CN109154190A - 具有液体的井下完井装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下完井装置，该井下完井装置构造成作为金属井管结构的一部分安装。井下完井装置包括围出封闭空间的壳体、布置在壳体内部的所述空间中的电构件，所述壳体填充有液体，所述液体具有在20℃下1巴的第一体积，其中壳体具有第一壳体区段和第二壳体区段，第一壳体区段具有第一厚度，第二壳体区段具有第二厚度，并且第二厚度小于第一厚度，使得第二壳体区段比第一壳体区段更柔韧。此外，本发明涉及井下完井***。

Description

具有液体的井下完井装置

技术领域

本发明涉及一种井下完井装置，该井下完井装置被构造成作为金属井管结构的一部分安装。此外，本发明涉及井下完井***。

背景技术

当具有井下电构件例如压力或温度传感器时，传感器承受高温和高压两者。传感器通常包含在壳体中，但是当井内的温度升高时，壳体中的压力也会升高，这危及了传感器的功能。

发明内容

本发明的一个目的是完全或部分地克服现有技术中的上述缺点和不足。更特别地，一个目的是提供一种改进的井下完井装置，其能够容纳和保护电构件，以防止其功能恶化。

从下面的描述中将变得显而易见的上述目的以及众多的其它目的、优点和特征由根据本发明的方案来实现，即通过一种井下完井装置来实现，该井下完井装置被构造成作为金属井管结构的一部分安装，该井下完井装置包括:

-围出封闭空间的壳体，

-布置在壳体内的空间中的电构件，壳体填充有具有液体，所述液体具有在20℃下1巴的第一体积，

其中壳体具有第一壳体区段和第二壳体区段，第一壳体区段具有第一厚度，第二壳体区段具有第二厚度，并且第二厚度小于第一厚度，使得第二壳体区段比第一壳体区段更柔韧。

以这种方式，电构件在井的使用寿命期间被保护免受任何温度和压力变化的影响，所述温度和压力变化在井下进行的生产、压裂、酸化、气举或其它活动期间在井下自然地发生。

上述壳体可以预填充有液体。

此外，在作为金属井管结构的一部分安装之前，壳体可以填充有液体。

此外，壳体可以是金属壳体。

此外，壳体可以部分地是金属壳体。

另外，第一壳体区段可以是金属的。

此外，第二壳体区段可以由非金属材料制成，所述非金属材料例如橡胶、聚合物或弹性体。非金属材料也可以是玻璃纤维，或者非金属材料可以是用例如玻璃纤维增强的。

另外，第二壳体区段可以由非磁性材料制成。

此外，电构件可以是传感器。

此外，传感器可以被构造成测量井内流体的温度、压力或其它条件。

此外，电构件可以是压电元件、应变仪、线圈、风速计或天线，所述天线例如蓝牙或WIFI。

此外，电构件可以是电感耦合器。

上述电构件也可以是线圈。

井下完井装置还可以包括为传感器的电构件和为压电元件、应变仪、线圈、风速计或天线的电构件，所述天线例如蓝牙或WIFI。

此外，第二厚度可以小于第一厚度的50％，优选小于第一厚度的33％，更优选小于25％。

第二厚度可以小于5mm，优选小于3mm，更优选小于1mm。

此外，壳体可以具有外表面，并且外表面可以设有螺纹。

此外，液体可以是硅酮/硅氧烷、油脂或适于电构件的任何液体。

该液体也可以是适于电构件的电绝缘液体。

此外，壳体可以具有第三壳体区段，第三壳体区段具有第三厚度，第三厚度小于第一厚度。

此外，第二壳体区段可以具有伸出状态和缩回状态，在伸出状态下，液体具有大于第一体积的第二体积，在缩回状态下，液体具有小于第一体积的第三体积。

井下完井装置还可以包括与电构件连接的通信单元。

此外，井下完井装置还可以包括与电构件连接的存储单元。

此外，井下完井装置还可以包括布置在空间中的电源。

此外，壳体可以包括填充喷嘴。

本发明还涉及一种井下完井***，包括:

-布置在井的井孔中的金属井管结构，该金属井管结构具有纵向轴线和壁，以及

-如上所述的井下完井装置，其作为金属井管结构的一部分安装。

井下完井装置可构造成安装在金属井管结构中。

此外，井下完井装置可构造成安装在金属井管结构的外表面上。

此外，井下完井装置可构造成安装在金属井管结构的内表面上。

此外，井下完井装置的壳体和金属井管结构的外表面可以围出所述空间。

此外，电构件可以邻接/抵靠金属井管结构的外表面。

此外，井下完井装置可具有垂直于纵向轴线并从纵向轴线径向延伸的纵向延伸方向。

另外，井下完井装置可以延伸穿过金属井管结构的壁。

此外，井下完井装置可以密封方式延伸穿过金属井管结构的壁。

此外，井下完井装置可以至少部分地从金属井管结构的外表面伸出。

井下完井***还可以包括用于与井下完井装置通信的井下工具。

最后，金属井管结构可包括一个或多个环状屏障，每个环状屏障包括:

-用于作为金属井管结构的一部分安装的管状金属部件，管状金属部件具有第一膨胀开口和外表面，

-可膨胀金属套筒，其围绕管状金属部件并且具有面向管状金属部件的内表面和面向井孔的壁的外表面，可膨胀金属套筒的每个端部均与管状金属部件连接，以及

-在可膨胀金属套筒的内表面和管状金属部件之间的环形空间，可膨胀金属套筒被构造成当加压流体通过第一膨胀开口注入环形空间时膨胀。

附图说明

下面将参考后附的示意图更详细地描述本发明及其许多优点，所述示意图出于示例目的仅示出了一些非限制性的实施例，其中：

图1示出了安装在金属井管结构中的井下完井装置的剖面图，

图2和3分别示出了处于伸出状态和缩回状态的图1的井下完井装置，

图4示出了另一井下完井装置的剖面图，

图5示出了安装在金属井管结构外部的井下完井装置的剖视图，

图6示出了安装在金属井管结构外部的另一井下完井装置的剖面图，以及

图7示出了具有环状屏障的井下完井***的剖视图。

所有的附图是高度示意性的，未必按比例绘制，并且它们仅示出了阐明本发明所必需的那些部件，省略或仅暗示了其它部件。

具体实施方式

图1示出了井下完井装置1，该井下完井装置1构造成作为金属井管结构2的一部分安装在井孔30中。井下完井装置1包括围出封闭空间4的壳体3和布置在壳体内部的空间中的电构件5，例如线圈32。壳体3填充有液体41，液体41具有在20℃下1巴的第一体积V₁。壳体3具有第一壳体区段6和第二壳体区段7。第一壳体区段6具有第一厚度t₁，第二壳体区段7具有第二厚度t₂，第二厚度小于第一厚度，使得第二壳体区段比第一壳体区段更柔韧。当井内的温度增加时，封闭空间4内的压力相应地增加。这使得第二壳体区段7如图2所示径向向外地向金属井管结构2的内部凸出至第二壳体区段的伸出状态，在伸出状态中，液体41具有大于第一体积的第二体积V₂。当压力降低时，第二壳体区段7径向向内地凸入到缩回状态，在该缩回状态中，液体41具有小于第一体积的第三体积V₃，如图3所示。因此，电构件5在井的使用寿命期间被保护免受任何温度和压力变化的影响，所述温度和压力变化在井下进行的生产、压裂、酸化、气举或其它活动期间在井下自然地发生。

已知传感器填充有气体，例如空气，并且在***金属井管结构的期间，传感器暴露于许多碰撞，并且通常，当井完井时，传感器不再工作，因为它们不能承受这些碰撞。通过本发明，井下完井装置1内的液体围绕电构件，从而在安装金属井管结构期间保护电构件免受这些碰撞的影响，因为液体充满了空间，并且当这种碰撞和晃动发生时具有显著的阻尼效果。

第二壳体区段7可以由金属或非金属材料例如橡胶或弹性体制成。第二壳体区段7在图1-3中是固定到第一壳体区段6上的独立部分，并且在图4中，第二壳体区段7被制成壳体3的较薄部分，而不是独立部分。在图4中，第二厚度小于第一厚度的50％，并且第二壳体区段7由与第一壳体区段6相同的材料制成。第二厚度可以小于5mm，优选小于3mm，更优选小于1mm。井下完井装置1延伸穿过金属井管结构2的壁，并且部分地从金属井管结构2的外表面28伸出。井下完井装置1具有垂直于纵向轴线12并从纵向轴线径向延伸出的纵向延伸方向15。此外，电构件5是传感器，例如具有热线17的风速计，所述热线从壳体3延伸到井孔30中，因此与井筒流体连接。壳体3具有外表面8，并且外表面设有螺纹9。壳体3包括填充喷嘴19或填充塞，用于为空间4填充液体，所述液体例如硅酮/硅氧烷、油脂或适于电构件的类似液体。

在图5中，电构件5是压电元件29，其也用作通信单元18。井下完井装置1还包括能量收获单元22，该能量收获单元22用作用于向电构件5供电的电源10。井下完井装置1还包括控制单元23，该控制单元23具有存储单元24或者用于控制来自通信单元18的通信，所述存储单元24用于存储例如来自布置在井下完井装置1外部的传感器25的数据。因此，电构件5可以与通信单元18、能量收获单元22、电源10、控制单元23或存储单元24连接。能量收获单元22可以从井下工具16获得能量，并且井下工具16也可以与井下完井装置1通信。

在图6中，电构件5是传感器，其可通过线路27测量井孔30中的井筒流体的状况，例如温度或压力。电构件5也可以是应变仪。

在图5中，示出了井下完井***100，其包括布置在井20的井孔30中的金属井管结构2。金属井管结构2具有纵向轴线12和壁21。井下完井***100还包括作为金属井管结构2的一部分安装在金属井管结构的外表面28上的井下完井装置1。井下完井装置1也可以安装在金属井管结构2的内表面14上。在图5和图6中，井下完井装置1的壳体3和金属井管结构2的外表面28围出所述空间。这样，为压电元件29的电构件5邻接/抵靠金属井管结构2的外表面28并与之直接接触，以便通信和/或获取能量。

在图7中，井下完井***100的金属井管结构2包括环状屏障50。环状屏障50包括作为金属井管结构2的一部分安装的管状金属部件51。管状金属部件51具有第一膨胀开口52和外表面53。环状屏障50还包括可膨胀金属套筒54，所述可膨胀金属套筒围绕管状金属部件51并且具有面向管状金属部件的内表面55和面向井孔30的壁的外表面56。可膨胀金属套筒54的每个端部57均与管状金属部件51连接，从而在可膨胀金属套筒的内表面55和管状金属部件之间限定环形空间58。可膨胀金属套筒54通过让加压流体通过第一膨胀开口52并进一步通过膨胀单元59进入环形空间而膨胀。应变仪47安装在可膨胀金属套筒54上，并与空间4内的电构件5电连接，以用于测量环状屏障50的可膨胀金属套筒的膨胀。井下完井装置1还包括电源10，例如电池，以用于给电构件5供电。

尽管未示出，图4的井下完井装置1还可以包括电源，例如电池，并且所述空间内的电构件可以包括线圈和/或天线，例如蓝牙。线圈用于接收电能而给电池充电，天线用于传送/通信传感器数据。

流体或井筒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、石油、油基泥浆、原油、水等。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。

套管或金属井管结构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。

在该工具不是完全浸没入套管中的情况下，井下牵引器可用来推动所述工具完全进入井中的位置。井下牵引器可具有带轮子的可突伸的臂部，其中，轮子接触套管的内表面，用于在套管内推进该牵引器和该工具前进。井下牵引器是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 (15)

1.一种井下完井装置(1)，其构造成作为金属井管结构(2)的一部分安装，所述井下完井装置包括:

-围出封闭空间(4)的壳体(3)；以及

-布置在所述壳体内部的所述空间中的电构件(5)，所述壳体填充有液体，所述液体具有在20℃下1巴的第一体积(V₁)，

其中，所述壳体具有第一壳体区段(6)和第二壳体区段(7)，所述第一壳体区段具有第一厚度(t₁)，所述第二壳体区段具有第二厚度(t₂)，所述第二厚度小于所述第一厚度，使得所述第二壳体区段比所述第一壳体区段更柔韧。

2.根据权利要求1所述的井下完井装置，其中，所述第二壳体区段由非金属材料制成。

3.根据前述权利要求中任一项所述的井下完井装置，其中，所述电构件是传感器。

4.根据前述权利要求中任一项所述的井下完井装置，其中，所述壳体具有外表面(8)，所述外表面设有螺纹(9)。

5.根据权利要求4所述的井下完井装置，其中，所述液体是硅氧烷、油脂或适合于电构件的任何液体。

6.根据前述权利要求中任一项所述的井下完井装置，其中，所述第二壳体区段具有伸出状态和缩回状态，在所述伸出状态下，所述液体具有大于所述第一体积的第二体积(V₂)，在所述缩回状态下，所述液体具有小于所述第一体积的第三体积(V₃)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的井下完井装置，还包括与所述电构件连接的通信单元(9)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的井下完井装置，还包括布置在所述空间中的电源(10)。

9.一种井下完井***，包括:

-布置在井(20)的井孔(30)中的金属井管结构(2)，所述金属井管结构具有纵向轴线(12)和壁(21)；以及

-根据前述权利要求中任一项所述的井下完井装置(1)，所述井下完井装置作为所述金属井管结构的一部分安装。

10.根据权利要求9所述的井下完井***，其中，所述井下完井装置构造成安装在所述金属井管结构中。

11.根据权利要求9所述的井下完井***，其中，所述井下完井装置构造成安装在所述金属井管结构的外表面(28)上。

12.根据权利要求11所述的井下完井***，其中，所述井下完井装置的壳体和所述金属井管结构的外表面围出所述空间。

13.根据权利要求9或10所述的井下完井***，其中，所述井下完井装置延伸穿过所述金属井管结构的壁。

14.根据权利要求9-13中任一项所述的井下完井***，其中，所述井下完井装置从所述金属井管结构的外表面至少部分地伸出。

15.根据权利要求9-14中任一项所述的井下完井***，还包括用于与井下完井装置通信的井下工具(16)。