[发明专利]井下压力补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于使井下井工具中的压力均衡以避免工具的内爆或爆裂的压力补偿装置。

背景技术

井下工具如驱动单元、冲击器（stroker）、穿孔器等暴露于工具内部和外部之间的极端压差。为了避免由于工具的内爆或爆裂而引起的塌陷，所述塌陷可能既损坏工具又损坏井结构并且还引起井内的生产停止，数十年来在本领域内已公知压力补偿装置。为了适应压力补偿，通常允许井眼流体在压力补偿装置的一侧位于工具的内部并且通常被维持在井下工具内部的液压流体将位于另一侧，由此使压力补偿装置的每一侧的两种压力均衡。

已知在压力补偿机构中使用橡胶袋、膜片、波纹管和弹簧的各种压力补偿装置。然而，它们被设计成耐受一定压差，当超过所述压差时引起机构的崩溃。

用于在井眼中使用的压力补偿装置的提高的可靠性和更加自动防止故障的机构因此将引起优化的钻井和生产性能，由此使成本最小化并使井操作的回报最大化。由于几种类型的工具在井眼操作期间需要压力补偿，因此各种不同过程将受益于改善的压力补偿装置，这些全部将导致生产时间限制的风险最小化。

因此，需要能够在地下藏层如油气藏层的开采、生产和监视期间补偿井下工具中的压力。

发明内容

本发明的一个目的是完全或部分地克服现有技术的以上劣势和缺点。更具体地，一个目的是提供一种用于在地下藏层如油气藏层的开采、生产和监视期间补偿井下工具中的压力的改进的系统。

将从以下说明变得显而易见的上述目的以及许多其它目的、优势和特征由一种用于结合井下工具使用的井下压力补偿装置通过根据本发明的方案来实现，所述井下压力补偿装置包括：

-壳体，其具有腔室和内部中空区段，

-第一活塞，其将所述腔室分隔成第一区段和第二区段，第一区段与第一流体端口流体连通，第二区段经第二流体端口与井眼流体连通，以及

-第一弹簧，其配置在第二区段内以在第一活塞上施加压力，从而实现第一区段中的过压的保持，

其中，所述装置还包括：

-第二活塞，

-第二弹簧，其配置在第一活塞与第二活塞之间，以及

-布置在第一或第二活塞中的过压通道，该过压通道在第二弹簧处于压缩状态时提供所述第一和第二区段之间的流体连通。

在一个实施例中，该井下压力补偿装置可包括与工具管柱中的匹配工具连接的至少一个压力连接部。

所述匹配工具可为驱动单元。

在另一实施例中，补偿装置的第二区段可与电动马达单元和/或液压泵单元的内部流体连通。

此外，第一弹簧、第二弹簧、第一活塞和第二活塞可与补偿装置的纵向中心轴线共轴地布置。

此外，第一弹簧、第二弹簧、第一活塞和第二活塞中的至少一者可已经与补偿装置的纵向中心轴线非共轴地布置，从而未包围内部中空区段。

根据本发明的补偿装置可与工具的纵向中心轴线非共轴地布置。

另外，第二活塞可部分地布置在第一活塞的内部。

而且，第一活塞可部分地布置在第二活塞的内部。

在一个实施例中，腔室的第一区段可被充填有具有预定特性（与井眼的条件匹配）的加压液压流体，诸如油。

此外，第一和第二弹簧可为盘绕弹簧、螺旋弹簧、波纹管、涡卷弹簧、板簧、气压弹簧或盘式弹簧。

根据本发明的井下压力补偿装置还可包括电传感器，其用于监视装置内部的温度和/或第一和第二区段中的压力和/或第一和第二活塞的位置以向控制系统产生反馈信号。

所述井下压力补偿装置还可包括至少一个开关，其中补偿装置可由连接到控制系统的至少一个开关控制，以基于反馈信号适应环境条件的变化。

此外，该装置可包括多个第一和/或第二弹簧。

此外，该装置可包括多个弹簧导向件。

而且，第二弹簧可布置在第一活塞内。

该装置可包括同心地布置在壳体中的多个第一弹簧。

在一实施例中，第二弹簧可在过压阀中布置在第一活塞内，过压阀包括第二弹簧和第二活塞。

另外，壳体可包括管状部件和可分离地连接的两个端部部件。

此外，本发明涉及一种井下系统，该井下系统包括：

-线缆，

-匹配工具，诸如驱动单元和/或操作工具，以及

-根据本发明的井下压力补偿装置。

本发明还涉及一种井下工具系统，该井下工具系统包括：