专利名称：气泡破碎器组件的制作方法
背景技术：
本发明涉及气泡破碎器组件，所述气泡破碎器组件用于将在多相流体输送导管中、如原油生产井内的生产管道中的气泡分散，升举气体被注入上述多相流体输送导管中，以便降低所生产的流体的密度。
更具体地说，本发明涉及用于分散在多相流体输送导管中的气泡的方法和系统，其中气态和液态流体成分被充分地混合，以便产生低密度的泡或泡沫，所述泡或泡沫包括液体基质中小而均匀分布的气泡。
这种方法和系统可从国际专利申请WO 00/05485中知道。
在已知的方法和系统中，在导管中布置一个或多个气泡破碎器组件，以便产生小横截面积和大横截面积的交替流动区，所述交替流动区具有从小横截面积到大横截面积的急剧转变，以便产生湍流，在所述湍流中产生旋涡和涡流。已知的气泡破碎器组件包括文丘里(Venturi)状孔口或环形流动通道，上述文丘里状孔口与导管的中心轴线同心，而上述环形流动通道在导管的内壁和布置在同心位置上的中间心轴之间形成。
美国专利4,544,307公开了通过一个或多个孔口均匀分配两相混合物的方法，上述一个或多个孔口包含湍流促进器，所述湍流促进器可以包括含有各种形状孔口的板。
本发明的目的是提供一种方法和气泡破碎器组件，所述方法和气泡破碎器组件进一步增强了导管中气态和液态成分的混合，以便进一步减小气泡的尺寸，并使气泡作为很细地分散的泡沫分布在多相流体流中。
发明内容
按照本发明所述用于分散在多相流体输送导管中的气泡的方法，包括在导管中插入至少一个气泡破碎器组件，所述气泡破碎器组件包括多个孔口，所述多个孔口设置在相对于导管的中心轴线基本上偏心的位置处，其中导管是油生产井中的生产管道或者是连接到这个油井上的立管。
现已发现，使用上面布置有多个偏心的孔口的气泡破碎器组件，大大地增强了把比较大的气泡分散成大量的小气泡，上述大量的小气泡均匀地分布在多相流体流中。
在一个实施例中，流量限制部分可以包括圆盘形板，在所述圆盘形板中布置至少两个偏心的孔口，而上述圆盘可以例如通过夹紧组件可拆卸地紧固到导管的内壁上，如果板需要被拆卸，则可以使上述夹紧组件收缩。
优选的是，多个流量限制部分是沿着导管的长度布置在选定的距离处，其中上述流量限制部分中的至少两个包括圆盘形板，在所述圆盘形板中布置不同模式的偏心孔口。
在一个实施例中，至少一个流量限制部分可以包括一对偏心的孔口，所述一对偏心的孔口相对于对称面基本上对称地定位，导管的中心轴线位于上述对称平面中。
可供选择地，至少一个流量限制部分可以包括三个或多个等距离的偏心的孔口，所述多个孔口以规则的带角度的间隔相对于导管的纵向轴线布置。
多相流体输送导管可以是油和/或气生产井中的生产管道或者是可以离岸或在岸上设置的油和/或气输送导管。
如果导管是油生产井中的生产管道，气体在沿着生产管道的长度间隔开的一个或多个井下的气体注射点处注射到上述油生产井中，以便增加通过井的采油量，则一个或多个流量限制部分布置在每个气体注射点下游的选定距离处。如果井是水下井，则可以把悬链或竖直的立管布置在海底井口和离岸平台之间，并且立管可以装备有一个或多个流量限制部分，所述一个或多个流量限制部分可以沿着立管的长度以规则的间隔布置。
在上述一个或多个气体注射点下游的流体流中，气泡往往会聚结成稳定地生长的较大气泡，上述较大气泡通称为气团(gas slug)或Taylor气泡，并且通过布置一系列按照本发明所述的气泡破碎器，每个气泡破碎器都具有若干偏心的孔口，在生产管道的整个长度上产生原油和均匀分布的小气泡的充分混合的低密度多相流。
本发明还涉及用于将在多相流体输送导管中的气泡分散的系统，所述系统包括至少一个流量限制部分，所述流量限制部分被布置在导管内并且限制部分包括多个孔口，所述多个孔口设置在相对于导管的中心轴线基本上偏心的位置处。
按照本发明所述的方法和系统的另一些特点，优点和实施例在下面优选实施例的详细说明中及在所附的权利要求书，摘要和附图中详述。
借助于例子并参照附图对按照本发明所述的方法和系统的某些优选实施例进行说明，附图中图1是井中生产管道的三维示意图，升举气体注射到上述井中，并且井包括在气体注射点下游的气泡破碎器组件，所述气泡破碎器组件具有按照本发明所述的偏心的孔口，这些偏心的孔口用来将聚结的大气泡破碎成大量分散得很细的小气泡；图2是井中生产管道的三维示意图，在上述生产管道中布置了气泡破碎器的具有4个偏心的孔口的可供选择的实施例。
图3是气泡破碎器的纵向剖视图，所述气泡破碎器夹紧在一对可收回的井管之间；图4A是图3中所示的气泡破碎器板的侧视图；图4B是图4A中所示的气泡破碎器板沿着线段B-B所取的并且沿箭头的方向看时的剖视图；图5是提供在3000m深的井中在有和没有按照本发明所述的气泡破碎器的情况下采油速率(oil production rate)的比较的曲线图；图6是示出在图5的井中采油量改善的曲线图；及图7是标绘的曲线图，其中将具有中心孔口的常规气泡破碎器的平均气体滞留量(mean gas hold up)的改善与具有按照本发明所述的偏心的孔口的气泡破碎器的平均气体滞留量的改善进行了比较。
具体实施例方式
图1示出地下油生产井1，所述地下油生产井1通过地下地层2。
井1包括油井套管3和生产管道4，升举气泡5通过升举气体注射喷嘴6的组件被注射到上述生产管道4中，上述升举气体注射喷嘴6布置在升举气体注射心轴7中，所述升举气体注射心轴7可收回地插入生产管道4内的侧袋(side pocket)8中。升举气体可以是与生产的烃流分离并通过井口(未示出)被再注入在生产管道4和周围的油井套管3之间的环形空间9中的天然气。升举气体通过生产管道4上的孔口11从环形空间9流入侧袋8的内部，并经开口12穿过气体升举注射心轴的内部流向孔口6，如箭头13所示。孔口6可以被多孔膜(未示出)包围，如欧洲专利申请EP 1278938中所公开的。
注射的气泡5可以逐渐地聚结成大的气团(slug)或Taylor气泡15，并在可能发生这种聚结的区域中布置按照本发明所述的气泡破碎器组件16，所述气泡破碎器组件16包括至少一个圆盘形板17，在所述圆盘形板17中布置12个偏心的孔口18。
12个孔口18相对于生产管道4的中心纵向轴线以规则的成角度的间隔布置。
气泡破碎器组件16还包括管状承载件本体19，所述管状承载件本体19通过可扩张的夹紧机构20和可膨胀密封件21可收回地夹紧和密封在生产管道4内。气泡破碎器组件16还包括牵拉突出部(pullingnose)22，所述牵拉突出部22可以连接到钢丝绳工具或者油井自动装置(未示出)上，所述钢丝绳工具或油井自动装置构造成用于在安装气泡破碎器组件16期间使夹紧机构20扩张和使密封件21膨胀，并且如果要为了维修该气泡破碎器组件本身或位于气泡破碎器组件16下方的油井部件如气体升举注射心轴7而收回气泡破碎器组件16，则使夹紧机构20收缩并使密封件21缩小。
图2示出按照本发明所述的气泡破碎器组件26的可供选择的实施例，其中上述气泡破碎器组件26包括圆盘形板27，在所述圆盘形板27中相对于生产管道34的纵向轴线以规则的成角度的间隔布置4个偏心的孔口28。生产管道34悬挂在原油生产井31的油井套管33内，所述原油生产井31穿过地面下的地层32。天然气可以通过生产管道34和油井套管33之间的环形空间29和生产管道34的位于气泡破碎器组件26下方的壁中的一个或多个孔口(未示出)注射到生产管道34中。可供选择地或此外，在储层压力下溶于原油中的天然气可以放出，并在生产管道34内的原油流中形成气泡35。注射的和/或放出的气泡35可以聚结成通称为Taylor(泰勒)气泡36的大气团，所述大气团通过按照本发明所述的气泡破碎器组件26被破碎成大量分散得很细的小气泡。
在图2所示的构造中，圆盘形板27插在两个管状分段37和38之间的环形凹槽中。把上面管状分段38在管状承载体39的下方拧紧，所述管状承载体39通过密封圈40和可扩张的锁紧机构41悬挂和密封在生产管道34内，上述可扩张的锁紧机构41装配在生产管道34的内壁中的凹槽42内。通过钢丝绳工具或者油井自动装置图2所示的气泡破碎器组件26被插入被生产管道34中，上述的钢丝绳工具或油井自动装置被构造成用于当锁紧机构41位于环形凹槽42附近时，将所述锁紧机构41松开，并在安装组件26的过程中使密封圈40扩张，而当要把组件26从油井31中收回时，上述钢丝绳工具或油井自动装置使锁紧机构41和密封圈40收缩。
按照本发明所述的气泡破碎器组件16和26的关键方面是，偏心的孔口18、28将Taylor气泡15、36的团破碎成大量分散得很细的更小气泡25、37，所述更小的气泡25、37仅缓慢地重新聚结成较大的气泡。优选的是所形成的气泡的直径小于约1毫米，因此形成高度抗重新聚结成大的Taylor气泡15、36的微型气泡。
产生小气泡的好处是，气体在泡状流中的停留时间比在气团流中的停留时间长，致使在气体和原油流之间产生较少的滑动并在气泡破碎器组件16、26的下游在管道中产生相应较高的气体滞留量。较高的气体滞留量产生较低的平均流体密度，并因此在管道4、34中产生较低的压降。管道4、34中较低的压降导致较低的井底流动压力和原油生产速度增加。
实验证明，与低密度泡状流的有利的压力作用相比，与具有按照本发明所述的偏心孔18、28的气泡破碎器组件16、26有关的压力损失小，压力损失常常只产生十分之一的大小。因此在油井1、31的原油流入区中井底压力有净减少(net reduction)油井1、31的原油生产速度增加。
图3示出如何可以用专门设计的承载件安装气泡破碎器板50，上述承载件包括两个管状分段51和52，所述两个管状分段51和52在板50处在它们之间的情况下以螺纹的方式拧在一起。上面管状分段51的顶部的内表面51A可以制出螺纹以与标准锁紧心轴或其它安装装置匹配。当松开下面管状分段52时，气泡破碎器板50可以很方便地更换，不会损坏安装工具。
图4A和图4B表明，气泡破碎器板50具有8个沿圆周方向间隔开的偏心孔口53，并通过在板50的上表面铣削出环形槽54以使槽54与孔口53相交来使气泡破碎器板在周边的周围被削弱。
这使操作者能在遇到紧急情况时将板50的里面部分冲出。槽54不是从头到尾贯穿孔50铣出，因此流体仍然只能通过偏心孔口53。
按照本发明所述方法的计算机模拟表明，可以产生高达20％的原油生产量增加。
图5示出在有和没有按照本发明所述的气泡破碎器的情况下，典型的3000m深的气体升举的油井的气体升举性能曲线。下面的曲线55表明在没有气泡破碎器的情况下气体升举油井的气体升举性能，而上面的曲线56表明在有如图1-4所示按照本发明所述的气泡破碎器组件16、26的情况下气体升举油井的气体升举性能。
在模拟的原油生产井中，在3000m深生产管道的底部处注入升举气体，同时管道头压力为10巴。管道直径为76mm。原油API为30°，原油密度为850kg/m3。升举气体的比密度为0.65，储层压力为220巴。
在图5中，水平轴代表气体注射速率Qg(sm3/天)，可以看出，对于小于80.000sm3/天的气体注射速率，由装备有按照本发明所述的气泡破碎器组件16、26的气体升举的油生产井所产生的原油量Q1(m3/天)显著地高于没有按照本发明所述气泡破碎器情况下的同一气体升举井。可以看出，单位sm3指的是标准立方米，所述标准立方米是在大气压下的注射的气体的体积。
图6是示出在图5的油井生产量曲线图中由于应用气泡破碎器组件16、26所产生的生产量改善的曲线图。在图6中，水平轴代表气体升举注射速率Qg(sm3/天)，而垂直轴代表有气泡破碎器的曲线56当与没有气泡破碎器的曲线55比较时采油量改善的百分率Δ(％)。图6表明，在约15.000sm3/天的升举气体注射速率下，通过应用按照本发明的所述具有偏心孔口的气泡破碎器产生采油量提高Δ约为18％。
实验在18m高的透明有机玻璃试验导管中用具有各种不同孔口模式的气泡破碎器组件进行，上述试验导管的内径为2mm，并朝向上方向以15-70l/分钟的流速泵送水-乙醇混合物通过所述试验导管。空气在导管的底部注入，并把上面形成有一个或多个孔口的圆盘形板插入导管中在底部上方约5m处。
几个实验用带单一中心孔口的和带许多偏心孔口的气泡破碎器组件进行。
实验表明，带有偏心孔口的气泡破碎器板比常规带中心孔口的气泡破碎器板更有效地将气泡破碎成分散得很细的小气泡。
图7示出实验的结果，在图7中具有单一中心孔口的气泡破碎器的平均气体滞留量的改善用虚线曲线70标绘和表示，而如图4所示具有一系列8个偏心孔口的气泡破碎器的平均气体滞留量的改善用虚线曲线71标绘和表示。图7示出对一恒定的54l/分的液体流量在气泡破碎器的下游的气体滞留量的改善随气体流量变化而改变的情况。对带偏心孔口的装置的虚线曲线71高于对带单一中心孔口的装置的虚线曲线70。截面积和局部压力损失对带偏心孔口的装置和对带单一中心孔口的装置二者相同。
图7表明，对于带许多偏心孔口的实验，气体滞留量的增加更高，同时在装置上的压降保持恒定。在图7的水平轴上，绘出气泡破碎器的下游的气体滞留量的差值对气体注射速率的关系曲线。图7表明，平均气体滞留量的改善对在周边周围有若干偏心孔口的气泡破碎器较大，而同时保持装置上的压降恒定。
用高速摄像机观察表明，按照本发明所述的偏心孔口在流体流中产生大量的湍动的涡流，及气泡在气泡破碎器区域中屡次被这些涡流破碎，直到这些气泡的直径为1毫米或几毫米时为止。
权利要求
1.一种用于分散在多相流体输送导管中的气泡的方法，该方法包括在该导管中插入至少一个气泡破碎器组件，其特征在于，该组件包括多个孔口，所述多个孔口位于相对于该导管中心轴线基本上偏心的位置上，该导管是油生产井中的生产管道或者是连接到这种井上的立管。
2.如权利要求1所述的方法，其中至少一个气泡破碎器组件包括圆盘形板，在所述圆盘形板中布置至少两个偏心的孔口。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中沿着该导管的长度以选定的距离布置多个气泡破碎器组件。
4.如权利要求3所述的方法，其中上述气泡破碎器组件中的至少两个气泡破碎器组件包括圆盘形板，在所述圆盘形板中布置不同模式的偏心孔口。
5.如任何上述权利要求所述的方法，其中至少一个气泡破碎器组件包括一对偏心孔口，所述一对偏心孔口相对于对称面基本上对称地定位，所述导管的中心轴线位于上述对称面中。
6.如权利要求1所述的方法，其中至少一个气泡破碎器组件包括至少3个偏心孔口。
7.如任何上述权利要求所述的方法，其中所述多相流体输送导管是油生产井中的生产管道。
8.如权利要求7所述的方法，其中升举气体是在一个或沿着生产管道的长度间隔开的多个井下的气体注射点处注射，以便增加从油井的采油量，在升举气体注射点下游的选定的距离处布置一个或多个带偏心孔口的气泡破碎器组件。
9.如权利要求8所述的方法，其中升举气体通过至少一个升举气体注射孔口注射，多孔膜这样布置在上述气体注射孔口中，以便分散得很细的气泡被注射到油生产导管中。
10.一种生产原油的方法，其中将通称为Taylor气泡的大气团按照权利要求8所述方法通过一个或多个带有偏心孔口的气泡破碎器组件破碎成分散得很细的更小气泡。
11.如权利要求10所述的方法，其中注射的升举气体的流量(Qg)与原油的流量(Q1)之间的比值为小于400标准立方米/立方米。
12.一种用于分散在多相流体输送导管中的气泡的系统，所述系统包括至少一个气泡破碎器组件，所述气泡破碎器组件被布置在所述导管内，其特征在于，所述组件包括多个孔口，所述多个孔口位于相对于导管的中心轴线基本上偏心的位置处，所述导管是油生产井中的生产管道或者是连接到这个油井上的立管。
13.如权利要求12所述的系统，其中至少一个气泡破碎器组件包括圆盘形板，在所述圆盘形板中布置有至少两个偏心的孔口。
14.如权利要求12或13所述的系统，其中多个气泡破碎器组件沿着所述导管的长度布置在选定的距离处。
15.如权利要求14所述的系统，其中上述气泡破碎器组件中的至少两个包括圆盘形板，在所述圆盘形板中布置有不同模式的偏心孔口。
16.如权利要求12-15之一所述的系统，其中至少一个气泡破碎器组件包括一对偏心的孔口，所述一对偏心的孔口相对于一对称面基本上对称地定位，所述导管的中心轴线位于上述对称面中。
17.如权利要求12所述的系统，其中至少一个气泡破碎器组件包括至少3个基本上等距的偏心的孔口。
18.如权利要求17所述的系统，其中孔口的开口的累计的横截面积小于所述流体输送导管的横截面积的50％。
全文摘要
公开了一种方法和系统，所述方法和系统用于通过一个或多个气泡破碎器组件(16)在原油生产井(1)内的生产管道(4)中或者在连接到这种井的竖管中将气泡分散在多相混合物中，在上述气泡破碎器组件(16)中安排多个孔口(18)，所述多个孔口设置在基本上相对于管道(4)的中心轴线偏心的位置中。利用偏心的孔口(18)促进将大的气泡(15)破碎成大量更小的气泡(25)，上述大量更小的气泡(25)在流体流中分散得很细，并且只是缓慢地重新汇集成更大的气泡。
文档编号E21B17/01GK1942653SQ200480036335
公开日2007年4月4日 申请日期2004年11月5日 优先权日2003年11月7日
发明者R·L·J·费尔南德斯, E·A·施拉马 申请人:国际壳牌研究有限公司