开采阀 |
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申请号 | CN00816458.4 | 申请日 | 2000-11-28 | 公开(公告)号 | CN1402810A | 公开(公告)日 | 2003-03-12 |
申请人 | 国际壳牌研究有限公司; | 发明人 | 威廉默斯·H·P·M·海宁; | ||||
摘要 | 本 发明 公开一种在 地壳 岩层中钻出的井筒系统,该岩层包括至少一个 碳 氢化合物 流体 储集层,该井筒系统包括一个主井筒和多个支井筒,每个支井筒都从主井筒延伸到所述地壳岩层中,并在所述的至少一个储集层与主井筒之间形成流体连通关系。每个支井筒中都设置一个开采 阀 ,该开采阀包括锚固装置和控制装置,锚固装置用于将开采阀固定地锚定在支井筒上,控制装置用于对从所述至少一个储集层中流出、经该支井筒流入到主井筒的碳氢化合物井流的流量进行控制。 | ||||||
权利要求 | 1.一种在地壳岩层中钻出的井筒系统,所述岩层包括至少一个碳氢 化合物流体储集层,所述井筒系统包括一个主井筒和多个支井筒,每个 支井筒都从主井筒延伸到所述地壳岩层中,并在所述的至少一个储集层 与主井筒之间形成流体连通关系,每个支井筒中都设置有一个开采阀, 所述开采阀包括锚固装置和控制装置,锚固装置用于将开采阀固定地锚 定在支井筒中,控制装置用于对从所述至少一个储集层中流出、经该支 井筒流入到主井筒的碳氢化合物井流的流量进行控制。 |
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说明书全文 | 技术领域本发明涉及一种井筒系统,其包括在地壳岩层中钻出的一个主井筒 和多个支井筒。这样的井筒系统一般被称为分支式井筒系统、或者称为 多侧支井筒系统。应当指出的是:在本发明的上下文中,从地面延伸到 地下第一个井筒连接点之间的那段井筒被称为主井筒,而其它的井筒段 则被称为支井筒。例如,如果该井筒系统是由一段延伸到某油气储集层 中的垂直井筒以及从主井筒上的一个连接点处延伸到另一储集层中的 一段支井筒组成的,则在连接点以下的垂直井筒部分也被认为是一段支 井筒,而连接点以上的垂直井筒段则认为是主井筒。 背景技术在普通的多侧支井筒系统中,一直尝试通过设置在主井筒顶部井口 位置处的一个开采阀来控制井流的采出量。但是,采用设置在井口处的 开采阀伴随而来的一个问题是:不能实现对不同储集层选择性地进行开 采。且如果其中某一储集层中的流体压力高于其它储集层的压力,则就 会产生这样的问题:该高压储集层中的碳氢化合物流体会流入到低压储 集层中,而不是流向井口。 发明内容相应地,本发明的目的是设计一种改进的井筒系统,其能克服现有 技术中出现的问题。 根据本发明,本文提出一种在地壳岩层中钻出的井筒系统,该地壳 岩层包括至少一个含碳氢化合物流体的储集层,该井筒系统包括一个主 井筒和多个支井筒,每个支井筒都从主井筒延伸到所述的地壳岩层中, 并在所述的至少一个储集层与主井筒之间形成流体连通关系,每段支井 筒中都设置有一个开采阀,该开采阀包括锚固装置和控制装置,锚固装 置用于将开采阀固定地锚定在支井筒中,控制装置用于对从所述至少一 个储集层中流出、经该支井筒流入到主井筒的碳氢化合物流的流量进行 控制。 通过在支井筒中设置开采阀,实现对从不同支井筒开采出的碳氢化 合物流体流量的分别控制。另外,可将流经各个开采阀的压力降以这样 的方式进行控制:使得在对应的支井筒中,该开采阀下游处的液体井流 压力能防止流体从一个储集层流入到另一个储集层中。 附图说明 下文将参照附图,示例性地对本发明作详细描述,在附图中: 图1示意性地示出用在根据本发明的井筒系统中的开采阀的一个实 施例; 图2示意性地示出图1所示实施例的第一部分细节; 图3示意性地示出图1所示实施例的第二部分细节; 图4示意性地示出图1所示实施例的第三部分细节; 图5示意性地示出一种备选形式的发电机的详细结构,该发电机用 在图1所示实施例的一种改型实施方式中;以及 图6是沿图5中的6-6线所作的剖面示意图; 具体实施方式图1中示出一个开采阀1,其通过一个锁止芯棒4固定地布置在井 筒(图中未示出)的一个套管2中,其中的芯棒4将开采阀1密封地装 在套管2中,并适于将声学信号从套管2传递到开采阀1。所述井筒是 一个分支式井筒系统的多条支井筒之一,该井筒系统用于开采天然气。 该分支式井筒系统是由一个主井筒和多个支井筒组成的,每个支井筒都 是从主井筒延伸到天然气储集层中的,而不同的天然气储集层是具有不 同流体压力的。在主井筒中设置一根主套管,且各个支井筒中都设置一 条类似于图中套管2的支套管,且每个支套管都以金属连接的方式与主 套管密封连接。 开采阀1包括一个管状的外壳6,外壳6中设置有一个可控阀A、 一个阀驱动模块B、以及一个发电机C。 图2详细地示出所述的可控阀A,其相对于轴线8是对称的,其中, 将在对称轴8的上侧部分,该可控阀A按其开启模式示出,而在对称轴 8下侧的部分,该可控阀按其关闭模式示出。可控阀A包括一条流道10 和一个闭阀元件12,其中的闭阀元件12可在轴向方向上相对于流道10 在一个开启位置和一个关闭位置之间移动,在开启位置上,闭阀元件12 使流道开通,而在关闭位置上,闭阀元件12则封闭流道10。为此目的, 闭阀元件12上设置有一个锥台面部分14,当闭阀元件处于关闭位置时, 该锥台面部分与环绕流道10的、具有对应形状的阀座面16密封地接触。 流道10与两个入口孔18和一个出口19相通,该两入口孔18被设计成 这样:使得当闭阀元件12从其开启位置向关闭位置移动时,这两个入 口孔是被逐渐封闭的。一个开槽管20在其一端连接到闭阀元件12的与 锥台面部分14相对的那一端上,而所述开槽管在其另一端则设置一个 环形凸肩22。所述外壳内部地设置一个挡圈24,其被设计成,当闭阀 元件12的锥台面部分14与阀座面16之间的距离非常小时,管20的环 形凸肩22与挡圈24相接触。这样,当闭阀元件12顶靠在阀座面16上 时,管20就对闭阀元件12施加一个拉力,因而,其起到一个弹簧件的 作用。在流道10中设置一个环形节流器26,以便经入口孔18进入到外 壳6中的流体就经过该环形节流器26流到出口孔19。螺纹连接到所述 外壳上的一个锁止圈28将该节流器26锁止固定。 进一步地参见图3,图中详细地示出所述的驱动模块B,其包括一 个电动步进马达30,其具有一个驱动轴32,该驱动轴上带有一个第一 齿轮34,第一齿轮驱动着一个第二齿轮36。在轴向方向上,有一根管 状心轴38穿过第二齿轮36,心轴38和第二齿轮36上制有相互配合的 螺纹(图中未示出),从而当第二齿轮36转动时,心轴38就会在轴向 方向上移动。在外壳中通过一个固定盘42以这样的方式固定地安装一 个导引销40:使得该导引销在轴向方向穿入到管状心轴38中,这样, 当心轴38发生轴向运动时,可对其进行导引。心轴38远离固定盘42 的那一端通过适当的连接装置(图中未示出)连接到闭阀元件12上。 该驱动模块B还包括一套控制系统44,该系统中设置有一个驱动电动机 用的电池(图中未示出)和一个带有声学传感器的微处理器(图中未示 出)。微处理器已被预先编程设置,从而可根据声学传感器所接收到的 声学编码信号对步进电机的工作进行控制。通过四个锁止圈46a、46b、 46c、46d将驱动组件B的各个部件锁定在外壳6中。 进一步参见图4,发电机C包括一个涡轮机,其具有一个壳体元件 48,该壳体元件通过连接螺纹50固定连接到管状外壳6上,一根轴52 从壳体元件48中同心地穿过,该轴可转动地安装在一个陶瓷轴承53中, 并在该轴52与驱动模块B相对置的那一端上设置一个叶轮54。轴52 的另一端处设置有一个止推轴承56,用于防止轴52相对于管状壳体轴 向串动。在轴52上以恒定的周向间隔角固定安装多个磁铁58。在壳体 元件48中固定地安装一个玻璃焊封的线圈60,该线圈环围着各个磁铁 58,线圈与所述控制系统电路连接,从而当轴52转动时,线圈60可对 电池进行充电。 在图5和图6中示出一种备选形式的发电机60,该发电机60可取 代发电机C安装在图1所示的开采阀中。该备选发电机60形成一台射 流发电机,其包括一个发电机机体62,而该机体又包括一个外机体部件 62a和一个固定安装在外机体部件62a中的内机体部件62b。外机体部 件62a上设置有连接螺纹64,用于将该发电机60旋入到外壳6中,并 设置有一个流体腔66,其具有一个流体入口68和两个分叉延伸的流体 出口70、72。在流体腔66中设置一个磁性振荡器74,该磁性振荡器74 上设置有两个横截面为三角形的支撑件76,每个支撑件76都有一个边 沿以这样的方式搁靠在一个沟槽(图中未示出)中:使得振荡器74可 相对于所述边沿产生角振荡,其中的沟槽制在内机体部件62b中。这样, 该振荡器就将流体腔66分成两条沿其两相对侧的流道66a、66b。一条 反馈流道79提供流道66a、66b间的流体连通。在外机体部件62a中设 置两个电线圈80、82,这两个线圈包围着磁性振荡器74,外机体部件 上还设置有电路接线(图中未示出),用于以这样的方式将线圈80、82 连接于控制系统上:当振荡器74在流体腔中振荡时,线圈80、82可对 电池进行充电。 每个支井筒上都设置一个开采阀,除了不同开采阀中的环形节流器 的内径不同之外,所有的开采阀都类似于开采阀1。下文将针对开采阀 1的正常工作状况,来讨论所述不同内径的选择。 在图1所示实施例的正常工作过程中,天然气被从不同的储集层同 时开采出来,由此,每个储集层中的天然气井流都经各自的支井筒流到 主井筒中,并从主井筒流向地面上的开采设备(图中示示出)。因而, 不同的井流会在主井筒中汇合,从而形成所开采天然气的主井流。不同 开采阀1中的节流器26的内径被选择成这样:使得当各个可控阀A处 于开启模式时,在各个节流器26下游处的不同井流的气压大体上是相 等的。这样就可以防止从某一压力较高的储集层流出的天然气流入到另 一个压力较低的储集层中。 如果希望以最大的流量来从井筒系统中开采天然气,则各个开采阀 1中的可控阀A就保持在开启模式下。在此模式下,开采出的气体经入 口孔18以最大流量流入到流道10中,随着气体流过叶轮54,叶轮就会 发生转动,导致轴52和磁铁58也发生转动。这样就在线圈60中产生 电流,该电流经控制系统流向电池,从而对其进行充电。由于在闭阀元 件12所在的位置处不会产生临界流动的情况,而是在节流器26中气流 达到临界状态,所以,不会因为气流以临界流动速率流过闭阀元件12 而加剧闭阀元件12的侵蚀。 如果希望降低某个或多个支井筒的天然气开采量,则在主套管中产 生一个声学编码信号,该信号代表使闭阀元件12在流道10中移动一段 选定距离的指令。其中声学信号的产生例如可通过促使金属物品撞击主 套管产生一个声响序列来实现。该声学信号经主套管、支套管2和锁止 芯棒4传播到声学传感器,该传感器促使微处理器对步进电机30进行 控制,从而使驱动轴32转动选定的圈数,该转动圈数与闭阀元件12所 需的移动量相当。结果是:第二齿轮发生转动,从而将心轴38和闭阀 元件12在流道10中移动所述的选定距离。这样就部分地遮闭流孔18, 从而气体只能以减小的流量经入口孔18流向出口19。 如果要停止从某个支井筒中开采天然气,则此时除了声学编码信号 所代表的指令是将闭阀元件12移动紧压到外壳6阀座面16上之外,所 执行的过程与上述降低开采量的过程相同。结果就是闭阀元件12移动 到压靠在阀座面16上的位置,使得可控阀A处于关闭模式。在该状态 下,开槽管20的环形凸肩22与挡圈24相接触,且管20向闭阀元件12 施加一个拉力作用,该拉力的效果是将闭阀元件12偏置向离开阀座面 16的方向。 如果想要将闭阀组件重新恢复到开启模式,则就在主套管中产生一 个声学编码信号,该信号代表将闭阀元件12移动到其开启位置的指令。 闭阀元件12从其关闭位置向其开启位置移动的初始阶段受到开槽管20 拉力作用的促进。 对于图1所示实施例的改型实施例,除了电流是由备选形式的发电 机60产生的、而不是由发电机C产生的之外,其正常工作过程与图1 所示实施例的正常工作过程类似。也就是说,经流体入口68进入到流 体腔66中的气体是沿振荡器74流过流道66a、66b的,并进一步地流 经流体出口70、72,反馈导管79能在流道66a、66b中产生柯恩达效应 (Coanda),使得气流是交替地进入到出口70、72的。从而,磁性振 荡器74就绕支撑件76的支撑边沿而发生角振荡。这样就在线圈80、82 中产生电流,该电流经控制系统流向电池,而对电池进行充电。 |