井下电能补充系统.pdf

本发明提供一种井下电能补充系统，包括通过导线或电路连通多口井的井口端所构成的回路，所述回路用于向井下设备供电。所述多口井的井下距离接近，所述回路是连通所述多口井的井口端的导线或电路、所述多口井的套管或钻杆、以及所述多口井之间的井下地层所构成的回路。本发明具有低成本,高可靠性，可用于深井等优点。具体来讲,与电池供电相比,该技术有实时能量供给的特点,不需要因为电池而提起整套仪器，从而节约大量成本和加速钻井进程。与发电机相比，该方案设备简单，有高稳定性。与有线供电如电缆供电相比,该方案代价低廉、稳定，可用于深井。

1.  一种井下电能补充系统，包括通过导线或电路连通多口井的井口端所构成的回路，所述回路用于向井下设备供电。

2.  根据权利要求1所述的井下电能补充系统，其特征在于，所述多口井的井下距离接近，所述回路是连通所述多口井的井口端的导线或电路、所述多口井的套管或钻杆、以及所述多口井之间的井下地层所构成的回路。

3.  根据权利要求2所述的井下电能补充系统，其特征在于，所述井下设备包括能量接受装置。

4.  根据权利要求2所述的井下电能补充系统，其特征在于，用于向井下设备供电的所述回路上加载有电源。

5.  根据权利要求4所述的井下电能补充系统，其特征在于，所述电源包括直流电源或交流电源；所述电源是电池、发电机，或者以直接或耦合方式相连的外部能源网络。

6.  根据权利要求4所述的井下电能补充系统，其特征在于，电源安装在连接多口井的导线或者井间电路上，或者安装在所述连通所述多口井构成的所述回路的其它部分。

7.  根据权利要求4所述的井下电能补充系统，其特征在于，所述多口井中至少有一口正在钻的井，在正在钻的井钻杆上安装能量接受装置，所述能量接受装置接受流经附近钻杆上的电流或接受附近电磁场产生能量，并将该能量以其它能量形式存储起来，或直接以电能形式向测量仪器供电。

8.  根据权利要求4所述的井下电能补充系统，其特征在于，所述能量接受装置用于给井下电池充电。

9.  根据权利要求1至8中任一项所述的井下电能补充系统，其特征在于，所述的井为油基泥浆井。

10.  根据权利要求1至8中任一项所述的井下电能补充系统，其特征在于，所述的井至少有一个是大斜度井或水平井，正在钻的大斜度井或水平井的钻头与其它井的井下套管接近。

11.  根据权利要求1至8中任一项所述的井下电能补充系统，其特征在于，所述多口井为两口井。

井下电能补充系统
技术领域
本发明涉及石油钻井技术领域，具体地说，本发明涉及一种井下电能补充系统。
背景技术
石油工业随钻测井(Logging While Drilling)一般是指在钻井的过程中测量地层岩石物理参数，并用数据遥测系统将测量结果实时送到地面进行处理。
随钻测井的关键技术之一是如何给井下测量仪器供给能量。常见的方法有三种：高性能电池供电，井下涡轮发电机供电，和导线供电。高性能电池供电的优点是简单,成本低，但缺点是供给时间有限，一般是150～200个小时就要更换电池。每次更换电池，都要把整套仪器从井下抽回地面，代价昂贵。由于现代测井技术的限制，随钻测井过程中经常不得不因为各种原因抽回仪器或钻头，电池供电的缺点还不明显，但一旦这些限制放宽或消失，这一缺点将是致命的。除此之外，电池还受到温度限制（锂电池温度要求小于120度），高温下，电池使用寿命和可靠性都受到影响。涡轮发电机供电方法是利用井内的液体压力和流动进行发电，实时给测井仪器供电。与电池供电相反，发电机供电方法仪器复杂，容易损害(例如泥沙堵塞),代价高，但它可以持续供电，不受时间限制。越来越多的随钻测井采用这种方式供电。最后一种是导线供电，好处是无时间限制，无功率限制，缺点是电缆在高温高压和钻杆不断转动下容易损坏，不能应用于深井，不够稳定，代价大。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种低成本的由地表向井下供电或充电的解决方案。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种井下电能补充系统，包括通过导线或电路连通多口井（指两口以上，包括两口）的井口端（井口端包括 地表端，也包括海洋钻井平台的钻井平台端）所构成的回路，所述回路用于向井下设备供电。
其中，所述多口井的井下距离接近，所述回路是连通所述多口井的井口端的导线或电路、所述多口井的套管或钻杆、以及所述多口井之间的井下地层所构成的回路。
其中，所述井下设备包括能量接受装置。
其中，在所述连通多口井构成回路上加载电源。
其中，所述电源包括直流电源或交流电源；所述电源是电池、发电机，或者以直接或耦合方式相连的外部能源网络。
其中，电源安装在连接多口井的导线或者井间电路上，或者安装在所述连通多口井所构成的回路的其它部分。
其中，在正在钻的井钻杆上安装能量接受装置，所述能量接受装置接受流经附近钻杆上的电流或接受附近电磁场产生能量，并将该能量以其它能量形式存储起来，或直接以电能形式向测量仪器供电。
其中，所述能量接受装置用于给井下电池充电。
在一个例子中，所述的多口井为两口井。
在一个例子中，所述的井为油基泥浆井。它相对于采用其他泥浆的井具有更好的供电效果。
在一个例子中，所述的井至少有一个是大斜度井或水平井，所述正在钻的大斜度井或水平井的钻头与其它井的井下套管接近。这种方案相对应两个垂直井的方案具有更好的供电效果。
与现有技术相比，本发明具有下列技术效果：本发明具有低成本,高可靠性，可用于深井等优点。具体来讲,与电池供电相比,该技术有实时能量供给的特点,不需要因为电池而提起整套仪器，从而节约大量成本和加速钻井进程。与发电机相比，该方案设备简单，有高稳定性。与有线供电如电缆供电相比,该方案代价低廉、稳定，可用于深井。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：
图1示出了本发明一个实施例的结构示意图；
图2示出了本发明另一个实施例的结构示意图；
图3示出了本发明又一个实施例的结构示意图；
图4示出了本发明再一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
图1示出了本发明一个实施例的井下电能补充系统的示意图。图中左侧是正在钻的井1，右侧是已有井2。A和B分别代表正在钻的井和已有井的地表端。A和B被用一根导线（也可以是复杂电路）相连，连线上安置了电源8。电源8给整个系统供电。在正在钻的井1的钻杆5上安置能量接受装置7。当有电流经过能量接受装置7，能量接受装置7就可以获得能量，并把该能量供给井下测量仪器或给电池充电。由图1所示，地面大功率电源8所产生的电流通过已有井2的套管4向下传播。因为地球是导体，电流持续从套管4流入地层，并通过正在钻的井的钻杆5和套管3构成回路，流回到地表电源8。其中，部分电流会通过套管4、地层，流入正在钻的井的钻头6附近的钻杆段，再沿着钻杆向上流经能量接受装置7，再通过套管3流回到地表电源8。这样该回路上的能量接受装置7可以接受部分电能，并用这部分能量给井下电池充电或直接给测井仪器供电。本实施例中，通过连接正在钻的井1和附近的已有井2，从而利用正在钻的井1和已有井2的套管以及钻杆5等形成供电回路，这种方案巧妙地利用了具有良好导电性能的已有井2的套管，由于已有井2的套管深入地下，与井下能量接受装置7及其以下的钻杆段距离较近，所以回路中地层部分的阻抗相对较小。在油田生产中，正在钻的井1和已有井2之间的距离通常只有几百米。如果正在钻的井用的是水基泥浆钻，供电效率随地质构成，井的深度，井底距（作业井的钻头和以有井的套管距离）和接收器位置变化而明显改变。虽然大部分能量被消耗掉，但根据仿真实验的结果，仍有1%到5%的电流会通过能量接受装置7，从而为井下仪器供电。考虑到地面能量供给几乎是无限的，这种通过多口井构成的回路进行能量传输是一种可行的向井下供电的方案，并且这种向井下供电的方案不需要使用电缆，不需要复杂仪器,具有高稳定性和低成本等优点。并且，本实施例的方案可以实时充电，即为井下充电时不需要间断钻井。
图2示出了本发明另一个实施例的井下电能补充系统的示意图。图2与图1的区别是图2中正在钻的井是油基泥浆井。由于油基泥浆具有很高的电阻，它屏蔽了从侧面流入正在钻的井1的套管3和钻杆5的大部分电流，这样更多的电流不得不通过钻头6流回正在钻的井1，而这部分电 流都将流经能量接受装置7，可以更有效率地为井下仪器供电或为电池补充能量。根据仿真实验的结果，在油基泥浆钻井中，地表电源8为井下的能量接受装置7提供电能的效率通常可达15%以上。
图3示出了本发明又一个实施例的井下电能补充系统的示意图，该系统被应用在大斜度井或水平井中。参考图3，当水平井接近已有井2或在已有井2附近经过时，钻头6与已有井2的套管4比较接近，之间地层电阻比较小，更多的电流（用实线箭头表示）会通过钻头6与已有井2的套管4之间的地层流入正在钻的井的钻头6和能量接受装置7以下的钻杆段，进而被能量接受装置7接收并为井下仪器供电或给电池充电。所以当大斜度井或水平井经过每个已有井附近时，都可以通过本实施例的系统给井下仪器高效地补充能量。
图4示出了本发明再一个实施例的井下电能补充系统的示意图，在该实施例中，附近的多口已有井2、9、10的地表端B1、B2、B3被导线（或电路）连接形成公共地表端B4，所述公共地表端B4与正在钻的井1的地表端A用导线连接，这样多口已有井2、9、10的井套、已有井2、9、10与正在钻的井1之间的井下地层、正在钻的井1的钻杆，以及正在钻的井1的地表端A与各已有井2、9、10的地表端B1、B2、B3之间的导线共同组成大的电流回路。与前面所述实施例一样，该回路可以用来为井下仪器补充能量，例如，可以将电源8安置在公共地表端B4与正在钻的井1的地表端A之间的连线上，将能量接受装置7安置于正在钻的井1的钻杆5上。由于多个井同时传输电流，相当于地层电阻率降低，所以能量传输效率相对更高。
上述实施例中，电源可以是直流电源或交流电源，在具体实现上，可以采用电池、发电机，或者以直接或耦合方式相连的外部能源网络等各种方式。电源的安装为可以在连接两口井的井间电路上，也可以安装在供电回路的其它部分。
最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其它的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。