使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送的同时生产和维护的人造系统 |
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| 申请号 | CN201180055773.4 | 申请日 | 2011-11-18 | 公开(公告)号 | CN103221633B | 公开(公告)日 | 2016-08-24 |
| 申请人 | 艾万图布有限公司; | 发明人 | W·A·哈蒙德布拉沃; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种通过使用用于 流体 抽取 的柔性管道进行机械 泵 送的同时生产和维护的人造系统，包括：一个地面组件，包括底基部、液压牵引头、填料盒、环形密封防喷装置、滑动防喷装置以及用于连接和联接的器具；一个生产柱，从所述地面组件竖向向下延伸进入井内；一个井 套管 ；一个柔性管道，位于生产柱内部，沿着生产柱的整个长度延伸，所述井套筒、生产柱以及柔性管道相互同心地一个位于另一个内；以及一个泵送组件，该泵送组件包括连接器、止回 阀 、清洁工具和固定泵。所述系统使得能够实现用机械泵送进行流体抽取的生产，以及通过同时向所述井泵送化学制品以改变待被抽取的流体的物理特性并且清除井中的有机和无机材料 沉积物 进行维护。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统，包括： |
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| 说明书全文 | 使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送的同时生产和维护的人造系统 技术领域[0001] 本发明涉及从不具有足够能源的油井抽取流体以将石油沉积物产生的流体升高到地面的系统，具体地，本发明涉及通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的、以及通过同时将化学制品泵送到所述油井中以改变待被抽取的流体的物理特性并且清洁沉积在井中的有机物质和无机物质进行维护的人造生产系统。 背景技术[0002] 石油是通过在石油储集层上钻井来抽取的。在井内的压力足够的情况下，会迫使石油自然地从井中流出，以便进一步的处理和/或提炼。当石油沉积物中没有足够的压力使石油流动到地面时，为了维持生产，在该同一系统中使用杆式泵(还称为泵驱动器、马头泵、梁式泵、抽吸杆式泵等)，这种泵是活塞压力泵的地面部分。 [0003] 杆式泵系统在石油抽取中是常见的，它们的大小由深度、井内管道的内径、以及待被抽取的石油的浓度或粘度决定，其中越深的抽取需要越多的能量来移动更大的流体柱长度。连杆曲柄机构将马达的转动运动转换为竖向往复运动，该竖向往复运动移动泵杆，产生上下重复运动。 [0004] 杆式泵被一个马达驱动。所述马达移动一个滑轮系统，该滑轮系统转而连接至一个活塞杆以平衡到达井底的杆柱的重量。该活塞杆升高以及降低附接至梁的末端的曲柄；梁的另一端是头部。钢线将所述头部与穿过一个密封盒的抛光杆连接，使其移动进出管道但是流体不从井中漏出(管道一直前进至井底)。在井下布置有一个往复式泵，该往复式泵具有两个阀：一个静止阀和一个位于活塞上的阀，称为“游动阀”，所述活塞连接至具有上-下路径的杆的末端。 [0006] 由于积聚了这些物质，在固定阀和游动阀基座上，以及在游动容器和往复式泵的管道抛光外壁之间的空间上开始产生磨损，导致缺乏密封以及使得产物不能高效地升高至地面，或者甚至会卡住，阻碍它们的运行。另外，在储集层内的气体可能会形成锁定泵的气穴现象，其中由于高的气体可压缩性，积聚的压力不足以打开阀，很难泵送出东西或者泵送不出任何东西。 [0007] 当这种情况发生时，有必要将所有的设备从井地面下移出到地面，以便修理或者更换。这种操作是用杆柱实现的，所述杆柱由具有绞车的塔组成，该绞车具有足以承载井内的所有杆的能力。取决于井的深度，抽取、置换和插入操作在2到24小时的时间内进行。建议可等待在每次抽取和引入之间进行井下清洁，以防止更频繁地出现损坏。根据用于清洁的设备(修理设备、线路设备或柔性管道设备)，井眼清洁在一天到七天的时间内进行；这暗示着昂贵的操作以及相当长一段时间的生产损失。 [0009] US 7,475,731公开了一种通过流体注入和接下来的沉积物抽吸来清洁地下油井的装置和方法。 [0010] 从文本EP 1852571中得知了使用如下一种装置来清洁油井，该装置包括从地面延伸到井的、需要借助位于井的底部处的泵来清洁的区域的管状传输器。 [0011] 除了包括在现有技术中的清洁油井的系统和/或方法以外，还有一些文本用于保护杆式泵送的井的更高效生产的系统。然而这些系统容易受到积聚物质的影响，导致密封失效，从而需要移除所有设备进行修理或维护。 [0012] 在US 6,585,049中提出了一种适于井中的双排量流体生产的泵送系统。该文本公开了一个泵和一个双排量泵送系统，其中所述系统包括一个地面下的泵、一个位于泵送单元中的生产管道柱，该泵送单元通过传输往复移动的器具连接至地面泵。所述文本包括存在一个套管柱，在套管柱的内部以及其环状部分(即，套管柱)中进行生产。由于在碳氢化合物抽取系统中，在套管柱中包括内部管道，美国专利NO.6,585,049的系统必需要求拆卸并分开地面的元件和地面下的结构进行预防性、预测性或修正性维护，这变成了生产损失。 [0013] 虽然美国专利No.6,502,639公开的系统提供了一种改进的泵送系统，该泵送系统包括地面下的泵、套管柱和地面泵送单元。地面下的泵附着至井并且被管道驱动上下重复移动。地面下的泵通过套管柱将流体泵送到地面。该专利描述了使用管道来“移动”往复式泵的一个系统，然而，该系统专用于石油抽取，在故障或阻碍运行的损坏的情况中，所有的设备(包括在地下的)必须被拆卸进行修理。该系统还只抽取石油，使得不需要环形套管柱。 [0014] 因此，现有技术并没有提及一种如下一种机械泵送系统，该机械泵送系统使用用于从井中抽取以及同时清洁所述井的柔性管道，改进生产过程，避免修理或维护成本。 发明内容[0015] 本发明的一个目的在于，提供一种通过使用柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统，所述柔性管道用于从井中抽取流体并且同时清洁所述井。 [0016] 本发明的另一个目的在于，提供一种通过使用用于从井中抽取流体的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统，其中所述井不具有将所生产的流体升高到地面所必需的储集层能量。 [0017] 本发明的再一个目的在于，提供一种通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统，其中所述内部管道是柔性的。 [0018] 本发明的一个目的在于，提供一种通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统，其在不需要拆卸设备和地面下或地面的抽取附件的情况下进行井的维护和清洁。 [0019] 本发明的另一个目的在于，提供一种通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统，其由于可易于操作而降低了后勤和安装成本。 [0020] 本发明的再一个目的在于，提供一种通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统，其将钢条或杆更换为支持流体循环并且允许联接固定泵的柔性管道。 [0021] 本发明的再另一个目的在于，提供一种通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统，其中所述柔性管道支持注入化学流体进行清洁、从管道除去沉积物、从井和生产系统中除砂、以及降低粘度。 [0022] 本发明的再另一个目的在于，提供一种通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统，其中生产是通过管道获得的，所述管道在其环形空间中具有所述柔性管道。 [0023] 本发明的再另一个目的在于，提供一种通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统，其中所述柔性管道允许化学流体注入来进行井清洁。 [0024] 本发明的再另一个目的在于，提供一种通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统，其允许泵送来自内表面或穿过柔性管道的流体以提供高效的清洁和在柔性管道外的外部排量，以确保在环形区域中进行清洁和生产碳氢化合物的最佳速度。附图说明 [0025] 将根据附图更详细地描述本发明，在附图中： [0026] 图1示出了通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统的前视图。 [0027] 图2示出了作为通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的所述同时生产和维护的人造系统的一部分的井下组件的前视图。 [0028] 图3示出了形成通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的所述同时生产和维护的人造系统的一部分的地面组件的前视图。 [0029] 图4示出了通过使用用于流体抽取和同时清洁井的柔性管道进行机械泵送而被辅助的所述同时生产和维护的人造系统的化学制品流体流或清洁系统的示意图。 [0030] 图5示出了通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的所述同时生产和维护的人造系统的示意图。 [0031] 图6示出了形成通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的所述同时生产和维护的人造系统的一部分的驱动液压头组件的前视图。 [0032] 下面是实施本发明的技术元件的列表： [0033] 本发明的技术元件的列表 [0034] ●通过使用用于流体抽取的管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统(100) [0035] ●储集层(11) [0036] ●油井(10) [0037] ●套管(12) [0038] ●地面组件(30) [0039] ●连接和拼接器具(15) [0040] ●生产管道(16) [0041] ●柔性管道(14) [0042] ●连接器(17) [0043] ●泵送组件(19) [0044] ●锚爪靴(197) [0045] ●止回阀(192) [0046] ●清洁工具(194) [0047] ●循环端口(1941) [0048] ●盲塞(195) [0049] ●产物孔(200) [0050] ●环形空间(20) [0051] ●固定泵(21) [0052] ●排放管道(201) [0053] ●液压头系统(50) [0054] ●液压连接件(501) [0055] ●液压活塞(502) [0056] ●滑轮(503) [0057] ●泵送连接件类型1502(504) [0058] ●导向架(505) [0059] ●夹紧装置(506) [0060] ●高压连接器(507) [0061] ●游动液压连接件(508) [0062] ●泵送柔性管道(509) [0063] ●填料盖系统(510) [0064] ●具有O形环的防护装置(511) [0065] ●楔形防护装置(512) [0066] ●底基部(513) [0067] ●钢线(514) [0068] ●头部结构(515) [0070] ●固定液压连接件(517) [0071] ●泵送管(518) 具体实施方式[0072] 参照附图，具体参照图1，示出一种通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统100。在所述图1中示出了从地面延伸通过大地以与储集层11连接的一个井10。 [0073] 石油或碳氢化合物储集层11通过井10被抽出。在井10内安装了本发明的通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统100，该系统包括从地面沿着井10一直延伸到储集层11的一个套管12。 [0074] 本发明的通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统100通过一个地面组件30与安装在井表面上的设备一起工作，所述地面组件30为此包括底基部513和液压驱动头50。所述设备是现有技术的一部分，并且负责支承管道的重量以使流体循环至地面并进入井中。作为通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的所述同时生产和维护的人造系统的一部分的地面组件30包括：填料盖系统510，用于控制到外部的产物流体；以及具有O形环的防护装置511；和楔形防护装置512，保证柔性管道的安全。在井10的顶部孔中，作为地面组件30的一部分，有一个连接和拼接器具15，该连接和拼接器具由将所述地面组件30与生产管道16连接的凸缘组成。连接和拼接器具15允许紧固并且固定住生产管道16。所述生产管道16在套管12内部竖向向下延伸，使生产管道16位于套管12内并且相互同心布置。类似地，一个柔性管道14从地面设备竖向向下延伸，再次突出以继续其原始方向在井10内向下。 [0075] 柔性管道14直接位于生产管道16内部，贯穿生产管道的整个长度延伸，因此使套管12、生产管道16以及柔性管道14相互同心。 [0076] 图2示出了根据本发明的泵组件19。泵组件19被固定至柔性管道14的下端，通过生产管道16的锚爪靴197被安置并且锚固在底端处。通过连接器17实现在泵组件19和柔性管道14之间的保护，结合元件位于上部泵组件19中。 [0077] 此外，包括在泵组件19中的其他元件是止回阀192，该止回阀192具有防止从井中已抽取的流体流动通过柔性管道14内部的功能。在泵组件19中，止回阀192转而与一个清洁工具194连接。清洁工具194在其表面上包括多个循环端口1941。 [0078] 所述循环端口1941由用于待要从地面被泵送通过柔性管道14的内部的化学制品和流体的出口组成。 [0079] 清洁工具194是泵组件19的、从地面泵送的流体流动通过的元件。所述清洁工具194通过盲塞195直接联接至泵组件19的固定泵21。盲塞195是泵送组件19中唯一没有流体流的元件，无论是来自地面的柔性管道的流体流还是直接从储集层11抽取的流体流。 [0081] 如本文的背景技术部分提及的，在机械泵送系统中最常见的问题之一是通过生产管道从储集层11拖带砂，这直接影响了泵送系统以及将原油或任何烃油运输到地面。在机械泵送抽取系统的泵或任何元件中的砂沉积物造成效率减小和部件磨损、超过适于运行的磨损容限，从而导致井停止生产。 [0082] 作为上述情况导致的后果，井通常被安排对抽取系统进行预防性和修正性维护，要求停用整个系统进行清洁，更换泵、管道、“装配件”或其他附件，这意味着停止生产过程和生产时间的损失。 [0083] 与所有上述相反，参照图4，示出了在通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统100内的化学制品和流体的循环样式。所述流体被地面设备从井表面泵送通过柔性管道14直到清洁工具194，被泵送的流体穿过该清洁工具通过循环端口1941输出。如从图4中的示出流体流动的箭头可看到的，被泵送通过柔性管道14内部的流流动通过环形区域20再次回到地面，所述环形区域由柔性管道14和生产管道16形成。能够被泵送用于井维护的各种流体可以包括：用于清除和移除井中的砂所需的流体；用于溶解石蜡沉积物、沥青和由碳酸盐形成的结垢的化学制品；用于改变来自储集层的流体的一些参数如粘度和浓度的化学流体等。 [0084] 与上述相关，通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统100实现了持续注入降粘剂以提高在固定泵21运行期间的产量。重要的是应指出，泵送上述化学制品中的任一种都可以在从储集层11抽取油或碳氢化合物的过程中进行。这样，通过泵送来自地面设备的化学制品来清洁、溶解石蜡沉积物或沥青、除去盐，以及降低粘度，可在井10中施加对通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统100的维护。所述化学制品在柔性管道14内侧流动，这不需要移除包括泵的机械泵送用具，这意味着显著减小了井10的设备的停机时间。同样可能的是，通过流经本发明的通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统100的环形区域20，以高效方式将砂和固体拖带到地面。所有这些都帮助防止通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统100的故障，这显著增加了井10在修理或重大维护之前的生产时间。 [0085] 重要的是，通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统100是一个比任何其他常规的机械泵送系统需要更少安装和移除时间的新颖系统。例如，柔性管道柱14可以根据需要的深度、运行期间的压力和预期负荷、变化的直径、壁厚度以及材料的硬度来设计。以这种方式提供的柔性管道14中的排量，提供了高效的清洁和/或维护，柔性管道14中的外部排量连同生产管道16的内部排量保持环形区域20适于最佳的碳氢化合物生产。 [0086] 而且，由于柔性管道14能够轻易地弯曲或弯折并且是连续的，没有连接物或链接物，使得安装和/或移除显著快于具有杆或联接管道的系统。 [0087] 对于柔性管道14以及总体的设备的特征，通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统100可维持压力控制，允许在井10中的生产期间的操纵，不需要使用压力控制流体。 [0088] 与井10生产相关，参照图5，该图示出了在通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统100内的来自储集层11的流体的流动。所述流体通过泵送组件19从储集层11被泵送至井表面。从储集层11中产生的流体进入位于泵送组件19的底部处的固定泵21，并且通过产物孔200流出进入环形空间20，接下来通过在生产管道16的内部和柔性管道14之间形成的所述环形空间20流动至地面。这样，具有通过柔性管道14进入井中的内部流体排量，以在柔性管道14外部提供高效清洁和维护，从而保持适于碳氢化合物生产的最佳环形空间。 [0089] 包括柔性管道14的通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统100显著减少了井10中的维护成本，由于容易泵送化学制品并且减少了干预以修理井的频率。利用通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统100，井的暂停操作和砂移除清洁的时间非常短，因为在泵送运行中，可添加化学制品，如本申请提及的那些中的任一种；由此允许优化井10的生产，从而节省了在运行井时的成本。 [0090] 还明了的是，根据井10的深度和特征、所在位置的容量、待被抽取的油的类型和/或在将要布置井10的地形类型，本发明的通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统100可在如下方面改变，即所述通过使用用于流体抽取的柔性管道进行机械泵送而被辅助的同时生产和维护的人造系统100的元件中的每一个的长度、厚度和/或性能。 [0091] 最后，与液压头系统的运行相关，参照图6，该图示出了液压头的目的是为了将由液压动力单元产生的机械运动传递至柔性管道14，以使得当生产管道在井内保持静止时所述柔性管道既具有上升也具有下降移动。同时，该液压头用于支承图2中示出的柔性管道14和底部井眼组件19的全部重量。 [0092] 由液压头系统50产生的上升移动由从图中未示出的动力单元接收的液压流形成，液压流通过液压连接件501被接收，所述液压流导致液压活塞502纵向地延伸，使钢线514延伸经过一组滑轮503并且提升起一个导向架505，这反过来提升起所述柔性管道14，该柔性管道通过一组夹紧装置506被固定至所述导向架。 [0093] 由液压头系统50产生的下降移动是当用相同的液压动力单元控制从液压活塞502中排出液压流体时产生的；该移动与上述的上升移动相反地进行。 [0094] 液压头系统50的另一功能是允许通过柔性管道14将流体或化学制品引入井内，这是通过经由一个称为类型1502的泵送连接件504泵送所述流体或化学制品实现的，流体被传输至一个固定至金属结构515的固定金属管518，该固定金属管518通过一个旋转连接件517连接至一个柔性管道，该柔性管道509的另一端通过另一个旋转连接件508和高压连接器507连接至柔性管道14，并且朝向排放管道201的一个基本元件，最终产品(源自井中获得的流)通过排放管道201排出。 |
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