專利名稱：在井孔中使用的收集和提升模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對來自氣井的貯積流體(reservoir fluid)的泄放(unload)，并更具 體涉及以少許能量加入或無能量加入(諸如泵送)需求而實(shí)現(xiàn)的這種貯積流體的泄放。
背景技術(shù)：
在從地下的地巖層生產(chǎn)氣體的大多數(shù)井孔中都有水存在；這種井孔一般也被稱為 氣井。在生產(chǎn)的早期階段，布置在井孔中的氣體生產(chǎn)管道或?qū)Ч苤械臍鈮捍蟮米阋蕴嵘M(jìn) 入氣體生產(chǎn)導(dǎo)管的水。在一般由井樓限定的井孔的頂部，氣體和蒸汽和霧從氣體生產(chǎn)導(dǎo)管 溢出，在此處水分容易地與氣體分離。隨著井孔持續(xù)生產(chǎn)經(jīng)歷一段時(shí)間之后，氣壓下降到所 生產(chǎn)的氣體流不再能夠提升其中的水的程度。這導(dǎo)致在井孔底部中、或者尤其在氣體生產(chǎn) 導(dǎo)管的底部水的積聚，有時(shí)上升到離底部數(shù)千英尺高。在這種情形下，井孔生產(chǎn)停止，而唯 一的補(bǔ)救辦法是抽水(泄放)。按慣例這要通過將水泵出井孔來實(shí)現(xiàn)，其費(fèi)用常常高得驚 人。在最近幾十年中，已經(jīng)提出泄放水的幾種其它方法來避免泵送水。最常用的方法 有a)減小井孔中氣體生產(chǎn)導(dǎo)管的直徑來增大氣流速度并因此將霧一直提升到井孔 的頂部。這個(gè)方法自然降低了氣體生產(chǎn)速率，并且一旦氣壓再次下降到臨界極限之下，就不 起作用了。b)使用諸如去垢劑(例如肥皂)的表面活性劑以通過產(chǎn)生泡沫來降低水密度，使 其易于被氣流提升。這些方法使用消耗性材料，并因此其操作費(fèi)用高。c)使用柱塞(plunger)提升，這是基于關(guān)閉井孔的頂部以使氣壓增大到可以進(jìn) 行水提升的水平，隨后突然打開井孔以允許產(chǎn)生的高壓氣體和水混合物的噴發(fā)。在這個(gè)情 況下需要固體汽缸(solid cylinder)，以便向上推動水柱。這個(gè)被稱為“柱塞”的汽缸隨著 井孔的打開和關(guān)閉而在井孔中相應(yīng)地上下移動。因?yàn)檫@個(gè)方法需要間歇地運(yùn)行，所以該方 法需要井孔頻繁地停工，這導(dǎo)致整體產(chǎn)量降低。因此，需要一種泄放解決方案，其要能夠克服上述限制、其它限制和現(xiàn)有解決方案 中所存在問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于氣體生產(chǎn)井孔的系統(tǒng)，包括布置在井孔中氣體生產(chǎn)導(dǎo)管周圍 的收集模塊，收集模塊包括布置在氣體生產(chǎn)導(dǎo)管周圍的收集室。該系統(tǒng)還包括一個(gè)或更多 個(gè)提升模塊，以便應(yīng)用氣體生產(chǎn)導(dǎo)管中氣體的壓力與井孔的壓力之間的差值。收集模塊可 以還包括收集器單元。本發(fā)明還提供一種在氣體生產(chǎn)井孔中使用的提升模塊，包括一布置在井孔中氣體 生產(chǎn)導(dǎo)管周圍的聚積室和一浮子致動閥(float-actuated valve)組件。浮子致動閥組件 包括能夠使聚積室與井孔相隔離并且使聚積室加壓的一個(gè)或更多個(gè)閥；用于致動一個(gè)或更 多個(gè)閥的一個(gè)或更多個(gè)致動桿；和將一個(gè)或更多個(gè)致動桿連接到浮子的一個(gè)或更多個(gè)作用 桿。聚積室暴露于井孔壓力，直到聚積室中的水達(dá)到的水平足以使得水中的浮子的浮力致 使一個(gè)或更多個(gè)作用桿向上運(yùn)動，由此造成一個(gè)或更多個(gè)致動桿對一個(gè)或更多個(gè)閥進(jìn)行致 動，導(dǎo)致聚積室與井孔的隔離和聚積室的加壓。本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種用于提升氣體生產(chǎn)井孔中的貯積流體的裝置，包括 布置在井孔中的氣體生產(chǎn)導(dǎo)管，其中氣體生產(chǎn)導(dǎo)管的下端被布置在井孔底部積聚的貯積流 體中，布置在氣體生產(chǎn)井孔中的收集模塊，該收集模塊用于通過對于隨著布置于井孔中的 氣體生產(chǎn)導(dǎo)管中所生產(chǎn)的氣體而被提升的蒸汽或霧加以冷凝而收集貯積流體，和一個(gè)或更 多個(gè)提升模塊，所述提升模塊利用氣體生產(chǎn)導(dǎo)管中氣體的壓力與井孔的壓力之間的差值來 提升通過冷凝收集在井孔內(nèi)的貯積流體，并且可選地提升在井孔底部積聚的貯積流體。在本發(fā)明方法的一個(gè)具體實(shí)施例中，收集模塊被布置在井孔內(nèi)的氣體生產(chǎn)導(dǎo)管周 圍。更具體地說，井孔可以由限定井孔的壓力的套管柱(casing string)作為襯里，并且收 集模塊可以被布置在氣體生產(chǎn)導(dǎo)管與井孔內(nèi)的套管(casing)之間。在一個(gè)具體實(shí)施例中，其中收集模塊被布置在井孔的上部段的下方。井孔的上部 段可以是例如大約3000英尺長。在一個(gè)具體實(shí)施例中，收集模塊包括布置在氣體生產(chǎn)導(dǎo)管周圍用于收集貯積流 體的收集室，和用于收集從生產(chǎn)的氣體中冷凝的貯積流體、并且將冷凝的貯積流體引導(dǎo)到 收集室的收集器單元。可以將具有其第一端的輸送導(dǎo)管布置在收集室中。收集室可以配備 有第一浮子致動閥組件，該組件在收集室中的貯積流體達(dá)到足夠水平時(shí)能夠起作用，以打 開輸送導(dǎo)管的第一端，從而建立輸送導(dǎo)管與收集室之間的流體連通。輸送導(dǎo)管可以配備有 單向閥以阻止輸送導(dǎo)管中的貯積流體返回到收集室。在這種實(shí)施例中，第一差壓提升模塊包括布置在氣體生產(chǎn)導(dǎo)管周圍用于接收來自 輸送導(dǎo)管的貯積流體的聚積室，和第二浮子致動閥組件。第二浮子致動閥組件在聚積室中的 貯積流體達(dá)到足夠水平時(shí)能夠起作用，以打開氣體生產(chǎn)導(dǎo)管中的孔從而使聚積室加壓，并關(guān) 閉聚積室中的孔從而使聚積室與井孔相隔離。在該方式中，聚積室暴露于井孔壓力之下直到 第二閥組件被致動，在第二閥組件被致動之后，聚積室暴露于所生產(chǎn)氣體的壓力之下。這種實(shí)施例可還包括類似于第一提升模塊的一個(gè)或更多個(gè)附加的差壓提升模塊， 每個(gè)提升模塊通過進(jìn)一步的輸送導(dǎo)管相互連接，進(jìn)一步的輸送導(dǎo)管使各個(gè)提升模塊的聚積 室流動連接。在一些具體實(shí)施例中，本發(fā)明的裝置還包括布置在鄰近井孔的地面位置處的泵， 用于增大氣體生產(chǎn)導(dǎo)管中氣體的壓力與井孔的壓力之間的差值，以幫助一個(gè)或更多個(gè)提升模塊在井孔內(nèi)提升通過冷凝收集的貯積流體，并且可選地提升在井孔底部積聚的貯積流 體。從而，在本文提及的一個(gè)具體實(shí)施例中，泵可以是布置在鄰近井孔的地面位置處的抽吸 泵，以便選擇性地減小井孔的壓力以幫助一個(gè)或更多個(gè)提升模塊提升通過冷凝收集在井孔 內(nèi)的貯積流體，并且可選地提升在井孔底部積聚的貯積流體。類似地，可以在鄰近井孔的地面位置處設(shè)置流動控制閥組件，以便選擇性地限制 從氣體生產(chǎn)導(dǎo)管生產(chǎn)的氣體流，以增大其中的壓力，并幫助一個(gè)或更多個(gè)提升模塊提升通 過冷凝收集在井孔內(nèi)的貯積流體，并且可選地提升在井孔底部積聚的貯積流體。另一方面，本發(fā)明提供一種用于提升氣體生產(chǎn)井孔中的貯積流體的方法，包括下 列步驟通過對于隨著布置于井孔中的氣體生產(chǎn)導(dǎo)管中所生產(chǎn)的氣體而被提升的蒸汽或霧 加以冷凝而收集貯積流體，和利用氣體生產(chǎn)導(dǎo)管中氣體的壓力與井孔的壓力的差值，提升 通過冷凝收集在井孔內(nèi)的貯積流體和在井孔底部積聚的貯積流體。在本發(fā)明方法的一些具體實(shí)施例中，收集步驟包括將收集器單元布置在氣體生產(chǎn) 導(dǎo)管中以便收集由生產(chǎn)的氣體冷凝的貯積流體、并將冷凝的貯積流體引導(dǎo)到收集室，由此 通過冷凝收集的貯積流體被所生產(chǎn)的氣體加壓。該方法可以還包括將輸送導(dǎo)管的第一端布 置在收集室中、并將輸送導(dǎo)管的第二端暴露于井孔壓力的步驟。通過這種方式，利用壓差促 進(jìn)收集室中的貯積流體從收集室流到輸送導(dǎo)管。在這些實(shí)施例中，本發(fā)明的方法可以還包括在聚積室中積聚在輸送導(dǎo)管中流動的 貯積流體的步驟。輸送導(dǎo)管的第二端可以經(jīng)由聚積室中的孔而暴露于井孔壓力。從而，可 以充滿聚積室以便通過關(guān)閉聚積室中的孔、并用所生產(chǎn)的氣體使聚積室加壓的進(jìn)一步的步 驟，進(jìn)一步提升通過冷凝而收集在井孔中的貯積流體，關(guān)閉步驟和加壓步驟這兩個(gè)步驟都 在聚積室中的貯積流體達(dá)到足夠水平的基礎(chǔ)上發(fā)生。又一方面，本發(fā)明提供一種用于提升氣體生產(chǎn)井孔中的貯積流體的系統(tǒng)，包括布 置在井孔中的氣體生產(chǎn)導(dǎo)管，其中氣體生產(chǎn)導(dǎo)管的下端被布置在井孔底部積聚的貯積流體 中；布置在氣體生產(chǎn)井孔中的收集模塊，用于通過對于隨著布置于井孔中的氣體生產(chǎn)導(dǎo)管 中所生產(chǎn)的氣體而被提升的蒸汽或霧加以冷凝而收集貯積流體。多個(gè)提升模塊被布置在收 集模塊的上方的氣體生產(chǎn)井孔中，以便應(yīng)用氣體生產(chǎn)導(dǎo)管中氣體的壓力與井孔的壓力之間 的差值來提升通過冷凝而收集在井孔中的貯積流體，并且可選地提升在井孔底部積聚的貯 積流體。


為了便于詳細(xì)理解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)，通過參考附圖中示出的本發(fā)明的實(shí) 施例，對上文中概述的發(fā)明做出更具體的描述。然而要注意到，附圖僅示出本發(fā)明的典型實(shí) 施例，因此不應(yīng)被視為是對本發(fā)明范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明允許其它同等有效的實(shí)施例的存在。圖1是根據(jù)本發(fā)明用于提升氣體生產(chǎn)井孔中的貯積流體的系統(tǒng)的剖視圖。圖Ia是根據(jù)本發(fā)明用于提升氣體生產(chǎn)井孔中的貯積流體的系統(tǒng)的底部部分的剖 視詳圖。圖Ib是根據(jù)本發(fā)明用于提升氣體生產(chǎn)井孔中的貯積流體的系統(tǒng)的底部部分的剖 視詳圖，其中正在執(zhí)行抽汲(swab)。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的收集模塊的剖視詳圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明經(jīng)由輸送導(dǎo)管連接到第一提升模塊的圖2的收集模塊的剖視 圖。圖4A-4B是圖3的提升模塊的剖視詳圖，示出了分別處在正常位置和致動位置的 提升模塊的浮子致動閥組件。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面配備有抽水泵以增強(qiáng)提升勢(lift potential)的 井孔的上部區(qū)域的詳圖。圖6顯示本文公開的收集器單元的實(shí)施例的詳圖。圖6a和6b是收集器單元的不 同的橫截面視圖。圖7是氣體生產(chǎn)導(dǎo)管的詳圖，該氣體生產(chǎn)導(dǎo)管包括開口，使得布置在氣體生產(chǎn)導(dǎo) 管周圍的收集模塊不需要包括收集器單元。圖8示出本文公開的提升模塊的浮子致動閥組件的一個(gè)三通閥。圖9示出本文公開的提升模塊的浮子致動閥組件的兩個(gè)兩通閥。圖10是提升模塊的浮子致動閥組件的一個(gè)實(shí)施例的詳圖。圖11示出用于圖10的浮子致動閥組件的配重作用桿(counter weigh actuation rod)的彈簧。圖12是在提升模塊或收集模塊中使用的浮子的一個(gè)實(shí)施例的詳圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出具有系統(tǒng)100形式的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該系統(tǒng)用于提升氣體生產(chǎn)井 孔W中的貯積流體，氣體生產(chǎn)井孔W由套管柱CS作為襯里，并穿透地下氣體地巖層F。本文 所使用的“貯積流體”指的是井孔內(nèi)的流體，其中該流體選自由含烴流體組成的組，含烴流 體包含石油、氣體冷凝物、水及其混合物。例如，貯積流體可以包括主要是水以及有限量的 石油和/或氣體冷凝物的混合物。在另一個(gè)實(shí)施例中，貯積流體可以包括石油和/或氣體 冷凝物，沒有水存在或只有有限量的水存在。系統(tǒng)100包括布置在氣體生產(chǎn)井孔W中的收集模塊200，該收集模塊用于通過對于 隨著布置于井孔W的套管柱CS中的氣體生產(chǎn)導(dǎo)管中所生產(chǎn)的氣體而被提升的蒸汽或霧加 以冷凝而收集貯積流體。采用多個(gè)提升模塊400、500(出于清晰的目的在圖1中僅顯示兩 個(gè))以便應(yīng)用氣體生產(chǎn)管道或?qū)Ч?10中氣體的壓力與井孔W的壓力(即套管柱CS內(nèi)的 壓力)之間的差值，從而提升通過冷凝收集在井孔W內(nèi)的貯積流體。本發(fā)明的系統(tǒng)(以及包含的裝置和由此實(shí)施的方法)得益于以下事實(shí)在井孔底 部、尤其在氣體生產(chǎn)導(dǎo)管110的底部存在的大部分貯積流體實(shí)際上是溫度被大大降低的導(dǎo) 管110的上部段(例如，上部3000英尺段)中的蒸汽的冷凝和呈較大液滴的形式的霧的凝 聚、并且冷凝的貯積流體向下流動的結(jié)果。其它的方法允許先前提升的貯積流體返回到更 低的井孔高度，由此喪失了通過早先將其輸送到更高的井孔高度的氣體提升操作而置入貯 積流體中的所有寶貴的勢能。因而，傳統(tǒng)手段使用的用于提升貯積流體的大部分能量，實(shí)際 上是用于作為冷凝和凝聚的結(jié)果流到井孔底部的那部分貯積流體曾經(jīng)擁有的勢能的損失 進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明通過保存被提升的蒸汽/霧中的勢能，和通過采用非常少的移動部件，消 解了對這種補(bǔ)償?shù)男枰?，所述移動部件不使用電力，能夠自動地操作，并預(yù)期無需頻繁地維護(hù)。圖Ia示出氣體生產(chǎn)導(dǎo)管110的下端被布置在井孔底部積聚的貯積流體(即，作為 冷凝和凝聚的結(jié)果流到井孔底部的貯積流體)中的一個(gè)實(shí)施例。因?yàn)闅怏w生產(chǎn)導(dǎo)管110的 下端被布置在井孔底部積聚的貯積流體中，所以除了能夠在井孔內(nèi)提升通過冷凝而收集的 貯積流體之外，一個(gè)或更多個(gè)提升模塊還能夠在井孔內(nèi)可選地提升在井孔底部積聚的貯積 流體(即，通過應(yīng)用氣體生產(chǎn)導(dǎo)管Iio中氣體的壓力與井孔W的壓力之間的差值)。圖Ia 進(jìn)一步示出沿著井孔W內(nèi)的套管柱CS的多個(gè)流體進(jìn)入點(diǎn)，并且氣體生產(chǎn)導(dǎo)管110終止于井 孔中的流體進(jìn)入點(diǎn)的下方。流體進(jìn)入點(diǎn)代表朝向井孔底部的那些位置，在這些位置處，貯積 流體和氣體從地下氣體地巖層進(jìn)入井孔。本文描述的用于提升氣體生產(chǎn)井孔中的貯積流體的方法可以還包括只要井孔底 部積聚的貯積流體上升到覆蓋住井孔中的流體進(jìn)入點(diǎn)的水平，就重新建立氣體生產(chǎn)導(dǎo)管中 的流動。更具體地說，如果井孔底部積聚的貯積流體上升到覆蓋住井孔中的一個(gè)或更多個(gè) 流體進(jìn)入點(diǎn)的水平，則可能妨礙或阻止進(jìn)一步的流體流入井孔。在氣體生產(chǎn)導(dǎo)管中重新建 立流動的方法為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知，并包含例如抽汲。如圖Ib所示，可以將抽汲簡 要描述為從生產(chǎn)管道泄放液體以開始從儲區(qū)的流動。抽汲工具繩可以例如與布置在井孔中 的重金屬繩(heavy wireline)上的加重桿(weighted bar)和抽汲杯(swab cup)組件相 結(jié)合。當(dāng)組件被收回時(shí)，特定形狀的抽汲杯張開以密封住管道壁并將來自井孔的液體帶出。圖2是收集模塊200的剖視詳圖，所示的收集模塊200是布置在井孔W內(nèi)的氣體 生產(chǎn)導(dǎo)管110與套管柱CS之間的大致圓筒形的裝置。收集模塊200可以被布置在井孔的 上段之下，諸如，例如大約3000英尺長的上段，以便捕捉可以通過井孔蒸發(fā)和向下流動的 相當(dāng)大部分的蒸汽/霧?？梢杂霉姆绞綄⒎飧羝?packer)P設(shè)置在收集模塊200之下 的套管柱CS中，以使上井孔環(huán)面WA與井孔的下段相隔離。收集模塊200包括圓筒形收集外殼或收集室210，優(yōu)選為適當(dāng)?shù)牟讳P鋼結(jié)構(gòu)，布置 在氣體生產(chǎn)導(dǎo)管Iio周圍用于收集貯積流體。收集室210通過相應(yīng)的上帽230和下帽232 而封閉。收集器單元(例如收集器漏斗部220)可以形成氣體生產(chǎn)導(dǎo)管110中的敞開段，以 便在相對較高的高度處收集從生產(chǎn)的氣體中冷凝的貯積流體，并將冷凝的貯積流體引導(dǎo)到 收集室210。具體地參考包括收集器漏斗部220的收集器單元，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將知曉的 是，因?yàn)樵跉怏w生產(chǎn)導(dǎo)管110中氣體向上流動，所以返回的貯積流體被引導(dǎo)到漏斗部220， 而不是被引導(dǎo)到敞開段處的面向上的導(dǎo)管部分(其被附連到漏斗部220的下部221)中。 因?yàn)槭占?10具有(通過漏斗部220中的孔眼22 進(jìn)入氣體生產(chǎn)導(dǎo)管的敞開通道，所以 收集室210的內(nèi)部壓力與在收集模塊200的高度處的氣體生產(chǎn)導(dǎo)管110內(nèi)側(cè)的氣體壓力相 同。圖6中顯示用于收集器單元的一種可選配置。圖6a是沒有氣體生產(chǎn)導(dǎo)管的收集 器單元的橫截面視圖，而圖6b是具有氣體生產(chǎn)導(dǎo)管的收集器單元的橫截面視圖。正如在圖 6b中看到的那樣，氣體生產(chǎn)導(dǎo)管在收集器單元內(nèi)具有不連貫性。在一個(gè)實(shí)施例中，作為“包 括收集器單元的收集模塊”的替代方式，氣體生產(chǎn)導(dǎo)管可以包括開口，如圖7所示。收集模 塊的外殼的整體長度應(yīng)該在閥的致動所需頻率的基礎(chǔ)上進(jìn)行確定。第一輸送管道或?qū)Ч?10通過上帽230中帶有密封的孔向下延伸到收集室210中，使得其下端(第一端)312被布置在收集室210的下部區(qū)域中。出于下文將要描述的目 的，輸送導(dǎo)管310的上端(第二端)延伸到收集模塊200的上方。收集室210進(jìn)一步配備有第一浮子致動閥組件對0，其在收集室中的貯積流體達(dá) 到足夠水平時(shí)能夠起作用。閥組件240配備有一以樞轉(zhuǎn)方式安裝的閥桿242和一浮子體 對4，浮子體244被約束成與氣體生產(chǎn)導(dǎo)管110相鄰地在收集室210內(nèi)(大致)豎直地往復(fù) 運(yùn)動。隨著在收集室210中貯積流體水平上升，貯積流體提升浮子體M4，浮子體244轉(zhuǎn)而 轉(zhuǎn)動閥桿M2以打開閥組件M0，由此打開輸送導(dǎo)管310的下端(第一端)312，從而建立輸 送導(dǎo)管310與收集室210之間的流體連通。這導(dǎo)致從收集室210來的貯積流體通過輸送導(dǎo) 管310向上輸送并脫離收集室210。通過采用井孔環(huán)面WA與氣體生產(chǎn)導(dǎo)管110之間存在的 差壓，并且尤其是通過將輸送導(dǎo)管的上部部分暴露于井孔環(huán)面的更低壓力(如下所述)和 將收集室210暴露于氣體生產(chǎn)導(dǎo)管110的更高壓力(例如經(jīng)由漏斗部孔眼222)，使得這個(gè) 貯積流體輸送過程是自動進(jìn)行的。在這個(gè)方式中，如果在收集模塊高度處的氣體生產(chǎn)導(dǎo)管 110具有200磅/平方英寸的壓力并且輸送導(dǎo)管310的上開口暴露于大氣壓(即，處于大氣 壓下的井孔環(huán)面)，則可以將貯積流體提升到收集模塊200的上方400英尺或更高。將進(jìn)一 步知曉的是，浮子致動閥組件240只允許貯積流體流入輸送導(dǎo)管310，而不允許氣體流入輸 送導(dǎo)管310，因?yàn)閮H當(dāng)在收集室210中積聚了足夠的貯積流體來提升浮子體M4時(shí)，閥才被 打開。另外，輸送導(dǎo)管310在其下端(第一端)312處或在其下端(第一端)312附近配備 有單向閥，該閥阻止貯積流體返回到收集室210。圖3是收集模塊200的剖視圖，收集模塊200經(jīng)由輸送導(dǎo)管310、尤其在輸送導(dǎo)管 310的上端(第二端)314處連接到第一提升模塊400。圖4A是另一剖視圖，其中詳細(xì)示出 第一提升模塊400。第一提升模塊400采用差壓以與收集模塊200合作來實(shí)現(xiàn)對來自收集 室210的貯積流體的提升。第一提升模塊400包括聚積室410，該聚積室410優(yōu)選為適當(dāng)?shù)?不銹鋼結(jié)構(gòu)，布置在氣體生產(chǎn)導(dǎo)管110周圍，用于接收來自輸送導(dǎo)管310的貯積流體。聚積 室410通過相應(yīng)的上帽430和下帽432而封閉。聚積室410進(jìn)一步配備有第二浮子致動閥組件440、446、448，該第二浮子致動閥 組件在聚積室410中的貯積流體達(dá)到足夠水平時(shí)能夠起作用，以便打開氣體生產(chǎn)導(dǎo)管110 中的孔112(在圖4B中顯示)，從而使聚積室410加壓。在這種動作的基礎(chǔ)上，第二閥組件 440能夠借助于聚積室410中的貯積流體水平而進(jìn)一步操作，以關(guān)閉其中的孔412，從而使 聚積室412與井孔環(huán)面WA隔離。在該方式下，聚積室410暴露于井孔壓力之下，直到第二 閥組件440被致動，在第二閥組件440致動的基礎(chǔ)上，聚積室410暴露于在提升模塊400的 高度處的所生產(chǎn)氣體的壓力之下。浮子致動閥組件可以包括能夠使聚積室與井孔相隔離并使聚積室加壓的三通閥。 圖8示出這種三通閥，這種三通閥也可以被歸類為雙通道閥。上部出口將聚積室中的氣體 引導(dǎo)到井孔，而側(cè)部出口將氣體生產(chǎn)導(dǎo)管中的氣體引導(dǎo)到聚積室。存在一種閥位置，其中兩 個(gè)出口都被關(guān)閉。可選地，浮子致動閥組件可以包括能夠使聚積室與井孔相隔離的第一兩通閥和能 夠使聚積室加壓的第二兩通閥。圖9示出兩個(gè)兩通閥，第一閥將聚積室連接到井孔，而第二 閥將氣體生產(chǎn)導(dǎo)管連接到聚積室。如圖10所示，浮子致動閥組件可以包括能夠使聚積室與井孔相隔離并使聚積室加壓的一個(gè)或更多個(gè)閥(例如一個(gè)三通閥，或兩個(gè)兩通閥)；用于致動一個(gè)或更多個(gè)閥的一 個(gè)或更多個(gè)致動桿；和將一個(gè)或更多個(gè)致動桿連接到浮子的一個(gè)或更多個(gè)作用桿。聚積室 暴露于井孔壓力直到聚積室中的水達(dá)到足夠的水平使得水中浮子的浮力造成一個(gè)或更多 個(gè)作用桿向上運(yùn)動，由此造成一個(gè)或更多個(gè)致動桿致動一個(gè)或更多個(gè)閥，導(dǎo)致聚積室與井 孔的隔離和聚積室的加壓。一個(gè)或更多個(gè)閥中的每個(gè)閥都可以包括轉(zhuǎn)動的槽形閥(slot type valve) 0轉(zhuǎn)動 的槽形閥可以包括閥的軸中的通槽(through-slot)。(一個(gè)或多個(gè))致動桿的輕微轉(zhuǎn)動可 以導(dǎo)致閥的打開/關(guān)閉。一個(gè)或更多個(gè)致動桿中的每個(gè)致動桿都可以包括帶有間斷的環(huán)。 一個(gè)或更多個(gè)作用桿可以包括在間斷處連接到環(huán)的兩端的兩個(gè)作用桿。如圖11所示，浮子 致動閥組件可以還包括一個(gè)或更多個(gè)彈簧來給一個(gè)或更多個(gè)作用桿配重。因此，閥保持在 關(guān)閉位置，直到浮子向上拉動作用桿。同樣，閥保持在打開位置，直到浮子達(dá)到其最小水平 時(shí)向下推動作用桿。如圖12所示，提升模塊或收集模塊的浮子可以包括鈦管，鈦使浮子較輕并且防腐 和防爆。如圖12進(jìn)一步所示，浮子可以是圓筒形的。因此，浮子可以環(huán)繞氣體生產(chǎn)導(dǎo)管。在 對閥的致動所必需的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行測量之后，確定浮子的長度。—個(gè)或更多個(gè)提升模塊可以還包括固定的上帽和可調(diào)節(jié)的下帽，它們能夠在聚積 室與固定的上帽之間和聚積室與可調(diào)節(jié)的下帽之間產(chǎn)生密封。例如，下帽可以是帶有內(nèi)螺 紋的下帽并擰到氣體生產(chǎn)導(dǎo)管上。固定的上帽和可調(diào)節(jié)的下帽每個(gè)都可以包括0形環(huán)。同 樣，收集模塊可以包括固定的上帽和可調(diào)節(jié)的下帽，它們能夠在收集室與固定的上帽之間 和收集室與可調(diào)節(jié)的下帽之間產(chǎn)生密封。因此，還提供在氣體生產(chǎn)井孔中使用的提升模塊，該提升模塊包括布置在井孔中 氣體生產(chǎn)導(dǎo)管周圍的聚積室和浮子致動閥組件。浮子致動閥組件包括能夠使聚積室與井 孔相隔離并使聚積室加壓的一個(gè)或更多個(gè)閥；用于致動一個(gè)或更多個(gè)閥的一個(gè)或更多個(gè)致 動桿；和將一個(gè)或更多個(gè)致動桿連接到浮子的一個(gè)或更多個(gè)作用桿。聚積室被暴露于井孔 壓力，直到聚積室中的水達(dá)到的水平足以使得水中的浮子的浮力致使一個(gè)或更多個(gè)作用桿 向上運(yùn)動，由此造成一個(gè)或更多個(gè)致動桿對一個(gè)或更多個(gè)閥進(jìn)行致動，導(dǎo)致聚積室與井孔 的隔離和聚積室的加壓。再次參考圖4A，第二輸送管道或?qū)Ч?20通過上帽430中的帶有密封的孔向下延 伸到聚積室410中，使得其下端(第一端)322被布置在聚積室410的下部區(qū)域中。這個(gè)第 二輸送導(dǎo)管320和其它類似的輸送導(dǎo)管，有利于對于與第一提升模塊400類似的附加的差 壓提升模塊(與圖1的提升模塊500類似)的使用，每個(gè)提升模塊通過流動連接各個(gè)提升 模塊的聚積室的進(jìn)一步的輸送導(dǎo)管而相互連接。所有這種輸送導(dǎo)管都配備有阻止貯積流體 反向(即向下)流通的單向閥(象導(dǎo)管310)。因此，在操作中，被提升(或推動)到收集模塊200之外的貯積流體進(jìn)入提升模塊 400的聚積室410，提升模塊400是位于收集模塊200上方的中間提升模塊(參見圖1中更 高的提升模塊500)。在井孔W內(nèi)提升模塊400相對于收集模塊200的高度受到最大提升勢 的限制，最大提升勢可通過井孔環(huán)面WA與收集模塊室210水平處的氣體生產(chǎn)管道之間可用 的壓力差來實(shí)現(xiàn)。正如上面所解釋的那樣，如果典型條件下的最大提升勢大約為400英尺， 則應(yīng)該在不超過收集模塊210的上方大約390英尺的高度處沿著氣體生產(chǎn)導(dǎo)管110定位聚積室410。根據(jù)下列各階段，提升模塊400可操作于接收、積聚和向上提升(即推動)貯積 流體。1)通過將浮子體444、閥桿446和圓錐閥關(guān)閉元件448的豎直位置設(shè)置成-在聚 積室410中較低的貯積流體水平之下-以打開使聚積室410與井孔環(huán)面WA流動連接的孔 412 (即是圖4A的位置)，允許從下面進(jìn)入其聚積室410的第一輸送導(dǎo)管310的第二上開口 314處的壓力下降到井孔環(huán)面WA的壓力；2)積聚在聚積室410中接收的貯積流體，直到浮子體444上升到其迫使閥桿446 和圓錐閥關(guān)閉元件448關(guān)閉孔412并且差不多同時(shí)打開孔112(經(jīng)由附連到閥桿446的樞 轉(zhuǎn)的閥桿44 的點(diǎn)，這使得在第一提升模塊400的高度處聚積室410的內(nèi)部壓力增大到氣 體生產(chǎn)導(dǎo)管110的內(nèi)部壓力(例如在3000-390 = 2620英尺處為180磅/平方英寸)；3)將其聚積室410中的貯積流體向上提升(即推動)到第二輸送導(dǎo)管320中，第 二輸送導(dǎo)管320將貯積流體引導(dǎo)到位于一升高度處的另一個(gè)提升模塊500中，所述升高高 度稍低于最大勢，所述最大勢是在第一提升模塊400所位于的高度處通過導(dǎo)管110中所生 產(chǎn)氣體的壓力可以將貯積流體提升到的值；和4)隨著聚積室410中的貯積流體水平降低，并且浮子體、閥桿446和圓錐閥關(guān)閉 元件448全都因此沿豎向降下，而關(guān)閉聚積室410中的孔412和氣體生產(chǎn)導(dǎo)管110中的孔 112。因此將知曉的是，可以采用數(shù)個(gè)差壓提升模塊來以分段方式(stage-wise)將貯 積流體從收集模塊200 —路提升到井孔W的頂部，以便經(jīng)由從上井孔封隔器620延伸的地 面導(dǎo)管610進(jìn)行最終處理，完全通過氣體驅(qū)動的壓力差而不使用外部能量。各個(gè)分段的提 升模塊之間的距離在更高的高度處將逐漸變得更小，因?yàn)闅怏w生產(chǎn)導(dǎo)管110內(nèi)的氣壓隨著 高度增大而下降。當(dāng)氣體產(chǎn)品的壓力隨著時(shí)間的流逝而下降時(shí)，收集模塊200和多個(gè)提升模塊400、 500等可能不具有可用于將貯積流體充分地提升到達(dá)下一個(gè)提升模塊的足夠的差壓。出于 這個(gè)原因，本發(fā)明的系統(tǒng)100可以還包括布置在鄰近井孔W的地面位置處的抽水泵600(在 圖1和5中顯示)或其它設(shè)備，以便有選擇地減小井孔環(huán)面WA的壓力以幫助一個(gè)或更多個(gè) 提升模塊在井孔內(nèi)提升通過冷凝收集的貯積流體，和可選地提升在井孔底部積聚的貯積流 體。這種泵600將會相對小巧而又便宜，并且能夠例如用附近的太陽能板(未示出)供電。 另外，為了使能量使用最小化和使泵壽命最大化，泵600可以使用傳感器自動啟動，傳感器 檢測貯積流體的流出速率，并且在貯積流體流動速率下降到閥值以下時(shí)自動地使泵運(yùn)轉(zhuǎn)， 以增大貯積流體泄放速率。還可以在地面處采用流動控制閥組件630，或獨(dú)立采用，或與抽水泵600結(jié)合，以 便有選擇地限制從氣體生產(chǎn)導(dǎo)管110生產(chǎn)的氣體的流動，從而增大其中的壓力并幫助一個(gè) 或更多個(gè)提升模塊在井孔內(nèi)提升通過冷凝收集的貯積流體，和可選地提升在井孔底部積聚 的貯積流體。然而，這種閥組件630的一個(gè)缺點(diǎn)是會減小生產(chǎn)的氣體流。如在本文中根據(jù)特定實(shí)施例及其多個(gè)方面描述的本發(fā)明對于從氣體井孔同時(shí)泄 放貯積流體和氣體產(chǎn)品是有用的，并因此-不象傳統(tǒng)的柱塞提升系統(tǒng)那樣-不需要周期性 的井孔停工。也不象柱塞提升系統(tǒng)那樣——在柱塞提升系統(tǒng)中猛烈的碰撞和嚴(yán)重的摩擦常 常摧毀柱塞和柱塞所接觸的其它部件(封隔器、導(dǎo)管等)，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中的移動部件呈現(xiàn)出小而低沖擊的運(yùn)動，并預(yù)期能夠以最小的維護(hù)需求無故障地運(yùn)轉(zhuǎn)多年。從上述描述將理解可以不背離本發(fā)明的真實(shí)精神而在本發(fā)明優(yōu)選和可選的實(shí)施 例中進(jìn)行多種更改和改變。例如可以與已知的柱塞提升系統(tǒng)相結(jié)合而應(yīng)用本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)， 如果希望這樣的話。在孔下部(down-hole)的貯積流體積聚得相當(dāng)多的某些情形下，這可 能是有用的。然而，預(yù)期本發(fā)明的系統(tǒng)(包括其采用的裝置和實(shí)施的方法)能夠被應(yīng)用于 減小大多數(shù)(如果不是全部)氣體井孔中的貯積流體水平，并因此幫助達(dá)到貯積流體以恒 定速率泄放的穩(wěn)態(tài)條件。此描述希望僅用于示出的目的而不應(yīng)理解為限制的意義。本發(fā)明的范圍應(yīng)僅由所 附權(quán)利要求的語言確定。希望權(quán)利要求中的術(shù)語“包括”意味著“至少包含”，從而使權(quán)利要 求中的元素的陳述列單是開放的集或組。同樣，希望術(shù)語“含有”、“具有”和“包含”都意味 著元素的開放的集或組?！耙粋€(gè)”和其它單數(shù)術(shù)語都包含其復(fù)數(shù)形式，除非被專門排除。
權(quán)利要求
1.一種用于氣體生產(chǎn)井孔的系統(tǒng)，包括收集模塊，該收集模塊被布置在所述井孔中的氣體生產(chǎn)導(dǎo)管周圍，并包括布置在所述 氣體生產(chǎn)導(dǎo)管周圍的收集室；以及一個(gè)或更多個(gè)提升模塊，用于應(yīng)用所述氣體生產(chǎn)導(dǎo)管中的氣體的壓力與所述井孔的壓 力之間的差值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述收集模塊還包括收集器單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或更多個(gè)提升模塊被布置在所述收集模 塊的上方的井孔中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括多于一個(gè)提升模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或更多個(gè)提升模塊中的每個(gè)提升模塊都 包括被布置在所述氣體生產(chǎn)導(dǎo)管周圍的聚積室；以及 浮子致動閥組件，用于 使所述聚積室與所述井孔相隔離；并且 使所述聚積室加壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述浮子致動閥組件包括能夠使所述聚積室與所 述井孔相隔離并且使所述聚積室加壓的三通閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述浮子致動閥組件包括 能夠使所述聚積室與所述井孔相隔離的第一兩通閥；以及 能夠使所述聚積室加壓的第二兩通閥。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述浮子致動閥組件包括能夠使所述聚積室與所述井孔相隔離并且使所述聚積室加壓的一個(gè)或更多個(gè)閥； 用于致動所述一個(gè)或更多個(gè)閥的一個(gè)或更多個(gè)致動桿；以及 將所述一個(gè)或更多個(gè)致動桿連接到浮子的一個(gè)或更多個(gè)作用桿； 由此所述聚積室被暴露于井孔壓力，直到所述聚積室中的水達(dá)到的水平足以使得水中 的所述浮子的浮力致使所述一個(gè)或更多個(gè)作用桿向上運(yùn)動，由此造成所述一個(gè)或更多個(gè)致 動桿致動所述一個(gè)或更多個(gè)閥，導(dǎo)致所述聚積室與所述井孔的隔離和所述聚積室的加壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或更多個(gè)閥中的每個(gè)閥都包括轉(zhuǎn)動的槽 形閥。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或更多個(gè)致動桿中的每個(gè)致動桿都包 括帶有間斷的環(huán)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或更多個(gè)作用桿包括在所述間斷處連 接到所述環(huán)的兩端的兩個(gè)作用桿。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述浮子致動閥組件還包括為所述一個(gè)或更多 個(gè)作用桿配重的一個(gè)或更多個(gè)彈簧。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述浮子包括鈦管。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述浮子是圓筒形的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述浮子環(huán)繞所述氣體生產(chǎn)導(dǎo)管。
16.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或更多個(gè)提升模塊還包括固定的上帽；和可調(diào)節(jié)的下帽，能夠在所述聚積室與所述固定的上帽之間和所述聚積室與所述可調(diào)節(jié) 的下帽之間產(chǎn)生密封。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述固定的上帽和可調(diào)節(jié)的下帽每個(gè)都包括0 形環(huán)。
18.一種在氣體生產(chǎn)井孔中使用的提升模塊，包括 布置在所述井孔中的氣體生產(chǎn)導(dǎo)管周圍的聚積室；以及 浮子致動閥組件，該浮子致動閥組件包括能夠使所述聚積室與所述井孔相隔離并且使所述聚積室加壓的一個(gè)或更多個(gè)閥； 用于致動所述一個(gè)或更多個(gè)閥的一個(gè)或更多個(gè)致動桿；以及 將所述一個(gè)或更多個(gè)致動桿連接到浮子的一個(gè)或更多個(gè)作用桿； 由此所述聚積室被暴露于井孔壓力，直到所述聚積室中的水達(dá)到的水平足以使得水中 的所述浮子的浮力致使所述一個(gè)或更多個(gè)作用桿向上運(yùn)動，由此造成所述一個(gè)或更多個(gè)致 動桿致動所述一個(gè)或更多個(gè)閥，導(dǎo)致所述聚積室與所述井孔的隔離和所述聚積室的加壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的提升模塊，其中所述浮子致動閥組件包括能夠使所述聚積 室與所述井孔相隔離并且使所述聚積室加壓的三通閥。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的提升模塊，其中所述浮子致動閥組件包括 能夠使所述聚積室與所述井孔相隔離的第一兩通閥；以及能夠使所述聚積室加壓的第二兩通閥。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的提升模塊，其中 所述提升模塊還包括包括0形環(huán)的固定的上帽；和可調(diào)節(jié)的下帽，該可調(diào)節(jié)的下帽包括0形環(huán)，并且能夠在所述聚積室與所述固定的上 帽之間和所述聚積室與所述可調(diào)節(jié)的下帽之間產(chǎn)生密封； 所述一個(gè)或更多個(gè)閥中的每個(gè)閥都包括轉(zhuǎn)動的槽形閥； 所述一個(gè)或更多個(gè)致動桿中的每個(gè)致動桿都包括帶有間斷的環(huán)； 所述一個(gè)或更多個(gè)作用桿包括在所述間斷處連接到所述環(huán)的兩端的兩個(gè)作用桿； 所述浮子致動閥組件還包括為所述一個(gè)或更多個(gè)作用桿配重的一個(gè)或更多個(gè)彈簧；并且所述浮子包括鈦管，是圓筒形的，并且環(huán)繞所述氣體生產(chǎn)導(dǎo)管。
全文摘要
一種用于氣體生產(chǎn)井孔的系統(tǒng)，包括布置在井孔中的氣體生產(chǎn)導(dǎo)管周圍的收集模塊，收集模塊包括布置在氣體生產(chǎn)導(dǎo)管周圍的收集室。該系統(tǒng)還包括一個(gè)或更多個(gè)提升模塊，以便應(yīng)用氣體生產(chǎn)導(dǎo)管中氣體的壓力與井孔的壓力之間的差值。
文檔編號E21B43/12GK102057131SQ200980120777
公開日2011年5月11日 申請日期2009年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月4日
發(fā)明者B·霍什內(nèi)維斯 申請人:南加利福尼亞大學(xué)