专利名称：气体采、输流体的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及气体采、输流体泵类机械，特别适应于石油工业油田开采过程中的油气开采等。
现有应用气体采、输流体的方法主要是石油行业的气举采液的方法。其工艺过程是通过向井筒内快速注入压缩气体的方法来降低井内注气点到地面的液柱密度或快速将一段液柱推至地面，以保证地层与井底的压差，使油气继续流出举出。气举采液有连续气举和间歇气举两种主要方式。在间歇气举中腔室气举是一种主要的气举方法之一，它是由气举气压打开井中集液腔上部的气举阀，使气体作用于腔内液面上迅速将液体推入采液管内快速举出。或由沿途若干个气举阀逐段地将液体段塞举出。用于井底压力低，产液指数较高的油井。但确存在着结构复杂，短时间内消耗大量的气体，需要相应的地面设备来保证。出砂井和泡沫乳化井有效性差，难以举升粘稠液等缺点。尤其是装置的“心脏”部件气举阀的性能及可靠性决定着气举的效果。而气举阀又易发生故障，投捞等工作需特殊作业，维持生产费用较高。在美国人K.E布郎主编的由石油工业出版社1985年出版的《升举法采油工艺》卷二<下>第550页的气泵一节中描述了一种简单可靠的气泵，其方法是交替地把气体注到井底聚集腔内将液体排出。然后再泄出气体，以便使液体再次充满聚集腔。通常来说，油田气体压力不够高，因此用这种方法只能对浅油层进行举升，同时充气和排气之间存在时间延迟，把该方法限用于低产井。针对上述问题，在本人申请号为97112687.9的发明专利“气体采、输流体的方法及装置”中对这种泵进行了改进，使之能够方便地采、输任意深度的流体，具有耗气量小，便于维护的特点。但也存在着循环间歇长，控制较复杂等缺点。
本发明的目的之一是对本人在先发明“气体采、输流体的方法及装置”(申请号97112687.9)的进一步改进、充实和完善，以适应各种条件下采、输流体的要求。本发明的目的之二是提供一种结构简单，工作可靠，操作方便，能耗低，排量大、效率高，寿命长，可采任意深度、任何性质，且不受环境限制，不对地层产生回压，适用范围广的气体采、输流体的方法及装置。即集气压、气举与射流于一体的气体采、输流体的方法及装置。
发明是这样实现的方法及装置之一在由气源、采液管、集液管、气管线、控制器、单向阀、尾管及滤管等构成的气体采、输流体的方法及装置中，采液管和集液管在井筒中构成的双管柱结构是由上、下两处通口，即上通口和通口沟通形成连通膣体结构。在连通膣体结构的下部装有进液单向阀，通口和进液口构成射液泵结构。压缩气体由地面控制的控制器经气管线注入集液管内将流体举出，能够进行连续举液或间歇举液。连续举液时，打开采液管上的排泄口，连续向集液管内注气。压缩气体高速流过通口时在进液口处产生吸力使井液进入并举出。另外由上通口进入的压缩气体进一步增加了举液的能量。间歇举液时，压缩气体进入集液管内驱液形成贮能气室，在此当中也可向采液管内注入一定的背压(通常低于1MPa)。当注入的气压达到要求的压力后打开采液管上的排泄口释放，气室内的压缩气体澎涨，将集液管内的井液排入采液管内，当集液管内下降着的液面将上通口露出后，气室内的压缩气体由此进入采液管内与液柱混合，使密度下降并举出。此外由通口进入采液管内的流体在上行至上通口处后又与由此进入的压缩气体混合使密度下降举出。随着液柱密度的下降，经通口处的流体速度加快，在进液口处产生吸力，将井液吸入后一并举出。在上述结构中如在上通口上方的采液管上装上一个单向阀后可以阻止流体的回落。另外当采粘稠液时，根据实际情况，在结构中可以不设计射流泵结构。
控制器的主要作用是控制向集液管内注入压缩气体或向集液管内与采液管内注入一定压力的压缩气体后(通常为1MPa以下)停止向采液管内注气，继续向集液管内注气直至达到额定气压后，再打开采液管上的排泄口释放。另外可通过连接在气管线上的出入口向集液管内注入其它物质，以改变被采液的性质将其采出。
上通口的主要作用是引导气室内的压缩气体进入采液管内与液柱混合。或将液柱举出。上通口是由集液管内下降或上升的液面开闭的。上通口的位置通常开在气室内气压达到额定气压时，集液管内的液面所处的位置附近。上通口的大小根据井深及井液性质确定，通常小于1/3下通口，上通口的方向尽量与采液管内流体排出时的方向一至，以减小与上行流体的干扰，甚至可以起到射流吸入的效果。上通口的形状根据实际情况确定，可以是孔、槽、缝等。以环缝状向上喷射较好。射流泵是由通口与集液管的进液口构成的，构成射流泵的方法是将进液口伸入采液管下部的接头内形成环形喷口即通口完成的。也可以设计成环状进液口。
方法及装置之二在该方法及装置中仅有一处通口，通口与进液口构成流泵结构。主要用于连续举升。间歇举升时适应于浅井或是每次产液量较小的深井。用于连续举升时，打开采液管上的排泄口，连续向集液管内注入压缩气体，压缩气体高速流过通口时在进液口处产生吸力将井液吸入并举出。间歇举液时，将压缩气体注入集液管内，驱液并形成贮能气室。或是同时向集液管和采液管内注气，当注入一定压力的气体后停止向采液管内注气，继续向集液管内注气。当注入的气压达到要求的压力后，打开排泄口使气室内的压缩气体释放能量，将井液举出，当集液管井液排完后，气室内的压缩气体经通口进入采液管内与液柱混合使采液管内液柱密度下降，流经通口处的流体速度加快，在进液口处产生吸力，将井液吸入后一并举出。在上述结构中的通口上方的采液管上装上一个单向阀后可以阻止流体回落。另外当采粘稠液时根据实际情况，在结构中可以不设计射流泵结构。在上述结构中，控制器的主要作用与方法及装置之一所述的控制器的主要作用相同，射流泵的构成也与方法及装置之一中所述的相同。
方法及装置之三在由气源，采液管、集液管、气管线、控制器、单向阀、尾管及滤管等构成的气体采、输流体方法及装置中，采液管和上端封闭的集液管在井筒中构成的双管柱结构是由上、下两处通口即上通口和通口沟通形成连通腔体结构的，在连通腔体结构的下部装有进液单向阀。通口和进液口构成射流泵结构，压缩气体由地面控制器控制经采液管、上通口进入集液管内预留的气室中贮存。当注入气压达到所需的压力后。停止注气并打开排泄口释放，气室中的压缩气体迅速澎涨，将集液管中的井液排入采液管内，当集液管内下降着的液面将上通口露出后，气室中的部分气体由此进入采液管中与液柱混合使密度下降或举出，随着采液管中液柱密度的下降流经 通口处的流体速度增加，在进液口处产生吸力将井液吸入后一举出。在上述结构中，控制器的主要作用是通过采液管向集液管内的气室注气贮能然后打开排泄口释放。上通口的主要作用是使压缩气体进入气室和在排液时降低液柱的密度。上通口的位置决定气室容积的大小，上通口的大小由被采液的深度及性质来确定。上通口的方向尽量与采液管内流体排出时的方向一致，以减小与上行流体的干扰，甚至可以起到射流作用。上通口的形状根据实际情况确定，射流泵是由通口与集液管的进液口构成的，构成的方法是将进液口伸入采液管下部的接头内形成环状喷口即通口完成的。也可以设计成环状进液口。当井液为粘稠液时，根据实际情况，可以不设置射流泵结构。也可以另开一处进液口，以增加进液能力。本方法及装置同时还适用于气井排积液。
方法及装置之四在本方法及装置中仅有一处通口，举液时，压缩气体由地面控制器控制经采液管，通口进入集液管内预留的气室中贮存。当注入的气压达到所需压力后，停止注气并打开排泄口释放，气室中的压缩气体迅速澎涨，将集液管内井液举出。当集液管内井液排完后，气室中的气体由通口进入采液管内与液柱混合使密度下降，流经通口处的流体速度增加，在进液口处产生吸力将井液吸入后一并举出。
本发明的特点是a、结构简单、工作可靠、寿命长、维持生产的费用低。
本发明中由简单可靠的通口取代了复杂易出现故障的气举阀，不但使井下结构变的简单、可靠、长寿命，而且也使地面设备及操作更为简单和灵活，同一装置即可间歇举液又可以连续举液。间歇举液为贮能举液，因而大大降低了对压缩气源及压缩机的要求，连续举液时为射流式举液因而不仅对地层无回压，而且还有抽吸作用。
b、排量大、效率高、能耗低。
根据生产井的供液量、该装置间歇举液的排液量大，连续举液时的排液量更大，间歇举液时的气量仅为目前使用的间歇举液方法的一半左右而且排液量与气体注入量可以始终保持在最佳值。
c、适用范围广。
本发明不受被采流体的性质限定，可采粘稠液、乳化液、及高含水、含砂、含气液、不受井筒质量的限制，如可用于井筒弯曲，套管破损的井中。不受被采流体的环境限制，即可用于陆地采液又可用于海上采液，另外也可用于气井排液。
以下将结合附图对发明作进一步详细描述图中名称1、气流2、气管线3、控制器4、出入口5、排泄口6、出入口7、地面8、气管线9、井筒10、采液管11、集液管12、气室13、接头14、上通口15、接头16、排液口17、通口18、进液口19、单向阀20、井液21、尾管22、滤管23、单向阀24、接头25、通口26、封隔器27、气室28、气室29、封隔器30、接头31、伸缩管32、贮气室40、气源41、气管线42、控制器43、出入口44、排泄口45、出入口46、地面47、井筒48、采液管49、集液管50、气室51、接头52、上通口53、井液54、排液口55、接头56、通口57、进液口58、单向阀59、尾管60、滤管61、接头62、通口63、封隔器64、接头65、封隔器66、气室70、气源71、气管线72、控制器73、出入口74、排泄口75、出入口76、地面77、井筒78、采液管79、集液管80、气室81、接头82、上通口83、排液口84、单向阀85、尾管86、滤管87、井液88、出入口89、采液管90、射孔91、封隔器92、集液管93、气室94、排液口95、接头96、单向阀97、通口98、尾管99、井液100、滤管。
参照
图1图1中气管线8的下端连接着集液管11，在采液管10的底部连接着接头15，接头15内有单向阀19，进液口18伸入接头15内形成了沟通采液管10与集液管11的通口17，由此构成了射流泵结构，在这一射流泵结构中通口17为喷口，排液口16为喉口，进液口18为进液口。在进入集液管11内的采液管10上开有上通口14将采液管10与集液管11沟通。接头15的底部连接着尾管21与滤管22。采液管10由气管线8内下入集液管11内，滤管22及尾管21穿过集液管11底部的阀座伸入井筒9内，接头15的底部座封在集液管11底部的座上。气管线8的上端与控制器3连接，气源压缩气由控制器3控制注入气管线8进入集液管11内，并在集液管11内形成气室12，另外控制器3也能控制压缩气体注入采液管10内。控制器3的另一端与气源管线2连接。出入口4为泄压或其它物质的加注口。采液管10的上端也连接在控制器3上控制器控制向采液管10内注气和将采液管10内的流体经排泄口5排出。
工作方法及原理用于间歇举液时，打开出入口4使井液20充分进入集液管11内。进液完毕后，关闭出入口4和排泄口5，打开注气口向集液管11与采液管10内注气，当注入一定压力的气体后，停止向采液管10内注气，继续向集液管11内注气。随着压缩气体的注入，集液管11内的井液20经上通口14与通口17逐渐被驱入采液管10内形成了贮能气室12，当注气压力达到额定压力后，打开排泄口5释放。气室12内的压缩气体迅速澎涨，推动集液管11内的液面下行，当集液管11内下行的液面将上通口14露出后，部分气体由此进入采油管10内与液柱混合或举出。与此同时，经通口17进入采液管10内的井液20上行至上通口14处时又与由此进入采液管10内的气体混合使密度降低。随着采液管10内井液20密度的降低，经过通口17处的流体速度增加，在进液口18处产生吸力将井液20吸入后一同举出。在此其间适时地关闭注气口，依靠气室12内贮存的气体能量继续工作。举液完毕后，集液管11再次进液开始下一个循环。用于连续举液时，打开排泄口5后连续向集液管11内注气。压缩气体高速流过通口17时在进液口18处产生吸力，将井液20吸入并举出。同时，由上通口14进入的压缩气体进一步增加了举升液体的能量。
参照图2图2所示的是在图1所示结构的基础上在上通口14上方的采液管10上安装有阻止流体回落的单向阀23。其工作方法及原理与图1基本相同。
参照图3图3所示的结构与图2所示的结构的不同之处是在结构中无射流泵结构。单向阀19伸入接头24内，以利于在排液时对单向阀19的清理。主要用于开采粘稠液等。
工作方法及原理打开出入口4使井液20充分进入集液管11内。进液完毕后，关闭出入口4和排泄口5。打开注气口向集液管11与采液管10内注气，当注入一定压力的气体后，停止向采液管10内注气，继续向集液管11内注气。随着压缩气体的注入，集液管10内井液20经上通口14与通口25逐渐被驱入采液管10内形成了贮能气室12，当注气压力达到额定压力后，打开排泄口5释放，气室12内的压缩气体迅速澎涨，推动集液管11内的液面下行，当下行的液面将上通口14露出后，部分气体由此进入采液管10内与液柱混合或举出。与此同时，经通口25进入采液管10内的井液20行至上通口14处时又与由此进入采液管10内的气体混合，使密度降低被举出。在此期间适时地关闭注气口，依靠气室12内贮存的能量继续工作。举液完毕后，集液管11内再次进液开始下一个循环。当井底有一定的流压时，本结构可用于连续举液。连续举液时，打开排泄口5，打开注气口连续向集液管11内注气压缩气体与进入的井液20混合后被举出。
参照图4图4所示的方法及结构与图3所示的方法及结构的不同之处是结构中没有安装阻止液体回落的排液单向阀，其工作方法及原理与图3所示的基本相同。
参照图5图5所示的结构与图2所示的结构的不同之处是结构中没有上通口。主要用于浅井的采液或连续举液。在该结构中单向阀安装在接头15上方的采液管10内。
工作方法及原理用于间歇举液时，打开出入口4使井液20充分进入集液管11内。进液完毕后，关闭出入口4和排泄口5，打开注气口向集液管11与采液管10内注气，当注入一定压力的气体后，停止向采液管10内注气。继续向集液管11内注气。随着压缩气体的注入，集液管11内的井液20经通口17逐渐被驱入采液管10内。形成了贮能气室12，当注气压力达到额定压力后，打开排泄口5释放。气室12内的压缩气体迅速澎涨，推动集液管11内的井液20迅速进入采液管10内，在此其间适时地关闭注气口依靠气室12内贮存的气体能量继续工作。举液完毕后，集液管11再次进液开始下一个循环。用于连续举液时，关闭出入口4打开排泄口5，打开注气口连续向集液管11内注气。压缩气体高速流过通口17时在进液口18处产生吸力，将井液20吸入并举出。
参照图6图6所示的结构与图5所示的结构的不同之处是在结构中无阻止液体回落的单向阀。其工作方法及原理同图5所示的基本相同。
参照图7图7所示的是一种由封隔器26封隔井筒9形成集液腔体的结构。这一结构适用于图1、图2、图3、图4、图5和图6所示的任意一种结构。工作时将压缩气体直接注入井筒9内的气室27中。本结构适合于井筒质量好，产液量较大的井。
参照图8图8所示的是一种由双封隔器26、29封隔井筒9形成集液腔体的结构。这一结构适用于图1、图2、图3、图4、图5和图6所示的任意一种结构。封隔器29上部形成的环形空腔可以用于贮气。
参照图9图9所示的方法及结构与图1所示的方法及结构不同之处在于压缩气体是由采液管48进入集液管49内预留的气室50中的。具体结构是，在采液管48的下部连接有一段顶部封闭的集液管49，集液管49的底部装有进液单向阀58，单向阀58的进液端与尾管59及滤管60连接。在采液管48上开有沟通集液管49与采液管48的上通口52，在在采液管49底部的排液口54处于集液管49腔的下部，集液管49的进液口57伸入接头55内，形成了沟通采液管48与集液管49的通口56。在采液管48的上端与控制器42连接。在控制器42上还连接着与气源40连接的气管线41、出入口43及排泄口44。预留气室50是集液管49随采液管48下入井筒47内，井液53未能充满的部分集液管。上通口52的位置就开在集液管48内气室50与液面相接的位置附近。上通口52的具体位置根据实际情况确定。即要能使气室50内气体澎涨后，进入采液管48内一段液柱又不使所进的液柱过高不能举出。在额定气压时，所进液柱的长短视井深而定。上通口52的朝向应与采液管48流体排出时的方向尽量一至以减少干扰。上通口52的大小视实际情况而定。通常小于1/3通口56的通径。
工作方法及原理打开排泄口44使井液53充分进入集液管49内，进液结束后，关闭排泄口44打开注气口注气。压缩气体经采液管48上通口52进入气室50内贮存，当注入气体压力达到额定压力后，停止注气，打开排泄口44释放。气室50内的压缩气体迅速澎涨，推动集液管49内液体经上通口52和通口56进入采液管48内，当集液管49内下降着的液面将上通口52露出后，气室50内的压缩气体由此进入采液管48内与液柱混合或举出。经通口56进入采液管48内的液体上行至上通口52处时，又与由此进入的压缩气体混合举出。随着采液管48内液柱密度的降低。流经通口56处的流体速度增加，在进液口57处产生吸力，将井液53吸入后一同举出。直至气室50内能量耗尽，集液管49再一次进液开始下一个循环。
参照图10图10所示的方法及结构与图9所示的方法及结构的不同之处是该结构内没有设置射流泵结构。以增加进液能力。在该结构中，单向阀58处于接头61内，使集液管49内的流体在进入采液管48内时对单向阀58有清理作用。
工作方法及原理打开排泄口44，使井液53充分进入集液管49内，进液结束后，关闭排泄口44打开注气口注气。压缩气体经采液管48上通口52进入气室50内贮存，当注入气体压力达到额定压力后，停止注气。打开排泄口44释放。气室50内的压缩气体迅速澎涨，推动集液管49内液体经上通口52和通口62进入采液管48内，当集液管49内下降着的液面将上通口52露出后，气室50内的压缩气体由此进入采液管48内与液柱混合或举出。经通口62进入采液管48内的液体上行至上通口52处时又与由此进入压缩气体混合举出。直至气室50内能量耗尽。集液管49内再一次进液开始下一个循环。
参照图11图11所示的方法及结构同图9所示的方法及结构的不同之处是本方法及结构中仅有一处通口56用于每次产液量较小的井或气井排积液。
工作方法及原理打开排泄口44，使井液53充分进入集液管49内。进液结束后，关闭排泄口44并打开注气口注气，压缩气体经采液管48，通口56进入集液管49内的气室50内贮存，当注入气体压力达到额定压力后，停止注气，打开排泄口44释放。气室50内的压缩气体迅速澎涨，推动集液管49内的液体经通口56进入采液管48内。当流经通口56处的流体速度增大后在进液口57处产生吸力。将井液53吸入后一同举出。直至气室50内能量耗尽，集液管49再一次进液开始下一个循环。
参照图12图12展示了一种用封隔器65和封隔器63封隔井筒47形成集液管及预留气室50的结构，工作方法及原理与图9所示的结构基本相同。
参照图13图13展示了一种用于同时开采不同层位的流体的方法及结构。在结构中，下一级采用由采液管进气的结构较简单，在本方法及结构中，下面级与上面级之间由封隔器91封隔，下面级的采液管89连接在上面级的集液管79上，其出入口88位于集液管79中气室80内上部位置。
工作方法及原理打开排泄口74使井液87、井液99充分进入集液管79和集液管92内。进液结束后，关闭排泄口74，打开注气口注气，压缩气体经采液管78、通口82进入集液管79上部的气室80内，并经采液管89经通口97进入下一级集液管92中的气室93内贮存。当注入气压达到额定气压后关闭注气口，打开排泄口74释放，气室80内的压缩气体迅速澎涨，将集液管79内的液体经上通口82和排液口83排入采液管78内，当集液管79内下降的液面将上通口82露出后气室80内的气体进入采液管78内与液柱混合或举出。当上一级集液管79内的压力下降后，下一级气室93内压缩气体澎涨，将集液管92内液体送入上一级的集液管79内并经上通口82和排液口83排出。直至气室80与气室93内能量耗尽，上、下级的集液管79和92再次进液，开始下一个循环。
用于多层采液的结构不仅限于如图13所示的组合，根据实际情况，可以就本发明中所展示的结构任意组合。
权利要求
1 、一种由气源1、采液管10、集液管11、气管线8、控制器3、单向阀19、尾管21及滤管22等构成的气体采、输流体的方法及装置其特征是采液管10与集液管11在井筒中构成的双管柱结构是由上通口14和通口17两处通口沟通形成连通腔体结构，在连通腔体结构的下部装有进液单向阀19，能够进行间歇举液和连续举液。
2.根据权力要求1所述的方法及装置其特征是通口17与进液口18构成射流泵结构。
3.根据权力要求1所述的方法及装置其特征是在上通口14上方的采液管10上安装有阻止流体回落的单向阀23。
4.根据权力要求1、3所述的方法及装置其特征是通口17与进液口18构成射流泵结构。
5.一种由气源1、采液管10、集液管11、气管线8、控制器3、单向阀19、尾管21及滤管22等构成的气体采、输流体的方法及装置其特征是采液管10与集液管11在井筒中构成的双管柱结构是由通口17沟通形成连通腔体结构，在连通腔体结构的下部装有进液单向阀19，通口17与进液口18构成射流泵结构，能够进行间歇举液和连续举液。
6.根据权力要求5所述的方法及装置其特征是在通口17上方的采液管10上装有阻止流体回落的单向阀23。
7.一种由气源40、采液管48、集液管49、气管线41、控制器42、单向阀58、尾管59及滤管60等构成的气体采、输流体的方法及装置其特征是采液管48与上端封闭着的集液管49在井筒中构成双管柱结构，由通口56和上通口52两处通口沟通形成连通腔体结构，在连通腔体结构的下部装有进液单向阀58，能够进行间歇举液，压缩气体经采液管48进入上端封闭的集液管49内的气室50中贮存，注气结束后，打开排泄口44，气室50中贮存的压缩气体释放能量将井液53举出。
8.根据权力要求7所述的方法及装置其特征是通口56与进液口57构成射流泵结构。
9.一种由气源40、采液管48、气管线41、控制器42、单向阀58、尾管59、及滤管60等构成的气体采、输流体方法及装置其特征是采液管48与上端封闭着的集液管49在井筒47中构成双管柱结构，由通口56沟通形成连通腔体结构，在连通腔体结构的下部装有进液单向阀58，能够进行间歇举液，压缩气体经采液管48进入上端封闭的集液管内49的气室50中贮存，注气结束后，打开排泄口44，气室50中贮存的压缩气体释放能量将井液53举出。
10.根据权力要求9所述的方法及装置其特征是通口56与进液口57构成射流泵结构。
11.根据权力要求1、7、9所述的方法及装置其特征是能够任意结合串接在一起形成多级结构开采深井流体或开采不同层位的流体。
全文摘要
本发明提供的气体采、输流体的方法及装置是在由采液管和集液管构成的双管柱结构上开有通口和上通口两处通口,形成连通腔体结构。通口与进液口又构成射流泵结构,进液结束后向集液管内注气形成贮能气室,然后再打开采液管上的排泄口释放,当集液管内下降着的液面将上通口露出后,气体由此进入采液管内与液柱混合或举出。当流经通口的流体速度增加后,在进液口处产生吸力,将井液吸入后一并举出。
文档编号E21B43/00GK1247928SQ9810719
公开日2000年3月22日 申请日期1998年4月16日 优先权日1998年4月16日
发明者景辉元 申请人:景辉元