專利名稱：無(wú)線井下單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)線井下單元，所述無(wú)線井下單元用于被降到井的套管中，所述套管具有內(nèi)壁和內(nèi)徑。所述無(wú)線井下單元包括:電機(jī)；泵；驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置使得所述無(wú)線井下單元在所述套管中移動(dòng)；以及至少一個(gè)蓄電池組。本發(fā)明還涉及一種井下系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在油生產(chǎn)期間，可能有必要在油井中執(zhí)行維護(hù)作業(yè)或者開采一個(gè)生產(chǎn)油井。這種油井作業(yè)已知為修井作業(yè)。生產(chǎn)套管設(shè)置在油井內(nèi)部，并且在其上端被井口裝置閉合。該井口裝置被放置在岸上，或者鉆井平臺(tái)上，或者放置在海床上。為了將工具降到油井中或者提升到油井之外并且向所述工具供電，所述工具在其頂部連接有一電纜，所述電纜經(jīng)由井口裝置而供給。為了在使用工具執(zhí)行作業(yè)的同時(shí)密封油井，電纜穿過(guò)一高壓油脂注入部分和用于在電纜周圍密封的密封元件。為了在電纜經(jīng)過(guò)油脂注入部分時(shí)在所述電纜周圍密封，高壓油脂被泵送到周圍的環(huán)形空間中以產(chǎn)生耐壓密閉的動(dòng)態(tài)密封，該動(dòng)態(tài)密封在作業(yè)期間通過(guò)按照需要注入更多的油脂得以維持。輕微的油脂泄漏是正常的，添加新鮮油脂能夠?qū)⒚芊獾囊恢滦员３衷谟行У乃健＿@樣，油脂在修井作業(yè)期間從油脂注入部分泄漏到大海中，從環(huán)境保護(hù)角度考慮，這是不期望的。由于現(xiàn)在環(huán)境保護(hù)意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，存在對(duì)環(huán)境更加友好的解決方案的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是完全或者部分地克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)和缺陷。更具體地，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的無(wú)線單元，該無(wú)線單元用于在不使用測(cè)井電纜或類似的供電電纜的情況下在油井中進(jìn)行作業(yè)。從以下的說(shuō)明中將變得顯而易見的上述目的，以及大量的其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的解決方案而完成，其中本發(fā)明涉及一種無(wú)線井下單元，所述無(wú)線井下單元用于被降到井的套管中，所述套管具有內(nèi)壁和內(nèi)徑，所述無(wú)線井下單元包括:-電機(jī)，-泵，-驅(qū)動(dòng)裝置，其使得所述無(wú)線井下單元在所述套管中移動(dòng)，-至少一個(gè)蓄電池組，其包括至少一個(gè)用于向所述電機(jī)供電的蓄電池，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述泵從而驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)裝置以沿著所述套管的內(nèi)壁移動(dòng)所述單元，其中，所述單元包括可擴(kuò)展設(shè)備，所述可擴(kuò)展設(shè)備具有中心部且可從第一直徑擴(kuò)展到第二直徑，所述可擴(kuò)展設(shè)備具有位于所述中心部的孔口，一渦輪機(jī)設(shè)置成與所述孔口流體連接以用于對(duì)蓄電池再充電。在一個(gè)實(shí)施例中，所述渦輪機(jī)的一部分可設(shè)置在所述孔口中。

所述渦輪機(jī)可包括葉輪，所述葉輪設(shè)置成與所述孔口流體連接以用于對(duì)所述蓄電池再充電。
此外，所述渦輪機(jī)可包括螺旋槳，所述螺旋槳設(shè)置成與所述孔口流體連接以用于對(duì)所述蓄電池再充電。此外，所述渦輪機(jī)可包括發(fā)電機(jī)，通過(guò)與所述渦輪機(jī)的葉輪或者螺旋槳連接的軸來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)該發(fā)電機(jī)。此外，所述渦輪機(jī)可以包括設(shè)置在所述發(fā)電機(jī)和所述軸之間的傳動(dòng)裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，所述蓄電池組可包括多個(gè)蓄電池和一用于保持所述蓄電池的蓄電池保持件。所述蓄電池可以再充電。此外，所述蓄電池可以是鋰蓄電池。另外，所述蓄電池可以是標(biāo)稱電壓至少3V的高壓蓄電池。 此外，所述蓄電池保持件可以由耐熱材料制成。保持件由耐熱材料制成確保盡管所述井下單元周圍的高壓和高溫仍能夠維持其形狀，從而防止當(dāng)所述保持件形狀改變時(shí)所述蓄電池與所述工具的電連接松動(dòng)。所述保持件也保護(hù)所述蓄電池免受該高溫和高壓的影響。使用高壓蓄電池改善了安全方面的預(yù)防措施。

所述耐熱材料是聚酰胺或聚醚醚酮。所述蓄電池組還可包括蓄電池殼體，所述蓄電池殼體包圍所述蓄電池保持件，在所述蓄電池殼體和所述蓄電池保持件之間形成一縱向間隙，蓄電池設(shè)置在該縱向間隙中并在保持就位的同時(shí)串聯(lián)地連接。通過(guò)將蓄電池容納在蓄電池保持件中，在顛簸前行期間能夠?qū)⑺鲂铍姵乩喂痰乇３志臀?，從而允許在井下工具中使用高壓蓄電池。所述蓄電池殼體可包括可打開平板以用于將蓄電池插入到所述蓄電池組中。此外，所述蓄電池組可包括用于對(duì)所述蓄電池再充電的再充電連接件。所述再充電連接件可包括與井中(例如，井口裝置中或者潤(rùn)滑器中)的感應(yīng)器單元/引入單元毗鄰的感應(yīng)單元/引入單元，以用于再充電和/或向無(wú)線井下單元發(fā)送數(shù)據(jù)或者從無(wú)線井下單元接收數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以將蓄電池成排地設(shè)置在所述蓄電池保持件中。蓄電池的成排布置允許使用較多的傳統(tǒng)蓄電池，并且如果一個(gè)蓄電池爆炸的話，只有一排蓄電池將被損壞，而其他排的蓄電池依舊能夠工作并且向無(wú)線單元供電，所以基于以上的事實(shí)能夠提高安全性。 另外，所述驅(qū)動(dòng)裝置可以是輪子。此外，所述第二直徑比所述套管的內(nèi)徑小，從而在所述可擴(kuò)展設(shè)備和所述套管之間形成間隙。所述間隙可以是0.1-lOcm，優(yōu)選地是l_5cm。另外，所述可擴(kuò)展設(shè)備可從第二直徑逐漸向所述中心部逐漸變尖。此外，所述渦輪機(jī)可設(shè)置在所述孔口中以用于對(duì)所述蓄電池再充電。此外，所述可擴(kuò)展設(shè)備可采用降落傘或者雨傘的形式。另外，所述可擴(kuò)展設(shè)備可以設(shè)置在所述單元的一端部。此外，所述可擴(kuò)展設(shè)備可設(shè)置在馬達(dá)/電機(jī)的下游，并且可以由聚合物制成。
此外，所述可擴(kuò)展設(shè)備可包括加強(qiáng)件，所述加強(qiáng)件可以是格柵。所述可擴(kuò)展設(shè)備可包括用于在所述可擴(kuò)展設(shè)備的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)下保持其形狀的肋。本發(fā)明還涉及一種井下系統(tǒng)，所述井下系統(tǒng)包括具有一套管的井和如上所述的無(wú)線井下單元。


以下將參考示意附圖更加詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明及其許多優(yōu)點(diǎn)，為了說(shuō)明，附圖示出了一些非限制性的實(shí)施例，其中:圖1示出了無(wú)線井下單元，圖2示出了蓄電池組，圖3示出了蓄電池組的另一實(shí)施例，圖4示出了帶有處于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)下的可擴(kuò)展設(shè)備的無(wú)線井下單元的另一實(shí)施例，圖5示出了圖4中的處于其未擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)下的無(wú)線井下單元的實(shí)施例，圖6示出了無(wú)線井下單元的另一實(shí)施例，圖7示出了圖4中的處于其擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)下的無(wú)線井下單元的實(shí)施例，以及圖8示出了井中的無(wú)線井下單元。所有的附圖都是高度示意的，并不一定按比例繪制，并且它們只示出了為了解釋本發(fā)明所必需的那些部分，·其他部分被省略了或僅僅給予暗示。
具體實(shí)施例方式圖1示出了設(shè)置在井下油井2中的套管3內(nèi)部的無(wú)線井下單元1、100。無(wú)線井下單元1、100包括驅(qū)動(dòng)單元15,該驅(qū)動(dòng)單元15具有輪子形式的且沿著套管3的內(nèi)壁4行走的驅(qū)動(dòng)裝置7。無(wú)線井下單元1、100典型地用于將操作工具帶入到油井2中以進(jìn)行作業(yè)，諸如打開套筒、測(cè)量油井流體的溫度和/或壓力、測(cè)錄套管的泄漏情況等。無(wú)線井下單元1、100因此連接到各種各樣的操作工具上，以及有時(shí)同時(shí)連接到幾個(gè)工具上。為了沿著套管壁推進(jìn)無(wú)線井下單元1、100，該無(wú)線井下單元1、100包括能夠由被電機(jī)5所驅(qū)動(dòng)的泵6驅(qū)動(dòng)的輪子。無(wú)線井下單元1、100包括用于向電機(jī)5供電的且包括多個(gè)蓄電池的蓄電池組8。如圖8所示，蓄電池組8設(shè)置在無(wú)線井下單元1、100的最靠近井口裝置110的部分中。通過(guò)將蓄電池組8以及因此蓄電池放置在最靠近油井2的頂端的最外端，僅通過(guò)進(jìn)入到井口裝置中就能夠容易地對(duì)蓄電池再充電或者更換蓄電池。如圖1的虛線所示，在包圍蓄電池保持件10的殼體中，成排地設(shè)置蓄電池。如圖2所示，保持件形成有與成排設(shè)置且串聯(lián)連接的蓄電池的形狀相對(duì)應(yīng)的槽部。保持件由固體(實(shí)心/結(jié)實(shí))材料制成，所述保持件保持蓄電池就位，同時(shí)在移動(dòng)期間保護(hù)該蓄電池。保持件能夠由任何固體材料制成。保持件被殼體包圍使得可以使用鋰蓄電池，雖然這些由于井中的較高溫度和壓強(qiáng)通常不適于在井下使用。通常鋰蓄電池的效率是其他蓄電池的效率的2倍，這延長(zhǎng)了無(wú)線單元在不得不提升以對(duì)其蓄電池再充電或更換之前保持在油井中的時(shí)間。此外，固體保持件使得可以使用至少3V，優(yōu)選地至少5V，更優(yōu)選地IOV的高壓蓄電池。通過(guò)使用高壓蓄電池，能夠執(zhí)行功率需求更大的作業(yè)。蓄電池保持件10由耐熱材料制成，因而改善對(duì)蓄電池組8中的蓄電池的保護(hù)。殼體也可以由耐熱材料制成，從而保護(hù)蓄電池免受蓄電池組8周圍的高溫和高壓的影響。使用高壓蓄電池改善了安全方面的預(yù)防措施。耐熱材料可以是聚酰胺或聚醚醚酮。如圖2所示，保持件具有三個(gè)細(xì)長(zhǎng)形的槽部，蓄電池布置在該槽部中串聯(lián)連接。蓄電池從蓄電池組的一端插入到保持件中，并且當(dāng)所述單元已經(jīng)被用于執(zhí)行井下作業(yè)時(shí)，能夠容易地更換蓄電池。蓄電池的成排布置使得能夠使用較多的傳統(tǒng)蓄電池，并且如果一個(gè)蓄電池爆炸的話，只有一排蓄電池將被損壞，而其他排的蓄電池依舊能夠工作并且向無(wú)線單元供電，所以基于以上的事實(shí)提高安全性。在圖2中，蓄電池組8包括平板12，該平板12有助于更換蓄電池，而不必拆卸蓄電池組8的端部，如圖3所示。圖3示出了蓄電池組8，該蓄電池組8包括用于在其仍處于油井中時(shí)給蓄電池再充電的再充電連接件13。再充電連接件13包括與油井2中(例如，井口裝置中或者潤(rùn)滑器中)的引入單元毗鄰/對(duì)接的引入單元，以用于再充電和/或向無(wú)線井下單元發(fā)送數(shù)據(jù)或者從無(wú)線井下單元接收數(shù)據(jù)。在圖4中示出了對(duì)蓄電池再充電的另一種方式，其中無(wú)線井下單元1、100包括可以從第一直徑D1擴(kuò)展到第二直徑D2的可擴(kuò)展設(shè)備101。如圖7所示，當(dāng)可擴(kuò)展設(shè)備處于其擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)時(shí)，在設(shè)備101和套管3之間形成間隙103。然后通過(guò)打開井口裝置中的閥門能夠使地層流體流動(dòng)，由于可擴(kuò)展設(shè)備101，防止來(lái)自于地層的高壓流體自由地流過(guò)無(wú)線井下單元1、100。可擴(kuò)展設(shè)備101具有中心部102和位于中心部102的孔口 104。螺旋槳帶動(dòng)的渦輪機(jī)105的螺旋槳106在孔口 104中設(shè)置在渦輪機(jī)105的軸112上，被防止流經(jīng)可擴(kuò)展設(shè)備101的流體被迫流經(jīng)孔口 104。當(dāng)流體流經(jīng)孔口 104時(shí)，流體迫使螺旋槳106和軸102轉(zhuǎn)動(dòng)，且因此經(jīng)由渦輪機(jī)中的發(fā)電機(jī)114對(duì)蓄電池再充電，其中發(fā)電機(jī)114將軸的轉(zhuǎn)動(dòng)勢(shì)能轉(zhuǎn)換為電能。可擴(kuò)展設(shè)備101和套管3之間的間隙是0.1至10cm，優(yōu)選地是0.5至8cm，更優(yōu)選地是2-5cm。當(dāng)蓄電池已經(jīng)被再充電之后，再次關(guān)閉閥門?？蓴U(kuò)展設(shè)備101從第二直徑朝向中心部逐漸變尖，以將流體引導(dǎo)到孔口 104中。如圖5所示，可擴(kuò)展設(shè)備101是像雨傘或降落傘一樣可折疊的。在圖6中，渦輪機(jī)105的葉輪111而不是螺旋槳設(shè)置在孔口中，以用于向蓄電池9再充電。葉輪111由流體驅(qū)動(dòng)，該流體迫流經(jīng)孔口并經(jīng)由軸112驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)105中的發(fā)電機(jī)114以將轉(zhuǎn)動(dòng)勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能以用于向蓄電池再充電?？蓴U(kuò)展設(shè)備101設(shè)置在所述單元的位于蓄電池9下游并且最靠近油井的頂部或者井口裝置110的一端?？蓴U(kuò)展設(shè)備由聚合物制成，該聚合物被嵌入的格柵或者肋107增強(qiáng)以用于將在設(shè)備的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)下保持其形狀。在另一實(shí)施例中，可擴(kuò)展設(shè)備101不具有孔口，或者螺旋槳106或者渦輪機(jī)105可停止從而使得流體不再流經(jīng)可擴(kuò)展設(shè)備101的中心部?？蓴U(kuò)展設(shè)備101然后可用于借助于來(lái)自地層的加壓流體在油井中向上移動(dòng)無(wú)線單元。由此，在蓄電池中沒有剩余電能的情況下，無(wú)線井下單元1、100能夠通過(guò)將可擴(kuò)展設(shè)備101折起而上升?？蓴U(kuò)展設(shè)備101可設(shè)計(jì)成使得:促使渦輪機(jī)105或者螺旋槳106轉(zhuǎn)動(dòng)，但是通過(guò)來(lái)自于地層流體的壓力而依舊使無(wú)線井下單元1、100被迫向上。由此，對(duì)無(wú)線井下單元1、100被再充電，并且當(dāng)閥門已經(jīng)被關(guān)閉并且流體停止流動(dòng)時(shí)，無(wú)線井下單元1、100能夠縮回其驅(qū)動(dòng)裝置并且由于重力向下移動(dòng)。 流體或者井流體指的是任意類型的可存在于井下的油井或者氣井中的流體，諸如天然氣、油、油基泥漿、原油、水等。氣體指的是任意類型的在油井、完井或者裸井中存在的氣體成分，油指的是任意類型的油成分，諸如原油、含油流體等。氣體、油以及水流體各因此都可包含除氣體、油和/或水之外的其他元素或物質(zhì)。套管指的是用在井下的與油或天然氣生產(chǎn)有關(guān)的任意類型的管道、管子、管狀體、襯管、柱體等。 在工具沒有全部沒入套管的情況下，井下牽引器可用于在井中將工具推至正確位置。井下牽引器是任意類型的能夠在井下井中推進(jìn)或牽拉工具的驅(qū)動(dòng)工具，諸如Well Tractor 。雖然以上已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但是對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離由下述的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的情況下明顯可以想到多種修改。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線井下單元(1，100)，所述無(wú)線井下單元適用于被降到井(2)的套管(3)中，所述套管(3)具有內(nèi)壁(4)和內(nèi)徑(D。)，所述無(wú)線井下單元包括: -電機(jī)(5), -泵(6), -驅(qū)動(dòng)裝置(7)，其使得所述無(wú)線井下單元在所述套管中移動(dòng)， -至少一個(gè)蓄電池組(8)，其包括用于向所述電機(jī)供電的至少一個(gè)蓄電池(9)，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述泵從而驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)裝置以沿著所述套管的內(nèi)壁移動(dòng)所述單元， 其中，所述單元包括可擴(kuò)展設(shè)備(101 )，所述可擴(kuò)展設(shè)備具有中心部(102)且能夠從第一直徑(D1)擴(kuò)展到第二直徑(D2)，所述可擴(kuò)展設(shè)備具有位于所述中心部的孔口(104)，一渦輪機(jī)(105 )設(shè)置成與所述孔口流體連接以用于對(duì)所述蓄電池再充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線井下單元，其特征在于，所述蓄電池組包括多個(gè)蓄電池和一用于保持所述蓄電池的蓄電池保持件(10 )。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線井下單元，其特征在于，所述蓄電池是可再充電的。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線井下單元，其特征在于，所述蓄電池是鋰蓄電池。
5.根據(jù)前述 權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線井下單元，其特征在于，所述蓄電池是至少3V的高壓蓄電池。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線井下單元，其特征在于，所述蓄電池保持件由耐熱材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)線井下單元，其特征在于，所述耐熱材料是聚酰胺或聚醚醚酮。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線井下單元，其特征在于，所述蓄電池組包括蓄電池殼體(11 )，所述蓄電池殼體包圍所述蓄電池保持件，在所述蓄電池殼體和所述蓄電池保持件之間形成一縱向間隙，所述蓄電池能夠被設(shè)置在該縱向間隙中并在被保持就位的同時(shí)串聯(lián)連接。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線井下單元，其特征在于，所述蓄電池成排地設(shè)置在所述蓄電池保持件中。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線井下單元，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置是輪子。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線井下單元，其特征在于，所述第二直徑比所述套管的內(nèi)徑小，在所述可擴(kuò)展設(shè)備和所述套管之間形成間隙(103)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的無(wú)線井下單元，其特征在于，所述間隙是0.1至10cm。
13.根據(jù)權(quán)利要求11至12中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線井下單元，其特征在于，所述可擴(kuò)展設(shè)備從所述第二直徑朝向所述中心部逐漸變尖。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線井下單元，其特征在于，所述可擴(kuò)展設(shè)備形成為降落傘形狀或者雨傘形狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線井下單元，其特征在于，所述可擴(kuò)展設(shè)備設(shè)置在所述無(wú)線井下單元的一個(gè)端部。
16.一種井下系統(tǒng)，所述井下系統(tǒng)包括一具有套管的井和根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線井下單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無(wú)線井下單元(1)，所述無(wú)線井下單元適用于被降到井(2)的套管(3)中，所述套管(3)具有內(nèi)壁(4)和內(nèi)徑(Dc)。所述無(wú)線井下單元包括電機(jī)(5)；泵(6)；驅(qū)動(dòng)裝置(7)，其使得所述無(wú)線井下單元在所述套管中移動(dòng)；以及至少一個(gè)蓄電池組(8)。本發(fā)明還涉及一種井下系統(tǒng)。
文檔編號(hào)E21B41/00GK103237954SQ201180056259
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者J·哈倫德貝克, J·O·拉爾森 申請(qǐng)人:韋爾泰克有限公司