在用于生产碳氢化合物的油井的环状空间中操作的自动模块化维修设备 |
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申请号 | CN201080063417.2 | 申请日 | 2010-12-16 | 公开(公告)号 | CN102753783A | 公开(公告)日 | 2012-10-24 |
申请人 | 艾尼股份公司; | 发明人 | D·迪伦佐; R·菲诺特罗; | ||||
摘要 | 本 发明 涉及一种在用于生产 碳 氢化合物的油井的环状空间中操作的自动模 块 化维修设备,其包括多个基本圆筒形的模块(C),其借助铰接接头彼此连接起来,所述设备能够还自发地在存在于油井的环状空间(D)中的完井液中浮动。 | ||||||
权利要求 | 1.一种在用于生产碳氢化合物的油井的环状空间中操作的自动模块化维修设备,该自动模块化维修设备包括一组基本圆筒形的模块,所述一组基本圆筒形的模块借助铰接接头彼此连接,所述设备能够在存在于所述油井的环状空间中的完井液中浮动,并且所述设备包括: |
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说明书全文 | 在用于生产碳氢化合物的油井的环状空间中操作的自动模块化维修设备 技术领域[0001] 本发明涉及一种在用于生产碳氢化合物的油井的环状空间中操作的自动模块化维修设备。 [0002] 更具体地,本发明涉及一种在用于陆上和海上竖直地或者在有限的偏离下提取石油或者气体的油井的环状空间中操作的自动模块化维修设备。 [0003] 甚至更具体地,本发明涉及一种自动设备或者机器人,其设计成用于在位于生产管与油管之间的环形空间中操作,并且通过封隔器在下部分中定界,以允许传感器和阀的维修和/或替换和/或操作,所述传感器和阀已知为特殊设计的服务元件或者部件。尤其,本发明的自动目标设备能够在环状空间内自动地运动,还被夹持到油管的外表面,并且到达沿着油管的外表面并沿着套管的内表面安装、或者简单地安装在包装机的上部分上的服务元件,以便实现例如所述服务元件的替换和/或维修操作。 背景技术[0004] 如公知的,在构造用于生产碳氢化合物的油井期间,所述油井的壁的连续加强在油井加深期间对于防止油井倒塌是必要的。所谓“套管”的加强结构基本上由金属的圆筒形本体构成,所述金属的圆筒形本体插入腔体中并且借助水泥粘附到油井的壁。 [0005] 当油井开始生产时,石油借助已知为生产管道或者“油管”的特定管道而回收。所述管道是钢管,所述钢管插入油井中,直到该钢管达到油藏的高度水平为止。油管借助具有所谓“包装机”的结合的液压和机械密封件的系统而保持在油井底部处,所述结合的液压和机械密封件迫使石油在不触到套管的壁的情况下升高到油管内侧的表面。 [0006] 在油井的寿命期间,油管和套管借助诸如压力传感器、温度传感器、插头、流量阀、数据通信控制单元等一组服务元件而保持在控制下,所述一组服务元件在构造油井期间安装。适当地设计的这些服务元件例如定位在环状空间中、油管的外表面上。然而,如为了使由储蓄器在油井底部处所施加的压力平衡,环状空间由已知为完井液的液体填充,所述液体具有从1.1kg/1到1.8kg/1的范围内的密度,不容易实现存在于环状空间中的所述服务元件的维修和/或替换操作。完井液通常由无机盐水溶液构成。 [0007] 相对于当前可用的技术,本设备表现了一种真正的创新,如本设备允许实现存在于环状空间中的服务部件的维修操作,还自发地避免以下说明的缺点。 [0010] 近年来,用于油井的适当仪器的获得已经变成对于油井的更好监测和控制以及储蓄器的优化管理日益重要的要求。为该目的迄今为止发展的新技术(智能服务元件、流量计和油井底部P/T传感器等)没有满足可靠性的基本要求来保证在油井底部的条件下操作许多年的这些服务元件的可用性。 [0011] 该危急程度通过本发明的目标设备解决,所述目标设备提供了在不中断油井生产的情况下进行控制、实现维修和根据需要替换安装在在套管与油管之间的环状空间中的服务部件的可能性。相对于当前可用的技术,这导致在出现故障的情况下更容易、更快且更经济的油井功能性恢复,并且最重要的是,保证服务部件在油井的整个寿命期间的性能。 [0012] 油井中的服务部件的可靠性对于石油公司而言是极端重要的:已经采用多种主动措施来解决该问题。然而,这些主动措施中没有一个已经曾经考虑到,在不中断生产的情况下,在油井自身的操作阶段期间,控制、实现维修和可能地通过环状空间替换服务部件的可能性。 发明内容[0013] 因此,在所附权利要求中较好说明的本发明的目的涉及一种在用于生产碳氢化合物的油井的环状空间中操作的自动模块化维修设备,所述环状空间由生产管和油管之间的环形空间构成,并且通过包装机在底部处定界,以允许适当地设计成用于与本发明的设备相互作用的服务部件的维修和/或替换和/或操作。 [0014] 本发明的目标设备在油井的生产阶段期间使用,由于该目标设备是完全自发的,由于该目标设备能够通过在完井液中基本自动地运动而浮动和达到操作位置,并且不必需要与表面的任何物理连接。该设备确实能够提供其自身的推进器和电源,自发地在完井液中浮动以达到在上述元件处的操作位置,并且将维修仪器和待替换的元件运输到油井中。 [0015] 尤其,本发明的目的,在用于生产碳氢化合物的油井的环状空间中操作的自动模块化维修设备能够: [0016] a.也在套管和油管之间的完井液中自动地运动,实现计划的任务; [0017] b.识别并且达到服务站,所述服务站事先沿着油管制备,与待被控制/替换/进行维修的服务部件对应; [0018] c.将所述设备自身夹持到所述服务站; [0019] d.实现沿着油管或者可能地沿着套管布置的服务元件的维修和/或替换操作; [0020] e.实现位于油井底部的包装机上方的服务元件的维修和/或替换操作; [0021] f.甚至在紧急情况下,通过使本发明的设备升高回到油井口而返回。 [0022] 该设备的特征在于模块化结构。该模块化结构允许机器人构造适用于待实现的“任务”,并且通常提供较大的操作和维修灵活性。尤其,该设备包括至少八个模块,所述八个模块具有基本圆筒形的形式并且具有大体上椭圆形的横截面,其中椭圆形的较长的轴线弯曲成与套管的圆周、油管的圆周基本平行(横截面的二裂片的形式)。这样,本发明的设备的每个模块的特征为面对油管的凹面和面对套管的壁的凸面。图1中示出的该横截面允许尽可能多地利用环状空间中的通道面积的形态学,相对于该通道面积的形态学被动地维持推进器的向心性。 [0023] 在至少第一模块的外表面上,在凹部件和凸部件二者上,有一组座部,所述座部适于容纳能够自由转动的一组滑球,所述一组滑球既用作用于模块抵抗壁的可能冲击的阻尼器,又用作帮助机器人在完井液中竖直评议的轴承。 [0025] 每个模块都具有特定的功能。以下参照附图较好地示出的参考构造允许沿着机器人的轨迹定位在油管和/或套管上的一定数量的服务部件的替换/维修,并且也允许这样的部件的替换/维修,即,所述部件例如是通常定位在油井底部处的用于所述部件的电源的电池组。 具体实施方式[0026] 将参照附图较好地说明代表了普通实施例的、在用于生产碳氢化合物的油井的环状空间中操作的自动维修设备,参照附图: [0027] 图1示出通用模块C的剖视图,其中借助虚线示出用于从该模块自身运输/回收的服务元件的两个可能的外壳(其具有气密密封件)的横截面; [0028] 图2示出其中插入有本发明的目标设备的操作油井的横截面。A表示套管的截面,B表示油管的截面,而C是与通用模块对应的机器人的截面,并且D表示环状空间。如可以被观察到的,油管相对于套管是不同心的,而是偏移成与该套管的内壁相邻、或者接近。这允许机器人插入具有最大宽度的环状空间的区域中,以便使凹壁和凸壁可以借助滑球而分别抵靠油管的外壁和套管的内壁滑动。该布置在该情况下通过在完井液中采用以下将说明的浮动机构而允许机器人避免侧向移动并且允许机器人仅竖直地向上或者向下运动。 [0029] 图3示出本发明的自动目标设备的示意性正视图,所述自动目标设备包括8个模块(由1至8表示),所述8个模块借助铰接接头(模块之间的黑圆圈)彼此连接起来。该设备示出为被锚固到与传感器(10)对应的、存在于油井内部的服务站(9)中的其中一个服务站或者其它服务部件。 [0030] 图4示出模块的“上头部”(1)的三维视图。该模块用于借助在“服务站”(9)处的锚固机构执行机器人的停止,以便借助模块(2)实现传感器(10)的替换。该锚固机构通过特定的马达致动,并且在存在于服务站中的特定接口(11)中,在推进器(vehicle)竖直向下运动时,允许设计成待接合的两个臂的延伸。 [0031] 模块(16)的上部分由浮动的泡沫构成以在完井液中平衡其重量。在侧向表面上,在凹面和凸面上,有座部以容纳自由转动的球,所述自由转动的球适于减小油管和套管上的刮擦并且从而最小化由于运动期间的摩擦所导致的能量消耗。此外,在模块的内部布置有转动的偏心块,所述转动的偏心块产生用于避免推进器再进入期间的楔入的振动。 [0032] 图5示出与滑球(18)和转动的偏心块(19)相关的细节。 [0033] 图6示出模块“服务元件的替换”(2)的三维视图和在环状空间D内部的该模块的高度处的油井的两个剖视图,第一个视图是在插入之前在其座部中被替换的服务元件(例如,传感器),并且第二个视图是插在另一个座部中的已回收的传感器(10’)。尤其,模块(2)包括至少三个堆叠的竖直座部。这三个座部中的其中一个座部允许运输新传感器(10)。第二个座部允许容纳待替换的传感器(10’)。在两个先前的座部之间的第三个座部允许两个传感器借助开口(20)交换,所述开口专用于传感器的通过。该模块还设有夹持到服务站的夹持机构和用于实现传感器的替换操作的系统(附图中未示出)。夹持机构在替换阶段中是必要的,以便施加用于执行对于传感器的抽取/插入操作必需的力。 [0034] 替换系统由用于收集和储存待替换的传感器的机构和用于定位新传感器的机构的组合构成。 [0035] 图7示出新传感器的安装阶段的操作方案: [0036] a.将模块(2)夹持到服务站; [0037] b.收集无功能的传感器(10’); [0038] c.储存有故障的传感器(10’); [0039] d.制备用于组件的新传感器(10); [0040] e.将新传感器定位在油管上。 [0041] 图8示出“泡沫”模块(3)的三维视图。该模块用于使推进器在任务开始处空挡(没有运动)。即使每个模块都具有随带的泡沫,以便补偿其在完井液中的重量,但是在任何情况下必要的是预见到至少一个模块专用于该功能,也用于调整与其中机器人将操作的完井液的密度相关的推力。 [0042] 该模块包括具有低密度(低于完井液的密度)的两个或者更多个刚性的商业泡沫体,例如,由能够在高压下操作的材料生产的2个至8个元件,例如,刚性的聚氨酯泡沫,所述泡沫体的特征在于约200mm的长度、二裂片的形式和两个通孔(3’),所述两个通孔用于将单个泡沫体保持在一起的支撑件通过。 [0043] 图9示出“受控推力”模块(4)。该模块允许控制推进器沿着环状空间的推力运动。该模块允许诸如氮的可压缩气体的容积通过将完井液引入到被泡沫元件(16)包封的密封罐(21)中而改变。这样,能够压缩或者膨胀氮的容积,以便减小或者增大浮动推力。 [0044] 氮在相对低的压力下进入罐中:这样,能够总是被动地将完井液引入罐中(P外>P内)。由马达(22)驱动的泵(23)被致动,以便当需要再次增大浮动推力时驱逐完井液。 [0045] 图10示意性地示出用于进行受控推力操作阶段的电路。在本发明的目标设备向下运动的情况下,阀(24)被打开,用于使液体借助可运动的密封隔膜(27)被动地引入到容积(26)中,从而压缩容纳在容积(25)中的氮。在本发明的目标设备向上运动的情况下,借助泵(23)获得用于驱逐容纳在容积(26)中的液体所需的动力。附图标记(28)指示阀控制设备。 [0046] 图11示出“控制”模块(5)。该模块包括:用于调整机器人在完井液中的浮动(朝向油井的顶部或者底部)的电子器件,例如,控制电子板(29)、驱动板(30)和电源板(31);和用于测量外部环境的压力和温度的传感器。所有电子器件都位于密封的容器C1和C2内。 [0047] 图12示出“电池”模块(6)及其横截面中的一个横截面。该模块运输电池的密封容器,所述电池用于在整个任务期间和在可能紧急的管理期间为机器人提供动力。当电池耗尽时,电池可以通过将设备带回到表面而被更换。可替换地,供电点可以定位在套管上以对电池再充电。 [0048] 图13示出“压载物”模块(7)。该模块在紧急和/或系统破坏的情况下保证推进器的回升。在紧急的情况下,优选地可在完井液中溶解的重物质通过开口(32)释放,所述开口(32)允许该系统的被动回升。 [0049] 图14示出“部件替换或者维修”模块(8)。该模块(8)在油井中或者在对于已经安装的部件上操作所需的装备中运输待替换的部件。 [0050] 可能的动作例如是替换电池,所述电池为传感器和在油管和/或套管上的多种设备提供动力或者致动液压回路。在该情况下,模块包括两个座部,第一座部(33)和第二座部(34),所述第一座部将待插入的新电池运送到优选地油井底部处,所述第二座部回收和容纳耗尽的电池。 [0051] 服务站对于本发明的目标设备的自动模块化维修的完全功能性是必要的,所述服务站在油井的完成阶段期间与传感器的维修点或者替换点对应地直接组装在油管上。 [0052] 图15示出定位在生产油管上的通用服务站,其包括:两个凹陷部(14),用于插入夹持机构(17);和锥形面(15),其帮助将这些夹持机构和凹陷部的联接。附图标记(12)表示油管的内表面。 |