井下部件通信和电力管理制造技术

一种电力控制装置，包括：通信装置，所述通信装置被配置成设置在井眼中并且被配置成将来自电源的电力从沿着井眼柱设置的导体耦合到井下部件；断路器系统，所述断路器系统包括第一断路器，所述第一断路器设置在所述导体与所述井下部件之间的连接部处并且被配置成闭合以将所述井下部件连接到所述导体；以及控制器，所述控制器被配置成监测所述连接部处和所述导体处的电流电平和电压电平中的至少一者。所述控制器被配置成控制所述断路器系统并且响应于检测到所述连接部处的所述电流电平和所述电压电平中的所述至少一者的偏差而自主地执行使所述第一断路器断开，从而使所述井下部件与所述导体和所述电源隔离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】井下部件通信和电力管理相关申请的交叉引用本申请要求在2016年5月12日提交的美国申请No.15/152999的权益，所述申请以引用的方式整体并入本文。
技术介绍
碳氢化合物的勘探和生产需要在穿透地层的井眼中执行各种工程设计领域的许多不同的活动。通常，勘探涉及使用测定或测井工具来测定和执行被称为测井的测量。生产一般涉及多个活动，例如井眼、安装永久设备、套管穿孔、水力压裂、地层评估、井完整性测定、井增产、生产测井、压力泵送和固井评估。在各种操作中使用的不同工具中的一些工具需要电力供应，可以从地面位置(例如，经由设置在测井电缆中或井眼串中的导体)或井下位置(例如，经由在井下设置的发电机或电池)供应所述电力供应。
技术实现思路
用于控制对井下部件的电力供应进行控制的电力控制装置的实施方案包括：通信装置，所述通信装置被配置成设置在地层中的井眼中并且被配置成将来自电源的电力从沿着井眼串设置的导体耦合到井下部件；断路器系统，所述断路器系统包括第一断路器，所述第一断路器设置在所述导体与所述井下部件之间的连接部处并且被配置成闭合以将所述井下部件连接到所述导体；以及控制器，所述控制器被配置成设置在所述井眼中，所述控制器被配置成监测所述连接部处的电流电平和电压电平中的至少一者。所述控制器被配置成控制所述断路器系统并且响应于检测到所述连接部处的所述电流电平和电压电平中的所述至少一者的偏差而自主地执行使所述第一断路器断开，从而使所述井下部件与所述导体和所述电源隔离。控制对井下部件的电力供应的方法的实施方案包括将电力控制装置设置在地层中的井眼中，所述电力控制装置包括：通信装置，所述通信装置被配置成将电力从沿着井眼串设置并且连接到电源的导体耦合到井下部件，所述电力控制装置包括断路器系统和被配置成控制所述断路器系统的控制器，所述断路器系统包括第一断路器，所述第一断路器设置在所述导体与所述井下部件之间的连接部处并且被配置成闭合以将所述井下部件连接到所述导体。所述方法还包括：经由所述导体来接收电力以激活所述通信装置和所述控制器；由所述电力控制装置监测所述连接部处的电流电平和电压电平中的至少一者；以及响应于检测到所述连接部处的所述电流电平和电压电平中的所述至少一者的偏差而使所述第一断路器断开，从而使所述井下部件与所述导体和所述电源隔离。附图说明以下描述绝不应视为具限制性。参考附图，相同的元件被相同地编号：图1说明包括被配置成设置在地层中的井眼中的多个井下工具的系统的示例性实施方案的横截面视图；图2描绘连接到井下部件的电力控制和通信装置和/或系统的实施方案图3描绘包括断路器系统的电力控制装置的实施方案；图4描绘耦合到井眼串的区段的电力控制系统的实例；图5是描绘将一个或多个井下工具初始化的方法的实施方案的流程图；以及图6是描绘将一个或多个井下工具初始化的方法的实施方案的流程图。具体实施方式在本文参考附图通过例证并且非限制地呈现了对所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述。本文提供用于管理供应给井下部件的电力的系统、设备和方法。电力控制装置的实施方案包括用于将井下部件连接到例如井眼串总线等井下导体的通信装置，和断路器控制器。所述断路器控制器连接到断路器系统，所述断路器系统允许所述控制器自主地监测并控制井下部件到所述总线的电连接和/或控制所述总线的多个段。在一个实施方案中，所述断路器系统是三断路器系统，所述三断路器系统包括工具断路器，所述工具断路器设置在工具或其他部件与所述总线之间的连接部处；以及一个或多个断路器，所述一个或多个断路器设置在所述总线处，用于控制所述总线的段是否连接到其他段和/或电源。本文描述的实施方案可以执行若干功能，例如与个别节点/工具的通信以及个别节点/工具之间的通信、对所安装的工具或其他井下部件的依序检测、电力和通信错误检测和诊断、电力管理和其他。举例来说，电力控制装置可以在井下工具之间建立总线连接并且支持对井眼串的物理设置的检测。另外，电力控制装置可以自主地控制断路器以隔离电短路和其他故障。如本文所描述，自主动作是由装置在不存在来自另一实体的指令或命令的情况下执行的动作。可以响应于输入而执行此类自主动作，所述输入例如为电流测量结果、电压测量结果或由受到所述装置控制的传感器获取的任何其他相关的测量结果或数据，或者从另一装置或单独的传感器接收的测量结果或数据。在一个实施方案中，电力控制装置是包括多个电力控制装置的电力控制系统的部分，每个电力控制装置连接到相应的井下部件。电力控制系统可以例如通过向整个井下部件组件(例如，沿着井眼串和/或井底钻具组件(BHA)排列的多个工具)分配电力或者向所选择的部件分配电力来控制电力供应。在一个实施方案中，由主控制器执行电力控制系统的一些功能。可以将电力控制装置中的一者或多者指定为主控制器，并且此指定可以按需改变。可以由主控制器控制电力管理功能以及诊断功能，所述诊断功能允许检测电连接和组成电子器件中的电气故障。图1说明用于执行能源行业操作的系统10的实施方案，所述操作例如为在地层14中钻出井眼12、地层测量和/或评估、碳氢化合物生产、完井和/或增产。系统10包括支架，例如井眼串或工具串16，所述支架被配置成将一个或多个井下部件部署在井眼12中。井眼串可以经由例如钻柱或生产管柱等任何合适的支架而连接到地面。如本文描述的术语“支架”是指可以用于输送、收容、支撑或另外促进对另一装置、装置部件、装置组合、介质和/或构件的使用的任何装置、装置部件、装置组合、介质和/或构件。示例性非限制性支架包括连续油管、盘管类型的钻柱、接合管类型的钻柱以及其任何组合或部分。其他支架实例包括电缆、电缆探测器、钢丝绳探测器、落球、井下接头、井底钻具组件，以及钻柱。可以将任何数目的井下工具或部件部署在井眼中。举例来说，工具串16包括例如一个或多个测井工具20等井下部件的阵列。每个测井工具20包括被配置成执行井下测量的感测装置22，所述井下测量例如为温度、压力和/或流动速率。所述感测装置可以被配置成将能量(例如，声学、地震、电磁、中子辐射等)发射到地层14中并且接收由于与地层14相互作用而引起的信号。井下部件的其他实例包括地层测试工具24，所述地层测试工具用于经由(例如)流体样本端口或取心工具来提取地层和/或地层流体的样本。其他实例包括被配置成执行或促进执行例如水力压裂操作等增产操作的增产工具26，和用于将流体注入到地层14中和/或从地层14接收流体的流量控制装置。还预期其他类型的井下工具，例如导向装置或系统、随钻测井(LWD)工具、随钻测量(MWD)工具和定向传感器。应注意，使用术语“工具”意在涵盖可以在井下部署的任何装置或部件。所述井下部件中的一者或多者被配置成通过通信系统与地面和/或其他部件通信。此类通信系统的实例包括泥浆脉冲遥测(正或负)、电磁遥测、超声波声、电导体(例如，电缆、有线管道、缆线或电线、光纤和其他)。在一个实施方案中，井下部件通过总线或其他导体28而彼此连接。导体28可以包括沿着井眼串16延伸以向沿着所述井眼串排列的多个工具或部件提供电力的单个导体。在一个实施方案中，井下部件(例如，工具)通过电导体而彼此连接，所述井下部件向导体提供电力并且还可以提供彼此的通信。所述部件中的至少一者提供电力(例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制对井下部件的电力供应的电力控制装置(40)，所述装置包括：通信装置(68)，所述通信装置被配置成设置在地层(14)中的井眼(12)中并且被配置成将来自电源的电力从沿着井眼柱(16)设置的导体耦合到井下部件；断路器系统(58)，所述断路器系统包括第一断路器，所述第一断路器设置在所述导体与所述井下部件之间的连接部处并且被配置成闭合以将所述井下部件连接到所述导体；以及控制器(66)，所述控制器被配置成设置在所述井眼(12)中，所述控制器(66)被配置成监测所述连接部处的电流电平和电压电平中的至少一者，所述控制器(66)被配置成控制所述断路器系统(58)并且自主地执行：响应于检测到所述连接部处的所述电流电平和所述电压电平中的所述至少一者的偏差而使所述第一断路器(62)断开，以使所述井下部件与所述导体(28)和所述电源隔离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.12 US 15/1529991.一种用于控制对井下部件的电力供应的电力控制装置(40)，所述装置包括：通信装置(68)，所述通信装置被配置成设置在地层(14)中的井眼(12)中并且被配置成将来自电源的电力从沿着井眼柱(16)设置的导体耦合到井下部件；断路器系统(58)，所述断路器系统包括第一断路器，所述第一断路器设置在所述导体与所述井下部件之间的连接部处并且被配置成闭合以将所述井下部件连接到所述导体；以及控制器(66)，所述控制器被配置成设置在所述井眼(12)中，所述控制器(66)被配置成监测所述连接部处的电流电平和电压电平中的至少一者，所述控制器(66)被配置成控制所述断路器系统(58)并且自主地执行：响应于检测到所述连接部处的所述电流电平和所述电压电平中的所述至少一者的偏差而使所述第一断路器(62)断开，以使所述井下部件与所述导体(28)和所述电源隔离。2.如权利要求1所述的装置，其中所述控制器(66)被配置成监测多个井下部件并且所述断路器系统(58)包括多个断路器，所述多个断路器中的每一者连接到所述控制器(66)和相应的井下部件，所述控制器(66)被配置成控制所述多个断路器中的每一者以使所述多个井下部件中的每一者单独地连接或断开连接。3.如权利要求1所述的装置，其中所述断路器系统(58)包括第二断路器(60)，所述第二断路器(60)被配置成设置在所述导体(28)处的输出断路器并且被配置成闭合以将后续的导体(28)连接到所述电源，并且所述控制器(66)进一步被配置成执行：响应于检测到所述后续的导体处的电流电平和电压电平中的至少一者的偏差而使所述第二断路器(60)断开，以使所述后续的导体与所述电源隔离。4.如权利要求3所述的装置，其中所述断路器系统(58)包括设置在所述导体(28)处的第三断路器(64)，其中所述第三断路器(64)是设置在所述电源与其中所述电力控制装置(40)连接到所述导体(28)的连接点之间的所述导体上的第一位置处的输入断路器，并且所述第二断路器(60)是设置在所述导体(28)上的第二位置处的输出断路器，所述第二位置相对于所述第一位置在所述连接点的相对侧上。5.如权利要求1所述的装置，其中所述控制器(66)被配置成响应于检测到井下部件电子器件中的故障而自主地使所述第一断路器(62)断开。6.如权利要求3所述的装置，其中所述控制器(66)被配置成响应于检测到井下部件电子器件中的故障而自主地使所述第一断路器(62)断开，并且响应于检测到所述后续的导体(28)中的故障而自主地使所述第二断路器(60)断开。7.如权利要求3所述的装置，其中所述电力控制装置(40)连接到主控制器(66)，所述主控制器(66)被配置成与所述电力控制装置(40)通信并且将消息发送到所述电力控制装置(40)，以经由所述第一断路器(62)来使所述井下部件连接或断开连接，或者经由所述第二断路器(60)来使所述后续的导体(28)连接或断开连接。8.如权利要求7所述的装置，其中所述电力控制装置(40)被配置成在使所述第二断路器(60)闭合并且将所述电力控制装置(40)上电之后与所述主控制器(66)通信；识别所述井下部件并且允许所述主控制器(66)相对于所述井眼柱(16)中的先前连接的井下部件来确定所述井下部件的次序。9.如权利要求7所述的装置，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·科恩艾克，M·盖特泽恩，W·孔德，OH·奥兰朵夫，F·维泽，M·什切潘斯基，
申请(专利权)人：通用电气GE贝克休斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US