供底土中流體開採井使用的介入裝置，以及相關聯的介入組件的製作方法

2023-07-10 01:07:41 1

專利名稱：供底土中流體開採井使用的介入裝置，以及相關聯的介入組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及供底土中流體開採井使用的介入裝置，所述類型包括-介入和/或測量工具，其 計劃下降到井中；-電纜，用於在井中部署工具，其與工具電連接，電纜具有光滑外表面並且包括 基本上圓柱形的中心導體； 應用到中心導體的整個外圍上的外鞘，外鞘包括聚合物基質以及嵌入聚合物基質中的機械增強纖維，機械增強纖維基本上在電纜的整個長度延伸，外鞘限定電纜的光滑外表面。
背景技術：
為了在井中執行各種複雜操作，例如諸如打開和關閉閥，放置元件如填料(packing)，或者穿過壁，已知的是，通過使用絞合電纜來下降介入工具，這使得在表面和位於電纜下端處的井中的工具之間發射電功率、控制信息、以及控制從底部朝向表面的信息(例如，測量)成為可能。這種電纜通常被稱為「電力線」。這些電纜通常由一組電導體來形成，所述電導體由使得其可以確保電纜的良好機械強度的一股金屬增強線來環繞。這種電纜很昂貴並且它們在井口處的操控(特別是在電纜周圍獲得密封)由電纜不一致的外表面而變得複雜。而且，該類型的絞合電力線通常提供有位於工具和線之間的連接處的薄弱點，以使得當工具在井底部保持停留(stick)時可以恢復線。它的抗拉強度可能因此受限。為了補償這些問題，從WO 2006/054092中已知的是具有光滑外表面的電纜，具有「鋼絲(slickline) 」類型，在其結構中其具有由聚合物鞘圍繞的中央電線，所述聚合物鞘由增強纖維來增強。電導體嵌入鞘中。當電纜被引入井中時，這種電纜具有促進井口處密封的外表面。然而，這種電纜具有有限的強度。因而，雖然該電纜表面上具有與「鋼絲」電纜相似類型的結構，但是不可以通過使用該電纜來執行粗糙的機械操作，例如，震擊或者穿孔。特別地，在某些例子中，在放置或者去除某些井下工具過程中，必須通過使用震擊器來執行震擊。該震擊包含將一系列的機械震動通過使用震擊器施加到工具上。為了施加這些震動，必須以高速向上拉電纜，和/或突然再次降低它，這將強應力(特別是牽引應力)強加到電纜上。某些其它的操作也要求具有高抗拉強度的電纜，例如，穿孔，一旦負載被觸發，其可能在電纜上產生高應力。在該例子中，通常必須使用光滑的、單股電纜，具有「鋼琴弦」類型，以執行操作。然而，該類型電纜不可以在底部和表面之間交換信息，更談不上從表面對井底工具電力供能。

發明內容
本發明的一個目的是因此具有一種在井中的介入裝置，其設置有工具部署電纜，其可以簡單地獲得表面密封，並且其可以執行震擊或者穿孔類型的操作，同時還保持在底部和表面之間交換信息和/或電能的可能性。為此，本發明涉及上述類型的裝置，其特徵在於，中心導體包括實心金屬芯，其具有光滑外表面，大於300daN的斷裂強度以及大於30mohms/m的線性電阻。根據本發明的裝置可以包括一個或者若干個以下特徵，其被單獨考慮或者根據所有技術可能的結合來考慮
-電纜包括基本上在電纜的整個長度上延伸的至少一個導線，電纜在基質中與外表面間隔一段距離以及與中心導體間隔一段距離，同時與中心導體電絕緣，導線由至少一個井下電路徑與工具電連接；-工具由附加的井下電路徑與電纜的中心導體電連接，所述附加的井下電路徑與井下電路徑電絕緣；-外鞘包括嵌入聚合物基質中的電絕緣纖維的內層，所述內層甚至在鞘中缺少導線時存在，在鞘包括至少一個導線的情況下，內層被插到每個導線與中心導體之間或者每個導線和中心導體；-電絕緣纖維由二氧化石英纖維形成，有益的是玻璃纖維；-中心導體包括布置在圓柱形芯周圍的金屬外層，金屬外層具有小於圓柱形芯厚度15%的厚度，金屬外層被製成具有金屬材料的基底，所述金屬材料的電阻小於或者等於形成金屬芯的金屬材料電阻；-經由井下電路徑與介入工具連接的至少一個導線由導體形成，所述導體有益地由銅、銀、含銅合金(特別是鎳銅合金)或者含銀合金形成；-經由井下電路徑與介入工具連接的至少一個導線由機械增強纖維形成，機械增強纖維具有大於3000mohms/m的線性電阻,有益地大於5000mohms/m ;以及-機械增強纖維是碳纖維。本發明還涉及用在底土中流體開採井中的組件，所述類型包括-如以上所限定的介入裝置，其計劃被引入開採井中；-組件，用於在井中部署裝置；-包括電源的控制單元，其計劃被放置在井外側的表面上，電源由至少一個表面電路徑與電纜連接。根據本發明的發明可以包括一個或者若干個以下特徵，其被單獨考慮或者根據所有技術可能的結合來考慮-電纜包括基本上在電纜的整個長度上延伸的至少一個導線，電纜在基質中與外表面間隔一段距離以及與中心導體間隔一段距離，同時與中心導體電絕緣，導線由至少一個井下電路徑與工具電連接以及由表面電路徑與電源連接；-電源由附加的表面電路徑與中心導體連接，附加的表面電路徑與表面電路徑電絕緣；-電源包括表面發射器和/或接收器，以發射和/或接收傳達信息的電信號，工具與能夠發射和/或接收傳達信息的電信號的井下接收器和/或發射器連接；以及-電源包括能夠通過至少一個導線電力供能的電功率發生器，布置在工具中的電功率接收器具有有益地大於lmW，特別地大於IW的電功率。本發明還涉及一種用於底土中流體開採井的操作的方法，所述類型包括以下步驟-放置如上所限定的組件，工具通過使用電纜布置在井中；-從電源至少部分地通過電纜向工具來發送發射信息的電信號和/或有益地大於lmW，特別地大於IW的電功率。


當閱讀僅僅提供為實施例的以下描述時，本發明將更好地被理解，並且參考附圖完成本發明，其中-圖I是根據本發明用於在井中操作的第一示例性組件的概略性橫截面圖，工具被布置在井底的電纜下端處；-圖2是橫向的橫截面圖，其圖示了圖I的組件中用於運送工具的電纜結構；-圖3是電纜和介入工具之間電和機械的連接頭的橫截面圖；-圖4是類似於圖2、根據本發明的第二介入組件的電纜的圖；-圖5是類似於圖2、根據本發明的第三介入組件的電纜的圖；-圖6是類似於圖2、根據本發明的第四介入組件的電纜的圖；-圖7是類似於圖2、根據本發明的第五介入組件的電纜的圖；以及-圖8是類似於圖2、根據本發明的第六介入組件的電纜的圖。
具體實施例方式根據本發明的第一介入組件10在圖I到3中示出。 該組件10計劃在底土 14中的流體開採井12中執行操作。在井12中開採的流體例如是碳氫化合物(如，油或者天然氣)或者另一種廢物(如，水蒸氣或者水)。可替代地，井是在其中注入液體或者氣體的「注射器」井。介入組件10計劃在井12的無論哪個點處從表面16執行操作和/或測量。在形成底土 14過程中，井12在位於土壤的表面16和位於給定深度處的待開採的流體池(未示出)之間的腔18中形成。井12通常包括管狀的外管20，其通過使用術語「套(casing) 」來指定以及例如通過組裝對底土 14形成所應用的軟管(tube)來形成。有益地，井12包括至少一個內部的管狀管子22，其安裝在外部的管狀管子20中，具有更小的直徑。在某些例子中，井12不具有管子22。內部的管狀管子22通常被稱為「生產輸液管」。有益地是，通過組裝由金屬製成的金屬軟管來形成。其例如通過填料(packing) (24)楔入外面的管狀管子20內部。井12有益地包括表面上的井口 26，其選擇性地封閉外部的管狀管子20和內部的管狀管子22或者每個內部的管狀管子22。井口 26包括外部管狀管道20內部和內部管狀管道22的多個選擇性入口閥。
在一個變形中，特別是在完成時，井12在安裝井口 26之前僅僅通過鑽孔的防噴器(BOP)來封閉。介入組件10包括由介入所形成的、並且測量計劃通過內部的管狀管子22下降到井12內的下組件30的介入裝置，以及部署井12中的下組件30的電纜32，下組件通過連接頭80與電纜32連接，這將在以後詳細描述。介入組件10還包括安裝在井口 26上的電纜32的密封和對齊組件34，布置在井口26附近的電纜32的部署組件36，以及控制單元38。
在所謂的「開洞」替代中，組件34僅僅是電纜對齊組件，而沒有密封用具。正如由圖2所圖示的，電纜32是具有光滑外表面40的實心圓柱形電纜。電纜32在緊固在表面部署組件36上的上端41A和計劃被引入井12中的下端41B 之間延伸。下組件30吊在電纜32的下端41B處。端41A，41B之間的電纜32的長度大於IOOOm並且特別地大於IOOOm以及在IOOOm和10，OOOm之間。電纜32具有小於8mm的外徑，有益地小於6mm。電纜32具有非常高的抗拉強度並且仍然令人驚奇地形成用於介入下組件30和表面控制單元38之間的傳送信息的電信號或者電能的傳遞媒介。電信號通過連接頭80被傳送到下組件30中。參考圖2，電纜32包括形成第一中間電路徑的基本上圓柱形的中心導體42、在導體42整個外圍上的中心導體42周圍應用的外鞘44、以及與中心導體42電絕緣以形成與第一中間電路徑電絕緣的第二中間電路徑的多個導線46。在該實施例中，中心導體42包括由第一金屬材料製成的圓柱形的中心芯48，以及由第一金屬材料或者由與第一金屬材料隔離的第二金屬材料製成的外部鍍金屬層50。中心芯48由單股實心金屬電纜形成，其由術語「鋼琴弦」以及有時由術語「鋼絲電
m米怕疋。形成芯48的金屬材料是例如鍍鋅的或者不鏽鋼的鋼。該鋼例如包括以下重量百分比的組分-碳在0.010%和0. 100%之間，有益地等於0. 050% ；-鉻在10%和30%之間，有益地等於15%；-錳在0.5%和6%之間，特別地在0. 5%和3%之間，有益地等於I. 50% ；-鑰在I.5%和6%之間，特別地在I. 50%和4%之間，有益地等於2% ；-鎳在5%和40%之間，特別地在5%和20%之間，有益地等於10%；-磷小於0.1%，有益地小於0. 050% ；-矽小於1%，有益地小於0.8% ；-硫小於0.05%,有益地小於0. 03% ；-氮小於1%，有益地小於0.5%。該鋼是例如具有5R60類型。芯48是實心的並且在其整個厚度上是同質的。其具有在其上應用金屬外層50的平滑外表面52。芯48的直徑典型地在Imm和5mm之間，有益地在2mm和4mm之間，並且例如等於3.17_，或者0. 125英寸。芯48具有大於300daN的斷裂強度，並且特別地在300daN和3000daN之間，有益地在600daN和2000daN之間。芯48還具有比較高的線性電阻，其大於30mohms/m,以及例如在50mohms/m和150mohms/m 之間。芯48具有足夠的柔性去被纏繞到具有小於0. Sm直徑的鼓狀物上，而沒有明顯的塑性變形。金屬外層50被製成具有金屬材料的基底，所述金屬材料具有小於或者等於芯48的電阻，例如小於150mohms/m,以及特別地在60mohms/m和150mohms/m之間。金屬層50的厚度是例如小於芯48的直徑的15%。 該厚度是例如小於0. 5mm以及特別地小於0. 3mm。金屬外層50的外表面有益地是粗糙的，以促使外鞘44粘合到層50上。外鞘44在電纜端41A，41B之間形成在芯48上應用的環形套筒，其在芯的整個外圍上，基本上在電纜32的整個長度上，例如，在大於電纜32長度的90%的長度上。外鞘44因此具有應用到中心導體42上的圓柱形內表面54和限定電纜32的光滑外表面40的光滑外表面。外鞘44的厚度有益地在0. 2mm和2mm之間。如圖2中所示出的，外鞘44包括聚合物基質56和嵌入基質56中以增強電纜32的機械屬性的機械增強纖維58，60。基質56被製成具有聚合物的基底(所述聚合物例如氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基烷烴、聚四氟乙烯(PTFE)、全氟甲基乙烯基醚類型的含氟聚合物)，或者具有聚酮的基底(所述聚酮例如聚醚醚酮(PEEK)或者聚醚酮(PEK))，或者具有環氧樹脂的基底(其可能與含氟聚合物混合)，或者具有聚苯硫醚(PPS)的基底，或其混合物。有益地，聚合物基質由聚醚醚酮(PEEK)製成。增強纖維58，60嵌入基質56中，以使得每個單獨纖維58，60或者每組纖維的外表面基本上完全由形成基質56的聚合物所覆蓋。在圖2中所圖示的實施例中，鞘44包括基本上電絕緣的機械增強纖維58的內層62和相對導電的機械增強纖維60的外層64。在圖2所圖示的實施例中，第一層60的增強纖維58例如通過編織而交織，並且限定它們之間充滿聚合物的中間間隔。在一個替代方案中，增強纖維58僅僅被纏繞而沒有交織。增強纖維58有益地被製成具有有大於10，000mohms/m的線性電阻的材料。嵌入聚合物基質56的增強纖維58可以獲得大於2000V的擊穿電壓。內層62的每個纖維58基本上在電纜32的整個長度上延伸，有益地超過電纜32長度的90%。增強纖維58例如被形成具有石英纖維的基底，特別是具有小於3的密度，大於30並且例如等於33或者有益地等於66的纖度(特克斯，單位克每公裡)的玻璃纖維。纖維的直徑特別地小於0. 5mm,有益地小於0. 3mm並且等於大約0. 2mm。這些纖維58具有高的抗拉強度，並且例如具有大於1，OOOMPa的斷裂強度。
內層62例如由交織纖維58的至少一個二維層來製成，有益地通過編織，或者可替代地為纏繞製成，而不需要交織。它們具有小於1_的厚度，優選地小於0. 6mm,以及在
0.3mm 和 0. 6mm 之間。因此，內層62可以使中心導體42與導線46電絕緣，以避免導體48和線46之間的任何短路。其次，機械纖維58增強聚合物基質56的整體性，例如，導體在震動之後的電絕緣。在圖2所圖示的實施例中，外層64的增強纖維60被布置在內層62的外側。外層64具有小於Imm的厚度，有益地小於0. 5mm，並且特別地在0. 3mm和0. 6mm之間。外層64例如由交織纖維60的至少一個二維層60組成，有益地通過編織，或者可替代地為纏繞組成，而不需要交織。 外層64的每個纖維60基本上在電纜32的整個長度上延伸，有益地在超過電纜32長度的90%上延伸。增強纖維60具有有益地小於2的密度，而大量的纖維大於10，000，有益地等於24，000。纖維60 的線性電阻小於 7，000mohms/m 和例如在 3，000mohms/m 和 7，000mohms/m之間。纖維60的抗拉強度是高的，以使得每個纖維60具有大於2500MPa的斷裂強度，優選地在3000MPa和5000MPa之間。增強纖維60有益地被製成具有碳纖維基底。其次，纖維60增強聚合物基質56的整體性，例如導體在震動之後的電絕緣。這些增強纖維60由例如碳纖維製成。在圖2中所圖示的實施例中，導線46由具有相對高的導電性的增強纖維60來形成。因而，中心導體42和導線46在電纜的整個長度上彼此電絕緣，以通過表面控制單元38和在電纜32的下端41B上連接的下組件30之間的電纜32形成兩個平行的中間電路徑。導線46因而基本上在電纜32的整個長度上延伸，例如，在電纜32的長度的至少90%上延伸。為此，電纜32的中心導體42在端41A處通過第一表面電路徑66與控制單元32電連接，並且導線46在電纜的上端41A附近通過第二表面電路徑68 (其與第一表面電路徑66電絕緣)與電控制單元38連接。同樣，正如以後將看出的，中心導體42在下端41B附近通過第一井下電路徑70與下組件30電連接，以及導線46在下端41B處通過第二井下電路徑72與下組件30電連接。因而可以在表面單元38、第一表面電路徑66、中心導體42、第一井下電路徑70、下組件30、第二井下電路徑72、導線46以及第二表面電路徑68之間建立電流環。下組件30包括電纜32上的電和機械的連接頭80、控制傳遞模塊82和計劃在井底執行操作和/或測量的至少一個井下工具84。可選地，下組件30還包括震擊器86，以執行工具84上的機械震擊。工具84是例如可以在井底處執行操作(例如，打開和關閉閥，放置元件，特別地放置填料或者其它部件)的機械致動器。
可選地，工具84有益地包括用於探測物理參數(例如，溫度、壓力、流量、深度、深度閥的狀態、土地自然輻射(伽馬輻射)、套管接箍的位置(套管接箍定位器))的傳感器，或者其它測量傳感器。其還包括開採裝置，例如，攝像機。工具84還包括用於檢查管狀管子20或者管狀管子22的用具,用於清潔管狀管子22的工具、用於切割管狀管子22的工具、切割工具或者穿孔用具、或者定心夾具。工具84由低電能供電能，例如，小於100W。在某些例子中，下組件30可以包括一個或者若干個工具85，其必須由更高的電功率(大於300W)來供能，例如，井下牽引機。在附加工具85安裝到工具84之下的例子中，工具85通過工具84來供電能。 在另一個替代例子中，工具84還包括外部管狀管子20和/或內部管狀管子22的穿孔用具，以到達位於底土 14中的層。穿孔用具特別地包括爆破載荷和雷管。傳遞和控制模塊82包括能夠接收從表面16控制單元38通過電纜32傳送的電控制信號和能夠發射從井下工具84通過電纜32朝向表面控制單元38傳送的確認或者工具狀態或者傳感器信號的井下發射器/接收器。模塊82還包括與工具和發射器/接收器電連接的工具84的控制單元。發射器/接收器與電纜32通過連接頭80電連接，這將在以後看出。井下發射器/接收器包括電路和功率源，例如，發電機或者電池。其能夠發射和接收具有IOHz和IOKHz之間的頻率的調製AC電信號，該信號在以上所限定的電流環上循環。頭80包括用於附著和連接電纜32的上部90以及用於電連接控制和傳遞模塊82的下附著部92。上部90包括中空的外部外殼94、上電連接組件96和下機械和電連接組件98、在外殼94中容納的組件96和98。外殼94被製成具有導電金屬材料的基底。外殼94具有尖的上區域99A和下區域99B (它們具有基本圓柱形的截面)。外殼94具有傳統的形狀以適於「鋼絲」操作。上區域99A和下區域99B因而限定它們之間的外部環形槽99C，以用於夾板固定(fish)下組件30，其可以由從表面所部署的釣具來抓住。它們向內限定在外殼94整個長度上延伸的貫穿殼體99D。上電連接組件96從頂到底包括具有環繞電纜32的頭的絕緣套筒100，布置在電纜32周圍的多個密封環102，以及用於與線電連接的上夾套104。上夾套104包括金屬管狀主體106和用於與導電線46連接的環108，環108布置在管狀主體106中。管狀主體106由導電材料製成。其被放置與外殼94電連接。其限定內部通道110，用於容納在其端頭之間縱向通過其的電纜。連接環108布置在通道110中。其包括壓向電纜32的軸線X-X』的多個可變形耳狀物112。耳狀物112通過接觸應用到導線46上。為此，外鞘44部分地被剝去，直到導線46出現。
下組件98包括附著圓錐體114、用於容納圓錐體114和電纜32的圓錐形襯墊116、以及將圓錐體114和襯墊116與外殼94和上連接組件96電絕緣的絕緣套筒118。圓錐體114被製成具有金屬材料的基底。圓錐體114包括楔形物120，其具有朝向表面會合的截面(其計劃抓緊襯墊116中的電纜32)，以及下底座122 (其計劃與頭100的下部92電連接)。底座112限定用於插入連接耳狀物的下孔124。襯墊116限定向上會合的內腔121，以容納楔形物120和電纜32的下端。
其中鞘44已經被剝離的電纜32的下部分126在楔形物120和襯墊116之間的腔121中被抓緊。該部分126在楔形物120周圍交叉摺疊，以通過形成頭上電纜32的中心導體40的機械和電的連接而應用到襯底116上和楔形物120上。絕緣套筒118包括插在上連接夾套104和襯墊116之間的中間橫向環128，以及插在襯墊116和外殼94之間的邊緣絕緣壁130。用螺絲擰入下組件98之下的殼體99D中的抓緊環132從底向頂推動絕緣套筒118、抓緊圓錐體114、襯墊116、中間環128、上夾套104和上絕緣套筒100的密封環102，以沿著軸線X-X』產生機械堆疊。下部92包括緊固在外殼94的殼體99D中的下管狀主體140，管狀主體140限定貫穿通路142的軸線。下部92還包括布置在通路142中的下絕緣套筒144和插入絕緣套筒144中的連接器146。管狀主體140包括插入下組件98之下的外殼94中的上區域148和在外殼94外部突起以通過用螺絲擰到傳遞和控制模塊82中來銜接的下區域150。主體140支撐計劃獲得用外殼94的密封的上環形密封環152和計劃獲得模塊82周圍的密封的下環形密封環154。貫穿通路142沿著軸線X-X』延伸通過主體140。其在主體140的端頭處顯現。絕緣套筒144基本上在通路142的整個長度上延伸。其限定位於通路142下端附近的下連接器限位器(stop) 156，以及布置在通路142上端附近的上連接器限位器158。井下連接器146包括上耳狀物160、中心滑動部件162和下耳狀物164。其還包括插在滑動部件162和上耳狀物160之間的上彈簧166，以及插在下耳狀物164和滑動部件162之間的下彈簧168。上耳狀物160可以在回縮位置和在套管144外側部分地緊靠上限位器158的部署位置之間的絕緣套筒144中平移運動。下耳狀物164也可以在部分地回縮位置的絕緣套筒144和所部署的緊靠下限位器156的套筒144外側的位置之間平移運動。滑動部件162被安裝在絕緣套筒144中自由平移。彈簧168，166分別被插在滑動部件162和上耳狀物160以及下耳狀物164之間，以將耳狀物160，164壓向它們所部署的位置。上耳狀物160可移動地容納在圓錐體114的底座122中所形成的孔124中，以產生電接觸。下耳狀物164容納在布置在模塊82中的連接器(未示出)中。第一井下電路徑70因此從電纜32的被剝離的下部分126開始延伸，連續通過圓錐體120、底座122、上耳狀物160、上彈簧166、滑動部件162、下彈簧168、直到與模塊82的第一電連接器連接的下耳狀物164。
第二井下電路徑72從線46開始延伸連續通過電接觸環108、夾套106、外殼94、下主體140和與模塊82的第一電連接器電絕緣的模塊82的第二電連接器。第一井下電路徑70與第二井下電路徑完全電絕緣。在圖I的實施例中，密封和對齊組件34包括安裝在井口 26上的閘門室200、獲得電纜32周圍密封的填充箱202、以及分別有益地緊固到填充箱202上以及有益地緊固到井口 26上以使電纜32朝向部署組件36返回的恢復滑輪204。如上所指出的，在一些例子中填充箱202是可選的。閘門室200計劃允許將下組件30引入井12中。
填充箱202可以在電纜32的光滑外表面40周圍產生密封，例如，經由在所述表面40周圍應用的環形填料和/或通過在外表面40和填充箱202的壁之間注入流體。轉向組件36包括具有卷繞器208的卷揚機206。卷揚機206和其卷繞器208被放置在地面上或者被機載放置在交通工具(未示出)上。卷揚機206可以卷繞或者鬆開給定長度的電纜32，以使其分別上升或者下降時，使下組件30在井12中的運動轉向。電纜的上端41A被緊固到卷繞器208上。在圖2的實施例中，第一表面電路徑66和第二表面電路徑68分別在一方面與中心芯48及鍍金屬層50電接觸，以及在另一方面例如經由旋轉集電器(例如，集電刷)與導線46電連接。單元38包括具有卷揚機、用於工具30的轉向面板208、以及與轉向面板208連接的表面發射器/接收器210的轉向裝置206。發射器/接收器210包括電子電路和電源，例如，發電機或者電池。其可以發射和接收被調製的ac電信號承載信息，其具有在IOHerz和IOKHz之間的頻率。電信號是在0和2000伏特之間、例如在0和50伏特之間的電壓之下被注入到以上所限定的電流環上的電流，而密度在0和5安培之間，優選地在0和2安培之間。在井中操作過程中，根據本發明的介入組件10的操作的實施例現在將被描述。最初，部署組件36和控制單元38被帶到井口 26附近的表面16。密封組件34被安裝到井口 26上。然後，電纜32經由第一表面電路徑66和第二表面電路徑68與控制單元38電連接。電纜32然後在滑輪204周圍纏繞，然後通過填充箱202被引入閘門室200。下組件30然後被安裝到閘門室200，以緊固到電纜32的下端41B上。 當井下發射器/接收器被安裝時，其經由第一井下電路徑70和第二井下電路徑72與電纜32電連接。然後，閘門室200閉合併且在填充盒202處的電纜32周圍完成密封。井口 26然後被打開，以通過鬆開卷揚器208外側的電纜的增加長度來將下組件30下降到井12中。下組件30然後在井中下降到理想介入點，其可以位於內管22中，或者超出內管22的下端，在外管20中，或者直接在缺少內管22的外管20中。在下降下組件30過程中，單元38有益地由通過中心導體42和外導線46之間的電纜32所限定的電流環來激勵存在於下組件30中的測量傳感器。這些傳感器例如使其可以精確地定位井中的下組件。
由傳感器所發出的信號被傳送到控制和傳遞模塊82，以被轉變為電測量信號，其通過頭80、電纜32以及路徑66，68傳送到單元38。當下組件30到達其在井中的理想位置時，卷揚機206不動。表面操作者然後激勵單元38向井下工具84發送介入控制信號。電控制信號由表面發射器/接收器210來發出並且沿著以上所限定的電流環行進到傳遞和控制模塊82中所容納的井下發射器/接收器。模塊82然後激勵工具84執行操作。當操作完成時，模塊86有益地經由井下發射器/接收器發出確認信號。確認信號通過頭80、電纜32和路徑66，68向以上所限定的電流環上的單元38中的表面發射器/接收器發射。電纜32因此具有電力線的所有優點，因為其限定了彼此電絕緣的兩個獨立的電 路徑。因此可以形成如以上所限定的電流環來通過電纜32發射信息，而不必通過套管或者通過其它通信用具。由於其設計，電纜32然而在機械方面相當強。它保持促使表面密封的光滑外表面40，以及具有小的直徑。電纜32和相關操作的成本因此減少。在一個替代方案中，震擊器86被插在模塊82和頭80之間或者模塊82和工具24之間。鑑於電纜32的機械強度，可以通過使用電纜32來執行震擊操作，而其不必將工具上升到表面或者具有第二、更強的電纜。在一個實施方案中，電纜32包括具有等於大約3. 17mm(0. 125英寸)直徑的金屬中心芯，金屬層50由具有基本上等於0. Imm的厚度的鋁製成，聚合物基質56例如由PEEK製成，而厚度等於大約0. 9mm，玻璃纖維58的內層62具有等於0. 4mm的厚度，以及碳纖維60的外層64具有等於大約0. 4mm的厚度。電纜的長度然後是大約7000m。芯48的電阻然後是大約700ohms，而碳纖維的電阻是大約40，OOOohms o在一個替代方案(未示出)中，第二表面電路徑68經由井口 26與管22電連接。同樣，第二井下電路徑72經由定心夾具170或者牽引器或者合適的工具與管22電連接。電流環然後形成在表面單元38、第一表面電路徑66、中心導體42、第一井下電路徑70、下組件30、第二井下電路徑72、管22、井口 26和第二表面電路徑68之間。在該例子中，頭80不包括電連接環108。在另一個替代方案(未不出)中，第一表面電路徑66和第一井下電路徑與導線46電連接。電流環然後形成在表面單元38、第一表面電路徑66、導線46、第一井下電路徑70、下組件30、第二井下電路徑72、管22、井口 26和第二表面電路徑68之間。根據本發明的第二介入組件220的電纜32在圖4中示出。與圖2中所示出的電纜32不同，中心導體42由金屬圓柱形中心芯48形成。導體42因而不具有金屬外層50。
外鞘44因此直接應用到由芯48所限定的外表面52上。鞘44中增強纖維58，60的容積百分比有益地大於30%並且是例如大於40%，特別地等於大約50%。根據本發明的第二介入組件220的操作還與第一組件10的操作類似，其具有更低的生產成本。根據本發明的第三組件230的電纜32在圖5中示出。與第一組件10的電纜32不同，其不具有機械上增強的導電纖維20或者金屬層50。組件230包括形成導線46的導體232。
導體232具有銅、銀或者合金或者銀和銅或者其它導電材料的基底。導線46特別地通過編織來交織，或者纏繞。它們具有小於0. 5mm的直徑，並且例如小於0. 3mm,特別地等於0. 1mm。導線46的數量大於10，並且有益地大於50，特別地在100附近。導體232的直徑大於0. 05mm並且是例如基本上等於0. 1mm。導體232的數量大於50並且是例如在50和200之間。導體232的電阻小於100mohms/m，有益地小於70mohms/m0在一個有益的介入方式中，中心導體42分別與第一表面電路徑66和第一井下電路徑70電連接。導體232然後分別與第二表面電路徑68和第二井下電路徑72連接。可選地,如所描述的圖2的組件10,導體232與第一井下電路徑70和第一表面電路徑66連接，電流環然後通過管22。在另一個替代方案(未示出)中，銅導體232的一部分組成通過電纜32的第一中間電路徑，而銅導體232的另一部分形成通過電纜32的第二中間電路徑。中心芯48然後不與控制單元38連接。在該例子中，導體232彼此絕緣，以使得避免任何短路。根據本發明的第四組件240的電纜32在圖6中示出。與第三組件230的電纜32不同，第四組件240的電纜32包括布置在中心芯48和鞘之間的中心芯48上的外金屬層50。電路徑與之前在圖5中所描述的、用於組件230的路徑相同。在該實施例中，控制單元38包括能夠生成足夠的電能以對井下工具84和85電力供能的電源。因而，中心導體42與工具84的電能接收器(例如，致動器、測量傳感器或者雷管)的第一端電連接，並且導體232與工具84的電接收器的第二端連接。 電纜32然後構成了用於將電能從布置在表面單元38中的電源向位於下組件中的工具84發射的連結。在特定的操作中，例如高於100伏特(特別地高於500伏特)的電壓由電源來創建。該電壓分別在表面上電源的對應端之間和經由中心導體42和導線46在井下工具84中的接收器的對應端之間發射。在控制模塊86的影響下，工具84的電流可以因此從建立的電流環上的電源開始、通過第一表面電路徑66、中心導體42、第一井下電路徑70、位於井下工具84中的接收器、第二井下電路徑72、線46、以及第二表面電路徑68循環。所創立的電流具有大於0. 5安培的密度，並且例如基本上等於I安培，以用於傳送到工具84、等於大約500瓦特的電能。
電流可以有益地攜帶從底部向表面的信息傳遞信號，反之亦然。在一個實施方案中，電纜32具有基本上等於7000米的長度。圓柱形的中心芯48具有大約710ohms的總電阻，以及金屬層50具有基本上等於490ohms的電阻。中心導體的等價電阻然後是290ohms。銅電阻的總電阻是150ohms，以使得限定用於電纜32的電路徑具有在400ohms和450ohms之間的總電阻，並且有益地等於425ohms。
在該例子中，通過將900伏特的電壓施加到表面上，可以獲得I安培的密度並且從表面單元38開始以及向井下工具84發出和傳送基本上等於500瓦特的電能。通過電纜32傳遞電能還可以應用到如實施例中所給出的其它介入組件。圖6圖示了根據本發明的第五介入組件250的電纜32。與圖4中所描述的組件220不同，組件250具有僅僅絕緣的機械增強纖維58。這些機械增強纖維48有益地是玻璃纖維。在該例子中，第二表面電路徑68經由井口 26與管22電連接。同樣，第二井下電路徑72經由定心夾具170或者牽引機或者另一種合適的工具與管22電連接。電流環然後形成在表面單元38、第一表面電路徑66、中心導體42、第一井下電路徑70、下組件30、第二井下電路徑72、管22、井口 26和第二表面電路徑68之間。根據本發明的第六組件260的電纜32在圖8中示出。與圖I中所示出的電纜32不同，該電纜32包括如所述用於第一組件10的電纜32的鍍金屬層50。金屬層50例如被製成具有鋁基底，其具有小於150mohmS/m的電阻，並且例如在60mohms/m 和 150mohms/m 之間。在以上的說明書中，已經描述了特別的連接頭80。更通常地，可以使用允許以上所限定的電纜32與控制模塊82和工具84進行機械和電連接的任何類型的連接頭。
權利要求
1.一種供底土(14)中的流體開採井(12)使用的介入裝置，其類型包括 -介入和/或測量工具(84)，計劃用於下降到所述井(12)中； -電纜(32)，用於在所述井(12)中部署所述工具(84)，其與所述工具(84)電連接，所述電纜(32)具有光滑外表面(40)並且包括 基本上圓柱形的中心導體(42)； 應用到所述中心導體(42)整個外圍上的外鞘(44)，所述外鞘(44)包括聚合物基質(56)和嵌入到所述聚合物基質(56)中的機械增強纖維(58，60)，所述機械增強纖維(58，60)基本上在所述電纜(32)的整個長度上延伸，所述外鞘(44)限定所述電纜(32)的所述光滑外表面(40)； 其特徵在於，所述中心導體(42)包括實心金屬芯(48)，其具有光滑外表面(52)，大於300daN的斷裂強度和大於30mohms/m的線性電阻。
2.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述電纜(32)包括基本上在所述電纜的整個長度上延伸的至少一個導線(46)，其在所述基質(56)中與所述外表面(40)間隔一段距離以及與所述中心導體(42)間隔一段距離同時與所述中心導體(42)電絕緣，所述導線(46)由至少一個井下電路徑(72)與所述工具(84)電連接。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述工具(84)由附加的井下電路徑(70)與所述電纜(32)的中心導體(42)電連接，所述的附加的井下電路徑(70)與所述井下電路徑(72)電絕緣。
4.根據權利要求2或3中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述外鞘(44)包括嵌入所述聚合物基質(56)中的電絕緣纖維(58)的內層(62)，所述內層插到每個導線(46)與所述中心導體(42)之間。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述電絕緣纖維(58)具有大於IOOOMpa的斷裂強度。
6.根據權利要求4或5所述的裝置，其特徵在於，所述電絕緣纖維(58)具有大於10, 000mhoms/m的線性電阻。
7.根據權利要求4至6中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述電絕緣纖維(58)由石英纖維，有益地是玻璃纖維形成。
8.根據權利要求4至7中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述內層(62)的所述電絕緣纖維(58)交織，或者纏繞而不交織。
9.根據權利要求4至8中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述內層￠2)的每個電絕緣纖維(58)基本上在所述電纜(32)的整個長度上延伸。
10.根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述中心導體(42)包括布置在所述圓柱形芯(48)周圍的金屬外層(50)，所述金屬外層(50)具有小於所述圓柱形芯(48)的厚度的15%的厚度，所述金屬外層(50)被製成具有金屬材料的基底，所述金屬材料的電阻小於或者等於形成所述金屬芯(48)的金屬材料的電阻。
11.根據權利要求2至10中任一項所述的裝置，其特徵在於，經由所述井下電路徑(72)與所述介入工具(84)連接的至少一個導線(46)由導體(232)形成，所述導體(232)有益地由銅、銀、含銅合金，特別是鎳和銅合金或者含銀合金製成。
12.根據權利要求2至11中任一項所述的裝置，其特徵在於，經由所述井下電路徑(72)與所述介入工具(84)連接的至少一個導線(46)由機械增強纖維形成，所述機械增強纖維(60)具有大於3000mohms/m,有益地大於5000mohms/m的線性電阻。
13.根據權利要求12所述的裝置，其特徵在於，所述機械增強纖維是碳纖維。
14.一種在底土 (14)中的流體開採井中使用的組件(10 ；220 ；230 ；240 ；250 ;260)，其類型包括 -根據上述權利要求中任一項所述的介入裝置，其計劃被引入所述開採井(12)中； -組件(36)，用於在井(12)中部署所述裝置； -包括電源的控制單元(38)，其計劃被放置在所述井(12)外部的表面上，所述電源由至少一個表面電路徑出8)與所述電纜(32)連接。
15.根據權利要求14所述的組件(10；220 ；230 ;240)，其特徵在於，所述電纜(32)包括基本上在所述電纜的整個長度上延伸的至少一個導線(46)，其在所述基質(56)中與所述外表面(40)間隔一段距離以及與所述中心導體(42)間隔一段距離同時與所述中心導體(42)電絕緣，所述導線(46)由至少一個井下電路徑(72)與所述工具(84)電連接並且由所述表面電路徑(68)與所述電源連接。
16.根據權利要求15所述的組件(10；220 ；230 ;240)，其特徵在於，所述電源由附加的表面電路徑￠6)與所述中心導體(42)連接，所述附加的表面電路徑￠6)與所述表面電路徑(68)電絕緣。
17.根據權利要求14至16中任一項所述的組件(10；220 ；230 ；240 ；250 ;260)，其特徵在於，所述電源(210)包括發射和/或接收傳送信息的電信號的表面發射器和/或接收器(210)，所述工具(84)與能夠發射和/或接收傳送信息的電信號的井下接收器和/或發射器連接。
18.根據權利要求14至17中任一項所述的組件(240)，其特徵在於，所述電源包括能夠通過至少一個導線(46)對布置在所述工具(84)中的電功率接收器供電的電功率發電機，電功率有益地大於lmW，特別是大於1W。
19.一種在底土(14)中的流體開採井(12)中操作的方法，其類型包括以下步驟 -放置根據權利要求14至18中任一項的組件(10 ；220 ；230 ；240 ；250 ;260)，通過使用所述電纜(32)將所述工具(84)布置在所述井中； -從所述電源至少部分地通過所述電纜(32)向所述工具(84)來發送發射信息的電信號和/或有益地大於lmW，特別是大於IW的電功率。
全文摘要
本裝置包括具有光滑外表面(40)的電纜(32)。電纜(32)包括中心導體(42)和環形外鞘(44)。外鞘(44)包括聚合物基質(56)和嵌入聚合物基質(56)的機械增強纖維(58，60)。中心導體(42)包括實心圓柱形金屬芯(48)，其具有光滑的外表面(52)、大於300daN的斷裂強度以及大於30mohms/m的線性電阻。
文檔編號H01B7/22GK102741944SQ201080062930
公開日2012年10月17日 申請日期2010年12月22日 優先權日2009年12月22日
發明者S·波利斯, U·貝爾納爾, V·夏特萊 申請人:地質服務設備公司