用于智能完井的线束的制作方法

文档序号:25542113发布日期:2021-06-18 20:38阅读:81来源:国知局
用于智能完井的线束的制作方法

发明人:robertj.turner

brettw.bouldin

本公开涉及在井下管柱上的部件和地面上的部件之间建立连通。更具体地,本公开涉及提供一种由具有预制连接器的脐带管(umbilical)组成的线束(harness);以及将连接器与附接至部件的连接器配合。



背景技术:

油气生产井筒内通常布置有管状完井管柱,管状完井管柱沿管柱的不同深度处配备有电完井物品。电完井物品的常见示例是用于控制通过管柱的流量的电致动阀;以及用于监测井下条件的传感器。脐带管有时与具有电完井物品的完井管柱部署在一起。脐带管通常包含用于将信号、电能或者两者传递到电完井物品的一个或多个导电构件。通常可以通过沿脐带管传输电力、沿脐带管传输信号、或者沿脐带管传输电力和信号两者来实现完井管柱中的设备的实时井监测和控制,这是所谓的智能完井中通常使用的功能。

当前,在智能完井中将电脐带管连接到电完井物品需要对电脐带管进行切割并且将电脐带管与电完井物品相连接。当前,在钻井现场(通常在钻台上)处执行切割和连接操作;以留出电脐带管的到电完井物品的正确长度。由于建造和测试连接所需的大量钻井时间,因此在钻井现场处执行这些操作成本较高。脐带管的金属管的连接通常通过焊接或者利用基于套接管的压力接头形成。因为在钻井现场处焊接时必须满足高温作业许可要求,所以大多数脐带管连接采用套接管压力接头。用于连结金属管的基于套接管的压力接头有时称为“干配合”或者“拼接”连接。钻井现场装配将连接暴露于风、雨、沙和污染物;这将连接质量和可靠性降低成低于在受控车间环境中制造的连接的连接质量和可靠性。



技术实现要素:

公开了一种井筒完井的示例方法,该方法包括:设置脐带管线束,该脐带管线束具有脐带管和安装至脐带管的脐带管连接器,该脐带管连接器与脐带管中的线路连通;将脐带管线束运输至井筒;设置包括部件的井下管柱;以及通过将脐带管连接器与部件相连接来提供部件与脐带管之间的连通。在示例中,该方法还包括:将脐带管线束布置在线轴上;以及在井筒处将脐带管线束退绕。可选地将井下管柱和脐带管布置在井筒中。在一个实施例中,将脐带管连接器电连接到部件包括将脐带管连接器的端部上的插头与电连接到部件的插座相配合。在替换例中,该方法还包括:将额外的脐带管连接器安装到脐带管线束,使得每个脐带管连接器与脐带管中的线路连通;以及安装额外部件。该方法还可选地包括:确定脐带管线束上的用于放置每个脐带管连接器的位置,该位置与对应的部件的位置相对应;将脐带管连接器安装在这些位置处;并且将每个脐带管连接器与对应的部件连接。脐带管连接器可选地具有变化的长度,并且其中根据脐带管连接器的长度对井下管柱进行调节。部件的示例包括传感器、控制阀、偏心工作筒中的部件和安全阀。在示例中,部件由脐带管线束中的电力供电。信号数据可选地通过与部件连通的脐带管线束传输。

井筒完井的另一个方法包括:将多个脐带管连接器与脐带管相连接以形成脐带管线束;将脐带管线束运输到井筒;通过将脐带管连接器与连接到布置在井下管柱中的部件的对应的部件连接器相配合来形成完井;以及将完井布置到井筒中。该方法还可选地包括通过脐带管线束与部件中的一个连通。该方法可选地包括对井下管柱的长度进行调节以减小脐带管连接器中的一个与对应于该脐带管连接器中的一个的部件连接器之间的距离。在示例中,脐带管连接器在沿脐带管分开的点处添加到脐带管,使得当脐带管线束和井下管柱定位成彼此邻近并且平行时,每个脐带管连接器与对应的部件连接件处于能接触的距离。当对应的脐带管连接器在能连接距离之外时,跳线为可选地添加到部件连接器中的一个,并且与对应于部件连接器中的一个的脐带管连接器相配合。

井筒完井的替代方法包含在井场处接收脐带管线束的步骤,该脐带管线束由脐带管、脐带管中的导电元件、以及沿脐带的长度布置的与导电元件连通的多个脐带管连接器构成。在替代方法中还包括以下步骤:在井场处接收井下管柱,井下管柱具有部件以及与部件连通的部件连接器;以及使脐带管连接器和对应的部件连接器接合。在示例中,该方法还包括通过以下步骤控制通过完井的流量:将电功率(electricalpower)和电信号沿脐带管线束经由将部件中的一个与对应的脐带管连接器联结的连接部,传输到部件中的一个。该方法的一个可选步骤是将井下管柱和脐带管线束同时插入井筒中。在一个替换例中,每个脐带管连接器在与对应的部件连接器处于能连接距离内的指定点处与脐带管线束相联结,并且与脐带管中的指定导电元件相连接,使得电功率和信号根据预定设计传输到对应的部件。

附图说明

已经对本公开中的一些特征和益处进行陈述,并且其它特征和益处在结合附图时随描述的进行将变得显而易见,其中:

图1是通过将井下管柱上的部件连接器与脐带管线束上的脐带管连接器配合而在井筒中形成完井的示例的局部截面图。

图2是安装在井筒内的图1的完井的实施例的局部截面图。

图3是图1的井下管柱和脐带管线束的部分的示例的示意图。

图4是附接到脐带管中的导电元件的脐带管连接器的示意图。

具体实施方式

现在,在参照示出实施例的附图后将更全面地描述本公开的方法和系统。本公开的方法和系统可以具有许多不同的形式,并且不应解释为局限于所阐述的图示实施例;相反,提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整,并且将本公开的范围完全传达给本领域的技术人员。相同的附图标记始终表示相同的元件。在实施例中,术语“约”的用法包括所引用幅度的+/-5%。在实施例中,术语“基本上”的用法包括所引用幅度的+/-5%。

还应当理解的是,本公开的范围不局限于所示和所述的结构、操作、材料或者实施例的确切细节。变型例和等效例对于本领域的技术人员将是显而易见的。在附图和说明书中公开了说明性示例。尽管使用了特定术语,但是它们仅在一般和描述性意义上使用,而不是出于限制的目的。

图1中的局部侧截面图示出了布置在井筒12中的细长井下管柱10的示例,其中井下管柱10包括沿井下管柱10的长度布置在不同位置处的多个部件141—n+1;其中“1—n+1”是指“1至n+1”,诸如“1、2、3、……n、n+1”。还示意性示出了部件14n+2、14n+3、14n+4,这些部件在示例中将在稍后被添加到井下管柱10中。为了方便起见,将部件141—n+1、14n+2、14n+3、14n+4标识为141—n+4。油管16包括在井下管柱10中,并且油管大体同轴安装在部件141-n中的相邻部件之间。部件141—n+4的示例包括部署在井筒12中使用的诸如阀、传感器和致动器等设备。此外,在图1的示例中,示出了脐带管线束18的实施例,该脐带管线束18与井下管柱10联结并且与井下管柱10一起插入井筒12中。在所示示例中,脐带管线束18卷绕在线轴20上并且示出为具有多个脐带管连接器221—n+4;其中“1—n+4”是指“1至n+4”,诸如“1、2、3、……n+3、n+4”。图1的脐带管线束18包括脐带管23,其中脐带管连接器221—n+4沿脐带管23的长度附接在各个位置处。附接至部件141—n+4中的每个部件的部件连接器241—n+4与部件141—n+4连通。在示例中,与部件连接器241—n+4中的特定一个连通或者连接,提供了与特定部件连接器241—n+4附接的部件141—n+4中的一个连通。在所示的示例中,脐带管线束18从线轴20解绕或者退绕并且拉向井下管柱10附近。如图所示,当脐带管连接器221—n+1在地面上并且在部署到井筒12内部之前时与对应的部件连接器241—n+1相连接。通过使脐带管连接器221—n+1与部件连接器241—n+1配合来形成连接部261+n。连接部26n+1在脐带管线束18与部件141—n+1之间提供诸如电和信号等连通。如前所述,剩余的部件连接器24n+2、24n+3、24n+4稍后可选地与剩余的脐带管连接器22n+2、22n+3、22n+4配合。如在下文中更详细描述的,在替代的配合的连接器22、24中提供了脐带管23与设置在部件141—n+4内的设备(包括智能电动设备)之间的连通。

在图1所示的示例中,脐带管线束18在安装在线轴20上的同时配备有脐带管连接器221—n+4。在使用的示例中,在远离井场w的位置将脐带管连接器221—n+4安装脐带管23上以形成脐带管线束18。然后,将脐带管线束18缠绕在线轴20上并且运输至井场w。在替换例中,脐带管连接器221—n+4构造成使得它们不会阻碍脐带管线束18越过示出为靠近钻机30的滑轮28。可选地提供井筒12的压力控制的井口组件32被示意性描绘在钻机30的基部处和井筒12上方。在防喷器(“bop”)32中形成有轴向通道(未示出);并且在将管柱10和脐带管线束18安装在井筒12中时管柱10和脐带管线束18穿过该轴向通道。图1的示例中还包括套管34,套管34被示出为内衬于井筒12并且将井筒12与围绕井筒12的地层36隔离。在一个示例中,井下管柱10用作生产管柱,并且当插入套管34内时将从地层36生产的流体引导至地面。具有预安装的脐带管连接器221—n+4的脐带管线束18的优点在于省去了在井场w处将连接器切割和拼接到脐带管线束18上的步骤,从而减少了钻井时间和费用。与目前在井场处实施切割和连接方法相比,在受控环境中安装脐带管连接器221—n+4的额外优点是提高了质量和可靠性。

现在参照图2,在侧局部截面图中示出了布置在井筒12中的智能完井38的示例;并且该智能完井38包括油管16、脐带管线束18、部件141—m和连接部261—m;其中“1—m”是指“1至m”,诸如“1、2、3、……m”。在图2的示例中,智能完井38通过将图1的脐带管和连接器221—m、241—m联结在一起而形成。在本实施例中,存在m个最终彼此接合的脐带管连接器和部件连接器;因此,形成连接部261—m,该连接部261—m提供了脐带管线束18与智能完井38(包括智能完井38中的部件141—n以及智能完井38中的任何智能设备)之间的电和信号连通。在图2中另外示出了可选夹具40,可选夹具40将脐带管线束18固定至管柱10以防止可能使连接部261—m中的一个解除联结的不期望运动。在一个实施例中,部件141—m均包括壳体以对部件481—m、501—m、521—m进行覆盖和保护以免受恶劣的井下环境影响。每个壳体可选地包括用于附接(诸如螺纹配合或者法兰配合)至相邻部件141—m之间的油管16的区段的装置。如下文中更详细阐述的,脐带管线束18根据井下管柱10的预期设计进行装配,并且使得为每个部件连接器241—m提供脐带管连接器221—m中的一个。在特定示例中,每个脐带管连接器221—m根据智能完井38的设计安装在脐带管线束18上的指定点处,以与智能连接器线束261—m中的特定一个相配合。在非限制性示例中,智能连接器线束261—m中的根据设计被指定为与特定脐带管连接器221—m配合的特定智能连接器线束被称为“对应的”智能连接器线束261—m,反之亦然。为了讨论的目的,在示例中,脐带管连接器221—m也被称为对应于特定部件141—m,与脐带管连接器221—m对应的智能连接器线束261—m附接在特定部件141—m上。

图2的示例中还示出了布置在井筒12外部的终端42,并且终端42与布置在井筒12外部的脐带管线束18的端部相联结。脐带管线束18经由通信装置46与控制器44通信,因此智能完井38和智能完井38内的所有设备(诸如部件141—n)经由连接部261—m、脐带管线束18、终端42和通信装置46与控制器44通信。在示例中,控制器44包括用于对沿脐带管线束18的电信号和电能进行控制的信息处理系统(“ihs”)。ihs可选地存储记录的数据以及将数据处理成可读格式。存在如下实施例,其中,ihs包括:处理器、可通过处理器访问的存储器、可通过处理器访问的非易失性存储区域、以及用于执行所描述的每个步骤的逻辑(电路)。说明性的通信装置46包括那些采用导电介质、光纤介质、接收和发送电磁波、以及它们的组合的装置。在一个非限制性操作示例中,由管柱10内的电气设备获得的信息经由脐带管线束18传输至终端42并且经由通信装置46传输至控制器44。可替代地,通过控制器44选择性发送通过脐带管线束18传输至部件141—m中的一个或多个的控制命令,并且用于操作管柱10内的各种智能设备的电功率沿脐带管线束18传输。在示例中,将可选地包括变频驱动器的电源(未示出)设置在提供诸如电力等电功率的地面上;并且将电功率通过脐带管线束18传导至井筒12中。

现在参照图3,示意性示出了将井下管柱10a与脐带管线束18a联结以形成智能完井38a的示例。在所示的示例中,井下管柱10a包括布置在油管16a中的部件14a1—5,并且部件14a1—5具有不同种类的设备。存在至少一些设备为电动的示例。可替代地,至少一些设备对电信号进行诸如通过发送、接收或发送和接收两者的处理。更具体地,部件14a1包括部件48a1、部件50a1和部件52a1。部件48a1、50a1被示意性示出以表示成阀,阀的示例包括控制阀、开/关阀和安全阀。部件52a1被示意性表示以示出成诸如用于测量井筒12(图2)内的压力或温度的传感器。此外,在本示例中,部件连接器24a1—5包括提供部件14a1—5中的设备之间的电连通的线路54a1—5以及被示出为分别安装在线路54a1—5的远离部件14a1—5的端部上的插头56a1—5。在部件14a1—5中的每一个中可选地设置有接头58a1—5,在示例中接头58a1—5为线路54a1—5中的每一个提供连结点。在替换实施例中,将引线60a1、62a1和64a1设置在部件14a1中并且分别在接头58a1与部件48a1、50a1和52a1之间提供电连通。插座66a1—5包括在所示实施例中并且插座66a1—5被示出为安装在脐带管连接器22a1—5的远离脐带管23a的端部上。如虚线l1—5所示,插头56a1—5与插座66a1—5共同接合并且配合以提供来自脐带管连接器22a1—5和部件连接器24a1—5之间的电和信号连通。线路68a1—5将脐带管插座66a1—5与脐带管线束18a内的导电构件电连接。接头58a1—5的示例包括线路54a1—5中的导电构件(未示出)和部件14a1—5中的导电构件之间的尾纤型连接。可选地,接头58a1—5由类似于插头56a1—5和插座66a1—5的插座和插头连接组成。

在一个替换例中,图3中所示的不同部件14a1—5配备有不同类型和数量的设备。例如,虽然部件14a1和14a2包括部件48a1、2、50a1、2和52a1、2中的每一个,但是剩余部件14a2—5包括完井设备中的单独一个。更具体地,图3的部件14a3示出为具有部件52a3,部件14a4示出为包括完井设备50a4,并且部件14a5包括部件设备48a5。部件不局限于所说明的实施例,而是可以包括任何数量的其它组合。

仍然参照图3,所示的线路54a1的实施例具有的长度大于线路54a2—5的长度,并且在示例中采取称为长度延伸或者跳线的形式。如果与线路54a1端部上的插头56a1相接合的插座66a1相对于对应的部件14a1竖直偏移的距离大于线束通常跨越的距离,则可以体现线路54a1具有增加长度的优点。可选地,在跳线的相反端上包括成品连接器,诸如在导电构件的长度的一端上的插头(与插头56a1—5中的一个相同或相似),以及在导电构件的相反端上的插座(与插座66a1—5中的一个相同或相似)。在跳线的该示例中,跳线的插头和插座(未示出)与插座66a1—5中的一个和对应的插头56a1—5中的一个接合,这易于提供部件14a1—5中的一个与对应的脐带管连接器22a1—5之间的连通。在另一个替换例中,将可选的短节(pupjoint)70a添加至管柱10a,以将部件14a1—5中的一个或多个的竖直位置调节为与插座66a1—n中的对应一个足够接近对准,使得插头56a1—n中的一个通过线路54a1—n中的对应一个和线路68a1—n中的对应一个的正常延伸而与插座66a1—n中的对应一个相配合。

图4中的局部截面图示意性示出了智能完井38b的完井管柱10b经由连接部26b1—4与脐带管线束18b电联结的部分的示例。此处,连接部26b1—4提供部件14b1—4与脐带管线束18b之间的电连通,并且通过将脐带管连接器22b1—4与部件连接器24b1—4配合而形成。在本示例中,脐带管线束18b包括包裹多个细长导电元件74b1—n的外部护套72b。用于护套72b的示例性材料包括金属或者金属物质,并且可选地形成为管状形状。还示出了与导电元件74b1电连通的线路68b1,因此部件14b1经由部件连接器24b1和连接部26b1与导电元件74b1连通。类似地,脐带管线束68b2示出为与导电元件74b3相连接,从而使部件14b2与导电元件74b3连通。导电元件74b2通过线路68b3和部件连接器24b3之间经由连接部26b3的连通而与部件14b3电连通。此外,线路68b4还与导电元件74b1相连接,以继而提供与部件14b4和导电元件74b1的电连通。因此,存在这样的示例:其中,部件14b1—4中的不同部件与导电元件74b1—n中的相同一个导电元件电连通。存在这样的示例:其中,脐带管线束18、18a、18b的实施例包括具有传递多种类型的能量(诸如电、光纤光、声、压力及其组合等)的介质的脐带管23、23a、23b。

在一个非限制性操作示例中,脐带管线束形成为具有布置在护套(诸如上述护套)内的多个细长导电元件。获得智能完井的设计,并且该设计包括智能完井中包括的完井组件的类型和对应位置。了解智能完井中的完井组件的布置和类型,就可以确定脐带管线束上安装脐带管连接器的位置。当确定脐带管连接器将安装在脐带管上的位置以形成脐带管线束时,考虑智能完井的设计中所预期的部件连接器的构造和放置。还确定了连接有脐带管线束线路的传导元件。在如上所述的示例中,在远离井场的位置的同时将脐带管连接器在所确定的点处安装至脐带管,并且该远离井场的位置避免了能够使脐带管连接器和脐带管线束之间的连接劣化的环境因素影响。

此外,在操作示例中,对脐带管线束进行战略性定位以将脐带管连接器定位成足够接近对应的部件连接器。在一个示例中,当无需对脐带管线束或者井下管柱进行重新定位,或者改变脐带管连接器或者部件连接器中的任一个的线路的情况下使脐带管连接器和相对应的部件连接器能够连接时,脐带管连接器足够接近对应的部件连接器。能连接至对应的部件连接器的脐带管连接器的示例是部件连接器的插头与脐带管连接器的插座相接合以形成连接。以另一种方式解释,当脐带管和部件连接器的线路具有的组合长度超过在部件连接器和脐带管连接器分别与井下管柱和脐带管线束相连接处之间的距离时,脐带管和部件连接器彼此足够接近或者在能连接距离内。

本非限制性示例的额外可选步骤包括将具有附接的脐带管连接器的脐带管线束缠绕在线轴上,并且将脐带管线束运输至井场。在井场处,将完井组件和油管段进行装配以形成插入井筒中的管柱。在替换实施例中,在将每个完井组件插入井筒之前,将附接的部件连接器与对应的脐带管连接器配合以形成连接。彼此配合的连接器使控制器与智能完井中的一个或多个完井设备进行通信。在示例中,通信沿脐带管线束发生。通信包括沿脐带管线束传输的电和信号。示例性信号包括用于操作完井中的设备或者布置在井筒中的其它设备的指令。通信的信号类型包括电信号、声信号和电磁信号。电力可用于为这种设备通电,诸如用于向将阀构件驱动到指定位置的电动机供电。

因此,本公开非常适于实现所述目的并且获得所提及的结果和优点,以及其它固有的结果和优点。虽然出于公开的目的已给出了本公开的各实施例,但是在用于完成期望结果的过程的细节中存在许多变化。这些和其它类似的修改对于本领域技术人员来说是显而易见的,并且旨在包括在本公开的要旨和所附权利要求的范围内。

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