专利名称：用于模块化井下工具的电动液压接口的制作方法
技术领域：
所述的实施方案涉及组合式井下致动器组件。详细阐述了为了向井中的单次部署在井输送线路上并入多个液压驱动组件的系统。尤其是，说明了用于适应模块化插塞设定、套筒移位、锚定以及其它轴向或径向的致动工具组件的组合的线路接ロ。
背景技术：
对碳氢化合物和其它井的勘探、钻孔和完成通常是复杂的、耗时的且最终成本极高。因此，近年来对于井的监控和维护给予了越来越多的关注。进而，甚至更多的关注可能集中于初期井的建造和设计。总是，对于设计、监控和维护的细心关注会有助于使产量最大化并且延长井的使用寿命。因此，可以更好地确保对于完井投资的实质性回报。在井监控和测井的情况下，可主要用微创应用，其提供了温度、压カ以及其它与产量相关的信息。作为对比，井的设计、完成和随后的维护可以涉及到大量更加直接的干预性应用。例如，可以使并入限定井的套管中的滑动套筒移动而打开或关闭以调节产量。另外，高压穿孔和激励应用可以在ー些井下井位置处运行。实际上，这些应用可以先于通过使用能够适应这种高压应用的桥塞或机械式采油封隔器来封锁和隔离井下位置的额外干预而进行。大量其它的干预性应用可类似地针对井下井区域。在一些情形下，试图在単一输送线路上将不同的应用工具进行组合。因此，例如钢丝绳电缆可用于输送与套筒移位工具耦合的测井工具，以使得可通过向井中进行单次部署来实现测井和套筒移位。因此，由于避免了将工具多次部署到井中的需要，节约了几个小时，甚至数天。然而，值得注意的是，在这种情形下，干预的、套筒移位的工具与不要求其自身的大型驱动组件的更被动型工具相结合。在一些情形下，诸如插塞设定工具或锚定工具的更多主动型的干预工具可与所提到的套筒移位工具相结合。例如，对于桥塞部署而言，锚定和套筒移位致动可用来辅助将设定工具推进到井中的目标位置。通过这种方式，在趋于呈现出ー些井下障碍物(流体静カ粘着)的垂直井的情形下，可以避免较大规模的牵引操作。在并入同一井下系统的锚定工具、套筒移位工具和插塞设定工具的组合方案的此实施例中，每个工具均装备有其自身独立的驱动组件。事实上，对于这些特别干预性的致动器工具，每个驱动组件将包括专用电子模块和容纳其自身的泵和电动机的液压动カ単元。不幸的是，在単一井下系统中为各个工具设置其自身独立的电动液压驱动组件呈现出了一整套新的挑战和缺陷，最常见的是由于使用三个单独的独立式驱动工具导致的三驱动组件成本。例如，在控压套管井的情形下，通常大约为60英尺高的竖管可位于井头处以有助于调节和保持压力。这限制了可能附接到钢丝绳电缆的井下系统总长度(例如，在实施例方案中不大于大约60英尺)。因此，在各个驱动组件及其相关的工具超过组合的大约25英尺的可能的情形下，长度为75英尺的整个系统对于在井中的部署将是不可用的。 还存在超过这种不同工具和组件的组合式系统的尺寸和花费的其它担心。例如，包括多个电子模块意味着使用多个电子板。因此，本质上催生了通过系统在井中任何既定运行上电子板故障的奇怪现象。总之，最终由于对于尺寸、花费和可靠性的实际考虑，通常避免在同一井下系统上组合式主动干预工具。发明概述为了与各种模块化的液压驱动井下工具中的一种耦合，设置接口。该接口包括电连接件，电连接件被配置为与一个工具的另一电连接件耦合。在用于与一个工具的另一液压连接件耦合的接口处也容置有液压连接件。
图I是对于多个模块化工具采用单个电动液压驱动组件的井下系统的实施方案的前视图。图2A是图I的驱动组件和系统的模块化工具之间的接口的放大侧视图。 图2B是图2A的模块化工具的用于接受驱动组件接口的耦合端的前视图。图3是油田的概略图，此处有适应图I的具有用于桥塞设定的多个模块化工具的井下系统的井。图4A是位于井中目标隔离位置的图3中的桥塞和模块化设定工具的放大侧视图。图4B是在其设定在目标隔离位置时图4A的桥塞的放大侧视图。图5A是井下系统的可选实施方案的视图，该井下系统具有用于在井中进行套筒移位的可选的模块化工具。图5B是图5A的模块化的套筒移位工具的放大剖视图。发明详述参照用于模块化的插塞设定工具和插塞的输送和部署的驱动组件对本文中的实施方案进行说明。这些实施方案主要集中于在高压穿孔或压裂应用之前用于井隔离的插塞的轴向液压驱动设定。然而，可通过这种驱动组件来输送和部署其它类型的液压驱动模块化工具，也可能与这种所提到的插塞设定工具相结合。例如，可以输送并且使用被径向或轴向驱动的模块化的套筒移位工具、锚定工具或其它模块化工具。尽管如此，驱动组件的实施方案配置有用于与各种不同可互换模块化液压驱动工具中的任一种耦合的电动液压接口。现在参照图1，示出了井下系统100的实施方案的前视图，该井下系统100与多个模块化工具122、126、129相结合来使用单个电动液压驱动组件101。也就是说，在工具122、126、129中的任一个要求或需要外部的电动或液压能力的程度上，可通过单个驱动组件101来提供这种电动或液压能力。因此，避免了工具122、126、129中的每个对多个专用电动液压驱动组件的需要。这样，可结合相关成本来减小系统的整体尺寸。此外，可以通过减少在操作期间可能遭遇故障的零部件的数量来提供操作可靠性，在这方面最显著的是减少电气零件的数量。驱动组件101装备有用作通用承窝或耦合平台的电动液压接口 120。因此，如下文进一步详述的，配备有配置为由接口 120接受的耦合端的任何数量的工具122、126、129可插接到电动液压接口 120中。在所示的特定实施方案中，示出了锚定致动器122与组件101的接口 120耦合。然而，轴向致动器126、插塞设定致动器129或其它井下工具可直接插接到接口 120中。事实上，如下文进一步详述的，在构造系统100时，各种模块化工具的组合可以插接到接口 120中以及相互插接。
继续參照图1，所描绘的系统100的实施方案涉及到在图3的井380中设定井隔离机构，诸如机械式采油封隔器或桥塞300。因此，系统的工具之一是所提到的插塞设定致动器129。致动器129包括壳体套筒110，可通过液压方式来驱动壳体套筒110，以用于在图3的井380中引导所提到的插塞300的设定。为了支持这种液压驱动，系统100装备有从驱动组件101且通常是从ー个模块化工具到下一个模块化工具直到到达插塞设定致动器129运行的液压系统。下文參照图2A和图2B进ー步详述对于这种液压系统以及组件101和エ具中的最后ー个之间的电气线路的支撑。尽管如此，在全程直至插塞设定致动器129提供了液压系统，套筒110可沿图3中用于插塞300的压缩和设定的井下方向移位，下文也将对此进行进ー步详述。继续參照图1，示出了系统100设有辅助插塞输送和部署的额外的工具122、126。这些工具122、126布置在插塞设定致动器129和驱动组件101之间，并且下文将进ー步详述。另外，系统100本身在其头部150处紧固至钢丝绳电缆140。因此，可以从地面在电缆 140上为用于驱动所述壳体套筒110的液压系统供给电动力。此外，还可以提供对电缆140上的电子器件的实时遥测或者通过其相关的纤维光学器件。结果，可以合理地提供对通过设定致动器129对图3的插塞300的设定的诊断、反馈和响应控制。例如，在所示的实施方案中，压カ传感器190和控制阀195可并入系统100中以容许对设定应用进行智能控制。在所示的实施方案中，驱动组件101装备有通过相邻的动カ壳体185来容纳用于引导诸如所述插塞设定的井下应用的处理器的电子器件壳体175。该壳体185容纳用于如上所述的壳体套筒110的驱动的井下电动机187和泵189。泵189可为轴向活塞泵，诸如来自Bieri Hydraulics of Switzerland的可通过商业途径获得的AKP型号。然而，可以使用尺寸适当设计以用于井下应用的其它各种轴向活塞泵型号。尽管如此，为了充分实现插塞300的设定，泵189配置为供给量在大约7，500PSI至10，000PSI之间或更多，如下文详述。再者，可由同一泵189和驱动组件101来充分地驱动锚定、轴向驱动、套筒移位以及其它系统功能，如下文进ー步详述。继续參照图1，用于壳体套筒110的移位的液压系统容置在致动器129的延伸件115上方。事实上，如上所述，通用的液压系统设置为通过各个模块化工具122、126并且通过接ロ 120返回。此外，插塞设定致动器129配置为通过液压方式提供足够的设定カ以实现诸如图3的插塞300的可径向展开、机械式井隔离机构的设定。传感器190、电子器件以及实时井下遥测器件的可用性可容许在设定应用期间、设定应用之前或设定应用之后监控大量的变量。例如，可以在操作之前发生泵速以及流体压力的操作测试以有助于设定操作參数。随后可以在操作过程中监控这些变量以确保其一致性和有效性。事实上，在检测到实质性变化的情况下，由于在钢丝绳电缆140上输送，可以实时地对插塞设定应用做改动。这种提前测试还可用于建立最大压カ以及其它系统容许量，在操作过程中可以监控这些系统容许量以允许在适当时候采取校正性措施。此外，除了整体液压系统或驱动组件101之外，预先测试和实时操作监控还可针对系统100的各个エ具122、126、129中的任ー个工具。如上所述，图I的实施方案包括锚定件致动器122和布置在设定致动器129和接ロ 120之间的轴向致动器126。更具体地，锚定件致动器122以上述方式插接到接ロ 120中。此外，通过与设定致动器129插接到轴向致动器126相同的方式，轴向致动器126插接到锚定件致动器122中。实际上，这种工具122、126、129的模块化链串接到一起，从而使系统100适于特定的井下操作。因此，例如图I的实施方案可尤其擅长锚定、轴向驱动而经过井下阻碍物以及设定桥塞，如图3中详述的。当然，对于既定的井下环境和应用，在构造系统100时，这些以及其它这样的模块化工具可被添加、重新布置或限制为不多于一个。额外关注支撑所述设定应用的干预工具122、126，液压驱动锚定和轴向驱动会对操作的部署方面大有益处。例如在将图3的设定致动器129和桥塞300部署到目标井下位置时，可能存在一些阻碍物、流体静力粘着以及其它障碍物。因此，如下文进一步详述的，模块化锚定件致动器122的臂124可将整个系统100锚定在与障碍物相邻的适当位置处。通过将头部127安装到锚定件致动器122上，轴向致动器126的活塞128可用于推进设定致动器129经过障碍物而到达目标位置。通过从如上所述的驱动组件101获得大约7，500-10, 000PSI的液压动力，以此方式通过轴向致动器126可获得大于约35，OOOlbs的力。事实上，由于上述模块化，支撑所有这些致动器工具122、126、129的电子器件和液压系统可从同一驱动组件101获得。
现在继续参照图2A，示出了图I中的驱动组件101和模块化工具122之间的接口的放大侧视图。更具体地，示出了锚定件致动器122取向为用于与驱动组件101的接口 120耦合。为了示例的原因，致动器122被描绘为略从接口 120中拔出，这与图I所描绘的这些器件之间的完全耦合相对。因此，可易于鉴别各个器件的凸形部件和凹形部件，如下文详述。另外，组件101的接口 120代表的是可存在于模块化工具122、126、129中的任一个的一端处以使得可将它们链接到一起的其它接口(例如，见图5A的接口 120、520、522)。通过使用相同的标记，用于插接到接口 120中的锚定件致动器122的耦合端200代表的是可设置于各个模块化工具122、126、129(例如，设置于与接口结构相对的端处)的耦合结构。在图示的实施方案中，驱动组件101的接口 120主要为凹形构造。例如，所述凹形构造包括用于接受锚定件致动器122的耦合端200的大腔室201。通过使用相同的标记，接口 120还包括为液压延长件280和插脚阵列250形式的凸形部件。当然，在可选的实施方案中，接口 120及其部件的凸形或凹形本质可以全部为凸形、凹形或任何适当的组合，以便于与相应配置的致动器122的端200耦合。继续参照图2A，致动器122的耦合端200主要为如上文所示的凸形构造。然而，耦合端200还装备有液压受器285和插脚接受壳体255形式的凹形部件。这些部件被配置为分别牢固地接受液压延长件280和插脚阵列250。因此，通过将延长件280和阵列250适当地紧固并且将耦合端200保持在腔室201中，可以实现接口 120和致动器122的完全耦合。现在参照图2B，描述了模块化致动器122的耦合端200的前视图。从该角度看，接受壳体255的各个电子插脚接受器257是可见的。另外，第二液压受器290显示为与图2A的接口 120的另一液压延长件成对设置。在一个实施方案中，受器285、290可以为具有由于延长件(例如，280)与受器的耦合而被打开的弹簧加载的止回阀形式的端口。尽管如此，如上文所提及的，可通过驱动组件101以及诸如所述的锚定件致动器122的模块化工具来共用地设置用于多条液压线路的平台。在为电子通道的情况下，还经由上述链接的耦合通过组件101和模块化工具来提供共用的电子线路。因此，例如模块化工具中的任一个可装备有响应于来自地面的命令的处理器或控制模块，如下文详述。实际上，电磁阀、传感器以及其它电子特征件可设置到任何模块化工具以使得可根据需要进行数据记录、地面监控或应用变动。现在参照图3，描绘了油田301的概略图，油田具有井380，井380容纳图I中的井下系统100。系统100包括单个驱动组件101、多个模块化工具122、126、129，以及桥塞300，用于在井380中的位置处进行设定和隔离。井380横穿各个地层390、395并且可包括如上所述预期的或其它的一些阻碍物387。井380也由套管385限定，套管385被配置为在设定应用运行时与插塞300进行密封和锚定接合，如下文进一步详述。在所示的实施方案中，插塞300装备有上插条340和下插条360，以便在设定时实现与套管385的锚定接合。类似地，大致弹性的密封构件375布置在插条340、360之间，以通过设定应用来提供插塞300相对于套管385的密封。如上文详述的，各种模块化工具或致动器122、126、129共享共用的驱动组件101以及其电动和液压能力。在所示的实施方案中，在将插塞300驱动至目标位置并且在此处运行设定应用时，调整为系统100选定的特定致动器122、126、129。更具体地，设置锚定件 致动器122和轴向致动器126以允许系统100选择性地以尺蠖状推进而经过所描述的阻碍物387。因此，例如，并不要求部署井下牵引器以及为其提供支撑的实质的地面装备，可以在现场配置使用链接工具122、126、129的模块化的即用类型的系统100。再者，支撑将设定致动器129驱动到适当位置的附加工具122、126可简单地共享已经为设定应用提供的驱动组件 101。继续参照图3，设定致动器129和插塞300的组件包括位于其井下端的平台320。平台320在内部与图I的延长件115耦合。因此，另外参照图1，由于该套筒110被迫挤压插塞300，插塞300被压缩在该平台320和壳体套筒110之间。通过这种方式，一旦插塞300定位在目标位置，则设定应用最终使插塞部件径向展开至适当位置。在所示的实施方案中，用于插塞300的放置和设定的目标位置就农林具有限定穿孔398的生产区域397的上向钻孔。因此，例如插塞300可用于将用于随后高压穿孔或激 励应用的区域397与井380的其它区域隔离。继续参照图3，组件的钢丝绳输送意味着，即使可能存在阻碍物387并且将要进行相对高动力的设定应用，也可通过相对小型的移动式地面装备325来处理这些。事实上，整个组件横穿竖管355和井头350并且系接到钢丝绳卡车326的线轴327，而无需任何其它实质性的部署装备。在所示的实施方案中，还示出了用于引导部署和设定的控制单元329。控制单元329可最终与驱动组件101的电子器件电耦合，从而对插塞300的输送和设定进行监控和智能控制。也就是说，单元329可启动模块化工具122、126、129中的任一个的致动并且还可根据监控压力和其它通过电子方式获得的应用数据来实时地调整应用。现在参照图4A和图4B，图3中的桥塞300和设定致动器129的下部的放大侧视图被描绘为位于井380中的所述目标位置以便进行隔离。更具体地，图4A描绘了在插塞300压缩在壳体套筒110和平台320之间时设定应用的启动。图4A描绘了设定之后的插塞300，壳体套筒110被移除，并且插条340、360以及密封件375处于径向完全展开的状态。实际上，在图4A中，在插塞部件和套管385之间保持了接口空间401、402。然而，如图4B所示压缩成径向展开状态与通过插条340、360实现的锚定以及通过密封件375在套管385处实现的隔离接合显现出这些空间401、402的消除。当然，可根据在既定操作中提出的特定的井下挑战以各种不同的方式来布置或调整图I中的模块化系统100。例如，与图3所示设定桥塞300相对，井380中的套筒移位应用可轻而易举的进行。因此，为了示例的原因，图5A和图5B展现出井下系统100的可选的实施方案，其采用了具有套筒移位致动器500的形式的可选的模块化工具。回想起系统100的驱动组件101包括接ロ 120，可使接ロ 120标准化以接受任何数量的模块化工具122、126、500(或图I中的129)。在实施方案中，接ロ 120可采用液压端ロ或延长件280的耦合以及插脚阵列250中大约30个电连接件(见图2A)。实际上，由干支持即用型模块化构造，耦合地接受另ー个工具的各个模块化工具122、126还可以包括这种标准化的接ロ 520、522。继续參照图5A和图5B，轴向致动器126用于实现套筒移位致动器500沿井下方向501的运动。然而，在此情况下，这种动カ运动不是用于如图3的实施方案那样横穿阻碍物387。而是，在图5A的实施方案中，这种运动可以用来使套筒550在生产区域397上方滑动以将生产与其各个穿孔398封隔开。 另外參照图5B，接合臂525可被驱动而从中央主体527到达展开状态。可通过液压方式在液压线路575的终端处对中央腔室590进行增压来实现这点。该线路575最终通过经由如上文详述的各个模块化工具122、126返回的共用液压系统与驱动组件101耦合。实际上，通过这种相同的方式，可以实现锚定件致动器122的锚定件臂124的径向展开。事实上，在整个系统100中可以采用任何数量这些径向或轴向模块化致动器工具或这些工具的任何组合，并且如上文详述装备有电动和液压操作能力。上述实施方案避免了在将要采用多个井下干预工具的情况下使用多个独立的电动-液压驱动组件。这是以限制系统的总长度同时也将驱动组件的成本保持为最小的方式实现的。再者，用于井下系统的电子板的数量保持为最小。因此，降低了在井中系统的任何既定运行中发生板故障的可能性。已经參照当前优选的实施方案给出了前面的描述。这些实施方案所属领域的技术人员将理解的是，在不是富有意义地偏离这些实施方案的原理和范围的情况下，可以实现所述的结构和操作方法的改动和改变。例如，除了横穿阻碍物和转移滑动套筒之外，经调整的模块化电动液压系统的实施方案可用于打开和关闭隔离阀。此外，前面的描述不应理解为仅涉及所述以及附图中所示的精确结构，而是应当理解为与具有其最全面和最公正范围的随附权利要求书相一致并且支持具有其最全面和最公正范围的随附权利要求书。
权利要求
1.一种接口，其用于与各种不同的模块化液压驱动井下工具中的一种工具耦合，所述接口包括 第一电连接件，其用于与所述一种工具的第二电连接件电耦合；以及 第一液压连接件，其用于所述一种工具的第二液压连接件耦合。
2.如权利要求I所述的接口，其并入用于适应所述工具的井下系统的驱动组件中，所述第二电连接件和所述第二液压连接件布置在其耦合端处。
3.如权利要求2所述的接口，其中，所述第一和第二电连接件的所述耦合包括电子插脚阵列的配合。
4.如权利要求3所述的接口，其中，所述第一和第二液压连接件的所述耦合包括液压端口的配合。
5.如权利要求4所述的接口，其中，所述液压端口的所述配合进一步包括弹簧加载的止回阀的配合。
6.一种用于井下系统的驱动组件，所述组件包括 电子壳体，其容纳处理器； 动力壳体，其容纳电动机和液压泵；以及 接口，其用于所述壳体和各种可互换的模块化液压驱动井下工具中的一种工具之间的电率禹合和液压I禹合。
7.如权利要求6所述的驱动组件，其中，所述泵为轴向活塞泵。
8、如权利要求6所述的驱动组件，进一步包括与所述壳体中的一个耦合的压力传感器和控制阀中的一个。
7、一种模块化液压驱动井下工具，包括用于与接口电耦合和液压耦合的耦合端，所述接口配置为用于与所述工具和不同的模块化液压驱动井下工具中的一个耦合。
8.如权利要求7所述的模块化液压驱动井下工具，其中，所述工具是选自由锚定致动器、轴向致动器、插塞设定致动器、套筒移位致动器和隔离阀致动器构成的组的致动器。
9.如权利要求7所述的模块化液压驱动井下工具，进一步包括用于井下应用的处理器和传感器中的一个。
10.一种模块化井下系统，包括 电动液压驱动组件； 模块化井下工具；以及 所述组件的接口，其配置为用于与所述模块化工具和其它各种模块化井下工具中的任一种电稱合和液压I禹合。
11.如权利要求10所述的系统，进一步包括钢丝绳电缆，所述钢丝绳电缆紧固至所述系统以便于向井中部署。
12.如权利要求10所述的系统，进一步包括 所述其它各种模块化井下工具中的一种工具；以及 另一接口，其布置在所述模块化井下工具处以便与其电耦合和液压耦合。
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述模块化井下工具为锚定件致动器，并且所述其它各种模块化井下工具中的所述一种工具为轴向致动器，所述系统进一步包括与所述轴向致动器耦合的插塞设定致动器和套筒移位致动器中的一个。
14.如权利要求13所述的系统，进一步包括与所述插塞设定致动器耦合的井隔离机构。
15.如权利要求14所述的系统，其中，所述井隔离机构是机械式采油封隔器和桥塞中的一个。
16.一种在具有模块化系统的井中执行应用的方法，所述方法包括 将所述系统的模块化工具与所述系统的驱动组件的接口进行电耦合和液压耦合，所述接口被配置为允许与各种不同模块化工具中的任一种工具耦合； 通过钢丝绳电缆将所述系统布置到所述井中；以及 在所述井中的目标位置处执行所述应用。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述模块化工具为锚定件致动器，所述方法进一步包括 将轴向致动器与所述锚定件致动器电耦合和液压耦合； 在所述布置之前将插塞设定致动器与所述轴向致动器进行电耦合和液压耦合，所述布置进一步包括将所述锚定件致动器锚定在所述井中并且使所述轴向致动器轴向运动以影响所述插塞设定致动器的位置。
18.如权利要求17所述的方法，其中，通过液压方式为所述轴向运动提供大于约.35,OOOlbs的力的动力。
19.如权利要求16所述的方法，进一步包括在所述执行期间获取应用数据。
20.如权利要求19所述的方法，进一步包括基于所获取的数据来对所述执行进行改动。
全文摘要
提供了一种具有单个电动液压驱动组件的模块化井下工具系统。所述组件包括用于与各种不同的模块化井下工具中的任一种工具耦合的电动液压接口。这种工具可以包括插塞设定致动器、套筒移位致动器、阀效应致动器和其它各种径向或轴向驱动的液压动力型致动器。事实上，各种不同的致动器可在同一系统内进行组合，基于既定的井下应用需要进行调整。因此，基于现场组装的可用的即用型模块可提供给操作员以便于脱离单个电动液压驱动组件而运行。
文档编号E21B17/02GK102713141SQ201080059963
公开日2012年10月3日 申请日期2010年12月22日 优先权日2009年12月24日
发明者L·帕拉, R·马丁内斯 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司