包括流体推进系统的井下装置的制作方法

包括流体推进系统的井下装置


背景技术：

1.在资源勘探和回收产业中，在地层中形成钻孔以用于评价地层性质并提取地层流体。在提取地层流体之前，通常在钻孔中形成完井，并且可以通过使用封隔器将钻孔分成各种生产区。
2.可能期望将处理流体注入钻孔和/或地层中以执行诸如去除堵塞物、清洁钻孔和处理流向地面的地层流体的功能。在一些情况下，完井不包括安装的处理流体注入系统。在此类情况下，使用诸如测井电缆或连续油管的下井管柱将流体处理系统部署到完井中。


技术实现要素：

3.井下装置的实施方案包括细长主体，该细长主体被构造成部署在地层中的钻孔中，该钻孔包括钻孔流体。该装置还包括推进系统，该推进系统附接到主体并且被构造成使该装置移动通过钻孔。该推进系统包括一个或多个转子叶片，该转子叶片被构造成使用钻孔流体产生推力。该一个或多个转子叶片的至少一部分设置在细长主体的外部。
4.将装置部署在地层中的钻孔中的方法的实施方案包括将该装置设置在包括钻孔流体的钻孔中，该装置包括细长主体和包括一个或多个转子叶片的推进系统。该方法还包括将该装置移动通过钻孔到选定位置。移动该装置包括使一个或多个转子叶片旋转以使用钻孔流体产生推力，并且一个或多个转子叶片的至少一部分设置在细长主体的外部。
附图说明
5.以下描述不应被认为以任何方式进行限制。参考附图，相同元件以相同附图标记表示：
6.图1是井下装置的实施方案的侧视图，该井下装置包括被构造成使用钻孔流体移动井下装置的推进系统；
7.图2是图1的装置的透视图；
8.图3描绘了用于执行井下操作的系统；并且
9.图4是描绘将井下装置部署到钻孔中和/或执行井下操作的方法的实施方案的流程图。
具体实施方式
10.本文所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述以参照附图举例而非限制的方式呈现。
11.本文描述了包括推进装置或系统的井下装置以及执行井下操作的方法。该装置的实施方案包括细长主体和推进系统，该推进系统包括一个或多个转子叶片，该一个或多个转子叶片可操作以使用钻孔流体产生推力并且由此使该装置移动通过钻孔。在一个实施方案中，推进系统包括一个或多个涡轮，该一个或多个涡轮可以经由液压或电控制操作。
12.井下装置的示例是流体注入装置，其被构造成将处理流体注入钻孔中和/或从钻
孔中的位置注入地层区域中。
13.本文所述的实施方案提供了许多优点和技术效果。例如，实施方案允许将装置、工具或部件沿钻孔(包括水平和偏离钻孔)部署和推进，而无需测井电缆、连续油管或其他载体。另外，本文描述的模块化特征允许容易地修改井下装置以提供期望的推进特性(例如，通过改变涡轮的大小和/或数量)和/或将推进特征部连接到各种其他工具或部件。在所述的装置是流体注入装置的实施方案中，该装置允许在不具有预先存在的流体注入管线的完井中的期望位置处进行成本有效的流体注入。
14.图1和图2描绘了井下装置10的实施方案。井下装置10被构造成在井下部署以执行与例如钻孔完井和/或烃生产相关的各种功能中的一个或多个功能。井下装置10包括附接到推进系统14的细长主体12，该推进系统包括一个或多个推进装置，该一个或多个推进装置被构造成使用钻孔内的钻孔流体来产生推进力并且使井下装置10移动通过钻孔的长度。因此，装置10可以通过钻孔推进和/或回缩，而不需要连接到地面的有线管道、连续油管或其他管柱。
15.推进系统14包括可以操作以使用钻孔流体产生推进力的任何类型和/或数量的推进装置。钻孔流体可以包括钻孔中的流体的任何组合，诸如通过钻孔循环的钻井泥浆和/或进入钻孔的地层流体。推进装置可以包括具有旋转叶片的装置，诸如螺旋桨、风扇、涡轮和/或可以使用钻孔流体产生推力以移动装置10的任何合适的装置。
16.如本文所述，旋转叶片旨在指经由旋转移动产生推力的任何旋转翼、叶片、风扇或其他部件。在以下描述中，井下装置10被描述为包括涡轮，然而应当理解，其他推进装置可代替涡轮或除了涡轮之外使用。
17.在一个实施方案中，推进系统14包括一个或多个涡轮16，每个涡轮具有设置在涡轮壳体20中的多个风扇叶片18。叶片18可以具有固定的节距，或者装置10可以包括被构造成改变节距的致动器或控制装置。在一个实施方案中，每个叶片18的至少一部分位于细长主体12的外部，并且从主体12的外表面径向向外延伸。如图1和图2所示，叶片可以围绕主体12周向排列并且围绕主体12的纵向轴线旋转。
18.涡轮16可以具有适于部署到钻孔中和/或引导井下装置10的任何尺寸。例如，涡轮壳体20的直径基本上等于钻孔(已下套管的钻孔或无套管钻孔)的直径，或者具有在钻孔直径的所选公差内的直径，以便于引导装置10。涡轮壳体20可以包括便于部署的其他特征，诸如位于壳体20的外表面处的环轴承或其他轴承机构、选定表面粗糙度或壳体20与钻孔之间的材料的保护层。
19.在图1和图2的实施方案中，装置10包括位于不同轴向位置(沿着主体12的纵向轴线的位置)处的两个涡轮16。涡轮16可以被构造成在相同方向上旋转。在一个实施方案中，涡轮16沿相反方向旋转(反向旋转)以提供额外的压缩功率并且减小主体12上的扭矩。推进系统14可以包括任何数量的涡轮16，这取决于例如钻孔的大小和期望的推力的量。
20.装置10可以包括一个或多个翅片22，该一个或多个翅片可以用于例如提供稳定性和/或定向控制。例如，电动或液压致动器可以包括在主体中以操纵翅片22并便于转向(例如，进入侧向钻孔)。除了或代替翅片22，可以包括其他定向控制装置。
21.在一个实施方案中，主体12包括各种主体区段，这些主体区段可以是整体式主体的一部分或以固定关系附接到彼此(例如，作为单独的模块)。例如，主体12包括头部区段
24、中央区段26和尾部区段28。这些区段可以彼此固定地设置，或者一个或多个区段可以是可移动的和/或可释放地连接到其他区段。例如，头部区段24可以被构造成可移动以在径向方向上倾斜头部区段以便于转向。
22.装置10的涡轮16、头部区段24、翅片22和/或其他部件可以经由任何合适的机构控制和/或供电。例如，诸如电导体和/或液压控制线的控制线可以经由电缆30连接到地面。
23.例如，涡轮16经由连接到一个或多个电动马达32的电缆30中的导体控制和供电，以旋转涡轮叶片18。电动马达30可以是控制系统的一部分，用于控制包括涡轮16的各种装置部件。控制系统的其他部件可以包括用于控制转向机构的致动器，诸如翅片22和/或头部区段24。控制系统可以是可以可释放地连接到其他装置部件的模块化部件。
24.尽管仅示出了一个电动马达32，但是装置10不限于此。例如，每个涡轮16可以是具有马达和驱动轴的模块的一部分，以允许容易地替换涡轮16(例如，以替换受损涡轮16或用具有不同特性的涡轮替换现有涡轮16)，并且允许改变涡轮16的数量和/或位置。
25.装置10和/或其部件可以是电动的。电力可以经由电缆30中的一个或多个导体提供。另选地或与从地面提供的电力组合，电力可以由电池34或其他井下电源供应，该电池或其他井下电源可以用于主要或备用电力。
26.装置10可以由操作员和/或处理单元在钻机或其他地面位置处从地面控制。该装置还可以从井下位置进行控制。例如，装置可以包括控制器36或其他处理装置，其可以由电池34供电。
27.在一个实施方案中，装置10被构造成流体注入装置，其可以用于注入处理流体或化学品以用于各种目的。此类目的包括改进的采油、井清理、去除穿孔中的堵塞物等。
28.例如，装置10包括流体注入组件40，该流体注入组件包括用于控制流体的注入的部件，诸如阀和流体传感器。流体注入组件40还包括一个或多个流体出口端口42。流体注入组件40连接到用于通过流体管线注入的处理流体源，该流体管线可以是电缆30的一部分或单独的流体管线。
29.图3示出了用于执行井下操作的系统50的实施方案，诸如完井和烃生产系统50。系统50包括钻孔管柱52，诸如生产管柱，其被构造成设置在钻孔54中，该钻孔穿透资源轴承地层56或地层区域。钻孔54可以包括套管58，该套管在一个或多个生产区处具有一个或多个穿孔60和/或端口。钻孔管柱52包括促进增产和/或生产的各种部件，诸如包括筛网组件(例如，砂筛组件或子组件)和/或生产流体流动控制设备(诸如流入控制装置(icd))的生产组件62。生产区可以由封隔器组件64界定。
30.系统50还包括地面设备66，诸如钻机、旋转台、顶部驱动器、防喷器和/或其他便于部署钻孔管柱12和/或控制井下部件的装置。例如，地面设备66包括钻孔流体控制系统68，该钻孔流体控制系统包括与流体罐70或其他流体源流体连通的一个或多个泵。流体控制系统68控制钻孔流体(例如，钻井泥浆)的循环。
31.该地面设备还包括注入控制系统，该注入控制系统被构造成控制流体从注入流体源72注入到电缆30中的流体管线中。
32.在一个实施方案中，系统10包括处理装置，诸如地面处理单元80和/或地下处理单元。在一个实施方案中，地面处理单元80包括处理器82、输入/输出装置84和数据存储装置(或计算机可读介质)86，该数据存储装置用于存储数据、文件、模型、数据分析模块和/或计
算机程序。处理装置可被构造成执行功能，诸如控制井下部件、控制流体循环、在部署期间监测部件、传输和接收数据、处理测量数据和/或监测操作。例如，存储装置48存储用于执行上述功能中的一个或多个功能的处理模块88。
33.在一个实施方案中，地面处理单元80包含用于控制装置10和推进系统14的操作的功能。例如，地面处理单元80可以经由例如电导体和/或光纤与装置通信，并控制推进系统14的操作。地面处理单元80还可以控制诸如流体注入组件40的井下部件。
34.图4是示出在部署期间监测井下部件和/或控制能量行业操作的方面的方法100的实施方案的流程图。方法100的方面或结合该方法执行的功能或操作可以由一个或多个处理装置(诸如地面处理单元80和/或控制器36)单独或与人类操作员结合执行。
35.方法100包括一个或多个阶段101-104。在一个实施方案中，方法100包括以所述的顺序执行所有阶段101-104。然而，可省略某些阶段、可添加阶段，或者可改变阶段的顺序。
36.为了说明目的，结合图3的系统以及图1和图2的装置10讨论方法100。应注意，该方法不限于下文论述的具体实施方案。
37.在第一阶段101中，装置10被部署到钻孔(诸如钻孔54)中。推进系统14在钻孔54中的期望点处被激活，并且涡轮16被操作以使叶片18旋转。叶片18的旋转加速钻孔流体(例如钻井泥浆和/或钻孔54中的地层流体)，从而产生推动装置10的压力差。
38.推进系统14可以在进入钻孔的整个行程期间被激活和操作，或者在钻孔54的某些长度或部分中操作。例如，装置10被泵送或推进通过钻孔54的竖直或偏离部分，并且在接近或进入侧向(例如，钻孔54的水平区段)时激活。诸如上文所讨论的那些的转向机制可以用于使装置10转向，例如，将装置10引导到侧向。
39.在第二阶段102中，使用装置10或与装置10结合执行一个或多个井下操作。此类操作的示例包括钻井操作、流动控制操作、清洁操作等。在一个实施方案中，装置10被构造成将处理流体注入到钻孔54中并且包括诸如流体注入组件40的部件。处理流体是指注入钻孔54中以实现各种功能的任何流体或流体组合。处理流体的示例包括水、气体、烃和化学处理流体。
40.可注入处理流体以通过改善正在生产的地层流体的各种特性和/或改善完井性能(例如，通过去除水垢、堵塞物和/或积聚的沉积物)来提高产量。例如，装置10在设置在选定生产区处时注入化学抑制剂和/或溶剂以防止和/或去除水垢沉积物。
41.在一个实施方案中，装置10可用于清除沉积物或其他不需要的材料。例如，流体输出端口42包括喷嘴，该喷嘴喷射高压流体以充气或扰动沉积物。在另一个示例中，涡轮16的旋转可用于扰动沉积物并有助于将沉积物洗掉。
42.在第三阶段103中，数据和/或通信经由例如电缆30中的导体或光纤从地面传输。可以使用其他形式的通信，诸如泥浆脉冲遥测和无线(例如，声学或电磁)通信。通信可以从地面传输以控制装置10、推进系统14和/或流体注入组件40的操作。
43.在第四阶段104中，将装置10回缩或倾翻到地面。可以例如通过将装置10拉出和/或通过反转涡轮16以反转推力并将装置10推向地面来实现倾翻。
44.下面示出了前述公开的一些实施方案：
45.实施方案1：一种井下装置，该井下装置包括：细长主体，该细长主体被构造成部署在地层中的钻孔中，该钻孔包括钻孔流体；和推进系统，该推进系统附接到该主体并且被构
造成将该装置移动通过该钻孔，该推进系统包括一个或多个转子叶片，该一个或多个转子叶片被构造成使用该钻孔流体产生推力，该一个或多个转子叶片的至少一部分设置在该细长主体的外部。
46.实施方案2：根据任一前述实施方案所述的装置，其中该推进系统包括螺旋桨和涡轮中的至少一者，该螺旋桨包括多个转子叶片，该涡轮包括被构造成在涡轮壳体内旋转的多个转子叶片。
47.实施方案3：根据任一前述实施方案所述的装置，还包括附接到该细长主体的至少一个翼片。
48.实施方案4：根据任一前述实施方案所述的装置，其中该至少一个翼片是可调节的，以控制该装置的移动方向。
49.实施方案5：根据任一前述实施方案所述的装置，其中该推进系统是被构造成可移除地连接到该主体的模块化组件。
50.实施方案6：根据任一前述实施方案所述的装置，还包括流体注入系统，该流体注入系统设置在该主体处，该流体注入系统被构造成将处理流体注入该钻孔和围绕该钻孔的地层区域的至少一者中。
51.实施方案7：根据任一前述实施方案所述的装置，其中该推进系统被构造成使用电信号和液压信号中的至少一者操作。
52.实施方案8：根据任一前述实施方案所述的装置，其中该装置被构造成通过包括电导体和液压控制线中的至少一者的控制线连接到地面位置。
53.实施方案9：根据任一前述实施方案所述的装置，还包括连接到该推进系统的电源。
54.实施方案10：根据任一前述实施方案所述的装置，其中该主体包括具有纵向轴线的圆柱形壳体，该推进系统包括具有多个风扇叶片的涡轮，该多个风扇叶片被构造成绕该纵向轴线旋转。
55.实施方案11：一种将装置部署在地层中的钻孔中的方法，该方法包括：将该装置部署在该钻孔中，该钻孔包括钻孔流体，该装置包括细长主体和包括一个或多个转子叶片的推进系统；以及将该装置移动通过该钻孔到选定位置，其中该移动包括使用钻孔流体旋转该一个或多个转子叶片以产生推力，该一个或多个转子叶片的至少一部分设置在该细长主体的外部。
56.实施方案12：根据任一前述实施方案所述的装置，其中该推进系统包括螺旋桨和涡轮中的至少一者，该螺旋桨包括多个转子叶片，该涡轮包括被构造成在涡轮壳体内旋转的多个转子叶片。
57.实施方案13：根据任一前述实施方案所述的装置，还包括附接到该细长主体的至少一个翼片。
58.实施方案14：根据任一前述实施方案所述的装置，其中移动该装置包括调整该至少一个翼片以控制该装置的移动方向。
59.实施方案15：根据任一前述实施方案所述的装置，其中该推进系统是被构造成可移除地连接到该主体的模块化组件。
60.实施方案16：根据任一前述实施方案所述的装置，还包括经由设置在该主体处的
流体注入系统将处理流体注入该钻孔和围绕该钻孔的地层区域的至少一者中。
61.实施方案17：根据任一前述实施方案所述的装置，其中该推进系统被构造成使用电信号和液压信号中的至少一者操作。
62.实施方案18：根据任一前述实施方案所述的装置，其中该装置通过包括电导体和液压控制线中的至少一者的控制线连接到地面位置。
63.实施方案19：根据任一前述实施方案所述的装置，其中该装置包括连接到该推进系统的电源。
64.实施方案20：根据任一前述实施方案所述的装置，其中该主体包括具有纵向轴线的圆柱形壳体，该推进系统包括具有多个风扇叶片的涡轮，该多个风扇叶片被构造成绕该纵向轴线旋转。
65.为了支持本文的教导内容，可使用各种分析部件，包括数字系统和/或模拟系统。例如，本文描述的诸如系统10、井下工具、主机和网络装置的实施方案可以包括数字和/或模拟系统。实施方案可具有诸如处理器、存储介质、存储器、输入、输出、有线通信链路、用户界面、软件程序、信号处理器(数字或模拟)、信号放大器、信号衰减器、信号转换器的部件以及其他此类部件(诸如电阻器、电容器、电感器等)，用于以本领域熟知的若干方式中的任一种来提供对本文所公开的设备和方法的操作和分析。可认为，这些教导内容可结合存储在非暂态计算机可读介质上的计算机可执行指令集来实现，该非暂态计算机可读介质包括存储器(rom、ram)、光学介质(cd-rom)或磁性介质(磁盘、硬盘驱动器)或任何其他类型的介质，这些计算机可执行指令在被执行时，使计算机实现本发明的方法。除了本公开中所描述的功能之外，这些指令还可提供系统设计者、所有者、用户或其他此类人员认为相关的装备操作、控制、数据收集和分析以及其他功能。
66.实施方案的元素已由冠词“一个”或“一种”引入。冠词旨在表明存在有一个或多个这些元素。术语“包括”和“具有”旨在是包括性的，使得可以有除已列出的元素以外的额外的元素。连词“或”当与至少两个术语的列举一起使用时旨在意为任意术语或者术语的组合。术语“第一”、“第二”等不表示特定顺序，而是用于区分不同的元件。
67.虽然已参考示例性实施方案描述了本文所述的实施方案，但应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可做出各种改变并且可用等同物代替其元素。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可作出许多修改以使特定的仪器、情形或材料适应本公开的教导内容。因此，预期的是，本发明不限于作为设想用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施方案，而是，本发明将包括落入所附权利要求书的范围内的所有实施方案。