Система внутрискважинного оборудования (варианты) Российский патент 2020 года по МПК E21B43/12 H02J4/00 

Предпосылки создания изобретения

[0001] Внутрискважинные насосы используют для извлечения сырья, например, нефти или газа, из-под поверхности грунта. Такие насосы могут быть связаны со скважинным трубопроводом, проложенным глубоко под поверхностью грунта для нефте- или газодобычи. Насосы могут представлять собой электроуправляемые погружные насосы, электропитание и управление которыми обеспечивают посредством источника электропитания, расположенного на поверхности.

[0002] Источник электропитания может управлять работой насосов путем регулировки моментов времени, в которые ток подается в насосы. Поскольку при эксплуатации насосов их технологический цикл неизбежно содержит периоды бездействия, источник электропитания может периодически отключать питание одного из насосов, продолжая при этом обеспечивать работу остальных.

[0003] На существующем уровне техники источники электропитания подключают к различным насосам с использованием отдельных кабелей. К каждому насосу от источника электропитания прокладывают собственный кабель. В некоторых случаях, когда для каждого насоса проложен отдельный кабель, в этих различных кабелях к каждому из насосов подают различные фазы трехфазного тока. Для управления (например, пуска или останова) пропусканием тока или одной из фаз тока в насос источник электропитания включает или отключает подачу тока по соответствующему кабелю.

[0004] Применение множества отдельных кабелей для электропитания и управления насосами может приводить к значительному увеличению стоимости операций по извлечению ресурса. В некоторых случаях стоимость прокладки кабелей в скважинном трубопроводе может увеличивать капитальные затраты на операции по извлечению ресурса на величину вплоть до 40%. Известны решения, предполагающие применение механических переключателей для управления подачей тока, с меньшим количеством кабелей, однако такие решения в большинстве случаев не подходят для эксплуатации в экстремальных условиях, в которых работают насосы, с рабочими температурами свыше 200°С и/или давлениями свыше 138000 кПа. Подобные условия значительно сужают спектр применяемых решений с механическими переключателями для управления подачей различных фаз тока на насосы для управления насосами.

Краткое описание изобретения

[0005] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения узел коммутации включает один или более твердотельных полупроводниковых переключателей, сконфигурированных для размещения в узле скважинного трубопровода. Один или более переключателей сконфигурированы для работы в замкнутом состоянии для пропускания электрического тока, подаваемого от источника электропитания, размещенного на поверхности, в насосы, размещенные под поверхностью, чтобы обеспечить извлечение ресурса этими насосами из-под поверхности через узел трубопровода. Упомянутые один или более переключателей также сконфигурированы для работы в разомкнутом состоянии для прекращения пропускания электрического тока от источника электропитания в насосы.

[0006] В еще одном из вариантов осуществления настоящего изобретения система включает множество узлов коммутации, сконфигурированных для размещения внутри узла скважинного трубопровода. Узлы коммутации содержат твердотельные полупроводниковые переключатели, размещенные на множестве подложек и сконфигурированные для работы в замкнутом состоянии для пропускания электрического тока, подаваемого от источника электропитания, размещенного на поверхности, в насосы, размещенные под поверхностью, чтобы обеспечить извлечение ресурса этими насосами из-под поверхности через узел трубопровода. Упомянутые один или более переключателей сконфигурированы для работы в разомкнутом состоянии для прекращения пропускания электрического тока от источника электропитания в насосы.

[0007] В еще одном из вариантов осуществления настоящего изобретения другая система включает множество узлов коммутации, сконфигурированных для размещения внутри узла скважинного трубопровода, имеющего канал, через который ресурс выкачивают из-под поверхности. Узлы коммутации содержат твердотельные полупроводниковые переключатели, которые сконфигурированы для работы в замкнутом состоянии для пропускания электрического тока, подаваемого от источника электропитания, размещенного на поверхности, в насосы, размещенные под поверхностью, чтобы обеспечить извлечение ресурса этими насосами из-под поверхности через упомянутый канал. Упомянутые один или более переключателей также сконфигурированы для работы в разомкнутом состоянии для прекращения пропускания электрического тока от источника электропитания в насосы. Узлы коммутации связаны с внутренней стенкой узла трубопровода посредством теплоотводов для переноса тепла от переключателей к каналу в узле трубопровода.

Краткое описание чертежей

[0008] Фиг. 1 представляет собой эскизную иллюстрацию системы внутрискважинного оборудования в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0009] Фиг. 2 представляет собой иллюстрацию одного из вариантов осуществления узла коммутации, показанного на фиг. 1.

[0010] На фиг. 3 проиллюстрирован сегмент узла трубопровода, показанного на фиг. 1.

[0011] На фиг. 4 показан вид узла трубопровода в разрезе по линии А-А, показанной на фиг. 1.

[0012] На фиг. 5 проиллюстрирован вид сбоку одного из узлов коммутации, показанных на фиг. 1 и 4, и соответствующих одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0013] На фиг. 6 показан вид одного из вариантов осуществления узла трубопровода в разрезе по линии А-А, показанной на фиг. 1.

[0014] На фиг. 7 показан вид сверху узла коммутации в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0015] На фиг. 8 показан вид сверху узла коммутации в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0016] На фиг. 9 показана эскизная схема переключателей в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0017] На фиг. 10 показан вид сверху узла коммутации в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0018] На фиг. 11 показан вид еще одного из вариантов осуществления узла трубопровода в разрезе по линии А-А, показанной на фиг. 1.

[0019] На фиг. 12 показан вид еще одного из вариантов осуществления узла трубопровода в разрезе по линии А-А, показанной на фиг. 1.

[0020] На фиг. 13 показан вид еще одного из вариантов осуществления узла трубопровода в разрезе по линии А-А, показанной на фиг. 1.

[0021] На фиг. 14 проиллюстрирован вид сверху одного из узлов коммутации, показанных на фиг. 13 в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0022] На фиг. 15 проиллюстрирован узел подключения источника электропитания в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0023] На фиг. 16 проиллюстрирован узел подключения источника электропитания без крышки (см. фиг. 17) в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0024] На фиг. 17 проиллюстрирован узел подключения источника электропитания с крышкой в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0025] На фиг. 18 представлен узел корпуса в разобранном виде, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0026] На фиг. 19 показан вид в перспективе узла корпуса, проиллюстрированного на фиг. 18.

[0027] На фиг. 20 проиллюстрирована блок-схема алгоритма для одного из вариантов осуществления способа сборки внутрискважинного узла коммутации.

Подробное описание изобретения

[0028] Приведенное ниже подробное описание конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения может быть понято более детально при его прочтении в сочетании с приложенными чертежами. В настоящем документе элемент или шаг, упомянутый в единственном числе, и которому предшествует выражение «один» или «один из», нужно понимать как не исключающий множества таких элементов или шагов, если только на исключение не указано явно. При этом ссылки на «один из вариантов» осуществления настоящего изобретения не следует интерпретировать как исключающие существование дополнительных вариантов осуществления изобретения, также включающих перечисленные отличительные признаки. Также, если явно не указано обратное, варианты осуществления изобретения, «включающие» или «имеющие» элемент, или множество элементов, с конкретным свойством, могут дополнительно включать подобные элементы без упомянутого свойства.

[0029] Фиг. 1 представляет собой эскизную иллюстрацию системы 100 внутрискважинного оборудования в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Система 100 внутрискважинного оборудования может применяться для добычи ресурса из-под поверхности 102. К примеру, система 100 внутрискважинного оборудования может применяться для подъема, посредством насосов, нефти, газа или других ресурсов из-под поверхности 102 грунта. Система 100 внутрискважинного оборудования включает внутрискважинный узел 104 трубопровода, с использованием которого добываемые ресурсы прокачивают на поверхность посредством множества насосов 106. Узел 104 трубопровода включает трубопровод 116, имеющий удлиненную форму и охватывающий окружность вокруг центральной оси 118. Ресурсы, которые прокачивают на поверхность 102 посредством насосов 106, проходят через канал, образованный и ограниченный трубопроводом 116. Узел 104 трубопровода может простираться в скважине глубоко под поверхность 102, например, иметь длину в несколько тысяч метров или футов и быть размещенным в нефтяной скважине под поверхностью грунта.

[0030] Насосы 106 обеспечиваются электроэнергией посредством источника 108 электропитания, размещенного на поверхности 102 или над поверхностью. Контроллер 110 управляет работой источника 108 электропитания и/или насосов 106, и может представлять собой аппаратные схемы, содержащие один или более процессоров (например, компьютеров, имеющих интерфейс оператора, один или более микропроцессоров и т.п.) или имеющие соединение с одним или более процессорами. Проводящие каналы 112, например, провода или кабеля, проложены от источника 108 электропитания, через узел 104, к насосам 106. Узел 114 коммутации управляет подачей электрического тока от источника 108 электропитания в насосы 106. Узел 114 коммутации размещен внутри одной или более труб, образующих узел 104 трубопровода. Узел 114 коммутации содержит твердотельные устройства коммутации, которые могут находиться во включенном (т.е. замкнутом) состоянии, в котором они пропускают ток от источника 108 электропитания в насосы 106, или в отключенном (т.е. разомкнутом) состоянии, в котором они прекращают пропускать ток от источника 108 электропитания в насосы 106. Управление подачей различных фаз тока в различные насосы 106 может выполняться различными устройствами коммутации.

[0031] В одном из аспектов настоящего изобретения узел 114 коммутации обеспечивает двунаправленную передачу тока между источником 108 электропитания и насосами 106, и/или обеспечивает двунаправленную блокировку напряжения. Двунаправленная передача тока позволяет току протекать из источника 108 электропитания в насосы 106 через переключатели узла 114 коммутации, а также позволяет току протекать из одного или более насосов 106 в источник 108 электропитания через переключатели узла 114 коммутации. Функциональность двунаправленной блокировки напряжения в узле 114 коммутации позволяет, посредством полупроводниковых переключателей в узле 114 коммутации, блокировать передачу напряжения в обоих направлениях (например, от источника 108 электропитания на насосы 106 и от насосов 106 на источник 108 электропитания). К примеру, переключатели могут иметь состояние «включено» и «отключено» как для положительных, так и для отрицательных напряжений, приложенных к анодам переключателей.

[0032] Фиг. 2 представляет собой эскизную иллюстрацию одного из вариантов осуществления узла 114 коммутации, показанного на фиг. 1. Узел 114 коммутации может принимать различные фазы тока от источника 108 электропитания (см. фиг. 1) по различным проводящим каналам 112. Узел 114 коммутации включает множество устройств 200 коммутации, которые соединяют проводящие каналы 112 с различными проводящими каналами 202. Устройства 200 коммутации показаны на чертеже в виде механических переключателей, однако они также могут представлять собой полупроводниковые переключатели, например, полевые транзисторы на оксиде металла (metal-oxide-semiconductor field effect transistor, MOSFET), тиристоры, полевые транзисторы с р-n переходом (junction field effect transistor, JFET) или полупроводниковые устройства других типов. В одном из аспектов настоящего изобретения устройства 200 коммутации могут представлять собой твердотельные полупроводниковые переключатели, выполненные на основе карбида кремния (SiC) или включающие его в свой физико-химический состав. Альтернативно, могут применяться другие материалы.

[0033] В проиллюстрированном варианте осуществления настоящего изобретения различные устройства 200 коммутации соединяют различные пары каналов 112, 202. Устройство 200 коммутации может быть включено (замкнуто), в результате чего оно будет проводить одну из фаз тока от источника 108 электропитания в насос 106, и может быть отключено (разомкнуто), в результате чего оно прекратит проводить фазу тока от источника 108 электропитания в насос 106. Управляя тем, какие из устройств 200 коммутации будут замкнуты в различные моменты времени, узел 114 коммутации может обеспечивать работу различных насосов 106. Устройства 200 коммутации подключены к тем же проводящим каналам 112, через которые подают различные фазы тока от источника 118 электропитания, однако при этом они способны независимо подавать различные фазы тока в насосы 106, обеспечивая индивидуальное управление каждым из насосов 106. К примеру, на один из насосов 106 могут быть поданы все три фазы тока, в то время как другой насос 106 может быть отключен, все три фазы тока могут быть поданы на оба насоса 106 одновременно, и/или оба насоса 106 могут быть отключены.

[0034] На фиг. 3 проиллюстрирован сегмент узла 104 трубопровода, показанного на фиг. 1. Часть сегмента на фиг. 3 удалена, чтобы продемонстрировать остальные компоненты узла 104 трубопровода. К примеру, на фиг. 3 можно видеть узел 114 коммутации, насос 106 и фрагменты проводящих каналов 112.

[0035] На фиг. 4 показан вид узла 104 трубопровода в разрезе по линии А-А, показанной на фиг. 1. Узел 104 трубопровода включает внешнюю стенку 400 и внутреннюю стенку 402, которые образуют внутреннее пространство 404 между стенками 400, 402. Внутренняя стенка 402 охватывает по окружности и образует подъемный канал 406. Ресурсы, которые добывают из-под поверхности 102 (см. фиг. 1), прокачивают на поверхность посредством насосов 106, через канал 406, в месторасположение над поверхностью 102.

[0036] На внутренней стенке 402 узла 104 трубопровода могут быть установлены множество узлов 114 коммутации. Узлы 114 коммутации могут быть связаны с внутренней стенкой 402 для переноса тепловой энергии, или тепла, от узлов 114 коммутации к ресурсам, которые прокачивают по каналу 406. Температура окружающей среды в области узла 104 трубопровода может быть повышенной, например, превышать 150°С. Чтобы исключить повреждение или отказы узлов 114 коммутации из-за повышенных температур, узлы 114 коммутации устанавливают на внутреннюю стенку 402 таким образом, чтобы обеспечивался перенос тепла 408 от узлов 114 коммутации через внутреннюю стенку 402 к ресурсам, которые прокачивают по каналу 406. Перенос тепла 408 позволяет поддерживать пониженную температуру узлов 114 коммутации, благодаря чему узлы 114 коммутации могут продолжать свою работу.

[0037] На фиг. 5 проиллюстрирован вид сбоку одного из узлов коммутации, показанных на фиг. 1 и 4 и соответствующих одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Узел 114 коммутации, показанный на фиг. 5, включает теплоотвод 500, выполненный из теплопроводящего материала, например, меди, медного сплава или другого материала. Теплоотвод 500 связан с базовой пластиной 502, которая может быть выполнена из того же материала, что и теплоотвод 500, или может быть выполнена из другого материала. Подложка 504 схемы связана с базовой пластиной 502. Подложка 504 может быть выполнена из керамического материала, например, металлизированного по технологии прямой медной металлизации (direct bonded copper (DBC) или direct copper bonded (DCB)). В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения подложка 504 выполнена из керамической фольги. Керамический слой 506, связан с подложкой 504, которая, например, представляет собой слой медной металлизации по технологии DBC. Проводящий слой 508, например, слой, выполненный из золота и германия (к примеру, Au88-Ge12), связан с керамическим слоем 506. Один или более твердотельных полупроводниковых переключателей 510 связаны со слоем 508. Например, переключатели 510 могут включать MOSFET-транзисторы, выполненные на основе карбида кремния (SiC). На фиг. 5 показан только один переключатель 510, однако, альтернативно, узел 114 коммутации может содержать множество переключателей 510. Тепловая энергия, или тепло 408, переносится от переключателя 510 через слои 506, 508, подложку 504 и базовую пластину 502, к теплоотводу 500. Затем тепло 408 передается от узла 114 коммутации через внутреннюю стенку 402 (см. фиг. 4) узла 104 трубопровода (см. фиг. 1 и 4).

[0038] На фиг. 6 показан вид одного из вариантов осуществления узла 104 трубопровода в разрезе по линии А-А, показанной на фиг. 1. На фиг. 7 показан вид сверху узла 700 коммутации в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Узел 700 коммутации может представлять собой узел 114 коммутации, проиллюстрированный и описанный в настоящем документе. Узел 104 трубопровода может включать корпус 600 (см. фиг. 6), содержащий множество узлов 114 коммутации. В проиллюстрированном варианте осуществления настоящего изобретения корпус 600 выполнен из двух элементов-полукорпусов 602, 604 (см. фиг. 6), соединяемых вместе и охватывающих канал 406, будучи удлиненными в направлении его центральной оси. Альтернативно, количество составных элементов корпуса 600 может быть больше двух, или же он может представлять собой единое целое. Корпус 600 может не обязательно простираться на всю длину узла 104 трубопровода. К примеру, корпус 600 может быть соединен с крайней частью узла 104 трубопровода на его дальнем конце или вблизи его дальнего конца.

[0039] Корпус 600 включает внешнюю и внутреннюю стенки 400, 402, описанные выше в связи с фиг. 4. В проиллюстрированном варианте осуществления настоящего изобретения узлы 700 коммутации размещены только в одной из частей 602, 604 корпуса 600. Альтернативно, по меньшей мере один узел 700 коммутации может быть размещен в каждой из частей 602, 604. Узел 700 коммутации крепят на внутреннюю стенку 402 корпуса 600, чтобы теплоотводы 500 узлов 700 коммутации имели связь с внутренней стенкой 402. Теплоотводы 500 могут быть связаны с внутренней стенкой 402 корпуса 600 напрямую, то есть, теплоотводы 500 могут находиться в непосредственном контакте с внутренней стенкой 402 или вплотную примыкать к внутренней стенке 402 корпуса 600.

[0040] В соответствии с иллюстрацией фиг. 7, узлы 700 коммутации могут содержать множество переключателей 510 на общей подложке 504. К примеру, множество переключателей 510 могут быть установлены на одной подложке 504. Переключатели 510 расположены в два столбца 702 и несколько рядов 704, для обеспечения расстояния между переключателями 510, достаточного для рассеивания тепла 408 (см. фиг. 4), выделяемого переключателями 510. К примеру, переключатели 510 могут быть расположены в столбцы 702 и ряды 704 таким образом, чтобы тепловая энергия, вырабатываемая каждым из переключателей 510, не нагревала другие переключатели 510. Переключатели 510 располагают в столбцы 702 таким образом, чтобы переключатели 510 были выровнены по одной линии друг с другом в направлении 714, параллельно друг другу и центральной оси 118 (см. фиг. 6) узла 104 трубопровода (центральная ось 118 также может быть центральной осью корпуса 600).

[0041] Подложка 504 может представлять собой плоский элемент, размеры которого в двух измерениях (например, в направлениях параллельно плоскости фиг. 7) больше, чем в третьем измерении (например, в направлении перпендикулярно плоскости фиг. 7). Подложка 504 является удлиненной, то есть, размер 710 по длине подложки 504 больше, чем размер 706 по ширине подложки 504. Размер 710 по длине представляет собой расстояние от одной стороны 720 подложки 504 до ее противоположной стороны 722. Размер 706 по ширине может представлять собой расстояние от одной стороны 716 подложки 504 до ее противоположной стороны 718. Альтернативно, подложка 504 может иметь другую форму.

[0042] На фиг. 6 показаны три узла 700 коммутации. Каждый из этих трех узлов 700 коммутации может использоваться для управления пропусканием отличающейся фазы тока, подаваемого от источника 108 электропитания (см. фиг. 1). К примеру, первый узел 700 коммутации может содержать переключатели 510, которые могут быть замкнуты или разомкнуты для пропускания или для прекращения пропускания, соответственно, первой фазы переменного тока, подаваемого источником 108 электропитания, другой, второй узел 700 коммутации может содержать переключатели 510, которые могут быть разомкнуты или замкнуты для прекращения пропускания или для пропускания, соответственно, второй фазы переменного тока, подаваемого источником 108 электропитания, и еще один, третий узел 700 коммутации может содержать переключатели 510, которые могут быть разомкнуты или замкнуты для прекращения пропускания или для пропускания, соответственно, третьей фазы переменного тока, подаваемого источником 108 электропитания. Альтернативно, один или более узлов 700 коммутации могут содержать переключатели 510, которые управляют пропусканием более чем одной фазы тока и/или в корпусе 600 может быть установлено отличающееся количество узлов 700 коммутации.

[0043] В узле 700 коммутации переключатели 510 расположены в виде столбцов 702 и рядов 704, образуя регулярную сетку. К примеру, помимо переключателей 510 в верхнем и нижнем рядах 704, для переключателей 510 присутствуют другие переключатели 510 непосредственно над и/или под ними, а также дополнительные переключатели 510 непосредственно слева (или справа). Все переключатели 510 в левом столбце 702 могут находиться на одинаковом расстоянии от боковой кромки 716, все переключатели 510 в правом столбце 702 могут находиться на одинаковом расстоянии от противоположной боковой кромки 718, все переключатели 510 в верхнем ряду 704 могут находиться на одинаковом расстоянии от верхней кромки 720 и/или все переключатели 510 в нижнем ряду 704 могут находиться на одинаковом расстоянии от нижней кромки 722.

[0044] Чтобы узлы 700 коммутации помещались в корпус 600, размер 706 по ширине узлов 700 коммутации может быть ограничен. Размер 706 по ширине может быть достаточно большим, обеспечивая расстояние 708 разнесения по горизонтали между переключателями 510, достаточное, чтобы исключить нагрев переключателей 510 друг от друга, и чтобы оставить в то же время достаточно места для размещения переключателей 510 в количестве, необходимом для управления пропусканием тока. Размер 710 по длине узлов 700 коммутации может быть достаточно большим, позволяя разместить переключатели 510 в количестве, необходимом для управления пропусканием тока, но в то же время он может обеспечивать расстояние 712 разнесения по вертикали между переключателями 510, достаточное, чтобы исключить нагрев переключателей 510 друг от друга.

[0045] На фиг. 8 показан вид сверху узла 800 коммутации в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Узел 800 коммутации может представлять собой узел 114 коммутации, проиллюстрированный и описанный в настоящем документе. Аналогично узлам коммутации, показанным на фиг. 7, узел 800 коммутации может содержать множество переключателей 510 на общей подложке 504. Корпус 600 может содержать три узла 800 коммутации, другое количество узлов 800 коммутации или один узел 800 коммутации. В отличие от узла 700 коммутации, проиллюстрированного на фиг. 7, переключатели 510 в узле 800 коммутации не расположены в виде регулярной сетки. Например, переключатели 510 могут быть расположены в три столбца 802, 806, 808 и несколько рядов 804, с обеспечением достаточного расстояния между переключателями 510 для рассеивания тепла 408 (см. фиг. 4), выделяемого переключателями 510), что позволяет сократить размеры по одной или более сторон подложки 504, по сравнению с узлом 800 коммутации.

[0046] В узле 800 коммутации один столбец 806 (например, средний столбец 806) переключателей 510 сдвинут по вертикали относительно других столбцов 802, 808. Например, верхний и нижний переключатели 510 в среднем столбце 806 могут находиться не так близко к верхним кромкам 720, 722 подложки, как верхний и нижний переключатели 510 в столбцах 802, 808. Переключатели 510 в каждом столбце выровнены по одной линии друг с другом в направлениях 810, 812, 814, параллельно друг другу и центральной оси 118 (см. фиг. 6) узла 104 трубопровода.

[0047] Чтобы узлы 800 коммутации помещались в корпус 600, размер 816 по ширине узлов 800 коммутации может быть ограничен. Размер 816 по ширине может быть достаточно большим, обеспечивая расстояние 818 разнесения по горизонтали между переключателями 510, расположенными слева или справа друг от друга, достаточное, чтобы исключить взаимный нагрев переключателей 510, и чтобы в тоже время оставить достаточно места для размещения переключателей 510 в количестве, необходимом для управления пропусканием тока. Размер 820 по длине узла 800 коммутации может быть достаточно большим, позволяя разместить переключатели 510 в количестве, необходимом для управления пропусканием тока, но в то же время он может обеспечивать расстояние 822 разнесения по вертикали между переключателями 510 одного столбца 802, 806, 808, достаточное, чтобы исключить нагрев переключателей 510 друг от друга. Размеры 816, 820 по ширине и длине могут быть достаточно большими, чтобы поддерживать расстояние 824 по диагонали между переключателями 510 в среднем столбце и ближайшими к ним переключателями 510 в других столбцах 802, 808 достаточным, чтобы исключить взаимный нагрев переключателей 510.

[0048] Из-за наличия третьего столбца 806 переключателей 510 в узле 800 коммутации размер 816 по ширине узла 800 коммутации может быть больше, чем размер 706 узла 700 коммутации, проиллюстрированного на фиг. 7 (если оба узла 700, 800 коммутации имеют одинаковое количество переключателей 510). Однако третий столбец 806 переключателей 510 в узле 800 коммутации позволяет уменьшить размер 820 по длине узла 800 коммутации, по сравнению с размером 710 по длине узла 700 коммутации. В результате узлы 800 коммутации в узле 104 трубопровода могут занимать меньшую часть от длины узла 104 трубопровода, чем узлы 700 коммутации.

[0049] На фиг. 9 показана эскизная схема переключателей 900 в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Переключатели 900 могут представлять собой переключатели 510, показанные на фиг. 5-8. Переключатели 900 проиллюстрированы как MOSFET-транзисторы, имеющие затворы (G1 и G2 на фиг. 9), истоки (S1 и S2 на фиг. 9) и стоки (D1 и D2 на фиг. 9). Истоки S1, S2 переключателей 900 могут быть соединены и образовывать общий исток переключателей 900. Переключатели 900 могут включать диоды 902, аноды которых соединены с истоками S1, S2, а катоды - со стоками D1, D2.

[0050] На фиг. 10 показан вид сверху узла 1000 коммутации в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Узел 1000 коммутации может представлять собой узел 114 коммутации, проиллюстрированный и описанный в настоящем документе. Аналогично узлам 700, 800 коммутации, показанным на фиг. 7 и 8, узел 1000 коммутации может включать множество переключателей 510 на общей подложке 504. В отличие от узлов 700, 800 коммутации переключатели 900 не смонтированы на одной подложке 504. Переключатели 900 смонтированы на различных подложках 504 схемы, которые гальванически соединены с проводящими каналами 1002, 1004, 1006, 1008, 1010, 1012, 1014 и 1016. Проводящие каналы 1002, 1004, 1006, 1008, 1010, 1012, 1014 и 1016 могут представлять собой проводные соединения и/или соединения из медной фольги. Альтернативно, могут применяться и другие типы проводящих каналов.

[0051] Проводящие каналы могут быть соединены друг с другом и переключателями 900, соединяя затворы, истоки и стоки в соответствии с иллюстрацией на фиг. 9. Например, проводящие каналы 1002 могут обеспечивать соединение затворов G1, G2 переключателей 900 с проводящими каналами 1004, 1006 и 1012. Проводящие каналы 1008, 1010 и 1016 могут соединять истоки S1, S2 переключателей 900 друг с другом. Проводящие каналы 1014, 1018 могут соединять стоки D1, D2 переключателей 900 с источником 108 электропитания и/или насосами 106, показанными на фиг. 1.

[0052] На фиг. 11 представлен вид еще одного из вариантов осуществления узла 104 трубопровода в разрезе по линии А-А, показанной на фиг. 1. В узле 104 трубопровода, показанном на фиг. 11, присутствуют два корпуса 1100, 1106, охватывающих по окружности центральную ось 118 и канал 116 узла 104 трубопровода. К примеру, каждый из корпусов 1100, 1106 может иметь форму полуокружности, и соответственно, два корпуса 1100, 1106, объединенные вместе, образуют полную окружность вокруг центральной оси 118 и канала 116. Альтернативно, узел 104 трубопровода может включать единый корпус 1100, 1106 или более двух корпусов 1100, 1106. Корпуса 1100, 1106 содержат узлы 1104 коммутации. Узлы 1104 коммутации могут представлять собой один или более из описанных выше узлов 114, 700, 800, 1000 коммутации. Узлы 1104 коммутации включают множество переключателей 510.

[0053] В отличие от варианта осуществления узла 104 трубопровода, показанного на фиг. 6, узлы 1104 коммутации занимают по длине более чем половину окружности 1108 узла 104 трубопровода, или внутренней стенки 402 узла 104 трубопровода. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения каждый из корпусов 1100, 1106 может содержать группы узлов 1104 коммутации, которые независимо управляют пропусканием различных фаз тока, поданного от источника 108 электропитания, в различные насосы 106 (см. фиг. 1). Например, узлы 1104 коммутации в первой группе 1110 внутри корпуса 1100 могут управлять пропусканием тока от источника 108 электропитания в один насос 106, тогда как узлы 1104 коммутации во второй группе 1110 внутри корпуса 1106 могут управлять пропусканием тока от источника 108 электропитания во второй насос 106. В одном из аспектов настоящего изобретения различные узлы 1104 коммутации в каждой из групп 1110 могут независимо управлять пропусканием различных фаз тока в различные насосы 106. Так, например, первая группа 1100 узлов 1104 коммутации внутри корпуса 1100 может управлять пропусканием первой фазы тока в первый насос 106, другая, вторая группа 1100 узлов 1104 коммутации внутри корпуса 1100 может управлять пропусканием другой, второй фазы тока в первый насос 106, еще одна, третья группа 1100 узлов 1104 коммутации внутри корпуса 1100 может управлять пропусканием еще одной, третьей фазы тока в первый насос 106, первая группа 1100 узлов 1104 коммутации внутри корпуса 1100 может управлять пропусканием первой фазы тока в другой, второй насос 106, другая, вторая группа 1100 узлов 1104 коммутации внутри корпуса 1100 может управлять пропусканием второй фазы тока во второй насос 106, и еще одна, третья группа 1100 узлов 1104 коммутации внутри корпуса 1100 может управлять пропусканием третьей фазы тока во второй насос 106.

[0054] На фиг. 12 показан вид еще одного из вариантов осуществления узла 104 трубопровода в разрезе по линии А-А, показанной на фиг. 1. В узле 104 трубопровода, показанном на фиг. 12, установлен единый корпус 1200, который частично охватывает по окружности центральную ось 118 и канал 116 узла 104 трубопровода. Например, вместо единого корпуса или множества корпусов, расположенных вокруг и охватывающих полную окружность 1108 канала 116, корпус 1200 занимает менее чем полную окружность 1108 канала 116, или внутренней стенки 402. В проиллюстрированном варианте осуществления настоящего изобретения корпус 1200 занимает 240 градусов от окружности 1108 канала 116, или внутренней стенки 402.

[0055] Корпус 1200 содержит узлы 1104 коммутации и переключатели 510, показанные на фиг. 11. Узлы 1104 коммутации могут независимо управлять пропусканием различных фаз тока, подаваемого от источника 108 электропитания в различные насосы 106 (см. фиг. 1), в соответствии с предшествующим описанием. Так, например, первый узел 1104 коммутации внутри корпуса 1200 может управлять пропусканием первой фазы тока в первый насос 106, другой, второй узел 1104 коммутации внутри корпуса 1200 может управлять пропусканием другой, второй фазы тока в первый насос 106, еще один, третий узел 1104 коммутации внутри корпуса 1200 может управлять пропусканием еще одной, третьей фазы тока в первый насос 106, четвертый узел 1104 коммутации внутри корпуса 1200 может управлять пропусканием первой фазы тока в другой, второй насос 106, пятый узел 1104 коммутации внутри корпуса 1200 может управлять пропусканием второй фазы тока во второй насос 106, а шестой узел 1104 коммутации внутри корпуса 1200 может управлять пропусканием третьей фазы тока во второй насос 106.

[0056] На фиг. 13 показан вид еще одного из вариантов осуществления узла 104 трубопровода в разрезе по линии А-А, показанной на фиг. 1. В узле 104 трубопровода, показанном на фиг. 13, установлен единый корпус 1300, который частично охватывает по окружности центральную ось 118 и канал 116 узла 104 трубопровода. Корпус 1300, показанный на фиг. 13, охватывает половину или менее от полной окружности 1108 канала 116, или внутренней стенки 402. В проиллюстрированном варианте осуществления настоящего изобретения корпус 1200 занимает 180 градусов от окружности 1108 канала 116, или внутренней стенки 402.

[0057] Монтаж корпуса 1300 на узел 104 трубопровода может быть более простым, по сравнению с другими типами корпусов. Для монтажа корпусов, которые охватывают более половины окружности внутренней стенки 402 узла 104 трубопровода, может требоваться надевание корпуса на внутреннюю стенку 402 на одном конце узла 104 трубопровода и перемещение корпуса, путем скольжения, по длине узла 104 трубопровода в его конечное положение. Корпус 1300, напротив, может быть установлен на внутреннюю стенку 402 узла 104 трубопровода непосредственно в требуемом или конечном месторасположении, без необходимости перемещения корпуса 1300 по длине узла 104 трубопровода.

[0058] Продолжим рассмотрение узла 104 трубопровода, показанного на фиг. 13, обратившись к фиг. 14, где проиллюстрирован вид сверху одного из узлов 1302 коммутации, показанных на фиг. 13, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Узел 1302 коммутации включает множество отдельных подложек 504 (например, подложки 504А, 504В), на которых расположены переключатели 510. Подложки 504 гальванически соединены посредством одного или более проводящих каналов 1400, например, проводных соединений, фольги и т.п. На фиг. 14 показаны две подложки 504, однако узел 1302 коммутации может включать более двух подложек 504, гальванически соединенных друг с другом. Переключатели 510 на подложках 504 расположены в два столбца 1402. Один столбец 1402 переключателей 510 расположен ближе к верхним краям 720 подложек 504, то есть, переключатели 510 в одном столбце 1402 расположены не в ряд с переключателями 510 во втором столбце 1402. К примеру, переключатели 510 в одном столбце 1402 могут быть смещены по вертикали относительно переключателей 510 во втором столбце 1402. Альтернативно, подложки 504 могут содержать более двух столбцов 1402 переключателей 510 и/или переключатели 510 в различных столбцах 1402 могут быть расположены в ряд.

[0059] Подложки 504 могут иметь меньший размер 1404 по ширине и/или больший размер 1406 по длине, чем размеры по ширине и длине подложек 504, включенных в другие, описанные выше узлы коммутации. Размеры 1404, 1406 подложек 504 в узле 1302 коммутации могут отличаться от размеров подложек 504 в других узлах коммутации. Причина тому - возможность размещения достаточного количества узлов 1302 коммутации в пределах половины или менее от окружности 1108 внутренней стенки 402 узла 104 трубопровода. К примеру, два узла 1302 коммутации могут управлять одной фазой электрического тока, подаваемого от источника 108 электропитания, с использованием шести узлов 1302 коммутации, установленных в корпусе 1300, показанном на фиг. 13. Альтернативно, может быть обеспечено другое количество узлов 1302 коммутации. Чтобы уместить эти узлы 1302 коммутации в корпусе 1300 так, чтобы корпус 1300 не превышал по длине более половины окружности 1108 внутренней стенки 402, подложки 504 в узлах 1302 коммутации могут быть более узкими, чем подложки 504 в других узлах коммутации. Чтобы исключить взаимный нагрев переключателей на подложках 504 узлов 1302 коммутации, размер по длине подложки 504 в узлах 1302 коммутации может быть больше, чем у подложек 504 в других узлах коммутации, благодаря чему переключатели 510 могут быть расположены на большем расстоянии друг от друга.

[0060] На фиг. 15 проиллюстрирован узел 1500 подключения источника электропитания в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Узел 1500 подключения может обеспечивать гальваническое соединение источника 108 электропитания (см. фиг. 1) с узлами 1510 коммутации (например, узлами 1510A, 1510В коммутации), а также - гальваническое соединение узлов 1510 коммутации с насосами 106 (см. фиг. 1). Узел 1500 подключения может быть функционально связан с узлом 104 трубопровода. К примеру, узел 1500 подключения может быть связан с узлом 104 трубопровода таким образом, чтобы узел 1500 подключения располагался во внутреннем пространстве 404 (см. фиг. 4) узла 104 трубопровода.

[0061] Узел 1500 подключения содержит разветвительное устройство 1504, гальванически соединенное с проводящим каналом 1502. Проводящий канал 1502 может представлять собой один из проводящих каналов 112, показанных на фиг. 1. К примеру, проводящий канал 1502 может представлять собой кабель, проводящий многофазный электрический ток от источника 108 электропитания в узел 104 трубопровода. Разветвительное устройство 1504 включает разветвитель, который гальванически соединяет проводящий канал 1502 с множеством различных проводящих каналов 1506, 1508. Проводящие каналы 1506, 1508 могут представлять собой отдельные кабели, провода, шины или другие проводящие элементы. Разветвительное устройство 1504 может гальванически соединять каналы 1502, 1506 и 1508 таким образом, что ток, протекающий в канале 1502, также будет протекать в каналах 1506, 1508.

[0062] Проводящие каналы 1506, 1508 соединены с различными узлами 1510 коммутации (например, с узлами 1510A, 1510В коммутации). Узлы 1510 коммутации могут представлять собой любые из описанных и/или проиллюстрированных в настоящем документе узлов коммутации, например, узлы 114, 700, 800, 1000, 1104, 1302 коммутации, показанные на фиг. 1, 7, 8, 10, 11 и 13. Узлы 1510 коммутации включают переключатели 510 (см. фиг. 5), управляющие моментами времени, в которые различные фазы тока, принятого по проводящим каналам 1502, 1506, 1508, пропускают в различные насосы 106. К примеру, проводящий канал 1512 может быть гальванически соединен с первым насосом 106, а проводящий канал 1514 может быть гальванически соединен со вторым насосом 106. Переключатели 510 в узле 1510A коммутации могут управлять моментами времени, в которые фазы тока, принятого от источника 108 электропитания по проводящим каналам 1502, 1506 пропускают в первый насос по проводящему каналу 1512, а переключатели 510 в узле 1510В коммутации могут управлять моментами времени, в которые фазы тока, принятого от источника 108 электропитания по проводящим каналам 1502, 1508 пропускают во второй насос по проводящему каналу 1514.

[0063] Узел 1500 подключения позволяет уменьшить длину проводящих каналов, необходимых для электропитания насоса 106 от источника 108 электропитания. Вместо наличия отдельных проводящих каналов, отдельно и независимо проложенных от источника 108 электропитания к каждому из насосов 106, узел 1500 подключения позволяет иметь единый проводящий канал 1502, проложенный от источника 108 электропитания, в некоторое месторасположение вблизи насосов 106, но не непосредственно к насосам, а затем обеспечить разделение проводящего канала 1502 на более короткие проводящие каналы 1506, 1508, 1512 и 1514, проложенные к насосам 106 через узлы 1510 коммутации.

[0064] На фиг. 16 проиллюстрирован узел 1600 подключения источника электропитания без крышки 1700 (см. фиг. 17) в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. На фиг. 17 проиллюстрирован узел 1600 подключения источника электропитания с крышкой 1700 в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Узел 1600 подключения может обеспечивать гальваническое соединение источника 108 электропитания (см. фиг. 1) с узлами коммутации, которые гальванически соединены с насосами 106 (см. фиг. 1). Узел 1600 подключения может быть функционально связан с узлом 104 трубопровода. К примеру, узел 1600 подключения может быть связан с узлом 104 трубопровода таким образом, чтобы узел 1600 подключения располагался во внутреннем пространстве 404 (см. фиг. 4) узла 104 трубопровода. В одном из аспектов настоящего изобретения узел 1600 подключения источника электропитания может представлять собой узел 1700 подключения источника электропитания, эскизно проиллюстрированный на фиг. 17.

[0065] Узел 1600 подключения содержит множество проводящих каналов 1604, которые гальванически соединены с проводящим каналом 1602, подающим ток от источника 108 электропитания. Проводящий канал 1602 может представлять собой проводящий канал 112, показанный на фиг. 1. Проводящие каналы 1602 могут представлять собой отдельные кабели, провода, шины или другие проводящие элементы. На фиг. 16 показаны три проводящих канала 1602, однако, альтернативно, узел 1600 подключения может содержать отличающееся количество проводящих каналов 1602.

[0066] Узел 1600 подключения включает соединители 1606, которые гальванически соединяют проводящие каналы 1604 с узлами коммутации, например, с одним или более из рассмотренных и/или проиллюстрированных в настоящем документе узлов 114, 700, 800, 1000, 1104, 1302, 1510 коммутации, показанных на фиг. 1, 7, 8, 10, 11, 13 и 15. Узлы коммутации не показаны на фиг. 16 и 17, т.к. они расположены между внутренней и внешней стенками 402, 400 узла 104 трубопровода, и поэтому не видны.

[0067] Узел 1600 подключения размещен во внутреннем пространстве 404 узла 104 трубопровода, в соответствии с иллюстрацией на фиг. 16. После подключения соединителей 1606 к проводящим каналам 1604 проводящие каналы 1604 оказываются соединенными с проводящими каналами 1602, а соединители 1606 - с узлами коммутации, при этом над соединителями 1606 и проводящими каналами 1604 может быть помещена крышка 1700. Соединение крышки 1700 с узлом 104 трубопровода может быть уплотнено (например, герметично), при этом уплотняющий материал (например, эпоксидная смола или иной полимер) может быть введен во внутреннее пространство 404 под крышкой 1700 через одно или более отверстий 1702, ведущих во внутреннее пространство 404. Крышка 1700 может механически удерживать вместе проводящие каналы 1602 и 1604, и уменьшать механическое напряжение, прикладываемое к узлу 104 трубопровода при его работе.

[0068] Узел 1600 подключения позволяет уменьшить длину проводящих каналов, необходимых для электропитания насоса 106 от источника 108 электропитания. Вместо наличия отдельных проводящих каналов, индивидуально и независимо проложенных от источника 108 электропитания к каждому из насосов 106, узел 1600 подключения позволяет иметь единый проводящий канал 1602, проложенный от источника 108 электропитания, в некоторое месторасположение вблизи насосов 106, но не непосредственно к насосам, а затем обеспечить разделение проводящего канала 1502 на более короткие проводящие каналы, проложенные к насосам 106 через узлы коммутации.

[0069] На фиг. 18 представлен узел 1800 корпуса в разобранном виде, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. На фиг. 19 показан вид в перспективе узла 1800 корпуса, проиллюстрированного на фиг. 18. В узле 1800 корпуса могут быть установлены один или более узлов коммутации, в соответствии с предшествующим описанием. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения узел 1800 корпуса может представлять собой сочетание корпусов 1100, 1106, показанных на фиг. 11. Альтернативно, узел 1800 корпуса может представлять собой один или более корпусов, описанных в настоящем документе.

[0070] Узел 1800 корпуса включает элементы 1802, 1804 корпуса, соединяющиеся друг с другом и образующие узел 1800 корпуса. Элементы 1802, 1804 корпуса могут представлять собой корпуса 1100, 1106 или другие корпуса, описанные в настоящем документе. Альтернативно, узел 1800 корпуса может быть образован из более чем двух элементов 1802, 1804 корпуса. Элементы 1802, 1804 корпуса соединены друг с другом посредством петлевого соединения 1806. Элементы 1802, 1804 корпуса могут шарнирно поворачиваться по направлению друг от друга вокруг петлевого соединения 1806, в результате чего элементы 1802, 1804 корпуса отделяются друг от друга. Затем элементы 1802, 1804 корпуса могут быть помещены в узел 104 трубопровода (см. фиг. 1) и повернуты обратно по направлению друг к другу.

[0071] Элементы 1802, 1804 корпуса включат фиксатор 1808, который скрепляет элементы 1802, 1804 корпуса друг с другом. Фиксатор 1808 может представлять собой сопрягаемые комплементарные профили на элементах 1802, 1804 корпуса, которые входят в зацепление друг с другом при шарнирном повороте элементов 1802, 1804 корпуса по направлению друг к другу вокруг петлевого соединения 1806. В проиллюстрированном варианте осуществления настоящего изобретения фиксатор 1808 включает отверстия 1812 в элементах 1802, 1804 корпуса, которые взаимно коаксиальны, когда элементы 1802, 1804 корпуса повернуты друг к другу, и не коаксиальны, когда элементы 1802, 1804 корпуса развернуты друг от друга.

[0072] Для фиксации элементов 1802, 1804 корпуса на узле 104 трубопровода элементы 1802, 1804 корпуса должны быть развернуты друг от друга, помещены на узел 104 трубопровода и затем повернуты друг к другу до положения, в котором части фиксатора 1808 на каждом из элементов 1802, 1804 корпуса войдут во взаимное зацепление. Затем через коаксиальные отверстия 1812 в элементах 1802, 1804 может быть введен штырь, фиксирующий элементы 1802, 1804 корпуса друг с другом.

[0073] На фиг. 20 проиллюстрирована блок-схема алгоритма для одного из вариантов осуществления способа сборки внутрискважинного узла коммутации. Способ 2000 может применяться для реализации одного или более вариантов осуществления систем внутрискважинного оборудования и/или узлов коммутации, описанных в настоящем документе. На шаге 2002 полупроводниковые переключатели располагают на одной или более подложках. В соответствии с предшествующим описанием, переключатели могут представлять собой переключатели на карбиде кремния, расположенные на подложках или на фольгах, которые соединены с теплоотводами. Переключатели могут быть расположены на подложках таким образом, чтобы расстояние между ними было достаточным, чтобы исключить их взаимный нагрев, позволяя при этом разместить необходимое количество переключателей на заданной части окружности канала в узле трубопровода, через который ресурсы прокачивают на поверхность грунта.

[0074] На шаге 2004 подложку (или подложки) с полупроводниковыми переключателями помещают в корпус, который размещен внутри узла трубопровода или имеет с ним связь. Подложки и полупроводниковые переключатели могут быть размещены вдоль внутренней стенки узла трубопровода, с теплоотводами между подложками и внутренней стенкой, помогающими отводить тепло от полупроводниковых переключателей к каналу, в котором ресурсы проходят через узел трубопровода.

[0075] На шаге 2006 переключатели гальванически соединяют с источником электропитания и насосами. Источник электропитания может быть размещен на поверхности или над поверхностью, тогда как насосы размещены в скважине под поверхностью, например, на глубине нескольких тысяч метров (или футов) под поверхностью грунта. Переключатели могут быть соединены с источником электропитания меньшим количеством проводящих каналов (например, кабелей), чем применяется для соединения переключателей с насосами. Это позволяет снизить длину кабелей, необходимых для электропитания насосов, в соответствии с предшествующим описанием.

[0076] На шаге 2008 узел трубопровода помещают внутри скважины под поверхностью грунта. Полупроводниковые переключатели могут быть размещены относительно глубоко под поверхностью. Например, полупроводниковые переключатели могут быть расположены ближе к насосам, чем к поверхности, или на дальнем конце узла трубопровода (или же вблизи дальнего конца). Глубина может обуславливать воздействие на полупроводниковые переключатели высоких температур и давлений, в соответствии с предшествующим описанием. На шаге 2010 током, подаваемым в насосы посредством источника электропитания, управляют с использованием полупроводниковых переключателей. Полупроводниковые переключатели могут независимо управлять различными фазами тока, подаваемыми в различные насосы, в соответствии с предшествующим описанием.

[0077] В настоящем документе рассмотрены различные примеры и аспекты устройств и способов, которые включают множество различных компонентов, отличительных признаков и функций. Необходимо понимать, что различные примеры аспектов устройств и способов, предложенных в настоящем документе, могут включать любые из компонентов, отличительных признаков и функций из любых других примеров и аспектов предложенных устройств и способов, в любых комбинациях, при этом все подобные сочетания соответствуют объему и сущности настоящего изобретения.

[0078] Следует отметить, что конкретные конфигурации (например, количество, типы, размещение и т.п.) компонентов в проиллюстрированных вариантах осуществления настоящего изобретения могут отличаться в различных альтернативных вариантах его осуществления. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения может применяться различное количество определенных модулей, систем или блоков, различные типы конкретного модуля, системы или блока, некоторое количество модулей, систем или блоков (или их элементов) могут быть объединены, некоторый модуль, система или блок может быть разбит на несколько модулей (или подмодулей), систем (или подсистем) или блоков (подблоков), может быть добавлен некоторый модуль, система или блок или некоторый модуль, система или блок может быть удален.

[0079] В настоящем документе любой из терминов «компьютер», «контроллер», «система» и «модуль», может включать любую процессорную или микропроцессорную систему, включая системы на микроконтроллерах, компьютеры с сокращенным набором команд (reduced instruction set computers, RISC), заказные интегральные схемы (application specific integrated circuits, ASIC), логические схемы, схемы GPU, FPGA, а также любые другие схемы, или процессоры, способные выполнять описанные в настоящем документе функции. Рассмотренные выше примеры являются исключительно иллюстративными, и соответственно, никоим образом не накладывают ограничений на определение и/или значение терминов «компьютер», «модуль» или «система».

[0080] Компьютер, модуль, система или процессор для обработки входных данных выполняют набор инструкций, хранимый в одном или более запоминающих элементов. Запоминающие элементы также могут хранить данные или другую, требуемую или необходимую, информацию. Запоминающие элементы могут иметь форму источника информации или являться элементом физической памяти в автомате для обработки данных.

[0081] Набор инструкций может включать различные команды, инструктирующие компьютер, модуль, систему или процессор, в качестве автомата для обработки данных, в результате чего они выполняют конкретные операции, например, способы и процедуры из различных вариантов осуществления изобретения, описанных и/или проиллюстрированных в настоящем документе. Набор инструкций может иметь форму компьютерной программы. Программное обеспечение может принимать множество различных форм, например, быть системным или прикладным программным обеспечением, и может при этом быть реализовано в виде машиночитаемого носителя. Также, программное обеспечение может быть реализовано в виде набора отдельных программ, систем или модулей, программного модуля в составе более крупной программы или фрагмента программного модуля. Программное обеспечение также может включать модульное программирование в форме объектно-ориентированного программирования. Обработка входных данных посредством автомата для обработки данных может выполняться в ответ на команды оператора или в соответствии с результатами предшествующей обработки, или в ответ на запросы, предоставленные другим автоматом для обработки данных.

[0082] В настоящем документе термины «программное обеспечение» и «микропрограммное обеспечение» являются взаимозаменяемыми и включают любую компьютерную программу, хранимую в памяти для выполнения компьютером, включая RAM-память, ROM-память, память EPROM, EEPROM и энергонезависимую RAM-память (NVRAM). Перечисленные выше типы памяти являются исключительно примерами, и, следовательно, не ограничивают типы памяти, подходящие для хранения компьютерных программ.

[0083] Нужно понимать, что приведенное выше описание имеет целью иллюстрацию, а не ограничение настоящего изобретения. К примеру, описанные выше варианты осуществления настоящего изобретения (и/или их аспекты) могут использоваться в сочетании друг с другом. При этом в пределах объема настоящего изобретения, для приспособления замысла различных вариантов осуществления настоящего изобретения к конкретной ситуации или к конкретным материалам, может быть внесено множество изменений. Размеры, типы материалов, ориентация различных компонентов, а также количество и расположение различных компонентов, описанные в настоящем документе, имеют целью определение параметров конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения, но никоим образом не ограничивают его и являются всего лишь примерами его осуществления. По прочтении приведенного выше описания специалистами в данной области техники могут быть найдены множество дополнительных вариантов осуществления настоящего изобретения, а также множество изменений, которые могут быть выполнены в пределах объема формулы настоящего изобретения. Соответственно, для определения объема различных вариантов осуществления настоящего изобретения необходимо обращаться к приложенной формуле изобретения, при этом в область правовой защиты изобретения попадают все соответствующие эквиваленты. В приложенной формуле изобретения выражения «содержащий» и «в котором» используются как эквиваленты соответствующих терминов «включающий» и «где». При этом в приведенной ниже формуле изобретения выражения «первый», «второй», «третий» и т.д. используются исключительно как обозначения и не служат для наложения порядковых ограничений на их объекты. Также, ограничения приведенных ниже пунктов формулы изобретения не имеют формата «средство плюс функция» и не должны интерпретироваться на основании §112(f) раздела 35 Свода законов США, кроме случаев, когда в ограничении пункта формулы изобретения явно используется выражение «средство», за которым следует описание функции без описания структуры.

[0084] В настоящем документе для описания различных вариантов осуществления настоящего изобретения использованы конкретные примеры, призванные дать возможность специалистам в данной области техники применять эти различные варианты осуществления настоящего изобретения на практике, что включает создание и использование любых устройств или систем, или выполнение любых способов, входящих в состав настоящего изобретения. Объем правовой защиты различных вариантов осуществления настоящего изобретения задан формулой изобретения и может включать другие примеры, которые могут быть найдены специалистами в данной области техники. Все такие дополнительные примеры попадают в объем правовой защиты формулы изобретения, если они имеют структурные элементы, не отличающиеся от буквального описания в пунктах формулы изобретения, или если они включают эквивалентные структурные элементы с незначительными отличиями от буквального описания в пунктах формулы изобретения.

Изобретение относится к узлам коммутации внутрискважинных насосов, используемых для извлечения сырья, например нефти и газа, из-под поверхности грунта. Узел коммутации содержит один или более твердотельных полупроводниковых переключателей, сконфигурированных для размещения в узле скважинного трубопровода. Один или более переключателей сконфигурированы для работы в замкнутом состоянии для пропускания электрического тока, подаваемого от источника электропитания, размещенного на поверхности, в насосы, размещенные под поверхностью, чтобы обеспечить извлечение ресурса этими насосами из-под поверхности через узел трубопровода. Упомянутые один или более переключателей также сконфигурированы для работы в разомкнутом состоянии для прекращения пропускания электрического тока от источника электропитания в насосы. Уменьшается стоимость операций по извлечению ресурса. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Система внутрискважинного оборудования, содержащая:

первый узел коммутации, который включает один или более твердотельных полупроводниковых переключателей, сконфигурированных для размещения в узле скважинного трубопровода, при этом один или более твердотельных полупроводниковых переключателей сконфигурированы для работы в замкнутом состоянии для пропускания электрического тока, подаваемого от источника электропитания, размещенного на поверхности, в насосы, размещенные под поверхностью, чтобы обеспечить извлечение ресурса этими насосами из-под поверхности через узел скважинного трубопровода, а также упомянутые один или более твердотельных полупроводниковых переключателей сконфигурированы для работы в разомкнутом состоянии для прекращения пропускания электрического тока от источника электропитания в насосы, при этом

первый узел коммутации размещен в корпусе, сконфигурированном для связи с внутренней стенкой узла скважинного трубопровода, при этом корпус включает множество элементов корпуса, сконфигурированных для шарнирного поворота по направлению друг к другу или по направлению друг от друга, при этом элементы корпуса сконфигурированы для шарнирного поворота по направлению друг от друга, чтобы разместить элементы корпуса вокруг узла скважинного трубопровода, и элементы корпуса сконфигурированы для шарнирного поворота по направлению друг к другу, чтобы зафиксировать элементы корпуса на узле скважинного трубопровода.

2. Система по п. 1, в которой один или более твердотельных полупроводниковых переключателей сконфигурированы для независимого управления пропусканием различных фаз электрического тока в различные насосы.

3. Система по п. 1, в которой один или более твердотельных полупроводниковых переключателей сконфигурированы для связи с внутренней стенкой узла скважинного трубопровода, которая окружает канал, через который ресурс прокачивают через узел скважинного трубопровода, при этом один или более твердотельных полупроводниковых переключателей сконфигурированы для связи с внутренней стенкой посредством по меньшей мере теплоотвода для переноса тепла от одного или более твердотельных полупроводниковых переключателей к каналу узла скважинного трубопровода.

4. Система по п. 1, в которой один или более твердотельных полупроводниковых переключателей расположены так, что образуют сетку с множеством столбцов и множеством рядов из одного или более твердотельных полупроводниковых переключателей на подложке, которая сконфигурирована для размещения в узле скважинного трубопровода.

5. Система по п. 1, в которой один или более твердотельных полупроводниковых переключателей расположены в виде множества столбцов на подложке, которая сконфигурирована для размещения в узле скважинного трубопровода, и по меньшей мере один из столбцов из одного или более твердотельных полупроводниковых переключателей расположен ближе к верхнему краю подложки, чем один или более остальных столбцов из одного или более твердотельных полупроводниковых переключателей.

6. Система по п. 1, в которой один или более твердотельных полупроводниковых переключателей расположены в виде множества столбцов на множестве отдельных подложек, размещенных вдоль длины узла скважинного трубопровода, при этом один или более твердотельных полупроводниковых переключателей и упомянутые подложки гальванически соединены друг с другом посредством одного или более проводящих каналов.

7. Система по п. 1, в которой один или более твердотельных полупроводниковых переключателей содержат переключатели на основе карбида кремния.

8. Система по п. 1, в которой один или более твердотельных полупроводниковых переключателей сконфигурированы для обеспечения двустороннего пропускания электрического тока между источником электропитания и насосами, а также сконфигурированы для обеспечения возможности двустороннего блокирования напряжения между источником электропитания и насосами.

9. Система по п. 1, также содержащая:

второй узел коммутации, содержащий один или более твердотельных полупроводниковых переключателей, сконфигурированных для размещения внутри узла скважинного трубопровода, а также для управления пропусканием электрического тока между источником электропитания и насосами; и

узел подключения источника электропитания, сконфигурированный для гальванического соединения источника электропитания с одним или более твердотельными полупроводниковыми переключателями в узле коммутации, при этом узел подключения источника электропитания содержит разветвительное устройство, сконфигурированное для гальванического соединения с проводящим каналом источника электропитания, который соединен с источником электропитания, а также сконфигурированное для гальванического соединения проводящего канала источника электропитания с различными, первым и вторым, проводящими каналами, причем первый проводящий канал сконфигурирован для гальванического соединения с первым узлом коммутации, а второй проводящий канал сконфигурирован для гальванического соединения со вторым узлом коммутации.

10. Система по п. 9, в которой первый и второй узлы коммутации и узел подключения источника электропитания сконфигурированы для размещения в узле скважинного трубопровода, который проложен под поверхностью грунта.

11. Система по п. 10, в которой узел подключения источника электропитания сконфигурирован для размещения во внутреннем пространстве узла скважинного трубопровода, причем внешнее покрытие узла скважинного трубопровода закрывает узел подключения источника электропитания в упомянутом внутреннем пространстве.

12. Система внутрискважинного оборудования, содержащая:

множество узлов коммутации, сконфигурированных для размещения в узле скважинного трубопровода, при этом узлы коммутации содержат один или более твердотельных полупроводниковых переключателей, размещенных на множестве подложек и сконфигурированных для работы в замкнутом состоянии для пропускания электрического тока, подаваемого от источника электропитания, размещенного на поверхности, в насосы, размещенные под поверхностью, чтобы обеспечить извлечение ресурса этими насосами из-под поверхности через узел скважинного трубопровода, а также упомянутые один или более твердотельных полупроводниковых переключателей сконфигурированы для работы в разомкнутом состоянии для прекращения пропускания электрического тока от источника электропитания в насосы, при этом

множество узлов коммутации размещены в корпусе, сконфигурированном для связи с внутренней стенкой узла скважинного трубопровода, при этом корпус включает множество элементов корпуса, сконфигурированных для шарнирного поворота по направлению друг к другу или по направлению друг от друга, при этом элементы корпуса сконфигурированы для шарнирного поворота по направлению друг от друга, чтобы разместить элементы корпуса вокруг узла скважинного трубопровода, и элементы корпуса сконфигурированы для шарнирного поворота по направлению друг к другу, чтобы зафиксировать элементы корпуса на узле скважинного трубопровода.

13. Система по п. 12, в которой один или более твердотельных полупроводниковых переключателей узлов коммутации сконфигурированы для независимого управления пропусканием различных фаз электрического тока в различные насосы, так что различные узлы коммутации по отдельности управляют пропусканием различных фаз в насосы.

14. Система по п. 12, в которой узлы коммутации сконфигурированы для связи с внутренней стенкой узла скважинного трубопровода, которая окружает канал, через который ресурс прокачивают через узел скважинного трубопровода, при этом узлы коммутации сконфигурированы для связи с внутренней стенкой посредством по меньшей мере теплоотвода для переноса тепла от одного или более твердотельных полупроводниковых переключателей к каналу узла скважинного трубопровода.

15. Система по п. 14, в которой узлы коммутации сконфигурированы для связи с не более чем половиной от полной окружности внутренней стенки узла скважинного трубопровода.

16. Система по п. 14, в которой узлы коммутации сконфигурированы для связи с более чем половиной от полной окружности внутренней стенки узла скважинного трубопровода.

17. Система по п. 12, в которой каждый из узлов коммутации содержит группу переключателей, отличную от других узлов, при этом каждая из групп переключателей сконфигурирована для управления пропусканием фазы электрического тока, отличной от других, в один или более насосов.

18. Система по п. 12, в которой один или более твердотельных полупроводниковых переключателей размещены на различных подложках и имеют затворы, стоки и истоки, при этом два или более из затворов, стоков и истоков двух или более переключателей гальванически соединены посредством проводящей фольги.

19. Система внутрискважинного оборудования, содержащая:

множество узлов коммутации, сконфигурированных для размещения в узле скважинного трубопровода, имеющего канал, через который ресурс выкачивают из-под поверхности грунта, при этом узлы коммутации содержат один или более твердотельных полупроводниковых переключателей, сконфигурированных для работы в замкнутом состоянии для пропускания электрического тока, подаваемого от источника электропитания, размещенного на поверхности, в насосы, размещенные под поверхностью, чтобы обеспечить извлечение ресурса этими насосами из-под поверхности через упомянутый канал, а также упомянутые один или более переключателей сконфигурированы для работы в разомкнутом состоянии для прекращения пропускания электрического тока от источника электропитания в насосы, причем узлы коммутации связаны с внутренней стенкой узла скважинного трубопровода посредством теплоотводов для переноса тепла от переключателей к каналу в узле скважинного трубопровода, при этом

множество узлов коммутации размещено в корпусе, сконфигурированном для связи с внутренней стенкой узла скважинного трубопровода, при этом корпус включает множество элементов корпуса, сконфигурированных для шарнирного поворота по направлению друг к другу или по направлению друг от друга, при этом элементы корпуса сконфигурированы для шарнирного поворота по направлению друг от друга, чтобы разместить элементы корпуса вокруг узла скважинного трубопровода, и элементы корпуса сконфигурированы для шарнирного поворота по направлению друг к другу, чтобы зафиксировать элементы корпуса на узле скважинного трубопровода.

20. Система по п. 19, в которой один или более твердотельных полупроводниковых переключателей узлов коммутации сконфигурированы для независимого управления пропусканием различных фаз электрического тока в различные насосы, так что различные узлы коммутации по отдельности управляют пропусканием различных фаз в насосы.

21. Система по п. 19, в которой узлы коммутации сконфигурированы для связи с не более чем половиной от полной окружности внутренней стенки узла скважинного трубопровода.

22. Система по п. 19, в которой каждый из узлов коммутации содержит группу переключателей, отличную от других узлов, при этом каждая из групп переключателей сконфигурирована для управления пропусканием фазы электрического тока, отличной от других, в один или более насосов.