CN103237954B

CN103237954B - 无线井下单元

Info

Publication number: CN103237954B
Application number: CN201180056259.2A
Authority: CN
Inventors: J·哈伦德贝克; J·O·拉尔森
Original assignee: Welltec AS
Current assignee: Welltec AS
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2031-11-23

Abstract

本发明涉及一种无线井下单元（1），所述无线井下单元适用于被降到井（2）的套管（3）中，所述套管（3）具有内壁（4）和内径（D_c）。所述无线井下单元包括：电机（5）；泵（6）；驱动装置（7），其使得所述无线井下单元在所述套管中移动；以及至少一个蓄电池组（8）。本发明还涉及一种井下系统。

Description

无线井下单元

技术领域

本发明涉及一种无线井下单元，所述无线井下单元用于被降到井的套管中，所述套管具有内壁和内径。所述无线井下单元包括：电机；泵；驱动装置，所述驱动装置使得所述无线井下单元在所述套管中移动；以及至少一个蓄电池组。本发明还涉及一种井下系统。

背景技术

在油生产期间，可能有必要在油井中执行维护作业或者开采一个生产油井。这种油井作业已知为修井作业。生产套管设置在油井内部，并且在其上端被井口装置闭合。该井口装置被放置在岸上，或者钻井平台上，或者放置在海床上。

为了将工具降到油井中或者提升到油井之外并且向所述工具供电，所述工具在其顶部连接有一电缆，所述电缆经由井口装置而供给。为了在使用工具执行作业的同时密封油井，电缆穿过一高压油脂注入部分和用于在电缆周围密封的密封元件。

为了在电缆经过油脂注入部分时在所述电缆周围密封，高压油脂被泵送到周围的环形空间中以产生耐压密闭的动态密封，该动态密封在作业期间通过按照需要注入更多的油脂得以维持。轻微的油脂泄漏是正常的，添加新鲜油脂能够将密封的一致性保持在有效的水平。这样，油脂在修井作业期间从油脂注入部分泄漏到大海中，从环境保护角度考虑，这是不期望的。由于现在环境保护意识越来越强，存在对环境更加友好的解决方案的需求。

发明内容

本发明的一个目的是完全或者部分地克服现有技术的上述缺点和缺陷。更具体地，本发明的目的是提供一种改进的无线单元，该无线单元用于在不使用测井电缆或类似的供电电缆的情况下在油井中进行作业。

从以下的说明中将变得显而易见的上述目的，以及大量的其他目的、优点和特征将通过根据本发明的解决方案而完成，其中本发明涉及一种无线井下单元，所述无线井下单元用于被降到井的套管中，所述套管具有内壁和内径，所述无线井下单元包括：

-电机，

-泵，

-驱动装置，其使得所述无线井下单元在所述套管中移动，

-至少一个蓄电池组，其包括至少一个用于向所述电机供电的蓄电池，所述电机驱动所述泵从而驱动所述驱动装置以沿着所述套管的内壁移动所述单元，

其中，所述单元包括可扩展设备，所述可扩展设备具有中心部且可从第一直径扩展到第二直径，所述可扩展设备具有位于所述中心部的孔口，一涡轮机设置成与所述孔口流体连接以用于对蓄电池再充电。

在一个实施例中，所述涡轮机的一部分可设置在所述孔口中。

所述涡轮机可包括叶轮，所述叶轮设置成与所述孔口流体连接以用于对所述蓄电池再充电。

此外，所述涡轮机可包括螺旋桨，所述螺旋桨设置成与所述孔口流体连接以用于对所述蓄电池再充电。

此外，所述涡轮机可包括发电机，通过与所述涡轮机的叶轮或者螺旋桨连接的轴来转动该发电机。

此外，所述涡轮机可以包括设置在所述发电机和所述轴之间的传动装置。

在一个实施例中，所述蓄电池组可包括多个蓄电池和一用于保持所述蓄电池的蓄电池保持件。

所述蓄电池可以再充电。

此外，所述蓄电池可以是锂蓄电池。

另外，所述蓄电池可以是标称电压至少3V的高压蓄电池。

此外，所述蓄电池保持件可以由耐热材料制成。

保持件由耐热材料制成确保尽管所述井下单元周围的高压和高温仍能够维持其形状，从而防止当所述保持件形状改变时所述蓄电池与所述工具的电连接松动。所述保持件也保护所述蓄电池免受该高温和高压的影响。使用高压蓄电池改善了安全方面的预防措施。

所述耐热材料是聚酰胺或聚醚醚酮。

所述蓄电池组还可包括蓄电池壳体，所述蓄电池壳体包围所述蓄电池保持件，在所述蓄电池壳体和所述蓄电池保持件之间形成一纵向间隙，蓄电池设置在该纵向间隙中并在保持就位的同时串联地连接。

通过将蓄电池容纳在蓄电池保持件中，在颠簸前行期间能够将所述蓄电池牢固地保持就位，从而允许在井下工具中使用高压蓄电池。

所述蓄电池壳体可包括可打开平板以用于将蓄电池插入到所述蓄电池组中。

此外，所述蓄电池组可包括用于对所述蓄电池再充电的再充电连接件。

所述再充电连接件可包括与井中（例如，井口装置中或者润滑器中）的感应器单元/引入单元毗邻的感应单元/引入单元，以用于再充电和/或向无线井下单元发送数据或者从无线井下单元接收数据。

在一个实施例中，可以将蓄电池成排地设置在所述蓄电池保持件中。

蓄电池的成排布置允许使用较多的传统蓄电池，并且如果一个蓄电池爆炸的话，只有一排蓄电池将被损坏，而其他排的蓄电池依旧能够工作并且向无线单元供电，所以基于以上的事实能够提高安全性。

另外，所述驱动装置可以是轮子。

此外，所述第二直径比所述套管的内径小，从而在所述可扩展设备和所述套管之间形成间隙。

所述间隙可以是0.1-10cm，优选地是1-5cm。

另外，所述可扩展设备可从第二直径逐渐向所述中心部逐渐变尖。

此外，所述涡轮机可设置在所述孔口中以用于对所述蓄电池再充电。

此外，所述可扩展设备可采用降落伞或者雨伞的形式。

另外，所述可扩展设备可以设置在所述单元的一端部。

此外，所述可扩展设备可设置在马达/电机的下游，并且可以由聚合物制成。

此外，所述可扩展设备可包括加强件，所述加强件可以是格栅。

所述可扩展设备可包括用于在所述可扩展设备的扩展状态下保持其形状的肋。

本发明还涉及一种井下系统，所述井下系统包括具有一套管的井和如上所述的无线井下单元。

附图说明

以下将参考示意附图更加详细地说明本发明及其许多优点，为了说明，附图示出了一些非限制性的实施例，其中：

图1示出了无线井下单元，

图2示出了蓄电池组，

图3示出了蓄电池组的另一实施例，

图4示出了带有处于扩展状态下的可扩展设备的无线井下单元的另一实施例，

图5示出了图4中的处于其未扩展状态下的无线井下单元的实施例，

图6示出了无线井下单元的另一实施例，

图7示出了图4中的处于其扩展状态下的无线井下单元的实施例，以及

图8示出了井中的无线井下单元。

所有的附图都是高度示意的，并不一定按比例绘制，并且它们只示出了为了解释本发明所必需的那些部分，其他部分被省略了或仅仅给予暗示。

具体实施方式

图1示出了设置在井下油井2中的套管3内部的无线井下单元1、100。无线井下单元1、100包括驱动单元15，该驱动单元15具有轮子形式的且沿着套管3的内壁4行走的驱动装置7。无线井下单元1、100典型地用于将操作工具带入到油井2中以进行作业，诸如打开套筒、测量油井流体的温度和/或压力、测录套管的泄漏情况等。无线井下单元1、100因此连接到各种各样的操作工具上，以及有时同时连接到几个工具上。

为了沿着套管壁推进无线井下单元1、100，该无线井下单元1、100包括能够由被电机5所驱动的泵6驱动的轮子。无线井下单元1、100包括用于向电机5供电的且包括多个蓄电池的蓄电池组8。如图8所示，蓄电池组8设置在无线井下单元1、100的最靠近井口装置110的部分中。通过将蓄电池组8以及因此蓄电池放置在最靠近油井2的顶端的最外端，仅通过进入到井口装置中就能够容易地对蓄电池再充电或者更换蓄电池。

如图1的虚线所示，在包围蓄电池保持件10的壳体中，成排地设置蓄电池。如图2所示，保持件形成有与成排设置且串联连接的蓄电池的形状相对应的槽部。保持件由固体（实心/结实）材料制成，所述保持件保持蓄电池就位，同时在移动期间保护该蓄电池。保持件能够由任何固体材料制成。保持件被壳体包围使得可以使用锂蓄电池，虽然这些由于井中的较高温度和压强通常不适于在井下使用。通常锂蓄电池的效率是其他蓄电池的效率的2倍，这延长了无线单元在不得不提升以对其蓄电池再充电或更换之前保持在油井中的时间。此外，固体保持件使得可以使用至少3V，优选地至少5V，更优选地10V的高压蓄电池。通过使用高压蓄电池，能够执行功率需求更大的作业。

蓄电池保持件10由耐热材料制成，因而改善对蓄电池组8中的蓄电池的保护。壳体也可以由耐热材料制成，从而保护蓄电池免受蓄电池组8周围的高温和高压的影响。使用高压蓄电池改善了安全方面的预防措施。耐热材料可以是聚酰胺或聚醚醚酮。

如图2所示，保持件具有三个细长形的槽部，蓄电池布置在该槽部中串联连接。蓄电池从蓄电池组的一端插入到保持件中，并且当所述单元已经被用于执行井下作业时，能够容易地更换蓄电池。蓄电池的成排布置使得能够使用较多的传统蓄电池，并且如果一个蓄电池爆炸的话，只有一排蓄电池将被损坏，而其他排的蓄电池依旧能够工作并且向无线单元供电，所以基于以上的事实提高安全性。

在图2中，蓄电池组8包括平板12，该平板12有助于更换蓄电池，而不必拆卸蓄电池组8的端部，如图3所示。图3示出了蓄电池组8，该蓄电池组8包括用于在其仍处于油井中时给蓄电池再充电的再充电连接件13。再充电连接件13包括与油井2中（例如，井口装置中或者润滑器中）的引入单元毗邻/对接的引入单元，以用于再充电和/或向无线井下单元发送数据或者从无线井下单元接收数据。

在图4中示出了对蓄电池再充电的另一种方式，其中无线井下单元1、100包括可以从第一直径D₁扩展到第二直径D₂的可扩展设备101。如图7所示，当可扩展设备处于其扩展状态时，在设备101和套管3之间形成间隙103。然后通过打开井口装置中的阀门能够使地层流体流动，由于可扩展设备101，防止来自于地层的高压流体自由地流过无线井下单元1、100。可扩展设备101具有中心部102和位于中心部102的孔口104。螺旋桨带动的涡轮机105的螺旋桨106在孔口104中设置在涡轮机105的轴112上，被防止流经可扩展设备101的流体被迫流经孔口104。当流体流经孔口104时，流体迫使螺旋桨106和轴102转动，且因此经由涡轮机中的发电机114对蓄电池再充电，其中发电机114将轴的转动势能转换为电能。可扩展设备101和套管3之间的间隙是0.1至10cm，优选地是0.5至8cm，更优选地是2-5cm。当蓄电池已经被再充电之后，再次关闭阀门。

可扩展设备101从第二直径朝向中心部逐渐变尖，以将流体引导到孔口104中。如图5所示，可扩展设备101是像雨伞或降落伞一样可折叠的。

在图6中，涡轮机105的叶轮111而不是螺旋桨设置在孔口中，以用于向蓄电池9再充电。叶轮111由流体驱动，该流体迫流经孔口并经由轴112驱动涡轮机105中的发电机114以将转动势能转化为电能以用于向蓄电池再充电。可扩展设备101设置在所述单元的位于蓄电池9下游并且最靠近油井的顶部或者井口装置110的一端。可扩展设备由聚合物制成，该聚合物被嵌入的格栅或者肋107增强以用于将在设备的扩展状态下保持其形状。

在另一实施例中，可扩展设备101不具有孔口，或者螺旋桨106或者涡轮机105可停止从而使得流体不再流经可扩展设备101的中心部。可扩展设备101然后可用于借助于来自地层的加压流体在油井中向上移动无线单元。由此，在蓄电池中没有剩余电能的情况下，无线井下单元1、100能够通过将可扩展设备101折起而上升。

可扩展设备101可设计成使得：促使涡轮机105或者螺旋桨106转动，但是通过来自于地层流体的压力而依旧使无线井下单元1、100被迫向上。由此，对无线井下单元1、100被再充电，并且当阀门已经被关闭并且流体停止流动时，无线井下单元1、100能够缩回其驱动装置并且由于重力向下移动。

流体或者井流体指的是任意类型的可存在于井下的油井或者气井中的流体，诸如天然气、油、油基泥浆、原油、水等。气体指的是任意类型的在油井、完井或者裸井中存在的气体成分，油指的是任意类型的油成分，诸如原油、含油流体等。气体、油以及水流体各因此都可包含除气体、油和/或水之外的其他元素或物质。

套管指的是用在井下的与油或天然气生产有关的任意类型的管道、管子、管状体、衬管、柱体等。

在工具没有全部没入套管的情况下，井下牵引器可用于在井中将工具推至正确位置。井下牵引器是任意类型的能够在井下井中推进或牵拉工具的驱动工具，诸如Well

虽然以上已经结合本发明的优选实施例对本发明进行了说明，但是对于本领域的技术人员而言，在不脱离由下述的权利要求所限定的本发明的情况下明显可以想到多种修改。

Claims

1.一种无线井下单元(1，100)，所述无线井下单元适用于被降到井(2)的套管(3)中，所述套管(3)具有内壁(4)和内径(D_c)，所述无线井下单元包括：

-电机(5)，

-泵(6)，

-驱动装置(7)，其使得所述无线井下单元在所述套管中移动，

-至少一个蓄电池组(8)，其包括用于向所述电机供电的至少一个蓄电池(9)，所述电机驱动所述泵从而驱动所述驱动装置以沿着所述套管的内壁移动所述无线井下单元，

其中，所述无线井下单元包括可扩展设备(101)，所述可扩展设备具有中心部(102)且能够从第一直径(D₁)扩展到第二直径(D₂)，所述可扩展设备具有位于所述中心部的孔口(104)，一涡轮机(105)设置成与所述孔口流体连接以用于对所述蓄电池再充电。

2.根据权利要求1所述的无线井下单元，其特征在于，所述蓄电池组包括多个蓄电池和一用于保持所述蓄电池的蓄电池保持件(10)。

3.根据权利要求1或2所述的无线井下单元，其特征在于，所述蓄电池是锂蓄电池。

4.根据权利要求1或2所述的无线井下单元，其特征在于，所述蓄电池是至少3V的高压蓄电池。

5.根据权利要求2所述的无线井下单元，其特征在于，所述蓄电池保持件由耐热材料制成。

6.根据权利要求5所述的无线井下单元，其特征在于，所述耐热材料是聚酰胺或聚醚醚酮。

7.根据权利要求2所述的无线井下单元，其特征在于，所述蓄电池组包括蓄电池壳体(11)，所述蓄电池壳体包围所述蓄电池保持件，在所述蓄电池壳体和所述蓄电池保持件之间形成一纵向间隙，所述蓄电池能够被设置在该纵向间隙中并在被保持就位的同时串联连接。

8.根据权利要求5-7中的任一项所述的无线井下单元，其特征在于，所述蓄电池成排地设置在所述蓄电池保持件中。

9.根据权利要求1或2所述的无线井下单元，其特征在于，所述驱动装置是轮子。

10.根据权利要求1所述的无线井下单元，其特征在于，所述第二直径比所述套管的内径小，在所述可扩展设备和所述套管之间形成间隙(103)。

11.根据权利要求10所述的无线井下单元，其特征在于，所述可扩展设备从所述第二直径朝向所述中心部逐渐变尖。

12.根据权利要求10至11中的任一项所述的无线井下单元，其特征在于，所述可扩展设备形成为降落伞形状或者雨伞形状。

13.根据权利要求10至11中的任一项所述的无线井下单元，其特征在于，所述可扩展设备设置在所述无线井下单元的一个端部。

14.一种井下系统，所述井下系统包括一具有套管的井和根据权利要求1-13中的任一项所述的无线井下单元。