Нефтяная скважина (варианты), способ ее работы, система и способ подачи питания скважинного устройства

Нефтяная скважина (варианты), способ ее работы, система и способ подачи питания скважинного устройства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к нефтяной скважине и способу работы скважины и системе и способу для подачи питания скважинного устройства.

Многочисленные заявки настоящего заявителя описывают способы подачи электрической энергии в и поддержания связи с оборудованием, установленным на глубине в нефтяных или газовых скважинах. В этих способах эксплуатационная насосно-компрессорная колонна используется как подводящая цепи, а обсадная колонна как обратная цепь для схем передачи питания и связи или, альтернативно, в качестве схемы передачи обсадная колонна и/или насосно-компрессорная колонна используются как подводящая цепь, а пласт как "земля". В любом случае электрические потери, которые будут присутствовать в схеме передачи, будут сильно изменяться в зависимости от специфических условий для конкретной буровой скважины. Этими потерями нельзя пренебрегать при проектировании скважинных систем питания и связи, и в экстремальных ситуациях способы, используемые для согласования потерь, могут стать главными определяющими факторами проекта.

Когда питание подается с использованием эксплуатационной насосно-компрессорной колонны в качестве питающего проводника и обсадной колонны в качестве обратного пути тока, состав флюидов, присутствующих в кольце, и особенно возможное присутствие компонентов соленой воды в этом составе (то есть электропроводный флюид), обеспечит электрическое соединение между насосно-компрессорной колонной и обсадной колонной. Если это соединение имеет высокую проводимость, то питание пропадет при коротком замыкании между насосно-компрессорной колонной и обсадной колонной перед достижением скважинного устройства.

При подаче питания с использованием обсадной колонны в качестве проводника и "земли" пласта в качестве обратного пути тока утечка электрического тока через цементное или бетонное завершение (между обсадной колонной и земляным пластом) в земляном пласте может являться механизмом потерь. Чем больше проводимость цементного и земляного пласта, тем больше потери электрического тока, так как ток проходит с поверхности через обсадную колонну в местоположение в скважине (например, в местоположение продуктивного пласта на большой глубине).

Поэтому для успешного применения систем и способов подачи питания и/или связи на глубину в скважину часто будет необходимо средство для обеспечения согласования потерь энергии в случае, когда потери по питанию становятся существенными.

Техническим результатом настоящего изобретения является устранение недостатков известных решений и удовлетворение потребностей, отмеченных выше.

В соответствии с изобретением создана система для подачи питания в скважинное устройство, содержащая устройство полного сопротивления по току, концентрически расположенное вокруг трубопроводной структуры скважины для, по меньшей мере, частичного образования проводящей части для передачи электрического тока, изменяющегося во времени, через и вдоль проводящей части трубопроводной структуры, и устройство хранения энергии, адаптированное для электрического подсоединения к проводящей части трубопроводной структуры, для перезаряда с помощью электрического тока, изменяющегося во времени, и для подсоединения к скважинному устройству для подачи питания в скважинное устройство.

При протекании электрического тока, изменяющегося во времени, через и вдоль части трубопроводной структуры возникает разность потенциалов между одной стороной устройства полного сопротивления по току и другой стороной устройства полного сопротивления по току.

Устройство хранения энергии может содержать вторичный химический источник тока или аккумулятор или конденсатор.

Устройством полного сопротивления по току может являться индукционный дроссель, неподключенный к электропитанию, содержащий ферромагнитный материал и обеспечивающий создание полного сопротивления по электрическому току, изменяющемуся во времени, в стенке трубопроводной структуры, зависящего от размера, геометрии и магнитных свойств индукционного дросселя и его расположения относительно трубопроводной структуры.

Трубопроводная структура может содержать, по меньшей мере, часть эксплуатационной насосно-компрессорной колонны скважины или, по меньшей мере, часть обсадной колонны скважины.

Система может дополнительно содержать схему регулирования питания, адаптированную для переключения между зарядной конфигурацией электрической схемы и разрядной конфигурацией электрической схемы для устройства хранения энергии.

Система может дополнительно содержать логическую схему, адаптированную для автоматического управления схемой регулирования питания.

Согласно изобретению создана нефтяная скважина, содержащая трубопроводную структуру, имеющую электропроводную часть и проходящую между поверхностью и местоположением скважины, источник питания, расположенный на поверхности и электрически подсоединенный к электропроводной части трубопроводной структуры и адаптированный к выходному току, изменяющемуся во времени, устройство полного сопротивления, расположенное вокруг трубопроводной структуры для, по меньшей мере, частичного образования электропроводной части трубопроводной структуры, скважинный модуль хранения энергии, содержащий устройство хранения энергии и связанный с электропроводной частью трубопроводной структуры, и устройство с электропитанием, расположенное в скважине и электрически подсоединенное к модулю хранения энергии.

Устройство с электропитанием может содержать датчик или преобразователь или клапан с электрическим управлением или электродвигатель или модем или систему нагнетания химических реагентов.

Трубопроводная структура может содержать, по меньшей мере, часть эксплуатационной насосно-компрессорной колонны скважины, и цепь обратного тока может содержать, по меньшей мере, часть обсадной колонны скважины.

Трубопроводная структура может содержать, по меньшей мере, часть обсадной колонны скважины.

Цепь обратного тока может являться цепью обратного тока через землю.

Нефтяная скважина может дополнительно содержать схему регулирования питания, адаптированную для переключения между зарядной конфигурацией электрической схемы и разрядной конфигурацией электрической схемы для модуля хранения энергии.

Нефтяная скважина может дополнительно содержать логическую схему, адаптированную для автоматического управления схемой регулирования питания.

Устройство хранения энергии может содержать вторичный химический источник тока или аккумулятор или конденсатор.

Согласно изобретению создана также нефтяная скважина, содержащая обсадную колонну, проходящую в стволе скважины, эксплуатационную насосно-компрессорную колонну, проходящую в обсадной колонне, источник питания, расположенный на поверхности, электрически подсоединенный и адаптированный для подачи электрического тока, изменяющегося во времени, в, по меньшей мере, насосно-компрессорную колонну или обсадную колонну, скважинный модуль хранения энергии, электрически подсоединенный к, по меньшей мере, насосно-компрессорной колонне или обсадной колонне, скважинное устройство с электропитанием, электрически подсоединенное к модулю хранения энергии, скважинный индукционный дроссель, расположенный вокруг части, по меньшей мере, одной из насосно-компрессорной колонны и обсадной колонны, и адаптированный для направления части электрического тока в устройство хранения энергии.

Индукционный дроссель может быть неподключенным к питанию и содержать ферромагнитный материал.

Модуль хранения энергии может содержать вторичный химический источник тока.

Модуль хранения энергии может содержать аккумулятор или конденсатор.

Нефтяная скважина может дополнительно содержать схему регулирования питания, адаптированную для переключения между зарядной конфигурацией электрической схемы и разрядной конфигурацией электрической схемы для модуля хранения энергии.

Нефтяная скважина может дополнительно содержать логическую схему, адаптированную для автоматического управления схемой регулирования питания.

Согласно изобретению способ работы нефтяной скважины содержит следующие этапы: обеспечение электропроводности трубопроводной структуры в стволе скважины, по меньшей мере, частично с помощью устройства полного сопротивления по току; подача питания в электропроводную часть трубопроводной структуры, причем источник питания адаптирован к выходному току, изменяющемуся во времени; сохранение электрической энергии в скважинном модуле хранения энергии; зарядка модуля хранения энергии с помощью тока, изменяющегося во времени, при добыче нефтепродуктов из скважины; разрядка устройства хранения энергии так, как это необходимо для питания устройства с электропитанием, расположенного в скважине при добыче нефтепродуктов из скважины.

В способе можно использовать модуль хранения энергии, включающий устройство с электропитанием, содержащее датчик и модем, и который дополнительно содержит этапы обнаружения значения физической величины в скважине с помощью датчика и передачи данных о физической величине в поверхностное устройство с использованием модема и через трубопроводную структуру.

Передача данных о физической величине может выполняться при отсутствии зарядки устройства хранения энергии от источника питания.

В способе можно использовать модуль хранения энергии, включающий множество устройств хранения энергии, и который содержит этапы параллельной зарядки устройств хранения энергии и последовательной разрядки устройств хранения энергии.

Согласно изобретению способ питания скважинного устройства содержит следующие этапы: обеспечение скважинного модуля хранения энергии, содержащего первую группу электрических переключателей, вторую группу электрических переключателей, два или более устройств хранения энергии и логическую схему; при подаче тока в модуль хранения энергии замыкание первой группы переключателей и размыкание второй группы переключателей для формирования параллельной схемы на концах устройств хранения энергии и зарядка устройств хранения энергии; во время заряда, при прекращении протекания тока, поданного к модулю хранения энергии, и при наличии у устройств хранения энергии уровня напряжения, меньшего, чем первый заданный уровень напряжения, размыкание первой группы переключателей и замыкание второй группы переключателей для формирования последовательной схемы на концах устройств хранения энергии и разрядка этих устройств так, как это необходимо для питания скважинного устройства; во время заряда, при наличии у устройств хранения энергии уровня напряжения, превышающего первый заданный уровень напряжения, включение логической схемы; при включении логической схемы ожидание тока, подаваемого в модуль хранения энергии, для прекращения протекания тока; при прекращении протекания тока осуществление задержки во времени в течение заданного интервала времени; при возобновлении протекания тока до истечения заданного интервала времени, продолжение заряда устройств хранения энергии; при истечении заданного интервала времени размыкание первой группы переключателей и замыкание второй группу переключателей для образования последовательной схемы на концах устройств хранения энергии; разрядка устройств хранения энергии так, как это необходимо для питания скважинного устройства, при возобновлении протекания тока замыкание первой группы переключателей и размыкание второй группу переключателей для образования параллельной схемы на концах устройств хранения энергии; зарядка устройств хранения энергии; при падении уровня напряжения устройств хранения энергии ниже второго заданного уровня напряжения выключение логической схемы.

Способ может дополнительно содержать этап передачи данных из скважинного устройства в поверхностный модем при превышении заданного интервала времени задержки во времени, отсутствии подачи тока в модуль хранения энергии и превышении уровня напряжения устройств хранения второго заданного уровня напряжения.

Таким образом, проблемы, отмеченные выше, в значительной степени решены посредством вышеописанного способа питания скважинного устройства, пополнения этой энергии так, как это необходимо, и эффективного распределения этой энергии с использованием логических алгоритмом или связи для управления конфигурацией путей распределения питания.

Механизм хранения у устройств хранения энергии может быть химическим, как в аккумуляторах, или электрическим, как в конденсаторах, ультраконденсаторах или суперконденсаторах. При управлении циклом заряда-разряда аккумуляторов даже крайне ограниченную возможность питания в скважине можно использовать для заряда аккумуляторов и для возбуждения электрического или электронного оборудования можно подавать питание с гораздо более высокой скоростью, чем скорость заряда. Типичное электрическое оборудование может включать, но не ограничиваться, электродвигатели, приводы заслонок и клапанов и/или акустические источники. Они обычно требуют высокой мощности питания во время использования, но часто работают только периодически по команде.

По характеру своей выполняемой функции скважинные устройства размещают группами. Относительно их расстояния от поверхности интервал между скважинными устройствами внутри группы является маленьким. Эта близость позволяет передавать электроэнергию и/или сигналы связи из одного скважинного устройства в другое с использованием насосно-компрессорной колонны и/или обсадной колонны в качестве пути передачи энергии и/или сигналов связи между отдельными скважинными устройствами. Такой способ распределения питания зависит от условий передачи управляющих сигналов связи для выбора конфигурации связи между устройствами хранения энергии в каждом устройстве и нагрузок, которые могут быть в другом устройстве. При использовании этого способа питание, поступающее из более чем одного устройства в группе, можно подавать в одну точку использования, обеспечивая более высокое потребление мощности в этой точке использования, чем в случае, если бы каждое устройство получало бы питание только из своего собственного локального устройства хранения энергии.

Аналогично, в случае, где устройство хранения энергии внутри отдельного скважинного устройства выходит из строя, питание на модуль может подаваться от соседних устройств, и эти устройства хранения энергии можно исключить из обслуживания. Важной характеристикой устройств хранения энергии (как химических источников тока, так и конденсаторов) является то, что их отдельная рабочая мощность может быть ограничена значениями, которые ниже тех, которые необходимы для работы электроники или электрического оборудования. В случаях, где скважинное питание строго ограничено потерями в цепи передачи электроэнергии, подводимая мощность может быть ограничена значениями, которые ниже тех, которые позволили бы электрическим цепям нормально работать. Поэтому среди других проблем настоящее изобретение дает решение этой проблемы.

Другие цели и преимущества настоящего изобретения приведены в следующем подробном описании со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 изображает схему нефтяной скважины согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.2 изображает упрощенную электрическую схему электрической цепи, образованной с помощью скважины, показанной на фиг.1;

фиг.3А схематически изображает верхнюю часть нефтяной скважины согласно другому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.3В схематически изображает верхнюю часть нефтяной эксплуатационной скважины согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.4 изображает увеличенный вид в разрезе забоя скважины, показанной на фиг.1;

фиг.5 изображает упрощенную электрическую схему для скважинного устройства, показанную на фиг.1 и 4, с иллюстрацией модуля хранения энергии;

фиг.6 изображает диаграмму, иллюстрирующую входные и выходные сигналы для логической схемы;

фиг.7 изображает диаграмму состояний, иллюстрирующую логический алгоритм, используемый скважинным устройством, показанным на фиг.1, 4 и 5.

Ниже приводится описание предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи, на которых одинаковые позиции обозначают одинаковые элементы на всех различных видах, и описание других возможных вариантов осуществления настоящего изобретения. Представленные фигуры не обязательно выполнены в масштабе, и в некоторых случаях чертежи увеличены и/или упрощены в определенных пространствах для удобства изображения. Специалисты могут оценить многие возможные приложения и изменения настоящего изобретения на основании приведенных здесь примеров возможных вариантов осуществления настоящего изобретения, а также на основании тех вариантов осуществления, изображенных и обсужденных в родственных заявках, которые включены здесь в качестве ссылки в максимальной степени, разрешенной законом.

Термин "трубопроводная структура", используемый в настоящей заявке, может представлять собой одну-единственную трубу, насосно-компрессорную колонну, обсадную колонну буровой скважины, насосную штангу, ряд взаимосвязанных труб, штанги, металлические фермы, решетки сквозной фермы, опоры, отводные или боковые удлинители буровой скважины, сеть взаимосвязанных труб или других подобных структур, известных специалистам. В предпочтительном варианте осуществления изобретение используется в контексте нефтяной скважины, где трубопроводная структура содержит трубчатую, металлическую, электропроводную трубу или насосно-компрессорную колонну, но изобретение не ограничено этим. Для настоящего изобретения, по меньшей мере, часть трубопроводной структуры должна быть электропроводной, при этом такая электропроводная часть может представлять собой в целом трубопроводную структуру (например, стальные трубы, медные трубы) или простирающуюся в продольном направлении электропроводную часть, объединенную с простирающейся в продольном направлении неэлектропроводной частью. Другими словами, электропроводная трубопроводная структура представляет собой структуру, которая обеспечивает путь тока от первой части, где источник питания электрически подсоединен ко второй части, и устройство и/или цепь обратного тока электрически связаны. Трубопроводная структура обычно представляет собой известную круглую металлическую насосно-компрессорную колонну, но геометрия поперечного сечения трубопроводной структуры или любой ее части может меняться по форме (например, круглая, прямоугольная, квадратная, овальная) и размеру (например, длина, диаметр, толщина стенки) вдоль любой части трубопроводной структуры. Следовательно, трубопроводная структура должна иметь электропроводную часть, проходящую от первой части трубопроводной структуры до второй части трубопроводной структуры, в которой первая часть расположена отдельно от второй части вдоль трубопроводной структуры.

Термины "первая часть" и "вторая часть", которые используются здесь, обозначают, в общем, часть, секцию или область трубопроводной структуры, которая может проходить или не проходить вдоль трубопроводной структуры, которая может быть расположена в любом выбранном пространстве вдоль трубопроводной структуры и которая может охватывать или не охватывать наиболее близкие концы трубопроводной структуры.

Термин "модем" используется здесь, в общем, для ссылки на любое устройство связи для передачи и/или приема электрических сигналов связи через электрический проводник (например, металл). Следовательно, термин "модем", который используется здесь, не ограничен акронимом для модулятора (устройства, которое преобразовывает голос или сигнал данных к виду, пригодному для передачи)/демодулятора (устройства, которое восстанавливает первоначальный сигнал, которым была промодулирована высокочастная несущая). Кроме того, термин "модем", который используется здесь, не ограничен известными компьютерными модемами, которые преобразовывают цифровые сигналы в аналоговые сигналы и наоборот (например, для передачи цифровых информационных сигналов по аналоговой коммутируемой телефонной сети общего пользования). Например, если датчик выдает данные измерений в аналоговом формате, то такие измерения можно только модулировать (например, с использованием модуляции с расширением спектра) и передавать, и, следовательно, не нужно выполнять аналого-цифрового преобразования. В качестве другого примера релейный/подчиненный модем или устройство связи должны только идентифицировать, фильтровать, усиливать и/или ретранслировать принимаемый сигнал.

Термин "клапан", который используется здесь, обычно относится к любому устройству, которое выполняет функции регулировки потока флюида. Примеры клапанов включают, но не ограничиваются, сильфонные газлифтные клапаны и управляемые газлифтные клапаны, каждый из которых можно использовать для регулировки потока транспортирующего газа в насосно-компрессорную колонну буровой скважины. Внутренняя работа клапанов может в значительной степени отличаться, и в настоящей заявке не ограничиваются клапанами, описанными с любой конкретной конфигурацией, до тех пор, пока клапан выполняет функции регулировки потока. Некоторые из различных типов механизмов регулировки потока включают, но не ограничиваются, конфигурации шарового клапана, конфигурации игольчатого клапана, конфигурации запорного клапан и конфигурации клетевого клапана. Способы установки клапанов, обсужденных в настоящей заявке, могут в значительной степени отличаться.

Термин "клапан с электрическим управлением", который используется здесь, обычно относится к "клапану" (как описано выше), который можно открывать, закрывать, регулировать, изменять или дросселировать непрерывно в ответ на электрический сигнал управления (например, сигнал из компьютера, расположенного на поверхности, или из скважинного модуля электронного контроллера). Механизм, который фактически изменяет состояние клапана, может содержать, но не ограничиваться этим, электродвигатель, электрический серводвигатель, электрический соленоид, электрический переключатель, гидравлический привод, управляемый, по меньшей мере, одним электрическим серводвигателем, электродвигателем, электрическим переключателем, электрическим соленоидом или их комбинациями, пневматический привод, управляемый, по меньшей мере, одним электрическим серводвигателем, электродвигателем, электрическим переключателем, электрическим соленоидом или их комбинациями, или устройство с отклоняемой пружиной в комбинации с, по меньшей мере, одним электрическим серводвигателем, электродвигателем, электрическим переключателем, электрическим соленоидом или их комбинациями. "Клапан с электрическим управлением" может включать или не включать датчик обратной связи по положению для подачи сигнала обратной связи, соответствующего фактическому положению клапана.

Термин "датчик", который используется здесь, относится к любому устройству, которое обнаруживает, определяет, контролирует, записывает или, другими словами, регистрирует абсолютное значение или изменение значения физической величины. Датчик, как описано здесь, можно использовать для измерения значений таких физических величин, но не ограничено этим, как температура, давление (абсолютное и дифференциальное), скорость потока, сейсмические данные, акустические данные, уровень рН, уровни солености, положения клапана или практически любые другие физические данные.

Фраза "на поверхности", которая используется здесь, относится к местоположению, которое находится выше глубины более приблизительно пятидесяти футов в земле. Другими словами, фраза "на поверхности" не обязательно означает расположение на уровне земли, но используется здесь в более широком смысле для обозначения местоположения, которое является часто легко или удобно доступным в устье скважины, где могут работать люди. Например, "на поверхности" может означать на столе в рабочей мастерской, которая расположена на земле и на платформе буровой скважины, на дне океана или озера, на глубоководной платформе нефтяной вышки или на 100-м этаже здания. Кроме того, термин "поверхность" может использоваться здесь как прилагательное для определения местоположения элемента или области, которая расположена "на поверхности". Например, фраза "поверхностный" компьютер, которая используется здесь, означает компьютер, расположенный "на поверхности".

Термин "в скважине", который используется здесь, относится к местоположению или положению на глубине ниже около пятидесяти футов в земле. Другими словами, термин "в скважине" широко используемый здесь, относится к местоположению, которое часто нелегко или неудобно достижимо из устья скважины, где могут работать люди. Например, в нефтяной скважине, местоположение "в скважине" находится часто в или рядом с подземной нефтяной эксплуатационной зоной, независимо от того, является ли эксплуатационная зона доступной вертикально, горизонтально, сбоку или под любым другим углом между ними. Кроме того, термин "в скважине" используется здесь как прилагательное "скважинный", описывающее местоположение элемента или области. Например, "скважинное" устройство в буровой скважине означает, что устройство расположено "в скважине" в противоположность расположению "на поверхности".

Термин "беспроводный", который используется в настоящей заявке, означает отсутствие известного, изолированного электрического провода, например, проходящую от скважинного устройства до поверхности. Использование насосно-компрессорной колонны и/или обсадной колонны в качестве проводника рассматривается как "беспроводным".

На фиг.1 изображена схема газлифтной нефтяной скважины 20 согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. Буровая скважина 20 имеет обсадную колонну 30, проходящую в стволе скважины через пласт 32 в эксплуатационную зону (не показан), более отдаленную в скважине. Эксплуатационная насосно-компрессорная колонна 40 проходит в обсадной колонне 30 скважины для передачи флюидов (например, нефти, газа) из скважины на поверхность во время операций добычи. Пакер 42 расположен в скважине внутри обсадной колонны 30 и вокруг насосно-компрессорной колонны 40. Пакер 42 является традиционным, и он гидравлически изолирует часть скважины 20 выше эксплуатационной зоны для обеспечения ввода газа под давлением в кольцевое пространство 44, образованное между обсадной колонной 30 и насосно-компрессорной колонной 40. Во время газлифтной работы газ под давлением вводится с поверхности в кольцевое пространство 44 для дальнейшего ввода в насосно-компрессорную колонну 40 для обеспечения газлифта для флюидов, находящихся в ней. Следовательно, нефтяная скважина 20, показанная на фиг.1, подобна известной скважине по конструкции, но с учетом того, что входит в состав настоящего изобретения.

Электрическая цепь образована с использованием различных элементов скважины 20 (фиг.1). Образованная электрическая цепь скважины используется для подачи питания и/или поддержания связи со скважинным устройством 50 с электропитанием. Поверхностная компьютерная система 52 обеспечивает питание и/или связь на поверхности. Поверхностная компьютерная система 52 содержит источник 54 питания и главный модем 56, но элементы поверхностного оборудования и конфигурация может изменяться. Источник 54 питания приспособлен для вывода тока, изменяющегося во времени. Ток, изменяющийся во времени, является предпочтительно переменным током, но он может быть также постоянным током, изменяющимся во времени. Сигнал связи, подаваемый с помощью поверхностной компьютерной системы 52, предпочтительно является сигналом с расширенным спектром, но альтернативно можно использовать и другие виды модуляции или предыскажения. Первый вывод 61 компьютера поверхностной компьютерной системы 52 электрически подсоединен к насосно-компрессорной колонне 40 на поверхности. Первый вывод 61 компьютера проходит через подвеску 64 в изолированном уплотнении 65 и таким образом электрически изолирован от подвески 64 при прохождении через нее в уплотнении 65. Второй вывод 62 компьютера поверхностной компьютерной системы 52 электрически подсоединен к обсадной колонне 30 буровой скважины на поверхности.

Насосно-компрессорная колонна 40 и обсадная колонна 30 в схеме скважины используются в качестве электрических проводников. В предпочтительном варианте осуществления, как показано на фиг.1, насосно-компрессорная колонна 40 действует как трубопроводная структура для передачи электрической энергии и/или сигналов связи между поверхностной компьютерной системой 52 и скважинным устройством 50, и пакер 42 и обсадная колонна 30 действуют как цепь обратного тока. Изолированная соединительная муфта 68 для насосно-компрессорных труб включена в устье скважины ниже подвески 64 для обеспечения электрической изоляции насосно-компрессорной колонны 40 от подвески 64 и обсадной колонны 30 на поверхности. Первый вывод 61 компьютера электрически подсоединен к насосно-компрессорной колонне 40 ниже изолированной соединительной муфты 68 для насосно-компрессорных труб. Индукционный дроссель 70 расположен в скважине вокруг насосно-компрессорной колонны 40. Индукционный дроссель 70 является, в общем, кольцеобразным и расположен, в общем, концентрически вокруг насосно-компрессорной колонны 40. Индукционный дроссель 70 содержит ферромагнитный материал, и он не запитан. Как описано наиболее подробно в других заявках данного заявителя, индукционный дроссель 70 создает вихревые токи в стенке насосно-компрессорной колонны при передаче изменяющегося во времени тока вдоль секции этой колонны, окруженной дросселем. В результате создания вихревых токов дроссель 70 создает полное сопротивление по току в стенке этой колонны, которое зависит от размера (массы), геометрии и магнитных свойств данного дросселя и его расположения относительно насосно-компрессорной колонны 40. Изолированная соединительная муфта 68 для насосно-компрессорных труб и индукционный дроссель 70 функционирует для того, чтобы препятствовать подаче сигнала переменного тока на насосно-компрессорную колонну 40. В других вариантах осуществления индукционный дроссель 70 может быть расположен вокруг обсадной колонны 30. Скважинное устройство 50 имеет два вывода 71, 72 электрического устройства. Первый вывод 71 электрически подсоединен к насосно-компрессорной колонне 40 на стороне источника 81 индукционного дросселя 70. Второй вывод 72 электрически подсоединен к насосно-компрессорной колонне 40 на стороне 82 цепи обратного тока индукционного дросселя 70. Пакер 42 обеспечивает электрическое соединение между насосно-компрессорной колонной 40 и обсадной колонной 30 в скважине. Однако насосно-компрессорная колонна 40 и обсадная колонна 30 могут быть также электрически связаны в скважине с помощью проводящего флюида (не показано) в кольцевом простанстве 44 выше пакера 42 или другим путем. В кольцевом пространстве 44 выше пакера 42 флюид предпочтительно будет иметь маленькую или нулевую проводимость, но на практике это иногда нельзя предотвратить.

На фиг.2 изображена упрощенная электрическая схема электрической цепи, образованной в скважине 20 (фиг.1). В процессе работы питание и/или сигналы связи (поданные с помощью поверхностной компьютерной системы 52) подаются в насосно-компрессорную колонну 40 на поверхности ниже изолированной соединительной муфты 68 для насосно-компрессорных труб через первый вывод 61 компьютера. Прохождению тока, изменяющегося во времени, из насосно-компрессорной колонны 40 в обсадную колонну 30 (и на второй вывод 62 компьютера) через подвеску 64 препятствуют изоляторы 69 в изолированной соединительной муфте 68 для насосно-компрессорных труб. Однако ток, изменяющийся во времени, течет свободно в скважине по насосно-компрессорной колонне 40 до достижения индукционного дросселя 70. Индукционный дроссель 70 имеет большую индуктивность, которая препятствует протеканию большей части тока (например, 90%) в насосно-компрессорную колонну 40 в индукционном дросселе 70. Следовательно, благодаря индукционному дросселю 70 между насосно-компрессорной колонной 40 и обсадной колонной 30 возникает разность потенциалов. Другие способы передачи сигналов переменного тока по насосно-компрессорной колонне раскрыты в родственных заявках. Разность потенциалов также возникает между насосно-компрессорной колонной 40 на стороне 81 источника индукционного дросселя 70 и насосно-компрессорной колонной 40 на стороне 82 цепи обратного тока индукционного дросселя 70. Так как скважинное устройство 50 электрически подсоединено к напряжению, большая часть тока, переданного в насосно-компрессорную колонну 40, которая не теряется по пути, направляется через скважинное устройство 50 и, таким образом, обеспечивает питание и/или связь в скважинном устройстве 50. После прохождения через скважинное устройство 50 ток возвращается в поверхностную компьютерную систему 52 через пакер 42, обсадную колонну 30 и второй вывод 62 компьютера. Когда ток является переменным, направление протекания вышеописанного тока через буровую скважину 20 будет меняться на противоположное и проходить по тому же самому пути.

Другие альтернативные способы выполнения электрической схемы с использованием трубопроводной структуры буровой скважины и, по меньшей мере, один индукционный дроссель описаны в родственных заявках, многие из которых можно применять совместно с настоящим изобретением для подачи питания и/или сигналов связи в скважинное устройство 50 с электропитанием и осуществлять другие варианты осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что родственные заявки описывают способы, основанные на использовании обсадной колонны, а не насосно-компрессорной колонны, для передачи питания с поверхности в скважинные устройства, и настоящее изобретение применимо в вариантах осуществления для передачи с помощью обсадной колонны.

Если другие пакеры или центраторы (не показаны) введены между изолированной соединительной муфтой 68 для насосно-компрессорных труб и пакером 42, то их можно ввести в состав электрического изолятора для того, чтобы предотвратить короткое замыкание между насосно-компрессорной колонной 40 и обсадной колонной 30. Такую электрическую изоляцию с помощью дополнительных пакеров или центраторов можно достигнуть различными способами, очевидными для специалистов.

Альтернативой (или дополнением) для изолированной соединительной муфты 68 для насосно-компрессорных труб может служить другой индукционный дроссель 168 (фиг.3А), который можно разместить вокруг насосно-компрессорной колонны 40 выше местоположения электрического соединения для первого вывода 61 компьютера в насосно-компрессорной колонне 40, и/или подвеска 64, которой может быть изолированная подвеска 268 (фиг.3В), имеющие изоляторы 269 для электрической изоляции насосно-компрессорной колонны 40 от обсадной колонны 30.

На фиг.4 изображен увеличенный вид в разрезе части скважины 20 (фиг.1), показывающий индукционный дроссель 70 и скважинное устройство 50. Для предпочтительного варианта осуществления, показанного на фиг.1, скважинное устройство 50 содержит модуль 84 связи и управления, газлифтный клапан 86 с электрическим управлением, датчик 88 и модуль 90 хранения энергии. Предпочтительно, чтобы все элементы скважинного устройства 50 находились вместе в одном, запечатанном коллекторе 92 насосно-компрессорной колонны как один модуль для облегчения обработки и установки, а также защиты элементов от воздействия окружающей среды. Однако в других вариантах осуществления настоящего изобретения элементы скважинного устройства 50 могут находиться отдельно (то есть не в коллекторе 92 насосно-компрессорной колонны) или объединены в других комбинация