用于操作井下电池的系统和方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年12月4日提交的序列号为15/830,084的美国专利申请的优先权。这个优先权申请的内容以引用的方式整体并入本文。

背景技术：

本公开涉及用于在井筒中提供井下电池，可以使得其他井下装置能够继续接收电力的系统和方法。

这个部分意图为读者介绍本领域中可能与下文描述和/或要求保护的本技术的各个方面相关的各个方面。这种论述被认为有助于向读者提供背景信息，以便于更好地理解本公开的各个方面。因此，这些说明应从这个角度进行阅读，并且不应被视为任何形式的承认。

为了定位井并从井中提取资源，可在地质地层中钻出井筒。诸如工具串和传感器的井下装置可放置到井筒中以获得与井筒相关的测量。这些井下装置经由电缆从表面和/或从连接到井筒中的井下装置的电池接收电力。在某些操作期间，井下装置可能会与表面上的电源切断。因此，可利用井筒内的电池来向井下装置提供电力。因此，提高井筒内的电池的使用寿命和可操作性可能是有益的。

技术实现要素：

下文阐述了本文公开的某些实施方案的概述。应理解，这些方面仅被呈现来向读者提供这些特定实施方案的简要概述，并且这些方面不意图限制本公开的范围。实际上，本公开可包括下文可能未阐述的各个方面。

在一个实例中，一种方法包括经由电池系统的电池控制器接收定时器值。所述方法还包括在接收到所述定时器值时经由所述电池控制器启用所述电池系统以向井筒中的释放装置提供电力。此外，所述方法包括经由所述电池控制器接收更新的定时器值，并且所述更新的定时器值替换所述定时器值，并且所述电池系统继续向所述释放装置提供电力，至少直到所述更新的定时器值到期为止。

在另一个实例中，一种方法包括经由电池系统的电池控制器接收阈值温度值。所述方法还包括经由所述电池控制器从一个或多个传感器接收温度数据。此外，所述方法包括在所述温度数据超过所述阈值温度值时经由所述电池控制器启用所述电池系统以向井筒中的释放装置提供电力。

在又一个实例中，一种系统包括电池系统，所述电池系统包括被配置为接收定时器值的电池控制器。所述电池控制器还被配置为在接收到所述定时器值时启用所述电池系统以向井筒中的释放装置提供电力。此外，所述电池控制器被配置为接收更新的定时器值，并且所述更新的定时器值替换所述定时器值，并且所述电池系统继续向所述释放装置提供电力，至少直到所述更新的定时器值到期为止。

可相对于本公开的各个方面对上文提及的特征进行各种改进。其他特征同样也可并入所述各个方面中。这些改进和附加特征可单独存在或以任何组合存在。例如，下文相对于所示的实施方案中的一个或多个实施方案论述的各种特征可单独地或以任何组合并入到本公开的上文描述的各方面中的任一方面中。上文呈现的简要概述仅意图使读者熟悉本公开的实施方案的某些方面和背景，而不限制要求保护的主题。

附图说明

在阅读以下详细描述之后并在参考附图之后可更好地理解本公开的各个方面，在附图中：

图1是根据本公开的一个方面的电缆系统的示意图，所述电缆系统包括用于检测井筒或与工具串相邻的地质地层的特性的工具串；

图2是图1的工具串的示意图，所述工具串包括联接到井下工具的电池系统和释放装置系统；

图3是图1的工具串的示意图，所述工具串包括与井下工具脱开的电池系统和释放装置系统；

图4是用于操作图2的电池系统的过程的实施方案；并且

图5是用于操作图2的电池系统的过程的实施方案。

具体实施方式

下文将描述本公开的一个或多个具体实施方案。这些描述的实施方案仅是当前公开的技术的实例。另外，为了提供对这些实施方案的简要描述，说明书中可能不会描述实际实现方式的所有特征。应了解，如同在任何工程或设计项目中一样，在开发任何此类实际实现方式时，都必须作出与实现方式特定相关的众多决定，以实现开发人员的特定目标，诸如遵守与系统相关以及与业务相关的约束，这些约束可能会随实现方式而变化。此外，应了解，这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对受益于本公开的普通技术人员而言，这仍将是设计、制作和生产中的常规任务。

在介绍本公开的各种实施方案的元件时，冠词“一”、“一个”、和“所述”意图表示有一个或多个此类元件。术语“包含”、“包括”和“具有”意图是包括性的，并且表示除了所列元件外，可能还有其他元件。另外，应理解，对本公开的“一个实施方案”或“实施方案”的提及并不意图被解释为排除也结合了所述特征的其他实施方案的存在。

本公开涉及提高井筒内的电池的使用寿命和可操作性的装置，所述电池用于在表面上的电源无法向井下装置提供电力时向所述井下装置提供电力。包含井下工具的工具串可放置到井筒中以采集与地质地层有关的信息。在某些操作期间，可将井下装置与表面上的电源切断。利用井下电池可向井下装置提供电力以使得井下装置能够返回到表面，或者可恢复来自表面的电力的区域。另外，一些井筒可能具有相对极端的环境条件，诸如温度和压力。实际上，在一些情况下，温度可能超过150℃，并且甚至可能超过175℃或200℃。已开发出能够在这些条件下操作的专用电池。然而，如果被设计用于在此类相对高的温度下操作的许多电池在较低温度下操作，则所述电池可能会受到损坏或存在缩短的使用寿命。

因此，本公开的实施方案涉及一种用于以保护电池免受损坏和/或延长电池的操作寿命的方式操作井下电池的系统和方法。一些实施方案包括一种控制系统，所述控制系统用于控制电池，使得所述电池在其非常适合的某些条件下进行操作，而在其可能遭受损坏的其他条件下不进行操作。实际上，被专门设计用于井下环境的井下电池可在井下条件而非表面条件下更有效和/或高效地操作。因此，本公开的控制系统可将电池控制成保持不操作，直到电池周围的环境条件达到阈值为止。

例如，井下装置可具有被设计用于在大于某一阈值(例如，大于125℃、大于150℃、大于175℃、大于200℃等等)的温度下操作的电池。当井下装置被放置到具有相应地较高的温度的井筒中时，在电池达到井筒的环境条件之前可能要花费一点时间。因此，如果井下装置在被放置到井筒中之后过早地操作电池，则电池可能会在比其被设计来操作所在温度更低的温度下操作。由于在这个较低温度下操作可能会损坏电池和/或缩短电池的使用寿命，因此本公开的系统和方法可防止电池在所述电池周围的环境条件令人满意之前进行操作。

考虑到这一点，图1示出了可采用本公开的系统和方法的测井系统10。测井系统10可用于经由井筒16将工具串12传送通过地质地层14。另外，井筒16可能不会一直笔直向下进入地质地层14，并且井筒16可包含转弯部13。井筒16可继续以高达90度的角度经过转弯部进入地质地层14。在图1的实例中，工具串12经由测井绞车系统(例如，车辆)20在缆线18上进行传送。尽管测井绞车系统20在图1中被示意性地示出为由卡车运载的移动式测井绞车系统，但是测井绞车系统20可以是基本上固定的(例如，基本上是永久性的或模块化的长期安装)。可使用用于测井的任何合适的缆线18。缆线18可卷绕在滚筒22上并在所述滚筒上退绕，并且辅助电源24可向测井绞车系统20、缆线18和/或工具串12提供能量。

此外，尽管工具串12被描述为电缆工具串，但是应了解，可使用任何合适的传送装置。例如，工具串12可替代地在钢丝绳上或经由连续油管，或作为随钻测井(lwd)工具，作为钻柱的底部钻具组件(bha)的一部分等等进行传送。出于本公开的目的，工具串12可包括利用电力的任何合适的工具，诸如用于获得对地质地层14的性质的测量的传感器、钻井工具、材料收集工具、牵引机工具等。工具串12可包括多个井下工具，诸如2、3、4、5、6或更多个井下工具，以在井筒16中进行操作。

工具串12可将能量发射到地质地层14中，这可以使得由工具串12获得的测量能够作为与井筒16和/或地质地层14相关的数据26。数据26可被发送到数据处理系统28。例如，数据处理系统28可包括处理器30，所述处理器30可执行存储在存储器32和/或存储装置34中的指令。同样，数据处理系统28的存储器32和/或存储装置34可为能够存储指令的任何合适的制品。仅例举几个实例，存储器32和/或存储装置34可为只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、闪存、光学存储介质或硬盘驱动器。可为任何合适的电子显示器的显示器36可显示由处理器30生成的图像。数据处理系统28可为测井绞车系统20的本地部件(例如，在工具串12内)、分析来自其他测井绞车系统20的数据的远程装置、定位成接近于钻井操作的装置或其任何组合。在一些实施方案中，数据处理系统28可为移动计算装置(例如，平板计算机、智能手机或膝上型计算机)或远离测井绞车系统20的服务器。

图2示出了工具串12的实施方案，所述工具串12包括释放装置系统40、电池系统42和井下工具44。工具串12可下放到井筒16中以经由井下工具44执行各种操作(例如，数据采集、样本收集、钻井等)。缆线18可被利用来向释放装置系统40和井下工具44提供电力。在某些操作期间，井下工具44可能会被卡入井筒16内。当井下工具44被卡住时，继续下去的最快方式可能是利用释放装置系统40来将井下工具44从工具串12释放，并且用其他设备取回井下工具44。因此，释放装置系统40包括用于驱动释放装置48的马达46。然而，当井下工具44被卡住时，通过缆线18供应的电力往往会被切断。因此，当失去通过缆线18的电力时，利用电池系统42来向释放装置系统40供应电力以使得释放装置系统40能够释放井下工具44。

电池系统42包括电池50、电池控制器52和传感器54。电池50仅可保留有限的电量，并且使电池一直接通会耗费电池50的电力。因此，电池控制器52被包括来启用和禁用电池50，这增加了可利用电池50的时间量。例如，操作者、电池控制器52或两者可能能够识别很有可能利用电池50的某些时间，并且在此类时间期间指导电池50来进行启用。

另外，在井筒16的内部56内的条件可能明显不同于表面处的条件。例如，井筒16的内部56中的温度可为140摄氏度(c)至190℃、150℃至180℃、165℃至178℃、170℃至175℃、或其他类似温度。因此，电池50可被适配成在井筒16的内部56内的这些温度下操作。然而，被适配成在此类温度下操作的电池可能无法有效地或不能够在较低温度条件(例如，20℃至40℃，或在某一其他特定阈值温度值之下的温度)下提供足够的电力，或者在较低温度条件下操作可能会受损和/或存在缩短的使用寿命。

因此，电池控制器52可响应于某些条件而启用或禁用电池50。传感器54被包括来感测电池50在其中操作的环境(例如，井筒16的内部56的温度、压力、遥测数据等)。例如，电池50可在井筒16的内部56中存在的较高温度范围内操作。电池控制器52可从传感器54接收温度数据并且基于来自传感器54的温度数据而操作电池50。例如，电池控制器52可在低于阈值温度的温度下禁用电池50，并且在高于阈值温度的温度下启用电池50。在一些实施方案中，可包括更多或更少的传感器54，诸如1、3、4、5、6或更多个传感器54。在电池50可能在内部56中存在的较高温度下操作时，在井筒16的内部56中可能存在处于甚至更高温度的区段，所述区段可能处于对于电池50的安全操作来说过高的温度。因此，电池控制器52还可在温度高于阈值温度的情况下禁用电池50。

另外，电池控制器52可用于控制释放装置系统40。例如，当通过缆线18的电力被切断时，通信往往也会被切断。因此，即使在没有来自表面的通信的情况下，电池控制器52都可用于操作释放装置系统40。

在所示的实施方案中，电池控制器52包括处理器，诸如所示的微处理器60，以及存储器装置62。电池控制器52还可包括一个或多个存储装置和/或其他合适的部件。微处理器60可用于执行软件，诸如用于控制电池50的软件等等。此外，微处理器60可包括多个微处理器、一个或多个“通用”微处理器、一个或多个专用微处理器和/或一个或多个专用集成电路(asics)或其某个组合。例如，微处理器60可包括一个或多个精简指令集(risc)处理器。

存储器装置62可包括易失性存储器，诸如随机存取存储器(ram)，和/或非易失性存储器，诸如只读存储器(rom)。存储器装置62可存储各种信息并且可用于各种目的。例如，存储器装置62可存储供微处理器60执行的处理器可执行指令(例如，固件或软件)，诸如用于控制电池50的指令。存储装置(例如，非易失性存储装置)可包括rom、闪存、硬盘驱动器、或者任何其他合适的光学、磁性或固态存储介质或其组合。存储装置可存储数据、指令(例如，用于控制电池50的软件或固件等)，以及任何其他合适的数据。另外，电池控制器52可位于任何合适的位置，诸如沿着工具串12、在电池50之内或外部、在表面处等。另外，电池控制器52可为图1的数据处理系统的一部分。

图3示出了在从井下工具44释放之后的释放装置系统40的一个实施方案。如上所述，井下工具44在某些操作期间可能会被卡住，并且可从工具串12释放。因此，马达46会使释放装置48从井下工具44缩回，从而将释放装置48与井下工具44机械地脱开。在已释放井下工具44之后，其余的工具串12可返回到表面以启用其他装置来取回卡住的井下工具44。在本实施方案中，在来自缆线18的电力被切断的情况下，利用电池系统42来向释放装置系统40提供电力，这通常会在井下工具44被卡住时发生。在本实施方案中，电池系统42被示出为操作释放装置系统40。应了解，电池系统42可用于向任何井下系统，诸如牵引机装置、井下工具、或利用电力的任何其他井下装置提供电力。

图4是用于控制电池系统以保存电池的电荷的过程100的实施方案的流程图。即使失去接至表面的连接，过程100也能启用电池系统来进行操作。尽管以下过程100包括可执行的许多操作，但是应注意，过程100可以各种合适的顺序执行(例如，论述操作的顺序、或任何其他合适的顺序)。可能不执行过程100的所有操作。另外，过程100的所有操作可由电池控制器、数据处理系统、操作者或其组合执行。

首先，操作者可连接(方框102)到电池系统。例如，在电池系统在井筒中时，电池系统可(例如，经由缆线)与表面通信。操作者可经由用户界面与电池系统交互，通过所述用户界面，操作者可输入命令、观察电池状况(例如，剩余电荷、环境温度等)等。

操作者可设定(方框104)定时器值。定时器值可以是基于特定操作将持续多长时间、在没有表面供电的情况下在返回到表面之前工具串可能要多长时间等。在设定定时器值时，操作者可将定时器值输入到用户界面中，并且与提示交互以确认在设定定时器值之前定时器值是正确的。在一些情况下，可将定时器设定为有可能允许井筒16的环境条件将电池系统的温度升高到某一阈值温度的时间量。此阈值温度可为允许电池系统足够高效和/或有效地操作的任何合适的温度，其中对电池系统的损坏会被减少和/或消除(例如，140℃至190℃、150℃至180℃、165℃至178℃、170℃至175℃等)。

在设定定时器值，并且电池系统(例如，经由电池控制器)接收定时器值之后，可启用电池系统(方框106)。在启用电池系统时，电池系统可向释放装置系统，或电池系统所连接的其他系统提供电力。在电池系统向相关联的系统提供电力时，电池系统可提供足够的电力而成为相关联的系统的唯一的电源。

在某些情况下，操作者可更新(方框108)定时器值。例如，操作的某些部分可能会花费比预期更长的时间。因此，操作者可在已设定定时器值之后改变定时器值。这使得操作者能够在设定定时器值方面具有更大的灵活性，因为操作者可快速地改变定时器值，而不是取消定时器(例如，通过将所述系统拉回到表面)，并且启动新的定时器。在一些情况下，可将定时器更新为有可能允许井筒16的环境条件将电池系统的温度升高到某一阈值温度的时间量。此阈值温度可为允许电池系统足够高效和/或有效地操作的任何合适的温度，其中对电池系统的损坏会被减少和/或消除(例如，140℃至190℃、150℃至180℃、165℃至178℃、170℃至175℃等)。

一旦定时器到期，电池系统就操作(方框110)释放装置系统。定时器可用于确保释放装置系统在通向表面的通信和电力被切断的情况下将仍然能够操作。因此，定时器的到期会使电池控制器向释放装置系统供应电力，并且使释放装置系统将井下工具从工具串释放。在一些实施方案中，电池系统可连接到其他系统，并且定时器的到期可能会使电池系统向另一个系统提供电力并提供其操作。

图5是用于控制电池系统以保存电池的电荷的过程120的实施方案的流程图。过程120使得电池系统能够在某些条件下自动地操作。尽管以下过程120包括可执行的许多操作，但是应注意，过程120可以各种合适的顺序执行(例如，论述操作的顺序、或任何其他合适的顺序)。可能不执行过程120的所有操作。另外，过程120的所有操作可由电池控制器、数据处理系统、操作者或其组合执行。

首先，操作者可连接(方框122)到电池系统。例如，在电池系统在井筒中时，电池系统可(例如，经由缆线)与表面通信。操作者可经由用户界面与电池系统交互，通过所述用户界面，操作者可输入命令、观察电池状况(例如，剩余电荷、环境温度等)等。

在一些情况下，操作者可为电池系统的操作设定阈值温度(方框124)。例如，某些电池系统可在某些温度范围下更高效和/或有效地操作(例如，140℃至190℃、150℃至180℃、165℃至178℃、170℃至175℃等)。因此，设定阈值温度可增加电池系统保持电力的时间。应注意，在一些情况下，可能不设定阈值温度，而是可能设定定时器，所述定时器表示有可能允许井筒16的环境条件将电池系统的温度升高到某一阈值温度的时间量。此阈值温度可为允许电池系统足够高效和/或有效地操作的任何合适的温度，其中对电池系统的损坏会被减少和/或消除。

在设定阈值温度，并且电池系统(例如，经由电池控制器)接收阈值温度之后，电池系统检测温度。如上所述，电池系统可包括可检测电池系统的周围环境的温度的传感器，并且来自传感器的温度数据可发送到电池控制器并由所述电池控制器接收。

在检测到的温度超过阈值温度时，电池控制器可启用电池系统(方框128)。例如，可在较低温度下禁用电池系统以增加电力在电池系统中停留的时间量，并且提高电池系统的使用寿命。在已超过阈值温度之后启用电池系统可提高电池系统的效率。

鉴于以上内容，本文呈现的实施方案提供了能够延长电池寿命和电池系统的使用寿命的装置。首先，电池系统可接收定时器值，在此之后启用电池系统。可在定时器到期之前更新定时器值，这为操作者提供了额外的灵活性。在定时器到期时，电池系统可操作释放装置以将井下工具从工具串释放。利用定时器可使得电池系统即使在没有外部电力或通信的情况下都能够操作释放装置。另外，电池系统可接收阈值温度。电池系统可接收电池系统周围的条件的温度数据。在检测到的温度超过温度阈值时，电池可开始操作。如此操作使得电池系统能够更高效地操作，并且可提高电池系统的使用寿命。

已通过举例示出了上文描述的特定实施方案，并且应理解，这些实施方案可能容许有各种修改和替代形式。应进一步理解，权利要求并不意图限于所公开的特定形式，而是意图覆盖落在本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代方案。