用于井下线缆工具串的电力分配方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于在执行至少一个操作的井下线缆工具串的两个或多个操作单元之间分配电力的电力分配方法。该电力分配方法包括以下步骤：使用工具串中包括的一个或多个传感器记录表示至少一个操作条件(15)的信息的步骤(10)，将记录的信息与至少一个操作条件(15)的一组预定义区间(25)进行比较的步骤(20)，基于记录的信息和至少一个操作条件的预定义区间(25)的比较(20)，定义两个或多个操作单元之间的电力分配的步骤(30)，将一组预定义区间分类以便确保安全操作的步骤(27)，例如将不同的操作单元分类为无危险、中等危险、或高危险，以及基于电力分配的定义和一组预定义区间的分类，控制操作单元的电力分配的步骤(40)。此外，本发明涉及一种用于执行根据本发明的方法的线缆系统。
【专利说明】用于井下线缆工具串的电力分配方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及执行至少一个操作的井下线缆工具串的两个或多个操作单元之间的电力分配方法。此外，本发明涉及用于执行根据本发明的方法的线缆系统。
【背景技术】
[0002]井下线缆工具串正变得日益复杂，因为它们通常由若干专用操作工具组成以执行更复杂的井下操作，例如涉及不同类型操作(诸如钻孔，关闭阀，设置修补，或者记录地层或套管特性等等)的操作。
[0003]随着复杂性和工具数量的增加，线缆工具串中需要的电力量也增大。为了提供相当大的井下电力，通常应用到线缆的电压被增大以克服线缆的较长长度上的巨大电压降。然而，增大电压可能会导致危险的状况，诸如电崩溃、放电，并且因此是受限的。此外，通过线缆传送的可能的电力由于较长的电线中的普通热消散而受限。因此，通过线缆传送以向井下操作工具提供电力的电力固有地受限。
[0004]容纳对电力的增大需求的一种当前使用的方式是增大线缆中的传导电线的数量并因此增大输送电力的线缆的传导部分的总厚度。此外，许多尝试已经作出以使工具使用更少的电力，同时维持执行相同任务的能力。
[0005]使用更厚的线缆或包含更多导体的线缆会增大线缆的重量和成本。此外，这会增大在井的水平部分中输送线缆(例如通过使用牵引器)所需的电力。这再次增大为工具串所需的电力，从而使用由更厚的线缆促成的附加电力的一些或更多。使井下电气部件的能量消耗最小化会是长期和昂贵的过程，因为井下使用的部件由于用于井下电动工具和部件的电力的固有欠缺而已经代表最小化电力消耗方面的目前发展水平。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是全部地或部分地克服现有技术的以上缺点和缺陷。更具体地，一个目的是提供能够通过普通电缆执行若干井下操作的改进系统和用于控制井下系统的改进方法。
[0007]以上目的以及许多其他目的、优点和特征根据以下描述将变得明显，通过根据本发明的解决方案，通过用于在执行至少一个操作的井下线缆工具串的两个或多个操作单元之间分配电力的电力分配方法实现，该方法包括以下步骤:
[0008]-使用工具串中包括的一个或多个传感器记录表示至少一个操作条件的信息，
[0009]-把记录的信息与至少一个操作条件的一组预定义的区间进行比较，
[0010]-基于记录的信息和至少一个操作条件的预定义的区间的比较，限定两个或多个操作单元之间的电力分配，
[0011]-控制操作单元的电力分配。
[0012]通过具有基于操作在线缆工具中的两个或多个操作单元之间分配电力的方法，可以利用去往线缆工具串和线缆工具串中的受限的可用电力。通过把操作条件与预定义的区间进行比较，可以检测记录的操作条件以确定操作条件是否处于对于操作单元而言的危险区间、并且因此影响去往操作单元的电力。
[0013]上面描述的电力分配方法还可以包括将一组预定义的区间分类的步骤。
[0014]通过根据独立于预定义区间的具有相同重要级别的分类参数对至少一个操作条件的预定义区间进行分类，分类参数可以链接到操作条件，并且根据操作条件的最重要的分类参数对电力进行的分配因此以比仅仅把操作条件与单个区间进行比较的方法更智能的方式得到分配。
[0015]此外，比较记录的信息的步骤可以包括把记录的信息与至少一个附加的预定义区间进行比较。
[0016]此外，如上所述的电力分配方法还可以包括以下步骤:对两个或多个操作单元的操作条件区分优先次序，以及把定义适当的电力分配的步骤基于操作条件的优先次序。
[0017]此外，通过比较分类参数，关于要考虑什么样的操作条件和如何向包括操作条件的操作单元分配电力，可以作出更好的决定。
[0018]通过使用关于哪个操作单元正在执行操作的信息，如果来自两个或多个操作单元的两个或多个分类参数相等，则信息可以在决定如何分配电力中很有用。
[0019]附加地，操作单元可以包括多个操作条件。
[0020]此外，如果两个或多个分类参数相等并且两个或多个操作单元正在执行操作的话，使用系统中的操作单元的预定义次序的信息可以在如何分配电力方面很有用。
[0021]此外，当使用多个操作单元并且操作单元中包括多个操作条件时，如果两个或多个分类参数相等并且两个或多个操作单元正在执行操作，则使用系统中的操作单元的等级的预定义次序的信息并且使操作单元中的操作条件根据预定义的等级也被排序，可以在如何分配电力方面很有用。
[0022]通过具有包括至少一个操作条件的操作单元并且通过根据本方法记录、评价、决定和控制，两个或多个操作之间的主从关系可以被配置。
[0023]比较记录的信息、定义适当的电力分配和控制线缆工具串的电力分配的步骤可以在井上在地面执行。
[0024]评价、决定和控制可以在地面由计算机或通过人类交互来执行。
[0025]此外，比较记录的信息、定义适当的电力分配、控制电力分配、评价、决定和/或控制线缆工具串的步骤可以在井下在线缆工具串中执行。
[0026]评价、决定和控制可以在井下通过计算机或逻辑执行。
[0027]在上面描述的电力分配方法中，操作条件可以是温度、压力、功率、振动、声音、电压、电流、光、角度、速率或频率或井下操作期间的另一操作条件。
[0028]此外，传感器可以是温度传感器、压力传感器、功率表、加速计、麦克风、伏特计、安培计、光传感器、角度测量工具、换能器、激光器或用于测量井下操作条件的其他传感器。
[0029]此外，操作单元可以是井下牵引器、磨铣工具、清洁工具、冲击工具、钥匙工具(keytool)、电容工具、激光工具、激光器、计算机、传感器、处理单元、电路或用于井下使用的其他操作单元。
[0030]本发明也涉及用于执行如上所述的方法的线缆系统，其中线缆系统包括电力分配单元、两个或多个操作工具、以及两个或多个用于测量操作条件的传感器。【专利附图】
【附图说明】
[0031]本发明及其许多优点将在下面参考示意性附图更详细地描述，所述示意性附图出于举例说明的目的示出一些非限制性的实施例并且在附图中:
[0032]图1示出用于在线缆工具中分配电力的方法的示意图，
[0033]图2示出用于在线缆工具串中分配电力的另一方法的示意图，
[0034]图3示出划分成预定义的区间的温度范围的实例，
[0035]图4示出用于在线缆工具串中分配电力的又一方法的示意图，
[0036]图5示出用于在线缆工具中分配电力的另一方法的示意图，并且
[0037]图6示出包括线缆工具串的井的截面视图。
[0038]所有附图是高度示意性的并且不一定依比例，并且它们仅仅示出为了阐明本发明所必要的那些部分，其他部分被省略或仅仅暗示。
【具体实施方式】
[0039]图1示出用于在执行至少一个井下操作的线缆工具串的两个或多个操作单元之间分配电力的电力分配方法的示意性图。操作单元可以用于执行操作，诸如磨铣、清洁、测量、冲击、等等。由于当线缆工具串在井下几千米处操作时长线缆中的电力损失，电力在井下是高度受限的，并且电力分配方法智能地分配可用的电力以确保需要大量电力的操作可以得到执行。通过把操作单元之间的电力分配基于通过各种传感器输入记录的信息，可用于给定的井下工具串的电力可以因此总是被最优地分配。此外，取决于操作的类型，不同的分配方案可以通过本方法设置。
[0040]本方法的第一步骤10涉及记录至少一个操作单元的至少一个操作条件15的信息。操作条件15通过使用线缆工具串中包括的一个或多个传感器来记录以便控制电力分配。操作条件15可以是例如钻孔中的温度、钻孔中的压力、电动机的电力使用、钻孔期间的振动、钻孔期间的声音、供应电压的幅值、电流、光、角度、频率或速率。传感器可以是例如温度传感器、压力传感器、功率表、加速计、麦克风、陀螺仪、伏特计、安培计、光传感器、角度测量工具、换能器、激光器或另一适当的传感器。操作单元可以是诸如井下牵引器的驱动单元、磨铣工具、钻孔工具、清洁工具、冲击工具、钥匙工具、电容工具、激光工具、激光器、计算机、传感器、处理单元、电路或用于井下使用的另一操作工具。因此，记录信息的步骤可以测量磨铣工具中的温度。记录操作条件15的信息的步骤10可以由传感器自身或者通过把信息发送给计算单元来执行。通过把传感器和计算单元分离，可以例如使得传感器比包括用于记录信息的部件的传感器更抗振。
[0041]如图1所示，本方法的第二步骤20涉及把记录的信息与一组预定义的区间25进行比较，例如把操作条件15期间的磨铣工具的温度与用于最佳操作温度的预定义温度区间25进行比较。
[0042]当在步骤20已经把记录的信息与一组预定义区间25进行比较时，下一步骤30是定义两个或多个操作单元之间的适当的电力分配。把记录的信息和预定义区间25进行比较的比较步骤20被用作步骤30中用于决定操作工具之间的适当的电力分配的基础。例如，如果记录了表示钻头中的温度的信息，并且如果记录的信息被发现处于预定义区间25内(例如，这被认为对于钻孔操作是危险的)，则电力分配可以通过改变钻头和冷却单元之间的电力分配(即通过减小用于钻头的电力量并增大用于冷却单元的电力量以便增强钻头的冷却)而被重新分配。由于受限的可用电力，冷却单元可以仅在必要时使用，因为钻孔操作的主要目的是钻孔而不是冷却钻头(如果不需要的话)。
[0043]图1中示出的方法的最后步骤40是基于定义适当的电力分配的步骤30来控制两个或多个操作单元之间的电力分配的步骤40，诸如减小对钻头供应的电力量并增大对冷却单元供应的电力量。控制步骤40可以通过使用能够基于定义适当的电力分配的步骤30把电力量分配到两个或多个操作单元的计算机、电路或其他电子装置来执行。控制电力分配的步骤40在其最简单的形式中可以是控制两个操作单元，例如两个操作单元中的一个获得更多电力并且另一个因此获得更少电力的情况，目的是确保井下的所有可用电力被用于执行操作。在控制电力分配的步骤40的更高级形式中，可以通过对一个或多个操作单元断电并把剩余可用电力分配到一个操作单元、或者对一个操作单元断电并把剩余可用电力分配到一个或多个操作单元来分配电力，而控制多个操作单元。
[0044]套管78中的线缆工具串80的实例在图6中示出，其中工具串包括具有电子部72的井下牵引器66，包括温度传感器62的钻头60，和冷却单元63。线缆工具串80可以已经被编程为通过用钻头60在未能开启的隔离阀中钻孔来建立穿过套管中隔离阀的流路径。温度传感器62在操作期间记录钻头60中的温度的信息并把记录的信息发送到电子部用于与预定义区间进行比较。
[0045]预定义区间可以表示温度区间，例如T>150°C。当磨铣工具在阀中钻孔时，井下牵引器66提供力，通过该力，钻头60施压于阀以便钻孔并穿过阀。如果由于当钻头60施压于阀时由井下牵引器66产生的压力过高，钻头60中的温度在操作期间达到160°C，则在比较记录的信息的步骤中发现信息处于T>150°C的预定义区间内。包括处理部件的电子部72基于比较和编程的知识(例如被认为对于钻头60危险的预定义区间T>150°C)定义如何适当地分配电力，例如通过降低对井下牵引器66供应的电力，因此减小使钻头60施压于阀的力。适当的电力分配的定义也可以基于另一适当的电力分配以避免过热(例如增大对冷却单元供应的电力)，从而允许冷却单元增大对钻孔的冷却效果。最终，计算部件通过对井下牵引器66分配更少的电力并因此对冷却单元63分配更多的电力，来控制操作单元(诸如井下牵引器66和冷却单元63)之间的电力分配，并且利用新的可用电力量来执行操作。
[0046]通过使用包括上面描述的步骤的用于在执行至少一个操作的线缆工具串80中的两个或多个操作单元之间分配电力的方法，可以对于两个或多个操作单元检测一个或多个操作是否在不适当的或甚至危险的操作条件下执行，并且因此适当地分配电力以避免问题。比较记录的信息、定义适当的电力分配、和控制线缆工具串80的电力分配的步骤可以在井上通过计算机执行，由人类交互辅助执行，通过能够部分地或整体地执行上述步骤的电子电路或类似电气装置执行。然而，为了最小化线缆上的数据传送，步骤可以优选地在井下在线缆工具串80中通过包括能够执行所述步骤的计算部件61的电子部72执行。
[0047]如图2所示，比较步骤20还可以包括具有用操作条件15的一组分类参数(例如根据重要级别，危险级别，等等)对预定义区间27分类的步骤的子例程。分类参数可以是等级、数值或操作条件15处于适当的还是不适当的区间内、和/或处于哪个危险程度的类似指示，诸如其被分类为无危险、中等危险、还是高危险。预定义区间27的分类允许不同的操作条件基于其对操作或工具故障的关键程度而被分类。当在步骤30中，在井下工具中的不同操作单元之间定义电力分配时，确保需要电力的关键处理是非常重要的。一个实例可以是利用具有最大临界温度的钻孔工具的钻孔操作。如果整个工具可能会因为超过预定义区间而出故障，则该温度可以被分类为高危险预定义区间。钻孔速度可以是被分类为低危险预定义区间的另一个操作条件。与例如精确操作或水平巷道开工(co_encement oflaterals)期间相反，速度的预定义区间可以在尝试快速进行的钻孔操作期间被给予最大优先级。然而，甚至当基于操作目的而把速度列入优先，很重要的是，把速度分类为比例如温度的关键操作条件的重要性低。预定义区间27的分类步骤不与区分操作条件的优先次序的步骤混合，因为参数的分类被用于确保井下工具的安全操作，而区分操作条件的优先次序允许用户设置操作，在这种情况下对该特定类型的操作重要的操作条件被列为优先于较不重要的操作条件。
[0048]图3示出三个预定义区间25的实例；第一 50、第二 51和第三52预定义区间25可以通过三个分类参数A、B和C来分类。如图3中示出的预定义区间25的实例中所示，一组预定义区间25可以是温度区间，其可以进一步通过参数A、B和C来分类，其中A〈150°C，150°C^B^ 175°C且C>175°C，其中分类参数A可以被定义为无损坏操作单元的危险，B可以被定义为损坏操作单元的中等危险，并且C可以被定义为在操作期间损坏操作单元的高危险。
[0049]通过使用分类参数A、B、C，与仅仅把操作条件的信息与预定义区间25进行比较的情况相比，向两个或多个操作单元分配电力的本方法以更智能的方式促进电力的分配。 [0050]图4中的示意图示出一种方法，其中定义适当的电力分配的步骤30还包括:比较至少两个不同的操作条件15(例如温度，旋转速度，电流消耗，等等)的分类参数的步骤35。作为一个实例，根据所描述的方法，磨铣工具执行在井内阻挡流路径的阀中钻孔的操作。在记录信息的步骤10期间，温度传感器记录表示磨铣工具中的钻头的温度的操作条件15的信息，并且用于测量钻头的旋转的传感器记录表示钻头的每分钟转数(RPM)的操作条件15的信息。把表示钻头的温度和RPM的操作条件15分别与通过一组分类参数分类的一组预定义区间25进行比较。预确定区间的分类被选择为例如定义:一个操作条件15 (例如钻头的温度)总是必须取决于所使用的材料而处于100-150°C的可接受容许区间内，因为钻头会在过高温度期间出故障，而第二个操作条件15 (诸如钻头的RPM)由于例如最佳钻孔性能而具有10000-15000RPM的可接受容许区间。在两个操作条件15之间比较预定义区间25的分类参数因此允许适当的电力分配30被定义，并且从而有可能相应地控制操作单元。
[0051]通过具有分别执行记录信息的步骤10、比较记录的信息的步骤20、和对于特定操作单元的操作条件15定义适当的电力分配的步骤30的若干个操作单元，两个或多个操作单元之间的主从配置可以被配置成使得主单元包括基于分类参数的输入比较分类参数、以及对应地适当分配每个操作单元的电力，并且此外，主单元控制电力分配。
[0052]把电力分配基于分类参数的比较在一些情况下可能会是困难的，如果例如所有操作条件15突然处于高危险区间内。然而，如图5中示出，适当的电力分配的定义30还可以通过对分类参数区分优先次序的优先次序区分步骤37，而基于执行至少一个操作的操作单元的分类参数的偏好。如果在分类参数的比较35期间，识别出来自两个或多个操作单元的具有相等值的两个或多个分类参数，则单元之间的最佳电力分配可以通过对操作条件区分优先次序37来实现。此外，特定操作可能需要特定优先级，使得在例如工具串80移动期间，优先次序与钻孔期间的优先次序不同。关于以上实例，比较35比较钻头的温度的分类参数。比较35可以随后识别出分类参数是相等的，并且可能需要附加信息来作出决定。如果对操作分类参数区分优先次序，例如如果把温度列为优先于钻头的RPM，则钻头可以被给予尽可能多的电力以执行钻孔操作而不会由于过热而损害工具，即如果温度具有更高优先级，则钻头可以被给予尽可能多的电力，只要温度保持在特定的预定义区间25以下。另一方面，如果温度增大到临界温度以上，则对钻头供应的电力可以不增大，尽管钻头可能工作在对于钻孔处理不是最佳的RPM下。可替换地，在温度升高期间，对钻头供应的电力可以保持恒定，并且对钻头冷却单元供应的电力可以增大，等等。通过对分类参数区分优先次序，如果两个或多个分类参数相等，则优先次序可以被用于定义适当的电力分配。操作单元的优先次序可以基于例如操作单元的温度容限、功率容限、压力容限、振动容限、成本/收益、时间消耗、等等和/或其他参数来选择。
[0053]对多个操作条件15区分优先次序和/或对多个操作单元区分优先次序允许在涉及许多操作工具和许多操作条件15的复杂操作期间进行适当的电力分配。
[0054]图6示出线缆工具串80，其包括驱动单元，诸如井下牵引器66，液压部68，电动机70，电力分配单元73和线缆74。
[0055]利用套管意味着关于石油或天然气生产在井下使用的任何种类的管、管道、筒(tubular)、尾管(liner)、串(string)等等。
[0056]井下牵引器可以包括具有车轮的可伸臂，其中轮子接触套管的内表面用于在套管中向前推进牵引器和工具。井下牵引器是能够在井下推或拉工具的任何驱动工具，诸如Well Tractor?。
[0057]尽管在上面已经结合本发明的优选实施例描述了本发明，但对于本领域技术人员将明显的是，可以想到若干改型而不脱离所附权利要求限定的发明。
【权利要求】
1.一种用于在执行至少一个操作的井下线缆工具串(80)的两个或多个操作单元之间分配电力的电力分配方法，所述方法包括以下步骤: -使用所述工具串中包括的一个或多个传感器记录表示至少一个操作条件(15)的信息的步骤(10)， -将记录的信息与所述至少一个操作条件(15)的一组预定义区间(25)进行比较的步骤(20)， -基于所述记录的信息和所述至少一个操作条件(15)的预定义区间(25)的比较(20)，定义所述两个或多个操作单元之间的电力分配的步骤(30)， -将所述一组预定义区间分类以便确保安全操作的步骤(27)，例如将不同的操作单元分类为无危险、中等危险、或高危险，以及 -基于所述电力分配的定义(30)和所述一组预定义区间的分类(27)，控制所述操作单元的电力分配的步骤(40)。
2.根据权利要求1或2所述的电力分配方法，其中比较所述记录的信息的步骤(20)包括:将所述记录的信息(10)与至少一个另外的预定义区间(25)进行比较。
3.根据权利要求1-3中任一项所述的电力分配方法，还包括以下步骤: -对所述两个或多个操作单元的操作条件区分优先次序，以及将定义适当的电力分配的步骤(30)基于所述操作条件(15)的优先次序。
4.根据权利要求1-4中任一项所述的电力分配方法，其中比较所述记录的信息的步骤(20)、定义适当的电力分配的步骤(30)、和控制所述线缆工具串的电力分配的步骤在井上在地面执行。
5.根据权利要求1-5中任一项所述的电力分配方法，其中比较所述记录的信息的步骤(20)、定义适当的电力分配的步骤(30)、和控制电力分配的步骤(40)在井下在所述线缆工具串中执行。
6.根据权利要求1-6中任一项所述的电力分配方法，其中所述操作条件(15)是温度、压力、功率、振动、声音、电压、电流、光、角度、速率、和/或频率。
7.根据权利要求1-7中任一项所述的电力分配方法，其中所述传感器是温度传感器、压力传感器、功率表、加速计、麦克风、伏特计、安培计、光传感器、角度测量工具、换能器、激光器、和/或用于测量井下操作条件(15)的其他传感器。
8.根据权利要求1-8中任一项所述的电力分配方法，其中所述操作单元是井下牵引器、磨铣工具、清洁工具、冲击工具、钥匙工具、电容工具、激光工具、激光器、计算机、传感器、处理单元、电路、和/或用于井下使用的其他操作单元。
9.一种用于执行根据权利要求1-9中任一项所述的方法的线缆系统，其中所述线缆系统包括电力分配单元(73)、两个或多个操作单元、以及两个或多个用于测量操作条件(15)的传感器。
10.根据权利要求10所述的线缆系统，其中所述操作单元是井下牵引器、磨铣工具、清洁工具、冲击工具、钥匙工具、电容工具、激光工具、激光器、计算机、传感器、处理单元、和/或电路。
11.根据权利要求10或11所述的线缆系统，其中所述传感器是温度传感器、压力传感器、功率表、加速计、麦克风、伏特计、安培计、光传感器、角度测量工具、换能器、和/或激光器。
【文档编号】E21B41/00GK103987914SQ201280061748
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2012年12月28日 优先权日:2011年12月29日
【发明者】J·哈伦德巴克, J·巴弗德 申请人:韦尔泰克有限公司