具有在內部定位的流量計的采油樹的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測量裝置，該測量裝置包括適于可除去地聯(lián)接到采油樹上的結構、可操作地聯(lián)接到結構上的套筒及至少部分地定位在套筒內的流量計。也公開了一種用來測量來自井的生產的系統(tǒng)，其中，流量測量組件定位在氣體分離器組件的下游。
【專利說明】具有在內部定位的流量計的采油樹
[0001]本發(fā)明是國際申請日為2008年4月10日、國際申請?zhí)枮镻CT/US2008/059851、中國國家申請?zhí)枮?00880018125.X、發(fā)明名稱為“具有在內部定位的流量計的采油樹”的發(fā)明專利申請的分案申請。
【技術領域】
[0002]總體而言，本發(fā)明涉及油氣(oil and gas)生產設備的領域，更具體地說，涉及具有在內部定位的流量計的采油樹。
【背景技術】
[0003]在油氣井中，生產出的流體常常是氣體、油及水的組合。來自井的油氣生產通常涉及一系列進口和出口截止閥的使用，這一系列的截止閥通常稱作采油樹，該采油樹定位在井頭(wellhead)的上方。非常重要的是要能夠精確地計量從這樣的井流出的油氣的量。已經開發(fā)了多相流量計，這些多相流量計能夠測量在單個產品流中三個相(油、氣體及水)的每一種的流量。然而，當氣體的體積百分比(有時稱作“氣體餾分”)太高時，例如大于97%左右，這樣的多相流量計通常就不夠精確了。對于此類問題的一種已知解決方案涉及將氣體中的一些與產品流分離，由此降低氣體餾分。被分離氣體流量然后由另外的氣體流量計進行測量，而剩余的產品流使用多相流量計測量。在進行測量步驟之后，兩個分開的流在上述各流量計的下游再次組合，以便傳輸?shù)酱鎯蛏a設施。在這樣一種情形下，來自井的產品流僅為了計量的目的而被分離。
[0004]在有多口井情形下，剛才描述的類型的分離計量典型地以兩種方式中的一種方式完成。一種方法涉及從所有的井將產品流引導到單個歧管。此后，來自歧管的組合流然后如以上描述的那樣被分離和計量。這種技術不允許獨立地測量來自每個井的產品流。
[0005]另一種方法涉及獨立的氣體分離器和計量單元的使用，該獨立氣體分離器和計量單元可在各井之間移動(逐井移動)。使用這種技術，來自具體井的產品流通過氣體分離器/計量單元被臨時地再引導，以對該流進行測量。盡管這種技術使每個井的產品流量能夠被獨立地監(jiān)視，但來自多個井的流量不能被同時獨立地監(jiān)視。而且，這個后一種技術涉及氣體分離器/計量單元的逐井重復地重新定位。
[0006]本發(fā)明旨在提供用來化解、或至少緩解上述問題的一些或全部的影響的設備和方法。

【發(fā)明內容】

[0007]下文提供對所公開的主題的簡要描述，以便有助于對本發(fā)明公開的主題的一些方面的基本理解。這種概述不是本發(fā)明公開的技術的窮盡性的縱覽。它并不非于確立本發(fā)明的關鍵的或決定性的元素、或者界定本發(fā)明的范圍。其唯一目的是以簡化的形式呈示出一些概念，作為對于后續(xù)的更詳細描述的序言。
[0008]在一個例示性實施例中，公開了一種測量裝置，該測量裝置包括適于可除去地聯(lián)接到采油樹上的結構、可操作地聯(lián)接到結構上的套筒及至少部分地定位在套筒內的流量計。
[0009]在另一個例示性實施例中，公開了一種測量裝置，該測量裝置包括適于可除去地聯(lián)接到采油樹上的樹帽、可操作地聯(lián)接到樹帽上的套筒及至少部分地定位在套筒內的流量計，其中，套筒包括:產品流體流出開口，形成在套筒中，在井的正常操作期間在流量計的下游的位置中；和壓井流體流入開口，形成在套筒中，在井的正常操作期間在流量計的下游的位置中。
[0010]在又一個例示性實施例中，公開了一種用來測量來自井的產品流的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:氣體分離器組件，適于定位在井頭上方，并且從井接收產品流，氣體分離器組件包括氣體分離器裝置，該氣體分離器裝置適于將氣體的至少一部分與產品流量分離；流量測量組件，適于定位在氣體分離器組件的下游，流量測量組件包括流量測量裝置，該流量測量裝置適于在產品流已經通過氣體分離器組件之后接納和測量產品流；及短管，包括氣體流量計，氣體流量計適于接納和測量由氣體分離器裝置從產品流分離的氣體。
[0011]在另外的例示性實施例中，公開了一種用來測量來自井的產品流的裝置，該裝置包括:氣體分離器組件，氣體分離器組件包括氣體分離器裝置，該氣體分離器裝置適于將氣體的至少一部分與產品流量分離；流量測量組件，定位在氣體分離器裝置的下游，流量測量組件包括流量測量裝置，該流量測量裝置適于在產品流已經通過氣體分離器組件之后接納和測量產品流；及殼體，適于可釋放地聯(lián)接到在井中的油管懸掛器上，氣體分離器組件和流量測量組件可操作地聯(lián)接到殼體上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]本發(fā)明通過參考與附圖一起進行的如下描述可以理解，在附圖中類似附圖標記表示類似的元素，并且在附圖中:
[0013]圖1A-1B分別是本發(fā)明公開的主題的一個例示性實施例的側視圖和部分剖視圖；
[0014]圖1C-1D分別是本發(fā)明公開的測量裝置的一個例示性實施例的剖視前視圖和后視圖；
[0015]圖2A-2B是一個系統(tǒng)的部分剖視圖，該系統(tǒng)包括本發(fā)明公開的分離器組件和流量測量組件；及
[0016]圖3A-3B是另一種系統(tǒng)的部分剖視圖，該系統(tǒng)包括分離器組件和流量測量組件，該分離器組件和流量測量組件可以與本發(fā)明公開的油管懸掛器一起使用。
[0017]盡管可以對本發(fā)明公開的主題做出各種形式修改和替換，但其具體實施例通過例子已經表示在圖中，并且這里詳細地描述。然而，應該理解，具體實施例的描述并非旨在將本發(fā)明限于所公開的特定形式，而是相反，本發(fā)明應覆蓋落在由所附的權利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內的所有修改、等效方式以及替換方式。
【具體實施方式】
[0018]下面描述各個例示性實施例。為了清楚起見，在本說明書中不描述實際實施的所有特征。當然可以認識到，在任何這樣的實際實施例的開發(fā)中，必須進行多種具體的實施決策，以實現(xiàn)開發(fā)者的具體目標，如符合與系統(tǒng)相關的和與商務相關的約束，這些約束根據(jù)實施例的不同而不同。而且，可以認識到，這樣一種開發(fā)努力可能是復雜而耗時的，但無論如何，對于受益于本方面的本領域技術人員而言，僅屬于例行的工作。
[0019]現(xiàn)在將參照附圖描述本主題。這里使用的詞匯和短語應該理解和解釋成，具有與由本領域的技術人員對這些詞匯和短語的理解相一致的意思。術語或短語的特殊定義，也就是說，與由本領域的技術人員所理解的普通和通常意思不同的定義，將不會被本文中一致使用的術語或短語所隱含。如果術語或短語需要具有特殊涵義(即除了由本領域的技術人員理解的涵義之外的涵義)，這樣一種特殊定義將在說明書中以定義的方式特意地加以限定，該定義的方式直接而毫不模糊地提供用于術語或短語的特殊定義。
[0020]圖1A-1B不出一種例不性系統(tǒng)10,其中可以米用所公開的測量系統(tǒng)的一個實施例。如這里表示的那樣，示意示出的采油樹14可操作地聯(lián)接到井頭12上，從而來自井的產品流體將流過采油樹14。如由本領域的技術人員在閱讀本發(fā)明之后將認識到的那樣，本發(fā)明公開的主題可以用于水下或地面井、以及任何類型的采油樹14 (例如水平的或豎直的)。而且，相信術語“采油樹”對于本領域的技術人員，良好地理解成包括多個閥的結構或本體，這些閥用來控制來自油井或氣井的產品。
[0021]總體而言，采油樹14包括本體16、帽18及多個閥20。閥20的準確布置可以依據(jù)具體用途而變。在所示的例子中，樹14包括下部主閥20a、上部主閥20b、抽汲(swab)閥20c、產品翼(production wing)閥20d及壓井翼(kill wing)閥20e?？傮w而言，在操作中，來自井的產品流流經在樹14中的內部產品通道22 (見圖1B)，并且在由箭頭24指示的方向上流經產品翼閥20d。在各個時刻，各種流體可以被引導通過壓井翼閥20e，如由箭頭26指示的那樣。這樣的流體為了各種目的引入到井中，例如為了壓井。
[0022]樹14可以使用各種已知技術，例如夾持或螺栓固定連接，聯(lián)接到井頭12上。另外，其它元件(未示出)，如油管頭和/或適配器，可以定位在樹14與井頭12之間。因而，示意性地示出的樹14和井頭12的例示性布置不應被視為對本發(fā)明的限制。
[0023]圖1C-1D分別是一種例示性測量組件30的剖視圖和后視圖，該例示性測量組件30一般包括套筒32、開口 34和36、分流器(也代代虹)或管塞40、及測量裝置50，該套筒32聯(lián)接到樹帽18上。開口 34適于與產品翼閥20d對準，而開口 36適于與壓井翼閥20e對準?？?8提供在樹帽18中，并且?guī)菁y的電子帽37螺紋聯(lián)接到樹帽18上。密封件38a (例如O形圈型密封件)設置在電子帽37與孔38之間，以建立耐壓(pressure-tight)密封。分流器40可以設置多個密封件42，以基本防止在管塞40上方的產品流體的流動。也可以提供一個或多個密封件44，以限定在套筒32的外徑與樹14的產品通道22的內徑之間的密封。見圖1B。密封件44提供用以防止或限制可能旁路通過測量裝置50的產品流體的量。因而,密封件44不建立在套筒32與在樹14中的產品通道22的內徑之間的壓力密封。類似地，與管塞40相鄰的密封件42不建立在管塞40與套筒32的內徑之間的耐壓密封。
[0024]如圖1D中所示，多個凹槽53、54及55形成(例如通過銑削)在套筒32的后側中。槽53、54及55適于接納例如0.25"的管子。標準管接頭51可以用來將管子的一端固定到測量系統(tǒng)50上。類似地，標準管接頭41用來將管子密封地連接到電子帽37上。套筒32還設有多個開口 57，從而管子可以在分流器40上方拐入套筒32的內部。在圖1D中，示出了三根例示性的管線，該數(shù)量可以依據(jù)具體用途而變化。管子可以用于各種目的，例如用于電氣布線的導管，用于差壓讀數(shù)、等等。[0025]在圖1C和ID中示出的元件可以由各種材料制成，例如不銹鋼、碳鋼、等等。套筒32的厚度將基于由在給定的井中已知的平均流量和井孔壓力所決定的文丘里幾何要求而變化。在一個例子中，套筒32可以具有近似1/16-1英寸的厚度。
[0026]測量裝置50可以包括各種已知測量設備或裝置，例如多相流量計、渦流氣體流量計、分離器等等。測量裝置50可以使用各種已知技術，例如螺紋連接、銷連接、卡環(huán)、等等，固定在套筒32內。這里示出的密封件42、44可以由足以防止或限制在預期操作條件下產品流體的旁路通過的任何材料制成。測量裝置50可以包括從各種不同的類型的現(xiàn)成測量裝置中取得的各種內部元件。
[0027]在正常操作中，測量組件30定位在樹14的產品通道22中。此后，來自井的產品流被引導出在套筒32中的開口 34，并且在由箭頭24指示的方向上被引導通過產品翼閥20d。如果需要，通過關閉閥20a、20b的至少一個以及將樹帽18與樹14脫開，可以將測量組件30從樹14的產品通路22除去。此后，傳統(tǒng)樹帽(未示出)可以聯(lián)接到樹14上。測量裝置50測量通過樹14的產品通路22的產品流體的流量。因而，使用本發(fā)明公開的測量組件30，每個井可以設有其自己的在內部定位的測量裝置，以測量來自該井的流量。流量測量可以在連續(xù)或定期基礎上進行。
[0028]圖2A示出一個實施例，其中分離器組件100和測量組件130串聯(lián)地安裝定位在井頭112與樹150之間。當然，在圖2A中示出的例示性排列可以依據(jù)具體用途而變化。例如，一個或多個另外元件，例如適配器、油管頭、等等，可以定位在圖2A中示出的元件的一個或多個之間。在圖2A中示出的各種元件可以使用任何另外的技術，例如螺栓、夾具、等等，可操作地彼此聯(lián)接。也在圖2A中示出的是產品管113，來自井的產品流體將流過該產品管113。在一個例子中，分離器裝置106可以包括來自CDS串聯(lián)分離器或其它類型的分離器裝置的內部零件。
[0029]分離器組件100包括本體102、產品通路104、定位在產品通路104內的分離器裝置106、及分立(separated)氣體通路108。如在這個例示性例子中表示的那樣,產品通路104大體與產品管113對準。分離器裝置106可以是任何類型的分離器裝置，由此在產品流體中的氣體的一部分可以被分離，并且被導向到分立氣體通路108。例如，分離器裝置可以包括一個或多個旋流元件，這些旋流元件適于使產品流體旋轉或轉動，由此傾向于使得在產品流中的氣體和液體相分離。分離器裝置106可以使用各種已知技術固定在孔104內，例如在油管串的頂部處的短管(spool)中設置一分離套筒，將整個分離裝置包含在內。
[0030]流量測量組件130可操作地聯(lián)接和定位在分離器組件100的下游。流量測量組件130包括產品通路134、定位在產品通路134內的測量裝置136、及分立氣體通路138。在分離器組件100中的分立氣體通路108的出口 108a適于可操作地聯(lián)接到在流量測量組件130中的分立氣體通路138的入口 138a上。在這里示出的例示性例子中，產品通路134大體上與產品通路104對準。類似地，在流量測量組件130中定位的分立氣體通路138大體與分立氣體通路108對準。測量裝置106可以是任何類型的多相流量計，在氣體中的一部分通過使用分離器裝置106而已經與產品流分離之后，該多相流量計能夠準確地測量產品流中的氣體和/或液體成分。測量裝置136可以使用各種已知技術固定在產品通路134內，例如設置在設計成測量短管的肩部上、等等。
[0031]樹150還包括產品通路154、分立氣體通路158、產品翼閥160及備用產品翼閥161。在流量測量組件130中的分立氣體通路138的出口 138b適于可操作地聯(lián)接到在樹150中的分立氣體通路158的進口 158a上。在樹150中的分立氣體通路158與管環(huán)路151流體連通，該管環(huán)路151具有定位在其中的分立氣體閾155和氣體流量計152。氣體流量計152可以是傳統(tǒng)單相類型的氣體流量計，該氣體流量計足以測量流過環(huán)路151的氣體量。在點159處，流過通路158的被分離氣體穿過分立氣體閾155并穿過氣體流量計152向外流動，如由箭頭163指示的那樣。在點157處，被分離氣體與流過產品通路134和154的產品流體重新結合，并且通過閥161向外被導向到產品流線路156。
[0032]圖2B描繪分離組件100、流量測量組件130及樹150的又一個例示性實施例。油管頭170和油管頭適配器171也示意地描繪在圖2B中。如以前那樣，各種元件作為例子被提供，因為這樣的元件的準確數(shù)量和位置可以依據(jù)用途而變化。另外，在圖2B中示出的各種元件可以使用各種已知技術的任一種(例如夾具、螺栓、等等)彼此聯(lián)接。分離組件100包括氣體分離裝置106和氣體出口 107。在這個實施例中，氣體分離裝置106包括旋流元件109和氣體收集裝置111，例如錐體。這樣的氣體分離裝置的結構對于本領域的技術人員是熟知的。
[0033]流量測量組件130包括測量裝置136，該測量裝置136可以是例如多相流量計。多個通孔131延伸過流量測量組件130的本體133，以允許來自測量裝置136的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮昭b置，如計算機(未示出)。
[0034]樹150按照傳統(tǒng)構造包括下部主閥190、上部主閥191及產品翼閥192。在圖2B中示出的系統(tǒng)還包括短管151,該短管151具有定位在其中的氣體流量計152。氣體流量計152適于測量從氣體出口 107流過短管151的被分離氣體的量，并且將這樣的測量數(shù)據(jù)提供給接收裝置，例如計算機(未示出)。流過環(huán)路151的被分離氣體最終在產品翼閥192的下游的點194處與通過樹150的產品流重新結合。
[0035]圖3A-3B示出了在油氣井中可以采用的測量裝置300的又一個例示性實施例。如這里表示的那樣，裝置300包括殼體333、可接合電氣接頭334、可致動夾持或止動機構335、及以前描述的氣體分離器裝置106和測量裝置136。在圖3A中示出的各種元件可以使用各種技術彼此聯(lián)接。在示出的例示性例子中，測量裝置136螺紋聯(lián)接到殼體333上，并且氣體分離器裝置106經內螺紋軸環(huán)339螺紋聯(lián)接到測量裝置136上。多根電線340從測量裝置136延伸到可接合電氣連接器334，例如多針連接器。
[0036]氣體分離器裝置106還包括氣體流出開口 336，例如1/2"直徑的開口，以及多個壓力平衡開口 337a、337b。測量裝置136還包括多個壓力平衡開口 338a、338b，以及用來監(jiān)視在測量裝置136內的壓差的開口 341a、341b。多個密封件342提供在氣體分離器裝置106和測量裝置136中的上述通孔周圍的各種位置處。
[0037]如圖3B中所示，裝置300適于設置在油管懸掛器350中，該油管懸掛器350定位在井內。除關于各種細節(jié)這里描述的之外，油管懸掛器350可以具有傳統(tǒng)構造。按照傳統(tǒng)實踐，產品管360螺紋聯(lián)接到油管懸掛器350上。氣體出口 359，例如1/2"開口，形成在產品管360中，從而它與氣體分離器裝置106的氣體出口 336流體連通。管354，例如1/2"管，借助于接頭356而被采用，以提供在氣體出口 359與油管懸掛器350的底部之間的流動路徑。內部分立氣體通路351形成在油管懸掛器350中，以容納被分離氣體的流。被分離氣體流到傳統(tǒng)氣體流量計152，由此可以測量被分離氣體的流量。[0038]油管懸掛器350還設有內部流動路徑362a、362b，這些內部流動路徑362a、362b分別與開口 341a、341b流體連通?？刂乒芫€364a、364b，例如1/4"管，分別與流動路徑362a、362b連通。管線364a和364b可操作地聯(lián)接到差壓傳感器(未示出)上，以得到所需的差壓讀數(shù)。這樣的差壓傳感器對于本領域的技術人員是熟知的。接頭358用來將控制線364a、364b聯(lián)接到油管懸掛器350上。鎖定止動器335適于接合到在油管懸掛器350中形成的輪廓352。在一個例示性例子中，鎖定止動器335可以適于接合到在用于背壓閥(未示出)的油管懸掛器350中形成的輪廓。鎖定止動器335可以是傳統(tǒng)構造的，并且使用已知技術(例如液壓系統(tǒng))進行致動。電氣連接器368適于可操作地連接到在裝置300上的連接器334，從而來自測量裝置136的信號可以傳輸?shù)嚼缬嬎銠C。
[0039]在操作中，在將油管懸掛器350和產品管下降到井中之前，進行涉及接頭358的使用的各種連接。在將油管懸掛器350設置在井中之后，可以進行在連接器368和334之間的連接。在某些情況下，可能需要或必需的是，使用傳統(tǒng)潤滑器裝置建立這種連接，該傳統(tǒng)潤滑器裝置的結構和操作對于本領域的技術人員是熟知的。通過已知刺入連接型裝置也可進行這樣的連接。
[0040]以上公開的具體實施例僅僅是例示性的，因為本發(fā)明可以按對于從這里的講授獲益的本領域的技術人員而言明顯不同但是等效的方式修改和實踐。例如，可以按不同順序進行以上敘述的過程步驟。此外，除下面在權利要求書中所描述的之外，對于這里表示的構造或設計的細節(jié)并不存在限制。因此顯然，以上公開的具體實施例可以變更或修改，并且所有這樣的變更落入在本發(fā)明的范圍和精神內。相應地，本發(fā)明所需要的保護范圍在權利要求中明確。
【權利要求】
1.一種設備，包括: 米油樹； 流量計，至少部分地定位在所述采油樹的產品通路內；以及 設置在所述產品通路內并與所述流量計聯(lián)接的套筒。
2.如權利要求1所述的設備，其中，所述流量計是多相流量計。
3.如權利要求1所述的設備，其中，所述流量計完全地定位在所述采油樹的所述產品通路內。
4.如權利要求1所述的設備，其中所述套筒還包括在所述套筒的外表面中的至少一個凹口，該凹口適于接納定位在其中的、用于傳輸測量信號的導管。
5.如權利要求4所述的設備，其中所述導管包括管子。
6.如權利要求1所述的設備，還包括樹帽，該樹帽可除去地聯(lián)接到所述采油樹，其中，所述套筒可操作地聯(lián)接到所述樹帽。
7.如權利要求6所述的設備，其中所述樹帽還包括孔和電子帽，該電子帽與所述孔密封地接合。
8.如權利要求7所述的設備，還包括在所述電子帽中的至少一個開口，該開口適于在其中接納用于傳輸測量信號的導管。
9.如權利要求1所述的設備，還包括在所述套筒內在所述流量計上方定位的分流器。
10.如權利要求9所述的設備，其中所述分流器是管塞。
【文檔編號】E21B47/10GK103953307SQ201410010040
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2008年4月10日 優(yōu)先權日:2007年4月19日
【發(fā)明者】D·佐羅, A·貝克, S·沃爾特斯 申請人:Fmc技術股份有限公司