CN104541018A - 涡轮驱动的井下系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在井的井下执行操作的井下系统。该系统包括用于在所述井中引导流体的细长管柱(3)；用于驱动轴(8)的由所述流体驱动的涡轮(7)；由所述涡轮借助于所述轴驱动的发电机(9)；流体驱动的驱动部段(5)，其包括由通过所述轴供给的流体驱动的泵(6)，以用于在井中向前推进所述流体驱动的驱动部段和管柱；以及电驱动的驱动部段(10)，其包括由发电机(9)供给动力的电动马达(11)，以用于在井中向前推进驱动部段和管柱，其中，所述流体驱动的驱动部段(5)布置在所述发电机(9)和所述电驱动的驱动部段(10)之间。

Description

涡轮驱动的井下系统

技术领域

本发明涉及一种用于在井的井下执行操作的井下系统，包括用于在井中引导流体的细长的管柱。

背景技术

烃井通常具有一个以上的分支或从主井眼发散出的横支。横支可能再有横支并且具有不同的长度。当完成一具有长的横支的井眼时，用酸处理该井眼以使含烃流体流动和启动生产。为了在横支中进行酸处理，卷绕管被向下推动通过井眼或带套管的孔进入横支内。然而，当从地面向下推卷绕管时，其倾向于在移动到比主井眼更水平的横支内时卷曲，并且卷绕管在某处卡在横支中。因此横支不会制成其实际可以钻出的长度，因为后期酸和服务设备不能进入这么长的横支的末端部分，因为已知的设备不能进入直径这么小的横支。

发明内容

本发明的目的是完全或部分地克服现有技术的上述缺点和不足。更具体地，本发明的目的是提供能够通过管柱来服务长的横支的改进的井下系统。

将从以下描述中变得明显的上述目的连同许多其他目的、优点和特征通过根据本发明的解决方案实现，本发明涉及用于在井的井下执行操作的井下系统，该系统包括：

-用于在井中引导流体的细长的管柱，

-由流体驱动的用于驱动轴的涡轮，

-由涡轮借助于所述轴驱动的发电机，以及

-流体驱动的驱动部段，其包括由通过轴供给的流体驱动的泵，以用于在井中向前推进所述流体驱动的驱动部段和所述管柱，

其中，所述系统还包括电驱动的驱动部段，其包括由发电机供给动力的电动马达，以用于在井中向前推进所述驱动部段和所述管柱，所述流体驱动的驱动部段设置在所述发电机和所述电驱动的驱动部段之间。

在一个实施例中，所述泵可以由涡轮的轴驱动。

此外，细长的管柱可以是卷绕管。

此外，驱动部段的外径可以小于7英寸，优选小于6英寸，并且更优选小于5英寸。

此外，管柱的长度可以是至少5km，优选至少7km，更优选至少9km，甚至更优选至少10km。

此外，发电机和电动马达可以通过穿过流体驱动的驱动部段延伸的电连接部电连接。

此外，来自管柱的流体可通过穿过涡轮和发电机延伸的流体通道被供给至流体驱动的驱动部段的泵。

此外，压力控制阀可布置在流体通道中，以用于减少流到流体驱动的驱动部段的泵的流体。

此外，分流阀可布置在流体通道中，以用于将供给到通道的流体分流到涡轮。

此外，驱动部段可包括接触井的内表面的推进单元，以用于在井中向前推进驱动部段。

此外，推进单元可以是非液压驱动的单元并且由电动马达驱动。

此外，推进单元可以是接触井的内表面的轮子。

在一个实施例中，每一个轮子可以布置在可突出的轮臂上。

此外，流体驱动的驱动部段的轮臂可以从部段壳体沿第一方向突出，并且电驱动的驱动部段的轮臂可以沿大致垂直于所述第一方向的第二方向突出。

此外，电动马达可以驱动所述电驱动的驱动部段的轮子。

此外，电驱动的驱动部段的每个推进单元可以包括由发电机供给动力的电动马达。

此外，电驱动的驱动部段可以包括由电动马达驱动的泵，以用于在井中向前驱动所述电驱动的驱动部段。

井下系统还可包括通过发电机经布置成最接近所述管柱的另一电驱动的驱动部段中的电连接部驱动的第二电驱动的驱动部段。

在一个实施例中，布置成最接近所述管柱的电驱动的驱动部段可包括泵，以用于驱动液压驱动的推进单元。

此外，第二电驱动的驱动部段可包括推进单元，该推进单元是非液压驱动的单元。

在另一实施例中，第二电驱动的驱动部段的每个推进单元可以包括由发电机供给动力的电动马达。

此外，电驱动的驱动部段可以包括可再充电的电池。

井下系统还可包括分流器，以用于从管柱分流至少一部分流体到井内。

在此可以在管柱已经被完全拉入非常长的横支之后通过开始从地面向管柱中泵送酸化合物而对井进行酸处理。

在一个实施例中，分流器可布置在用于在井中分散流体、例如化学反应物的分散单元中。

该化学反应物可以是含酸或含碱的流体。

井下系统还可以包括膨胀单元，以用于在进行刺激操作或用含酸或含碱流体处理井时保护所述驱动部段。

此外，井下系统可包括分离单元，以用于使所述驱动部段与管柱分离。

在一个实施例中，分离单元可以被包括在分散单元中。

此外，井下系统可以包括全部由发电机供给动力的若干电驱动的驱动部段。

此外，井下系统可以包括由轴驱动的若干发电机。

最后，本发明涉及一种用于通过上述的井下系统对长的横支执行酸处理的刺激方法，该方法包括以下步骤：

-将涡轮与管柱连接，

-将发电机与涡轮连接，

-将流体驱动的驱动部段与涡轮连接，

-将电驱动的驱动部段与流体驱动的驱动部段连接，使得电力从发电机传导到电驱动的驱动部段，

-将加压流体供给到管柱内，

-借助于驱动部段将管柱拉到横支内，并且

-沿管柱向下将具有酸浓度的流体供给到井下系统中的出口，从而用酸来处理所述横支。

附图说明

下面将参考附图更详细地描述本发明及其许多优点，其中出于说明的目的显示一些非限制性的实施例，并且在附图中

图1示出了根据本发明的井下系统，

图2示出了根据本发明的井下系统的侧视图，

图3示出了根据本发明的另一井下系统的侧视图，

图4示出了根据图1的井下系统的侧视图，

图5示出了井下系统的另一实施例的侧视图，

图6示出了在图4中示出的流体驱动的驱动部段的剖视图，

图7示出了另一井下系统的侧视图，

图8示出了又一井下系统的侧视图，

图9示出了再一井下系统在其收缩位置的侧视图，和

图10示出了处于其膨胀和分离位置的井下系统。

所有附图都是高度示意性的并且不一定按比例绘制，并且它们仅示出那些用于阐明本发明的必要部分，其它部分被省略或仅建议。

具体实施方式

图1示出了烃井2，其具有从主井眼12发散出的横支。在长的横支13之一中，管柱3——也被称为卷绕管——正在由两个驱动部段5、10拉入横支13的更水平的部分中，所述两个驱动部段是流体驱动的驱动部段5和电驱动的驱动部段10。驱动部段5、10在横支的套管15内推进其自身以及管柱。驱动部段5、10与所述管柱的端部14相连，该端部距离处于地面或海底的井的顶部的井口30最远。当通过沿着井向下推动管柱使其进入长的横支时，管柱会在某点——也称为“卷绕管挂住点”——卷曲，这将导致管柱卡住。通过将驱动部段布置在所述管柱的前方，管柱的端部被向前拉而防止管柱卷曲和卡住，并且管柱由此被超过所述挂住点进一步拉入横支。

当今，横支被制成使操作和服务设备能够沿着横支的整个长度操作和服务那样长。一旦操作设备能够进一步进入地面，井眼和横支可以制成更长。横支具有基本上小于主井眼的直径，这限制了设备和服务工具的直径，并且因此限制了能够进入长的横支的特别是最末端和最小的部分的设备和工具的类型。在一个井能够生产之前，它经受酸处理。为了使酸也处理到横支的最末端部分、即最远离主井眼的部分，供给酸的管柱需要被拉到几乎直达横支的末端。如果不这样做，管柱会卷曲，这将造成不能对整个横支进行酸处理，从而阻碍其生产烃。因此，能够在窄的、长的横支中拉动管柱的牵引工具需要自身提供动力，因为它们不能通过来自地面的线缆充分提供动力。

因此，在驱动部段5、10和管柱3之间，涡轮7与管柱相连并且由通过管柱从井的顶部供给的高压流体驱动。涡轮7驱动发电机9，而通过流体驱动的驱动部段5向电驱动的驱动部段10供给动力。当驱动部段进入横支的端部或最末端部分时，横支直径大大降低，这意味着该驱动部段的直径需要同样小。因此，在第一流体驱动的驱动部段中没有空间用于将流体供给到第二驱动部段，因此，第二驱动部段需要被电驱动，因为电可以通过流体驱动的驱动部段被传导到相邻的电驱动的驱动部段10。

电驱动的驱动部段10包括轮子形式的推进单元18，并且每个轮子包括用于转动该轮子和在井中向前推进驱动单元及管柱的电动马达。因此，电驱动的驱动部段包括非液压驱动的推进单元，其由发电机9通过控制装置25直接驱动。井下系统可以包括依次布置的若干电驱动的驱动部段并且全部由发电机驱动，如图9和10所示。

电驱动的驱动部段10的推进单元18也可以是旋转单元36，轨道37围绕该旋转单元布置，如图3所示。每个轨道具有一个旋转单元18，其包括驱动轨道37或带、进而在井中向前推进所述驱动部段的电动马达11。

如图4所示，流体驱动的驱动部段5包括泵6。泵6由涡轮的旋转轴驱动或通过贯穿涡轮7和发电机9的流体通道16供给到泵的流体来驱动。电驱动的驱动部段10包括由发电机供给动力的电动马达11，以用于提供电驱动的驱动部段10的推进运动。第二驱动部段的推进单元由布置在驱动部段之间的马达11驱动，所述马达驱动一泵，该泵驱动在第二驱动部段10的每个轮子中驱动液压马达的内部独立液压系统。

在图4中，一部分高压流体驱动涡轮7并进而驱动发电机9，发电机向电驱动的驱动部段10的马达供给动力，一部分流体驱动所述流体驱动的驱动部段5的泵6。因此，当管柱被自推进的驱动部段拉入长的横支13时(如图1所示)，管柱3中的流体向一个或多个驱动部段供给动力。因此，来自管柱的流体用于在横支中向前驱动管柱，并且管柱中的流体同时和/或随后用于执行操作。管柱因此能够进入甚至更长和狭窄的横支，例如大于2km长和具有小于7英寸的套管或井眼内径的横支。

为了在井中向前或向后推进驱动部段和管柱，驱动部段包括推进单元18，如轮子39，用于在井中接触套管或井眼的内表面，如图2、4-5和7-10所示。轮子39布置在从驱动部段5、10的壳体20突出的可突出的轮臂19上。

在图5中，流体驱动的驱动部段的轮臂从部段壳体沿第一方向21突出，并且电驱动的驱动部段的轮臂沿大致垂直于所述第一方向的第二方向22突出。所述轮子通过可突出的轮臂受压而与套管或井眼的内表面接触，以用于在井中向前推进驱动部段。

流体驱动的驱动部段的轮子由于每个轮子都包括液压马达23而转动。流体驱动的驱动部段5的全部液压马达23都由泵6驱动。

图5示出的电驱动的驱动部段的轮子也由包含在电驱动的驱动部段中的泵24驱动，该泵通过电动马达驱动并且驱动每个轮子39中的液压马达23。

在图2和7中，电驱动的驱动部段10的轮子39均包括由发电机9供给动力的电动马达11。如图7所示，电驱动的驱动部段10可以包括控制装置25和可再充电的电池26。可再充电的电池26可以在管柱被向下推至井的没有管柱卷曲和卡住的危险的第一部分内时充电，以及当管柱进入井的最末端部分时，电驱动的驱动部段10被激活以将管柱的端部拉入横支内。

发电机9发电以用于为布置在电驱动的驱动部段中的电动马达供给动力。发电机和电动马达通过穿过流体驱动的驱动部段5延伸的电连接部17电连接，如图6所示。

在图4中，压力控制阀28布置在流体通道16中，以用于减少通向流体驱动的驱动部段的泵的流体。这样，不需要从地面精确控制加压流体的压力以避免损坏泵的部件。如果该流体的压力过高，为了防止损坏涡轮和发电机的部件，分流器29布置成与涡轮连接，以用于使供给到涡轮的至少一部分流体通过出口33分流排出并进入井下系统周围的井内，如图5所示。

如图7所示，分流阀31布置在流体通道中，以用于将供给到所述通道的流体分流到涡轮，并且因此，如果通道中的流体压力过高，则允许更多的流体通过涡轮。

当管柱3已经被完全拉入长的横支内并且将执行酸处理操作时，具有高酸浓度的流体通过管柱向下供给。当执行这种类型的操作时，井下系统可以包括分流器29，如图5所示，用于将至少一部分来自管柱的流体分流至井内，从而不需要分离驱动部段以使所述流体排出所述管以执行井的酸处理或酸化。分流器29布置在用于在井中分散通过管柱3供给到化学分散单元的化学反应物例如酸的分散单元32中。

在图2中，分散单元32包括球座40，其通过沿着管柱向下降落一球41以移动所述座和使流体通向出口33而被激励。球座中的球使通向涡轮的流体通道关闭。

图7示出了包括流体驱动的驱动部段和电驱动的驱动部段两者的井下系统。该井下系统还包括布置在驱动部段前方和最远离管柱的操作工具。当管柱已经被拉到井中的特定位置时，管柱中的加压流体中的大量动力可用于通过涡轮和发电机产生动力以驱动操作工具。

图2和7中所示的操作工具38可以是任何一种工具，例如坐放工具、释放工具、冲击工具、钥匙工具、测井工具等。由于管柱中的加压流体中的大量动力，测井工具可以在管柱被向下拉入井内时操作而不减弱驱动部段的推进速度。

图9中所示的井下系统包括膨胀单元35。膨胀单元35膨胀以在执行刺激操作、例如用含酸或含碱流体处理该井时保护所述驱动部段。膨胀单元35可以是能通过高压流体膨胀的任何一种封隔器。膨胀单元35例如通过将具有一尺寸的球降落到流体内以使球座从允许流体通向涡轮的位置移动到使流体通向膨胀单元的第二位置而膨胀。在膨胀单元膨胀后，第二且较大的球降落，使球座移动到使流体通向井中的第三位置。

井下系统还可包括布置在所述分散单元32内的分离单元43，其用于使驱动部段与管柱分离，如图9所示。每个驱动部段都包括电池26和控制装置25，使得当所述驱动部段与管柱分离时和当例如酸处理已经执行时，所述驱动部段能够将自身推出井外。

管柱的分离可在第二球降落和球座被移动到管柱与驱动部段分离的第二位置并因此允许流体进入井内时发生。

当膨胀单元已经膨胀并且驱动部段已经与管柱分离时，如图10所示，管柱可被向后拉，并且可以启动刺激操作，如酸处理。

代替具有膨胀单元35的是，已分离的管柱可被进一步向后拉以防止在例如执行酸处理时破坏驱动部段。

定时器可以用于使膨胀单元收缩和激励驱动部段以将自身推出井外。

电驱动的驱动部段的电动马达还可以驱动传动系统，该传动系统驱动所述推进单元18或带，以及因此一个电动马达能够驱动若干推进单元或甚至所有推进单元。

当井下系统包括第二电驱动的驱动部段时，该电驱动的驱动部段由发电机通过位于布置成最接近管柱的另一电驱动的驱动部段中的电连接部17驱动。因此，可以在管柱上安装大量电驱动的驱动部段以用于在井中向前拉动管柱。

在另一实施例中，布置成最接近管柱的电驱动的驱动部段可包括用于驱动液压驱动的推进单元的泵，其中每个液压驱动的推进单元都包括液压马达23。

因此，由发电机供给动力的电驱动的驱动部段可以在每个轮子中包括电动马达或在每个轮子中包括液压马达，液压马达由泵驱动，该泵由来自发电机的电力驱动。

在两个驱动部段、例如一个流体驱动的驱动部段和一个电驱动的驱动部段不能将管柱完全拉入横支内的情况下，井下系统可以包括全部由发电机供给动力的若干电驱动的驱动部段，如图8所示。井下系统还可以包括由涡轮的输出轴8驱动的若干发电机，以获得更多的用于拉动管柱的动力。

为了进行井的横支的酸处理或其它流体刺激，例如除垢操作，井下系统通过使涡轮与管柱相连和使发电机与涡轮相连来安装，使得发电机由输出轴8驱动。然后，流体驱动的驱动部段与涡轮相连，使得流体通道16与所述流体驱动的驱动部段的泵6相连，并且然后电驱动的驱动部段与流体驱动的驱动部段相连，使得电通过流体驱动的驱动部段从发电机传导至电驱动的驱动部段。加压流体被沿着管柱向下供给至涡轮和流体通道。这样，管柱通过流体驱动的驱动部段借助于加压流体以及通过电驱动的驱动部段借助于涡轮、发电机和电动马达被直接拉入横支。当管柱就位以进行酸处理或其它刺激操作时，具有特定成分例如酸或碱浓度的流体、或含有酶的流体通过管柱向下供给至井下系统中的出口33以用于用酸来处理横支。

井下系统可以包括用于将流体例如酸或碱分散到横支内的分散单元32。该分散单元还可以包括阀，该阀倾斜以使所述单元在加压的含酸流体通过阀进入时转动。

能够包含在长的横支中的驱动部段可以具有小于5英寸的外径和更优选地小于4英寸的外径。长的横支是指长度至少4km，更优选地长度至少5km，更优选地长度至少7km的横支、分支或分岔。

流体或井流体是指存在于油井或气井井下的任何类型的流体，如天然气、油、油基泥浆、原油、水，或者化学成分，如酸化合物。气体是指存在于井、完井或裸井中的任何类型的气体组分，并且油是指任何类型的油组分，例如原油、含油流体等。气体、油和水流体可因此均分别包括除气体、油和/或水之外的其它元素或物质。

套管是指井下使用的与油或天然气生产有关的任何类型的管、管道、管结构、衬管、管柱等。

驱动部段可以是井下牵引器或能够在井下推动或拉动工具的任何类型的驱动工具，例如Well

尽管上面已经结合本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但在不背离如下面的权利要求所限定的本发明的情况下可想到的若干变型对本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (14)

1.一种用于在井的井眼(2)中执行操作的井下系统(1)，该系统包括：

-用于在井中引导流体(4)的细长的管柱(3)，

-由流体驱动的用于驱动轴(8)的涡轮(7)，

-由涡轮借助于所述轴驱动的发电机(9)，以及

-流体驱动的驱动部段(5)，其包括由通过轴供给的流体驱动的泵(6)，以用于在井中向前推进所述流体驱动的驱动部段和所述管柱，

其中，所述系统还包括电驱动的驱动部段(10)，其包括由发电机供给动力的电动马达(11)，以用于在所述井中向前推进所述驱动部段和所述管柱，所述流体驱动的驱动部段设置在所述发电机和所述电驱动的驱动部段之间。

2.根据权利要求1所述的井下系统，其中，所述发电机和所述电动马达通过延伸穿过所述流体驱动的驱动部段的电连接部(17)电连接。

3.根据权利要求1或2所述的井下系统，其中，来自所述管柱的流体通过延伸穿过所述涡轮和所述发电机的流体通道(16)供给至所述流体驱动的驱动部段的泵。

4.根据前述权利要求中任一项所述的井下系统，其中，所述驱动部段包括接触井的内表面(27)的推进单元(18)，以用于在井中向前推进所述驱动部段。

5.根据权利要求4所述的井下系统，其中，所述推进单元是非液压驱动的单元并且由所述电动马达驱动。

6.根据权利要求4或5所述的井下系统，其中，所述推进单元是接触井的内表面(27)的轮子(39)。

7.根据权利要求6所述的井下系统，其中，每个轮子都布置在可突出的轮臂(19)上。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的井下系统，其中，所述电驱动的驱动部段的每个推进单元包括由所述发电机供给动力的电动马达(11)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的井下系统，其中，所述电驱动的驱动部段包括由所述电动马达驱动的泵(24)，以用于在井中向前驱动所述电驱动的驱动部段。

10.根据前述权利要求中任一项所述的井下系统，其中，所述电驱动的驱动部段包括可再充电的电池(26)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的井下系统，其还包括用于从管柱分流至少一部分流体到井内的分流器(29)。

12.根据权利要求11所述的井下系统，其中，所述分流器布置在用于在井中分散流体、例如化学反应物的分散单元中。

13.根据前述权利要求中任一项所述的井下系统，其还包括用于在进行刺激操作或用含酸或含碱流体处理井时保护所述驱动部段的膨胀单元(35)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的井下系统，其还包括用于使所述驱动部段与管柱分离的分离单元。