本发明涉及一种用于卸载在技术套管(技术套管)与生产管状金属结构之间的环空中的井内液体的井下系统。此外，本发明涉及一种用于卸载在技术套管与生产管状金属结构之间的环空中的井内液体的液体卸载方法。
背景技术：
在完井作业时，在井的技术套管与生产套管之间的环空中填充液体例如盐水，所述液体必须在开始生产之前被卸载/放空。为此目的，在井的顶部处的泵从所述顶部用气体对环空进行加压以经由气举阀置换环空中的液体。
已知的传统气举阀(glv)被设计成使得最接近顶部的glv在一个压力下打开且接下来的一个在另一压力下打开。第一气举阀之后在已登记/存储的压降下关闭。每个气举阀因此被设计成是自操作的并且根据技术套管的尺寸、生产套管的尺寸和顶部/井口处可得的压力而被设计。如果气举阀未被正确地设计，则液体卸载程序失效，例如如果一个气举阀未按特定顺序打开或者另一个未按特定顺序关闭的话。气举阀往往被设计成根据压降来关闭，这在气举阀未探测到压降时会失效。失效的气举阀之后可通过用造斜工具干涉该井而从生产套管中被更换掉，但是该阀需要根据现状而被设定在打开位置或关闭位置中，以便用于恢复/重新建立卸载程序。如果气举阀未处于正确的位置，则卸载程序无法开始。
技术实现要素：
本发明的一个目的是完全或部分地克服现有技术中的上述缺点和不足。更特别地，一个目的是提供一种改进的液体卸载系统，该液体卸载系统不会失效和/或是更具经济效益的。
从下面的描述中将变得显而易见的上述目的以及众多的其它目的、优点和特征由根据本发明的方案来实现，即通过用于卸载在技术套管与生产管状金属结构之间的环空中的井内液体的井下系统来实现，该井下系统包括：
-技术套管；
在井的顶部处的泵，该泵被构造成对所述环空进行加压以置换所述环空中的液体；
-具有第一内径的生产管状金属结构，其部分地布置在技术套管中，从而限定出所述环空；
-布置在所述技术套管与所述生产管状金属结构之间的生产封隔器；和
-第一液体卸载组件和第二液体卸载组件，第一液体卸载组件和第二液体卸载组件中的每个包括：
-具有壁部的管状部件，所述壁部具有第二内径、外表面和开孔，所述管状部件构造成安装为所述生产管状金属结构的一部分；以及
-止回阀，所述止回阀与所述外表面连接，所述止回阀具有与所述环空流体连通的入口和与所述开孔流体连通的出口，
其中，所述井下系统还包括滑动套筒，所述滑动套筒布置成沿所述管状部件的内表面而在打开位置与关闭位置之间滑动以打开或关闭所述开孔。
通过使滑动套筒对着液体卸载组件布置，气体举升不再依赖于定时在某一压力下按照特定顺序来打开和关闭，而是，该滑动套筒仅在需要气体举升和卸载液体时打开并在不再需要气体举升和卸载液体时关闭。
每个液体卸载组件均可包括多个止回阀。
此外，所述第二内径可大于所述第一内径，这可形成滑动套筒在其中滑动的凹部。
此外，可对着所述第一和第二液体卸载组件中的每个设置滑动套筒以打开或关闭至所述第一和第二液体卸载组件的流体连通。
所述井下系统还可包括用于在滑动套筒的打开位置与关闭位置之间操纵所述滑动套筒的井下工具。
此外，每个液体卸载组件均可具有比所述生产管状金属结构的外径大了不到20％的外径。
此外，每个液体卸载组件均可包括多个组件入口，每个组件入口均与所述止回阀中的一个止回阀的入口流体连接。
此外，所述生产管状金属结构的第一内径可基本上等于所述液体卸载组件的管状部件的所述第二内径。
此外，所述滑动套筒可布置在所述管状部件的凹部中。
此外，所述滑动套筒可具有第三内径，所述第三内径基本上等于所述生产管状金属结构的所述第一内径。
在一个实施例中，所述井下系统还可包括衬管悬挂器套管和第二生产封隔器，所述衬管悬挂器套管布置在所述第一生产封隔器与所述第二生产封隔器之间，所述第二生产封隔器可布置在所述衬管悬挂器套管与所述生产管状金属结构之间。
此外，所述止回阀组件中的至少一些可布置在所述第一生产封隔器的下方。
此外，所述工具可包括构造成探测所述生产管状金属结构中的气体的存在的探测单元。
此外，该工具可包括驱动单元如井下牵引器。
本发明还涉及一种用于卸载在技术套管与生产管状金属结构之间的环空中的井内液体的液体卸载方法，该方法包括：
-用气体对所述环空进行加压以通过经由上述井下系统中的止回阀的液体进入而从井的顶部置换液体；
-使气体经由所述第一止回阀进入所述生产管状金属结构中；
-探测所述生产管状金属结构中的气体；
-借助所述工具关闭所述第一止回阀；
-通过使液体经由所述第二止回阀进入来置换所述液体；
-使气体经由所述第二止回阀进入所述生产管状金属结构中；以及
-探测所述生产管状金属结构中的气体。
在一个实施例中，探测气体可在井的顶部执行或借助于所述工具执行。
此外，所述液体卸载方法可进一步包括关闭所述第二止回阀。
最后，该液体卸载方法可进一步包括生产含烃流体。
附图说明
下面将参考后附的示意图更详细地描述本发明及其许多优点，所述示意图出于示例目的仅示出了一些非限制性的实施例，其中：
图1示出了井下系统的剖视图；
图2示出了另一井下系统的剖视图；
图3示出了安装为生产管状金属结构的一部分的液体卸载组件的剖视图；
图4示出了液体卸载组件的止回阀的剖视图；
图5以透视图示出了液体卸载组件；
图6示出了另一井下系统的剖视图；以及
图7示出了又一井下系统的剖视图。
所有的附图是高度示意性的，未必按比例绘制，并且它们仅示出了阐明本发明所必需的那些部件，省略或仅暗示了其它部件。
具体实施方式
图1示出了用于卸载环空4中的井3内的液体2的井下系统1，环空4为在技术套管5与生产管状金属结构6之间的环形空间。生产管状金属结构6具有第一内径id1，该第一内径从顶部到底部未明显减小，该生产管状金属结构被部分地布置在技术套管5中从而限定出所述环空，并且延伸到技术套管5的下方。也称为主封隔器的生产封隔器9被布置在技术套管5与生产管状金属管结构6之间以封闭环空4的部分。在完井作业期间，用液体在井3的环空4中填充液体，所述液体必须在开始生产之前被卸载/放空。为此目的，井下系统1包括在井3的顶部8处的泵7，该泵被构造成用气体20从所述顶部对环空4进行加压以经由第一液体卸载组件10a,10和第二液体卸载组件10b,10置换环空中的液体。该第一液体卸载组件布置成比第二液体卸载组件更靠近顶部8，从而气体首先进入第一液体卸载组件并且之后流入生产管状金属结构6的内侧30。
当在生产管状金属结构6的内侧30上探测到气体时，如图2所示，借助工具40关闭第一液体卸载组件10a，从而迫使气体置换环空中的位于第一液体卸载组件的竖向下方的液体并且之后进入第二液体卸载组件。工具40包括接合机构41，如扳手，以用于接合液体卸载组件10的滑动套筒18中的轮廓部42。
如在图3中所示，每个液体卸载组件10均包括具有壁部12的管状部件11和与所述壁部的外表面14连接的止回阀16。管状部件11被安装为生产管状金属结构6的一部分，管状部件11的壁部具有第二内径id2，该第二内径至少等于生产管状金属结构6的第一内径id1。壁部12具有开孔15，止回阀16具有经由流体通道22与开孔流体连通的出口17。每个液体卸载组件10均包括布置成沿管状部件11的内表面19在打开位置与关闭位置之间滑动以打开或关闭开孔15的滑动套筒18。归因于滑动套筒18在凹部中滑动的事实，液体卸载组件10具有与生产管状金属结构6差不多相等的内径。因此，滑动套筒18具有第三内径id3，该第三内径基本上等于生产管状金属结构6的第一内径id1。
止回阀16具有入口17，该入口17与环空4(在图6中示出)流体连通，以允许气体进入生产管状金属结构6的内侧。止回阀16具有与管状部件11的开孔15流体连通的出口23。止回阀16包括弹簧元件36，该弹簧元件能在球37因经由入口17进入的气体而沿液体卸载组件10的轴向延伸方向移动时被压缩。过滤元件38(在图4中示出)布置在入口中以阻止气体中的颗粒经止回阀16进入。因此，止回阀16是允许流体(液体或气体)仅能沿从环空向生产管状金属结构6的内侧的方向流过的传统的止逆阀或单向阀。
通过使用简单传统的止回阀来代替更大且更复杂的气举阀，液体卸载程序非常简单且不会依赖于待在特定的预先确定的压力下打开和关闭的气举阀。已知的传统气举阀(glv)被设计成使得一个气举阀在一个压力下打开且接下来的一个在另一压力下打开。每个气举阀因此均被设计成是自操作的且根据技术套管的尺寸、生产套管的尺寸和顶部处可得的压力而被设计。如果气举阀未被正确地设计，则液体卸载程序失效，例如如果一个气举阀未按特定顺序打开或者另一个未按特定顺序关闭的话。气举阀往往被设计成根据压降来关闭，这可能会失效。失效的气举阀之后可从生产套管中被更换掉并且重新开始卸载程序。通过使本发明的井下系统具有小而简单的止回阀和通过工具被操作以打开和关闭阀组件的滑动套筒，该系统具有更简单的设计，其更便宜，并且失效的风险也被显著降低。
如在图3中所示，止回阀16的打开位置和关闭位置通过滑动滑动套筒18来控制以露出管状部件11的开孔15并因此允许气体流入生产管状金属结构6中。在图3中，滑动套筒18被示出处于其关闭位置，覆盖开孔15并因此阻止气体经由止回阀16流入生产管状金属结构6中。止回阀16的功能仅允许流体进入生产管状金属结构6中而阻止流体从生产管状金属结构的内侧流入环空中。止回阀16因此可具有简单设计，并且沿生产管状金属结构6定位的每个止回阀均可具有相同的简单设计，即使在井的尺寸不匹配以根据压力和/或压差打开和关闭的风险的情况下。止回阀16可布置在生产管状金属结构6的外侧并因此不会限制生产管状金属结构的内径或增大生产管状金属结构的外径。
在图5中，液体卸载组件10包括多个组件入口24，每个液体卸载组件包括多个止回阀，从而使每个组件入口24与止回阀中的一个止回阀的入口流体连接。液体卸载组件10可具有与一个止回阀流体连接的两个组件入口24。
如在图3中所示，每个液体卸载组件10均具有比生产管状金属结构6的外径od1大了不足20％的外径od2。在图6中，井下系统1还包括衬管悬挂器套管26和第二生产封隔器9b。衬管悬挂器套管26布置在第一生产封隔器9a与第二生产封隔器9b之间。第二生产封隔器9b布置在衬管悬挂器套管26与生产管状金属结构6之间。因此，环空4由生产管状金属结构6、技术套管5、衬管悬挂器套管26和第一和第二生产封隔器9,9a,9b限定出。归因于每个液体卸载组件10均具有比生产管状金属结构6的外径od1(在图3中示出)大了不足20％的外径od2的事实，液体卸载组件10可在沿井3大幅地进一步下降的位置对着衬管悬挂器套管布置，而不会增大技术套管5的外径。当使用传统气举阀来卸载液体时，气举阀将生产套管的外径增大了至少50％，并且因此，气举阀不能布置的像图6中的止回阀那样深。因此，使用传统气举阀进行液体卸载不像使用本发明的井下系统那样地有效，并且由于液体卸载组件能布置在井中的更深处，液体卸载的成功率非常的高。此外，当随后使用止回阀来进行气体举升时，位于井中的深的多的位置处的止回阀提供了井中的更深的气体举升，从而举升了更高/更长的液柱并因此提供更高效的气体举升(如果需要)。因此，如在图7中所示，一些止回阀组件10布置在第一生产封隔器9a的下方但仍与a-环空流体连通，并且一些止回阀布置在第一生产封隔器的上方。在图7中，井下系统包括十个止回阀组件10,10a-10j。第一止回阀组件10a布置在最接近井的顶部的位置处，并且接下来的一个止回阀组件10是第二止回阀组件10b，以此类推一直到第十止回阀组件10j，当气体已经进入了布置在上方的所有9个止回阀组件10a-10i时，气体流动经过该第十止回阀组件10j。每个止回阀组件10a-j均依次通过工具关闭，并且第一止回阀组件10a最先关闭，第二止回阀组件10b第二个关闭，以此类推。
探测进入第一止回阀的气体的一个方式可以是探测在井的顶部从井流出的流体是否包含气体。另一方式是探测井下工具40是否包括构造成探测生产管状金属结构6中的气体的存在的探测单元44，如在图2中所示。探测单元44可包括超声波传感器或声传感器、电容传感器或用于探测流量和流体含量的变化的类似传感器。井下工具还可包括驱动单元45，如井下牵引器。
首先，用气体对环空4进行加压以经由布置在管状部件和生产管状金属结构6的壁部的外侧的第一止回阀从井3的顶部置换出液体。一旦已在生产管状金属结构6中例如通过工具探测到气体或在井的顶部探测到气体，便借助工具关闭第一止回阀以迫使气体沿井进一步下降，从而朝向第二止回阀转移/置换液体并使液体进入第二止回阀。如果第一止回阀保持打开，则液体置换将不会那么有效或者可能会完全停止。在气体置换液体时，气体与第二止回阀对准并允许气体经由第二止回阀进入生产管状金属结构6中。随后，当在生产管状金属结构6中探测到气体(例如从井的顶部或通过工具)时，气体已经达到第二止回阀的高度/水平，并且之后，该第二止回阀关闭以使得气体进一步置换下方的液体以使液体经由在井3的更深处的下一个止回阀进入。该过程持续直至差不多所有的液体均已被置换掉并且环空4已经被充分放空液体。之后，如图6中所示，开始经由生产管状金属结构6中的与生产区域101相对的开口/穿孔61生产含烃流体。如能看到那样，生产管状金属结构6还可包括环状屏障50，该环状屏障具有安装为生产管状金属结构的一部分的管状金属部件。环状屏障50包括通过使加压流体经膨胀开口52进入而被膨胀的可膨胀套筒51。
在图8中，止回阀16具有呈文丘里管的形式的出口，以便能够更好地控制出口压力并且更加不依赖于入口压力。入口23与入口17相对/相反地布置并与球37相对/相反地布置。
流体或井筒流体是指存在于油井或气井井下的任何类型的流体，如天然气、石油、油基泥浆、原油、水等。气体是指存在于井、完井、或裸井中的任何类型的气体组分，并且油是指任何类型的油组分，例如原油，含油流体等。气体、油和水流体可因此均分别包括除气体、油和/或水之外的其它元素或物质。
套管、生产管状金属结构、生产套管、技术套管或衬管悬挂器套管是指井下使用的与油或天然气生产有关的任何类型的管、管道、管结构、衬管、管柱等。
在该工具不是完全浸没入套管中的情况下，井下牵引器45可用来推动所述工具完全进入井中的位置，如在图2中所示。井下牵引器可具有带轮子的可突伸的臂部，其中，轮子接触套管的内表面，用于在套管内推进该牵引器和该工具前进。井下牵引器是能够在井下推动或拉动工具的任何类型的驱动工具，例如well
尽管上面已经结合本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但在不背离如下面的权利要求所限定的本发明的情况下可想到的若干变型对本领域技术人员来说是显而易见的。