在Bowzer等人于1998年7月14日递交的美国专利第5,778, 977号中，描述了业界所使用或提出的各种方法。这些包括以下已 经确立的做法：1)把气体注入到气盖中以保持或增大储区的压 强，其好处包括促进保持在耗尽原有的可流动石油液体的岩石体 中所保持的石油的重力排流；2)在储区石油液体的上方加入可与 石油互溶的气体，如CO2或甲烷，从而增大石油液体在储区的多孔 空间或裂缝系统中的流动性；3)间歇地注入气体和水甚至泡沫； 4)把CO2注入有纵向裂缝的储区；5)注入冷却剂，从而增大CO2在 原油中的可互溶性；6)确定各种原油成分的临界性质以实现第一 接触可互溶性。所讨论的主要问题包括，所注入的气体流回到开 采井而不是形成有效的流动锋面从而把更多的原油驱向压强较低 的开采区。
Bowzer专利进一步描述了一种改进的方法，用于从具有天然 裂缝网络的含油构造中以纵向连通的方式采收石油，且其中重力 排流是主要的采收手段。CO2被集中在位于气-液碳氢化合物接触 面部处的一个位移块中，且该块向下位移以帮助把石油移向一个 开采井。具有比CO2的密度低的密度的一种追逐气体(高含量的 氮)被用来使CO2向下传播。另外，氮被墨西哥国家石油公司 PEMEX公司在其在墨西哥湾的海上巨型Cantarell综合体中用作储 区气盖扩张和石油再加压机制。
HPI发明公布了一种井下石油液体注入器，用于在非常高的压 强下开采液体碳氢化合物和/或水。这种新的、高压井底石油液体 注入器HPI，连同一种一个液体柱回压阀发明LC-BPV和/或一种附 加的扩展浮体系统EFS(将在后面描述)一起，是为非常高压的开 采应用(如2002年1月9日递交的美国专利申请第60/346311号所描 述的)而专门设计和发明的。具有这种扩展浮体系统发明的HPI 还被用来在本发明所公布的情况以外的其他高压场合进行开采。
本发明提供了新颖的注入、开采和采收系统以及方法，该系 统和方法在现有技术中没有被公布而且在石油和天然气工业中从 没有被采用过。以下描述这些用于提高液体碳氢化合物储藏的最 终采收率的这些重要的先进方法和技术。

根据本发明的一个实施例，提供了一种系统，用于提高从井 下液态碳氢化合物地层通过一个注入管道系统组的液态碳氢化合 物采收率，包括：
一个纵向井孔，其借助水平钻孔和/或射孔而既向一个气盖开 通也向液态碳氢化合物地层开通；
所述注入管道系统组，该注入管道系统组从其与一个地面压 缩机的连接处通过所述纵向井孔向下，所述注入管道系统组通过 位于一个封隔器和一个桥塞之间的水平钻孔和/或射孔向一或多个 选定的液态碳氢化合物地层开通；
所述封隔器，用于封闭从所述注入管道系统组向外的一个井 环状空间部分，以封隔所述一或多个选定的液态碳氢化合物地层 之上的地层；
所述桥塞，它被预先置于所述封隔器之下，用于封闭所述一 或多个选定的液态碳氢化合物地层之下的地层，从而在所述桥塞 和所述封隔器之间隔离出一个选定的注入区域；以及
所述地面压缩机，用于通过在所述封隔器之下的所述注入管 道系统组把可互溶气体直接注入到所述位于所述封隔器和所述桥 塞之间的水平钻孔和/或射孔中，从而把可互溶气体压到所述一或 多个选定的液态碳氢化合物地层中，在该地层中所述可互溶气体 与液态碳氢化合物相溶解，所述可互溶气体处于使得所述可互溶 气体与所述液态碳氢化合物相溶解的压强，以增大所述液态碳氢 化合物的压强并降低所述液态碳氢化合物的粘性，从而增大在处 于或高于阻止溶解气体脱离溶解的压强水平下开采和采收的液态 碳氢化合物的流动性和驱动力，
其中，在采用所述系统的开采和采收过程中使所述气盖和所 述一或多个选定的液态碳氢化合物地层保持在处于或高于阻止溶 解气体脱离溶解的压强水平。
根据本发明的一个实施例，提供了一种方法，用于提高从一 个井下液态碳氢化合物地层通过一个注入管道系统组的液态碳氢 化合物采收率，包括：
设置一个纵向井孔，它通过一或多个水平钻孔和/或射孔而向 液态碳氢化合物地层开通；
设置所述注入管道系统组，使其从其与地面压缩机的连接处 通过所述纵向井孔向下，所述注入管道系统组通过位于一个封隔 器和一个桥塞之间的水平钻孔和/或射孔向一或多个选定的液态碳 氢化合物地层开通；
设置所述封隔器，用于封闭从所述注入管道系统组向外的一 个井环状空间部分，以封隔所述一或多个选定的液态碳氢化合物 地层之上的地层；
把所述桥塞设置在所述封隔器之下，用于封闭所述一或多个 选定的液态碳氢化合物地层之下的地层，从而在所述桥塞和所述 封隔器之间隔离出一个选定的注入区域；
由所述地面压缩机，通过在所述封隔器之下的所述注入管道 系统组，把可互溶气体直接注入到所述位于所述封隔器和所述桥 塞之间的水平钻孔和/或射孔中，从而把可互溶气体压到所述一或 多个选定的液态碳氢化合物地层中，在该地层中所述可互溶气体 与液态碳氢化合物相溶解，所述可互溶气体处于使得所述可互溶 气体与所述液态碳氢化合物相溶解的压强，以增大所述液态碳氢 化合物的压强并降低所述液态碳氢化合物的粘性，从而增大在处 于或高于阻止溶解气体脱离溶解的压强水平下开采和采收的液态 碳氢化合物的流动性和驱动力；以及 把所述气盖和所述一或多个选定的液态碳氢化合物地层保持在处 于或高于阻止溶解气体脱离溶解的压强水平。
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于通过注入管道系 统组而增强从一个井下液态碳氢化合物地层的液态碳氢化合物采 收率的系统，包括：
一个纵向井孔，它借助水平钻孔和/或射孔而既向一个气盖开 通又向一或多个液态碳氢化合物地层开通；
一个封隔器，它被设置在所述一或多个液态碳氢化合物地层 和所述气盖之间的所述注入管道系统组上，用于封闭从所述管道 系统组向外的一个井环状空间，从而使气态的碳氢化合物地层与 液态碳氢化合物地层相隔离；
一个桥塞，它被事先设置在一或多个选定的液态碳氢化合物 地层之下，用于在所述桥塞和所述封隔器之间隔离出一个选定的 注入区；
所述井孔环状空间，用于使天然气从所述地层的开通气盖通 过所述顶部封隔器上方的所述环状空间而直接流入一个地面压缩 机；
所述地面压缩机，用于把气盖的流动气体压到所述注入管道 系统组中；以及
所述注入管道系统组，其在所述一或多个水平钻孔和/或射孔 附近的纵向井孔的下部处开通，以把天然气直接注入到开通的一 或多个选定液态碳氢化合物地层中，其中注入的天然气处于使所 述天然气与所述液态碳氢化合物相溶解的压强；
其中，在被注入了与液态碳氢化合物相溶解的天然气的液态 碳氢化合物地层中，液态碳氢化合物获得了添加的压强和溶解气 体能量，从而借助所述液态碳氢化合物地层自己的气盖地层的相 容天然气，而增大了所述液态碳氢化合物的驱动力和流动性并减 小了所述液态碳氢化合物的粘性、毛细作用和附着性。
根据本发明的一个实施例，提供了一种方法，用于通过一种 注入管道系统组而提高从一个井下地层的液态碳氢化合物采收 率，包括：
为一个纵向井孔环状空间提供一或多个水平钻孔和/或射孔， 该纵向井孔环状空间既与一或多个液态碳氢化合物地层相直接连 通又与一个气盖相直接连通；
设置所述注入管道系统组，使其从其与一个地面压缩机的连 接处通过所述纵向井孔向下，其中所述注入管道系统组向开通的 液态碳氢化合物地层开通；
把一个封隔器设置在选定的一或多个液态碳氢化合物地层上 方，用于封闭从所述注入管道系统组向外的一个井孔环状空间；
事先设置一个桥塞，用于在所述桥塞和所述封隔器之间隔离 出一个选定的注入区；
使离开所述地层的气盖的天然气通过在所述封隔器上方的所 述井环状空间而直接流入所述地面压缩机；
借助所述地面压缩机，把气体通过所述封隔器注入到所述注 入管道系统组中，并把气体从所述管道系统组直接压到由水平钻 孔和/或射孔开通的选定的一或多个液态碳氢化合物地层中，所述 气体处于使得所述气体与所述液态碳氢化合物地层中的液态碳氢 化合物相溶解的压强；
借助与相容的液态碳氢化合物相溶解的、在处于或高于阻止 溶解气体脱离溶解的压强水平下的可互溶天然气，使压强增大并 使粘性、毛细作用和附着性降低，从而增大液态碳氢化合物的驱 动力和流动性；以及
把整个选定的碳氢化合物地层的一或多个液态碳氢化合 物地层和气盖保持在处于或高于阻止溶解气体脱离溶解的压强水 平。
在此公布的基本的开采系统在以下文件中得到了描述：2000 年7月18日递交的美国专利第6,089,322号、2001年5月29日递 交的美国专利第6,237,691B1号、2001年12月4日递交的美国 专利第6,325,152号、以及2003年9月23日递交的美国专利第 6,22,791号(PCT/US97/21801，标题“用于提高从地下地层的 流体采收率的方法和设备”)及其分案申请，这些文件描述了一 种井下石油液体注入器(DOLI)和在各种类型的石油和天然气开 采场合中的几种新的应用。这些开采系统可以被用在一定的有限 的开采场合中，而当碳氢化合物储区注入井被转换成开采井时， 将采用完全新的高压开采配置以开采GIC。在此对DOLI系统的进一 步的改进进行描述，以说明在高压下进行开采的专门的井下液-气 的定义和选择效果。
由于本发明的主要目的重要性，即利用本发明来采收目前无 法采收的大量的液态碳氢化合物储藏，且进一步地由于本发明的 液态碳氢化合物采收过程具有不同的阶段，在此的描述是为了对 本发明有全面的理解并更好地理解对本发明的具体实施方式的描 述。
本发明包括了系统和方法：(1)主要通过把溶解气体返回到 石油中，其次通过把气体返回到气盖中，使正在失去其原有的、 特别是溶解在石油中以及在开采区或油田的限定的储区中的覆盖 气盖中的天然气的压强和气体能量的碳氢化合物储藏得到重新激 励。(2)在正在达到边际或已经处于边际的油田，通过把溶解气 体、能量和压强返回到原储藏的原油中，以及其次通过把气体返 回到气盖中，使已经失去了原油中的关键的有价值的溶解气体的 碳氢化合物储区得到重新激励，从而把不可采收的原油变为可采 收。(3)通过给原储藏的原油加压和激励、添加关键且重要的溶 解气体、压强、能量和流动性，从而显著地降低该原油的粘性、 毛细作用和附着性，以及增大在上方的气盖中的压强，进行新 的、附加的激励，从而在包含高、平均、中等、且特别是低比重 (较重)原油的各种原有碳氢化合物储区中，最大程度地增大各 种原始碳氢化合物储区中的原油的流动性、气体能量和压强。
在所有前述气体注入应用中，本发明都提供了溶解气体的关 键且重要的返回，原油的压强、能量和流动性得到了维持，且对 气盖的能量驱动和自由气体压强得到了维持，且在对原储藏的液 体碳氢化合物的整个开采和采收过程中，整个碳氢化合物储区都 被锁定。
本发明还提供了，在气体注入周期之后，在广泛的液态碳氢 化合物开采和采收周期中，高度重要的再注入的溶解气体将继续 存在于所有原储藏的被注入石油中内的溶液中，其中它以一个预 定的注入压强重新与原油相溶解，该预定注入压强得到保持，直 到原油完全从碳氢化合物的构造岩层中被采收到通向地面的开采 管道系统中。在离开了岩层之后，所开采的液态碳氢化合物首先 进入其扩展的浮体系统和其开采阀装置的高压井底液体注入器开 口，在那里被充入了溶解气体的所开采的原油经受到一个突变的 压强下降，且只在这时溶解气体能够脱离溶解，而该溶解气体使 得有价值的液态碳氢化合物原油通过开采管道系统而向上流到地 面的分离设施。
在气体注入过程中，地面压气机、带有地面压强计的地面井 口井筒气体控制阀，以及一个优化设置的井下注入-开采封隔器， 都对在整个选定的碳氢化合物储藏区上保持和维持这种所需的高 压有所贡献。在该气体注入过程之后，这种关键的所需预定高压 必须在整个液态碳氢化合物储区上被继续保持和维持。
在本发明中，在液态和气态碳氢化合物开采和采收过程中， 这种高压是从两个基本的控制点进行操作和控制的；地面井口井 管环状空间控制阀及其地面压强计，以及预设的井下开采封隔器 及其压强释放气举阀操作的排气管。该地面井口井管阀及其压强 计，根据开采场合和储区的类型，减小或完全切断了来自井管井 孔环状空间的气体流。在采用开采封隔器的情况下，开采封隔器 把气体压强释放到它所被设置在的液态碳氢化合物原油上方的上 井孔环状空间中。
初始和主要气体注入过程是以下如下方式进行的。利用一个 选定的“源气体”SG，注入气体通过井管口的环状空间被注入， 该井管口环状空间经过井管环状空间与有水平钻孔或有射孔的气 体地层连通。在此，可以采用任何种类的选定气体，诸如但不限 于：天然气、CO2、氮气(应该注意的是许多油田已经采用CO2或氮 气)。多地层的气盖可以分别注入。气盖注入过程有利于随后的 石油地层注入过程并借助增大的气盖压强而有助于采收。
最重要的气体注入过程是通过中央管道系统注入组来进行 的，该注入组将通过直接位于液态碳氢化合物(石油)地层顶部 的气盖下方的封隔器。在可渗透的石油地层的底部，可以可选地 采用一种桥塞，以密封正在通过水平的钻孔或射孔而被注入的区 域。在此，一个第二源气体SG2，借助一个压缩机而在地面上被加 压；该压缩机可选地具有温度控制装置，从而使SG2以加压气体 的形式进入液态碳氢化合物地层，以一个优化的注入压强进入并 溶解于原储藏的原油。在此，借助深射流射孔对石油地层进行可 选的水平钻孔。在此，水平的钻孔可以是一个或多个；然而，在 某些配置/井中，纵向的井孔也可以只被开出射孔。可以获得高性 能、深穿透的射流射孔，以通过水泥壳或渗透性被损坏的地层而 与井孔之外进行连通。更深的射流射孔的目的，是使注入的、加 压的气体能够尽可能深地“渗透”到石油地层的石油中。如果存 在有被不可渗透的阻挡层分离的多个石油地层，所述的系统能够 被依次应用到各个石油地层上。
被适当选择以便能够与储区中的原油相容的天然气或可互溶 气体，通过水平钻孔或射孔，被直接注入到预定的原始地层中。 这种注入的气体，以一种优化的给定压强，溶解到与它所接触到 的原油中。当该原油地层在一种优化的注入压强下达到一种优化 的气体饱和时，随着注入气体通过可渗透地层而溶解于原油中， 关键而重要的开采和采收过程就准备好了。上述新颖的把气体在 压力下注入天然地层中的原油并在储区及其开采井孔的整个开采 和采收寿命期里保持这种压力，是本发明的新颖的方法，它克服 了现有技术无法克服的严重限制。
以下的液态碳氢化合物开采和采收方法，使得借助新注入的 溶解气体连同原储藏的原油中可能存在的溶解气体而受到再激励 的原油地层，能够在压力下得到开采和采收，从而不失去原油的 流动性。在压力下的采收和开采，防止了溶解气体和压力的逃 脱。在压力下的开采对注入了气体的全部原储藏的原油进行采 收。注入过程和开采过程作为一个完整的采收过程而一起发挥作 用。因此，这种注入过程和开采阶段过程的新颖的优点是本发明 的组成部分，并克服了现有技术不能克服的气体注入和液态碳氢 化合物开采的限制和最终总体采收率的限制。
如在上述应用中那样在高压应用的场合开采只有液体的流体 的一个主要问题，是过度的高井底压强将阻止注入器阀的打开。 HPI发明提供了对这种过度高压问题的一种实际的解决方案。一 个例子是一种储区，在其从井孔至地面的开采和采收期间，在该 储区和井孔中必须保持约5500psi的或更高的压强。本发明被适当 设计，以在井孔的底部的石油取入高度保持5500psi的同时，开采 液态碳氢化合物。为在较低的压强下打开而设计的双阀装置，由 于非常高压的封闭，将不会打开。换言之，如在现有技术中设计 的、在较低压强下打开以使主端部离开其11/16″的端口座的一个 3/16″的导向端和座，在相对于一个泵系统抽吸而成的部分真空甚 至大气压强的管道系统组的5500psi压强下，不能进行移动。
扩展浮体系统
本发明给井下石油液体注入器DOLI提供了特别加长的浮体， 如图3，4和7所示，作为用于GIC高压储区井孔运行系统的没有高 压和相关的井深限制的一种绝对解决方案。该浮体的顶部开通且 底部关闭。关闭的底部上开有一个孔，以接收一个操作DOLI阀的 阀杆。该浮体装置，通过连接轻质浮体材料套筒，可以被加长至 各种长度；该套筒有螺线以接收被加强的带螺线的浮体端部。套 筒连接部可以在浮体内部，以保持浮体紧凑的外径，即，设计长 度为约20英尺至30英尺的一个浮体可以借助带螺线的套筒而得到 连接并被组装成一个工具而在井口处被下放到井孔中。DOLI需要 一个加长的外罩，它也是具有带螺线的套筒的，其也是可以先被 组装成一个工具并被放入井孔，并在井口处被组装。双阀将在浮 体的下部，其排放管线通到注入头，注入头是开采管道系统连接 部。加长浮体的突出优点，是其增大的重量用于在非常高压下打 开3/16″的导阀。例如，一个3/16″导阀在1000psi下将在27.6磅的 过度浮体重量下打开。因此，一个3/16″导阀，在5500psi井底压 强下，将在扩展的浮体产生的151.8磅的过量重量下打开。因 此，具有预先计算的长度的加长的浮体，将在5500psi井底压强下 打开导阀。本发明提出了使EFS尽可能地短，以使注入器的射孔/ 带屏网的液体开采段入口相对于新的高压石油开采地层尽可能地 低。因此，某些典型的设置尺寸如下：在5.5″外径的井管中，处 于4″外径的注入器齐平接合罩外壳中的一个16规格2.5″外径的钢 浮体，将需要98′的EFS以打开注入器导阀。在6.625″外径的井管 中，带有一个3.5″外径的14规格钢浮体的5″外径的注入器齐平 接合罩，将需要60′的EFS。在7′的井管中，5.5″外径的的注入器 齐平接合罩将允许14规格钢的一个4″外径的浮体，而该4″外径的 浮体将需要53′的EFS。
这种新颖和可操作的扩展浮体系统将把高压石油排放到管道 系统中的一个压强突降处，在该压强突降处一些气体脱离溶解并 使原油流向地面。可以借助由流体操作的气举阀而促进这种石油 流动。在管道系统上的下方的气举阀的上方，有一个文氏管 (Venturi)装置，该装置借助流过其内颈的流动而产生一种更有 效的气体-液体混合活塞运动，以有助于把流动的液体柱驱向地 面。当流动的液态碳氢化合物柱在深井中被提升时，没有文氏管 的额外的气举阀以间隔方式处于更高的高度并被管道系统的压强 所致动，这使得液体利用高压环状空间气体流动到地面上并进入 井的管道系统的地面接收系统，该系统通常是一个地面分离器。 这种实用且可操作的新颖的EFS发明，属于本发明人的权利要求范 围。
扩展的浮体系统EFS将对所有深度的井进行开采，而没有深度 或压强的限制。本发明的这种独特且新颖的特点属于本申请的权 利要求的范围，并克服了现有技术所不能克服的所有非常高的压 强上的限制和非常高的体积和深度提升限制。
改进或帮助DOLI操作的方法
由于用小于3/16″直径的导向端口的注入器阀的导阀是不实际 的，提出了两种其他的应用过程。这两种应用过程是：在井中钻 一个足够深的一个鼠洞和/或铰修整出一个开孔和鼠洞，以使较大 尺寸的DOLI能够操作。具有较大的浮体装置的较大尺寸的注入 器，将有助于在较大压强的场合下，借助EFS和/或LC-BPV，而打 开具有较大的主端口的较大的导阀；EFS是较好的。另外，本发明 提出专门钻出并完成新的井，以容纳超大尺寸的DOLI系统。
对气盖再加压的描述
气盖再加压的目的，在老的含气地层的情况下是重新加压， 在原始的新地层的情况下是增大气盖的压强至一个选定的优化高 压。某些注入的气体会溶解到气盖下的石油中。
对液态碳氢化合物(石油)再加压的描述
所选择的气体与储区的液态碳氢化合物相同或相容。石油地 层再加压的目的有几个方面：(1)用加压的气体对石油进行渗 透，该气体容易在指定的压强下与石油溶解或重新溶解。这种压 强由地面压缩机产生并达到所需的优化压强，其把加压的气体压 至石油地层中。(2)在加压气体与原油相溶解时，溶解气体压强 返回至石油。(3)当加压气体与石油溶解时，增大石油的流动性 及其推进力，从而减小了石油的密度、粘性、毛细作用、和粘合 性，并通过使密度较轻的气体与原储藏的石油即较重的液体相溶 解而使得石油的密度变得比较轻。(4)最后的结果和目的，是上 述好处的结合使得注入的原储藏的原油变为新的、变轻的可移动 流体，而更自由和迅速地移向水平或纵向的井孔，从而以更高的 速率被开采出来，同时有效地提高原储藏的石油的总体采收率。
加压的轻石油的积累，开始于纵向井孔或水平钻孔的周边并 沿着径向慢慢延至其他的、较小被激励的石油。这种过程继续把 溶解气体提供至周围的石油中，并在溶解气体向外迁移的同时持 续地提供溶解气体，直到达到了在给定的较高压强下的饱和点。 这种过程倾向于随着上升的高压注入气体遇到气体饱和的石油时 而发生积累，从而迫使加压气体进入外围的压强较低的、未受压 的石油中。这种高压气体将离开井孔周围的再加压地层，与更多 的储区液体相接触而形成饱和的原油。
气体注入期间
(见GIC，图1)
碳氢化合物储区的选定区域中至气盖的气体注入期间是连续 或间歇的，直到达到一个所希望的压强。另外，与开采的液态碳 氢化合物脱离溶解的、开采出的气体被重新注入。应该注意的 是，由于上方的气盖的可渗透性，在整个储区的上部，气盖将是 连通的。石油地层再加压是分开进行的，且当石油地层达到一个 优化点时将周期地停止；其中在该优化点石油既通过加压气体饱 和而具有增大的最大流动性，并被认为是通过注入气体重新溶解 到石油中而处于液态碳氢化合物地层内的优化压强下。在这种理 想状态点，这些(到石油地层中的)注入井将被转变成开采井。
当GIC被注入到储区的选定部分而不是整个储区时，之前进行 开采的部分将被转为石油地层注入井，且之前正在被注入的石油 地层将被转为开采井。应该注意的是，储区的注入和开采部分的 格局是通过研究储区而确定的。可以对其他的替代方案的可行性 进行研究；在某一时间对整个石油地层部分进行注入。
本发明要求整个储油区，包括注入和开采部分，通过带有在 地面井口井管阀处的扩展浮体系统(EFS)的、带有地面压强计的 封隔器的、或永久地处于液态碳氢化合物开采部分上方的、改进 的井下石油液体注入器，在该储区的整个开采期内都被持续保持 在压力之下。在某些开采场合下，只有液态碳氢化合物被开采， 而与所产生的液态碳氢化合物脱离溶解的所有气体都被重新注入 回到储区中或者被用于运行地面系统。而在另一些开采场合中， 天然气可以被从上部的碳氢化合物储区中以受控的速率被开采。
在向原油地层注入高压气体之前的开采系统安装
本发明将采用石油工业已知的和已提供的设备和服务，来进 行井的安装。这种安装过程将在把高压气体注入到石油地层之前 进行。首先用非破坏性的液体填充物压井和控制井，随后带有在 注入/开采管道系统组上的EFS的DOLI被下放到井中相对于石油地 层的预定开采位置。工业提供的主要管道系统组的部件包括：
1.从地面的井口通过一个压力密封防喷器进行工作的连线， 用于打开和关闭在DOLI上方的管道系统组上的一个压力密封滑动 套管工具。该滑动套管的管道系统接合部在至DOLI上方的石油地 层中的预定注入处，在那里它借助地面连线控制而被打开，因为 本发明的高压气体注入是从地面通过管道系统而到开通的石油地 层中。一旦该注入过程完成，在该工具上的压力密封套管随后被 从地面关闭，以进入开采周期。
2.组合注入和开采封隔器由石油工业的大公司如Baker Oil Tools公司、Weatherford公司等提供。将要被永久设置的封隔器 处于位于滑动套管上方的管道系统组上，该滑动套管将位于气盖 下的预定液态碳氢化合物地层区的顶部，在那里将要被加压的石 油地层的环状空间与气盖的环状空间相分离和密封。这种封隔器 具有两种功能，一是在注入过程中对环状空间进行压力密封，二 是随后通过其将要被激活的压力释放排气孔而释放累聚的气体压 力。该排气管是一个气举阀，它将在封隔器上方的一个侧袋心轴 上为5.5″、6.625″、或7″井管进行工作，如图9所示。该气举心轴 将包含一个由连线操作的空阀塞，对于实际的高压气举阀，借助 通过一个地面压力控制防喷器进行操作的连线，该阀塞被拆下和 更换。该高压气举阀是用于在大约5500psi的临界压强上的一个预 定设置下释放累积的气体压力。
3.在封隔器上方，在管道系统组上，有一或多个气举阀心 轴，这些心轴包含也是由连线操作的空阀，这些阀在气体注入过 程中保持高压密封。当进行到开采过程时，这些空阀通过连线而 被拉动，且预设的压力气举阀通过连线被安装。Weatherford和 其他主要的气举阀公司提供这样的连线操作的气举阀和服务。
一种可选的安装流程
在正在开采的高压井中，上述的安装过程是不可行的，而可 以采用石油工业提供的以下的安装过程。一旦气体注入过程已经 完成了一个计划的阶段，且在该阶段中通过使气体在高压下与原 油相溶解而使原储藏的原油中的溶解气体达到了饱和，就可以安 装本发明的开采系统。在开采中的高压井中，转变到开采场合的 一个主要目标，是在不使用更高密度的液体压井的情况下安装该 开采系统；在超过5500psi的压强下这种压井是不实际的，且会对 井孔附近的渗透性造成不利影响。
一种高压开采系统安装将采用工业上可获得的压力控制服务 和系统来在超高的井孔压强下安装本发明的井下开采设备。这样 的压力控制服务是由高压安装的知名专业公司提供的，如 Halliburton HW，Cudd Pressure Control，等等。在压力下的 安装，要求在地面井口上提供高压设备，包括尺寸适当的、带有 双液压密封出入封隔器的防喷发装置，该封隔器沿着管道段的外 径闭合以能够在管道沿着压力密封部分滑动的同时使管道作进出 井的运动。当套筒或气举心轴之类使管道直径改变的部分到达该 滑动密封部分时，套筒上方的液压封隔器滑动密封部件闭合，且 套筒下方的封隔器密封被打开，以使套筒能够通过。这种两封隔 器打开/闭合过程随后被反过来且管道的运动继续进行。这种过程 在石油工业中被称为“密封出入”。
这种密封出入过程可以被用来安装本发明的井下石油液体注 入器DOLI，该DOLI在底部管道外壳处是闭合的，该外壳包含了在 实际进入密封出入单元之前在地面被组装的套筒、扩展的浮体系 统及其相关的内部部分、阀装置、1″排放开采管线。这种密封出 入过程继续进行，直到到达了DOLI的开通射孔管道段。该密封出 入单元随后采用一种专门设计的防喷器，该防喷器的尺寸可以包 围长度约30′至30′的该开通射孔管道段。
该防喷器随后被下放到该射孔管道段的上方并用螺丝安装到 下密封出入单元上。该防喷器的顶部带有一个第二组密封出入封 隔器，该组将在主管道系统组上工作，用于为管道系统套筒、气 举心轴、和任何开采封隔器进行打开和关闭操作。在顶部密封出 入器在管道系统接合部上关闭的情况下，原有的密封出入器可以 被打开，从而使DOLI能够与管道系统井管环状空间相连通。管道 系统组的安装随后继续进行，以完成具有密封出入封隔器的井的 安装。应该注意的是，一个可用连线除去的塞子可被可选地安装 在DOLI的顶部的单向阀的紧上方，以在管道系统进出井孔时对其 进行密封，从而防止液体通过DOLI流出。这样的连线塞子由 Weatherford等的气举供应商提供。
开采井系统
在此需要明确说明和强调的是，整个碳氢化合物储区、其气 盖、以及液态碳氢化合物地层，都必须被保持在所需的高压或密 封高压之下，以对在其给定的地层内的被溶解气体和压力所新激 励的液态碳氢化合物进行开采和采收。在液态碳氢化合物的整个 采收过程中，在井孔和相应的地层中都将维持这些高压，直到从 整个储区中采收了所有原储藏的液态碳氢化合物。只有在这时， 气盖的气体才被释放和开采。
为了对碳氢化合物储区的新加压的石油地层进行开采，DOLI 被安装在井孔或其鼠洞的最深部分中的一个开采管道系统组上， 理想地是在石油地层的水平钻孔或射孔的下面，以获得从该地层 的最大的排流/液体采收。DOLI将根据需要而与EFS一起工作，EFS 在指定的井底压强打开DOLI的阀。在气盖下的液态碳氢化合物 (原油)储区的一个预先计算的高度，安装有一个封隔器。该封 隔器将具有一个压力释放阀排放管(PRVD管)。该PRVD管将被置 于打开，以在开采过程里，把在封隔器的下方的上井孔中累积的 加压气体，通过该封隔器释放到井孔内的上储区气盖中。在封闭 加压的场合，通过PRVD管释放的释放气体，可以重新进入上开通 气盖。一旦压强超过了气盖储区的压强，在上储区中的释放的加 压气体将重新进入开通的气体地层。
在石油地层储区通过井的射孔和/或通过水平钻孔而被注入之 后，溶解于石油的加压气体将逐渐在石油地层的钻孔范围内累 积。气体与石油的溶解，取决于以前的加压气体注入时间。注入 的加压气体倾向于以涌出的方式波动，其受到储区的渗透性的影 响，从而寻找未气体饱和的石油。
在注入阶段完成之后，井的开采过程开始。进入竖井孔的所 有液态碳氢化合物，将累积到压强较小的管道系统组中。至地面 的注入器管道系统组是井管环状空间的液体吸下点。每个储区， 按照其给定的压强，将在进入该储区的所有井孔中保持一个给定 的流量，且进一步地，该流量是恒定的且只随着该井孔上的压强 而变化。然而，当与至地面的管道系统组一起的注入器处于进入 储区的井孔内时，则在效果上，在初始的加压井孔环状空间中产 生了一个新的井孔。在借助EFS工作的一个井中，这种至管道系统 组井孔的新的注入器将被开通到与大气压接近的压强(该井的地 面分离系统)，用于在气体脱离溶解时使石油通过EFS流上来。
一种可选的GIC开采井变形
关于专门的开采场合，可参见在“发明内容”中提到的授予 Kelley等人的2000年7月18日递交的美国专利第6,089,322号、 2001年5月29日递交的美国专利第6,237,691号、2001年12月4 日递交的美国专利第6,325,152号、以及2003年9月23日递交的 美国专利第6,22,791号的图1-12，特别是图4-7和9-12(但不排 除图3和8)。应该注意的是，在再加压/再激励的碳氢化合物储区 的开采期中，在开采井中，由于上述图4-7、10和12中显示的封 隔器设置，不论是气盖还是石油地层中的再注入的气体，都不会 通过开采系统而逃脱/散出，而只有再加压/再激励的液态碳氢化 合物将通过液体注入器而被开采出来，通过在开采管道系统中的 人工提升系统而到达地面。这种情况的一个例外，是加压气体与 石油一起被开采并随后被再注入回到储区注入系统中。这在图3和 8中得到了显示，其中被优化地释放的气体由地面操作被再注入回 到储区中。扩展浮体系统可被应用于这些其中高压阻止了注入器 阀的开通的开采场合。
一种源天然气注入系统
本发明被应用于初期或中期的油田，在那里有高、中、低比 重的原油，且在原有的气盖中有大量的气体。本发明的这种变形 是一种有价值的增强的采收方法，用于美国和世界上许多油田中 缺乏气体处理和销售设施的、不允许气体焚烧的区域或没有气体 管线的区域。
气盖中的天然气被开采到地面上的唯一目的，是由压缩机设 备将其加压成加压气体，以通过气体再加压中心的管道系统组， 通过直接位于液态碳氢化合物(石油)地层上方的一个封隔器， 而被再注入。这种加压(且可选地受到温度控制)的加压注入气 体被泵送/压入到石油地层中，并在那里与同其相容的石油相遇和 溶解，从而把进一步的溶解气体加入到原储藏的石油中以增大该 石油的压强和流动性，从而提高采收率。
在此，石油地层是由带有深的射孔的一或多个水平钻孔开通 的，或者是由竖井孔中的深射孔开通的。这些水平钻孔将处于石 油地层的优化部分中，以使得在注入过程中在钻孔周围的范围 里，石油被与石油相溶解的再注入气体所完全饱和。在非常厚的 大的多个地层中，可以在储区的战略液态碳氢化合物(石油)层 中采用多重水平钻孔。在不能采用水平钻孔的情况下，深的射流 射孔可以被用在竖井孔中。
在需要时，可以把一种不同的外界气体(例如：其他来源的 天然气、CO2、或氮气)注入到气盖中，以在把其天然气抽出期间 或之后，把其压强增大至优化的希望值，以对其下方的液态碳氢 化合物(石油)地层进行再加压/再激励。然而，当对石油地层进 行新的激励和加压以提高采收率时，不需要较大量的气盖气体。 进一步地，在对石油地层进行注入期间，气体压强不会显著降 低，因为没有用掉大量的气体。在此，在开采过程中脱离与所开 采的液态碳氢化合物的溶解的所有气体，都可通过地面注入系 统，被再注入到储区的气盖和/或石油地层中。用掉的来自储区的 气体，是用于运行地面注入系统、压缩机、泵系统等的气体。
改进的井下石油液体注入器
所公布的改进的注入器(Imp Inj)，是用于今天的石油和天 然气工业的液态碳氢化合物和水的开采的最重要的井底(BH)的 工具。
Imp Inj具有两个基本功能：(1)使液体在从储区进入井孔 时能够自由且快速地进入开采管道系统而不受阻挡。(2)在各种 压力条件下，阻止所有自由气体。Imp Inj需要克服四个开采条件 上的问题：压强、体积、沙子和井的尺寸。有一些孔尺寸上的限 制和压强/体积/沙子/井尺寸问题，现有技术没有克服，但Imp Inj需要克服。在有非常细的地层沙子流入的严重情况下，今天工 业的Imp Inj将在非常高的BH压强下开采出非常大量的液体。
压强问题
当屏网的肋部的开口被细的地层沙子所阻塞时，非常高的压 强会使屏网崩溃。因此，屏网必须被设置在一个防崩溃、加强的 射孔管基上，以使注入器的整个上部在非常高压的井中不会崩 溃。所有深度的井的所有其他高压问题，都被扩展浮体系统 (EFS)所克服。
体积问题
屏网的肋部开口的孔尺寸，对大量的液态碳氢化合物和/或水 (LH，W)是个限制。例子：屏网是3.75英尺乘4.5英尺外径且具 有每英尺39.0平方英寸的开通流动面积，并具有每日750桶 (bpd)的流量。对于在每日开采若几千桶液态碳氢化合物或水的 井中的新应用，屏网的长度将被增大。如图3中所示沿着向上的方 向看，不论所需的屏网长度如何，其顶部及其射孔的管基都将从 当前的位置进入注入器的头部，即注入器的头部将是开采管道系 统和/或泵的连接部分。例子：如果3.75英尺的屏网相当750桶/天 且一个井开采7500桶/天，则该Imp Inj将需要在射孔的管上有 37.5英尺的屏网段。如果该屏网段是在30英尺的标准的管道系统 管上，则将采用螺丝齐平耦合。
用于沙子问题的注入器屏网的一种改进设计
该注入器屏网将与开通开口肋部分一起被用在一种纵向位置 上。显示了在石油/液体入口高度处的注入器上的一个纵向屏网。 该纵向屏网提供更有效的沙子控制；该纵向屏网配置阻止了可能 会把细的地层沙子携带到同高度的屏网肋部分中的液态碳氢化合 物/水接触。该纵向开口给沙子提供了更大的空间以停留在井孔的 底部。为了更有效地控制沙子，屏网开口的尺寸的增量可以是 0.001″，以留住地层沙子。这种新的纵向设计是现有技术中没有 的。
井尺寸问题
本发明还通过提供由薄钢或合成材料而不是标准的、比较厚 的管道材料制成的薄护罩，而公布了一种改进的注入器外壳(在 附图中未显示)。这种护罩保护覆盖在顶部是开通的，且在底部 是闭合或开通的，而在底部开通时在薄的、带射孔的护罩底部中 有一个纵向的屏网。这种改进的护罩设计特别适用于小或没有沙 子来量的井，这种井在许多油田中都不少见。在需要时，还可以 在上注入器的石油和气体入口处采用一个纵向沙子屏网的带射孔 管头，以阻止井的碎屑。注入器的这种比较薄的护罩体将使得能 够在较小直径的井中进行注入器安装，而这种较小直径的井在许 多油田中都是常见的，其中其内部部件可以按照比例而变，且这 种改进是本发明的一个方面。
本发明的目的包括：
1.使无法采收的原油变为可采收，这种石油已经失去了其溶 解气体，该溶解气体用于以气体方法使石油流动。美国和世界仍 然有大量的这种无法采收的石油，有时高达80％的原有石油被留在 原地，在不使用溶解气体的情况下不能被开采。
2.在仍然借助溶解气体开采液态碳氢化合物的储区中，采收 全部原储藏的液态碳氢化合物。
3.改善低比重重原油的采收过程。美国和世界上很大比例的 石油供应是低比重或重原油。
4.通过向原储藏的石油施加溶解气体和压力，改善所有比重 的原油的采收率。
应该注意的是，上述技术的开采系统消除了用气体来使石油 流动，因为它是在把气体和压力保持在碳氢化合物储区之内的情 况下进行液态碳氢化合物采收的。这种开采系统，与注入溶解气 体和给原储藏的原油加压相结合，是对美国和世界石油工业的液 体和气体碳氢化合物采收的一个重要改进，因为它将使世界上大 部分的原储藏的液态碳氢化合物得到采收，同时把储区的天然气 保留在其天然的气盖中并为将来的开采方法进行储存。因此，前 述这些目的体现了本发明相对于现有技术的实质进步。

图1显示了把可互溶气体加压至高压并将其通过一个管道系 统组而直接注入到有液态碳氢化合物的储区的井下中的构思，该 注入可以通过在主井管组上的射孔，也可以通过横向延伸到含液 态碳氢化合物的地层中的水平井孔。在隔离该液态碳氢化合物地 层的一个封隔器上方，加压的高压气体被注入到管道系统-井管 环状空间中并被注入到一个水平钻孔和/或射孔，而进入在液态碳 氢化合物地层上方的气盖。箭头表示了直接与液态碳氢化合物接 触的可互溶气体和与大面积的液态碳氢化合物地层接触的气盖中 的气体。
图2显示了至含液态碳氢化合物的储区的高压气体注入的一种 变形，其中气盖的气体通过被一个封隔器所隔离的管道系统井管 环状空间而流至一个地面压缩机，并通过同一井的管道系统组而 被直接再注入至其自己的相容液态碳氢化合物地层中。
图3显示了井下液体注入器的部件和工作原理，该注入器的浮 体操作封闭阀系统被永久地浸在外壳中包含的液体中，并具有在 一个带端口的内部基管周围的有纵向开口的沙子屏网。
图4显示了扩展浮体系统的主要部件，其中浮体长度被扩展至 传统系统的四至五倍。该沙子屏网及其带端口的基管被显示为通 过添加一或多个段而被加长。
图5显示了一种第二液态碳氢化合物地层开采系统，其中一个 长度被扩展的浮体系统在高井底压强下工作，以把部分的液体柱 提供到开采管道系统组中，通过该管道系统组，利用与管道系统 -井管环状空间相连接的气举阀，并与一个新的文氏管射流系统 相配合，而把这些液体柱提升至地面。
图6显示了利用一种井下液体注入器系统在高井底压强下对 一个井进行开采的系统，该系统只允许储区的液体流至管道系统 组中。在该管道系统组上显示了直接在气盖下方的一个封隔器， 其有一个排气管和气体压力释放阀进入到气盖中。在该管道系统 中，一个储区流体柱流过一个地面回压阀。
图7示意显示了带有一种扩展浮体系统的一种改进的井下液体 注入器，其被显示为在向液态碳氢化合物开通(开射孔)的地层 之下的井孔鼠洞中的情况，以便更好地理解其在井孔中的扩展长 度。改进的液体注入器的长度可以从50英尺至超过230英尺的范围 变化，以获得大产量、非常高压的井。
图8显示了在高压可互溶气体从地面压缩机被注入气盖和液 态碳氢化合物地层的情况下的一个井；在此情况下，该气体注入 是通过在竖井孔中的深射孔和通过延伸至地层深处的水平钻孔而 进行的。该井下液体注入器(DOLI)是在管道系统组上工作的， 该管道系统组具有直接在其上方的一个永久单向阀和在该单向阀 上方的一个由连线操作的滑动套管阀；该滑动套管阀由连线打开 和关闭，以使高压气体能够通过管道系统经下方的管道系统-井 管环状空间而被注入到地层中，或者使得地层的液体在不拉动管 道系统组的情况下从闭合的管道系统开采上来。对于封隔器排气 管释放阀和封隔器上方的一或多个气举阀，以连线安装和除去的 空阀塞被置于用于注入过程的心轴中，如图所示。该图与图1有 关，前面对图1的描述讨论了注入过程。
图9显示了在高压气体注入之后的开采场合，其中井下液体注 入器、单向阀、滑动套管管道系统工具、带有排放管的封隔器、 以及上方的气举阀都已就位，如图8所示并与图5相关。为了准备 开采，如所示，通过一个地面防喷器而工作的一条连线被用来拉 动空阀(dummy valve)并安装气举阀和气举式排放管压力释放阀， 如所示。它还使滑动套管阀移动到关闭位置。这将使得井系统准 备好使饱和的液态碳氢化合物通过井下注入器而流动，同时防止 自由气体进入管道系统，其中累积的气体压力由封隔器和排放管 设置向上释放至环状空间。在图8和9中，在DOLI下方有一个桥 塞，它将把任何延伸的鼠洞或下方地层与选定的地层的气体注入/ 开采过程相隔离。

至液态碳氢化合物储区地层中的高压气体注入
图1示意地显示了本发明的主要特征，其中液态碳氢化合物在 井下液态碳氢化合物LH储区中，且该储区可以是在原油采收的不 同阶段。本发明的方法可用于所有比重的原油，且对提高原有至 边际低比重重原油是特别重要的，这样的原油在北美(美国、加 拿大、墨西哥)、南美(委内瑞拉)和产油世界有很大的储藏 量。本发明的气体溶解和加压再注入方法，在使不可采收的石油 储区变为可采收方面，也是非常重要的；这种石油储区已经不再 是其被天然气所饱和的原有状态，这些天然气在其原有的原始储 区高压下与原油相溶解。这些石油储区现在是边际的，其大部分 原有的原储藏的石油都是不可采收的或正在变为不可采收，且世 界储藏的很大部分现在都处于变为边际的阶段。因此，本发明的 注入方法被用于从原始至边际(老的、正在变为不可采收的石 油)的开采阶段和所有类型的原油比重。这些原储藏的液态碳氢 化合物LH(原油)被注入了来自一个地面压缩机C的、与它们的石 油类型相容的高压天然气，最好是从同一或类似的储区油田区域 中开采的天然气。因此，本发明的方法的主要目的，是用溶解气 体对液态碳氢化合物LH地层进行再激励并用高压天然气对液态碳 氢化合物LH地层进行加压，其中原油直接与由压缩机C在地面进行 加压的可互溶天然气相接触，且该可互溶天然气，通过借助一个 封隔器P和桥塞BP而与诸如上方的气盖GC或任何更深的储区的其他 储区相隔离的注入管道系统组TS，而被注入到液态碳氢化合物LH 储区中。
为了最有效地使液态碳氢化合物与可互溶的天然气相接触， 采用了在原有的井管组件CS中的深穿入的射孔DP(如用现代的射 流射孔器所产生的射孔)和/或一或多个水平钻孔HB的组合；这 些水平钻孔的带射孔的井管沿着预定的方向从主井孔向外延伸， 以与尽可能多的液态碳氢化合物LH储区相接触。通过压缩机C的持 续加压，进入在管道系统组TS周围和下方的环状空间区A中的可互 溶的天然气，将与在储区深处和井孔附近区域中的液态碳氢化合 物LH相接触，从而加大了溶解气体和加压再注入。在井孔周围的 液态碳氢化合物LH的再饱和，对于把不可采收的石油变为可采收 的石油，是关键的；其中作为对低井孔压强下早期高流量开采的 一个反应，天然气从井孔周围的这些原油中脱离。使石油与气体 一起流动的做法，会使原油迅速脱气，并产生释放的气体至井孔 的通道，这加重了油田的碳氢化合物储区的“边际石油”问题。 早期的业者们注意到了这些表现为增大的气/油比和下降的原油产 量的问题，他们排出储区气体，这降低了原油产量。
在非常高的压强下，天然气能够与液态碳氢化合物互溶。在 图8中也显示了同样的注入过程，其中开采系统是在注入过程之 前安装好的。高压气体，从地面压缩机C通过井口WH和管道系统组 TS，而被注入，而高压密封气举空阀DV和排气管空阀DV保持着压 力密封。闭合的封隔器P，保持着从液态碳氢化合物LH地层的顶部 向下至桥塞BP保持液态碳氢化合物LH地层的压力区的位置的区域 中的压强。注入的气体通过打开的滑动套管SS的端口而出去，在 那里该气体经过深射孔DP和/或水平钻孔HB而被高压压到开通的液 态碳氢化合物LH地层中。气盖GC也被地面压缩机C经井管组CS而注 入；其中，在气体通过深射孔DP和/或水平钻孔HB而被压到气盖GC 中时，在管道系统组TS上的气举空阀DV保持着压力密封。因此， 本申请公布了把天然气直接注入由地面加压所加压的液态碳氢化 合物LH的注入方法。
对于气盖的再加压，通常采用的是CO2，有时也用氮气；然 而，在本发明中，优选采用的是可互溶的天然气对液态碳氢化合 物LH储区的气盖GC进行注入。因此，优选的是把天然气通过在封 隔器P上方的、从主井孔钻出、并向管道系统井管环状空间A开通 的深穿入的水平钻孔HB进行注入。这样的配置对非常大面积的气 盖GC进行加压，因为受到较小阻力的气体通过渗透性更高的部分 而离开水平钻孔HB。气盖GC注入，与可互溶天然气注入相结合， 使大范围的液态碳氢化合物LH储区被注入和再加压。它还提高了 从液态碳氢化合物地层上方的气盖GC的任何部分中排出比重石油 的效率。在不采用天然气的情况下，CO2的可互溶性使它成为一种 替代，氮气在经济和环境上的好处也使之成为一种替换选择。
图2显示了本发明的高压天然气注入的好处，其中高压可互溶 天然气注入的来源，是来自位于自己的液态碳氢化合物LH地层上 方并被管道系统组TS上优化设置的封隔器P所隔离的气盖GC的天然 气。该天然气通过在封隔器P上方的上方的井孔环状空间A而从液 态碳氢化合物LH储区的气盖GC被开采到地面压缩机C中；压缩机C 用高压把这些天然气压到注入管道系统组TS中并进入主井管组CS 中的液态碳氢化合物LH地层的射孔和/或具有深穿入射孔DP的水 平钻孔HB中。如将在本发明的其他特征中所强调的，气体是不与 液态碳氢化合物一起开采的，所以几乎所有气体都保留在或被循 环送回到井下系统并进入气盖GC和/或液态碳氢化合物LH地层中， 以实现优化提高的液态碳氢化合物LH(原油和凝聚物)的采收 率。
改进的井下注入特征和操作
图3显示了本发明的改进的井下液体注入器(DOLI)的主要部 件，这些是改进的井下开采系统方法的主要的新颖部件；该方法 使得该系统能够在高压下大量地开采液态碳氢化合物，同时保持 这些高压直到离开储区地层的液态碳氢化合物到达开采管道系 统，以完全且充分地利用新增加的原油流动性、原油压强和降低 的粘性/密度，同时使气盖和液态碳氢化合物储区中的井下高压气 体在压力下与地层中的原油相溶解。
所示的井下液体注入器DOLI包括以下部件。(用于改进井下 液体注入器DOLI的功能以开采和采收高压再激励原油的扩展浮体 系统EFS即一个主部件在图4中描述。该扩展浮体系统EFS和纵向 沙子屏网过滤器使井下液体注入器DOLI能够以各种高压和产量进 行开采。)由薄钢制成的一个浮体12，例如，传统井下注入器中 的16规格(gauge)或14规格及2.5英寸、3英寸或3.5英寸外径的 浮体(具体的尺寸取决于井孔和井下液体注入器DOLI的尺寸)， 长度为24英尺。浮体12在由标准钢制成的一个外壳10中运行，该 外壳通常在顶部和底部有阳螺线以连接一个顶部套筒和一个底部 阴死堵11，该死堵11具有用于一个阳死堵或用于粉末沙子收集的 另一段管道系统的螺线。
外壳10被永久地充入了诸如处理过的盐水的液面LL。浮体12 在这种液体中工作，且其浮性，即它是上升还是下降，取决于从 井孔进入浮体12的顶部的流体(液体或自由气体)的密度。液态 碳氢化合物或水将添加使浮体下沉的足够重量。气体将增大浮体 的浮力，使它上升。
浮体12运动的功能，是打开或关闭与排放管线13的底部相连 的关闭阀SV；排放管线13从管道系统组的底部通过注入器头14而 延伸；注入器头14包含用于与开采管道系统组直接连接的阴螺 线。排放管线13的底部是用于主阀端17的阀座16。这种主阀的直 径是11/16英寸。本发明的井下液体注入器DOLI的特征在于一个双 阀，通过它井孔的压强即加在浮体中并加在主阀上的压强与至管 道系统的排放管线内的较低压强之间的压强差，被3/16英寸直径 的一个导阀的初始打开所减小。导阀的阀端18位于与浮体的底部 相连的一个短阀杆19上。该阀端与通过所述主阀端的一个3/16英 寸的开口相接触；而主阀端先打开，从而打破压强差密封并使得 下降的浮体12能够把主封闭阀SV拉开。
该注入器装备了新颖、有效的纵向屏网式沙子/碎屑过滤器 VF，该过滤器被拧到外壳的顶部套筒上并被拧到注入器头14的底 部螺线上。本发明的该屏网过滤器的特征在于具有提供高屏网崩 溃率的多个端口20和纵向屏网开口21的一个基管，其中开口21的 开口宽度为0.001英寸以获得优化的效率和井下寿命。该具有纵 向开口的屏网是本发明的一种改进的沙子屏网，并且是本发明的 比现有技术更有效和新颖的一个实质方面。
图4显示了本发明的扩展浮体系统EFS的主要特征；在该扩展 浮体系统中，注入器的浮体12的长度被显著增大，即增大了四至 五倍或更多，以提供更大的净浮体重量，以抵抗非常高的压强差 而打开封闭阀SV的导向端；这提供了对高压液态碳氢化合物开采 的一种新颖的改进和有效解决方案。在扩展浮体系统12中，注入 器外壳10的长度，是通过添加具有带螺线的套筒段的带螺线的外 壳管，而被增大的。在这种注入器实施例中，底部死堵11的设置 没有改变。图3的封闭阀系统保持基本相同。排放管线13带有翅 型定中心器23，用于在偏离纵向的井中使浮体保持在排放管的中 心。浮体12的外部具有在外表面上间隔设置的、直径约3/4英寸的 半球，用于防止浮体与外壳10的内表面的摩擦接触。浮体的段由 内部专用浮体材料的套筒和螺线22连接，以实现所希望的长度并 保持原有的外径。在浮体12的将要与套筒连接器22相螺线连接的 端部上，浮体的各段的精度被专门加强。
屏网过滤器将根据需要而被加长，以使围绕带有端口的基管 20的纵向过滤器VF具有增加的所需流量。例如，一个3.75英尺、 4.5英寸外径的屏网段能够处理约750桶/天的流量。根据需要， 为了获得更高的流量，可以通过拧到一个套筒连接部分28上，而 添加附加的过滤器段25。顶部的段拧入到与管道系统组TS的底部 相连接的注入器头14中。
以所维持的高压进行开采的开采系统
图5显示了本发明的开采系统，它具有如图4所示的带有扩展 浮体系统EFS的井下液体注入器DOLI(实际的工具非常地长，但为 了画图的目的而显示得比较短)，并位于这样的位置，即使得其 长的纵向屏网过滤器VF的液体和气体入口肋部分处于接近液态碳 氢化合物LH储区的底部的纵向钻孔中，而该液态碳氢化合物LH储 区从井管组CS的射孔、或一或多个射孔的井管、或深度穿入液态 碳氢化合物LH地层的开通孔水平钻孔，而被开采到井孔中。图4中 详细描述的扩展浮体系统EFS的主要部分，在一个鼠洞(如果有的 话)或在带有扩展浮体系统EFS的井下液体注入器DOLI的下端处 被一个桥塞所隔离的井管组CS的一个扩展部分中，进行工作。扩 展浮体系统EFS本身，如图4所显示的，大约为60英尺长或更长， 以适合于非常高压的井。
本发明的带有纵向屏网过滤器VF和扩展浮体系统EFS的井下 液体注入器DOLI的优点，是它能够在所有极高压和产量条件下， 只对储区的液体、碳氢化合物和/或水进行注入，该液体、碳氢化 合物和/或水流入井孔并进入开采管道系统组，同时它对井孔中自 由气体的存在进行检测并阻止其流入管道系统，同时使可能出现 的地层沙子淀积到底部的井孔。本发明的扩展浮体系统EFS的进一 步的特征，来自于其段加长的浮体系统，该浮体系统在浸没在液 体中时提供了在该浮体系统的底部内的极高压下打开封闭阀所需 的足够重量，以引导附近液体的开采。井下液体注入器DOLI及其 传统长度的浮体系统的一个现有限制，是需要非常高的井孔压强 来把液态碳氢化合物保持在一种压强-气体-饱和状态，以对来自 液态碳氢化合物LH储区的入流进行优化，在两部分的封闭阀的导 向端上产生了无法工作的严重高压差密封，而这阻止了其打开。
因此，扩展浮体系统EFS的改进性能使得3/16英寸直径的导 阀和11/16英寸的主阀在极高压下能够打开，从而能够使任何进入 流量的液体被开采到开采管道系统组TS中。当扩展浮体系统EFS 打开了注入器的封闭阀SV时，其结果是极高压强使液体柱或块流 入管道系统并沿着管道系统向上流；在该管道系统中，液体流动 受到脱离溶解的气体的推动，并通过输入来自通过所需数目的阶 段升举气举阀GLV而从井管环状空间进入的更高压强的气体的升 举气体，而使液体进一步流到地面；这些气举阀GLV通过检测管 道系统中的流动液体柱的超过给定值的压强，而得到激活。气举 阀GLV按照需要而间隔设置在液态碳氢化合物LH地层上方的至地 面的管道系统组TS中。
在气盖GC的底部和液态碳氢化合物LH地层的顶部的深度，一 个包含气体压强释放排放管VT的封隔器P被设置于管道系统上。排 放管VT用于释放在井孔中累积的、超过了液态碳氢化合物LH地层 上的所需的所保持的回压的自由气体压强，它还排放被扩展浮体 系统EFS所拒绝的过量的气体压力，从而使之能够重新进入气盖GC 以得到保留并有利于气体注入。
该液态碳氢化合物升举系统的一个新颖的高速流动的改进， 是文氏射流管VJ。该文氏射流管具有一个具有在中间的渐细构造 的短的内管，该构造造成了流动的流体的速度的增大，从而产生 了开采管道系统组TS中的向着地面的高速流动。这种高速流动与 流动的液态碳氢化合物中脱离溶解的气体的升举力相结合，而更 高压气体的注入升举力由直接在文氏射流管VJ下方的气举阀GLV所 引入。该气举阀GLV引入来自气盖GC井孔环状空间A的高压气体， 以借助在没有压强或产量限制的情况下打开的扩展浮体系统EFS的 操作，而使被井下液体注入器DOLI所接收的液态碳氢化合物流 动。具有气举阀GLV的文氏射流管VJ以预定的间隔沿着井孔管道系 统组TS设置，以借助更高压的气体对所有进入的液体进行升举。 带有气举阀CLV的文氏射流管VJ的数目，取决于井的深度，且带 有气体注入源气举阀GLV的各个文氏射流管VJ将沿着管道系统组TS 以预定的间隔设置以对各种深度和压强的井进行升举，从浅 (1000英尺)、中(6000英尺)、深(15000英尺)、至极深 (30000英尺)，或更浅或更深。在接近管道系统组TS井孔地面 处，将不使用文氏射流管VJ，以为在需要时对井进行清洗保留一 个自由开通的管道系统空间。因此，在一个预定的高度，只采用 安装在外心轴上的气举阀GLV，以完成从打开的井孔环状空间A的 高压注入气体升举，从而把处于任何深度的任何量的液体提升至 井的地面上并引至井的地面分离设施。在图9中显示了同样的这种 开采过程，其中开采系统是在注入过程之前安装的。空阀(dummy valve)由连线收回，且实际操作的气举阀GLV借助连线被安装在 开采管道系统组TS上。注入/开采封隔器P，通过其也是借助连线 而被收回的空阀DV和借助连线安装的一个实际压力释放排放管VT 气举阀，而被转入其开采阶段。压强密封滑动套管SS借助连线关 闭，且井被置于其开采阶段。
在此，应该注意的是，来自气盖GC的环状空间A的升举气体只 是被利用，而不开采气盖GC的气体到地面。相反地，气体压强将 保持封闭，而在液态碳氢化合物地层的整个开采和采收寿命里该 地层上都保持类似的压强。其目的是在储区的气盖和液态碳氢化 合物地层中保持高压，从而不让过多的气体脱离溶解。如果较大 的压强被释放(原有或注入的气体压强)，液态碳氢化合物将失 去其原有或新的溶解气体和液态碳氢化合物内的压强所带来的采 收流动性。
图6显示了改进的井下石油液体注入器DOLI，其带有图4和图5 所显示的扩展浮体系统EFS；井下石油液体注入器DOLI将在各种 极高压工作条件下打开图3和4中所示的双封闭阀SV，而不受压强 的限制。在液态碳氢化合物LH井孔环状空间A中，在有或没有井孔 环状空间鼠洞的情况下，该扩展浮体系统可被加长至任何所需的 长度而不受限制。因此，图6显示了本发明的一个第二开采系 统，用于通过井管组CS中的深穿入射孔DP或一或多个水平钻孔 HB，而从液态碳氢化合物LH储区中只开采液体，并如图5所示地在 环状空间A中井把所有储区的流体保持在足够高的压强，以通过在 压强下保持气体饱和而使流入的液态碳氢化合物的优化流动性保 持在储区的渗透性允许的范围内，即，使整个碳氢化合物储区及 其在油田里的所有开采井孔都保持在工作高压下。在充入注入器 的外壳中的永久液面LL中工作的井下液体注入器DOLI，感受到了 高压气体与流入浮体的液体之间的差，并通过浸没而打开其间隔 阀，以使得只有液态碳氢化合物流入管道系统组TS。在管道系统 组TS上的在液态碳氢化合物LH储区的顶部高度处的一个封隔器P， 包含有一个气体压强释放排放管VT，该排放管VT使与井孔中的液 体相分离的过量的高压气体向上排放和重新进入气盖，从而保持 上方的压强、进行保存和持续有利于气体注入。
本发明显示了在液态碳氢化合物LH地层和气盖GC地层中保持 高的工作压强。在液态碳氢化合物开采和采收期间的任何阶段， 都不从气盖GC地层开采天然气，除非是希望在非常厚的天然气地 层中希望在开采液态碳氢化合物的同时以受控的速率开采天然 气。相反地，储区的整个气盖GC必须保持封闭，在整个开采油田 的所有开采井孔的液态碳氢化合物LH地层中借助溶解气体和压力 而被重新激励。在此显示的开采系统不采用从气盖GC或液态碳氢 化合物LH井孔环状空间A注入或引入的升举气体，且在开采管道系 统组TS中也没有任何人工的升举系统。本发明的开采系统借助在 高压液态碳氢化合物通过井下注入器DOLI封闭阀的主座端口时脱 离溶解的极高压溶解气体而工作。在此，非常高压的液态碳氢化 合物进入一个突然的极端压强降，它暴露于这种压强降并被高的 井底压强涌过注入器封闭阀装置而进入非常低的、接近大气压强 的开采管道系统组TS中。这种突然的压强降使得进入的、注入有 溶解气体的被开采液态碳氢化合物急剧脱离溶解，其中非常高压 的气体脱离出来，从而使液态碳氢化合物向上流过开采管道系统 组TS，并从井口WH的管道系统出流口流出。一种在5500psi工作的 井，将支持0.32比重的原油从17187.5英尺至管道系统组TS地面。 因此，极高的井底压强使进入的开采液体很快地通过井下液体注 入器DOLI而进入压强小得多的开采管道系统组。这种进入的液态 碳氢化合物将在井下液体注入器DOLI纵向屏网过滤器VF处保持一 个恒定的液面LL。这些进入的开采液体立即通过井下液体注入器 DOLI进入压强较小的开采管道系统组TS，在那里在液态碳氢化合 物向上运动的给定高度，高压溶解气体持续地脱离溶解，以液态 碳氢化合物的压头流(flowing heads)的形式流出。因此，液态 碳氢化合物的这些压头流借助这些液体中脱离溶解的高压气体而 流至地面。本发明的流动过程，使所有开采的液态碳氢化合物通 过井口WH的开采管道系统组TS的出流口，流到地面的分离设施。 应该注意的是，气体只在离开液态碳氢化合物LH储区地层的液态 碳氢化合物在通过注入器DOLI进入至地面采收系统的开采管道系 统组TS的过程里，脱离在液态碳氢化合物中的溶解，这是因为在 整个碳氢化合物地层及其井孔上保持的高回压或封闭压强。
这种开采系统的深度限制与系统的选定井孔工作压强有关， 即5500psi将使所开采的液态碳氢化合物在约16000英尺或更浅的 井中容易流动。然而，在更深的井中，图5所示的开采系统是优选 的升举系统，因为其带有文氏射流管的气举阀的增大的升举能 力。这种开采系统以及图5所示的开采系统能够通过成组或单独地 隔离选定的地层，而对多地层的井进行开采。
图7显示了，在具有接近或相等压强的石油地层中的气体地层 的井中，本发明在不具有封隔器的情况下进行工作的情景，并示 意显示了带有一个扩展浮体系统EFS的总体的改进的井下液体注入 器D0LI，该扩展浮体系统EFS在刚好位于液态碳氢化合物LH地层的 下方的井的鼠洞中的一个纵向井管组CS井孔中。在此，显示了24 英尺的各个浮体段，它们通过专用的轻质浮体材料套筒而连接并 处于约5500至6000psi的所需压强下。总的浮体长度取决于井管的 尺寸和高压气体注入开采场合所要求的有关浮体外径尺寸，如图1 和2所示。在今天的石油和天然气工业中，或者在现有技术中，没 有任何其他的井下工具或开采系统能够在这样的高压下进行开采 并同时保持井孔和储区的液态碳氢化合物LH和气盖GC地层中的高 溶解气体和自由气体压强。这种改进的带有扩展浮体系统EFS的井 下液体注入器DOLI，能够在高至10000psi或更高的井中的所有压 强下，对各种高压注入场合进行开采。为这种先进的采收系统， 可以在开采地层之下专门钻出足够的鼠洞(如果没有的话)。另 外，所有的极其高的液体量是不会造成限制的，因为一旦扩展浮 体系统EFS打开，在任何进入流量下的液体都连续地从储区排出并 进入压强较小的管道系统组中，因为该扩展浮体的开通几乎不借 助液态碳氢化合物体积。作为一个高压的例子，即使250英尺的扩 展浮体段，也以非常小的比例的液态碳氢化合物体积打开，而在 10000psi打开。因此，在应用了图1和2中所示的先进的气体注入 过程阶段之后，该具有扩展浮体系统EFS的改进的井下液体注入器 DOLI，将在储区的整个开采和采收寿命中，使储区的液态碳氢化 合物地层保持在封闭高压；而这种开采系统就是为图1和2所示的 气体注入过程阶段专门设计和发明的。换言之，在天然气以给定 的、使气体与液态碳氢化合物相互溶的高压被注入原油地层之 后，则在本发明的整个开采和采收阶段，这种压强必须被保持在 处于或高于阻止溶解气体脱离的临界压强的水平，直到所有原储 藏的液态碳氢化合物(原油和凝聚物)都被从液态碳氢化合物地 层采收到地面。图7未显示带有压强释放排放管的封隔器，因此 在这种场合中，可以通过把开通的气盖与开通的液态碳氢化合物 地层LH保持在一个开通的井孔连通之中，而在没有封隔器的情况 下采用带有扩展浮体系统EFS的井下液体注入器DOLI。这可以是为 了在井孔中有或没有高压封闭的人工提升系统的情况下，通过管 道系统组TS，而把液态碳氢化合物经井下液体注入器DOLI开采到 地面上。在具有非常厚的上部气体地层的储区中，气体能够在一 种受控的回压率下被开采。在一般的场合下，估计需要保持约 5500psi至6500psi或更高的压强，以把所有的液态碳氢化合物 (原油或凝聚物)从它们在地层中的原地通过井孔采收到这种带 有扩展浮体系统EFS的改进的井下液体注入器DOLI中，只有在那 时，开采管道系统组TS内才允许有明显的压强下降以采收所有的 最后的液体和气体碳氢化合物。
因此，总而言之，对图5、6和7的开采场合，开通的气盖和开 通的液态碳氢化合物地层在整个液态碳氢化合物采收过程中始终 被保持在封闭状态。这种封闭压强在整个井孔中也被保持。该改 进的带有至开采管道系统组TS中的扩展浮体系统EFS的井下液体注 入器DOLI产生了液体压强下降，因为带有井下液体注入器的这种 管道系统组产生了新的井孔，该新井孔在所有压强下只取走液体 流而不限制和封闭所有自由气体的进入。在井下液体注入器DOLI 上方的这种新的井孔管道系统组TS，采用了从井孔环状空间通过 操作文氏射流管VJ的气举阀CLV而注入的升举气体。然而，这种升 举气体通过地面压缩机而被循环回到开采井系统中，以保持所需 的回压强。
以上由整个说明书公布和描述了本发明。本领域的技术人员 应该理解的是，在不脱离本发明的前提下，可以对在此所讨论的 系统的尺寸、形状、材料、所示构造以及特征组合和方法进行各 种改变。虽然就各种实施例而对本发明进行了详细描述，应该理 解的是这些描述只是为了说明的目的，且本发明不限于这些实施 例。对于本领域的技术人员来说，在本公布的基础上，对在此描 述的系统和方法进行的修正是显而易见的。这样的修正并不脱离 如权利要求书所限定的本发明。