CN102264995A - 用于向井下输送缆线的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于通过管线将缆线输送到井的井下位置的系统，包括插塞和接收器。所述插塞包括构造成可操作地连接到缆线的第一连接器，还包括适于装配到所述管线内的插塞壳体。止回阀可操作地关联到所述管线内的通道以限制流体向井下方向流经通道并且允许流体向井上方向流经通道。所述接收器构造成定位于井下位置并且包括接收器壳体和第二连接器，所述第二连接器构造成可操作地连接到井下设备。当接收器与插头壳体接合时，所述第一连接器与第二连接器连通。

Description

用于向井下输送缆线的系统和方法

技术领域

本发明一般地涉及地下沉淀物的回收，更具体地，涉及用于从井中移除所产生的流体的方法和系统。

背景技术

水平煤层气井特别容易受到在井筒中存在和聚集的固体颗粒所引起的生产问题的影响。例如，在水平煤层气井的寿命期间，能够随着瓦斯和水一同产生许多吨的小煤颗粒(术语为细煤粉)。在井的早期阶段，这些固体颗粒通常对生产过程不会形成多少问题。高流率的水和气体在井筒内产生足够大的速度使得固体颗粒保持夹带在生产流体中并且朝向安装在井里的泵送设备移动。在泵的入口，固体颗粒再次保持夹带在液相中并且被从井中抽出。

在煤层气井寿命的后期阶段，细煤粉可能就开始对生产造成问题了。仅仅气体流是不可能沿着井筒带走固体颗粒的，这将导致那些滞留的固体颗粒沉淀在井筒的小角度波状起伏里。这些固体颗粒最终会形成气流流动的限制，并且会导致产量下降。此外，那些沉淀在泵的入口附近的固体颗粒可能阻塞泵的入口，因而降低泵从井筒中排除水的能力。

井孔稳定性问题也能够对井的生产问题产生影响。在某些情况下，井筒可能倒塌并且会在井筒中沉淀大块，中块和小片的煤。立方形的煤粒能够很容易地在井筒内形成桥进而限制井筒内流体的流动。这种限制能够进一步引起夹带固体颗粒的沉淀。

参考图1所示，井100包括井筒105，井筒105具有大致垂直部分110和大致水平部分115。井筒105从地表面120延伸到位于地表面120下面的地层123。泵125位于井下的大致水平部分115内并且通过传输缆线126电连接到位于地表面120的供电电源128。泵125设置成移除由地层123产生的液体127(例如水)。液体通过管线(tubing string)130被抽吸到地表面120的贮水器133。为了说明前面提到过的例子，井100可以是钻入煤地层的煤层气井。固体颗粒(例如煤)的沉淀物135可能聚集在井筒内并且能阻塞泵125的入口。

一种已经用来克服固体颗粒在井中沉淀问题的方法包括在井的某点处注入附加流体，水或气体，由此增加流体流动速度。然而，流体流动速度的增加会以附加压力的形式恶化生产地层。还有，生产设备必须处理附加体积的注入的流体。另一种用来清除井筒的系统是使用搅动装置在井孔里纵向移动。这个系统在搅动作用方面是有效的，但是，突然增大的固体颗粒可能会引起设备卡住并且使得整套机械设备不可使用。这两个系统所具有的低效和问题都被这里所描述的具体实施方式的系统和方法解决了。

从井中移除聚集的固体颗粒的水出现了与井下的泵的使用有关的其他问题。由于必须要处理给泵的马达提供电力的泵的缆线使得泵的安装和移除变得复杂。在泵的安装期间，输电缆线首先接(splice)在马达的导线上。然后当泵下放到井中时将缆线附接到排出管。可以使用多种方法将缆线附接到管件上，包括夹具，粘合剂和特制的附接装置。

当泵安装到井中时，泵的缆线受到由于地表面磨损和破碎而易于毁坏的风险。当泵迅速经过井的偏斜部分时，风险显著增大。经常使用扁平的钢包缆线来减小这些风险；然而，这种特殊的缆线价格昂贵并且只提供降低风险的增加等级。

发明内容

现有的向井下输送电力的方法以及固体颗粒移除的方法所出现的问题都由这里的例示性具体实施方式所描述的系统和方法解决了。在一个具体实施方式中，提供了一种用于给井中的井下位置提供电力的系统。所述系统包括定位于井中的泵和管线，所述管线与泵流体连通以接收从所述泵中排出的液体。所述系统还包括插塞、接收器和与电源连通的电缆线。所述插塞包括与所述电缆线电连通的至少一个导电体，并且还包括适于装配到所述管线中的插塞壳体。所述插头壳体包括允许流体流过插头壳体的通道，和与插头壳体的通道可操作地关联的止回阀。所述止回阀限制流体向井下方向流过所述通道并且允许流体向井上方向流过所述通道。所述接收器定位于所述井下位置并且包括接收器壳体和与所述泵电连通的至少一个导电体。当所述接收器壳体和插头壳体接合时，所述接收器的至少一个导电体适于与所述插塞的至少一个导电体电连通。所述接收器壳体还包括与所述管线和泵流体连通的通道。

在另一具体实施方式中，一种用于将缆线通过管线输送到井中的井下位置的系统包括插塞和接收器。所述插塞包括适于装配到管线中的插塞壳体和构造成可操作地连接到所述缆线的第一连接器。所述插塞壳体包括允许流体流过所述插塞壳体的通道。止回阀与插塞壳体的通道可操作地关联以限制流体向井下方向流过所述通道并且允许流体向井上方向流过所述通道。所述接收器构造成位于所述井下位置并且包括接收器壳体和构造成可操作地连接到井下设备的第二连接器。当接收器壳体和插头壳体接合时，所述接收器的第二连接器适于与所述插塞的第一连接器连通。

在又另一具体实施方式中，提供了一种用于将缆线通过管线输送到井中的井下位置的方法。所述方法包括在所述井下位置设置接收器，所述接收器具有与井下设备连通的导电体。流体在所述井的地表面被引入到所述管线中，并且插塞定位于所述管线内。所述插塞包括与缆线连通的导电体。所述方法还包括通过将流体泵送入所述插塞的井上管线而将插塞输送到所述井下位置。所述插塞和接收器接合使得所述插塞的导电体与所述接收器的导电体连通。电力通过缆线从所述井的地表面输送到所述井下设备。

在一个实施方式中，提供了一种用于控制井的井筒内的固体颗粒的系统。所述系统包括定位于所述井筒的大致水平部分中的泵。第一管线可操作地连接在所述泵和井的地表面之间，用于从所述井筒内移除由所述泵泵送的液体。第二管线可操作性地连接到所述泵，并且向所述泵的井下延伸。所述第二管线包括从所述第二管线能够绕其旋转的旋转轴偏移的纵向轴线。

在另一实施方式中，一种用于控制井的井筒内固体颗粒的系统包括腔式泵。所述腔式泵定位于所述井筒的大致水平部分内，并且包括在定子内旋转的转子以从所述井筒内移除液体和夹带的固体颗粒。所述转子在接合位置和脱离位置之间轴向可移动。所述管线定位于所述腔式泵的井下，并且所述管线包括其中所述管线的纵向轴线从旋转轴偏移的偏移部分。驱动杆可操作地与所述转子和管线中的一个关联，并且接收器可操作地与所述转子和管线中的另一个关联。当所述转子移动到接合位置以将所述转子的旋转运动传输给所述管线时，所述接收器接收所述驱动杆。

在又另一实施方式中，提供了一种用于控制井的井筒内的固体颗粒的系统。所述系统包括定位于所述井筒的大致水平部分中的管线。所述管线的纵向轴线具有至少一部分纵向轴线是非线性的，使得所述管线从所述管线能够绕其旋转的旋转轴偏移。泵定位于所述井筒中以从井筒中移除液体和夹带的固体颗粒，并且旋转器定位于井的地表面以旋转所述管线。

在另一实施方式中，一种用于控制井的井筒内的固体颗粒的系统包括定位于所述井筒内的井下的液体移除装置。所述系统还包括定位于所述液体移除装置的井下的搅动装置以搅动固体颗粒且使固体颗粒夹带到流体中，从而由所述液体移除装置移除。

在又另一具体实施方式中，提供了一种从在井筒内具有液体的井的井筒内清除固体颗粒的方法。所述方法包括在井筒的水平部分内绕旋转轴旋转管线，以搅动固体颗粒并且使固体颗粒夹带在液体中。所述管线包括其中所述管线的纵向轴线从旋转轴偏移的偏移部分。所述方法还包括从所述井筒中移除所述液体和夹带的固体颗粒。

在另一具体实施方式中，一种用于控制井的井筒内的固体颗粒的系统包括定位于井筒内的泵以从所述井筒内移除液体和夹带的固体颗粒。管线流体地连接到所述泵以将液体从所述泵输送到井的地表面，并且所述管线包括螺旋形部分。所述管线的旋转在井的地表面处使所述泵在所述井筒内移动以减少所述泵的入口被井筒内的固体颗粒阻塞。

本发明的其他目的，特征和优点参考附图、详细描述和所述权利要求会更加明白。

附图说明

图1例示了具有大致水平部分的井，其中大致水平部分中聚集了液体和固体颗粒沉淀物；

图2描绘了根据例示性具体实施方式的用于控制井的井筒内固体颗粒的系统；

图3例示了图2系统的管线的偏移部分的详图；

图4描绘了根据例示性具体实施方式的用于控制井的井筒内固体颗粒的系统；

图5例示了根据例示性具体实施方式的用于控制井的井筒里固体颗粒的系统，该系统具有经由通信线路与控制单元通信的电动潜水泵；

图6A描绘了用于将缆线输送到井下位置的系统，根据例示性具体实施方式，所述系统包括插塞和接收器；

图6B例示了根据例示性具体实施方式的图6A的系统的插塞；

图6C例示了根据例示性具体实施方式的图6A所示的可替代插塞。

图6D例示了图6A的系统的接收器；

图6E描绘了处于接合位置的图6B的插塞和图6D的接收器；

图7例示了根据另一例示性具体实施方式的用于控制井的井筒内固体颗粒的系统，该系统具有构造成选择性地旋转管线偏移部分的转子的腔式泵；和

图8描绘了图8的腔式泵和管线的详图。

具体实施方式

在下面的对例示性具体实施方式进行的详细描述中，将参考作为其构成部分的附图。这些具体实施方式描述得足够详细，使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解的是，也可以使用其他具体实施方式，以及在不脱离本发明的精神或范围的前提下可以做出逻辑结构的、机械的、电的和化学方面的变化。为了避免描述那些对于本领域技术人员没有必要说明的细节，本描述将省略本领域技术人员已知的信息。因此下面的详细描述将不用于限制性意义，例示性具体实施方式范围的界定仅以后面所附的权利要求为准。

这里所描述的本发明的具体实施方式指向用于保持井筒免受固体颗粒所造成的堵塞的经改进的系统和方法，其至少部分是通过构件在井筒内的轴向旋转以搅动那些固体颗粒而实现的。旋转构件优选包括偏移部分，在偏移部分中所述旋转构件的纵向轴线从旋转构件的旋转轴线偏移，所述旋转构件围绕所述旋转轴线旋转。在一个具体实施方式中，旋转构件可以是定位在井的水平部分中的特别构造的管线。管线可以用螺旋型螺旋体预先形成使得管线的旋转将引起管线沿着整个管线长度“擦拭”井筒的圆周。螺旋体的“方向”使得旋转优选朝向井筒内的抽出点移动固体颗粒。除了搅动固体颗粒外，管线的旋旋动作能够为井筒内流体的流动连续地提供开放的井筒路径。在一个具体实施方式中，管线是用钢管形成的。如果井筒突然倒塌或被阻塞，由于钢管线的柔韧性，管线仍然能够旋转。当管件旋转穿过阻塞，随着时间的流逝，管线扩展到原始的螺旋形构造和扫掠直径，由此允许井筒内流体继续流动。

术语“管线”并不意味着限制而是可以指定为由管材或管子形成的单一组件或多个中空或实心部分。管线可以具有大体是圆形的截面，或可以包括任何其他形状的截面。

参照图2和3，根据例示性实施方式的用于控制井208的井筒204内固体颗粒的系统200包括位于井下的泵212。第一管线216从井208的地表面220延伸并且可操作地连接到泵212。在一个具体实施方式中，第一管线216包括偏移部分224，在偏移部分224中第一管线216的纵向轴线228从第一管线216的旋转轴偏移，第一管线216能够绕旋转轴旋转。第一管线216的非偏移部分232中的第一管线216的旋转轴大致对应于第一管线216的非偏移部分232中的纵向轴线228。在一个具体实施方式中，偏移部分224的旋转轴大致对应于井筒204的纵向轴线。

第二管线240可操作地连接到泵212并且从泵212向井下延伸。在一个具体实施方式中，第二管线240包括偏移部分244，在偏移部分244中第二管线240的纵向轴线248从第二管线240的旋转轴偏移，所述第二管线240能够绕所述旋转轴旋转。在一个具体实施方式中，偏移部分244中的第二管线240的旋转轴大致对应于井筒204的纵向轴线。

井筒204可以包括大致竖直部分254和大致水平部分258。第一管线216的偏移部分224和第二管线240的偏移部分244优选地大致定位在井筒204的大致水平部分258内。利用定位于地表面220的旋转器270旋转这些偏移部分224，244允许偏移部分224，244“擦拭”井筒204的圆周并且搅动已经沉淀在井筒204的大致水平部分258中的固体颗粒。该固体颗粒的搅动有助于保持固体颗粒夹带在井筒内的任何聚集的液体内，防止固体颗粒阻塞泵212的入口274。在一个具体实施方式中，第一管线和第二管线216，240的旋转可以连续地阻止固体颗粒在井筒204内沉淀，而在另一个具体实施方式中，第一管线和第二管线216，240仅仅间歇地操作使得允许固体颗粒在泵212的两次操作之间沉淀在井筒204内。虽然已经参照井筒204的大致水平部分258描述了擦拭操作，应当认识到的是，第一管线和第二管线216和204的偏移部分224，244可以在井筒204的其他部分定位和操作，包括但不限于大致竖直部分244或沿着井筒204的曲线280。类似地，第一和第二管线216，204的偏移部分224，244可能沿着井筒204的带有套管的或者无套管的长度定位和操作。

在一个具体实施方式中，第一和第二管线216，240的偏移部分224，244可以用螺旋型螺旋体预先形成。螺旋型螺旋体的外扫掠直径可以是任何尺寸，达到和包括井筒直径。在一个具体实施中，第一和第二管线216，240的偏移部分224，244可以放置在泵212附近或与泵212邻接。取决于具体应用，偏移部分可以配置在泵212的排出侧，吸入侧或者其两侧。如果偏移部分是螺旋形的，螺旋型螺旋体可以是向左旋转的或者向右旋转的。优选地，用于管线的特定偏移部分的螺旋型螺旋体的方向与管线的旋转方向匹配以提供将固体颗粒扫向泵212的入口274的螺旋推运行为。

在另一个具体实施方式中，偏移部分224，244可以是波形的，这样偏移部分的每个纵向轴线是大致平面的。在波形或螺旋形构造中，每个偏移部分包括大致非线性的且大致从偏移部分能够围绕旋转的轴线变动的纵向轴线。

如图2所示，第一管线和第二管线216，240的旋转也引起井筒中的泵212的旋转移动。当第一管线和第二管线216，240的旋转停止时，泵212可能会停靠在井筒204的许多不同的位置中的任何一处。在许多情况下，泵212优选位于与较高位置(如图中虚线所示)相对的大致水平部分258的较低位置(如图中实线所示)，因为泵212定位于井筒204的较低位置允许移除较多的液体。

参考图4所示，根据例示性具体实施方式的用于控制井408的井筒404内固体颗粒的系统400包括位于井下的泵412。第一管线416从井408的地表面420延伸并且可操作地连接到泵412。在图4所示的具体实施方式中，第一管线416不包括偏移部分。

第二管线440可操作地连接泵412并且从泵412向井下延伸。在一个具体实施方式中，第二管线440包括偏移部分444，在偏移部分444中第二管线440的纵向轴线448从第二管线440的管线旋转轴偏移，第二管线440能够绕管线旋转轴旋转。偏移部分444中的第二管线440的旋转轴大致对应于井筒404的纵向轴线。

类似于图2和3的井208，井筒404可以包括大致竖直部分454和大致水平部分458。泵412和第二管线440的偏移部分444优选地大致位于井筒404的大致水平部分458中。偏移部分444的擦拭动作类似于参考图2和3所描述的那样，并且第一和第二管线通过位于地表面420的旋转器470进行旋转。

在一个具体实施方式中，期望第二管线440的偏移部分444在泵送循环之间只进行简短且间歇地旋转。因为泵412可以邻接于偏移部分444或者在偏移部分444的附近，泵412遇到与前面描述的相同定位问题。当第一和第二管线416，440的旋转停止时，泵412可能停靠在井筒404的许多不同位置中的一处。在许多情况下，泵412优选位于大致水平部分458的与较高位置相对的较低位置(如图4所示)，因为泵412定位于井筒404的较低位置允许移除较多的液体。测斜器475可以可操作地与第一管线416或泵412关联以提供泵在围绕井筒圆周的圆环形路径内的位置指示。测斜器475可以电连接到位于地表面420或者井下的控制系统477，控制系统477能够与转动旋转器470的马达479通信以可选择地定位井筒404中的泵412。

参考图5，根据例示性具体实施方式的用于控制井508的井筒504内固体颗粒的系统500包括位于井下的泵512。第一管线516从井508的地面520延伸并且可操作地连接到泵512。第二管线540可操作地连接到泵512并且包括类似于前述的那些偏移部分的偏移部分。

泵512是电动潜水泵。旋转器570位于地表面520以转动第一和第二管线516，540以及泵512。具有计时器的控制单元590与可操作地连接到旋转器570的马达591进行通信。控制单元590也通过泵缆线592或其他通信线路与泵512通信。虽然泵缆线592能够位于第一管线516的外侧时，但在图5所示的具体实施方式中，泵缆线592位于第一管线516内以防止泵缆线磨损或毁坏。泵缆线592可以使用类似前面描述的方法和系统输送到井下。

参考图6A-6E，提供根据例示性具体实施方式的缆线输送系统608，用于将缆线612输送到定位于井618的井筒616内的井下位置614处的井下设备。在图6A-6E所例示的具体实施方式中，井下设备是泵620，缆线612是给泵620提供电力的电缆线。缆线612的输送发生在泵620进入井616内之后且在管线624的一个端部流体地连接到泵620时。在安装了管线624和泵620之后，缆线612被安装在管线624内，这将在下面详细描述。泵的安装和移除过程通过以这种方式输送缆线612而大大简化了，因为同时处理管线和缆线612的耗时过程取消了。另外，通过将缆线612安装在管线624内，缆线612受到保护以免毁坏。

缆线输送系统608包括插塞628和接收器632。更具体地参考图6B，插塞628包括适于装配在管线624内的插头壳体640使得插塞628能够在管线624内纵向移动。插头壳体640包括连接到应变消除构件648的导向构件644。导向构件644可以是大致圆筒形的形状并且在尺寸方面紧配合管线624的内径。导向构件644的外地表面可以由弹性材料制成并且可以包括波纹，波状起伏，或其他类似的不规则地表面以提供与管线624的接触点652。大量的接触点652确保插头壳体640能够充分地限制流体流过插头壳体640，却使得接触管线624的地表面积最小，这改善了插头壳体640在管线624内滑动的能力。

应变消除构件648包括用于接收缆线612的缆线通道654。可以使用一个或多个螺栓656，螺钉或其他紧固件以将缆线紧固到应变消除构件648上。在图6B所示的具体实施方式中，缆线612是双股缆线并且包括一对单独地绝缘的电线658。每根电线658通过排出口660并且被紧固到电线接头662。每个电线接头662电连接到导电体664。

插塞628包括允许流体流过插头壳体640的通道668。通道668延伸穿过导向构件644和应变消除构件648。诸如单向或止回阀的阀670可操作地关联到通道668以限制流体向井下方向流过通道648并且允许流体向井上方向流过通道668。阀670包括阀座672和阀体674。阀体包括中心区域676，上肩区域678和下肩区域680。中心区域676可以是大致圆筒形的并且由阀座672滑动地接收。阀通道684贯穿阀体的674的上肩区域678，中心区域676和下肩区域680。多个口686布置在阀中心区域676以与阀通道684连通。

阀体674在阀座672内的纵向运动受到上肩区域678和下肩区域680的限制。阀体674能够在阀座672内在打开位置(未例示)和关闭位置之间(参见附图6B)滑动。当出现插塞628的井上流体所具有的压力高于插塞628的井下流体的压力时达到关闭位置。在关闭位置，多个口686与阀座672对齐，其阻止插塞628的井上流体流过通道668和阀通道684。

为了便于从井里移除缆线612和插塞628，压力安全装置690位于阀体674的上肩区域678中的阀通道684内。在图6B所示的具体实施方式中，压力安全装置690是构造成在预定压差时失效的爆破膜。当插塞628的井上流体的压力小于压力安全装置690的设定压力时，阻止流体流过上肩区域678附近的阀通道684。在这种情况下，只有阀体674移动到打开位置时，流体才能流过阀通道684。然而，当插塞628的井上流体的压力超过压力安全装置690的设定压力时，爆破膜将破裂，因此允许流体流过阀通道684，即使阀体674处于关闭位置。

需要着重指出的是，安全装置690可以是更传统的、能够重复使用的安全阀。安全阀可以与阀体674或插头壳体640可操作地关联，以便当插塞628的井上流体的压力等于或超过压力安全装置的设定压力时允许流体流过通道668。

更具体地参考图6C，图6C例示了另一具体实施方式的插塞700，其包括那些参照插塞628所讨论的类似于部件。图6B中所例示的相同的附图标记用来说明类似的部件。插塞700和插塞628之间的主要区别是插塞700包括球状物704和阀座672布置。流体流过通道668是由球状物704移入且接触阀座672和移出且解除与阀座672的接触来控制的。关于插塞700的另一个区别是不存在压力安全装置；但是，应该指出的是类似于上面描述的安全阀能够与插头壳体640联合使用。

更具体地参考图6D，接收器632位于井的井下位置614。虽然图6D中所例示的井下位置614位于井618的水平部分内，井下位置614以及由此泵620和接收器632的位置可替代地位于井618的垂直部分内。接收器632包括可以位于管线624和泵620之间的接收器壳体740。在图6D所例示的具体实施方式中，接收器632通过连接器742连接到管线624。接收器632可以螺纹连接地(threadingly)连接到泵620。

接收器壳体740包括用于接收与泵620电连通的电跨接线755的缆线通道754。类似于缆线612，跨接线755是双股电缆并且包括一对单独绝缘的电线758。电线758各自终接在导电体764处。

接收器632包括通路768以允许在管线624和泵620之间流体连通。诸如单向阀或者止回阀的阀770与通路768可操作地关联以限制流体向井下方向流过通路768并且允许流体向井上方向流过通路768。阀770包括阀座772和阀体774。流体流过通路768是通过阀体774移入且接触阀座772或移出且解除与阀座772的接触来控制。阀体774可以是如图6D所示的大体球状的形状，或者可以是能够适合与阀座密封的任意其他形状。

阀体774能够在打开位置(未例示)和关闭位置(参见图6D)之间移动。当出现接收器632的井上流体所具有的压力大于接收器632的井下流体的压力时到达关闭位置。当接收器632的井下流体的压力超过接收器632的井上流体的压力时，阀体774移动到打开位置。在打开位置中，流体在泵620和管线624之间能够连通，因而为由泵620排出的流体提供了路径。

接收器安全阀790与接收器壳体740可操作地关联，以便当通道768中的流体压力达到或者超过接收器安全阀790的设定压力时允许通道768和形成于管线724和井筒616间的环形空间769之间流体连通。当通道768中的流体压力小于接收器安全阀790的设定压力时，接收器安全阀790将阻止在通道768和环形空间769之间流体连通。

仍然参考图6A-6E，在操作时，缆线612是通过将插塞628和缆线612“泵送”到管线624下而安装的。更具体地，加压流体通过插头壳体640后面的或插塞壳体640的井上的泵795引入以推动插头壳体640下到管线624。当插塞628必须行进于井618的并不竖直的部分时给插塞628提供这个力是必需的。缆线612可以通过位于井618(参见图6A)的地表面的线轴665和滑轮系统667提供给井618。

在将插塞628泵送到井628下之前，管线624可以充满流体以控制插塞628和缆线612的下降。接收器安全阀790的设定压力大到足以支承从井618的地表面延伸到接收器632的管线624中的整个流体柱的重量再加上推动插塞628的缆线的静重。

在流体充满管线624后，插塞628可以插入到位于井618的地表面处的管线624中并且流体压力作用到插塞628后面以泵送插塞628。在插塞的井上或者后面施加流体压力增加插塞和接收器之间的流体压力，因而超过接收器安全阀790的设定压力点并且打开接收器安全阀790。随着接收器安全阀790的打开，插塞628和接收器632之间的流体从管线624排进环形空间769。优选地，管线中的流体是不可压缩的，例如水，并且这种不可压缩的流体通过接收器安全阀790的释放允许插塞628受控地下降到接收器632。

当插塞628到达井下位置614和接收器632时，插塞628的井上管线624中聚积的流体(即，已经通过泵795泵送到插塞628后面的管线624中的流体)推动插塞628使其与接收器632接合。插塞628和接收器632之间的接合使得导电体664与导电体764紧密配合。可以使用可拆卸的锁定机构以在泵工作期间保持接合。导电体664，764之间的接触允许电连通，由此将缆线612联结到泵620。随着缆线612的输送，缆线612可以连接到井618的地表面的电源(图中没有显示)以给泵提供电力。

当泵工作时，从泵620排出的流体使阀体774和阀体674移动到打开位置，这允许排出的流体流经管道768，管道668和管线624到达井618的地表面。当泵620停止工作时，任何聚集在插塞628和接收器632上方的管线624中的流体由移动到关闭位置的阀体674来阻止回流。

在深井中，通过简单地拉动缆线使插塞628与接收器632脱离，这如果不是不可能的，也是非常困难的。如果插塞628上方的流体柱对插塞628施加足够的力，这个力可以超过缆线的强度。在这种情况下，在接收器632和插塞628脱离之前，插塞628的井上流体可以从管线中排干。在一个具体实施方式中，将诸如水的流体泵入管线624以便当缆线612和插塞628从井618中拉出来时引起爆破膜690失效并且允许截流在插塞628上方的流体流过插塞。在另一具体实施方式中，诸如空气的低密度流体被泵入管线，使堵在插塞上方的高密度流体通过安全装置690和接收器安全阀790转移。

虽然图6A-6E中例示的具体实施方式主要指向将电力缆线输送给电动潜水泵，这里所描述的缆线输送的系统和方法可以应用到电力缆线，数据传输缆线，光纤维缆线或者用于井下的其他任何缆线。如果使用光纤维缆线，设有插塞和接收器的导电体可以用被用于与光缆接头相媲美的适当部件替换。类似地，缆线被输送到的井下设备不仅局限于电动潜水泵。其他设备可以包括有线测井设备，阵列传感器，钻孔马达，或者在井下环境中需要输送电力或数据的其他任何设备。

参考图7和8，根据例示性具体实施方式的用于控制井808的井筒804内固体颗粒的系统800包括位于井下的泵812。第一管线816从井808的地表面820延伸并且可操作地连接到泵812。第二管线840可操作地连接到泵812并且包括类似于前述偏移部分的偏移部分844。

泵812是包括转子847的腔式泵，转子847能够在定子849内旋转以从井筒804中移除液体。旋转第二管线840的偏移部分844的能量由转子847提供，转子847经由第一管线816可操作地连接到位于地表面820的驱动马达。转子847在脱离位置(如图8所示)和接合位置之间是轴向可移动的。在图8所示的具体实施方式中，转子847可操作地关联到驱动杆853，驱动杆853与转子847一起轴向移动。当转子847置入接合位置时，驱动杆853由与第二管线840可操作地关联的接收器855接收。驱动杆853和接收器855是键配合的或者是包括配合花键或其他特征，以在驱动杆853被接收器855接收时允许旋转运动从驱动杆853和接收器855中的一个传输到另一个。尽管驱动杆853在图8中例示了可操作地关联到转子847并且接收器855与第二管线840关联，但在另一具体实施方式中，接收器855可以可操作地与转子847关联并且驱动杆853与第二管线840关联。

驱动杆853和接收器855选择性接合，并且因此第二管线840的选择性旋转由位于地表面820并且构造成在接合位置和脱离位置之间移动转子847的液压升降机861提供。当期望第二管线840搅动时，液压升降机861下放第一管线816，这将转子847从脱离位置移动到接合位置。转子847的旋转然后通过驱动杆853和接收器855传输给第二管线840以搅动井筒804内的固体颗粒。在搅动周期完成时，液压升降机861升起，使得驱动杆853从接收器855脱离并且允许腔式泵812正常工作。对于泵周期的搅动部分来说，腔式泵812的旋转速度可以在正常运转速度的5％到50％之间的低速运转。另一具体实施方式假设第二管线840连续搅动，而不是选择性接合。必要时，单个或多个行星齿轮减速单元可以定位在转子847和第二管线840之间以进一步减小转速和增大扭矩，正如选择性的或连续的泵和管件搅动所期望的。

从上述描述可以清楚地知晓本发明提供了巨大的优点。而本发明只显示了其中的几种形式，并不局限于这几种形式而是在不脱离本发明精神的基础上很容易进行各种的变化和修改。

Claims (71)

1.一种用于向井中的井下位置提供电力的缆线输送系统，所述系统包括：

定位于井中的泵；

与所述泵流体连通的管线，以接收从所述泵排出的液体；

与电源连通的电缆线；

插塞，其具有与电缆线电连通的至少一个导电体，所述插塞具有适于装配到所述管线中的插塞壳体，所述插塞壳体具有通道以允许流体流过插塞壳体；

止回阀，其与所述插头壳体的通道可操作地关联以限制流体沿井下方向流经所述通道并且允许流体沿井上方向流经所述通道；以及

位于所述井下位置的接收器，所述接收器具有接收器壳体和与所述泵电连通的至少一个导电体，当所述接收器壳体和插头壳体接合时，所述接收器的至少一个导电体适于与所述插塞的至少一个导电体电连通，所述接收器壳体具有与所述管线和泵流体连通的通道。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述井下位置位于所述井的水平部分中。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述插塞和缆线由引入所述插塞的井上的压缩流体推动到所述井下位置。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

安全阀，其与所述接收器可操作地关联，以便当所述插塞通过所述管线下放到所述井中时控制所述插塞的下降。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

定位于所述井的地表面的制动系统，以便当所述插塞下放到所述管线中时控制进入所述管线中的电缆线的前进。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

压力安全装置，其可操作地关联到所述止回阀和插塞壳体中的至少一个，以便当所述插塞的井上的管线中的流体压力超过所述压力安全装置的设定压力时允许流体流过所述插塞壳体。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述压力安全装置是爆破膜。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

第二止回阀，其可操作地关联到所述接收器壳体的通道，以限制流体沿井下方向流经所述通道并且允许流体沿井上方向流经所述通道；以及

接收器安全阀，其可操作地关联到所述接收器壳体和管线中的一个，并且能够允许所述管线与形成于所述管线和井筒间的环形空间之间流体连通。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，

当所述接收器壳体和插头壳体接合时，由所述泵泵送的流体可以流过所述第二和第一止回阀并且通过所述管线到达所述井的地表面。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

压力安全装置，其可操作地关联到所述止回阀和插塞壳体中的至少一个，以便当所述插塞的井上管线内的流体压力超过所述压力安全装置的设定压力时允许流体流过所述插塞壳体；

第二止回阀，其可操作地关联到所述接收器壳体的通道以限制流体沿井下方向流经所述通道并且允许流体沿井上方向流经所述通道；以及

接收器安全阀，其可操作地关联到所述接收器壳体和管线中的一个，并且能够允许所述管线和形成于管线和井筒间的环形空间之间流体连通。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述接收器安全阀定位于所述第二止回阀阀的井上并且当所述接收器通道内的流体压力达到或者超过所述接收器安全阀的设定压力时能够允许所述接收器壳体的通道和环形空间之间流体连通。

12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

与所述管线连通的压缩气体源，使得压缩气体能够注入到所述管线中以便于所述插塞从所述接收器中脱离。

13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，

在所述插塞在井的地表面处被引进到所述管线之前，当所述插塞通过所述管线下放到所述井中时，流体被引入到所述管线中以控制所述插塞的下降；

所述插塞和缆线由引入所述插塞的井上的加压流体推动到所述井下位置；

当所述插塞被推向所述井下位置时，所述插塞的井下流体超过所述接收器安全阀的设定压力并且从收器安全阀排出进入所述环形空间；

当所述接收器壳体和插塞壳体接合时，由所述泵泵送的流体能够流过所述第二和第一止回阀，流经所述管线到达所述井的地表面；以及

在所述接收器壳体和插塞壳体脱离之前，所述插塞的井上管线中的流体压力增加到超过所述压力安全装置的设定压力和所述接收器安全阀的设定压力，由此允许所述管线中的流体被推到所述环形空间中。

14.一种用于通过管线将缆线输送到井中的井下位置的系统，所述系统包括：

插塞，其具有构造成可操作地连接到所述缆线的第一连接器，所述插塞具有适于装配到所述管线中的插塞壳体，所述插塞壳体具有通道以允许流体流过所述插塞壳体；

止回阀，其与所述插塞壳体的通道可操作地关联，以限制流体沿井下方向流经通道并且允许流体沿井上方向流经所述通道；以及

接收器，其构造成定位于所述井下位置，所述接收器具有接收器壳体和第二连接器，所述第二连接器构造成可操作地连接到井下设备，当所述接收器壳体和插塞壳体接合时，所述接收器的第二连接器适于与所述插塞的第一连接器连通。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述接收器壳体包括允许所述管线和所述接收器壳体的井下位置之间流体连通的通道。

16.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述井下设备是电动泵和所述缆线是用来给所述泵提供电力的电缆线。

17.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述井下设备是有线测井单元。

18.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，

所述缆线是光纤缆线；以及

所述第一连接器和第二连接器在结合时形成用于所述光纤缆线的接头。

19.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述缆线是数据输送缆线。

20.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述井下位置位于所述井的水平部分内。

21.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

制动系统，其定位于所述井的地表面，以便当所述插塞下放进入管线时控制进入所述管线的缆线和插塞的前进。

22.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

压力安全装置，其可操作地关联到所述止回阀和插塞壳体中的至少一个，以便当所述插塞的井上管线内的流体压力超过所述压力安全装置的设定压力时允许流体流过所述插头壳体。

23.根据权利要求22所述的系统，其特征在于，所述压力安全装置是爆破膜。

24.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

第二止回阀，其可操作地关联到所述接收器壳体，以便限制流体沿井下方向流经所述管道并且允许流体经过管道沿井上方向流动；和

接收器安全阀，其可操作地关联到所述接收器壳体和管线中的一个，并且能够允许在所述管线和形成于管线和井筒间的环形空间之间流体连通。

25.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

压力安全装置，其可操作地关联到所述止回阀和插塞壳体中的至少一个，以便当所述插塞的井上管线内的流体压力超过所述压力安全装置的设定压力时允许流体流过所述插头壳体；

第二止回阀，其可操作地关联到所述接收器壳体以便限制流体经过管道沿井下方向流动并且允许流体经过管道沿井上方向流动；和

接收器安全阀，其可操作地关联到所述接收器壳体和管线中的一个，并且能够允许在所述管线和形成于管线和井筒间的环形空间之间流体连通。

26.一种用于通过管线将缆线输送到在井中的井下位置的方法：

在所述井下位置设置接收器，所述接收器具有与井下设备连通的导电体；

在所述井的地表面将流体引入所述管线；

将插塞定位在所述管线中，所述插塞具有与缆线连通的导电体；

通过将流体泵送入所述插塞的井上管线中而将所述插塞输送到所述井下位置；

接合所述插塞和接收器使得所述插塞的导电体与接收器的导电体连通；以及

通过缆线将电力从所述井的地表面输送到所述井下设备。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，将所述插塞输送到所述井下位置还包括：

通过定位于井下且与所述管线连通的安全阀将所述插塞和接收器之间的管线中的流体移除。

28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，将所述插塞输送到所述井下位置还包括：

基本上限制泵送入所述插塞的井上管线中的流体流过所述插塞。

29.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述井下设备是泵。

30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

允许由泵泵送的流体流过所述接收器和插塞并且通过所述管线到达井的地表面。

31.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述插塞脱离接收器之前，增加所述插塞的井上管线中的流体压力使得流体通过与所述插塞和接收器中的至少一个关联的安全阀从所述管线中排出。

32.一种用于控制井的井筒内的固体颗粒的系统，包括：

定位于所述井筒的大致水平部分中的泵；

第一管线，其可操作地连接在所述泵和井的地表面之间，用于从所述井筒中移除由泵泵送的液体；以及

第二管线，其可操作地连接到所述泵并且向所述泵的井下延伸，所述第二管线具有从所述第二管线能够绕其旋转的旋转轴偏移的纵向轴线。

33.根据权利要求32所述的系统，其特征在于，所述第二管线围绕旋转轴的旋转搅动所述井筒内的固体颗粒。

34.根据权利要求32所述的系统，其特征在于，所述系统还包括定位于所述井的地表面的旋转器，以旋转所述第一和第二管线。

35.根据权利要求32所述的系统，其特征在于，所述第一管线的至少一部分形成为使得所述第一管线的纵向轴线是从所述第一管线的旋转轴偏移的管线，所述第一管线能够绕所述旋转轴旋转。

36.根据权利要求35所述的系统，其特征在于，所述第一管线和第二管线的偏移部分是螺旋形的，并且所述第一管线的螺旋方向与所述第二管线的螺旋方向相反。

37.根据权利要求32所述的系统，其特征在于，在所述第二管线旋转时，所述第二管线的纵向轴线从静止时的所述第二管线的纵向轴线偏移。

38.根据权利要求32所述的系统，其特征在于，所述第二管线是螺旋形的。

39.根据权利要求38所述的系统，其特征在于，所述第二管线的螺旋方向使得所述第二管线的旋转将所述井筒中的固体颗粒朝向所述泵移动。

40.根据权利要求32所述的系统，其特征在于，所述第二管线是波形的，从而使得所述第二管线的纵向轴线是大致平面的。

41.根据权利要求32所述的系统，其特征在于，所述泵是具有转子的腔式泵，当所述转子旋转时所述转子能够旋转所述第二管线。

42.根据权利要求32所述的系统，其特征在于，所述泵是电动潜水泵。

43.根据权利要求32所述的系统，其特征在于，所述系统还包括测斜器，所述测斜器与所述第一管线和泵中的至少一个相关联以便确定所述泵在井筒中的相对位置。

44.一种用于控制井的井筒内固体颗粒的系统，所述系统包括：

定位于所述井筒的大致水平部分中的腔式泵，所述腔式泵具有在定子内旋转的转子以从所述井筒中移除液体和夹带的固体颗粒，所述转子在接合位置和脱离位置之间轴向可移动；

定位于所述腔式泵的井下的管线，所述管线具有其中所述管线的纵向轴线从旋转轴偏移的偏移部分；

驱动杆，其与所述转子和管线中的一个可操作地关联；以及

接收器，其与转子和管线中的另一个可操作地关联，当所述转子被移动到接合位置时，所述接收器接收所述驱动杆以将所述转子的旋转运动传输给所述管线。

45.根据权利要求44所述的系统，其特征在于，所述驱动杆和接收器包括在所述接收器接收所述驱动杆时配合的花键。

46.根据权利要求44所述的系统，其特征在于，所述偏移部分是螺旋形的。

47.根据权利要求46所述的系统，其特征在于，所述螺旋形偏移部分的螺旋直径大约是所述井筒的直径。

48.根据权利要求44所述的系统，其特征在于，所述管线是波形的，从而使得所述管线的纵向轴线是大致平面的。

49.一种用于控制井的井筒内固体颗粒的系统，所述系统包括：

定位于所述井筒的大致水平部分中的管线，所述管线具有纵向轴线，其中所述纵向轴线的至少一部分是非线性的使得所述管线从所述管线的旋转轴是大致偏移的，所述管线能够绕所述旋转轴旋转；

定位于所述井筒中的泵，以从所述井筒移除所述液体和夹带的固体颗粒；以及

定位于所述井的地表面的旋转器，以旋转所述管线。

50.根据权利要求49所述的系统，其特征在于，所述管线流体地连接于所述泵。

51.根据权利要求50所述的系统，其特征在于，所述管线从所述井的地表面延伸到所述泵。

52.根据权利要求49所述的系统，其特征在于，所述管线是螺旋形的。

53.根据权利要求49所述的系统，其特征在于，所述管线是波形的并且所述管线的纵向轴线是大致平面的。

54.根据权利要求49所述的系统，其特征在于，所述系统还包括测斜器，以确定所述泵在井筒中的相对位置。

55.一种用于控制井的井筒内固体颗粒的系统，所述系统包括：

定位于所述井筒内的井下的液体移除装置；以及

定位于所述液体移除装置的井下的搅动装置，以搅动固体颗粒且使固体颗粒夹带液体内以由所述液体移除装置移除。

56.根据权利要求55所述的系统，其特征在于，所述系统还包括旋转装置以旋转所述搅动装置。

57.根据权利要求56所述的系统，其特征在于，所述旋转装置定位于所述井的地表面。

58.根据权利要求56所述的系统，其特征在于，所述旋转装置定位于所述井筒内的井下。

59.根据权利要求55所述的系统，其特征在于，所述系统还包括感测装置，以确定所述液体移除装置在所述井筒内的位置。

60.一种从在井筒内具有液体的井的井筒中清除固体颗粒的方法，所述方法包括：

在所述井筒的水平部分内绕旋转轴旋转管线以搅动固体颗粒并且使所述固体颗粒夹带在液体内，所述管线具有偏移部分，在偏移部分中所述管线的纵向轴线从旋转轴偏移；以及

通过所述管线从所述井筒中移除液体和夹带的固体颗粒。

61.根据权利要求60所述的方法，其特征在于，移除所述液体还包括使用定位于所述井筒中的泵从井筒中泵出所述液体。

62.根据权利要求61所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

绕旋转轴旋转第二管线以便搅动固体颗粒并且使固体颗粒夹带在液体内，所述第二管线具有偏移部分，在所述偏移部分中所述第二管线的纵向轴线从所述第二管线的旋转轴偏移；

其中，所述第一管线定位于所述泵的井上；

其中，所述第二管线定位于所述泵的井下；以及

其中，所述第一和第二管线的偏移部分是螺旋形的并且所述第一管线的螺旋方向与所述第二管线的螺旋方向相反。

63.根据权利要求61所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定所述泵在所述井筒中的位置。

64.根据权利要求63所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

只有当泵向所述井筒的大致水平部分的较低位置定位时才移除液体和夹带的固体颗粒。

65.根据权利要求60所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

移动所述泵以改变泵在井筒中的位置，进而减少泵的入口被固体颗粒阻塞。

66.根据权利要求65所述的方法，其特征在于，所述泵在偏移部分附近连接到所述管线并且所述泵的运动由所述管线的旋转给予。

67.一种用于控制井的井筒内固体颗粒的系统，所述系统包括：

定位于所述井筒内的泵，以从所述井筒中移除液体和夹带的固体颗粒；

流体地连接到所述泵的管线，以将液体从所述泵输送到所述井的地表面，所述管线具有螺旋形的部分；以及

其中，所述管线在所述井的地表面处的旋转使所述泵在井筒内移动以减少所述泵的入口被井筒中的固体颗粒阻塞。

68.根据权利要求67所述的系统，其特征在于，所述管线在井的地表面处的旋转导致固体颗粒在井筒内被螺旋形部分搅动。

69.根据权利要求67所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

第二管线，其连接到所述泵并且向所述泵的井下延伸，所述第二管线具有螺旋形部分。

70.根据权利要求69所述的系统，其特征在于，所述第二管线的螺旋方向与所述第一管线的螺旋方向相反。

71.根据权利要求69所述的系统，其特征在于，

所述第二管线流动地连接到所述泵；以及，

所述第二管线包括穿孔以便允许第二管线邻近的固体颗粒进入所述第二管线以由所述泵移除。

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