用于井下作业的蓄能器及其使用方法与流程

本发明涉及井下工具技术领域，特别地涉及一种用于井下作业的蓄能器。

背景技术：

在钻井、固井或完井等过程中，通常需要使用一些井下工具来进行井下作业。目前，井下工具一般包括执行元件，以及为执行元件提供动力的动力机构。现有的动力机构主要包括以下几种。

1)电池。将高温锂电池装到工具内部，为井下工具提供动力。由于单节电池存储的电量有限，而驱动井下工具工作需要使用大量的能量，因此需要放置大量的电池，从而使得在布置时费事费力。2)涡轮。利用钻井过程中产生的泥浆驱动涡轮，从而通过涡轮带动发电机发电，进而为井下工具提供电力。但是，位于涡轮上、下两侧的井体会被涡轮隔开，无法实现全通径，会导致在后续施工时费事费力。3)输电电缆。从地面向井下延伸一根电缆，用于传送能量。但是，井下的环境特殊，需要对输电电缆进行特殊保护，也会导致费事费力。

因此，如何解决在通过上述动力结构进行井下作业时会导致费事费力的问题，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明提供一种用于井下作业的蓄能器，该蓄能器的结构简单，使用方便，省时省力，而且能循环使用。

本发明的用于井下作业的蓄能器包括本体，所述本体上设有用于存储驱动流体的储能腔、用于使所述驱动流体进出所述储能腔的进口和出口，以及用于使地下流体流动的通路。

在一个实施例中，所述通路位于所述本体的中部，而所述储能腔设置成环绕所述通路。

在一个实施例中，所述储能腔包括沿所述本体的轴线延伸的的多个腔体，其 中，多个所述腔体环绕所述本体的轴线布置。

在一个实施例中，各所述腔体之间均通过环形通道而彼此连通，并且所述环形通道构造成与所述腔体相垂直。

在一个实施例中，所述环形通道位于各所述腔体的顶部和底部之间，并靠近各所述腔体的底部。

在一个实施例中，所述出口位于其中一个所述腔体上，并构造成位于所述腔体的底部且与所述腔体相平行的圆柱孔。

在一个实施例中，所述本体上还设有连接部，其中位于所述本体上方的上连接部设有内连接螺纹，而位于所述本体下方的下连接部设有外连接螺纹。

在一个实施例中，所述驱动流体包括氮气和/或氦气。

本发明的使用根据上述中任一项的蓄能器的方法，包括下述步骤：步骤一，向储能腔中充入驱动流体；步骤二，待冲入完成后，关闭进口，并将蓄能器下放至井中；步骤三，待用完驱动流体后，将蓄能器从井中提出。

在一个实施例中，若未完成井下作业，则重复步骤一至三。

相对于现有技术，本发明的蓄能器通过驱动流体来为井下工具提供动力，可以循环使用；当将蓄能器放置在井中时，可以使位于蓄能器两端的井体保持畅通，因此便于进行井下作业；当使用时，在蓄能器上设置固定管柱，并下放至井中即可，结构简单，使用方便，省事省力。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。

图1是本发明的用于井下作业的结构示意图。

图2是图1的B-B剖视图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的蓄能器适用于井下作业，尤其适用于油气井作业时。该蓄能器包括大致成圆柱状的本体1，以便于加工蓄能器，并便于将蓄能器下放 至井中。本体1可以为铸造结构，也可以经车削加工而成。本体1上的孔可以在铸造时形成，也可以经钻具钻出。本体1的长度和内径、外径尺寸可以根据具体的需要具体设定。也可以同时向井体中下放一个或多个本体1。

在本体1上设有贯穿其两端的通路11。当将蓄能器放入到井中时，位于蓄能器上方的井体部分和位于蓄能器下方的井体部分经该通路11连通。这样，可以使例如钻井液或地下流体(如石油)经该通路11进入到井体的下方，从而便于进行井下作业或便于其他井下工具的使用，省事省力。

进一步地，该通路11为大致位于本体1的中部的圆柱孔。并且通路11的延伸方向与本体1的延伸方向大致相同。这样，便于加工和设置，而且当将蓄能器应用于例如油气井的时候，在需要进行例如投球射孔时，可以使球体直接经该通路11进入到井体的下方，不需提出蓄能器，省事省力。

此外，在本体1上还设有用于存储驱动流体的储能腔12。当进行作业时，通过驱动流体为井下工具提供动力。驱动流体可以为氮气或氦气，也可以为氮气或氦气的混合，还可以为高压液体。此处优先选用，驱动流体为氮气。氮气的可压缩性相对于液体的可压缩性较高，在高压高温环境下的稳定性较好，而且不具有腐蚀性，对井下设备造成的损坏较小。储能腔12内的最大压力可以为10-70MPa，以提高蓄能器的储能效率的同时，还有效地保证蓄能器的使用寿命。

进一步地，如图2所示，储能腔12位于本体1的外侧并环绕通路11而设置，以提高蓄能器的紧凑性。优选地，储能腔12包括多个独立的腔体121。各腔体121的延伸方向均大致与本体1的延伸方向相同，并均大致成圆柱状，以便于加工和设置。各腔体121均环绕通路11而设置。并且各腔体121的轴线所在的圆柱面与通路11保证一定的同轴度。如此设置，在能够有效地存储能量的同时，还可以提高本体1的强度，并且可以保证本体1的壁厚均匀性，从而提高蓄能器的使用寿命和安全强度。腔体121的布置位置以保证本体强度、腔体空间满足使用要求为准。在一个例子中，沿通路11的环向均布有6-12个腔体121，各腔体121的大小均相同。

此外，各腔体121之间通过环形通道13而彼此连通。这样，设置一个出口15即可使所有腔体121中的驱动流体流出，从而简化结构，并便于加工和安装。环形通道13设置成与各腔体121均相垂直。这样，当其余腔体121中的驱动流 体通过环形通道13向其中一个腔体121(为便于描述，此处叫做第一腔体121)中流入而产生对流时，可以通过第一腔体121中的驱动流体向下或向上流动来减小对流，从而减少能量的损失。

进一步地，环形通道13可以设置在腔体121的顶部和底部之间。这样，在其余腔体121中的驱动流体进入第一腔体121时，可以向第一腔体121中扩散一些，从而使第一腔体121中能够不断地补充到驱动流体；而且，当在第一腔体121的下方设置出口15时，可以防止环形通道13、第一腔体121和出口15彼此交汇而造成本体1的强度降低的现象发生。

优选地，环形通道13可以靠近腔体121的底部。如此设置，在第一腔体121的底部设置出口15后，可以使第一腔体121中的驱动流体在环形通道13处有较大的流速，从而进一步降低其他的驱动流体流出环形通道13时的而产生的对流，进而进一步降低能量的损失。在一个例子中，环形通道13与腔体121的底端之间的距离为30-50cm，以提高本体1的强度。

加工时，可以将本体1沿环形通道13的轴线分为上下两个部分。待加工好各个孔径后，将两个部分焊接在一起。

另外，在本体1上还设有用于使储能腔12与外界连通的出口15和进口14。在一个例子中，进口14位于腔体121的顶部，并且在每个腔体121上均设有一个进口14，以减少向腔体121中充入驱动流体时所需的时间。在每个进口14均设置一个单向阀2。在每个单向阀2的外侧均设有挡帽3，以通过挡帽3保护单向阀2。

在第一腔体121的底端设有出口15。出口15大致成孔径小于第一腔体121的孔径的圆柱孔，并贯穿本体1的底端。出口15的延伸方向大致与第一腔体121的延伸方向相同。如此设置，便于使驱动流体从出口15处流出，并减少驱动流体的能量损失。在出口15处也可以设置单向阀和挡帽(图中未示出)。

此外，在本体1的两端还设有连接部。位于本体1上端的上连接部16设有内连接螺纹。在本体1下端的下连接部17设有外连接螺纹，以便于设置储能腔12的出口15。当使用蓄能器时，蓄能器通过连接部与位于其两端的固定管柱连接。如此设置，结构简单，方便使用。

当使用该蓄能器时，打开进口14处的单向阀2和挡帽3，并在地面通过例如 高压氮气瓶或氮气泵车将高压氮气充入到储能腔12中。待充气完成后，关闭进口14处的单向阀2和挡帽3，并将蓄能器下放至井中。使用者根据实际工作情况，控制出口15处的单向阀的开启或关闭，以为执行元件提供动力，并完成井下作业。待蓄能器中的能量消耗完后，将蓄能器起出地面。当未完成井下作业时，则再次向储能腔12中充入例如高压氮气，并再次下放至井中使用。

在使用蓄能器的过程中，可以在地面将蓄能器与执行元件连接好后，再将蓄能器和执行元件一起下放至井中。当需要起出蓄能器时，将执行元件同时起出。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。