БЕСПРОВОДНЫЙ СКВАЖИННЫЙ МОДУЛЬ Российский патент 2016 года по МПК E21B23/10 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к беспроводному скважинному модулю, конфигурированному для опускания внутри скважины в обсадную трубу, имеющую внутреннюю стенку и внутренний диаметр. Упомянутый беспроводный скважинный модуль содержит электродвигатель, насос и приводные средства для обеспечения перемещения беспроводного скважинного модуля внутри обсадной трубы, а также по меньшей мере один батарейный блок. Настоящее изобретение дополнительно относится к скважинной системе.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В процессе добычи нефти может появиться необходимость в выполнении профилактических работ в скважине или в открытии эксплуатационной скважины. Подобные скважинные работы известны как вмешательство в скважину. Расположенная внутри скважины эксплуатационная обсадная колонна в верхнем конце закрыта оборудованием устья скважины. Упомянутое оборудование устья скважины может быть размещено на берегу, на установке для бурения нефтяных скважин, или на морском дне.

Для того чтобы опустить некоторый инструмент в скважину или поднять его из скважины и обеспечить инструмент электроэнергией, инструмент у верхней части присоединяют к кабелю, который подают через оборудование устья скважины. Для того чтобы изолировать скважину во время выполнения данной операции с использованием инструмента, кабель проходит через секцию закачки смазки под высоким давлением и уплотнительные элементы, обеспечивающие уплотнение вокруг упомянутого кабеля.

Для изоляции кабеля, по мере ее прохождения через упомянутую секцию закачки смазки под высоким давлением, смазку под высоким давлением закачивают в окружающее кольцевое пространство для создания динамической изоляции под давлением, которая поддерживается во время упомянутой операции за счет введения большего количества смазки по мере надобности. Небольшая утечка смазки считается нормальным явлением, и упомянутое добавление свежей смазки позволяет сохранить плотность упомянутой изоляции на эффективном уровне. Таким образом, во время операции вмешательства наблюдаются утечки смазки из упомянутой секции закачки смазки в море, что не является желательным для окружающей среды. Вследствие возрастающей заботе об окружающей среде существует потребность в техническом решении, являющемся более безопасным для окружающей среды.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью данного изобретения является полное или частичное устранение вышеуказанных недостатков предшествующего уровня техники. Более конкретно, целью данного изобретения является создание улучшенного беспроводного инструмента для работы в скважине без использования кабеля или подобной линии электропитания.

Вышеуказанные цели вместе с различными другими целями, преимуществами и свойствами, которые будут очевидны из нижеследующего описания, достигаются техническим решением в соответствии с данным изобретением посредством беспроводного скважинного модуля, конфигурированного для опускания внутри скважины в обсадную трубу, имеющую внутреннюю стенку и внутренний диаметр, и содержащего:

- электродвигатель,

- насос,

- приводные средства для обеспечения возможности перемещения модуля внутри обсадной трубы,

- по меньшей мере один батарейный блок, содержащий по меньшей мере одну батарею, питающую электродвигатель, приводящий в действие насос, приводящий в действие приводные средства для перемещения модуля вдоль внутренней стенки обсадной трубы,

причем упомянутый модуль содержит расширяемое устройство, имеющее центральную часть и выполненное с возможностью расширения от первого диаметра до второго диаметра, причем упомянутое расширяемое устройство имеет в центральной части отверстие, и турбину (105), выполненную сообщающейся с упомянутым отверстием с возможностью передачи текучей среды для перезарядки упомянутой батареи.

В одном варианте осуществления часть упомянутой турбины может быть расположена в упомянутом отверстии.

Упомянутая турбина может содержать крыльчатку, сообщающуюся с упомянутым отверстием с возможностью передачи текучей среды для перезарядки упомянутой батареи.

Кроме того, упомянутая турбина может содержать пропеллер, сообщающийся с упомянутым отверстием с возможностью передачи текучей среды для перезарядки упомянутой батареи.

Также упомянутая турбина может содержать генератор, приводимый во вращение валом, соединенным с крыльчаткой или пропеллером турбины.

Помимо этого упомянутая турбина может содержать зубчатую передачу, расположенную между упомянутым генератором и валом.

В одном варианте осуществления батарейный блок может содержать множество батарей и батарейный держатель для удержания упомянутых батарей.

Батарея может быть перезаряжаемой.

Помимо этого упомянутая батарея может быть литиевой батареей.

Дополнительно упомянутая батарея может быть батареей высокого напряжения по меньшей мере в 3 В.

Кроме того, упомянутый батарейный держатель может быть выполнен из жаропрочного материала.

Упомянутый держатель, выполненный из жаропрочного материала, гарантирует сохранение его формы, несмотря на высокие давление и температуру среды, окружающей упомянутый скважинный модуль, предотвращая тем самым потерю электрического контакта батарей с инструментом, если держатель изменяет форму. Упомянутый держатель также обеспечивает защиту батарей от воздействия этих высоких температуры и давления. Использование батарей высокого напряжения усиливает меры предосторожности, относящиеся к безопасности.

Упомянутый жаропрочный материал может быть полиамидом или полиэфирэфиркетоном (ПЭЭК).

Кроме того, упомянутый батарейный блок может содержать батарейный корпус, окружающий батарейный держатель батарей и образующий между ними продольный отсек (пространство), в котором упомянутые батареи могут быть расположены и соединены последовательно с одновременным удержанием на месте.

Посредством расположения в батарейном держателе упомянутые батареи прочно удерживаются на месте во время толчков, обеспечивая тем самым возможность для использования батарей высокого напряжения в скважинном инструменте.

Упомянутый батарейный корпус может содержать открываемую панель для введения батарей в батарейный блок.

Кроме того, батарейный блок может содержать соединение перезарядки для выполнения перезарядки батарей.

Упомянутое соединение перезарядки может содержать блок индуктивной связи, примыкающий к блоку индуктивной связи, расположенному в скважине, например в оборудовании устья скважины или в смазочном устройстве, для перезарядки и/или передачи и приема данных к беспроводному скважинному модулю и от него.

В одном варианте осуществления упомянутые батареи в упомянутом батарейном держателе могут быть расположены рядами.

Расположение батарей рядами обеспечивает возможность для использования большего количества обычных батарей и повышает безопасность вследствие того, что при взрыве одной батареи только один ряд батарей будет выведен из строя, однако батареи в других рядах все еще могут работать и питать беспроводный модуль.

Дополнительно приводными средствами могут быть колеса.

Помимо этого упомянутый второй диаметр может быть меньше внутреннего диаметра обсадной трубы, что образует зазор между расширяемым устройством и обсадной трубой.

Упомянутый зазор может быть равен 0,1-10 см, предпочтительно 1-5 см.

Кроме того, упомянутое расширяемое устройство может сужаться от второго диаметра в направлении центра.

Помимо этого турбина может быть расположена в упомянутом отверстии для перезарядки упомянутой батареи.

Кроме того, упомянутое расширяемое устройство может иметь форму парашюта или зонтика.

Дополнительно упомянутое расширяемое устройство может быть расположено на одном конце упомянутого модуля.

Помимо этого упомянутое расширяемое устройство может быть расположено ниже по потоку от двигателя и может быть выполнено из полимерного материала.

Кроме того, упомянутое устройство может содержать упрочняющий элемент, причем упомянутый упрочняющий элемент может быть сеткой.

Упомянутое устройство может содержать ребра для сохранения его формы в расширенном состоянии.

Помимо этого данное изобретение относится к скважинной системе, содержащей скважину, имеющую обсадную трубу, и вышеописанный беспроводный скважинный модуль.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже приведено более подробное описание данного изобретения и его многочисленных преимуществ со ссылкой на сопроводительные схематические чертежи, которые с иллюстративной целью показывают некоторые не ограничительные варианты осуществления, и на которых

Фиг.1 показывает беспроводный скважинный модуль,

Фиг.2 показывает батарейный блок,

Фиг.3 показывает другой вариант осуществления батарейного блока,

Фиг.4 показывает еще один вариант осуществления беспроводного скважинного модуля с расширяемым устройством в его расширенном состоянии,

Фиг.5 показывает вариант осуществления, показанный на фиг.4, в его нерасширенном состоянии,

Фиг.6 показывает еще один вариант осуществления беспроводного скважинного модуля,

Фиг.7 показывает вариант осуществления, показанный на фиг.4, в его расширенном состоянии,

Фиг.8 показывает беспроводный скважинный модуль в скважине.

Все чертежи являются весьма схематическими и не обязательно выполнены в масштабе, при этом они иллюстрируют только те части, которые необходимы для объяснения данного изобретения, поэтому другие части пропущены или просто подразумеваются.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1 показывает беспроводный скважинный модуль 1, 100, расположенный в обсадной трубе 3 в забое скважины 2. Беспроводный скважинный модуль 1, 100 содержит приводной модуль 15, содержащий приводные средства 7 в форме колес, перемещающихся вдоль внутренней стенки 4 обсадной трубы 3. Беспроводный скважинный модуль 1, 100 обычно используется для приведения в действие рабочего инструмента в скважине 2 для выполнения некоторой операции, например, такой как открытие муфты, измерение температуры и/или давления скважинной текучей среды, каротаж состояния обсадной трубы в отношении протечек и т.д. Соответственно, беспроводный скважинный модуль 1, 100 может быть присоединен к рабочим инструментам в широком диапазоне, а иногда и к нескольким инструментам одновременно.

Для обеспечения собственного продвижения вдоль стенки обсадной трубы упомянутый беспроводной скважинный модуль 1, 100 содержит колеса, которые приводятся во вращение насосом 6, приводимым в действие электродвигателем 5. Беспроводный скважинный модуль 1, 100 содержит батарейный блок 8 для питания электродвигателя 5, содержащий множество батарей. Батарейный блок 8 расположен в той части упомянутого модуля 1, 100, которая находится ближе всего к оборудованию 110 устья скважины, как показано на фиг.8. Из-за расположения батарейного блока 8 и, соответственно, батарей в крайнем от центра конце, расположенном ближе всего к верхней части скважины 2, можно легко выполнять перезарядку или замену батарей просто посредством доступа в оборудование устья скважины.

Батареи расположены рядами внутри корпуса, окружающего батарейный держатель 10, как обозначено пунктирными линиями на фиг.1. Как показано на фиг.2, упомянутый держатель снабжен углублениями, соответствующими по форме батареям, расположенным рядами и соединенным последовательно. Упомянутый держатель выполнен из прочного материала, удерживающего упомянутые батареи на месте с одновременной их защитой во время передвижений. Упомянутый держатель может быть выполнен из любого прочного материала. Окруженный корпусом держатель создает возможность для использования литиевых батарей, несмотря на то, что этот тип батарей обычно не подходит для использования в забое скважины из-за наличия высоких температуры и давления в скважине. Литиевые батареи обычно в два раза эффективнее других батарей, что увеличивает промежуток времени нахождения беспроводного модуля в скважине до его подъема с целью перезарядки его батарей или их замены. Кроме того, прочный держатель создает возможность для использования батарей высокого напряжения с номиналом по меньшей мере 3 В, предпочтительно по меньшей мере 5 В, предпочтительнее 10 В. При использовании батарей высокого напряжения могут быть выполнены операции, для которых требуется больше энергии.

Упомянутый батарейный держатель 10 выполнен из жаропрочного материала, повышающего защиту батарей в блоке 8. Упомянутый корпус также может быть выполнен из жаропрочного материала, защищающего батареи от воздействия высоких температуры и давления среды, окружающей упомянутый блок 8. Использование батарей высокого напряжения усиливает меры предосторожности, относящиеся к безопасности. Жаропрочный материал может быть полиамидом или полиэфирэфиркетоном (ПЭЭК).

Как можно видеть на фиг.2, упомянутый держатель имеет три удлиненных углубления, в которых расположены соединенные последовательно батареи. Батареи вставлены в держатель с одного конца батарейного блока и могут быть легко заменены, когда модуль используется для выполнения какой-либо операции в забое скважины. Расположение батарей рядами обеспечивает возможность для использования большего количества обычных батарей и повышения безопасности, вследствие того, что при взрыве одной батареи только один ряд батарей будет выведен из строя, однако батареи в других рядах все еще могут работать и обеспечивать питанием беспроводный модуль.

На фиг.2 показано, что батарейный блок 8 содержит панель 12, которая облегчает замену батарей без необходимости в отсоединение конца батарейного блока 8, как показано на фиг.3. На фиг.3 показан батарейный блок 8, содержащий соединение 13 перезарядки для выполнения перезарядки батарей, когда они еще находятся в скважине. Упомянутое соединение 13 перезарядки содержит модуль индуктивной связи, примыкающий к модулю индуктивной связи, расположенному в скважине 2, например в оборудовании устья скважины или в смазочном устройстве, для перезарядки и/или передачи и приема данных к беспроводному скважинному модулю и от него.

Другой способ перезарядки батарей показан на фиг.4, где беспроводный скважинный модуль 1, 100 содержит расширяемое устройство 101, выполненное с возможностью расширяться от первого диаметра D₁ до второго диаметра D₂. Когда упомянутое расширяемое устройство находится в расширенном состоянии, то между устройством 101 и обсадной трубой 3 образуется зазор 103, как показано на фиг.7. Затем, за счет открытия клапана в оборудовании устья скважины, текучая среда из формации получает возможность для прохождения, при этом вследствие расширения упомянутое устройство 101 препятствует свободному прохождению текучей среды под высоким давлением из формации мимо упомянутого модуля 1, 100. Расширяемое устройство 101 имеет в центральной части 102 отверстие 104. На валу 112 приводимой во вращение пропеллером турбины 105 в отверстии 104 расположен пропеллер 106, и из-за препятствия для прохождения текучей среды мимо расширяемого устройства 101 текучая среда вынуждена проходить через отверстие 104. Во время прохождения через отверстие 104 текучая среда заставляет пропеллер 106 и упомянутый вал совершать вращение и тем самым обеспечивать перезарядку батарей с помощью расположенного в турбине генератора 114, который преобразует вращательную энергию вала в электроэнергию. Упомянутый зазор между расширяемым устройством 101 и обсадной трубой 3 равен 0,1-10 см, предпочтительно 0,5-8 см, предпочтительнее 2-5 см. После перезарядки батарей клапан снова закрывают.

Расширяемое устройство 101 сужается (по форме) от второго диаметра в направлении центра для того, чтобы направлять текучую среду в отверстие 104. Расширяемое устройство 101 может складываться наподобие зонтика или парашюта, как показано на фиг.5

На фиг.6 показано, что для перезарядки батареи 9 вместо упомянутого пропеллера в упомянутом отверстии расположена крыльчатка 111 турбины 105. Крыльчатка 111 приводится в действие текучей средой, которая проходит через упомянутое отверстие, и приводит в действие генератор 114 в турбине 105 посредством вала 112 для преобразования вращательной энергии в электроэнергию с целью перезарядки упомянутых батарей. Расширяемое устройство 101 расположено на одном конце модуля ниже по потоку от батареи 9 и ближе всего к верхней части скважины или оборудованию 110 устья скважины. Расширяемое устройство выполнено из полимерного материала, армированного встроенной сеткой, или упрочненного ребрами 107, обеспечивающими сохранение формы упомянутого устройства в расширенном состоянии.

В другом варианте осуществления расширяемое устройство 101 не имеет отверстия, или же пропеллер 106 или турбина 105 могут быть застопорены так, что текучая среда больше не сможет проходить через центр расширяемого устройства 101. В этом случае расширяемое устройство 101 может использоваться для перемещения беспроводного модуля вверх в скважине посредством текучей среды под давлением из формации. Таким образом, беспроводный скважинный модуль 1, 100 может подниматься вверх при полностью разряженных батареях за счет раскрытого расширяемого устройства 101.

Расширяемое устройство 101 может быть выполнено таким способом, который обуславливает вращение турбины 105 или пропеллера 106, однако при этом беспроводный скважинный модуль 1, 100 все же может подниматься вверх под воздействием давления текучей среды из формации. Таким образом, обеспечивается перезарядка упомянутого модуля 1, 100 и, когда клапан закрывают и прохождение текучей среды прекращается, беспроводной скважинный модуль 1, 100 может втягивать свои приводные средства и перемещаться вниз под действием силы тяжести.

Под текучей средой или скважинной текучей средой понимается любой тип текучей среды, который может присутствовать в забое нефтяных или газовых скважин, например природный газ, буровой раствор на нефтяной основе, сырая нефть, вода и т.д. Под газом понимается любой тип состава газа, присутствующего в скважине, завершенной или не закрепленной обсадными трубами, а под нефтью понимается любой тип состава нефти, например сырая нефть, содержащая нефть текучая среда и т.д. Газ, нефть и содержащие воду текучие среды могут, соответственно, все содержать другие элементы или вещества, отличные от газа, нефти и/или воды.

Под обсадной трубой понимается любой тип трубы, трубопровода, трубчатого элемента, обсадной трубы, обсадной колонны и т.д., которые используют в скважине при добыче нефти или природного газа.

В том случае, когда инструмент не является полностью погружаемым в обсадную трубу, то возможно использование скважинного тягача для продвижения инструмента на всем пути до места установки в скважине. Скважинный тягач является любым видом приводного оборудования, способного продвигать инструмент в скважину или вытягивать его из скважины, например, таким как устройство, зарегистрированное под торговым знаком Well Tractor® (Скважинный тягач®).

Несмотря на то что изобретение было описано выше в отношении предпочтительных вариантов осуществления данного изобретения, специалисту в данной области техники будет понятно, что возможно внесение различных модификаций без выхода за рамки объема данного изобретения, определяемого нижеследующей формулой изобретения.

Группа изобретений относится к беспроводному скважинному модулю и скважинной системе, содержащей его. Модуль конфигурирован для опускания внутри скважины в обсадную трубу, имеющую внутреннюю стенку и внутренний диаметр. Беспроводный скважинный модуль содержит электродвигатель, насос и приводные средства для обеспечения перемещения беспроводного скважинного модуля внутри обсадной трубы, а также по меньшей мере один батарейный блок. Причем модуль содержит расширяемое устройство, имеющее центральную часть и выполненное с возможностью расширения от первого диаметра до второго. Причем расширяемое устройство имеет отверстие в центральной части и турбину, выполненную сообщающейся с упомянутым отверстием с возможностью передачи текучей среды для перезарядки батареи. Технический результат заключается в повышении эффективности беспроводного скважинного модуля. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Беспроводный скважинный модуль (1, 100), конфигурированный для опускания внутри скважины (2) в обсадную трубу (3), имеющую внутреннюю стенку (4) и внутренний диаметр (D_C), содержащий:
- электродвигатель (5),
- насос (6),
- приводные средства (7) для обеспечения возможности перемещения беспроводного скважинного модуля внутри обсадной трубы,
- по меньшей мере один батарейный блок (8), содержащий по меньшей мере одну батарею (9), питающую электродвигатель, приводящий в действие насос, приводящий в действие приводные средства для перемещения упомянутого модуля вдоль внутренней стенки обсадной трубы,
причем упомянутый модуль содержит расширяемое устройство (101), имеющее центральную часть (102) и выполненное с возможностью расширения от первого диаметра (D₁) до второго диаметра (D₂), причем упомянутое расширяемое устройство имеет отверстие (104) в центральной части и турбину (105), выполненную сообщающейся с упомянутым отверстием с возможностью передачи текучей среды для перезарядки упомянутой батареи.

2. Беспроводный скважинный модуль по п.1, в котором упомянутый батарейный блок содержит множество батарей и батарейный держатель (10) для удержания батарей.

3. Беспроводный скважинный модуль по любому из пп.1 или 2, в котором упомянутая батарея является перезаряжаемой.

4. Беспроводный скважинный модуль по любому из пп.1 или 2, в котором упомянутая батарея является литиевой батареей.

5. Беспроводный скважинный модуль по любому из пп.1 или 2, в котором упомянутая батарея является батареей высокого напряжения по меньшей мере в 3 В.

6. Беспроводный скважинный модуль по любому из пп.1 или 2, в котором упомянутый батарейный держатель выполнен из жаропрочного материала.

7. Беспроводный скважинный модуль по п.6, в котором упомянутый жаропрочный материал является полиамидом или полиэфирэфиркетоном.

8. Беспроводный скважинный модуль по любому из пп.1, 2 или 7, в котором упомянутый батарейный блок содержит батарейный корпус (11), окружающий упомянутый батарейный держатель с образованием между ними продольного отсека, в котором упомянутые батареи могут быть расположены и соединены последовательно с одновременным удержанием их на месте.

9. Беспроводный скважинный модуль по любому из пп.1, 2 или 7, в котором упомянутые батареи расположены рядами в упомянутом батарейном держателе.

10. Беспроводный скважинный модуль по любому из пп.1, 2 или 7, в котором упомянутые приводные средства являются колесами.

11. Беспроводный скважинный модуль по п.1, в котором упомянутый второй диаметр меньше внутреннего диаметра обсадной трубы, что образует зазор (103) между упомянутым расширяемым устройством и обсадной трубой.

12. Беспроводный скважинный модуль по п.11, в котором упомянутое расширяемое устройство сужается от упомянутого второго диаметра в направлении центра.

13. Беспроводный скважинный модуль по любому из пп.11 или 12, в котором упомянутое расширяемое устройство имеет форму парашюта или зонтика.

14. Беспроводный скважинный модуль по любому из пп.11 или 12, в котором упомянутое расширяемое устройство расположено на одном конце модуля.

15. Скважинная система, содержащая скважину, имеющую обсадную трубу, и беспроводный скважинный модуль по любому из предыдущих пунктов.