[发明专利]用于电子潜水泵的接地故障免疫数据测量系统的系统与方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及与井中的井下电动潜水泵配合使用的数据测量系统，并且更具体地，涉及用于此类系统的数据传输和接地故障保护。

背景技术

采用各种钻井系统和生产系统以从地球寻找并提取石油、天然气、以及其他资源。这种系统的油井由于油藏的各种条件可能具有减少的产量，并且使用机械采油系统以改善石油产量。一些机械采油系统可以使用井下电动潜水泵以将石油抬升到地面以进行采收。电动潜水泵可以从地面接收电力，例如通过沿生产管道部署的电缆。电动潜水泵组还可以包括测量各种参数的数据测量系统。该数据测量系统通常从泵电力电缆接收电力并且通过电机绕组传输数据，并且经由电力电缆向地面传输数据。然而，这种系统的数据传输速率受电机绕组和电力电缆的电阻抗的限制。此外，这种系统在发生部分或完全接地故障时不能传输数据。

发明内容

本文提供了用于电动潜水泵的接地故障免疫数据测量系统的系统与方法的各种实施例。在一些实施例中，提供了一种耦接至电动潜水泵(ESP)的数据测量系统。所述系统包括：地面单元，其耦接至三相电力电缆，所述三相电力电缆耦接至所述ESP的三相电机；以及井下单元，其耦接至所述ESP的电机并且位于井中的井下。所述井下单元包括：多个传感器；以及处理器，其耦接至所述传感器并且配置为接收传感器数据。所述井下单元还包括调制器，其耦接至所述处理器并且配置为生成多路频率调制载波信号，用于将所述传感器数据运载至所述地面单元，所述多路频率调制载波信号中的每一路运载相同的传感器数据并且调制为独有的频率。此外，所述井下单元电容性地耦接至所述ESP的电机的电机绕组，并且配置为穿过所述电容性耦接并且通过所述三相电力电缆向所述地面单元传输所述多路载波信号。

在另一实施例中，提供了一种从井的井下区域传输数据的方法。所述方法包括：从位于数据测量系统的井下单元中的多个传感器接收传感器数据，所述井下单元位于所述井的井下区域中；以及通过所述井下单元的调制器将所述传感器数据编码到多路频率调制载波信号中。所述方法还包括：通过所述井下单元的复用器对所述多路载波信号进行复用以产生复用的载波信号；以及通过穿过电动潜水泵的三相电机的每个电机绕组的电容性耦接将所述复用的载波信号分流到三相电力电缆。所述方法还包括：通过所述三相电力电缆的每一条线路向地面单元传输所述复用的载波信号。

在另一实施例中，提供了一种耦接至位于井的井下区域中的电动潜水泵(ESP)的数据测量系统。所述数据测量系统包括：多个传感器，其配置为产生传感器数据；以及处理器，其配置为将所述传感器数据编码到第一频率处的第一频率调制载波信号、第二频率处的第二频率调制载波信号、以及第三频率处的第三频率调制载波信号中。所述处理器还配置为：对在第四频率处的第四频率调制载波信号中接收的控制数据进行解码，其中所述第一频率、第二频率、第三频率、以及第四频率为不同的频率。所述数据测量系统还包括：至所述ESP的三相电机的三个电机绕组的电容性耦接，其中所述频率调制载波信号穿过所述电容性耦接传输到三相电力电缆。

附图说明

图1为根据本技术的一个或多个实施例的具有电动潜水泵的系统的示意图；

图2为根据本发明的实施例的数据测量系统的地面单元和井下单元的示意图；

图3为根据本发明的实施例的数据测量系统的井下单元的示意图；

图4为根据本发明的实施例的数据测量系统的地面单元的示意图；

图5为根据本发明的实施例的载波信号的传输的示意图；

图6为示出根据本发明的实施例的命令数据载波信号的解码的示意图；

图7为根据本发明的实施例的用于传感器信号的生成和传输的过程的框图；

图8为根据本发明的实施例的用于非隔离井下电子电源的输入滤波器和降压调节器电路的示意图；

图9为根据本发明的实施例的多输出降压调节器电路的示意图；

图10为根据本发明的实施例的具有耗散阻尼的无源极低频(VLF)滤波器电路的示意图；

图11为根据本发明的实施例的具有非耗散阻尼的VLF滤波器电路的示意图；以及

图12为根据本发明的实施例的用于非隔离井下电子电源的两级开关调节器的示意图。