[发明专利]在井下环境中使用的感应耦合器

说明书

相关申请的交叉引用

本专利要求于2010年7月5日申请的美国临时专利申请号61/361,479的权益，其内容据此以全文引用的方式并入本文。

技术领域

本专利一般涉及感应耦合器，和更具体来说，涉及在井下环境中使用的感应耦合器。

背景技术

将完井系统安装在井中以从邻近井的储液器产生烃流体(通常称为石油和天然气)或将流体注入井中。在许多情况下，完井系统包括需通电且与地表或井下控制器通信的电设备。传统上，将电缆牵引到井下位置以实现这种电通信和电力传输。另外或或者，可以将感应耦合器用于井下环境中与完井系统连接以实现井眼电设备与地面之间的能量通信和/或遥测。

附图说明

图1描绘已知感应耦合。

图2描绘实例阳型感应耦合器。

图3描绘另一个实例阳型感应耦合器。

图4描绘另一个实例阳型感应耦合器。

图5描绘另一个实例阳型感应耦合器。

图6至图8描绘实例阴型感应耦合器的不同视图。

图9和图10描绘实例感应耦合的不同视图。

具体实施方式

某些实例是在上述图中示出且在下文详细描述。在描述这些实例时，类似或相同参考数字是用于识别相同或类似元件。这些图不一定按比例绘制且为了清楚和/或简明起见，附图的某些特征和某些视图可以夸大比例或示意性地被示出。另外，已在本说明全文描述几个实例。来自任何实例的任何特征可以包括、代替或以其它方式组合来自其它实例的其它特征。

本文中所描述的实例涉及阳型和阴型感应耦合器，其被构造以在井下环境中使用和，具体来说，供烃完井组合件使用。本文所描述的实例通过使用金属层和/或套管使得被放置在感应耦合器的腔中的组件与井眼流体和/或气体隔离，该金属套管通过焊接和/或铜焊而被电耦接到感应耦合器的主体，使得该金属套管提供了包围腔的实质连续导电表面)。可以使用电子束焊接、等离子焊接、TIG焊接等进行焊接。金属套管可以实质不透气且可以不需要额外密封(例如，O-环)来防止井眼流体的渗透(例如，液体和/或气体进入腔)。在某些实例中，金属套管可以具有介于约0.1与约0.4毫米(mm)之间的厚度且可以包括诸如奥氏体镍-铬型超合金的超合金。

为了在使用金属套管来封闭腔的同时使得阳型与阴型感应耦合器可以被感应耦合，相比于已知的感应耦合器可以增加形成线圈的导电材料(例如，电线)的匝数、线圈的长度、磁性材料的长度和/或所使用的线圈的数量。更具体来说，可以改变和/或选择诸如材料类型、几何厚度等的各个参数以实现大于例如80％的耦合效率。具体来说，用于形成线圈的电线的匝数和金属套管或护套的材料类型和厚度可以被选择以实现80％的耦合效率。某些已知感应耦合器将一个线圈同时用于遥测和通电，该线圈具有约54至80匝电线或其它合适导电材料，而本文中所描述的实例感应耦合器可以使用各自具有比已知感应耦合器实质更大的匝数的两个线圈。对于本文中所描述的两个线圈实例来说，线圈中的一个可以用于遥测且可以具有约200匝至400匝，而另一个线圈可以用于通电且可以具有约1,000匝至10,000匝。然而，可以使用任何其它匝数和/或可以将任意其它线圈数(例如1、2、3等)与本文中所描述的实例连用以使得多于30％和/或多于50％的所产生电流通向邻近耦合器(例如，大于30％和/或50％和/或80％耦合效率)。因为用于通电的线圈可以具有相对高的匝数，所以电力可以在相对低频率下传送。此外，由于用于遥测的线圈上的匝数和/或包围这个线圈的金属套管，遥测可以在较高频率下传送。用于该线圈的电线或其它导电材料可以是具有约0.65mm的直径或任何其它合适厚度的绝缘化铜线。换句话说，本公开的目的是使线圈和/或耦合器达到大匝数以克服由金属套管引起的短路、损耗或电路径，从而实现具有至少50％和/或80％效率的线圈和/或耦合器。

为了使得感应耦合器的磁性材料、线圈和/或主体具有类似热膨胀特性，放置该磁性材料和线圈的腔可以用填充物填充。该填充物可，例如，包括树脂、涂漆、环氧树脂、不导电流体、介电油和/或纤维玻璃。在填充物是流体和/或油的实例中，金属套管和/或感应耦合器主体的一部分可以包括金属波纹管和/或压力补偿构件以调节和/或补偿因井下环境的温度和/或压力变化所导致的流体和/或油体积变化。