用于完井井筒的化学品注入系统的制作方法

用于完井井筒的化学品注入系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年5月7日提交的美国专利申请63/021247的优先权，其内容以引用方式全文并入本文。


背景技术：

3.在资源勘探和回收产业中，在地层中形成钻孔以用于评价地层性质并提取地层流体。在开采地层流体之前，在钻孔中形成完井装置。完井装置可以通过使用封隔器将钻孔分离成各种生产区。完井装置还可以包括各种筛网组件和阀门组件，这些组件被选择地用于将流体从地层引导到管件中并引导到地面。
4.在一些情况下，完井装置设有化学品注入系统，该系统可将各种化学品引入钻孔中，以处理流向地面的地层流体。流体处理可减少井下部件的任何形成物，例如井下部件上的结垢。注入的化学品还可抑制完井部件的腐蚀、防止形成油/水乳液、清除流动流中的不期望物质等。
5.在其他情况下，完井装置未安装有化学品注入系统。在后一种情况下，可能会出现各种油井问题，诸如井下部件上的积垢。水垢可能会减缓或堵塞生产。在没有化学品注入系统的完井装置中，当水垢开始影响生产时，必须进行水垢处理。在许多情况下，连续油管必须下入完井装置，以打开堵塞的流道。需要进行水垢处理会导致生产延迟并增加生产成本。因此，该行业欢迎使用完井后化学品注入系统。


技术实现要素：

6.本发明还公开了一种资源探测和回收系统，其包括第一系统和延伸到井筒中的第二系统。第二个系统包括完井装置，该完井装置具有限定井筒内径的套管。化学品注入管从第一系统延伸到完井装置中。该化学品注入管包括末端部分。化学品引入系统布置在第一系统处并且以流体方式连接到该化学品注入管。该化学品引入系统能够操作以将化学品输送到化学品注入管中。化学品注入器组件安装到末端部分。化学品注入系统包括锚和化学品注入器阀。
7.还公开了一种处理完井井筒的方法，该方法包括将具有末端部分的化学品注入管引入完井装置中，以及通过安装在该末端部分处的注入器组件注入处理流体。
附图说明
8.以下描述不应被认为以任何方式进行限制。参考附图，相同元件以相同附图标记表示：
9.图1描绘了根据示例性实施方案的包括完井装置和化学品注入系统的资源探测和回收系统；
10.图2描绘了根据示例性实施方案的一个方面的图1的化学品注入系统的化学品注入管的剖视图；
11.图3描绘了根据示例性实施方案的另一方面的图1的化学品注入系统的化学品注入管的剖视图；
12.图4描绘了根据示例性实施方案的一个方面的安装到化学品注入系统的化学品注入管的滑动片的侧视图；
13.图5描绘了根据示例性实施方案的一个方面的安装到化学品注入系统的化学品注入管的滑动片的侧视图；
14.图6描绘了根据示例性实施方案的一个方面，安装到化学品注入管的开始降解的滑动片的侧视图；
15.图7描绘了根据示例性实施方案的一个方面的安装到化学品注入管的滑动片的轴向端视图；
16.图8描绘了根据示例性实施方案的另一方面的安装到化学品注入管的滑动片的轴向端视图；
17.图9描绘了根据示例性实施方案的又一方面的安装到化学品注入管的滑动片的轴向端视图；
18.图10描绘了根据示例性实施方案的一个方面的包括锚定部分和化学品注入阀的化学品注入器组件的横截面侧视图；
19.图11描绘了根据示例性实施方案的一个方面的图10的化学品注入器组件的化学品注入阀的横截面侧视图；
20.图12描绘了根据一个示例性方面的处于下入孔(rih)构型的图10的化学品注入器组件的横截面侧视图；
21.图13描绘了根据一个示例性方面的处于增压构型的图12的化学品注入器组件的横截面侧视图；
22.图14描绘了根据一个示例性方面的处于化学品注入构型的图13的化学品注入器组件的横截面侧视图；
23.图15描绘了根据一个示例性方面的处于取回构型的图14的化学品注入器组件的横截面侧视图；
24.图16描绘了根据示例性实施方案的一个方面的包括推进喷嘴的化学品注入器组件；
25.图17描绘了根据示例性实施方案的一个方面的包括牵引器部分和化学品注入器阀的化学品注入器组件；
26.图18描绘了根据示例性实施方案的一个方面的图17的化学品注入器组件的化学品注入器阀；
27.图19描绘了根据一个示例性方面的处于下入孔(rih)构型的图17的化学品注入器组件的横截面侧视图；
28.图20描绘了根据一个示例性方面的处于推进构型的图17的化学品注入器组件的横截面侧视图；
29.图21描绘了根据一个示例性方面的准备用于化学品注入的图17的化学品注入器组件的横截面侧视图；
30.图22描绘了根据一个示例性方面的图21的化学品注入器阀的横截面侧视图；
31.图23描绘了根据一个示例性方面的处于化学品注入构型的图17的化学品注入器组件的横截面侧视图；
32.图24描绘了根据一个示例性方面的脱离电机驱动构型的图17的化学品注入器组件的横截面侧视图；并且
33.图25描绘了根据一个示例性方面的处于取回构型的图17的化学品注入器组件的横截面侧视图。
具体实施方式
34.本文所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述以参照附图举例而非限制的方式呈现。
35.根据示例性实施方案的资源探测和回收系统在图1和图2中大体以10示出。资源探测和回收系统10应被理解为包括钻井操作、完井、资源开采和回收、co2封存等。资源探测和回收系统10可以包括第一系统14，该第一系统在一些环境下可以采取可操作地并以流体方式连接到第二系统18的地表系统16的形式，该第二系统在一些环境下可以采取地下系统的形式。
36.第一系统14可包括控制系统23，该控制系统可向一个或多个井下操作提供功率，监测一个或多个井下操作，与一个或多个井下操作通信和/或激活一个或多个井下操作，如本文将讨论。地表系统16还包括连接到化学品泵26的化学品引入系统25。化学品泵26可以将化学品从化学品贮存器28输送到化学品引入系统25中，如本文将详述的。地表系统16可包括附加系统，诸如泵、流体储存系统、起重机等(未示出)。第二系统18可包括管柱30，该管柱延伸到形成于地层36中的井筒34中。
37.管柱30可以呈完井装置38的形式，并且可以由多个互连的管件形成。井筒34包括环形壁40，在所示实施方案中，该环形壁由套管42限定。完井装置38支撑着许多封隔器或可膨胀环形密封，其中一个位于44处，在管柱30与环形壁40之间延伸。封隔器44将井筒34分成许多生产区(未单独标记)。在所示的示例性实施方案中，井筒34包括大致垂直的部分46和可相对于垂直部分46大致水平延伸的成角部分48。
38.在一个实施方案中，化学品注入器组件60下入管柱30中。化学品注入器组件60连接至控制管线、液压管线、毛细管柱、化学品注入管等。在所示的实施方案中，化学品注入器组件60设置在化学品注入管62上。化学品注入管62可以在地表系统16处从卷轴64下入井筒34中。一旦安装，化学品注入管62就可通过化学品泵26连接到化学品贮存器28，如本文将详述。
39.根据图2中描绘的示例性方面，化学品注入管62可以包含限定耐化学品内表面71的内管件70。应当理解，可以不提供内管件70。内管件70(如果提供)可以由不锈钢72形成。另选地，内管件70可以由碳钢和/或热塑性塑料形成。外管件74可以围绕内管件70设置。外管件74可以由非导电材料形成，该非导电材料诸如形成外保护表面76的碳纤维75。另选地，外管件74可由聚醚醚酮(peek)和/或聚四氟乙烯(ptfe)形成。外保护表面76可提供机械保护、化学品保护、充当加强元件以提供选定的刚度、和/或充当滑动表面，该滑动面具有有助于安装到井筒34的选定摩擦系数。
40.根据另一示例性方面，化学品注入管62可以被配置成在引入井筒34中的流体中具
有浮力。也就是说，外管件74可以由在从地面系统16引入井筒34中的选定流体中具有浮力的材料形成。根据一个示例性方面，化学品注入管62在注入井筒34和/或管柱30的环形域中的井下流体中可以具有平衡浮力。根据另一示例性方面，化学品注入管62可以包括诸如图3所示的外管件82，该外管件包含浮力材料84，诸如捕获的气泡、捕获的化学品气泡或促进期望浮力的其它捕获的流体/气体。通过将化学品注入管62形成为具有平衡浮力，可以减少安装期间可能发生的摩擦，从而使得可以在井筒34的底部处或附近(未显示)进行化学品注入。
41.根据另一示例性方面，化学品注入管62可以安装诸如图4中87所示的一个或多个滑动片，其允许将化学品注入器组件60泵入井筒34中的选定位置。例如，化学品注入器组件60可能被泵送至正在吸收流体的第一个穿孔(未单独标记)。滑动片87包括中心部分89，该中心部分可装配有用于附接化学品注入管62的夹子91和形成流体接收区94的翅片93。以这种方式，流体可被引入井筒34中以作用于每个滑动片87，从而沿着倾斜部分48移动化学品注入器组件60。翅片93的外径可能等于或大于管柱30的内表面(未单独标记)，以便尽可能多地截留流体，或者也可以小于管柱30的内表面，以便进行旁通。翅片93可以相对于化学品注入管62偏移，诸如图5所示。
42.根据另一示例性方面，滑动片87可以包括可降解部分99。也就是说，每个翅片93可以全部由可降解材料形成，或者部分地由可降解材料形成，诸如图6所示。通过这种方式，滑动片87可用于沿井筒34推动化学品注入器组件60，随后将滑动片移除，以避免干扰生产流体流动。还如图6所示，可使用多个滑动片87来推动井下化学品注入管62。在图7所示的一个示例性方面，翅片93可以包括连续外表面104。在另一个示例性方面，翅片93可以包括诸如图5和图8所示的定心肋106，其促进滑动片87在管柱30中的居中。在翅片93的其它部分降解之后，中心肋106可以保留。在图9中，示出了滑动片87包括固定部分109和折叠部分112。在下入期间，折叠部分112保持径向向外展开，然后在暴露于生产流时可径向向内折叠。
43.一旦就位，化学品注入管62就可以连接到化学品引入系统25。化学品被传递到化学品注入管62，然后进入化学品注入器组件60以启动流体处理过程。化学品的引入可减少井下部件的任何形成物，例如井下部件上的水垢。注入的化学品还可抑制完井部件的腐蚀、防止形成油/水乳液、清除流动流中的不期望物质、提高产量等。在流体处理过程完成后，化学品注入管62可移至井筒34的另一区域，以启动另一个流体处理操作，或者，如果流体处理和/或地层流体生产完成，那么化学品注入管62可在处理后从井筒34中取出。
44.现在将参考图10至图15来描述根据示例性实施方案的化学品注入器组件60。化学品注入器组件60包括锚定部分116和注入器部分118。锚定部分116包括多个滑件120，其能够通过连杆122的操作径向地移位(向内和向外)。化学品注入器组件60包括致动器外壳126，该致动器外壳围绕与致动器杆128联接的流体输送构件/活塞127。致动器杆128跨越在第一杆支撑件129与第二杆支撑件130之间。致动器杆128可以固定地连接到第二杆支撑件130。当通过流体输送构件/活塞127作用时，第一杆支撑件129可以在致动器杆128上移位。如图11所示，并继续参考图10，注入器部分118包括注入器阀132和选择性地覆盖出口(未单独标记)的爆破片134。
45.在一个实施方案中，化学品注入器组件60可以下入管柱30至选定深度，如图12所示。此时，加压流体可以穿过化学品注入管62和注入器部分118。加压流体可以作用于第一
杆支撑件129，导致流体输送构件/活塞127如图13所示移动，从而使滑件120在选定深度处径向向外扩展并将化学品注入器组件60锁定到管柱30。
46.一旦滑件120展开，就可以将额外的流体压力引入化学品注入管62中。额外的流体压力导致爆破片134失效，从而使流体穿过注入器阀132进入管柱30中，如图14所示。当期望取出化学品注入器组件60时，可以将井上力施加到化学品注入管道62，诸如图15所示。井上力作用于取回构件136并使其向上移位，该取回构件折断剪切销139并接合棘爪140。此时，通过化学品注入管62引入指向井下方向的力。井下力使夹头指状物137移位并允许夹头指状物径向向内偏转，从而导致杆128移位并释放滑件120。然后可以从管柱30取出化学品注入器组件60。
47.在图16中，化学品注入器组件60被示出为包括具有第一或前部部分143和第二或后部部分144的主体142。前部部分143包括化学品出口145，并且后部部分144包括推进系统146，该推进系统为可沿井上方向引导流体的喷嘴形式。主体142还支撑可以通过化学品注入管62联接到地表系统16的一个或多个仪表148。仪表148可通过导体149向操作员和/或控制系统23提供关于与注入相关的井筒34的参数的数据。例如，仪表可以提供关于温度、深度、注入量、施加力(井上和/或井下方向)等的反馈。在所示的实施方案中，推进喷嘴147可以提供有助于将化学品注入管62引导到井筒34中的动力。
48.现在将参照图17-25描述根据示例性实施方案的另一方面的化学品注入器组件151。化学品注入器组件151包括牵引器部分154和注入器部分156。如图18所示，注入器部分156包括支撑马达160和注入器阀162的壳体158。马达160选择性地连接到牵引器部分154并驱动该牵引器部分。牵引器部分154包括支撑多个可选择性展开的轮167的牵引器主体165。
49.在一个实施方案中，马达160操作地连接到多个可选择性展开的轮167。马达160包括马达入口172和马达出口174。从马达入口172到马达出口174的流体流动产生了驱动可选择性展开的轮167的旋转力。也就是说，如图19所示，化学品注入器组件151下入管柱30，并朝着成角度的部分48下降。一旦位于成角度的部分48，将流体流动引入化学品注入管62中，如图20所示。流体的流动作用于马达160上，从而导致多个可选择性展开的轮167展开并开始旋转。可选择性展开的轮167将化学品注入器组件151推动到沿井筒34的选定位置。
50.一旦处于选定的深度，化学品注入管62就沿井上方向被固定或拉动(图21)，以折断剪切销177，从而使注入阀162中的流体出口181与壳体158中的流体出口183对准，如图22所示。然后将流体，诸如选定的化学品引入管柱30中，如图23所示。当注入完成时，可以施加井上力，使注入阀162中的多个棘爪186与壳体158中的相应凹槽188对准，如图24所示。同时，马达160可以从牵引器部分154脱离，从而允许可选择性展开的轮167缩回，使得化学品注入器组件151可以从管柱30取出，如图25所示。
51.此时，应理解，示例性实施方案描述了用于将化学品引入不包括化学品注入系统的完井油井的系统。化学品注入器组件可以由流体压力或牵引器引导至选定的深度，引入化学物质，并在几乎不影响生产时程的情况下取出系统。此外，通过在没有化学品注入系统的完井油井中进行化学品注入，本发明通过不需要取出管来纠正可能由腐蚀引起的任何问题，从而提高产量。
52.下面示出了前述公开的一些实施方案：
53.实施方案1.一种资源探测和回收系统，包括：第一系统；第二系统，所述第二系统
延伸到井筒中，所述第二系统包括完井装置，所述完井装置具有限定井筒内径的套管；化学品注入管，所述化学品注入管从所述第一系统延伸到所述完井装置中，所述化学品注入管包括末端部分；化学品引入系统，所述化学品引入系统布置在所述第一系统处并且以流体方式连接到所述化学品注入管，所述化学品引入系统能够操作以将化学品输送到所述化学品注入管中；以及化学品注入器组件，所述化学品注入器组件安装到所述末端部分，所述化学品注入系统包括锚和化学品注入器阀。
54.实施方案2.根据前述实施方案中任一项所述的资源探测和回收系统，其中所述化学品注入管包括限定耐化学品内表面的内管件以及限定外保护表面、滑动表面和加强元件中的一者的外管件。
55.实施方案3.根据前述实施方案中任一项所述的资源探测和回收系统，其中所述内管件包括不锈钢、碳钢和热塑性塑料中的一者。
56.实施方案4.根据前述实施方案中任一项所述的资源探测和回收系统，其中所述外管件包括非导电材料，所述非导电材料包括碳纤维、聚醚醚酮(peek)和聚四氟乙烯(ptfe)中的一者。
57.实施方案5.根据前述实施方案中任一项所述的资源探测和回收系统，还包括：安装到所述化学品注入管的一个或多个滑动片。
58.实施方案6.根据前述实施方案中任一项所述的资源探测和回收系统，其中所述一个或多个滑动片能够拆卸地安装到所述外保护表面。
59.实施方案7.根据前述实施方案中任一项所述的资源探测和回收系统，其中所述一个或多个滑动片中的每一个滑动片均包括安装到所述外保护表面的中心部分和从所述中心部分向外突起的一个或多个翅片。
60.实施方案8.根据前述实施方案中任一项所述的资源探测和回收系统，其中所述一个或多个翅片中的每一个翅片由可降解材料形成。
61.实施方案9.根据前述实施方案中任一项所述的资源探测和回收系统，其中所述一个或多个翅片中的每一个翅片通过对应铰链安装到所述中心部分。
62.实施方案10.根据前述实施方案中任一项所述的资源探测和回收系统，其中所述一个或多个翅片中的每一个翅片由可降解材料形成并且通过对应铰链安装到所述中心部分。
63.实施方案11.根据前述实施方案中任一项所述的资源探测和回收系统，其中所述一个或多个翅片限定所述一个或多个滑动片中的对应一个滑动片的外径，所述外径小于所述套管的内径。
64.实施方案12.根据前述实施方案中任一项所述的资源探测和回收系统，其中所述化学品注入管的至少一部分具有平衡浮力。
65.实施方案13.根据前述实施方案中任一项所述的资源探测和回收系统，其中所述化学品注入管包括被配置成捕获所述井筒中的气泡的涂层。
66.实施方案14.根据前述实施方案中任一项所述的资源探测和回收系统，其中所述化学品注入管的至少一部分包括浸渍有浮力材料的材料。
67.实施方案15.根据前述实施方案中任一项所述的资源探测和回收系统，其中所述浮力材料包括气体。
68.实施方案16.根据前述实施方案中任一项所述的资源探测和回收系统，其中所述化学品注入管的所述部分在所选流体中具有平衡浮力。
69.实施方案17.一种处理完井井筒的方法，所述方法包括：将具有末端部分的化学品注入管引入完井装置中；以及通过安装在所述末端部分处的注入器组件注入处理流体。
70.实施方案18.根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中将所述化学品注入管引入所述完井装置中包括通过所述完井装置的第一部分在重力下引导所述化学品注入管。
71.实施方案19.根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中将所述化学品注入管引入所述完井装置中包括将流体从化学品引入系统泵送到所述完井井筒的环形域中，以沿着所述完井装置的第二部分推动所述化学品注入管。
72.实施方案20.根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中泵送所述流体包括接合安装到所述化学品注入管的一个或多个滑动片。
73.实施方案21.根据前述实施方案中任一项所述的方法，还包括：在所选时间降解所述一个或多个滑动片的至少一部分。
74.实施方案22.根据前述实施方案中任一项所述的方法，还包括：将所述一个或多个滑动片折叠到所述化学品注入管上。
75.实施方案23.根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中将所述化学品注入管引入所述完井装置中包括使所述化学品注入管的至少一部分浮在泵入所述完井装置的流体中。
76.在描述本发明的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)，术语“一个”、“一种”和“该”以及类似指代的使用应被解释为涵盖单数和复数，除非在本文另外指明或与上下文明显地矛盾。此外，应当指出的是，本文的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用来将一个元素与另一个元素区分开。
77.术语“约”和“基本上”旨在包括，基于在提交申请时可用的设备，与特定数量的测量相关联的误差度。例如，“约”和/或“基本上”可包括给定值的
±
8％或5％、或2％的范围。
78.本公开的教导内容可用于多种井操作。这些操作可涉及使用一种或多种处理剂来处理地层、地层中驻留的流体、井筒、和/或井筒中的设备，诸如生产管材。处理剂可以是液体、气体、固体、半固体、以及它们的混合物的形式。例示性的处理剂包括但不限于压裂液、酸、蒸汽、水、盐水、防腐剂、粘固剂、渗透性调节剂、钻井泥浆、乳化剂、破乳剂、示踪剂、流动性改进剂等。例示性的井操作包括但不限于水力压裂、增产、示踪剂注入、清洁、酸化、蒸汽注入、注水、固井等。
79.虽然已参考一个或多个示例性实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可作出各种改变并且可用等同物代替其元件。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可作出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教导内容。因此，预期的是，本发明不限于作为设想用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本发明将包括落入权利要求书的范围内的所有实施方案。另外，在附图和具体实施方式中，已公开了本发明的示例性实施方案，并且尽管已采用了特定术语，但除非另外指明，否则它们仅以一般性和描述性意义使用，而非出于限制的目的，否则本发明的范围因此并不限于此。