhuset, slik som den radiale innoverdelen 74. Temperatur-, belastnings- og posisjons- eller nærhetssensorer kan brukes på en aksiallagerskive 70 for å overvåke belastningen eller lo-afrpåvklaiingen på aksiallagerskiven 70 eller nær et spor for aksiallageret, så vel som belastningsegenskaper, f.eks. for det formål å justere belastningen for å spare aksiallageret eller forlenge levetiden til aksiallageret.

[00021] Fig. 3 viser et eksempel på en motor 24, som kan gi kraft til én eller flere komponenter i en ESP-rørledning 20. I ett scenario kan f.eks. eksemplet på en motor 24 gi kraft til flere pumpetrinn. Motoreksemplet 24 har forskjellige maskinvarekomponenter og tilknyttede sensorer. Motoreksemplet 24 kan ha et motorhode 302, en motorbunn 304 og et ytre hus 306. En rotor 308, støttet av rotorlagre 310, driver rotasjonen av en aksel 312. En stator med lamineringer gir et roterende magnetfelt til å drive rotoren 308.

[00022] Statoren 314 har viklinger 316, som danner elektromagnetiske felt når det strømmer elektrisitet. Rotoren 308 kan også ha viklinger 316, for å indusere elektromagnetiske felt som samvirker med de elektromagnetiske feltene til statoren 314. Alternativt kan rotoren 308 ha permanente magneter i stedet for viklinger 316. Motoren 24 kan ha andre funksjoner, slik som et avløp og en påfyllingsventil 318 for motorolje, slik som dielektrisk olje. En kobling 320 ved motorhodet 302 kobler til en pumpe 22 eller en beskyttelsesanordning 26. Aksellagrene 312 kan ha tilknyttede driverdeler 322 eller en trykkring til å bære aksialbelastningen generert av trykket fra én eller flere av pumpene 22 som er i drift. Elektrisk kan motoren 24 ha en kraftkabelforlengelse 324 som kobles til en terminal 326.

[00023] Forskjellige sensortyper kan inkluderes i ESP-rørledningen 20 for å overvåke mange aspekter av de ovennevnte komponentene. Rotoren 308 kan f.eks. ha en rotortemperatursensor 328. Det kan også finnes en cellehodetemperatursensor 330. Hvert lager, slik som rotorlagrene eller et aksiallager 322 kan ha en lagertemperatursensor 332. Et fiberoptisk bånd som kan være plassert i statoren 314 tjener som en distribuert temperatursensor 334.

[00024] I en utførelse måler systemeksemplet distribuert temperatur 334 via fiberoptikk og inkluderer også vibrasjons sensorer 336 ved flere posisjoner langs ESP-rørledningen 20. Et systemeksempel 20 kan f.eks. ha utsatt distribuert temperatursensorer 334 og vibrasjonssensorer 336, hovedsakelig ved pumpelagrene 604 og 606 og rotorlagrene, slik som lager 322. I en utførelse foretar systemeksempelet 20 målinger ved bruk av fiberoptikk som er plassert innvendig, f.eks. i motorstatoren 314, eller foretar målinger via elektroniske målere stroppet fast på ytre punkter på huset langs ESP-rørledningen 20.

[00025] En fiberoptikksensor 18 bruker optiske fibre enten som det indre sensorelementet eller som et ytre middel til overføring av signaler fra fjerntliggende sensorer til behandlingsenheten som mottar signalene. Fibre kan ha mange anvendelser som fjernsensorer i eksemplet på en ESP-rørledning 20. Fibre nyttes på grunn av den små størrelsen og fordi det ikke kreves noen elektrisk kraft nedhulls. Flere sensorer kan også multiplekses langs en lengde på et fiberoptisk bånd ved tildeling av forskjellige lysbølgelengder til hver sensor, eller ved å registrere en tilsvarende tidsforsinkelse ettersom lys passerer langs fibret gjennom hver sensor langs linjen. Tidsforsinkelsen kan fastslås ved bruk av et optisk tidsdomenereflektometer eller en annen anordning.

[00026] Fiberoptikksensorer er immune mot elektromagnetiske forstyrrelser, noe som er viktig nedhulls gitt kraften som leveres til den/de nedsenkbare motoren(e) 24, og fordi fiberoptikk ikke leder elektrisitet, kan det nyttes der det finnes høyspenningselektrisitet. Fiberoptikksensorer kan også konstrueres med immunitet mot svært høye temperaturer.

[00027] I tillegg til å måle distribuerte temperaturer 334 langs hele sin lengde, kan en optisk fiber også brukes som en sensor til å måle belastning, trykk og andre kvantiteter, ved å modifisere fibret slik at den målte kvantiteten modulerer intensitet, fase, polarisering, bølgelengde eller overføringstid for lys i fibret. Sensorer som kan variere lysintensiteten er de enkleste å sette ut i en ESP-rørledning 20, da det kun kreves en enkel kile og detektor. Et tiltrekkende trekk ved et indre fiberoptikksensorarrangement, er at det kan gi distribuert registrering over svært store avstander, som f.eks. når en brønn er svært dyp.

[00028] Temperatur kan måles ved bruk av en fiber som har flyktig tap som varierer med temperatur, eller ved å analysere Raman-spredningen i det optiske fibret. Elektrisk spenning i ESP-rørledningen 20 kan registreres ved ikke-lineære optiske effekter i spesialdotert fiber, som endrer lyspolariseringen som en funksjon av spenningen eller elektrisk felt. Vinkelmålingssensorer kan baseres på Sagnac-effekten.

[00029] Optiske fibersensorer for distribuert temperaturregistrering 334 og trykkregistrering i nedhullmiljøer, er velegnet for dette miljøet når temperaturene er for høye for halvledersensorer.

[00030] Fiberoptikksensorer kan brukes til å måle nærliggende temperaturer og belastning samtidig, f.eks. i et ESP-lager 322, 404, 406, 604 eller 606, med svært høy nøyaktighet ved bruk av Bragg-fibergitre. Denne teknikken er nyttig når det skal hentes inn informasjon fra små, komplekse strukturer.

[00031] En fiberoptisk vekselstrøm (AC)- og direktestrøm (DC)-spenningssensor kan brukes i eksemplet på en ESP-rørledning 20 for å registrere AC/DC-spenning i midt- og liøyspenningsområder (100-2000 V). Sensoren aktiveres ved induksjon av en målbar mengde Kerr-ikke-linearitet i en enkelmodus optisk fiber, ved å eksponere en beregnet lengde fiber for det ytre elektriske feltet. Denne målmgsteknikken er basert på polarimetrisk deteksjon og det oppnås høy nøyaktighet i ugjestmilde nedhullmiljøer.

[00032] Elektrisk kraft i ESP-rørledningen 20 kan måles i en fiber ved bruk av en strukturert fiberbuntamperesensor sammen med skikkelig signalbehandling i en polarimetrisk deteksjonsplan.

[00033] Når brukt som et overføringsmedium for signaler fra konvensjonelle sensorer til overflaten, bruker ytre fiberoptikksensorer en optisk fiberkabel, vanligvis en multimoduskabel, til å overføre modulert lys fra enten en ikke-fiber optisk sensor eller en elektronisk sensor koblet til en optisk sender. Bruk av fiber til overføring av data fra ytre sensorer, gir den fordelen at fibret kan nå steder som ellers er utilgjengelig. En fiber kan f.eks. måle temperaturen inni en varm komponent i ESP-rørledningen 20 ved å overføre stråling inn i et stråling spyrometer som befinner seg utenfor komponenten. Ytre sensorer kan brukes på samme måten til å måle den innvendige temperaturen til den nedsenkbare motoren 24, hvor de ekstreme elektromagnetiske feltene gjør bruk av andre målmgsteknikker umulig.

[00034] Fiberoptikksensorer gir utmerket beskyttelse av målersignaler mot støyforvrengning. Noen konvensjonelle sensorer produserer imidlertid elektrisk utsignal, som må konverteres til et optisk signal for bruk med fibret. I tilfelle et platinaresistenstermometer, oversettes temperaturendringene til resistensendringer. PRT-en kan utstyres med en elektrisk kraftfbr syning. Det modulerte spenningsmvået ved utsignalet til PRT-en kan så injiseres inn i den optiske fiberen via en uvanlig sendertype. I dette scenariet kan det være nødvendig å levere lavspermingskraft til transformatoren.

[00035] Ytre sensorer kan også brukes med fiber som overføringsmedium til overflaten, for å måle vibrasjon, rotasjon, forskyvning, hastighet, akselerasjon, dreiemoment og vridning i ESP-rørledningen 20.

[00036] Et elektronisk moduleksempel kan registrere vibrasjoner på forskjellige steder eller kombinasjoner av steder, f.eks. X- og Z-flatene i et 3-dimensjonalt rom. I en utførelse motvirker eller demper vibrasjonsutligningsmoduler 354 vibrasjoner ved bruk av vibrasjonsutligningsteknologi anvendt på bestemte steder.

[00037] I én utførelse kan en sensor i et eksempel på en vibrasjonsmodul hente inn vibrasjonsspektraldata på inntil 1 kHz for en valgt komponent langs en ESP-rørledning 20, f.eks. for en del av en roterende motoraksel.

[00038] I en utførelse kan et eksempel på en vibrasjonsmodul være innarbeidet i WELLNET-trykk- og temperaturmålere eller WELLWATCHER Flux-digitalsensormatrisesystem (Schlumberger Ltd, Houston Texas).

[00039] Systemeksemplet 20 kan også måle temperaturprofiler langs en kraftledning, f.eks. fra overflaten til ESP-rørledningen 20, ved bruk av fiberoptikk eller platinaresistenstemperaturdetektor(er) (RTD-er) 330, f.eks. ved et cellehode.

[00040] En rotorvibrasjonssensor 336 kan inkluderes for å registrere den relative helsetilstanden til rotoren 308 og dens lagre. Hvert lager kan også ha en belastningssensor 338 og en avstandssensor 340 for å registrere slitasje, som målt ved jamførings- eller endringstoleranser. Den roterende akselen 312 til ESP-en, kan ha en tilknyttet takometer RPM-sensor 342 og en dreiemomentsensor 344. Dreiemomentsensorene 344 kan pakkes rundt motorakselen 312 for overvåkning av dreiemoment og rotasjonskraft. Elektrisk kan ESP-en ha en elektrisk strømlekkasjesensor 346 og en wye-koblmgspunktspennings- eller strømubalansesensor 348. ESP-en kan også ha tilknyttede kjemiske sensorer 350 og vannskjæringssensorer 352. Ytterligere sensorer, f.eks. fra Wireline Downhole Fluid Analysis-verktøy kan settes ut for å detektere gass-olje-forhold, faststoffinnhold, hydrogensulfid- og karbondioksidkonsentrasjoner, pH, tetthet, viskositet og andre kjemiske og fysiske parametere. Vannskjæringssensorene 352 kan også plasseres på forskjellige steder i en ESP-rørledning for måling av oljerenhet og for detektering av vanninnsig.

[00041] Som vist i fig. 4, kan eksemplet på en ESP-rørledning 20 også inkludere en beskyttelsesanordning 26, som intervenerer mellom motoren 24 og pumpen 22, og som har forskjellige komponenter og tilknyttede sensorer. Et eksempel på en beskyttelsesanordning 26 kan inkludere en aksel 400, en akselforsegling 402 og et aksellager 404. I det minste ett aksellager kan være forbundet med et drivaksellager 406 for å bære aksialbelastningen på akselen 400 som generert av pumpens drivkraft. I en utførelse instrumenteres et drivaksellager ved å legge til temperatur-, belastnings- og avstandssensorer for å overvåke status. Beskyttelsesanordningen 26 kan også utligne trykket mellom motoren 24 og pumpen 22, slik som utligning av oljeekspansjon mellom de to komponentene, eller kan utligne trykket mellom det omkringliggende brønnmiljøet og det indre av beskyttelsesanordningen 26, og kan derfor inkludere i det minste én utvidbar sekk eller en belgkapsel 408. Beskyttelsesanorclningen 26 kan også inkludere et filter 410, som, når oljen i beskyttelsesanordningen 26 er i kommunikasjon med motoroljen, f.eks. holder filteret 410 motoravfall vekke fra beskyttelsesanordningen 26, eller, i en annen eller den samme utførelsen, når det indre av beskyttelsesanordningen 26 utligner trykket med det omkringliggende brønntrykket, for å holde brønnvæskeavfall fra å trenge inn i det indre av beskyttelsesanordningen 26.

[00042] Beskyttelsesanorclningen 26 kan inkludere mange typer sensorer for å overvåke og forbedre drift, for å holde beskyttelsesanordningen 26 i god stand og å gi høy grad av pålitelighet. Beskyttelsesanorclningen 26 kan inkludere et fiberoptikkbånd 18 til å registrere distribuerte temperaturer. Fiberoptikkbåndet 18 kan være det samme fiberoptikkbåndet 18 som strekker seg fortløpende gjennom det meste av eller hele ESP-rørledningen 20. Beskyttelsesanorclningen 26 kan også inkludere f.eks. for hvert lager, en temperatursensor 328 og en vibrasjonssensor 336. Sekken eller belgkapselen 408 kan ha tilknyttede trykkdifferensialsensorer 412 til å måle, for sammenligningsformål, trykket inni og utenfor sekken eller belgkapselen 408. En beskyttelsesmekanisme for en beskyttelsesrørstreng bruker trykkdifferensialsensorer 412 til å måle trykket inn og utenfor sekken eller belgkapselen 408 i beskyttelsesanordningen 26. Når en mekanisk ventil ikke beskytter sekken eller belgkapselen 408 mot overtrykk, kan beskyttelsesanordningen 26 inkludere en elektrisk trykkbegrensningsventil 414 for å lette overtrykk på et signal fra en overflate sensoranalysator 710, eller fra en lokal logisk krets. Den elektriske trykkbegrensningsventilen 414 kan brukes sammen med konvensjonelle mekaniske trykkbegrensningsventiler. Trykkdifferensialsensorer 412 overvåker belastningen på sekken, belgkapslene 408, trekkspill, eller andre måter å utligne trykk på mellom f.eks. motoroljen og ytre reservoarvæske. Når trykket bygger seg opp på grunn av en mekanisk trykkbegrensningsventilsvikt, oppdages hendelsen av trykkdifferensialsensorene 412 og den elektriske trykkbegrensningsventilen 414 settes i drift for å lette trykket og hindre beskyttelsessekksvikt eller belgkapselsvikt 408.

[00043] Fig. 5 viser en splittegningsvisning av et eksempel på et drivaksellager (f.eks. 322 eller 406). Drivaksellageret 322 kan instrumenteres ved tillegg av i det minste én temperatursensor 332, en belastningssensor 338 (f.eks. en ladecelle) og en avstandssensor 340, til å overvåke status. Eksemplet på en avstandssensor 340 har høy stabilitet og lang levetid på grunn av fravær av mekaniske deler i nærheten av sensoren 340 og mangel på fysisk kontakt mellom avstands sensoren 340 og det registrerte lageret eller den registrerte akselen. En egnet avstandssensor 340 kan måle variasjonen i avstanden mellom akselen og dens støttende lagre, eller mellom friksjonsgrensesnittoverflater på drivakseldelen 322.

[00044] Fig. 6 viser et eksempel på en pumpe 22 og tilknyttet innløp 600. Pumpen 22 kan være en sentrifugalpumpe, men i alternative utførelser kan pumpeeksemplet 22 være en annen type nedsenkbar pumpe, slik som en membranpumpe eller en hulromfremdriftspumpe i et annet oppsett for en nedsenkbar pumperørledning. Pumpeeksemplet 22 har et væskeinnløp eller - inntak 600 og et væskeutløp 602. Pumpeeksemplet 22 kan ha forskjellige lagre, slik som lager 604 og lager 606. Hvert lager 604 og 606 kan ha tilknyttet temperatursensor 332 og vibrasjonssensor 336. Væskeinnløpet 600 kan også ha minst én trykksensor 608, temperatursensor 332 og vibrasjonssensor 336. På samme måte kan væskeutløpet 602 ha en respektiv trykksensor 608, temperatursensor 332 og vibrasjonssensor 336. Pumpen 22 kan ha i det minste én tilknyttet strømningssensor 610, for å fastslå en gjeldende strømningsrate for pumpen 22 eller andre volumetriske væskedata. Pumpen 22 kan også ha tilknyttet i det minste én kjemisk sensor 350 og i det minste én vannskjæringssensor 352. Disse sensorene 350 og 352, kan detektere f.eks. et gass-olje-forhold, faststoffinnhold, H2S- og C02-konsentrasjoner, pH, væsketetthet og væskeviskositet. Utsignalene fra de forskjellige sensorene tilknyttet pumpen 22 kan multiplekses for å kommunisere med overflaten ved bruk av et minimum av kommunikasjonsledninger eller én enkelt fiberoptisk kabel.

[00045] Fig. 7 viser et eksempel på en høystabilitetsmaskin 700 for overvåkning av forskjellige sensorer satt ut i en ESP-rørledning 20 og kontroll med komponenter i ESP-rørledningen 20, for lengre levetid, høy tilgjengelighet og høy stabilitet. Den illustrerte høystabilitetsmaskinen 700 er kun ett eksempel på en sensor-tolknings-modul og ESP-kontrollmodul. Andre konfigurasjoner av en overvåkningskontroller kan også brukes. Eksemplet på en høystabilitetsmaskin 700 kan plasseres ved overflaten, f.eks. med en annen datamaskin som vertskap eller den kan tilknyttes andre komponenter som befinner seg på overflaten og er kornmunikasjonskoblet til nedhullkomponenter, slik som en variabel-hastighet-stasjon (VSD) 714 eller variabel-frekvens-stasjon (VFD). Høystabilitetsmaskinen 700 kan også implementeres i en programmerbar logisk kontroller (PLC). Alternativt kan høystabilitetsmaskinen 700 plasseres nedhulls, som en lokal modul, med en annen databehandlingsenhet som befinner seg lokalt i ESP-rørledningen 20 som vertskap.

[00046] I en utførelse er høystabilitetsmaskinen 700 koblet til ESP-rørledningen 20 via en multiplekser 702 som kommuniserer med mange sensorer over kun noen få kabler eller fibre 18, og deretter kommuniserer sensordata til en sensordatainngang 706 for høystabilitetsmaskinen 700.1 noen utførelser bruker ikke høystabilitetsmaskinen 700 en intervenerende multiplekser 702. Multiplekseren 702 kan også inkludere en fiberoptikk multiplekser 704, f.eks. for bølgelengde-divisjon-multipleksing (WDM), slik at mange sensorer kan overvåkes over ett eller noen få fiberoptikkbånd. ESP-rørledningen 20 kan på samme måte ha distribuert temperaturregistrering 334 over ett eller flere fiberoptikkbånd.

[00047] Høystabilitetsmaskinen 700 kan inkludere en sensordatainngang 706 og sensorovervåkningsmodul 708, en fortolkningsmodul 710 og en styringsmodul 712. Sensordatainngangen 706 mottar signaler fra sensorene eller fra multiplekseren 702. Sensorene som genererer dataene, kan inkludere temperatursensorer, distribuerte temperatursensorer, vibrasjonssensorer, vibrasjonsspektraldatasensorer, trykksensorer, trykkdifferensialsensorer, belastningssensorer, avstandssensorer, cellehodesensorer, filterskittsensorer, lagerslitasjesensorer, posisjonssensorer, rotasjonshastighetssensorer, dreiemomentsensorer, elektrisk strømlekkasjesensorer, wye-koblingspunktubalansesensorer, kjemiske sensorer, vannskjæringssensorer og så videre.

[00048] Sensorovervåkningsmodulen 708 registrerer dataene fra hver enkelt sensor. Sensorovervålaiingsmodulen 708 kan spore gjeldende sanntids sensordata og kan også oppbevare en historikk over alle data eller utvalgte data, i en forhåndsbestemt historisk tidsperiode. Fortolkningsmodulen 710 analyserer sensordataene og beregner pågående konklusjoner om tilstanden til hver ESP-rørledningskomponent. Fortolkningsmodulen 710 kan signalisere til styringsmodulen 712 for å endre en driftsparameter for ESP-rørledningen 20.

[00049] Styringsmodulen 712 har aktiveringskontroll over i det minste noen driftsparametere for ESP-rørledningen 20, og kan justere driftsparameterne for å forlenge levetiden til nedhulls maskinvarekomponenter, ved å hindre slitasje eller holde driftsparameterne innenfor sikre grenser. Styringsmodulen 712 kan f.eks. signalisere til VSD-en 714 at en elektrisk kraftparameter, slik som spenning, ampere eller frekvens som leveres til den nedsenkbare motoren 24, skal endres. Endringen i elektrisk kraft modifiserer driften av pumpen 22. En lett senkning av pumpehastigheten 22 kan f.eks. bidra i stor grad til å redusere slitasje på lagrene, f.eks. 322, 404, 406, 604, 606. Eller lett hastighetsreduksjon kan forlenge livet til en pumperotor når en slipende væske pumpes. Eller, pumpehastigheten kan justeres for å resultere i sikrere driftstemperatur for motoren 24, beskyttelsesanordningen 26 eller pumpen 22.

[00050] Ved mottak av signaler fra fortolkningsmodulen 710, kan styringsmodulen 712 også bruke mekaniske anti-vibrasjonsbølger eller akustiske bølger via vibrasjonsutligningsmodulene 354. I en utførelse, utligner vibrasjonsutligningsmodulene 354 vibrasjoner i et valgt vibrasjonsplan.

[00051] Når styringsmodulen 712 mottar signaler fra fortolkningsmodulen 710, kan denne også redusere et trykk, enten ved avsmalning av utløpet på pumpen 22 eller ved aktivering av en ventil, slik som en elektrisk trykkbegrensningsventil 414, som kan hindre overtrykk i en belgkapsel /sekk / et kammer 408. Styringsmodulen 712 kan også aktivere andre ventiler for å avlede eller omarrangere en strømningsbane, for å forbedre driften eller øke levetiden til komponentene i ESP-rørledningen 20. Det finnes også mange andre ventil-, solenoidmagnet-, aktuator-, vikling-, motor- og elektriske parametere som styringsmodulen 712 kan regulere for å forbedre ytelsen til ESP-rørledningen 20 eller forlenge levetiden til en komponent. Når det f.eks. registreres slitasje i en drivakselforsegling eller et drivaksellager 322 eller 406, kan styringsmodulen 712 justere en drivakselforseglingspute ved å flytte den slitte puten nærmere en kontaktoverflate. Styringsmodulen 712 kan utføre mange andre intervensjoner, slik som å justere pumpedriften for tilpasning av de fysiske egenskapene til væsken som pumpes, kjøre en selv-rengjøringssyklus i ESP-rørledningen 20, aktivere ytterligere prøver og sensorer etter behov, endre posisjonen til deler for å kompensere for slitasje, utføre innebygde vedlikeholdsoppgaver, tilføre smøremidler, rengjøre et optisk vindu, bytte til en reserve eller en reservedel (f.eks. elektrisk), og mange andre fjernkontrollerte intervensjoner, utløst av sensorene og fortolkningsmodulen 710, som gir forbedret drift eller forlenget levetid for en komponent i ESP-rørledningen 20.

[00052] Fig. 8 viser et eksempel på et beregnings- eller maskinvaremiljø, f.eks. anordningseksemplet 800, som vertskap for høystabilitetsmaskinen 700 i fig. 7. Fig. 8 illustrerer således et anorclningseksempel 800 som kan implementeres for å overvåke og analysere sensordata, og styre eller intervenere for å bidra til å gi forbedret drift, høyere stabilitet og høy tilgjengelig for en ESP-rørledning 20. Det viste anordningseksemplet 800 er kun ett eksempel på en beregningsanordning eller en programmerbar enhet, og er ikke ment å antyde begrensninger med hensyn til bruks- eller funksjonsomfang for anordningseksemplet 800 og/eller dets mulige arkitekturformer. Ei heller skal anordningseksemplet 800 forstås som om det på noen som helst måte er avhengig av eller krever noen bestemte eller kombinasjoner av komponenter i det illustrerte anordningseksemplet 800.

[00053] Anordningseksemplet 800 inkluderer én eller flere prosessorer eller prosessenheter 802, én eller flere minnekomponenter 804, én eller flere innmatings/utmatings (I/0)-anordninger 806, en databuss 808 som gjør det mulig for de forskjellige komponentene og enhetene å kommunisere med hverandre og som inkluderer datalagring 810, blant andre komponenter.

[00054] Minnet 804 representerer generelt ett eller flere flyktige datalagringsmedier. Minnekomponenten 804 kan inkludere flyktige medier (slik som direkteminne, RAM) og/eller ikke-flyktige medier (slik som skrivebeskyttet minne (ROM), flash-minne osv).

[00055] Databussen 808 representerer én eller flere av en hvilken som helst type databuss-strukturer, inkludert en minnedatabuss eller lagerstyringsenhet, en perifer databuss, en akselerert grafisk port og en prosessor eller lokal databuss som bruker en mangfold av databussarkitekturer. Databussen 808 kan inkludere kablede og/eller trådløse databusser.

[00056] Lokal datalagring 810 kan inkludere faste medier (f.eks. RAM, ROM, en fast harddiskstasjon, optiske plater, magnetiske plater osv.).

[00057] Én eller flere innmatmgs/utmatingsenheter 806 kan gjøre det mulig for brukeren å legge inn kommandoer til anordningseksemplet 800, og også tillate at informasjon presenteres for brukeren og/eller andre komponenter eller anordninger. Eksempler på innmatingsenheter inkluderer et tastatur, en markørkontrollenhet (f.eks. en mus), en mikrofon, en skanner osv. Eksempler på utmatingsenheter inkluderer en (hsplayanordning (f.eks. en monitor eller prosjektør), høyttalere, en skriver, et nettverkskort osv.

[00058] Et brukergrensesnitt kan også kommunisere via en brukergrensesnitt (Ul)-kontroller 812, som kan kobles til UI-enheten enten direkte eller via databussen 808.

[00059] Et nettverksgrensesnitt 814 kommuniserer med maskinvare, slik som sensorer, ventiler 414, multiplekser 702 og/eller 704, vibrasjonsutligningsmoduler 354, VSD 714, VFD osv.

[00060] En mediestasjon / et grensesnitt 816 aksepterer medier 818, slik som flash-stasjoner, optiske plater, flyttbare harddisker, programvareprodukter osv. Logikk, (ktabehancllmgsinstruksjoner eller et programvareinneholdende element i høystabilitetsmaskinen 700 kan befinne seg på et flyttbart medium 818 som kan leses av mediestasjonen / grensesnittet 816.

[00061] Forskjellige teknikker og modulene i høystabilitetsmaskinen 700 kan beskrives i dette dokumentet i generell sammenheng med programvare eller programvaremoduler, eller teknikkene og modulene kan implementeres i ren databehandling smaskinvare. Programvare inkluderer generelt rutiner, programmer, objekter, komponenter, datastrukturer osv. som utfører bestemte oppgaver eller implementerer bestemte abstrakte datatyper. En utførelse av disse modulene og teknikkene kan lagres på eller overføres over noe form for håndfast datamaskinlesbart medium. Datamaskinlesbare medier kan være ethvert tilgjengelig lagringsmedium eller håndfaste media og som databehandlingsenheten kan få tilgang til. Datamaskinlesbare medier kan således omfatte (ktamaskinlagringsmedier.

[00062] "Datamaskinlagringsmedier" inkluderer flyktige og ikke-flyktige, flyttbare og stasjonære, håndfaste medier utført for lagring av informasjon, slik som datamaskinlesbare instruksjoner, datastrukturer, programmoduler eller andre data. Datamaskinlagringsmedia inkluderer, men er ikke begrenset til, RAM, ROM, EEPROM, flash-minne eller annen minneteknologi, CD-ROM, "digital versatile disk" (DVD) eller annen optisk lagring, magnetkassetter, magnetisk tape, magnetisk disklagring eller andre magnetiske lagringsenheter eller ethvert annet håndfast medium som kan brukes til å lagre den ønskede informasjonen og som en datamaskin kan få tilgang til.

Metodeeksempel

[00063] Fig. 9 er et metodeeksempel 900 for forbedret ytelse og stabilitet i en ESP-rørledning. I flytdiagrammet representeres operasjonene i individuelle blokker. Metodeeksemplet kan utføres av maskinvare- og programvareelementer, slik som eksemplet på en høystabilitetsmaskin 700.

[00064] Ved blokk 902 utstyres en elektrisk nedsenkbar pumpe (ESP)-rørledning med minst én motor og en sensor forbundet med i det minste et akselager eller et rotasjonslager for hvert trinn av ESP-rørledningen.

[00065] Ved blokk 904 spores sensordata dynamisk av en overvåkningsmodul.

[00066] Ved blokk 906 endres en driftsparameter for en komponent i ESP-rørledningen av en styringsmodul, basert på den dynamiske sporingen av sensordata.

Konklusjon

[00067] Selv om bare noen eksemplariske utforminger har blitt beskrevet i detalj ovenfor, vil de med ferdigheter i faget umiddelbart forstå at mange modifikasjoner av de beskrevne eksemplariske utformingene er mulig, uten å avvike fra det krevde emnet. Følgelig er alle slike modifikasjoner intensjonelt inkludert i omfanget av denne offentliggjøringen, som definert i de følgende kravene. I kravene er metode-pluss-funksjons-klausulene ment å dekke strukturene beskrevet i dette dokumentet som utfører de siterte funksjonene og ikke bare strukturelle ekvivalenter, men også ekvivalente strukturer. Den uttrykte intensjonen til søker, er ikke å påkalle 35 U.S.C. § 112, avsnitt 6 for noen begrensninger av noen av kravene i det foreliggende dokumentet, unntatt for dem hvor kravet uttrykkelig bruker ordene "metode" sammen med en forbundet funksjon.

Claims (20)

1. Et system, omfattende: en elektrisk nedsenkbar pumpe (ESP)-rørledning, inkludert i det minste én ESP-motor; en sensor forbundet med i det minste et aksellager eller et rotorlager for hver seksjon av ESP-rørledningen; en overvåkningsmodul for dynamisk sporing av data for hver sensor; og en styringsmodul for endring av en driftsparameter for en komponent i ESP-rørledningen basert på den dynamiske sporingen av sensordata.

2. Systemet i krav 1, videre omfattende et fiberoptikkbånd til gjennomføring av distribuert registrering av temperaturer langs ESP-rørledningen, hvor styringsmodulen endrer en driftsparameter for minst én komponent i ESP-rørledningen basert på den distribuerte temperaturregistreringen.

3. Systemet i krav 2, hvor fiberoptikkbåndet løper innvendig gjennom minst én motorstator i ESP-rørledningen.

4. Systemet i krav 2, hvor den distribuerte temperaturregistreringen som bruker fiberoptikkbånd inkluderer registrering av en temperatur forbundet med i det minste et aksellager eller et rotorlager i ESP-rørledningen.

5. Systemet i krav 4, videre omfattende en vibrasjonssensor for dynamisk sporing av vibrasjoner generert av ESP-rørledningen.

6. Systemet i krav 5, hvor en vibrasjonsmodul henter inn vibrasjonsspektraldata inntil 1 kHz for en valgt komponent langs ESP-rørledningen.

7. Systemet i krav 5, hvor hver vibrasjonssensor dynamisk sporer en vibrasjon forbundet med et pumpelager eller et motorlager i ESP-rørledningen.

8. Systemet i krav 7, hvor styringsmodulen endrer en driftsparameter for i det minste én komponent i ESP-rørledningen basert på en analyse av i det minste én av temperatur og minst én vibrasjon i ESP-rørledningen.

9. Systemet i krav 1, videre omfattende et fiberoptisk bånd for måling av en distribuert temperaturprofil eller en platinaresistent termokoblingsanordning (RTD) for måling av en temperatur for en kraftkabel for ESP-rørledningen eller langs en motorledningsforlengelse (MLE)-kabel i ESP-rørledningen.

10. Systemet i krav 1, videre omfattende en takometer (RPM)-sensor eller en dreiemomentsensor pakket rundt i det minste en aksel for overvåkning av rotasjonshastighet og et dreiemoment for akselen.

11. Systemet i krav 1, videre omfattende i det minste en vannskjæringssensor eller i det minste en kjemisk sensor, plassert langs ESP-rørledningen for å foreta oljerenhetsmålinger eller kjemiske målinger.

12. Systemet i krav 1, videre omfattende en trykksensor som befinner seg i en ESP-rørledning for å utføre en trykkmåling.

13. Systemet i krav 12, hvor den i det minste ene trykksensoren måler en trykkdifferensial innvendig og utenfor en belgkapsel i ESP-rørledningen.

14. Systemet i krav 13, videre omfattende en elektrisk trylda-eguleringsventil i samvirke med en mekanisk trykkreguleringsventil for lette av trykket i belgkapselen.

15. Systemet i krav 1, videre omfattende en elektrisk strømlekkasjesensor.

16. Systemet i krav 1, videre omfattende wye-koblingspunkubalansedetektor for detektering av en ubalansert fase i et wye-koblingssystem.

17. Systemet i krav 1, videre omfattende en driverdelsensor for måling av én av temperatur, en belastning eller en avstand mellom en driverdel og en driverdeldriver i ESP-rørledningen.

18. Et system, omfattende: en elektrisk nedsenkbar pumpe (ESP); en styringsmodul for endring av en driftsparameter for en komponent i ESP-en basert på dynamisk sporing av data fra rekker med flere sensortyper, som plassert langs ESP-en; en sensor forbundet med i det minste et lager for hver komponent av ESP-en; og en sensor valgt fra gruppen av sensorer som består av lagertempertursensorer, lagervibrasj onssensorer, statortemperatursensorer, distribuert temperaturprofilsensorer, lo-aftkabeltemperaturprofilsensorer, motorledmngstemperaturprofilsensorer, akselmomentsensorer, vannskjæringssensorer, vanninnsigssensorer, kjemiske sensorer, belgkapseltrykksensorer, drivaksellagertemperatursensorer, (Mvaksellagerbelastningssensorer, drivakselavstandssensorer, elektrisk strømlekkasje sensorer og wye-koblingspunktubalansesensorer.

19. Systemet i krav 18, hvor mangfoldet av sensortyper som er plassert langs ESP-en er multiplekset langs lengden av et fiberoptisk bånd ved én av: tildeling av forskjellig lysbølgelengde til hver av sensorene, eller registrering av en tidsforsinkelse når lys passerer langs fibret gjennom hver sensor, hvor et optisk tidsdomenereflektometer bestemmer tidsforsinkelsen.

20. Systemet i krav 18, hvor en styringsmodul endrer en driftsegenskap for i det minste et segment av ESP-en basert på en overvåkning av multipleks-sensorene, ved variering av en kraft, spenning, amper, frekvens, pumpehastighet, motorhastighet, ventiltilstand, et trykk, en strømning, temperatur eller vibrasjon i et valgt spatialt plan, for i det minste én komponent i ESP-en.