專利名稱：具有感應(yīng)耦合的動(dòng)力和信號(hào)傳輸裝置的井的制作方法
具有感應(yīng)耦合的動(dòng)力和信號(hào)傳輸裝置的井
技賴域
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)烴的運(yùn)轉(zhuǎn)著的井的信號(hào)和動(dòng)力傳輸。 背景狀
當(dāng)從井中生產(chǎn)烴時(shí)，優(yōu)選的是了解關(guān)于井是:H可生產(chǎn)的物理^IL物理參 數(shù)可以在井口測(cè)量，但是特別優(yōu)選的是育t^井中進(jìn)行測(cè)量，^^在井的生產(chǎn) 區(qū)域中進(jìn)行測(cè)量。
壓力是我們特別感興趣的，許多雞的物理^lt也是^ft^感興趣的，比如 溫度、成#;絲。另外，主^^可育^:把需要來自地面的動(dòng)力和信號(hào)的閥、 絲雞設(shè)^^v井內(nèi)。
在公開的專利US6，644，403 B2中描述了用于在生產(chǎn)井中測(cè)量物理lM故的方 法和裝置。在井內(nèi)，在生產(chǎn)管和夕h^轉(zhuǎn)(casing)之間的環(huán)&E， 一個(gè)半妙 器i5X在環(huán)空中， 一個(gè)半^a器i^在生產(chǎn)管中。環(huán)空中的半變壓器用纜線電 連接到井的地面。生產(chǎn)管內(nèi)的半變壓器與外側(cè)半變壓器感應(yīng)耦合，并連接到設(shè) 置在生產(chǎn)錄內(nèi)的至少一*感器、用于絲能量的元件和電路。位于環(huán)空中
的設(shè)^^I^C久性安裝的，而位于生產(chǎn)^r內(nèi)的設(shè)備可以通過輕型井維護(hù)作業(yè)更
換，比M艦索辦。因此，按照US6，644，403 B2的發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于允i朽殳 M生產(chǎn)套管內(nèi)的設(shè)^^換，而不需要在井中進(jìn)行復(fù)雜的操怍，
^J^Hf的專利US6，515，592 Bl中描述了將至少一個(gè)電信號(hào)傳iiUiJ井中的至 少一個(gè)井下裝置或從井中的至少一個(gè)井下裝置傳送至少一個(gè)電信號(hào)的不同的方 法和裝置。井下^^裝的^i^Mc久'性安^通it^面上的i^^到^f的電源， 電流帔引^^套管內(nèi)， 一個(gè)或若干如1c久的井下裝置電連接到套管，并且使用與 #f的電連接來為井下^X提供動(dòng)力。井下裝置也可以蹄號(hào)^^U'J^4^f, 信號(hào)可通it^T被引到位于地面的用于^^儲(chǔ)^ff號(hào)的接收單元，轉(zhuǎn)的最 靠近地面的上部與下部電l^,并M面單itJ，J下部iU直接或感應(yīng)電連接，
在套管中該i了^^口，并且下部務(wù)奮利用具有一個(gè)主線圏的電綴^M^接，
連接到井下裝置的一個(gè)副線圏與主線圏感應(yīng)概^。在一個(gè)實(shí)施例中，效食fe^信號(hào)通過內(nèi)管向下傳輸^^卜管返回。通過^^)不同的頻率和/或定址，動(dòng)力和 信號(hào)被傳i^'沐久性iti的井下裝置并從M送。該專利中沒有描述內(nèi)生產(chǎn)管 的感應(yīng)耦合，沒有描述內(nèi)管內(nèi)部的測(cè)量裝置，也沒有描述井的上端在外管和內(nèi) 管之間的敏珞，除了通過一個(gè)位于地面的^A器/信號(hào)單元以外。
在公開的專利申請(qǐng)US2004/0144530A1中，描述了鐵磁電抗供給包封裝置， 并將其應(yīng)用于油井中，其中當(dāng)交流電通過內(nèi)管時(shí)，在電^^給包封裝置上產(chǎn)生 電壓降，從而得到效能和信號(hào)，用于井內(nèi)的裝置及傳感器的驅(qū)動(dòng)和連通。電抗 供給包封裝置，即所謂的節(jié)流器，儲(chǔ)收動(dòng)力，并且由具有高的相對(duì)磁導(dǎo)率的
材^^成，例力4目對(duì)磁導(dǎo)率在iooo到150000范圍內(nèi)，例i—j^^i^r或鐵
氧體。節(jié)流器與內(nèi)管電,，并且其作用是在管內(nèi)提供對(duì)交流電流的電抗PL^。
地面上的動(dòng)力^ft號(hào)源并不與井感應(yīng)耦合。
在^Hf的專利US6，684，952 B2中描述了一種方法和一個(gè)裝置，通過感應(yīng)耦 合裝置，提供了從一個(gè)井下組件到務(wù)他的井下組件的電力和信號(hào)逸逸。使用了 同心并排的主、副線圈，通過電幾A^面連接到靠近設(shè)備的主線圏，用于測(cè)量 和/錄制，更^^地說，描述了通it^用感應(yīng)M^來穿過襯管/轉(zhuǎn)壁饋通動(dòng)力 和電信號(hào)，而不需要電引4。
需要對(duì)上面扉iJ的賄技;iU^ff^—步研發(fā)，以便實(shí)賄井內(nèi)不^^長(zhǎng)電 纜，并對(duì)可肯^t位于生產(chǎn)管內(nèi)部的傳感器和^Mt感設(shè)備進(jìn)行更換。特別需 要可用于井內(nèi)的才棘，這些井^4面Jiii過懸掛所述管的懸掛器在生產(chǎn)管和套 管之間M，并JLitit/斤述管之間的封隔器向下i^V井內(nèi)M^，而且特別A^) 于連接至比^#隔器在井內(nèi)更往下的區(qū)域《^^殳備。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足以上需求，本發(fā)明提^""種用于生產(chǎn)烴的井，包括鉆碰下的井 孑L緊固在井孑逸上的^f 、 M面向下朝舍烴區(qū)^4伸iiA^f內(nèi)的生產(chǎn)管、 在井上端的地面上的懸掛器，其中懸掛器懸a^生產(chǎn)管和^f并且使生產(chǎn)管和
套管電敏洛，以;ME井下端或接近井下端^生產(chǎn)管和^f之間的環(huán)空中密封
iM并電鄉(xiāng)的封隔器，^#棘于，井還包括圍觸產(chǎn)管同心SU的主線
圍、圍M產(chǎn)管同心i置的副線團(tuán)、連接到副線圏的負(fù)載以;s產(chǎn)接到主線圏的
交流電J^器/信號(hào)單元。
按服l明的井通it^懸掛器^l"隔器處將生產(chǎn)管和^f連接在""^而形成閉合電路，所述管在懸掛器^"隔恭t間是電g的。術(shù)語"套管"^旨電* 的襯管的部分，因此電路能^##。即^f樹于長(zhǎng)的井，電^^"有低電F^M員耗，
通常為1-10歐姆，i^fx^發(fā)明的扭^^t^f艮重要。不辦岡，例如13V。Cr鋼的 生產(chǎn)管和^f在損耗方面比所謂的碳鋼更M,生產(chǎn)管通常由13%Cr不辦岡制 備。
封隔nm^生產(chǎn)管和^f之間的環(huán)空中在高于含烴區(qū)域的高度處密剖設(shè)
置并電敏洛，以it^泄漏的導(dǎo)電流^A封隔器上方的環(huán)空內(nèi)。
負(fù)載M包括呈分開的變壓器形式的感應(yīng)饋it^置，具有iSXj^生產(chǎn)管外 的夕卜部部^可拆地iU在生產(chǎn)管內(nèi)的內(nèi)部部分，具有^M^斤述內(nèi)部部分到可拆
地iM在生產(chǎn)管內(nèi)的傳感器或設(shè)備的連接。在一^N^的實(shí)施例中，負(fù)載i^
在封隔器下方，與從負(fù)載朝向副線圏穿ii^隔^t^的電綴連接。因此，只有 負(fù)^il負(fù)載中i^:的元件暴露于來自^"烴區(qū)域的;姚中。
按照本發(fā)明的井可以包括至少一個(gè)在井中比電^#隔器處于更下方的區(qū) 域，與從副線圈穿iW隔器向另外一個(gè)在所述區(qū)域圍繞生產(chǎn)管設(shè)置的主線圏的 電纜相連接，并且具有另外一個(gè)在所述區(qū)域圍繞生產(chǎn)管設(shè)置的副線圏，具有一 個(gè)連接到所述另外一個(gè)副線圏的負(fù)載。在所述區(qū)域的端部或靠近所述區(qū)域的端
部處，設(shè)#生產(chǎn)管和#^之間有一^i^封隔器或另一^Ni^。因此，實(shí)現(xiàn)
了否則將相對(duì)于井的^^分成為隔離盲區(qū)的區(qū)域的連接。
M為大約50Hz和50"250V的動(dòng)力信號(hào)^^A器/信號(hào)單;^輸，而 Mj^器/信號(hào)單ib^^l信號(hào)M為大約2(W0kHz和大約20V,線圏^^具 有i5X^生產(chǎn)管和"S^線圏之間的，芯，以增加磁場(chǎng)并從而改善與井的感應(yīng) 絲，
井M^^在懸桂器和與封隔IMu'司該i在生產(chǎn)管和^f之間的環(huán)空中的
電^^iL器，以^所述管之間M,
負(fù)栽可以包t個(gè)或多個(gè)另外的主線圏，電驅(qū)動(dòng)的節(jié)流器或調(diào)節(jié)閥(節(jié)流 閥)，用于測(cè)量壓力、溫度、多相、成分、流量、沐速的裝置，泵，馬達(dá)和地震
傳感器。易磨損組^^被可更換和可拆地"i5X^生產(chǎn)管內(nèi)部，負(fù)載也可以方
^L^^^N如呈電';i^L形式的動(dòng)力^1，用于編^/)Sw、定址、通ift^
制的電路，您i當(dāng)?shù)剡x^改變的已^i殳備。負(fù)栽可以皿與信號(hào)單itit訊，
并且可選#^與，的負(fù)iua訊，按照本發(fā)明的井M包絲干產(chǎn)烴區(qū)域，具有包4射M在各區(qū)域的^4^ 可調(diào)節(jié)流閥的負(fù)載。因此，才^^錄測(cè)量到的^^t，可以實(shí)iM"各產(chǎn)烴區(qū)J^ 產(chǎn)的控制。這些區(qū)域可以是井的常規(guī)電路的一部分，或者可以按照本發(fā)明連接。


本發(fā)明用3幅圖加以說明，其中 圖1是按照本發(fā)明的井的示意圖，
圖2顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，具有可通過輕型井維護(hù)作業(yè)更換的負(fù)載，
以及
圖3顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，具有通向若干區(qū)域的^5t通線，所述區(qū)域 由電^#隔#隔。 M實(shí)施方式
首先參考圖1，其顯示了包括生產(chǎn)管1和套管2的井，井口處的管懸掛于所 謂的懸掛器3上，該懸掛器3在生產(chǎn)管和M之間形成電短路。在井內(nèi)更下方 一點(diǎn)的位置顯示了封隔器4,其被密封和電短路地i^在生產(chǎn)管和套管之間的環(huán) 空中。在井的上部，環(huán)絲圍觸產(chǎn)管，iU了摘圈A，其用電鄉(xiāng)li^接到位 于井的地面上的動(dòng)力^A器/信號(hào)單元5。在井的內(nèi)部，在生產(chǎn)管周圍設(shè)置副線 圏B,其連接到負(fù)載6。在懸掛器3 M隔器4之間，通過才娥需^iM顯于 防止管之間^^的電^^JL器7，使生產(chǎn)管1和套管2電g。在懸桂器與封 隔恭之間，在生產(chǎn)管和^f之間的環(huán)空中，M充以不導(dǎo)電的流M介質(zhì)，例 如柴油，^7或在管的表面*電^^層.
動(dòng)力U器/信號(hào)單元5產(chǎn)生的交流電信" it引導(dǎo)通過線圏A,這產(chǎn)生與生 產(chǎn)管1的感應(yīng)M^，產(chǎn)生通過生產(chǎn)管1的交流電流，線圏B與生產(chǎn)管1感應(yīng)耦 合，這樣絲線團(tuán)B上產(chǎn)生了交流電壓，連接到負(fù)載6以便辦負(fù)載，這樣， 井形成一個(gè)閉合電路，因?yàn)橥ㄟ^封隔器4和懸掛器3，生產(chǎn)管與^f^，通過 ^動(dòng)力M器/信號(hào)單元5，向井^MH^iKt號(hào)^力，并iL^U^與負(fù)栽6 傳酵號(hào)樹力，其可以包含自己的動(dòng)力單元、電路和傳感器、馬絲細(xì)目 連的設(shè)備。從負(fù)栽6傳出的信"f^圍B^^ilU，J生產(chǎn)管l并用線團(tuán)A取出。
圖2顯示了可通過輕型井維護(hù)作業(yè)更換的負(fù)^i^r^i:的，更rR^，
線團(tuán)B連接到一個(gè)由兩個(gè)半^￡器組成的變壓器8，更^#^,環(huán)空中的半變 壓器8aiU為位于生產(chǎn)管上、圍觸產(chǎn)管或部^A^產(chǎn)管中，并且半^H器8b相對(duì)地iM在生產(chǎn)管1內(nèi)部。負(fù)載6 i^為與生產(chǎn)管內(nèi)部的半^i器8b連 接，并且它可以通過輕型井維護(hù)作業(yè)更換，即纜索操作、盤管作業(yè)或類似的操 作，而不需^出生產(chǎn)管。
進(jìn)一步^#考圖3,其顯示了裝l^Bpf^以被iU在井中不同區(qū)域的，這 些區(qū)域位于井中比(上部)電短i^封隔器4更下方。更^^地，在圖3中，這 些區(qū)^i過^U穿過(下部)封隔器4的電，線9 "-fe^別與另外的主、副 線圏A，、 B，、 A"和B"概^。這些區(qū)域例如可以是井分支中的產(chǎn)烴區(qū)域。
^ 的微已經(jīng)證明，合適的動(dòng)力傳,交流電信號(hào)為大約50Hz，并且 用于信號(hào)傳輸?shù)慕涣麟娦盘?hào)頻率可以適當(dāng)?shù)厥?0-30kHz。所自率可以不是 上述值或范圍。例如，動(dòng)力信號(hào)可以方便地為頻率在20 - 60Hz范圍內(nèi)的交流電。 信號(hào)M在更高的頻率被傳導(dǎo)，^^kHz范圍，以保"iiE^f言號(hào)傳輸充分的分 辨率，試驗(yàn)已經(jīng)證明，30kHz的輸出信號(hào)已^夠以10-15千比特/秒的速率 傳輸數(shù)據(jù)，it^于傳輸所需信號(hào)A^夠的。用于效能傳,外加電壓通常為50 -250V,而用于信號(hào)傳輸?shù)南Σ芳与奌it常是20V。夕卜加電^it常是每圈0.1-0.5A。通常的輸出效能為輸A^能的大約50。/0。 i^圏A可以是并^i^接的一 個(gè)或針個(gè)線圏，i^一樣的線圈，例如7-10m長(zhǎng)，因?yàn)榫哂懈嗬@圈的
更大線圏育y^供更好的傳輸，更多的或更大的芯也是同樣的。最M的是，主
線圏是多個(gè)帶有鐵氧體芯的相同線圏，這些線圖被并排iU且并^^接，辦 于制造、敘峰靈活性是很便利的。副線圏的實(shí)SUL是類似的，然而，可食K 寸比主線圏更小，并且具有較少的繞圏，iiA因?yàn)榭臻g因素而且也因?yàn)楦本€團(tuán) 不^ft輸大的效能。并^i^接的線團(tuán)是鎖相的，這樣它們共同作用。線圏通常 ^L^A聚合物中以保il^ill定性。長(zhǎng)的井增加的損耗可以通ii^加大的效能、 增加線圈中芯的數(shù)量以;sjM1 U的線圏或增加并排的相同并^i^接的線圍的 數(shù)量糊嘗。 實(shí)例
一個(gè)2000m長(zhǎng)的井要自上向下傳輸lkW。 "^ii明50%的^L率是實(shí)際可 行的。因此，紹圏上必須施加2kW. —個(gè)方便的主線圏大約8m長(zhǎng)，由80 ^Nf朝K殳置、并^i^接的相同線圏組泉，"^線團(tuán)*^大約250個(gè)0.21111112的銅 線繞團(tuán)。通ii/jfe主線團(tuán)Ji^P大約9.1A的220V、 50Hz交流電，將^M^線 團(tuán)的80個(gè)線圏的^h線圏Ji^25W， ^M^圏的80個(gè)線圍的每個(gè)線團(tuán)Ji^O.IA的電流。井的閉合電路，包括在井的頂端和底部g的生產(chǎn)管和套管，可 以被看作一個(gè)繞圈，并且因此如果忽略損耗，閉合電路的電壓和電流分別為 80x220/250 = 70.4￥和9.1x250 / 80 - 28.43A,然而，由于在生產(chǎn)管和套管中的 電卩"員耗，損耗是存在的，實(shí)際井的損m常為大約2歐姆。如果^J )與主線 圏相同的副線圏，并且忽8^員耗，在副線圏上可以得到220V和大約9,1A。必 須預(yù)想到一個(gè)2000m長(zhǎng)的井中的損耗為大約50%，因此在副線圖上可以得到的 只有一半效能，例如220V和455A。設(shè)備的優(yōu)化，特別是線圈的優(yōu)化，可以被 認(rèn)為能夠減少損耗。井可以被當(dāng)作兩個(gè)變壓器，其中生產(chǎn)管和套管形^i線圏 的次端和副線圈的主端。
線圏之間的轉(zhuǎn)換比、夕卜加電壓、電流、阻抗、負(fù)載稀率對(duì)效率來i)L^有 重要意義。然而，^t和組件可以擬艮寬的范圍內(nèi)選擇，只要?jiǎng)恿托盘?hào)傳輸 可以iiSiJ令A(yù)^意。例如，由于阻抗的增加，不同類型的負(fù)載和連接的負(fù)載的 狄范圍可負(fù)沐重要的影響。
權(quán)利要求
1、一種用于生產(chǎn)烴的井，包括鉆入地下的井孔；緊固在井孔壁上的套管；從地面向下朝含烴區(qū)域延伸進(jìn)入套管內(nèi)的生產(chǎn)管；在井上端的地面上的懸掛器，其中懸掛器懸掛著生產(chǎn)管和套管并且使生產(chǎn)管和套管電短路；以及在井下端或接近井下端處在生產(chǎn)管和套管之間的環(huán)空中密封設(shè)置并電短路的封隔器，其特征在于，井還包括圍繞生產(chǎn)管同心設(shè)置的主線圈；圍繞生產(chǎn)管同心設(shè)置的副線圈；連接到副線圈的負(fù)載；以及連接到主線圈的交流電發(fā)生器/信號(hào)單元。
2、 按照^5U'J要求1所述的井，##棘于，封隔器在生產(chǎn)管和錄之間的 環(huán)空中在高于含烴區(qū)域的高M(jìn)密^H殳置并電^^。
3、 按照^'溪求1所述的井，^##于，負(fù)載包括呈*的^!￡器形式 的感應(yīng)饋ii^置，具有"iU在生產(chǎn)管外的外部部^可拆地i^在生產(chǎn)管內(nèi)的 內(nèi)部部分，具有A^斤述內(nèi)部部分到可拆地i^L生產(chǎn)管內(nèi)的傳感器或設(shè)備的連 接。
4、 按照W涹求1所述的井，^#絲于，負(fù)載^I^封隔器下方，與從 副線圏朝向負(fù)載穿ii^隔^^l的電妾1^接。
5、 按照W'漆求1所述的井，^#絲于，該井包括至少一個(gè)在井中比電 Mi^封隔器處于更下方的區(qū)域，與從副線圏穿過紂隔器向另外一個(gè)在所述區(qū)域 圍繞生產(chǎn)管設(shè)置的主線圏M的電綴湘連接，并且財(cái)另外一個(gè)在所述區(qū)域圍 觸產(chǎn)管i^的副線圍，財(cái)一^H^接到所述另夕卜一個(gè)副線團(tuán)的負(fù)栽，
6、 ^fe照;M'J^"求l所述的井，^#4于，大約50Hz和5(K250V的動(dòng)力 信號(hào)MitA器/信號(hào)單;^輸，而A^^器/信號(hào)單;^,信號(hào)為2(W0kHz和 大約20V,
7、 按照;M'決求1所述的井，^#棘于，電^^JL器"&I^L生產(chǎn)管和 懸桂器與封隔恭t間的^f之間的環(huán)空中，以i^所述管之間,。
8、 按辨擬慎求1所述的井，絲絲于，線圏具有作為套筒i5X^生產(chǎn) 管和^線團(tuán)之間的4^^。
9、 按照權(quán)利要求1所述的井，其特征在于，負(fù)載包f個(gè)或多個(gè)另外的主 線圏；電驅(qū)動(dòng)的節(jié)流器(節(jié)流閥)；用于測(cè)量壓力、溫度、多相、成分、流量、 流速的儀表;泵；馬達(dá)和地震傳感器。
10、 按照權(quán)利要求1所述的井，其特征在于，該井包括多個(gè)產(chǎn)烴區(qū)域，具 有包括設(shè)置在各區(qū)域的儀表和可調(diào)節(jié)流閥的負(fù)載。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)烴的井，包括鉆入地下的井孔、緊固在井孔壁上的套管、從地面向下朝含烴區(qū)域延伸進(jìn)入套管內(nèi)的生產(chǎn)管、在井上端的地面上的懸掛器，其中懸掛器懸掛著生產(chǎn)管和套管并且使生產(chǎn)管和套管電短路，以及在井下端或接近井下端處在生產(chǎn)管和套管之間的環(huán)空中密封設(shè)置并電短路的封隔器，其特征在于，井還包括圍繞生產(chǎn)管同心設(shè)置的主線圈、圍繞生產(chǎn)管同心設(shè)置的副線圈、連接到副線圈的負(fù)載以及連接到主線圈的交流電發(fā)生器/信號(hào)單元。
文檔編號(hào)E21B47/12GK101287888SQ200680023424
公開日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2006年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月1日
發(fā)明者比亞梅·比戈滕, 比約馬爾·斯文尼寧 申請(qǐng)人:斯塔特石油公開有限公司