井下泵送设备和方法
【技术领域】
[0001 ] 用于使钻井中的流体移动的设备和方法。
【背景技术】
[0002]需要移除积累在生产井中的液体以加强井的生产以及生产系统的整个操作。特别是，在混合油和气存在于地下储层中的情况下，液体移除对于气井除水和从井中移除油是必要的。如果液体例如水和/或油没有被移除，液体往往积累并且填充或者装满井，这限制了气体向地面的流动。最终，所述液体可能完全堵塞产气。因此，需要解决的问题是持续地移除液体以避免它们在井中的积累。
[0003]解决这种问题的一种方法是使用气体提升系统，所述系统使用储层(reservoir)中的天然气压从井中提升液体。在气体提升系统中，管柱通常定位在井中，其从地面延伸到积累的液体中，使得积累的液体可以流到管柱中。气体然后沿着所述管柱以选定的间隔从地下储层进入到管柱中，从而导致所述管柱内的液体升到地面。可以将自由移动的柱塞或者铸锭定位在所述管柱中以使气体通过液体渗透最小化。在所述气体提升系统使用来自储层的加压气体来运输液体栓塞到地面的情况中，一般需要用于产生液体的小直径管柱以便气体压力和气体速度足以将液体携带至地面。然而，需要小直径管柱可能严重地限制了液体的流动并且降低气体生产。同时，所生产的气体和液体一般在地面充分混合，这可能导致地面生产管线的问题，例如水合物的形成和冷冻。另外，已发现气体提升系统不适合于井下气体压力或者气体速度低的场合，因此气体不能够克服液体的压力头以将液体携带至地面。
[0004]已经设计出其他的气体提升系统，这些气体提升系统在一个循环操作中只是周期性地或者间断地将液体提升至地面从而允许天然气体压力在循环之间在井内发展至提升所述液体所需要的临界水平。这些系统的示例在美国专利N0.2，136，229 (Baldwin等)、美国专利N0.4，596，516 (Scott等)和美国专利N0.4，465，435 (Copas)中有描述。这些系统中的一些系统使用计时器操作阀，其定位在容纳有液体的管的出口中。所述阀被设定为以等于释放天然气体压力后井中的所述天然气体压力再次恢复所需要的时间的计时间隔周期性地打开。其他系统使用对管柱中的液体和气体之间的预定压力差敏感的阀来控制所述阀的周期性打开从而允许利用所述气体提升所述液体。
[0005]其他提升系统除了来自储层的天然气体之外还从外部来源将加压流体引入到井中，例如美国专利N0.2，132，738 (Knox)、，美国专利N0.6，322，333 (Knight)、美国专利N0.7，546，870 (Dotson)和美国专利N0.7，566，208 (Santos)中所示。但是，将加压流体引入到井中以提升液体需要使用压缩机，这往往会增加所需生产设备所需要的成本和复杂度。
[0006]解决液体负载问题的另一个方法显示在加拿大专利1，167，760 (Prather)中，该专利描述了一种往复运动式地面栗，该地面栗利用来自储层的天然气体压力来提供动力。所述往复运动式地面栗被连接至一系列的抽油杆，所述抽油杆被连接至常规的井下栗。从本质上来看，来自井的气体被引导至地面，其在地面驱动所述往复运动式地面栗。然后所述往复运动式地面栗给井下栗提供动力，所述地下栗将所述液体栗送至地面。这种系统展示出了若干种不利之处。首先，所述系统需要使用位于地面的往复运动式栗。第二，因为所述气体被引导至地面以为所述往复运动式栗提供动力，所述往复运动式栗必须被设计为压力容器，该压力容器能够耐受大气压和井下压力之间的压力差。第三，随着所述气体从井底行进至地面上的往复运动式栗，会存在一定的能量损耗。第四，管柱内的抽油杆的往复运动导致所述管柱的磨损和能量的损耗，这是因为所述抽油杆和所述管柱之间的摩擦的缘故。
[0007]用于从生产井中移除液体的其他系统在美国专利N0.5，860, 795 (Ridley等)、美国专利 N0.6，234，770 (Ridley 等)、美国专利 N0.7，204，314 (Lauritzen 等)和美国专利N0.7，789，142 (Dotson)中有描述。
[0008]对用于使流体移动通过利用钻井内所存在的气体压力的钻井的设备和方法仍然存在需要。而且，对能够插入到钻井中并且在它们工作的过程中容纳在钻井中的这类设备仍然存在需要。
【发明内容】
[0009]本文中涉及定向、操作参数、范围、范围的下限以及范围的上限的参引词没有打算用来对本发明的范围提供严格边界，而是在本文的教导的范围之内应该被解释为意指“大约”或者“约”或者“基本上”，除非另有明确说明。
[0010]本文中使用的“近端的”相对地朝向钻井预期的“上井”端部、“上”端部和/或地面端部定位。本文使用的“上方”是指相对近端的。
[0011]本文中使用的“远端的”相对地远离钻井预期的“上井”端部、“上”端部和/或地面端部定位。本文使用的“下方”是指相对远端的。
[0012]本文是用的“流体”包括液体、气体、和/或液体和液体的组合，包括多相流体，这种流体也包含少量的固体物质。
[0013]本发明涉及用于使用容纳在钻井中的气相的气体压力来使钻井中的流体移动的设备和方法。本发明包括可以更改以用于供在美国专利N0.5，860，795(Ridley等)和美国专利N0.6，234，770 (Ridley等)中描述的发明使用的特征。作为替代方式，在美国专利N0.5，860，795 (Ridley等)和美国专利N0.6，234，770 (Ridley等)中描述的发明可以被更改以供本发明的特征使用。
[0014]本发明的设备被构造成插入到钻井中。所述设备具有近端部和远端部。
[0015]在一些实施方式中，所述设备可以包括密封装置、第一栗、栗驱动器、气体入口以及气体出口，所述密封装置适合于密封所述钻井以提供上钻井部和下钻井部，所述第一栗用于从所述下钻井部栗送流体，所述栗驱动器用于驱动所述第一栗，其中，所述栗驱动器由容纳在所述下钻井部的下钻井气相的下钻井气压提供动力，所述气体入口与所述下钻井部连通，用于接收所述下钻井气相以将所述气相供应至所述栗驱动器，所述气体出口与所述上钻井部连通，用于将所述下钻井气相从所述栗驱动器排出到所述上钻井部中。
[0016]本发明的所述设备适合于以任何合适的方式插入到钻井中。在一些实施方式中，所述设备的部件可以沿着所述设备的长度在所述近端部和所述远端部之间轴向地间隔开，使得所述部件沿着所述设备端对端地布置。在一些实施方式中，所述设备的部件可以沿着所述设备的长度在所述近端部和所述远端部之间定位在单独的轴向位置，使得所述部件沿着所述设备侧对侧地布置。在一些实施方式中，所述设备的部件可以被构造成沿着所述设备的长度在所述近端部和所述远端部之间端对端和侧对侧地组合布置。对所述设备的部件进行布局时的一个考虑是准备插入所述设备的钻井的直径。
[0017]本发明的所述设备可以以任何适当的方式插入到所述钻井中。在一些实施方式中，所述设备可以在管柱(pipe string)上、在烧性管(coiled tubing)上、在线缆(wireline)上或者在平直管线上(slickline)降到钻井中。
[0018]在一些实施方式中，所述密封装置可以轴向地定位在所述设备的所述近端部和所述远端部之间，使得所述近端部将定位在所述上钻井部中，并且使得所述远端部被定位在所述下钻井部中。
[0019]所述密封装置可以包括任何适当的结构、装置或者设备。在一些实施方式中，所述密封装置可以包括封隔器。所述封隔器可以以任何适当的方式致动。在一些实施方式中，所述封隔器可以是膨胀式封隔器。在一些实施方式中，所述封隔器可以是机械致动式封隔器。在一些实施方式中，机械致动式封隔器可以通过操作附接所述设备的管柱或者挠性管来致动。
[0020]在一些实施方式中，所述第一栗可以是往复运动式栗，所述栗驱动器可以是往复运动式栗驱动器。在一些实施方式中，所述第一栗可以是旋转式栗并且所述栗驱动器可以是旋转式栗驱动器。本发明的一些特征可以适合于供往复运动式和旋转式栗和栗驱动器使用。本发明的一些特征可能更加适合于供往复运动式栗和栗驱动器使用，或者可能更加适合于供旋转式栗和旋转式栗驱动器使用。
[0021]在一些实施方式中，所述第一栗在结构上可以与在美国专利N0.5，860, 795 (Ridley 等)和美国专利 N0.6，234，770 (Ridley 等)中描述的第一栗的实施方式类似。在一些实施方式中，所述栗驱动器在结构上可以与在美国专利N0.5，860，795 (Ridley等)和美国专利N0.6，234，770 (Ridley等)中描述的栗驱动器的实施方式类似。
[0022]在一些实施方式中，所述第一栗和所述栗驱动器可以沿着所述设备的长度在所述近端部和所述远端部之间轴向地间隔开。在一些实施方式中，所述第一栗可以轴向地定位在所述栗驱动器和所述远端部之间。
[0023]所述第一栗具有第一栗入口。在一些实施方式中，所述第一栗入口可以与所述下钻井部连通。在一些实施方式中，第一栗入口管线可以将所述第一栗与所述第一栗入口连接。所述第一栗入口具有第一栗出口。在一些实施方式中，所述第一栗出口可以与所述上钻井部连通。在一些实施方式中，第一栗出口管线可以将所述第一栗与所述第一栗出口连接。在一些实施方式中，所述第一栗入口可以邻近所述设备的所述远端部。在一些实施方式中，所述第一栗出口可以邻近所述设备的所述近端部。在一些实施方式中，所述第一栗入口管线可以在所述第一栗和所述第一栗入口之间轴向地延伸通过所述设备。在一些实施方式中，所述第一栗出口管线可以在所述第一栗和所述第一栗出口之间轴向地延伸通过所述设备。
[0024]在一些实施方式中，所述设备可以进一步包括第一栗出口止回阀，所述第一栗出口止回阀邻近所述第一栗出口定位在所述第一栗出口管线中，以防止流体从所述上钻井部经所述第一栗出口管线通过。
[0025]在一些实施方式中，所述设备进一步包括压力释放装置，所述压力释放装置在所述第一栗出口和所述第一栗出口止回阀之间定位在所述第一栗出口管线中。在一些实施方式中，所述压力释放装置可以包括压力释放阀或者爆破隔膜。
[0026]所述气体入口可以包括所述设备中的任何适当的开口或者多个开口的组合，所述气体入口适合于使所述下钻井气相能够进入到所述设备中。
[0027]所述气体出口可以包括所述设备中的任何适当的开口或者多个开口的组合，所述气体出口适合于使所述下钻井气相能够被排出进入到所述上钻井部中。
[0028]在一些实施方式中，本发明的设备可以进一步包括第二栗，所述第二栗用于将流体从所述上钻井部栗送到所述下钻井部中。所述第二栗可以由所述栗驱动器提供动力。在一些实施方式中，所述第二栗在结构上可以与美国专利N0.5，860, 795 (Ridley等)和美国专利N0.6，234，770 (Ridley等)中描述的第二栗的实施方式类似。
[0029]在一些实施方式中，所述第一栗、所述第二栗和所述栗驱动器可以在所述近端部和所述远端部之间沿着所述设备的长度轴向地间隔开。
[0030]在一些实施方式中，所述第二栗可以轴向地定位在所述栗驱动器和所述远端部之间。在一些实施方式中，所述第二栗可以轴向地定位在所述栗驱动器和所述远端部之间。在一些实施方式中，所述第二栗可以轴向地定位在所述栗驱动器和所述第一栗之间。
[0031 ] 所述第二栗具有第二栗入口。在一些实施方式中，所述第二栗入口可以与所述上钻井部连通。在一些实施方式中，第二栗入口管线可以将所述第二栗与所述第二栗入口连接。所述第二栗入口具有第二栗出口。在一些实施方式中，所述第二栗出口可以与所述下钻井部连通。在一些实施方式中，第二栗出口管线可以将所述第二栗与所述第二栗出口连接。在一些实施方式中，所述第二栗入口可以邻近所述设备的所述近端部。在一些实施方式中，所述第二栗出口可以邻近所述设备的所述远端部。在一些实施方式中，所述第二栗入口管线可以在所述第二栗入口和所述第二栗之间轴向地延伸通过所述设备。在一些实施方式中，所述第二栗出口管线可以在所述第二栗和所述第二栗出口之间轴向地延伸通过所述设备。
[0032]在一些实施方式中，所述第二栗除了由所述栗驱动器驱动之外还适合于由所述下钻井气相直接驱动。
[0033]在一些实施方式中，本发明的所述设备进一步包括排放装置，所述排放装置用于将容纳在所述下钻井部内的所述下钻井气相中被排放的部分排放到所述上钻井部，使得所述下钻井气相中所述被排放的部分绕开所述栗驱动器。
[0034]在一些实施方式中，所述排放装置与所述气体入口相关联，使得所述下钻井气相中所述被排放的部分是所述下钻井气相中在所述气体入口处接收的部分。在一些实施方式中，所述排放装置与所述气体出口相关联，使得所述下钻井气相中所述被排放的部分经所述气体出口排放。
[0035]在一些实施方式中，所述设备进一步包括排放阀，所述排放阀与所述排放装置相关联。在一些实施方式中，所述排放阀被构造成使得所述排放装置在所述下钻井气压高于阈值气压时打开，并且使得所述排放装置在所述下钻井气压低于所述阈值气压时关闭。所述排放阀可以被构造成以任何适当的方式打开或者关闭。在一些实施方式中，所述排放阀可以被构造成响应于所述下钻井部气压而自动打开和关闭。在一些实施方式中，所述排放阀可以被构造成手动地打开和关闭、响应于个人或者控制器提供的命令来打开和关闭。
[0036]在一些实施方式中，所述栗驱动器是往复运动式栗驱动器。
[0037]如果所述栗驱动器是往复运动式栗驱动器，本发明的所述设备可以进一步包括开关，所述开关用于将所述下钻井气相交替地引导至所述栗驱动器的相对两侧以使所述栗驱动器进行往复运动。
[0038]在一些实施方式中，所述开关可以包括往复运动式开关阀和往复运动式控制阀，所述往复运动式开关阀用于将所述下钻井气相引导至所述栗驱动器的相对两侧，所述往复运动式控制阀用于控制所述开关阀。所述控制阀可以使用所述下钻井气相中在所述气体入口处接收的控制部分来使所述开关阀进行往复运动。所述设备可以进一步包括控制管路，所述控制管路用于将所述下钻井气相的所述控制部分输送至所述控制阀。所述控制管路可以被构造成使得所述下钻井气相在所述气体入口被接收并且被平行地输送至所述开关阀和所述控制阀。
[0039]在一些实施方式中，所述开关阀可以包括多个开关阀活塞和开关阀连接装置，所述开关阀连接装置连接所述开关阀活塞使得所述开关阀活塞一起进行往复运动。所述下钻井气相中的控制部分可以通过所述控制阀交替地被引导至所有所述开关阀活塞的相反两侧从而使所述开关阀进行往复运动。
[0040]在一些实施方式中，本发明的方法可以包括密封所述钻井以提供上钻井部和下钻井部、将容纳在所述下钻井部中的所述下钻井气相供应至栗驱动器以为所述栗驱动器提供动力、以及使用所述栗驱动器驱动第一栗以从所述下钻井部栗送流体。
[0041]在一些实施方式中，本发明所述的方法可以进一步包括使用所述栗驱动器驱动第二栗，以将流体从所述上钻井部栗送到所述下钻井部中。
[0042]在一些实施方式中，本发明所述的方法可