分离井筒中的气体和液体的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年3月21日提交的美国专利申请no.15/927,236的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

本发明涉及分离井筒中的气体和液体。

背景技术：

通常需要人工升举装置(例如泵)来增加或维持生产油井和富含液体的气井，以便将井底流动压力降低到期望的压降水平，并将流体向上泵送到地面，以使最终的尤其采收最大化。在一些情况下，游离气体的存在可能会影响泵运行并降低泵效率。这可能导致更频繁的修井以便更换泵，这增加了运行成本并且由于例如破坏流体敏感性而影响储层生产率。

技术实现要素：

在总体的实施方式中，井下流体分离器包括：第一管，该第一管包括限定在所述第一管的敞开的井上端与所述第一管的相反的敞开的井下端之间的容积，所述第一管的所述容积包括流体路径，所述流体路径被构造成从井筒的环空接收混合相流体，并将单独的气体流和液体流提供给所述第一管的所述井上端；第二管，所述第二管包括一容积和可调节开口，所述容积被构造成通过所述第二管的与所述第二管的封闭的井下端相反的敞开的井上端接收井下人工升举装置的至少一部分，所述可调节开口在所述井上端与所述井下端之间的位置处形成在所述第二管的一部分中，并且被构造成选择性地将所述液体流接收到所述第二管的所述容积中；和可致动井筒密封件，所述可致动井筒密封件围绕所述第一管和所述第二管中的每一个并在所述第一管与所述第二管之间被定位在所述可调节开口的沿井身向下端，并定位在各个所述第一管和所述第二管的所述井上端与所述井下端之间。

在可与一般的实施例组合的方面中，所述第二管具有比所述第一管的长度大的长度。

在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，所述第一管还包括多个挡板，所述多个挡板被构造成将所述混合相流体分离成单独的所气体流和液体流。

在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，所述可致动井筒密封件包括一个或多个封隔器，所述一个或多个封隔器被构造成当被致动时将所述环空的与所述第一管和所述第二管的各个井下端相邻的一部分与所述环空的与所述第一管和所述第二管的各个井上端相邻的另一部分流体地密封。

在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，所述一个或多个封隔器包括生产封隔器。

在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，所述一个或多个封隔器包括围绕第一管定位的第一封隔器和围绕第二管定位的第二封隔器。

在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，所述可调节开口包括形成在所述第二管的所述一部分中的滑动侧门，所述滑动侧门构造成响应于干预操作而选择性地打开。

可与前述方面中的任一方面组合的另一方面还包括颗粒捕集器，所述颗粒捕集器定位在所述第二管的封闭的井下端中，并被构造成捕集夹带在所述液体中的颗粒。。

在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，所述井下人工升举装置包括螺杆泵或抽油杆泵。

可与前述方面中的任一方面组合的另一方面还包括颗粒筛，所述颗粒筛定位在所述第一管的所述敞开的井下端中，并且被构造成从所述混合相流体中筛出颗粒。

在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，所述混合相流体包括烃液体或烃气体中的至少一种。

在另一个总体的实施方式中，一种用于分离混合相流体的方法包括将井下工具下入到井筒中，所述井下工具包括：第一管，所述第一管包括限定在所述第一管的敞开的井上端与所述第一管的相反的敞开的井下端之间的容积；第二管，所述第二管包括一容积，所述容积包括井下人工升举装置的至少一部分，并且被限定在所述第二管的敞开的井上端与所述第二管的相反的封闭的井下端之间；和井筒密封件，所述井筒密封件围绕所述第一管和所述第二管中的每一个并在所述第一管与所述第二管之间径向定位，并轴向定位在各个所述第一管和所述第二管的所述井上端与所述井下端之间。所述方法还包括：将混合相流体流接收到所述第一管的所述敞开的井下端中；在所述第一管的所述容积中，将所述混合相流体分离成气体流和液体流；将所述气体流和所述液体流引导出所述第一管的所述敞开的井上端；通过定位在所述第二管中的可调节开口选择性地将所述液体流接收到所述第二管的所述容积中；以及利用所述井下人工升举装置将所述液体流从所述第二管的所述容积移除到生产油管中。

在可与一般的实施例组合的方面中，所述第二管具有比所述第一管的长度大的长度。

在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，将所述混合相流体分离成所述气体流和所述液体流包括：引导所述混合相流体通过定位在所述第一管的所述容积中的多个挡板；以及利用所述多个挡板将所述混合相流体分离成所述气体流和所述液体流。

可与前述方面中的任一方面组合的另一方面还包括：在将所述混合相流体流接收到所述第一管的所述敞开的井下端中之前，致动所述井筒密封件以将所述井筒的环空的与所述第一管和所述第二管的各个井下端相邻的一部分与所述环空的与所述第一管和所述第二管的各个井上端相邻的另一部分流体地密封。

在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，所述井筒密封件包括围绕所述第一管定位的第一封隔器和围绕所述第二管定位的第二封隔器。

在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，所述可调节开口包括形成在所述第二管的所述一部分中的滑动侧门，所述方法还包括执行干预操作以打开所述滑动侧门。

可与前述方面中的任一方面组合的另一方面还包括利用位于所述第二管的所述封闭的井下端中的颗粒捕集器来过滤所述液体中夹带的颗粒。

在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，所述井下人工升举装置包括螺杆泵或抽油杆泵。

可与前述方面中的任一方面组合的另一方面还包括利用定位在所述第一管的敞开的井下端中的颗粒过滤器从所述混合相流体过滤颗粒。

可与前述方面中的任一方面组合的另一方面还包括：通过所述生产油管并在地表面处接收所述液体流；以及将所述气体流从所述第一管的所述敞口的井上端接收到所述井筒中并经过所述井筒，并且在所述地表面处接收所述气体流。

在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，所述混合相流体包括烃液体或烃气体中的至少一种。

根据本公开的井下流体分离工具的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。例如，井下流体分离工具的实施方式可以没有长度(在井筒内)限制，这与传统的井下烃分离器不同。又例如，井下流体分离工具可以与各种人工升举系统一起使用，包括杆驱动式人工升举系统。又例如，井下流体分离工具可以在多个不同的井筒中重复使用。而且，井下流体分离工具可以具有很少的移动部件或没有移动部件，从而增加可靠性和成本效益。又例如，井下流体分离工具可以帮助减少或消除由于在入口处存在井下游离气体而引起的井下泵气锁，这可以使需要昂贵的修井作业来修理或更换井下设备的泵故障不那么频繁。此外，井下流体分离工具可以在人工升举装置入口处使流动路径转向，以允许适当的气体分离，从而仅将液体输送到入口中或基本上仅将液体输送到入口中，以避免将游离气体输送到入口。

在附图和以下描述中阐述了本公开中描述的主题的一个或多个实施方式的细节。从描述、附图和权利要求中，主题的其它特征、方面和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是包括井下流体分离工具的示例性实施方式的井筒系统的示意图；

图2是井下流体分离工具的示例性实施方式的示意图；

图3是井下流体分离工具的另一示例性实施方式的示意图；

图4是井下流体分离工具的另一示例性实施方式的示意图；以及

图5是示出井下流体分离工具的示例性实施方式的示例性操作的示意图。

具体实施方式

本公开描述了一种井下流体分离工具，所述井下流体分离工具能够操作，从而将混合相流体的气相和混合相流体的液相从地下层带以分离的方式开采到地表面。在一些方面，气相或液相中的一者或两者包括烃流体。在一些方面，该工具包括彼此固定并通过一个或多个井筒密封件定位在井筒中的管状管道。管状管道中的至少一个接收混合相流体并将所述流体分离成气相和液相。管状管道中至少另一个接收液相，并利用定位在管状管道内的人工升举装置将液相开采到地表面。

图1是包括井下流体分离工具116的示例性实施方式的井筒系统100的示意图。总体上，图1示出了根据本发明的井筒系统100的一个实施例的一部分，其中井下流体分离工具(例如，井下流体分离工具116)可从地下层带114的岩层接收混合相流体流，并将混合相流体分离成将被开采到地表面102的液相流和气相流。在一些方面，混合相流体可以包括一个或多个烃气相(例如，甲烷或其它分馏气体)和一个或多个烃液相(例如，油或其它)。在一些方面，混合相流体还可以或可替代地包括液态水，例如盐水、淡水或其它。

在一些方面，井下流体分离工具116可以将混合相流体流(例如，气体和油、气体和油和水、气体和水、或其它)引导到工具116的分离管的单个流体路径中。一个或多个分离装置(例如，挡板或其它)可以将混合相流体分离成液相和气相。气相可以通过分离管流动到井筒112(该井筒112可以被下套管、被部分下套管或是裸眼井)的环空中，而液相可以被引导到井下流体分离工具116的生产管中。液相可以例如通过一个或多个人工升举系统(例如，抽油杆泵、螺杆泵或其它系统)通过开采套管被机械地移除到地表面。

如图1所示，井筒系统100的实施方式包括井下输送装置110，所述井下输送装置能够操作以将井下流体分离工具116输送(例如，下入、或拉出或两者)到井筒112中。尽管未示出，但部署在地表面102上的钻井组件可以在将井下流体分离工具116下入到井筒112中到达地下层带114中的特定位置之前形成井筒112。钻井组件形成从地表面102延伸并穿过地球中的一个或多个地质构造的井筒112。一个或多个地下地层(例如，地下层带104)位于地表面102的下方。如下面将更详细地解释的那样，一个或多个井筒套管(例如，地面套管106和中间套管108)可以安装在井筒112的至少一部分中。

在一些实施例中，井筒系统100可以部署在水体上而不是部署在地表面102上。例如，在一些实施例中，地表面102可以是大洋、海湾、海洋或其下可能发现含烃地层的任何其它水体。简而言之，对地表面102的说明包括陆地地面和水面两者，并且可构思从任一或两个位置形成和开发一个或多个井筒系统100。

在一些方面，井下输送装置110可以是由多个油管接头构成的管状生产管柱。例如，管状生产管柱(也称为生产套管)通常由钢管段构成，所述钢管段被螺纹连接以使得所述钢管段可以互锁在一起。在可替代的方面中，井下输送装置116可以是挠性油管。此外，在一些情况下，线缆输送装置或钢丝输送装置(未示出)可以能够通信的方式联接到井下流体分离工具116。

在井筒系统100的一些实施例中，井筒112可以被下有一个或多个套管。如图所示，井筒112包括从地表面102刚好延伸到地球中的管道套管104。由管道套管104包围的井筒112的一部分可以是大直径井眼。另外，在一些实施例中，井筒112可以偏离垂直方向(例如，倾斜井筒)。更进一步地，在一些实施例中，井筒112可以是阶梯式井筒，使得一部分被垂直向下钻进，然后弯曲成基本水平的井筒部分。根据例如地表面102的类型、一个或多个目标地下地层的深度、一个或多个生产地下地层的深度或其它标准，可以增加额外的大致垂直井筒部分和水平井筒部分。

管道套管104的沿井身向下端可以是表层套管106。表层套管106可以包围略小的井眼，并保护井筒112免受例如位于地表面102附近的淡水含水层的侵入。然后，井筒112可以垂直向下延伸。井筒112的这部分可以被中间套管108包围。在一些方面，井筒112中的井下流体分离工具116移动到达的位置可以是井筒112的裸眼部分(例如，不存在套管)或下套管部分。

在井筒系统115的所示实施方式中，示出了多个射孔115(例如，在井筒112的套管中以爆炸的方式形成的孔口)。诸如混合相流体的井筒流体可以被从层带114的岩层释放并进入到井筒112的环空111中。在一些方面，井筒流体到井筒112中的释放可能是由于例如岩层与井筒112之间的压力差。在一些方面，可以通过射孔115在岩层中产生压裂裂缝(未示出)，从而将混合相流体从地下层带114的岩层释放到井筒112。

图2是井下流体分离工具200的示例性实施方式的示意图。在该图中，井下流体分离工具200被示出位于井筒112中，并且通常可以被实施为井筒系统100中所示的井下流体分离工具116。在该示例性实施方式中，井下流体分离工具200包括例如分离管202、生产管210和井筒密封件218。如图所示，井下流体分离工具200联接(例如，以螺纹的方式或以其它方式)到从地表面延伸通过井筒112的生产管柱(或开采套管)110。在该示例中，生产管柱110联接到井下流体分离工具200的生产管210。

如图所示，分离管202包括通向环空111的井上端204和也通向环空111的井下端206。流体分离器208安装在分离管202的空间内。在该示例中，流体分离器208包括一个或多个挡板，所述挡板能够操作以从混合相流体中分离气体流和液体流。因此，在一些示例中，分离器208可以包括两级分离器，其中第一级分离通过在两个方向(例如，沿井身向上和沿井身向下)上使流体转向，并且第二级分离是例如一个或多个挡板。

在该示例中，生产管210在开口的井上端212处联接到生产管柱110。尽管在该示例中示出为在与分离管202的井上端204大约相同或相似的井筒深度处的虚线，但是井上端212的位置可以变化，例如比所示的位置浅或深(换句话说，沿井身更向上或沿井身更向下)。在一些方面，如这里所示，生产管210的长度大于分离管202的长度。在一些情况下，分离器管202的长度可例如基于井状况(例如，游离气体的量、溶液中(在混合相流体中)的气体的量或井筒112中的混合相流体的其它流体特性)而变化。在一些示例中，分离器的长度可能会影响井下流体分离工具116的分离效率，所述长度例如还基于特定井的实际流体特性。

如图2所示，人工升举装置120至少部分地定位在生产管210中。在该示例中，人工升举装置120包括抽油杆泵，且示意性地示出了抽油杆管柱和柱塞/阀组件。在其它实施例中，人工升举装置120可以是螺杆泵。在任何情况下，人工升举装置120可操作以使液体(例如，烃液)从生产管210(包括与封闭端214相邻的集液槽区域)向上循环通过生产管柱110，并到达地表面102。

在图2的示例性实施方式中，生产管210包括定位在管210的一部分中的可调节开口216。在该实例中，该可调节开口216操作以选择性地以流体连通的方式联接生产管210的容积与井筒112的环空111。在一些方面，可调节开口216包括滑动侧门或滑动套筒，所述滑动侧门或滑动套筒操作以在环空111与生产管210之间形成流体(例如，液体)流动路径。在一些方面，滑动侧门或滑动套筒包括一个或多个端口，所述一个或多个端口在打开时形成流动路径。在一些示例中，端口可以通过由线缆或钢丝(未示出)控制和操作的滑动部件来打开或关闭。

在该示例中，井筒密封件218定位在相应的井上端204和井上端212与相应的井下端206和井下端214之间。井筒密封件218径向地围绕分离管202和生产管210，并且当被致动时，可以将环空111的沿井身向上部分117与环空111的沿井身向下部分119流体地隔离。如进一步所示，在井下流体分离工具200的该实施方式中，井筒密封件218定位在生产管210的可调节开口216的沿井身向下端。在一些方面，井筒密封件218可以包括两个或更多个生产封隔器220，其中每个生采封隔器220围绕管202或管210中的一个定位。

暂时转到图3，该附图示出了井下流体分离工具200的另一实施方式，所述井下流体分离工具200包括邻近生产管210的井下封闭端214安装的颗粒捕集器224。例如，如图所示，特定捕集器224可以安装在生产管210的集液槽区域(例如，在封闭的井下端214处)。通常，在一些方面可以是砂捕集器或砂滤器的颗粒捕集器224捕获在生产管210的容积中的液体流内夹带的砂、细粒和其它颗粒225，从而防止(或有助于防止)这些颗粒225到达人工升举装置120。在一些方面，通过防止(或有助于防止)这种颗粒到达人工升举装置120，可以改善装置120的操作。

暂时转到图4，该附图示出了井下流体分离工具200的另一实施方式，所述井下流体分离工具200包括邻近分离管202的井下敞开端206安装的颗粒过滤器230。例如，如图所示，颗粒过滤器224可以安装在分离管202中，以防止或有助于防止夹带在混合相流体中的砂、细粒和其它颗粒232进入敞开端206。因此，与颗粒捕集器224一起，颗粒过滤器230可以防止(或有助于防止)这些颗粒232到达人工升举装置120。此外，通过防止(或有助于防止)颗粒232到达分离管202的容积(例如，井筒密封件218的沿井身向上端)，分离器208(例如，挡板)可以更有效地操作以分离混合相流体的气相和液相。因此，在一些方面，井下流体分离工具200的实施方式可以包括颗粒捕集器224和颗粒过滤器230两者。

图5是示出井下流体分离工具200的示例性操作的示意图。虽然图5描绘了如图所示的井下流体分离工具200的示例性操作，但是根据本发明的井下流体分离工具200的其它实施例也可以用于该(和其它)示例性操作。如图所示，井下流体分离工具200可以下入到井筒112中，并且刚好定位在井筒112(或井筒112中的套管)中邻近地下层带114形成的一个或多个射孔115的沿井身向上端。一旦定位，井筒密封件218(例如，两个或更多生采封隔器220)可以被致动，从而以接触的方式接合井筒112并将井下流体分离工具200锚定在井筒112中的特定位置处。被致动的井筒密封件218还将环空111的井上部分117与环空111的井下部分119流体隔离。

如图所示，混合相流体400例如从地下层带114流动，通过射孔115，并且进入环空111(例如，井下部分119)。如图所示，井筒密封件118将混合相流体400(基本上或全部)引导到分离管202的井下敞开端206中，并且引导到管202的容积中。例如，由于被致动的井筒密封件118(和生产管210的封闭的井下端214)，可防止混合相流体400从环空111的井下部分119流动到环空111的井上部分117。在一些方面，例如当分离管202包括颗粒过滤器230时，可以防止(或基本上防止)夹带在混合相流体400中的颗粒进入分离管202。

接下来，例如，由于使流体400自然循环进入管202的压力差，由于由使流体400循环进入管202中的人工升举装置120产生的压力差，或由于所述两种压力差两者，混合相流体400进入分离管202。当混合相流体400进入分离器208时，气相300与液相500分离。在一些方面，混合相流体400包括烃气体(被分离为气相300)和烃液体(被分离为液相500)。在一些方面，混合相流体400包括烃气体(被分离为气相300)和非烃液体，例如盐水或淡水(被分离为液相500)。在一些方面，混合相流体400包括烃气体(被分离为气相300)以及烃液体和非烃液体的混合物(被分离为液相500)。

如图5所示，在示例性操作中，分离的气相300一旦离开分离管202的井上敞开端204就可在井筒112中沿井身向上迁移，并最终在地表面102处被开采。例如，由于井筒112内的压力差，可能发生这种迁移，因此气相300自然地沿井身向上循环。气相300例如还可以比井筒112内的其它流体密度小，从而使所述气相沿井身向上迁移。

分离的液相500一旦离开分离管202的井上敞开端204就可以朝向井筒密封件218沿井身向下下落。当一定体积的液相500汇聚并聚集在井筒密封件218上时，液相500流可以通过可调节开口216(例如，通过钢丝干预操作打开的滑动套筒)进入生产管210。液相500可以流动到生产管210中，并聚集在例如邻近生产管210的井下封闭端214的集液槽区域中。在一些方面，颗粒捕集器224可以过滤在集液槽区域中的液相500内夹带的颗粒。

一旦液相500进入生产管210，人工升举装置120操作以使液相500循环通过生产管210，进入生产套管110并到达地表面102。因此，气相300和液相500两者都可以从地下层带114被单独的开采到地表面102(在井筒112内的流体隔离的管道中)。

虽然本说明书包含许多具体实施细节，但是这些不应被解释为对任何发明的范围或者可以要求保护的范围的限制，而是应被解释为对具体发明的具体实施方式所特有的特征的描述。在本说明书中在单独实方式例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方式中以组合的方式被实施。反之，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施方式中单独地或以任何合适的子组合被实施。此外，尽管特征可以在上面被描述为在某些组合中起作用并且甚至最初被这样要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合中被去除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变型。

类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应当被理解为要求以所示的特定顺序或以连续顺序执行这样的操作，或者要求执行所有示出的操作以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施方式中的各种系统组件的分离不应被理解为在所有实施方式中都需要这种分离，并且应当理解，所描述的程序部件和系统通常可以一起被集成在单个软件产品中或打包到多个软件产品中。

已经描述了许多实施方式。然而，应理解的是，在不背离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。例如，本文描述的示例性操作、方法或过程可以包括比所描操作、方法或过程更多的步骤或更少的步骤。此外，可以以与附图中描述或示出的顺序不同的顺序来执行这样的示例性操作、方法或过程中的步骤。因此，其它实施方式在所附权利要求的范围内。