DE60119898T2

DE60119898T2 - Gesteuerte chemikalieneinspritzung in einem bohrloch

Info

Publication number: DE60119898T2
Application number: DE60119898T
Authority: DE
Inventors: Leo George Houston STEGEMEIER; J. Harold Houston VINEGAR; Rex Robert Katy BURNETT; Mountjoy William Houston SAVAGE; Gordon Frederick Houston CARL; Michele John Houston HIRSCH
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2021-03-03
Also published as: OA12225A; RU2002126218A; CA2401681A1; EP1259701A1; NO325380B1; DE60119898D1; EP1259701B1; BR0108881A; CA2401681C; MXPA02008577A; BR0108881B1; NO20024136D0; US6981553B2; RU2258805C2; AU2001243413B2; US20040060703A1; WO2001065055A1; AU4341301A; NO20024136L

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Erdölschacht zum Fördern von Erdölprodukten. In einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung Systeme und Verfahren zum Überwachen und/oder Verbessern einer Fluidströmung während einer Erdölförderung durch steuerbares Einspritzen von Chemikalien in zumindest einen Fluidströmungsfluß mit zumindest einem elektrisch steuerbaren, unterirdischen Chemikalieneinspritzsystem eines Erdölschachts.
Beschreibung des Standes der Technik
Die gesteuerte Einspritzung von Materialien in Erdölschächte (d.h. Öl- und Gasschächte) ist eine bestehende Praxis, die häufig verwendet wird, um die Gewinnung zu erhöhen oder Förderbedingungen zu analysieren.
Es ist nützlich in Abhängigkeit von den Mengen von Materialien, die eingespritzt werden, zwischen Einspritzungstypen zu unterscheiden. Große Volumina von eingespritzten Materialien werden in Formationen eingespritzt, um Formationsfluide zu Förderschachten zu verdrängen. Das bekannteste Beispiel ist die Wasserflutung.
In einem weniger extremen Fall werden Materialien unterirdisch in einen Schacht eingeleitet, um eine Behandlung innerhalb des Schachts zu bewirken. Beispiele für diese Behandlungen umfassen: (1) Treibmittel, um die Effizienz einer künstlichen Pumpe zu verbessern; (2) Paraffinlösemittel, um eine Ablagerung von Feststoffen auf dem Steigrohr zu verhindern; und (3) oberflächenaktive Substanzen, um die Strömungseigenschaften von ge förderten Fluiden zu verbessern. Diese Behandlungstypen haben eine Modifizierung der Schachtfluide selbst zur Folge. Geringere Mengen werden benötigt, aber diese Einspritzungformen werden typischerweise durch eine von der Oberfläche abwärts geführte Rohrleitung geliefert.
Noch weitere Anwendungen erfordern noch kleinere Mengen von einzuspritzenden Materialien, wie z.B. (1) Korrosionshemmer, um eine Korrosion von Schachteinrichtungen zu verhindern oder zu verringern; (2) Kesselsteinverhütungsmittel, um eine Kesselsteinbildung an Schachteinrichtungen zu verhindern oder zu verringern; und (3) Tracer-Chemikalien zum Überwachen der Strömungseigenschaften verschiedener Schachtsektionen. In diesen Fällen sind die erforderlichen Mengen ausreichend klein, so daß die Materialien von einem unterirdischen Reservoir geliefert werden können, was die Notwendigkeit vermeidet, eine Versorgungsrohrleitung von der Oberfläche abwärts zu führen. Eine erfolgreiche Anwendung solcher Techniken erfordert jedoch eine gesteuerte Einspritzung.
Die gesteuerte Einspritzung von Materialien, wie z.B. Wasser, Treibmittel, Paraffinlösemittel, oberflächenaktive Substanzen, Korrosionshemmer, Kesselsteinverhütungsmittel und Tracer-Chemikalien zum Überwachen von Strömungseigenschaften sind in den US-Patenten 4,681,164, 5,246,860 und 4,068,717 dokumentiert.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die oben dargelegten Probleme und Anforderungen werden durch die vorliegende Erfindung weitgehend gelöst und erfüllt. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Chemikalieneinspritzsystem zur Verwendung in einem Schacht bereitgestellt. Das Chemikalieneinspritzsystem umfaßt eine Stromimpe danzvorrichtung und eine elektrisch steuerbare Chemikalieneinspritzvorrichtung. Die Stromimpedanzvorrichtung ist allgemein für eine konzentrische Positionierung um einen Abschnitt einer Rohrleitungsstruktur des Schachts herum ausgebildet. Wenn ein zeitvarianter elektrischer Strom durch den und entlang des Abschnitts der Rohrleitungsstruktur geleitet wird, bildet sich ein Spannungspotential zwischen einer Seite der Stromimpedanzvorrichtung und einer anderen Seite der Stromimpedanzvorrichtung. Die elektrisch steuerbare Chemikalieneinspritzvorrichtung ist derart eingerichtet, daß sie über das durch die Stromimpedanzvorrichtung gebildete Spannungspotential mit der Rohrleitungsstruktur elektrisch verbunden ist, derart eingerichtet, daß sie von dem elektrischen Strom gespeist wird, und derart eingerichtet, daß sie in Ansprechen auf ein elektrisches Signal eine Chemikalie in den Schacht hinein ausstößt.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Fördern von Erdölprodukten aus einem Erdölschacht bereitgestellt. Das Verfahren umfaßt die Schritte: (i) Bereitstellen eines Futterrohrs, das sich innerhalb eines Bohrlochs des Schachts erstreckt, und eines Steigrohrs, das sich innerhalb des Futterrohrs erstreckt, wobei das Futterrohr an einer unterirdischen Position mit dem Steigrohr elektrisch verbunden ist; (ii) Bereitstellen eines unterirdischen Chemikalieneinspritzsystems für den Schacht, das eine Induktionsdrossel und eine elektrisch steuerbare Chemikalieneinspritzvorrichtung umfaßt, wobei die Induktionsdrossel unterirdisch derart um das Steigrohr und/oder das Futterrohr herum angeordnet ist, daß sich, wenn ein zeitvarianter elektrischer Strom durch das Steigrohr und/oder das Futterrohr geleitet wird, ein Spannungspotential zwischen einer Seite der Induktionsdrossel und einer anderen Seite der Induktionsdrossel bildet, wobei die elektrisch steuerbare Chemikalieneinspritzvorrichtung unterirdisch angeordnet ist, die Einspritz vorrichtung über das durch die Induktionsdrossel gebildete Spannungspotential mit dem Steigrohr und/oder dem Futterrohr elektrisch verbunden ist, so daß die Einspritzvorrichtung durch den elektrischen Strom gespeist werden kann, und die Einspritzvorrichtung derart eingerichtet ist, daß sie in Ansprechen auf ein durch den elektrischen Strom transportiertes elektrisches Signal eine Chemikalie ausstößt; und (iii) steuerbares Einspritzen einer Chemikalie in einen unterirdischen Strömungsfluß innerhalb des Schachts während einer Förderung. Wenn der Schacht ein Gaslift-Schacht ist und die Chemikalie ein Treibmittel umfaßt, kann das Verfahren ferner den Schritt umfassen, daß eine Effizienz einer künstlichen Pumpe der Erdölförderungen mit dem Treibmittel verbessert wird. Wenn die Chemikalie ein Paraffinlösemittel umfaßt, kann das Verfahren ferner den Schritt umfassen, daß eine Ablagerung von Feststoffen an einem Inneren des Steigrohrs verhindert wird. Wenn die Chemikalie eine oberflächenaktive Substanz umfaßt, kann das Verfahren ferner den Schritt umfassen, daß eine Strömungseigenschaft des Strömungsflusses verbessert wird. Wenn die Chemikalie einen Korrosionshemmer umfaßt, kann das Verfahren ferner den Schritt umfassen, daß eine Korrosion in dem Schacht gehemmt wird. Wenn die Chemikalie Kesselsteinverhütungsmittel umfaßt, kann das Verfahren ferner den Schritt umfassen, daß eine Kesselsteinbildung in dem Schacht verringert wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen offensichtlich, in denen zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Erdölförderschachts gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine vergrößerte Darstellung eines unterirdischen Abschnitts des Schachts nach 1;
3 ein vereinfachtes elektrisches Schaltbild des durch den Schacht von 1 gebildeten elektrischen Kreises; und
4A–4F schematische Darstellungen verschiedener Chemikalieninjektor- und Chemikalienbehälterausführungsformen für eine unterirdische, elektrisch steuerbare Chemikalieneinspritzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern verwendet werden, um gleiche Elemente in den verschiedenen Darstellungen durchgehend zu kennzeichnen, ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und weiter beschrieben, und weitere mögliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind beschrieben. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabgerecht und in einigen Fällen wurden die Zeichnungen an einigen Stellen lediglich zu Illustrationszwecken übertrieben und/oder vereinfacht dargestellt. Der Fachmann wird einsehen, daß auf Grundlage der nachfolgenden Beispiele möglicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wie auch auf Grundlage jener Ausführungsformen, die in den verwandten Anmeldungen, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind, veranschaulicht und erläutert wurden, viele mögliche Anwendungen und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung im weitesten gesetzlich zugelassenen Ausmaß vorgenommen werden können.
Wie in der vorliegenden Anmeldung verwendet, kann eine „Rohrleitungsstruktur" nur ein einziges Rohr, ein Steigrohrstrang, ein Futterrohr, ein Pumpgestänge, eine Reihe von miteinander verbundenen Rohren, Stangen, Durchzügen, Streben, Gittern, Stützen, eine Abzweigung oder seitliche Erweiterung eines Schachts, ein Netzwerk von miteinander verbunden Rohren oder andere dem Fachmann bekannte ähnliche Strukturen sein. Eine bevorzugte Ausführungsform nutzt die Erfindung im Zusammenhang mit einem Erdölschacht, wobei die Rohrleitungsstruktur rohrförmige, metallische, elektrisch leitende Rohr- oder Steigrohrstränge umfaßt, die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Für die vorliegende Erfindung muß zumindest ein Abschnitt der Rohrleitungsstruktur elektrisch leitend sein, wobei solch ein elektrisch leitender Abschnitt die gesamte Rohrleitungsstruktur (z.B. Stahlrohre, Kupferrohre) oder ein sich in Längsrichtung erstreckender, elektrisch leitender Abschnitt kombiniert mit einem sich in Längsrichtung erstreckenden, nicht leitenden Abschnitt sein kann. Mit anderen Worten, eine elektrisch leitende Rohrleitungsstruktur ist eine solche, die eine elektrische leitende Bahn von einem ersten Abschnitt, wo eine Stromquelle elektrisch verbunden ist, zu einem zweiten Abschnitt, wo eine Vorrichtung und/oder eine elektrische Rücklaufleitung elektrisch verbunden ist/sind, bereitstellt. Die Rohrleitungsstruktur wird typischerweise ein herkömmliches rundes Metallsteigrohr sein, die Querschnittsgeometrie der Rohrleitungsstruktur oder irgendeines Abschnitts davon kann aber in Form (z.B. rund, rechteckig, quadratisch, oval) und Größe (z.B. Länge, Durchmesser, Wanddicke) entlang irgendeines Abschnitts der Rohrleitungsstruktur variieren. Somit muß eine Rohrleitungsstruktur einen elektrisch leitenden Abschnitt aufweisen, der sich von einem ersten Abschnitt der Rohrleitungs struktur zu einem zweiten Abschnitt der Rohrleitungsstruktur erstreckt, wobei der erste Abschnitt distal von dem zweiten Abschnitt entlang der Rohrleitungsstruktur beabstandet ist.
Die Begriffe „erster Abschnitt" und „zweiter Abschnitt", wie hierin verwendet, sind jeweils allgemein definiert, um einen Abschnitt, eine Sektion oder einen Bereich einer Rohrleitungsstruktur zu bezeichnen, der/die sich entlang der Rohrleitungsstruktur erstrecken kann oder nicht, der sich an einer beliebigen entlang der Rohrleitungsstruktur gewählten Stelle befinden kann und der/die die am nächsten liegenden Enden der Rohrleitungsstruktur umfassen kann oder nicht.
Der Begriff „Modem" wird hierin verwendet, um auf eine beliebige Kommunikationsvorrichtung zum Übertragen und/oder Empfangen elektrischer Kommunikationssignale über einen elektrischen Leiter (z.B. Metall) allgemein Bezug zu nehmen. Somit ist der Begriff „Modem", wie er hierin verwendet wird, nicht auf das Akronym für einen Modulator (eine Vorrichtung, die ein Sprach- oder Datensignal in eine Form umwandelt, die übertragen werden kann)/Demodulator (eine Vorrichtung, die ein ursprüngliches Signal wiederherstellt, nachdem sie einen Hochfrequenzträger moduliert hat) beschränkt. Auch ist der Begriff „Modem", wie er hierin verwendet wird, nicht auf herkömmliche Computermodems beschränkt, die digitale Signale in analoge Signale umwandeln und umgekehrt (z.B. um digitale Datensignale über das analoge öffentliche Fernsprechwählnetz zu senden). Zum Beispiel kann es sein, daß, wenn ein Sensor Messungen in einem analogen Format ausgibt, solche Messungen dann nur moduliert (z.B. Spreizspektrummodulation) und übertragen werden müssen, und somit keine Analog-/Digitalumwandlung erforderlich ist. Als ein weiteres Beispiel kann es sein, daß ein Relais-/Slavemodem oder eine Kommunikationsvorrichtung ein empfangenes Signal nur identifizieren, filtern, verstärken und/oder weiterleiten muß.
Der Begriff „Ventil", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf eine beliebige Vorrichtung, die wirksam ist, um die Strömung eines Fluids zu regeln. Beispiele von Ventilen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Balg-Gaslift-Ventile und steuerbare Gaslift-Ventile, die jeweils verwendet werden können, um die Strömung von Liftgas in einen Steigrohrstrang eines Schachts zu regeln. Die inneren und/oder äußeren Arbeitsweisen von Ventilen können stark variieren, und in der vorliegenden Anmeldung sollen die beschriebenen Ventile nicht auf irgendeine bestimmte Konfiguration beschränkt sein, solange die Ventile wirksam sind, um eine Strömung zu regeln. Einige der verschiedenen Typen von Strömungsreguliermechanismen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Kugelventil-Konfigurationen, Nadelventil-Konfigurationen, Schieber-Konfigurationen und Käfigventil-Konfigurationen. Die Verfahren des Einbaus der in der vorliegenden Anmeldung erläuterten Ventile können stark variieren.
Der Begriff „elektrisch steuerbares Ventil", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich allgemein auf ein „Ventil" (wie gerade beschrieben), das in Ansprechen auf ein elektrisches Steuersignal (z.B. ein Signal von einem Oberflächen-Computer oder von einem unterirdischen elektronischen Steuerungsmodul) geöffnet, geschlossen, eingestellt, geändert oder kontinuierlich gedrosselt werden kann. Der Mechanismus, der tatsächlich die Ventilposition bewegt, kann umfassen, ist jedoch nicht beschränkt auf: einen Elektromotor; einen elektrischen Stellantrieb; einen Elektromagneten; einen elektrischen Schalter; einen hydraulischen Betätiger, der von zumindest einem elektrischen Stellantrieb, einem Elektromotor, einem elektrischen Schalter, einem electrischen Solenoid oder Kombinationen davon gesteuert wird; einen pneumatischen Betätiger, der durch zumindest einen elektrischen Stellantrieb, einen Elektromotor, einen elektrischen Schalter, einen Elektromagneten oder Kombinationen davon gesteuert wird; oder eine federbelastete Vorrichtung in Kombination mit zumindest einem elektrischen Stellantrieb, einem Elektromotor, einem elektrischen Schalter, einem Elektromagneten oder Kombinationen davon. Ein „elektrisch steuerbares Ventil" kann einen Positionsrückkopplungssensor zum Bereitstellen eines Rückkopplungssignals, das der tatsächlichen Position des Ventils entspricht, umfassen oder nicht.
Der Begriff „Sensor", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf eine beliebige Vorrichtung, die den absoluten Wert von oder eine Änderung einer physikalischen Größe detektiert, bestimmt, überwacht, aufzeichnet oder sonst wie erfaßt. Ein Sensor wie hierin beschrieben kann verwendet werden, um physikalische Größen zu messen, die umfassen, aber nicht beschränkt sind auf: Temperatur, Druck (absolut wie auch Differenz), Strömungsgeschwindigkeit, seismische Daten, akustische Daten, pH-Wert, Salzhaltigkeit, Ventilstellungen oder beinahe jede beliebige andere physikalische Datengröße.
Wie in der vorliegenden Anmeldung verwendet, bedeutet „drahtlos" das Nicht-Vorhandensein einer herkömmlichen isolierten Drahtader, die sich z.B. von einer unterirdischen Vorrichtung an die Oberfläche erstreckt. Die Verwendung des Steigrohrs und/oder des Futterrohrs als Leiter wird als „drahtlos" betrachtet.
Der Ausdruck „an der Oberfläche", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf eine Position, die sich oberhalb von etwa fünfzig Fuß tief innerhalb der Erde befindet. Mit anderen Worten, der Ausdruck „an der Oberfläche" bedeutet nicht notwendigerweise eine Position auf dem Boden auf Geländehöhe, sondern wird hierin in einem weiteren Sinn verwendet, um auf eine Stelle Bezug zu nehmen, die oft einfach oder bequem an einem Bohrlochkopf zugänglich ist, wo unter Umständen Menschen arbeiten. Zum Beispiel kann „an der Oberfläche" auf einem Tisch auf einer Baustelle sein, der auf dem Boden an der Schachtplattform positioniert ist, es kann auf einem Meeresboden oder einem Seeboden sein, es kann auf einer Bohrinselplattform auf hoher See sein oder es kann im 100. Stock eines Gebäudes sein. Auch kann der Begriff „oberflächen-" hierin als ein Adjektiv verwendet werden, um eine Stelle einer Komponente oder eines Bereiches, die/der sich „an der Oberfläche" befindet, zu bezeichnen. Zum Beispiel würde, wie hierin verwendet, ein „Oberflächen"-Computer ein Computer sein, der sich „an der Oberfläche" befindet.
Der Begriff „unterirdisch", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf eine Stelle oder eine Position unterhalb von etwa fünfzig Fuß tief innerhalb der Erde. Mit anderen Worten, „unterirdisch" wird hierin in einem weitläufigen Sinn verwendet, um eine Stelle zu bezeichnen, die oft nicht einfach oder bequem von einem Bohrlochkopf aus zugänglich ist, wo unter Umständen Menschen arbeiten. Zum Beispiel befindet sich in einem Erdölschacht eine „unterirdische" Stelle oft bei oder nahe an einer Erdölförderzone unter der Oberfläche, unabhängig davon, ob die Förderzone vertikal, horizontal, seitlich oder unter irgendeinem anderen Winkel dazwischen erreicht wird. Der Begriff „unterirdisch" wird hierin auch als ein Adjektiv verwendet, das die Stelle einer Komponente oder eines Bereichs beschreibt. Zum Beispiel würde eine „unterirdische" Vorrichtung in einem Schacht eine Vorrichtung sein, die sich „unterirdisch" im Gegensatz zu „an der Oberfläche" befindet.
In ähnlicher Weise sind in Übereinstimmung mit einer herkömmlichen Terminologie der Ölfeldpraxis die Bezeichnungen „obe re/r", „untere/r", „oberirdisch", „unterirdisch" relativ und beziehen sich auf einen Abstand entlang einer Lochtiefe von der Oberfläche, der in gerichteten oder horizontalen Schächten mit einer vertikalen Höhe, die in bezug auf ein Vermessungsdatum gemessen wurde, übereinstimmen kann oder nicht.
1 ist eine schematische Darstellung, die einen Erdölförderschacht 20 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Schacht 20 weist einen vertikalen Abschnitt 22 und einen seitlichen Abschnitt 26 auf. Der Schacht weist ein Futterrohr 30 auf, das sich innerhalb von Bohrlöchern und durch eine Formation 32 erstreckt, und ein Steigrohr 40 erstreckt sich innerhalb des Futterrohrs, um während einer Förderung Fluide von Untertage an die Oberfläche zu transportieren. Somit ist der in 1 gezeigte Erdölförderschacht 20 im Aufbau ähnlich einem herkömmlichen Schacht, umfaßt aber die vorliegende Erfindung.
Der vertikale Abschnitt 22 in dieser Ausführungsform enthält ein Gaslift-Ventil 42 und einen oberen Packer 44, um eine künstliche Pumpe für Fluide innerhalb des Steigrohrs 40 bereitzustellen. In anderen alternativen Arten der Bereitstellung kann jedoch eine künstliche Pumpe enthalten sein, um andere mögliche Ausführungsformen (z.B. Gestängeförderung) zu bilden. Der vertikale Abschnitt 22 kann ferner anders sein, um viele weitere mögliche Ausführungsformen zu bilden. In einer verbesserten Form kann der vertikale Abschnitt 22 z.B. ein oder mehrere elektrisch steuerbare/s Gaslift-Ventil/e, eine oder mehrere zusätzliche Induktionsdrossel/n und/oder einen oder mehrere steuerbare Packer mit elektrisch steuerbaren Packerventilen umfassen, wie in den verwandten Anmeldungen weiter beschrieben ist.
Der seitliche Abschnitt 26 des Schachts 20 erstreckt sich durch eine Erdölförderzone 48 (z.B. Ölzone) der Formation 32. Das Futterrohr 30 in dem seitlichen Abschnitt 26 ist durchlöchert, um zuzulassen, daß Fluide aus der Förderzone 48 in das Futterrohr hineinströmen. 1 zeigt nur einen seitlichen Abschnitt 26, es können aber viele seitliche Abzweigungen des Schachts 20 vorhanden sein. Die Schachtkonfiguration ist typischerweise zumindest teilweise vom Verlauf der Förderzonen für eine gegebene Formation abhängig.
Ein Teil des Steigrohrs 40 erstreckt sich in den seitlichen Abschnitt 26 hinein und endet mit einem geschlossenen Ende 52 hinter der Förderzone 48. Die Position des Steigrohrendes 52 innerhalb des Futterrohrs 30 wird durch einen seitlichen Packer 54, der ein herkömmlicher Packer ist, gehalten. Das Steigrohr 40 weist einen durchlöcherten Abschnitt 56 für eine Fluidaufnahme aus der Förderzone 48 auf. In weiteren Ausführungsformen (nicht gezeigt) kann sich das Steigrohr 40 über die Förderzone 48 hinaus fortsetzen (z.B. zu anderen Förderzonen), oder das Steigrohr 40 kann mit einem offenen Ende für eine Fluidaufnahme enden. Eine elektrisch steuerbare, unterirdische Chemikalieneinspritzvorrichtung 60 ist Inline an dem Steigrohr 40 innerhalb des seitlichen Abschnitts 26 stromaufwärts der Förderzone 48 verbunden und bildet einen Teil der Steigrohranordnung. Alternativ kann die Einspritzvorrichtung 60 weiter stromaufwärts innerhalb des seitlichen Abschnitts 26 angeordnet sein. Ein Vorteil des Anordnens der Einspritzvorrichtung 60 nahe an dem Einlaß 56 an der Förderzone 48 besteht darin, daß dies eine wünschenswerte Position zum Einspritzen eines Tracers (zum Überwachen der Strömung in das Steigrohr an dieser Förderzone) oder zum Einspritzen eines Treibmittels (um die Gaslift-Leistung zu verbessern) ist. In weiteren möglichen Ausführungsformen kann die Einspritzvorrichtung 60 eingerichtet sein, um eine Chemikalie oder ein Material an einer Stelle außerhalb des Steigrohrs 40 steuerbar einzuspritzen (z.B. direkt in die Förderzone 48 oder in einen kreisringförmigen Raum 62 innerhalb des Futterrohrs 30). Es kann auch eine elektrisch steuerbare, unterirdische Chemikalieneinspritzvorrichtung 60 in einer beliebigen unterirdischen Position innerhalb eines Schachts, wo sie benötigt wird, angeordnet sein.
Ein elektrischer Kreis wird unter Verwendung verschiedener Komponenten des Schachts 20 gebildet. Der Netzstrom für die elektrischen Komponenten der Einspritzvorrichtung 60 wird von der Oberfläche unter Verwendung des Steigrohrs 40 und des Futterrohrs 30 als elektrische Leiter bereitgestellt. Somit wirkt das Steigrohr 40 in einer bevorzugten Ausführungsform als eine Rohrleitungsstruktur, und das Futterrohr 30 wirkt als eine elektrische Rücklaufleitung, um einen elektrischen Kreis in dem Schacht 20 zu bilden. Das Steigrohr 40 und das Futterrohr 30 werden auch als elektrische Leiter für Kommunikationssignale zwischen der Oberfläche (z.B. einem Oberflächen-Computersystem) und den unterirdischen elektrischen Komponenten innerhalb der elektrisch steuerbaren, unterirdischen Chemikalieneinspritzvorrichtung 60 verwendet.
In 1 umfaßt ein Oberflächen-Computersystem 64 ein Mastermodem 66 und eine Quelle von zeitvariantem Strom 68. Wie für einen Fachmann einzusehen, können die Oberflächeneinrichtungen jedoch variieren. Ein erstes Computerterminal 71 des Oberflächen-Computersystems 64 ist mit dem Steigrohr 40 an der Oberfläche elektrisch verbunden und übermittelt zeitvarianten elektrischen Strom in das Steigrohr 40, wenn Netzstrom an die und/oder eine Kommunikation mit den unterirdischen Einrichtungen erforderlich ist. Die Stromquelle 68 stellt den elektrischen Strom bereit, der Leistungs- und Kommunikationssignale abwärts trägt. Der zeitvariante elektrische Strom ist vorzugsweise ein Wechselstrom (AC), er kann aber auch ein varianter Gleichstrom (DC) sein. Die Kommunikationssignale können durch das Mastermodem 66 erzeugt und innerhalb durch die Quelle 68 erzeugten Stroms eingebettet sein. Vorzugsweise ist das Kommunikationssignal ein Spreizspektrumsignal, alternativ können aber auch andere Formen von Modulation oder Vorverzerrung verwendet werden.
Eine erste Induktionsdrossel 74 ist um das Steigrohr herum in dem vertikalen Abschnitt 22 unter der Stelle angeordnet, wo der seitliche Abschnitt 26 sich von dem vertikalen Abschnitt weg erstreckt. Eine zweite Induktionsdrossel 90 ist um das Steigrohr 40 herum innerhalb des seitlichen Abschnitts 26 nahe an der Einspritzvorrichtung 60 angeordnet. Die Induktionsdrosseln 74, 90 umfassen ein ferromagnetisches Material und sind stromlos. Da die Drosseln 74, 90 um das Steigrohr 40 herum angeordnet sind, wirkt jede Drossel als ein großer Induktor für den Wechselstrom in dem durch das Steigrohr 40 und das Futterrohr 30 gebildeten Schachtkreis. Wie im Detail in den verwandten Anmeldungen beschrieben, arbeiten die Drosseln 74, 90 auf der Grundlage ihrer Größe (Masse), Geometrie und magnetischen Eigenschaften.
Eine isolierte Steigrohrkupplung 76 ist an dem Bohrlochkopf eingebaut, um das Steigrohr 40 von dem Futterrohr 30 elektrisch zu isolieren. Das erste Computerterminal 71 verläuft von der Stromquelle 68 durch eine isolierte Dichtung 77 an dem Aufhänger 88 und ist mit dem Steigrohr 40 unter der isolierten Steigrohrkupplung 76 elektrisch verbunden. Ein zweites Computerterminal 72 des Oberflächen-Computersystems 64 ist mit dem Futterrohr 30 an der Oberfläche elektrisch verbunden. Somit verhindern die Isolatoren 79 der Steigrohrkupplung 76 einen elektrischen Kurzschluß zwischen dem Steigrohr 40 und dem Futterrohr 30 an der Oberfläche. Alternativ oder zusätzlich zu der isolierten Steigrohrkupplung 76 kann eine dritte Indukti onsdrossel (nicht gezeigt) um das Steigrohr 40 herum oberhalb der Stelle der elektrischen Verbindung für das erste Computerterminal 71 mit dem Steigrohr angeordnet sein, und/oder der Aufhänger 88 kann ein isolierter Aufhänger (nicht gezeigt) sein, der Isolatoren aufweist, um das Steigrohr 40 von dem Futterrohr 30 elektrisch zu isolieren.
Der seitliche Packer 54 an dem Steigrohrende 52 innerhalb des seitlichen Abschnitts 26 stellt eine elektrische Verbindung zwischen dem Steigrohr 40 und dem Futterrohr 30 unterirdisch jenseits der zweiten Drossel 90 bereit. Ein unterer Packer 78 in dem vertikalen Abschnitt 22, der ebenfalls ein herkömmlicher Packer ist, stellt eine elektrische Verbindung zwischen dem Steigrohr 40 und dem Futterrohr 30 unterirdisch unterhalb der ersten Induktionsdrossel 74 bereit. Der obere Packer 44 des vertikalen Abschnitts 22 weist einen elektrischen Isolator 79 auf, um einen elektrischen Kurzschluß zwischen dem Steigrohr 40 und dem Futterrohr 30 an dem oberen Packer zu verhindern. Es können auch nach Bedarf verschiedene Zentralisierer (nicht gezeigt) mit elektrischen Isolatoren im gesamten Schacht 20 eingebaut werden, um Kurzschlüsse zwischen dem Steigrohr 40 und dem Futterrohr 30 zu verhindern. Solch eine elektrische Isolierung des oberen Packers 44 oder ein Zentralisierer kann auf verschiedene Arten verwirklicht werden, wie sie für einen Fachmann offensichtlich sind. Die oberen und unteren Packer 44, 78 sorgen für eine hydraulische Isolierung zwischen dem Hauptbohrloch des vertikalen Abschnitts 22 und dem seitlichen Bohrloch des seitlichen Abschnitts 26.
2 ist eine vergrößerte Darstellung, die einen Abschnitt des seitlichen Abschnitts 26 von 1 mit der elektrisch steuerbaren, unterirdischen Chemikalieneinspritzvorrichtung 60 darin zeigt. Die Einspritzvorrichtung 60 umfaßt ein Kommunikations- und Steuermodul 80, einen Chemikalienbehälter 82 und einen elektrisch steuerbaren Chemikalieninjektor 84. Vorzugsweise sind die Komponenten einer elektrisch steuerbaren, unterirdischen Chemikalieneinspritzvorrichtung 60 alle in einer einzigen abgedichteten Steigrohrhülse 86 gemeinsam als ein Modul für eine einfache Handhabung und Installation, wie auch um die Komponenten vor der Umgebung um sie herum zu schützen, enthalten. In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Komponenten einer elektrisch steuerbaren, unterirdischen Chemikalieneinspritzvorrichtung 60 jedoch getrennt (d.h. keine Steigrohrhülse 86) oder kombiniert in anderen Kombinationen sein. Ein erstes Vorrichtungsterminal 91 der Einspritzvorrichtung 60 ist zwischen dem Steigrohr 40 an einer Quellenseite 94 der zweiten Induktionsdrossel 90 und dem Kommunikations- und Steuermodul 80 elektrisch verbunden. Ein zweites Vorrichtungsterminal 92 der Einspritzvorrichtung 60 ist zwischen dem Steigrohr 40 an der elektrischen Rücklaufseite 96 der zweiten Induktionsdrossel 90 und dem Kommunikations- und Steuermodul 80 elektrisch verbunden. Obwohl der seitliche Packer 54 eine elektrische Verbindung zwischen dem Steigrohr 40 an der elektrischen Rücklaufseite 96 der zweiten Induktionsdrossel 90 und dem Futterrohr 30 bereitstellt, kann die elektrische Verbindung zwischen dem Steigrohr 40 und dem Futterrohr 30 auch auf viele Arten bewerkstelligt werden, von denen einige in den verwandten Anmeldungen ersichtlich sind und umfassen (aber nicht beschränkt sind auf): einen weiteren Packer (herkömmlich oder steuerbar); einen leitenden Zentralisierer; ein leitendes Fluid in dem Ring zwischen dem Steigrohr und dem Futterrohr; oder eine beliebige Kombination aus diesen.
3 ist ein vereinfachtes elektrisches Schaltbild, das den in dem Schacht 20 von 1 gebildeten elektrischen Kreis veranschaulicht. Während eines Betriebs wird Netzstrom und/oder Kommunikation an der Oberfläche über das erste Computer terminal 71 unterhalb der isolierten Steigrohrkupplung 76 in das Steigrohr 40 hinein weitergeleitet. Ein zeitvarianter Strom wird auf Grund der Isolatoren 79 der isolierten Steigrohrkupplung 76 daran gehindert, von dem Steigrohr 40 über den Aufhänger 88 zu dem Futterrohr 30 zu fließen. Der zeitvariante Strom fließt jedoch frei entlang des Steigrohrs 40, bis er auf die Induktionsdrosseln 74, 90 trifft. Die erste Induktionsdrossel 74 sorgt für eine große Induktanz, die den Großteil des Stroms daran hindert, an der ersten Induktionsdrossel durch das Steigrohr 40 zu fließen. In ähnlicher Weise sorgt die zweite Induktionsdrossel 90 für eine große Induktanz, die den Großteil des Stroms daran hindert, an der zweiten Induktionsdrossel 40 durch das Steigrohr zu fließen. Auf Grund der Induktionsdrosseln 74, 90 bildet sich zwischen dem Steigrohr 40 und dem Futterrohr 30 ein Spannungspotential. Das Spannungspotential bildet sich auch zwischen dem Steigrohr 40 an der Quellenseite 94 der zweiten Induktionsdrossel 90 und dem Steigrohr 40 auf der elektrischen Rücklaufseite 96 der zweiten Induktionsdrossel 90. Da das Kommunikations- und Steuermodul 80 über das Spannungspotential elektrisch verbunden ist, wird der Großteil des in das Steigrohr 40 weitergeleitenden Stroms, der entlang der Bahn nicht verlorengeht, durch das Kommunikations- und Steuermodul 80 geführt, das der Netzstrom und/oder die Kommunikation für die Einspritzvorrichtung 60 verteilt und/oder decodiert. Nachdem der Strom die Einspritzvorrichtung 60 durchlaufen hat, kehrt er über den seitlichen Packer 54 und das Futterrohr 30 zu dem Oberflächen-Computersystem 64 zurück. Wenn der Strom ein Wechselstrom ist, wird die Fließrichtung des soeben beschriebenen Stroms auch entlang derselben Bahn durch den Schacht 20 umgedreht.
Weitere alternative Wege zum Entwickeln eines elektrischen Kreises unter Verwendung einer Rohrleitungsstruktur eines Schachts und zumindest einer Induktionsdrossel sind in den verwandten Anmeldungen beschrieben, von denen viele in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung angewendet werden können, um Netzstrom und/oder Kommunikation an die elektrisch gespeisten, unterirdischen Vorrichtungen bereitzustellen und weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bilden.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf 2 umfaßt das Kommunikations- und Steuermodul 80 ein einzeln adressierbares Modem 100, unterbrechungsfreie Stromversorgungsschaltungen 102, eine Steuerschnittstelle 104 und eine Sensorschnittstelle 106. Sensoren 108 innerhalb der Einspritzvorrichtung 60 nehmen Messungen vor, wie z.B. Strömungsgeschwindigkeit, Temperatur, Druck oder Konzentration von Tracer-Stoffen, und diese Daten werden innerhalb des Kommunikations- und Steuermoduls 80 codiert und durch das Modem 100 an das Oberflächen-Computersystem 64 übertragen. Da das Modem 100 der unterirdischen Einspritzvorrichtung 60 einzeln adressierbar ist, können mehr als eine unterirdische Vorrichtung installiert und unabhängig von anderen betrieben werden.
In 2 ist der elektrisch steuerbare Chemikalieninjektor 84 mit dem Kommunikations- und Steuermodul 80 elektrisch verbunden und erhält somit Netzstrom und/oder Kommunikation von dem Oberflächen-Computersystem 64 über das Kommunikations- und Steuermodul 80. Der Chemikalienbehälter 82 steht in fluidmäßiger Verbindung mit dem Chemikalieninjektor 84. Der Chemikalienbehälter 82 ist ein unabhängiges Chemikalienreservoir, das Chemikalien zum Einspritzen in den Strömungsfluß durch den Chemikalieninjektor speichert und liefert. Der Chemikalienbehälter 82 von 2 wird nicht von einer Chemikalienversorgungsleitung, die sich von der Oberfläche erstreckt, versorgt. Somit kann die Größe des Chemikalienbehälters 82 in Abhängigkeit von dem Volumen von Chemikalien, die zum Einspritzen in den Schacht benötigt werden, variieren. Tatsächlich kann die Größe des Chemikalienbehälters sehr groß sein, wenn er in dem „Rattenloch" des Schachts angeordnet ist. Der Chemikalieninjektor 84 einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt einen Elektromotor 110, einen Förderschneckenmechanismus 112 und eine Düse 114. Der Elektromotor 110 ist mit dem Kommunikations- und Steuermodul 80 elektrisch verbunden und empfängt Bewegungsbefehlsignale von diesem. Die Düse 114 erstreckt sich in ein Inneres 116 des Steigrohrs 40 hinein und stellt einen Fluiddurchgang von dem Chemikalienbehälter 82 zu dem Steigrohrinneren 116 bereit. Der Förderschneckenmechanismus 112 ist mit dem Elektromotor 110 mechanisch gekoppelt. Der Förderschneckenmechanismus 112 wird verwendet, um in Ansprechen auf eine Drehbewegung des Elektromotors 110 Chemikalien über die Düse 114 aus dem Chemikalienbehälter 82 hinaus und in das Steigrohrinnere 116 hinein zu zwingen. Vorzugsweise ist der Elektromotor 110 ein Schrittmotor und stellt somit eine Chemikalieneinspritzung in inkrementellen Mengen bereit.
Während des Betriebs strömt der Fluidstrom aus der Förderzone 48 durch die Chemikalieneinspritzvorrichtung 60, während er durch das Steigrohr 40 an die Oberfläche strömt. Befehle von dem Oberflächen-Computersystem 64 werden unterirdisch übertragen und von dem Modem 100 des Kommunikations- und Steuermoduls 80 empfangen. Innerhalb der Einspritzvorrichtung 60 werden die Befehle decodiert und von dem Modem 100 zu der Steuerschnittstelle 104 weitergeleitet. Die Steuerschnittstelle 104 befiehlt dann den Betrieb des Elektromotors 110 und daß er die angegebene Menge von Chemikalien aus dem Behälter 82 in den Fluidströmungsfluß in dem Steigrohr 40 einspritzt. Somit spritzt die Chemikalieneinspritzvorrichtung 60 in Ansprechen auf Befehle von dem Oberflächen-Computersystem 64 über das Kommunikations- und Steuermodul 80 eine Chemikalie in den innerhalb des Steigrohrs 40 strömenden Fluidstrom ein. Im Falle eines Treibmittels wird das Treibmittel nach Bedarf zum Ver bessern der Strömungs- und/oder Lifteigenschaften des Schachts 20 durch die Chemikalieneinspritzvorrichtung 60 in das Steigrohr 40 eingespritzt.
Wie für einen Fachmann einzusehen sein wird, können die mechanische und elektrische Anordnung und Konfiguration der Komponenten innerhalb der elektrisch steuerbaren Chemikalieneinspritzvorrichtung 60 variieren, während sie noch immer die gleiche Funktion ausüben – Bereitstellen einer unterirdischen, elektrisch steuerbaren Chemikalieneinspritzung. Zum Beispiel kann der Inhalt eines Kommunikations- und Steuermoduls 80 so einfach sein wie ein Drahtverbinderanschluß zum Verteilen elektrischer Verbindungen von dem Steigrohr 40, oder er kann sehr komplex sein und ein Modem, einen aufladbaren Akkumulator, einen Leistungstransformator, einen Mikroprozessor, eine Speichervorrichtung, eine Datenerfassungskarte und eine Bewegungssteuerungskarte umfassen (ist aber nicht auf diese beschränkt).
Die 4A–4G veranschaulichen einige mögliche Varianten des Chemikalienbehälters 82 und Chemikalieninjektors 84, die in der vorliegenden Erfindung enthalten sein können, um weitere mögliche Ausführungsformen zu bilden. In 4A umfaßt der Chemikalieninjektor 84 ein Druckgasreservoir 118, einen Druckregler 120, ein elektrisch steuerbares Ventil 122 und ein Düse 114. Das Druckgasreservoir 118 steht mit dem Chemikalienbehälter 82 über den Druckregler 120 in fluidmäßiger Verbindung und liefert somit einen im allgemeinen konstanten Gasdruck an den Chemikalienbehälter. Der Chemikalienbehälter 82 besitzt eine Speicherblase 124 darin, die die Chemikalien enthält. Der Druckregler 120 regelt den Durchgang von Druckgas, das von dem Druckgasreservoir 118 in den Chemikalienbehälter 82 hinein geliefert wird, jedoch außerhalb der Speicherblase 124. Der Druckregler 120 kann jedoch durch ein elektrisch steuerbares Ventil ersetzt sein. Das Druckgas übt einen Druck auf die Speicherblase 124 und somit auf die Chemikalien darin aus. Das elektrisch steuerbare Ventil 122 regelt und steuert den Durchgang der Chemikalien durch die Düse 114 und in das Steigrohrinnere 116 hinein. Da die Chemikalien im Inneren der Speicherblase 124 durch das Gas aus dem Druckgasreservoir 118 unter Druck gesetzt werden, werden die Chemikalien aus der Düse 114 heraus gezwungen, wenn das elektrisch steuerbare Ventil 122 geöffnet wird.
In 4B wird der Chemikalienbehälter 82 durch eine Speicherblase 124 in zwei Volumina 126, 128 unterteilt, die als eine Trenneinrichtung zwischen den zwei Volumina 126, 128 wirkt. Ein erstes Volumen 126 innerhalb der Speicherblase 124 enthält die Chemikalie und ein zweites Volumen 128 innerhalb des Chemikalienbehälters 82, aber außerhalb der Speicherblase enthält ein Druckgas. Somit wird der Behälter 82 vorbefüllt, und das Druckgas übt einen Druck auf die Chemikalie innerhalb der Speicherblase 124 aus. Der Chemikalieninjektor 84 umfaßt ein elektrisch steuerbares Ventil 122 und eine Düse 114. Das elektrisch steuerbare Ventil 122 ist mit dem Kommunikations- und Steuermodul 80 elektrisch verbunden und wird durch dieses gesteuert. Das elektrisch steuerbare Ventil 122 regelt und steuert den Durchgang der Chemikalien durch die Düse 114 und in das Steigrohrinnere 116 hinein. Die Chemikalien werden auf Grund des Gasdruckes aus der Düse 114 heraus gezwungen, wenn das elektrisch steuerbare Ventil 122 geöffnet wird.
Die in 4C gezeigte Ausführungsform ist ähnlich der in 4B, der Druck auf der Speicherblase 124 wird aber durch ein Federelement 130 bereitgestellt. Es kann in 4C auch sein, daß die Speicherblase nicht benötigt wird, wenn eine bewegliche Dichtung (z.B. ein abgedichteter Kolben) zwischen dem Federelement 130 und der Chemikalie innerhalb des Chemikalien behälters 82 vorhanden ist. Ein Fachmann wird einsehen, daß es viele Varianten des mechanischen Aufbaus des Chemikalieninjektors 84 und der Verwendung eines Federelements zum Bereitstellen von Druck auf die Chemikalie geben kann.
In 4D ist der Chemikalienbehälter 82 eine Druckflasche, die eine Chemikalie enthält, welche ein Druckfluid ist. Der Chemikalieninjektor 84 umfaßt ein elektrisch steuerbares Ventil 122 und eine Düse 114. Das elektrisch steuerbare Ventil 122 regelt und steuert den Durchgang der Chemikalien durch die Düse 114 und in das Steigrohrinnere 116 hinein. Da die Chemikalien im Inneren der Flasche 82 unter Druck gesetzt sind, werden die Chemikalien aus der Düse 114 heraus gezwungen, wenn das elektrisch steuerbare Ventil 122 geöffnet wird.
In 4E weist der Chemikalienbehälter 82 eine Speicherblase 124 auf, die eine Chemikalie enthält. Der Chemikalieninjektor 84 umfaßt eine Pumpe 134, ein Einwegventil 136, eine Düse 114 und einen Elektromotor 110. Die Pumpe 134 wird durch den Elektromotor 110 angetrieben, der mit dem Kommunikations- und Steuermodul 80 elektrisch verbunden ist und durch dieses gesteuert wird. Das Einwegventil 136 verhindert einen Rückfluß in die Pumpe 134 und die Speicherblase 124 hinein. Die Pumpe 134 zwingt Chemikalien aus der Speicherblase 124 heraus, durch das Einwegventil 136, aus der Düse 114 heraus und in das Steigrohrinnere 116 hinein. Somit kann die Verwendung des Chemikalieninjektors 84 von 4E in einem Fall von Vorteil sein, in dem das/der Chemikalienreservoir oder -behälter 82 beliebig geformt ist, um das darin gehaltene Volumen von Chemikalien für eine gegebene Konfiguration zu maximieren, da die Konfiguration des Chemikalienbehälters nicht von einer realisierten Konfiguration des Chemikalieninjektors 84 abhängig ist.
4F zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine Chemikalienversorgungsleitung 138 von der Oberfläche abwärts zu der Chemikalieneinspritzvorrichtung 60 geleitet wird. Solch eine Ausführungsform kann in einem Fall verwendet werden, in dem ein Bedarf an einer Einspritzung größerer Mengen von Chemikalien in das Steigrohrinnere 116 vorhanden ist. Der Chemikalienbehälter 82 von 4A–4F stellt sowohl einen Fluiddurchgang, der die Chemikalienversorgungsleitung 138 mit dem Chemikalieninjektor 84 verbindet, als auch ein Chemikalienreservoir zum Speichern einiger Chemikalien unterirdisch bereit. Der unterirdische Behälter 82 kann auch nur ein Fluiddurchgang oder -verbinder (kein Reservoirvolumen) zwischen der Chemikalienversorgungsleitung 138 und dem Chemikalieninjektor 84 sein, um Masseneinspritzmaterial von der Oberfläche nach Bedarf zu befördern.
Somit, wie die Beispiele in den 4A–4F veranschaulichen, gibt es viele mögliche Varianten für den Chemikalienbehälter 82 und dem Chemikalieninjektor 84. Ein Fachmann wird erkennen, daß es viele weitere Varianten zum Durchführen der Funktionen des Lieferns, Speicherns und/oder Aufnehmens einer Chemikalie unterirdisch in Kombination mit einem steuerbaren Einspritzen der Chemikalie in das Leitungsinnere 116 in Ansprechen auf ein elektrisches Signal geben kann. Varianten (nicht gezeigt) an dem Chemikalieninjektor 84 können ferner umfassen (sind aber nicht beschränkt auf): ein Venturi-Rohr an der Düse; Druck an der Speicherblase, bereitgestellt von einer Turbovorrichtung, die Rotationsenergie aus der Fluidströmung innerhalb des Steigrohrs zieht; Abziehen von Druck aus anderen Bereichen der Formation, der über eine Leitung geführt wird; jede beliebige mögliche Kombination der Teile der 4A–4F; oder eine beliebige Kombination aus diesen.
Die Chemikalieneinspritzvorrichtung 60 kann auch keine Chemikalien in das Steigrohrinnere 116 einspritzen. Mit anderen Worten, eine Chemikalieneinspritzvorrichtung kann derart eingerichtet sein, daß sie eine Chemikalie steuerbar in die Formation 32, in das Futterrohr 30 oder direkt in die Förderzone 48 einspritzt. Auch kann sich eine Steigrohrverlängerung (nicht gezeigt) von der Chemikalieninjektordüse zu einem Bereich entfernt von der Chemikalieneinspritzvorrichtung (z.B. weiter unten oder tief in eine Förderzone) erstrecken.
Die Chemikalieneinspritzvorrichtung 60 kann ferner weitere Komponenten umfassen, um weitere mögliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bilden, die umfassen (aber nicht beschränkt sind auf): einen Sensor, ein Modem, einen Mikroprozessor, eine Logikschaltung, ein elektrisch steuerbares Leitungsventil, mehrere Chemikalienreservoirs (die verschiedene Chemikalien enthalten können) oder eine beliebige Kombination aus diesen. Die eingespritzte Chemikalie kann ein Feststoff, eine Flüssigkeit, ein Gas oder Gemische aus diesen sein. Die eingespritzte Chemikalie kann eine Einzelkomponente, mehrere Komponenten oder eine komplexe Formulierung sein. Des weiteren kann es mehrere steuerbare Chemikalieneinspitzvorrichtungen für einen oder mehrere seitliche/n Abschnitt/e geben, von denen jeder durch das Oberflächen-Computersystem 64 unabhängig adressierbar, in Gruppen adressierbar oder einheitlich adressierbar sein kann. Alternativ zu einer Steuerung durch das Oberflächen-Computersystem 64 kann die unterirdische, elektrisch steuerbare Einspritzvorrichtung 60 durch eine darin enthaltene Elektronik oder durch eine andere unterirdische Vorrichtung gesteuert sein. In gleicher Weise kann die unterirdische, elektrisch steuerbare Einspritzvorrichtung 60 andere unterirdische Vorrichtung steuern und/oder mit diesen kommunizieren. In einer Ausführungsform einer elektrisch steuerbaren Chemikalieneinspritzvorrichtung 60 umfaßt sie einen oder meh rere Sensor/en 108, der/die jeweils eingerichtet ist/sind, um eine physikalische Qualität zu messen, wie z.B. (aber nicht beschränkt auf): Absolutdruck, Druckdifferenz, Fluiddichte, Fluidviskosität, akustische Übertragungs- oder Reflexionseigenschaften, Temperatur oder chemische Zusammensetzung.
Bei Durchsicht der verwandten Anwendungen wird ein Fachmann auch erkennen, daß es andere elektrisch steuerbare, unterirdische Vorrichtungen geben kann wie auch zahlreiche Induktionsdrosseln, die ferner in einem Schacht enthalten sind, um weitere mögliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bilden. Solche anderen elektrisch steuerbaren, unterirdischen Vorrichtungen umfassen (sind aber nicht beschränkt auf): einen oder mehrere steuerbare/n Packer mit elektrisch steuerbaren Packerventilen, ein oder mehrere elektrisch steuerbare/s Gaslift-Ventil/e; ein oder mehrere Modem/s, einen oder mehrere Sensor/en; einen Mikroprozessor; eine Logikschaltung; ein oder mehrere elektrisch steuerbare/s Leitungsventil/e zum Steuern einer Strömung aus verschiedenen seitlichen Abzweigungen; und nach Bedarf andere elektronische Komponenten.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf andere Schachttypen (andere als Erdölschächte), wie z.B. einen Wasserförderschacht angewendet werden.

Claims

Chemikalieneinspritzsystem zur Verwendung in einem Schacht (20), das umfaßt: eine Stromimpedanzvorrichtung (74, 90), die im allgemeinen zum Positionieren um einen Abschnitt einer Rohrleitungsstruktur (30, 40) des Schachts herum ausgebildet ist, um ein zeitvariantes elektrisches Signal zu liefern, das durch die und entlang der Rohrleitungsstruktur (30, 40) geleitet wird; und eine elektrisch steuerbare Chemikalieneinspritzvorrichtung (60), die derart eingerichtet ist, daß sie mit der Rohrleitungsstruktur (30, 40) elektrisch verbunden ist, derart eingerichtet ist, daß sie von einem elektrischen Signal gespeist wird, und derart eingerichtet ist, daß sie in Ansprechen auf ein elektrisches Signal eine Chemikalie ausstößt.
Chemikalieneinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei die Rohrleitungsstruktur zumindest einen Abschnitt eines Steigrohrs (40) des Schachts (20) umfaßt.
Chemikalieneinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei die Rohrleitungsstruktur zumindest einen Abschnitt eines Futterrohrs (30) umfaßt.
Chemikalieneinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei die Einspritzvorrichtung (60) einen Elektromotor und ein Kommunikations- und Steuermodul (80) umfaßt, wobei der Elektromotor elektrisch mit dem Kommunikations- und Steuermodul (80) verbunden ist und derart eingerichtet ist, daß er durch dieses gesteuert wird.
Chemikalieneinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei die Einspritzvorrichtung (60) ein elektrisch steuerbares Ventil und ein Kommunikations- und Steuermodul (80) umfaßt, wobei das elektrisch steuerbare Ventil elektrisch mit dem Kommunikations- und Steuermodul (80) verbunden ist und derart eingerichtet ist, daß es durch dieses gesteuert wird.
Chemikalieneinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei die Einspritzvorrichtung (60) ein Chemikalienreservoir (82) und einen Chemikalieninjektor (84) umfaßt, wobei das Chemikalienreservoir (82) in fluidmäßiger Verbindung mit dem Chemikalieninjektor (87) steht und der Chemikalieninjektor (84) derart eingerichtet ist, daß er in Ansprechen auf das elektrische Signal aus der Einspritzvorrichtung (60) Chemikalien von innerhalb des Chemikalienreservoirs (82) ausstößt.
Chemikalieneinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei das elektrische Signal ein Leistungssignal ist.
Chemikalieneinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei das elektrische Signal ein Kommunikationssignal ist.
Chemikalieneinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei das elektrische Signal ein Steuersignal von einem Oberflächen-Computersystem (64) ist.
Erdölschacht zum Fördern von Erdölprodukten, der mit einem Chemikalieneinspritzsystem nach Anspruch 1 versehen ist, wobei die Rohrleitungsstruktur (30, 40) innerhalb des Bohrlochs des Schachts (20) positioniert ist; eine Quelle von zeitvariantem Strom (68) elektrisch mit der Rohrleitungsstruktur (30, 40) verbunden ist; eine Induktionsdrossel (74, 90) um einen Abschnitt der Rohrleitungsstruktur (30, 40) herum angeordnet ist; und die elektrisch steuerbare Chemikalieneinspritzvorrichtung (60) mit der Rohrleitungsstruktur (30, 40) unterirdisch in dem Bohrloch gekoppelt ist, um Leistungs- und Kommunikationssignale über den zeitvarianten Strom zu empfangen, und derart ausgebildet ist, daß sie Chemikalien einspritzt.
Erdölschacht nach Anspruch 10, wobei die Induktionsdrossel (74, 90) stromlos ist und ein ferromagnetisches Material umfaßt, so daß die Induktionsdrossel auf Grundlage ihrer Größe, Geometrie, räumlichen Beziehung zu der Rohrleitungsstruktur (30, 40) und magnetischen Eigenschaften wirksam ist.
Erdölschacht nach Anspruch 10, wobei die Rohrleitungsstruktur (30, 40) zumindest einen Abschnitt eines Steigrohrs (40) umfaßt und eine elektrische Rücklaufleitung zumindest einen Abschnitt eines Futterrohrs (30) umfaßt.
Erdölschacht nach Anspruch 10, wobei die Rohrleitungsstruktur (30, 40) zumindest einen Abschnitt eines Futterrohrs (30) umfaßt.
Erdölschacht nach Anspruch 10, wobei die Chemikalieneinspritzvorrichtung (60) ein elektrisch steuerbares Ventil umfaßt.
Erdölschacht nach Anspruch 10, wobei die Chemikalieneinspritzvorrichtung (60) einen Elektromotor umfaßt.
Erdölschacht nach Anspruch 10, wobei die Chemikalieneinspritzvorrichtung (60) ein Modem umfaßt.
Erdölschacht nach Anspruch 10, wobei die Chemikalieneinspritzvorrichtung (60) ein Chemikalienreservoir (82) umfaßt.
Erdölschacht nach Anspruch 17, wobei das Chemikalienreservoir (82) zum Einspritzen von Chemikalien in die Rohrleitungsstruktur (30, 40) positioniert ist.
Erdölschacht nach Anspruch 10, wobei die Chemikalieneinspritzvorrichtung (60) einen Sensor umfaßt.
Erdölschacht nach Anspruch 10, wobei die Rohrleitungsstruktur (30, 40) ein Futterrohr (30), das sich innerhalb eines Bohrlochs des Schachts (20) erstreckt, und ein Steigrohr (40), das sich innerhalb des Futterrohrs (30) erstreckt, umfaßt; die Quelle von zeitvarianten Signalen (68) an der Oberfläche angeordnet ist und elektrisch mit zumindest einem von dem Steigrohr (40) und dem Futterrohr (30) elektrisch verbunden ist, und derart eingerichtet ist, daß sie zeitvariante Signale in dieses ausgibt; die unterirdische Chemikalieneinspritzvorrichtung (60) ein Kommunikations- und Steuermodul (80), einen Chemikalienbehälter (82) und einen elektrisch steuerbaren Chemikalieninjektor (84) umfaßt, wobei das Kommunikations- und Steuermodul (80) mit zumindest einem von dem Steigrohr (40) und dem Futterrohr (30) elektrisch verbunden ist, um zeitvariante Signale von diesem zu empfangen, wobei der Chemikalieninjektor (87) mit dem Kommunikations- und Steuermo dul (80) elektrisch verbunden ist, und der Chemikalienbehälter (82) in fluidmäßiger Verbindung mit dem Chemikalieninjektor (84) steht.
Erdölschacht nach Anspruch 20, wobei der Chemikalieninjektor (84) einen Elektromotor, einen Förderschneckenmechanismus und eine Düse umfaßt, wobei der Elektromotor mit dem Kommunikations- und Steuermodul elektrisch verbunden ist, der Förderschneckenmechanismus mit dem Elektromotor mechanisch gekoppelt ist, die Düse sich in ein Inneres des Steigrohrs hineinerstreckt, die Düse einen Fluiddurchgang zwischen dem Chemikalienbehälter und dem Steigrohrinneren bereitstellt und der Förderschneckenmechanismus derart eingerichtet ist, daß er in Ansprechen auf eine Drehbewegung des Elektromotors Fluid über die Düse aus dem Chemikalienbehälter (82) hinaus und in das Steigrohrinnere hinein zwingt.
Erdölschacht nach Anspruch 20, wobei der Chemikalieninjektor (84) einen mit einem Druckgas gefüllten Gasbehälter, einen Druckregler, ein elektrisch steuerbares Ventil und eine Düse umfaßt, und wobei ein Inneres des Chemikalienbehälters (82) eine Trenneinrichtung umfaßt, die ein erstes Volumen, das eine Chemikalie enthält, und ein zweites Volumen bildet, wobei der Gasbehälter mit dem zweiten Chemikalienbehälter-Innenvolumen über den Druckregler in fluidmäßiger Verbindung steht, so daß Druckgas in dem zweiten Volumen und außerhalb des ersten Volumens sein kann, um einen Druck auf die Chemikalie in dem ersten Volumen auszuüben, wobei das elektrisch steuerbare Ventil mit dem Kommunikations- und Steuermodul (80) elektrisch verbunden ist, um Leistungs- und Steuerbefehlssignale von diesem zu empfangen, und das elektrisch steuerbare Ventil derart eingerichtet ist, daß es einen Durchgang der Chemikalien von dem ersten Volumen durch die Düse und in ein Steigrohrinneres hinein regelt und steuert.
Erdölschacht nach Anspruch 20, wobei der Chemikalienbehälter (82) eine Trenneinrichtung darin umfaßt, die ein Inneres des Chemikalienbehälters in zwei Volumina unterteilt, und wobei der Chemikalieninjektor ein elektrisch steuerbares Ventil und eine Düse umfaßt, ein erstes von den Chemikalienbehälter-Innenvolumina eine Chemikalie enthält, ein zweites von den Chemikalienbehälter-Innenvolumina ein Druckgas enthält, so daß das Gas einen Druck auf die Chemikalie in dem ersten Volumen ausübt, das elektrisch steuerbare Ventil mit dem Kommunikations- und Steuermodul (80) elektrisch verbunden ist und durch dieses gesteuert wird, und das erste Volumen über das elektrisch steuerbare Ventil und über die Düse fluidmäßig mit einem Inneren des Steigrohrs verbunden ist.
Erdölschacht nach Anspruch 20, wobei der Chemikalienbehälter (82) eine Trenneinrichtung darin umfaßt, die ein Inneres des Chemikalienbehälters in zwei Volumina unterteilt, und wobei der Chemikalieninjektor ein elektrisch steuerbares Ventil und eine Düse umfaßt, ein erstes von den Chemikalienbehälter-Innenvolumina eine Chemikalie enthält, ein zweites von den Chemikalienbehälter-Innenvolumina ein Federelement enthält, so daß das Federelement eine Kraft auf die Chemikalie in dem ersten Volumen ausübt, das elektrisch steuerbare Ventil mit dem Kommunikations- und Steuermodul (80) elektrisch verbunden ist und durch dieses gesteuert wird, und das erste Volumen über das elektrisch steuerbare Ventil und über die Düse fluidmäßig mit einem Inneren des Steigrohrs (40) verbunden ist.
Erdölschacht nach Anspruch 20, wobei der Chemikalienbehälter (82) derart eingerichtet ist, daß er eine unter Druck gesetzte Chemikalie darin aufnimmt, und wobei der Chemikalieninjektor (60) ein elektrisch steuerbares Ventil und eine Düse umfaßt, wobei das elektrisch steuerbare Ventil mit dem Kommunikations- und Steuermodul elektrisch verbunden ist und durch dieses gesteuert wird, die Düse sich in ein Inneres des Steigrohrs (40) hineinerstreckt und der Chemikalienbehälter (82) über das elektrisch steuerbare Ventil und über die Düse fluidmäßig mit dem Steigrohrinneren verbunden ist.
Erdölschacht nach Anspruch 20, wobei der Chemikalieninjektor (60) einen Elektromotor, eine Pumpe, ein Einwegventil und eine Düse umfaßt, wobei der Elektromotor mit dem Kommunikations- und Steuermodul (80) elektrisch verbunden ist und durch dieses gesteuert wird, die Pumpe mit dem Elektromotor mechanisch gekoppelt ist, die Düse sich in ein Inneres des Steigrohrs (40) hineinerstreckt und der Chemikalienbehälter über die Pumpe, über das Einwegventil und über die Düse fluidmäßig mit dem Steigrohrinneren verbunden ist.
Erdölschacht nach Anspruch 20, ferner umfassend eine Chemikalienversorgungsleitung, die sich von der Oberfläche zu der unterirdischen Chemikalieneinspritzvorrichtung (60) erstreckt, wobei der Chemikalienbehälter (82) einen Fluiddurchgang umfaßt, der die Chemikalienversorgungsleitung über den Chemikalieninjektor fluidmäßig mit einem Inneren des Steigrohrs verbindet.
Erdölschacht nach Anspruch 27, wobei der Chemikalienbehälter (82) ferner einen Chemikalienreservoirabschnitt umfaßt.
Erdölschacht nach Anspruch 20, wobei der Chemikalienbehälter (82) ein unabhängiges, unterirdisches Fluidreservoir umfaßt, das derart eingerichtet ist, daß es eine Chemikalie für die unterirdische Chemikalieneinspritzvorrichtung (60) liefert.
Erdölschacht nach Anspruch 20, umfassend eine stromlose Induktionsdrossel (74, 90) mit einem ferromagnetischen Material (31).
Erdölschacht nach Anspruch 20, wobei der Chemikalienbehälter (82) ausgebildet ist, um Chemikalien in zumindest eines von dem Steigrohr (40) oder dem Futterrohr (30) hinein zu verteilen.
Erdölschacht nach Anspruch 20, wobei der Chemikalienbehälter (82) ausgebildet ist, um Chemikalien in die Formation außerhalb des Futterrohrs (30) hinein zu verteilen.
Erdölschacht nach Anspruch 20, wobei die unterirdische Einspritzvorrichtung (60) ferner einen Sensor umfaßt, wobei der Sensor mit dem Kommunikations- und Steuermodul (80) elektrisch verbunden ist.
Erdölschacht nach Anspruch 20, wobei das Kommunikations- und Steuermodul (80) ein Modem umfaßt.
Verfahren zum Betreiben eines Erdölschachts (20), umfassend die Schritte: Bereitstellen einer Rohrleitungsstruktur (30, 40); Bereitstellen eines unterirdischen Chemikalieneinspritzsystems (60) für den Schacht (20), das mit der Rohrleitungsstruktur (30, 40) unterirdisch verbunden ist; Übertragen eines Wechselstromsignals auf der Rohrleitungsstruktur (30, 40), um das unterirdische Chemikalieneinspritzsystem (60) zu speisen und mit diesem zu kommunizieren; und steuerbares Einspritzen einer Chemikalie in Ansprechen auf ein Wechselstromsignal während eines Betriebes.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei der Schacht (20) ein Gaslift-Schacht ist und die Chemikalie ein Treibmittel umfaßt, und ferner umfassend den Schritt: Verbessern einer Effizienz einer künstlichen Pumpe der Erdölförderungen mit dem Treibmittel.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei die Chemikalie ein Paraffinlösemittel umfaßt und die Rohrleitungsstruktur ein Steigrohr umfaßt, und ferner umfassend den Schritt: Verhindern einer Ablagerung von Feststoffen an einem Inneren des Steigrohrs.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei die Chemikalie eine oberflächenaktive Substanz umfaßt, und ferner umfassend den Schritt: Verbessern einer Strömungseigenschaft des Strömungsflusses.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei die Chemikalie einen Korrosionshemmer umfaßt, und ferner umfassend den Schritt: Hemmen einer Korrosion in dem Schacht (20).
Verfahren nach Anspruch 35, wobei die Chemikalie Kesselsteinverhütungsmittel umfaßt, und ferner umfassend den Schritt: Verringern einer Kesselsteinbildung in dem Schacht (20).
Verfahren nach Anspruch 35, wobei die Chemikalie eine Rissbildungsverbindung umfaßt, und ferner umfassend den Schritt: Einspritzen der Rißbildungsverbindung in die Formation um den Schacht (20) herum.