專利名稱：用于將設(shè)備移入一管道并通過該管道的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在地下井孔等管道中輸送設(shè)備的方法及裝置。
在地下原油和/或天然氣開采井中輸送設(shè)備通常需要很復(fù)雜的操作過程和輸送裝置。目前可以采用的裝置包括滑纜裝置、撓性管裝置、井下電動拖引器以及管線內(nèi)通流(TFL)裝置。TFL裝置采用了幾個可在生產(chǎn)油管中被泵上或推下的TFL活塞，因而這就需要設(shè)置幾條平行的生產(chǎn)油管，且將各條生產(chǎn)油管在井下相互連接起來，以使得流體能以相反的方向在它們之間進(jìn)行環(huán)流。但采用多條平行生產(chǎn)油管在成本上是不經(jīng)濟(jì)的，且會降低油氣開采井的產(chǎn)出量。
其它現(xiàn)有的裝置也需要復(fù)雜的裝備，該裝備和撓性油管推入器、動力電纜卷筒或鋼纜卷筒相連接，在進(jìn)行井下輸送時，推入器或卷筒可經(jīng)井口向上卷繞出、或向井下送放長達(dá)10公里的油管、動力電纜和/或鋼纜繩。
在國際專利申請WO 93/18277、WO 91/16520、WO 90/02864和WO95/21987號中公開了一種現(xiàn)有井下拖引器的示例，其中的拖引器通過一條延伸的供應(yīng)聯(lián)系纜管和一個地面電源及控制組件相連接。
國際專利申請WO 98/12418中公開了一種自主式井下工具，該工具通過一個基臺設(shè)備被下放到井孔中，而基臺設(shè)備被懸掛在一根延伸的供應(yīng)聯(lián)系纜上，當(dāng)基臺設(shè)備下降到井下某一位置處時，該井下工具從基臺設(shè)備上脫開，并由一個自載電池進(jìn)行供電而自行到開采井的末端處。該工具自己可再次連接到基臺工具上來對電池進(jìn)行充電，或通過用供應(yīng)聯(lián)系纜向上拉它而將整個組件拉回到地面上來。
本發(fā)明的一個目的是提供一種通過地下鉆井孔等管道輸送設(shè)備的方法和裝置，該方法和裝置不需要設(shè)置復(fù)雜的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和/或要經(jīng)井口或其它進(jìn)出門卷繞上去或卷放下去的電源及控制管線。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種經(jīng)地下開采井等管道來輸送設(shè)備的方法和裝置，該方法和裝置可在管道中完成復(fù)雜設(shè)備組件的傳送、組裝和/或拆卸工作，且對其它工作的干擾達(dá)到了最小。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種使設(shè)備進(jìn)入并通過一管道(該管道最好是指地下開采井)的方法，該方法包括步驟·將一件或多件設(shè)備插入到一個設(shè)備儲放及搬運(yùn)組件中，該組件處于一個人員可接近的位置(在井孔的使用場合中是指接近地表面或在地表面上方的位置)處，該組件包括一個設(shè)備儲放臺架、一條起動管以及一個搬運(yùn)機(jī)構(gòu)，搬運(yùn)機(jī)構(gòu)用于將設(shè)備的一個或多個部件從儲放架上轉(zhuǎn)移到與所說管道相通的起動管中；·促使操作機(jī)構(gòu)將一件或多件設(shè)備插入到起動管中；·在起動管中，將每個插入的設(shè)備部件都和一個穿梭輸送裝置用可松脫的連接方式連接起來，其中的穿梭裝置可在管道內(nèi)自驅(qū)行進(jìn)；·促使穿梭裝置自驅(qū)行進(jìn)，并將連接到其上的各個設(shè)備部件在管道內(nèi)進(jìn)行輸送；·在井下某一位置處使每個設(shè)備部件都脫開與穿梭裝置的連接；以及·促使傳送裝置返回到起動管內(nèi)。
設(shè)備儲放及搬運(yùn)組件最好還裝備有一個傳送轉(zhuǎn)盤組件形式的儲放臺架，在該臺架內(nèi)儲放了一個或多個設(shè)備，這樣，當(dāng)傳送盤轉(zhuǎn)動時，所儲放的一個設(shè)備就可通過搬運(yùn)機(jī)構(gòu)插入到起動管中，然后該部件再被連接到所說的穿梭裝置上。
穿梭輸送裝置上最好也設(shè)置至少一個滾輪和一個電池供電的馬達(dá)，由該馬達(dá)帶動至少一個滾輪在相對于穿梭裝置殼體的方向上進(jìn)行轉(zhuǎn)動，從而使得滾輪沿井孔的內(nèi)壁進(jìn)行滾動，并使得穿梭裝置在貫穿井孔的縱長方向上能自驅(qū)行進(jìn)。
為了使得穿梭裝置能以最小的能量消耗返回到地面上來，在該裝置上可設(shè)置一個可復(fù)位的、或可再用的封隔器，當(dāng)需要穿梭裝置返回到地面上時，封隔器在井下發(fā)生膨脹，因而穿梭裝置和封隔器就在產(chǎn)出原油和/或天然氣等流體的井管內(nèi)形成了一個封堵，從而使穿梭裝置可隨著開采井內(nèi)的流體向上沖到地面上來。
根據(jù)本發(fā)明的裝置包括·一個設(shè)備搬運(yùn)組件，該組件的安裝位置靠近地表面或在地表面上方，其包括一個設(shè)備儲放臺架、一條與井孔相通的起動管，以及一個用于將設(shè)備的一個或多個部件從儲放架上移動到起動管中的搬運(yùn)機(jī)構(gòu)；以及·一個穿梭裝置，其作為一個通行在起動管和井孔內(nèi)的無線拖引器可自驅(qū)行進(jìn)，在該裝置上設(shè)置了一個連接器，一件或多件設(shè)備以可松脫的連接形式連接到該連接器上。
本發(fā)明還涉及一種穿梭裝置，該裝置應(yīng)用在一個用于在地下開采井中輸送設(shè)備的裝置中。
根據(jù)本發(fā)明的穿梭裝置包括·一個由裝置自載電源進(jìn)行供電的電動機(jī)；以及·至少一個滾輪或臂件，它們可被壓在井孔的內(nèi)壁面上，并可由馬達(dá)驅(qū)動而相對于穿梭裝置的殼體進(jìn)行轉(zhuǎn)動或軸向遷移，從而使得穿梭裝置作為一個無線拖引器在整個地下開采井內(nèi)自驅(qū)穿行。
在穿梭裝置上最好設(shè)置一個可膨脹的封隔器，當(dāng)穿梭裝置在開采井內(nèi)需要移動向管線的下游方向時，封隔器在井下膨脹開來，這樣封隔器就基本上阻斷了井孔，開采井所產(chǎn)生的井下流體就會推著穿梭裝置在井孔內(nèi)移動向下游方向。
穿梭裝置上自帶的電源最好是一個可充電的高溫陶瓷鋰離子電池，這種電池可通過一個位于地面上起動管內(nèi)的感應(yīng)式充電裝置、以及一個或多個井下感應(yīng)式充電裝置進(jìn)行充電和/或再充電，其中的井下充電裝置靠近一個位于生產(chǎn)油管下端的封隔器組件和/或靠近一個井下設(shè)備庫區(qū)。


圖1是一個井口部分的立體圖，該井口部分設(shè)置了一個設(shè)備儲放及搬運(yùn)組件以及一個為穿梭裝置設(shè)置的起動管；圖2表示了圖1中的導(dǎo)入平臺的縱向剖面視圖3是圖2中穿梭裝置部分切去后的放大立體圖；圖4是關(guān)于圖1中的井口、起動管和設(shè)備搬運(yùn)組件在部分剖開后的放大立體圖；圖5中的壓縮側(cè)視圖表示了圖1和圖4中的組件應(yīng)用在一個海底開采井時的情形，其中的開采井上設(shè)置了一個導(dǎo)向漏斗和柔性導(dǎo)管，用來使設(shè)備滑落到儲放及搬運(yùn)組件中；圖6詳細(xì)表示了位于圖5中柔性導(dǎo)管頂端部的塑料織網(wǎng)導(dǎo)向漏斗；圖7表示了圖1、4和5中的組件在部分切去后的軸測結(jié)構(gòu)，圖中一個自動或遠(yuǎn)程控制的水下車(AUV)被連接到轉(zhuǎn)送轉(zhuǎn)盤殼體的一個設(shè)備傳送部分上；圖8表示了根據(jù)本發(fā)明的開采井裝置的另一種實(shí)施例，在該開采井中，一個穿梭裝置在井口轉(zhuǎn)送盤和一個井下設(shè)備庫區(qū)之間輸送設(shè)備模件。
下面參見圖1，圖中表示了一個原油和/或天然氣開采井2的井口1，油氣開采井2插入到地下油氣巖層3中。
在井口1上安裝了一個設(shè)備儲放及搬運(yùn)組件4，其包括一個傳送盤殼體5，在該殼體上安裝了一個穿梭裝置起動管6、一個撓性的設(shè)備滑降導(dǎo)管8、一個用于絞起導(dǎo)管8的絞盤9、以及一個水下車(AUV)停靠及設(shè)備傳送組件10。
圖2表示了穿梭裝置的起動管6，在該導(dǎo)管中有一個穿梭裝置11。
穿梭裝置11停放在一個閘門12處，閘門12安裝在傳送盤殼體5的頂部，并通過一對感應(yīng)式套接器13對穿梭裝置11中的電池進(jìn)行充電。
圖3詳細(xì)表示了圖2中的穿梭裝置11。
穿梭裝置11的前部包括一個設(shè)備模件連接器14、成一組的三個關(guān)節(jié)式支撐足15(圖中只示出了其中的兩個)、一個可張開的滾輪組單元16，其中的滾輪組單元包括三個滾輪17(圖中示出了其中的兩個)，這些滾輪被安裝在幾個臂件18上，這些臂件可由一個中央心軸機(jī)構(gòu)19撐開或收回，該心軸機(jī)構(gòu)是由一個電機(jī)或其它形式的馬達(dá)20驅(qū)動。該馬達(dá)20和心軸機(jī)構(gòu)19不但撐開或收回臂件18，還可驅(qū)動滾輪17轉(zhuǎn)動。
穿梭裝置11的電動馬達(dá)20和其它電氣設(shè)備都是由鋰離子陶瓷電池或其它形式的電池21來供電的，電池被安裝在裝置11的中央部位。
穿梭裝置11的后部上設(shè)置了一個可張撐開的滾輪組單元22、多個可膨脹的密封件23以及兩個關(guān)節(jié)式管線內(nèi)通流(TFL)傘狀錐24，其中的滾輪組單元22其類似于上述的滾輪組單元16，在圖中該輪組處于收回狀態(tài)。
在工作時，穿梭裝置11可在重力作用下落入到開采井2中。為了控制其下降的速度，可將滾輪17撐開頂靠在井筒上，滾輪帶動電動機(jī)20，電動機(jī)因而就成為了一個發(fā)電機(jī)而向電瓶21充電。在一段水平或向上傾斜的井道中，電池21將向電動機(jī)20以及輪組16和22供電，當(dāng)穿梭裝置11到達(dá)井下要釋放和/或接掛上一個設(shè)備模件(圖中未示出)的某一位置處時，設(shè)備模件連接器14被啟動以釋放一個設(shè)備模件，或者如果有另一個設(shè)備模件需要被接掛上時，穿梭裝置11就要頂向該設(shè)備模件，從而使裝置上的連接器14被激活而將設(shè)備模件連接到穿梭裝置11上。然后密封件23和/或TFL傘形錐24發(fā)生膨脹，使得穿梭裝置作為一種管線內(nèi)通流裝置在油/氣流的作用下被送回到井口部位1。
在返回的路程中，輪組16和23可以處于收回狀態(tài)，也可以被撐開以向電池充電和/或在穿梭裝置11的運(yùn)動被卡住的區(qū)域段內(nèi)驅(qū)動輪組16和23的轉(zhuǎn)動。
圖4詳細(xì)地表示了設(shè)備搬運(yùn)及儲放組件4及起動管6在井口1上是如何進(jìn)行布置的。該組件的傳送盤殼體5內(nèi)包括一個傳送盤25以及一個裝載機(jī)構(gòu)27，在其中的傳送盤上儲放了一個或多個設(shè)備模件26，如果起動管在傳送盤殼體5內(nèi)是半開的，裝載機(jī)構(gòu)27可將一個設(shè)備模件26從傳送盤上轉(zhuǎn)移到起動管6內(nèi)。在裝載機(jī)構(gòu)27撤回之后，起動管6被再次關(guān)上，閘門12被打開，穿梭裝置11在起動管6中和設(shè)備模件相連接，于是當(dāng)傳送盤殼體5底部的閘門28被打開時，穿梭裝置11就被松開，而經(jīng)井口1落入到開采井2中。
圖5表示了如果井口1是在一個水體33的底部32上時，柔性導(dǎo)管8是如何通過由卷揚(yáng)機(jī)9卷拉一條鋼纜31而伸向海面30的。
圖6中詳細(xì)地表示了一個塑料織網(wǎng)漏斗34，該漏斗上設(shè)置了一個浮力環(huán)35，由此而被扯向海面30，因而一個設(shè)備模件就可從一艘船只36投放到漏斗34中。以這樣方式投下的設(shè)備模件將經(jīng)撓性導(dǎo)管8滑入到傳送盤殼體5中，并滑到傳送盤25中。
圖7表示了一個自動水下車(AUV)40是如何連接到傳送盤殼體5的設(shè)備輸送部分41上的，該AUV包括一個設(shè)備模件搬運(yùn)器42，其可將設(shè)備模件43插入到輸送部分41中和/或從輸送部分41中取出。輸送部分41包括一個設(shè)備模件傳送器44以及用于將設(shè)備模件在傳送器44和傳送盤28之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移的設(shè)備模件抓夾臂45。
可以理解穿梭裝置的起動管6也可以設(shè)置在傳送盤殼體5的下方，開采井也可設(shè)置一個井下設(shè)備庫區(qū)，該庫區(qū)表示在圖8中。
圖8表示了一口開采井50，在該井內(nèi)有一個穿梭裝置51正向下運(yùn)動。穿梭裝置51帶有兩個滾輪52，它們在井筒53的內(nèi)壁面上滾動，穿梭裝置51還帶有一對關(guān)節(jié)式的TFL傘狀錐54，并載有一個設(shè)備模件55。其中的TFL傘最好是使用在一個大直徑井筒的情況下，而圓柱形的TFL密封件則最好是用于井筒的小直徑段。這就使得具有兩套密封結(jié)構(gòu)的工具具有很廣的適用范圍。為了能適應(yīng)更廣泛的使用情況，最好能設(shè)置備用的密封裝置而不只是一個密封件。
穿梭裝置51是從一個起動管56起動的，起動管56通過一個傳送盤殼體58與井口57、井筒53相連接，設(shè)備模件通過一個進(jìn)口門59被插入到傳送盤殼體58內(nèi)。穿梭裝置51向一個井下設(shè)備儲放庫60運(yùn)動，該儲放庫包括一個傳送盤，在該傳送盤上可儲放四個或更多個設(shè)備模件61。設(shè)備模件在傳送盤和穿梭裝置51之間的轉(zhuǎn)移可通過傳送盤的轉(zhuǎn)動、或通過一個機(jī)械臂來完成，其中的機(jī)械臂或者安裝在穿梭裝置51、或者安裝在儲放庫60上。
穿梭裝置51上還可以設(shè)置一個燃料電池和/或一個可充電的電池(圖中未示出)，該充電電池可在井下設(shè)備儲放庫60中通過一個感應(yīng)式電源線圈(圖中也未示出)來進(jìn)行充電，其中的感應(yīng)線圈被設(shè)置在儲放庫內(nèi)或鄰近該儲放庫。高溫陶瓷鋰離子電池是一種合適的充電電池，這種電池在國際專利申請WO 97/10620號有公開。
作為替代方案，穿梭裝置51也可通過一個感應(yīng)式電源線圈進(jìn)行充電，該線圈位于或靠近一個生產(chǎn)油管(圖中未示出)下端的封隔器。在這樣的情況下，感應(yīng)電源線圈可和該封隔器結(jié)合在一起而作成一個單體組件，該組件可和生產(chǎn)油管一起進(jìn)行安裝或撤出。感應(yīng)電源線圈還可以用來向穿梭裝置傳輸電信號或從穿梭裝置獲取電信號，這樣，由穿梭裝置形成、并儲存在該裝置儲存器中的數(shù)據(jù)就經(jīng)過一條動力和/或信號電纜被傳輸?shù)降孛?水面上)，其中的電纜在生產(chǎn)油管周圍的環(huán)狀空間內(nèi)延伸出去。
權(quán)利要求
1.一種用于將設(shè)備移入一管道并通過該管道的方法，該方法包括以下步驟·將一件或多件設(shè)備插入到一個設(shè)備儲放及搬運(yùn)組件中，該組件設(shè)置在管道上一個人員可接近位置點(diǎn)的附近，該組件包括一個設(shè)備儲放臺架、一條起動管以及一個搬運(yùn)機(jī)構(gòu)，搬運(yùn)機(jī)構(gòu)用于將設(shè)備的一個或多個部件從儲放架上轉(zhuǎn)移到與所說管道相通的起動管中；·促使搬運(yùn)機(jī)構(gòu)將一件或多件設(shè)備插入到起動管中；·在起動管中，將每個插入的設(shè)備部件都和一個穿梭輸送裝置用可松脫的連接方式連接起來，其中的穿梭裝置可在管道內(nèi)自驅(qū)行進(jìn)；·促使穿梭裝置自驅(qū)行進(jìn)，并將連接到其上的各個設(shè)備部件在管道內(nèi)進(jìn)行輸送；·在井下某一位置處使每個設(shè)備部件都脫開和穿梭裝置的連接；以及·促使傳送裝置返回到起動管內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中的設(shè)備儲放及搬運(yùn)組件上設(shè)置有一個傳送轉(zhuǎn)盤組件形式的儲放臺架，在該臺架內(nèi)儲放了一件或多件設(shè)備，這樣，當(dāng)傳送盤轉(zhuǎn)動時，所儲放的設(shè)備之一就可通過搬運(yùn)機(jī)構(gòu)插入到起動管中，然后該部件再被連接到所說的穿梭裝置上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中的穿梭輸送裝置上設(shè)置了至少一個滾輪和一個由電池供電的馬達(dá)，由該馬達(dá)帶動至少一個滾輪在相對于穿梭裝置殼體的方向上進(jìn)行轉(zhuǎn)動，從而使得滾輪沿井孔的內(nèi)壁進(jìn)行滾動，并使得穿梭裝置在貫穿井孔的縱長方向上能自驅(qū)行進(jìn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于其中的穿梭裝置上設(shè)置了一個可張開的封隔器，當(dāng)需要穿梭裝置返回到起動管時，封隔器在井下發(fā)生膨脹，從而穿梭裝置和封隔器就在流體流動的導(dǎo)管內(nèi)形成了一個封堵，從而使穿梭裝置隨著流體向上沖到入口處。
5.一種用于將設(shè)備移入一條管道并通過該管道的裝置，該裝置包括·一個設(shè)備搬運(yùn)組件，該組件的安裝位置靠近管道上一個人員可接近點(diǎn)，其包括一個設(shè)備儲放臺架、一條與井孔相通的起動管、以及一個用于將設(shè)備的一個或多個部件從儲放架上移動到起動管中的搬運(yùn)機(jī)構(gòu)；以及·一個穿梭裝置，其作為一個通行在起動管和井孔內(nèi)的無線拖引器可自驅(qū)行進(jìn)，在該裝置上設(shè)置了一個連接器，一件或多件設(shè)備以可松脫的連接形式連接到該連接器上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于其中的設(shè)備儲放及搬運(yùn)組件上設(shè)置有一個傳送轉(zhuǎn)盤組件形式的儲放臺架，在該臺架內(nèi)儲放了一件或多件設(shè)備，這樣，當(dāng)傳送盤轉(zhuǎn)動時，所儲放的設(shè)備之一就可通過搬運(yùn)機(jī)構(gòu)插入到起動管中，然后該部件再被連接到所說的穿梭裝置上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于其中的穿梭輸送裝置上設(shè)置了至少一個滾輪和一個由電池供電的馬達(dá)，由該馬達(dá)帶動至少一個滾輪在相對于穿梭裝置殼體的方向上進(jìn)行轉(zhuǎn)動，從而使得滾輪沿導(dǎo)管的內(nèi)壁進(jìn)行滾動，并使得穿梭裝置在貫穿管道的縱長方向上能自驅(qū)行進(jìn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于其中的管道是一個井孔，而人員可接近位置是指在地面上或靠近地面的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于其中的穿梭裝置上設(shè)置了一個可張開的封隔器，當(dāng)需要穿梭裝置返回到地面上時，封隔器在管道中發(fā)生膨脹，從而穿梭裝置和封隔器就在井內(nèi)流體流動的井孔內(nèi)形成了一個封堵，從而使穿梭裝置隨著井內(nèi)流體向上沖到地面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于其中的開采井內(nèi)設(shè)置了一個井下設(shè)備儲放庫，在該儲放庫內(nèi)可存放多個設(shè)備模件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于其中的井下設(shè)備儲放庫上設(shè)置了一個傳送盤，設(shè)備模件可通過所說的穿梭裝置插入到該傳送轉(zhuǎn)盤內(nèi)。
12.一種應(yīng)用在一種通過一地下開采井移動設(shè)備的裝置中的穿梭裝置，該穿梭裝置包括·一個由裝置自載電源進(jìn)行供電的電動機(jī)；以及·至少一個滾輪或臂件，它們可被壓在井孔的內(nèi)壁面上，并可由馬達(dá)驅(qū)動而相對于穿梭裝置的殼體進(jìn)行轉(zhuǎn)動和/或軸向遷移，從而使得穿梭裝置作為一個無線拖引器在整個地下開采井內(nèi)自驅(qū)穿行。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的穿梭裝置，其特征在于該穿梭裝置上設(shè)置了一個可膨脹的封隔器，當(dāng)穿梭裝置在開采井內(nèi)需要移動向管線的下游方向時，封隔器在井下膨脹開來，這樣封隔器就基本上阻斷了井孔，開采井所產(chǎn)生的井流就會推著穿梭裝置在井孔內(nèi)移動向下游方向。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的穿梭裝置，其特征在于其中的電源是一個充電電池。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的穿梭裝置，其特征在于其中的充電電池是一個高溫陶瓷鋰離子電池。
全文摘要
本申請公開了一種用于將設(shè)備移入并通過一條管道的方法和裝置,其中的管道最好是一口原油鉆井和/或天然氣鉆井,其中采用了一個井上設(shè)備儲放及搬運(yùn)組件,設(shè)備模件通過該組件被移入到一個起動管中,并被連接到一個穿梭裝置上,該穿梭裝置作為一個無線拖引器可經(jīng)起動管自行到地下管道中,或從地下管道中自行移動出來。
文檔編號E21B4/18GK1354817SQ99807303
公開日2002年6月19日 申請日期1999年6月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月12日
發(fā)明者阿爾諾德·弗雷德里克·別萊維爾德, 約翰尼斯·約瑟夫斯·登·布爾, 斯蒂芬·約翰·基米瑙, 哈根·斯海姆普夫, 約翰·福爾曼·斯圖爾特 申請人:國際殼牌研究有限公司