專利名稱：井下現(xiàn)場處理用的地層注射工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及在生產(chǎn)油井中地面下從想要的較輕流體(如石油和天然氣)中分離和處理不想要的較重流體(如水)，更具體地說，本發(fā)明涉及井下現(xiàn)場處理生產(chǎn)油井中不想要的較重流體的地層注射工具。
石油和/或天然氣的地下井常常向下穿過生產(chǎn)地層，其產(chǎn)出物除了想要的較輕流體(如石油和/或天然氣)外，還包括不想要的較重流體(如水，其中包括鹽水)。因此，比較大量的不想要的流體經(jīng)常與想要的流體一起生產(chǎn)出來。特別是在油井開采期的后期更是如此。在從這些后期油井中生產(chǎn)所想要的流體時，不想要的流體的輸運(yùn)和處理需要很大一筆費(fèi)用。
為從不想要的流體中分離出想要的流體并處理不想要的流體，已提出并應(yīng)用了兩種基本的方法。第一種方法(下面簡稱之為“表面法”)已有廣泛應(yīng)用。第二種方法(下面簡稱之為“現(xiàn)場法”)如果有應(yīng)用的話也很有限。
表面法包括將想要的和不想要的流體均泵送到地面上，然后在地面上用各種技術(shù)將它們分離。然后將分開的不想要的流體用下述方法處理首先將它們輸送走，然后向下泵送它們穿過分開的造價昂貴的處理井并進(jìn)入地下的處理地層。在許多情況下，特別是在開采后期的油井中，已證明表面法成本太高，以致從這些油井中生產(chǎn)所想要的流體不經(jīng)濟(jì)，同時造成油井堵塞及其中潛在收益與儲量的損失。另外，將不想要的流體泵送到地面增加了在輸送和處理期間有不利的環(huán)境影響的可能性。
現(xiàn)場法包括在地面下的生產(chǎn)井中通常利用重力將不想要的流體與想要的流體分開。因此，只有想要的流體上升到地面，而不想要的流體則單獨(dú)向下輸送通過井筒并排入生產(chǎn)地層下面的處理地層中，不用首先將不想要的流體提升到地面?，F(xiàn)場法在較低的成本和較小的不利環(huán)境影響方面具有超過表面法的潛在優(yōu)點(diǎn)和效益。
現(xiàn)場法所采用的有代表性的生產(chǎn)設(shè)備是下列人員在美國專利中公開的那些設(shè)備尼爾斯(美國專利號2,214,064)、巴爾(美國專利號2,988,215)、布里安(美國專利號3,167,125)、雅科布(美國專利號3,195,633和3,199,592)、比有普(美國專利號3,333,638和3,363,692)、普里斯(美國專利號4,241,787和4,296,810)、麥克因泰爾(美國專利號4,766,957)和斯拉特等人(美國專利號5,176,216)。
尼爾斯申請的美國專利號2,214,064中公開的生產(chǎn)設(shè)備位于油井套管中封隔器的上方，該封隔器的上面和下面均鉆有孔。尼爾斯的設(shè)備包括位于封隔器上方的下泵，位于下泵上方的分離器，和位于分離器上方的上泵。下泵接收來自封隔器上方多孔地層的石油和水并將石油和水輸送到分離器中。分離器使石油與水分離，同時將石油向上輸送到上泵并讓水向下繞過下泵穿過封隔器，進(jìn)入封隔器下面的多孔地層中。上泵輸送從油井中分離出來的石油。
巴爾所申請的美國專利號2,986,215中公開的鹽水處理設(shè)備包括位于油井套管中的生產(chǎn)立管。該立管具有被一對隔開的上封隔器和下封隔器固定的外管部分，以便在封隔器的下面、中間和上面延伸。該立管還具有內(nèi)管部分，其下端連接到外管的側(cè)面，用于接收來自隔開的封隔器之間地層中的水和石油或天然氣的混合物，并將混合物送到上封隔器上方，在那里較輕的石油或天然氣在油井中上升，而較重的水下降并流經(jīng)外管中的小孔，然后流經(jīng)外管到達(dá)位于下封隔器下方的處理地層。
布里安所申請的美國專利號3,167,125公開的往復(fù)式管狀泵設(shè)置在油井套管中，其上端固定在油管柱的下端，而其下端固定在油井套管中的封隔器上。該泵從套管與同生產(chǎn)地層連通的泵之間的環(huán)形空間中吸入油和水的混合物。將混合物向上泵送到泵的上方，在那兒較重的水與較輕的石油分離，并向下流經(jīng)泵體內(nèi)的內(nèi)部通道和經(jīng)過封隔器流到封隔器下面的處理地層。
雅科布所申請的美國專利號3,195,633和3,199,592公開的用于從油井內(nèi)的水中分離和生產(chǎn)石油的設(shè)備利用一對隔開的下封隔器和上封隔器和一對設(shè)置在油井中的上泵和下泵，同時下泵設(shè)置在封隔器之間，而上泵設(shè)置在上封隔器的上方。上泵接收來自上封隔器上方生產(chǎn)地層中較輕的石油，并將較輕的石油向上泵送到地面，而下泵接收來自隔開的封隔器之間地層中較重的水并將較重的水向下經(jīng)下面的封隔器泵送到處理地層中。
比肖普所申請的美國專利號3,333,638和3,363,692公開的設(shè)備利用在封隔器上方的油管柱中產(chǎn)生水的壓頭將水處理到位于生產(chǎn)地層下面的處理地層中，然后利用由于水的壓頭的流體靜壓力加壓或利用下面節(jié)流的下方產(chǎn)生的真空吸力使水向下經(jīng)封隔器而進(jìn)入下面的處理地層中。
普里斯所申請的美國專利號4,241,787和4,296,810公開的用于分離石油和水的井下分離器裝置采用裝有膜片的過濾元件來分離石油和水，然后將其中分離出來的水經(jīng)過井筒向下輸送并排入封隔器下方較低高度處的處理地層中，而不用先將水和石油一起提升到地面。
麥克因泰爾所申請的美國專利號4,766,957公開的設(shè)備用于完成對從地下油井的生產(chǎn)地層中排出的烴類和水進(jìn)行重力分離。油井套管向下延伸到超出油井生產(chǎn)區(qū)直至油井的吸水區(qū)。烴類和水的混合物經(jīng)過設(shè)置在生產(chǎn)區(qū)附近的孔眼流入套管的內(nèi)部。流體收集室無論裝在套管孔眼的外面還是裝在孔眼的里面都能使烴類浮在水的上面。水向下流動或是被強(qiáng)行向下泵送到吸水地層。水進(jìn)入泵的下入口端并從泵的上出口端排出。然后被泵排出的水經(jīng)過從泵的外部向下延伸到入口的旁通管道向下流到下封隔器，然后水在那兒流過封隔器到油井的下吸水區(qū)。
斯拉特等人所申請的美國專利號5,176,216公開的旁通座節(jié)工具在其壁中有縱向管和側(cè)孔，鹽水利用重力通過該器壁向下經(jīng)被安置在下處理區(qū)的縱向管流動。
盡管上述專利中的設(shè)備顯示出在采用現(xiàn)場方法分離和處理生產(chǎn)井中不想要的流體時朝著正確的方向邁出了一步，但它們在復(fù)雜性、高成本及使用性能方面都似乎存在缺點(diǎn)，這使它們之中的每一種設(shè)備在解決經(jīng)濟(jì)有效的處理不想要的流體問題方面比最佳方案差得多。所以，對能夠克服先有技術(shù)的缺點(diǎn)而又不產(chǎn)生新的缺點(diǎn)的現(xiàn)場處理方法仍然很需要。
本發(fā)明提供一種為滿足上述要求而設(shè)計的地層注射工具。本發(fā)明的地層注射工具安裝在井底管式泵上，用于進(jìn)行不想要的流體的地下分離及井下現(xiàn)場輸送與處理到生產(chǎn)井內(nèi)的處理地層中。
本發(fā)明的地層注射工具通過全面的改進(jìn)并與常用的井底管式泵聯(lián)用來盡量減少附加設(shè)備的要求和降低成本，即使在后期油井中也是經(jīng)濟(jì)有效的。因此，本發(fā)明的地層注射工具為了實(shí)現(xiàn)看來是先有技術(shù)專利的設(shè)備所要求的現(xiàn)場法，只需要修改和補(bǔ)充當(dāng)前流行使用的井底泵送裝備，而不用完全更換這種裝備。
所以，本發(fā)明指向供生產(chǎn)井套管內(nèi)和泵一起使用的地層注射工具，這種泵具有上行沖程和下行沖程，并在油井套管內(nèi)向下延伸通過和到達(dá)生產(chǎn)井上生產(chǎn)地層的下方。本發(fā)明的地層注射工具包括(a)可附接到油井套管內(nèi)泵的下端的吸入液流控制組件，該組件適合于隨著泵的上行沖程而讓不想要的較重流體(如水)從上面的生產(chǎn)地層向下單向流入油井套管內(nèi)并進(jìn)入吸入液流控制組件中，而想要的較輕流體(如石油和/或天然氣)則同時從上面的生產(chǎn)地層向上流入油井套管內(nèi)到達(dá)地面；(b)位于下面并連接到泵下面的吸入液流控制組件下端的密封機(jī)構(gòu)，該密封機(jī)構(gòu)適合于在生產(chǎn)井的上面的生產(chǎn)地層和下面的處理地層之間的油井套管內(nèi)形成閉合密封；和(c)連接到密封機(jī)構(gòu)上并位于由此而形成的閉合密封下面的排放液流控制裝置，該排放液流控制裝置經(jīng)密封機(jī)構(gòu)和吸入液流控制組件的下端以液流連通的形式連接，并且適合于隨著泵的下行沖程而只讓不想要的較重流體從吸入液流控制組件向下單向流經(jīng)密封機(jī)構(gòu)，并從排放液流控制裝置單向流到位于由密封機(jī)構(gòu)所形成的閉合密封下面的生產(chǎn)井下面的處理地層中。
本發(fā)明同時指向地層注射工具的吸入液流控制組件，該組件包括(a)主體，它有一對相對的上端和下端，一個在主體中形成的軸向延伸穿通其上端和下端之間的中心孔，許多在主體中形成的入口，它們互相隔開地設(shè)置在主體中心孔的周圍，鄰近其下端并在其上端的下面隔開，還有許多在主體中形成的液流通道，它們從各自的入口延伸到中心孔，并在主體下端的上面分開的位置處與中心孔連接，主體的上端適合于固定到泵的下端；和(b)許多入口液流控制閥，它們與主體結(jié)合并安排成與其入口和液流通道成液流連通，以便讓不想要的較重流體從位于吸入液流控制組件的主體的外部附近或其上面的油井生產(chǎn)地層經(jīng)其入口和液流通道單向地流入其中心孔中。
對該技術(shù)的專業(yè)人員來說，結(jié)合附圖閱讀下面的詳細(xì)說明，則本發(fā)明的這些和另一些特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)就變得很明顯，附圖中有表示和描述本發(fā)明的圖解性實(shí)施例。
下面的詳細(xì)說明是參照附圖進(jìn)行的，其中

圖1為生產(chǎn)油井的井筒的垂直剖面圖，其中本發(fā)明的地層注射工具和常用的井下泵一起使用。
圖2為本發(fā)明的地層注射工具的放大側(cè)視圖。
圖3為地層注射工具的上面的吸入液流控制組件的放大分解立視圖。
圖4為圖3的吸入液流控制組件的放大了的組裝好的立視的部分剖面圖。
圖5為沿圖4中的5-5線看的吸入液流控制組件的底視圖。
圖6為地層注射工具的上面排放液流控制組件的放大分解立視圖。
參看附圖，特別是參看圖1，圖1以垂直剖面圖的形式加以說明，生產(chǎn)井W的井筒B通過上面的生產(chǎn)地層P和下面的處理地層D形成，并有一個縱長的管狀生產(chǎn)套管C從地面G經(jīng)過上面的生產(chǎn)地層P向下延伸到下面的處理地層D。在套管C中在上面的生產(chǎn)地層P和下面的處理地層D的高度處均有孔洞O，以便建立從相應(yīng)地層P，D到生產(chǎn)套管C內(nèi)部的液流連通。上面的生產(chǎn)地層P產(chǎn)生想要的較輕流體(如石油和/或天然氣，用箭頭L代表)和不想要的較重流體(如富含砂物質(zhì)的水，用箭頭H代表)，進(jìn)入生產(chǎn)套管C的內(nèi)部。
按照本發(fā)明，在井筒B中應(yīng)用地層注射工具(一般用10表示)將較重的流體H從上面的生產(chǎn)地層P井下現(xiàn)場輸送和處理到生產(chǎn)井W下面的處理地層D中。更詳細(xì)地說，地層注射工具10和泵12結(jié)合起來使用，該泵有一延長的空心管或圓筒14固定安裝在生產(chǎn)套管C之內(nèi)并從里面與生產(chǎn)套管C隔開，而柱塞16在由泵12的延長的圓筒14所限定的空心室18內(nèi)被迫進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動。柱塞16經(jīng)過延長的抽油桿20被安裝在地面G上的普通泵驅(qū)動單元22往復(fù)驅(qū)動。柱塞16在泵圓筒14的空心室18內(nèi)反復(fù)經(jīng)過上行沖程隨后是下行沖程被泵驅(qū)動單元22驅(qū)動，以便和地層注射工具10協(xié)同操作，首先進(jìn)行從不想要的較重流體H中重力分離想要的較輕流體L，其次進(jìn)行將不想要的較重流體H井下現(xiàn)場輸送和處理到生產(chǎn)井W的處理地層D中。泵12可以是任何普通的井下機(jī)械泵，只通過永久關(guān)閉柱塞16中的閥(圖中未畫出)而稍加修改，因?yàn)橹?6現(xiàn)在只用來將不想要的流體H向下經(jīng)過地層注射工具10泵送到下面的處理地層D，而不是將不想要的流體H向上泵送到地面G，所以這個閥現(xiàn)在不用了。
參看圖1和2，地層注射工具10基本上包括上面吸入液流控制組件24、中間的密封機(jī)構(gòu)26，和下面排放液流控制裝置28，它們被安排成相互成一系列或串聯(lián)的關(guān)系，以便連續(xù)向下延伸到泵12的下面和在生產(chǎn)井W上面的生產(chǎn)地層P下面的油井套管C內(nèi)。該工具10的上面吸入液流控制組件24直接位于泵12的長圓筒14的下面，并固定在泵12的長圓筒14的下端14A上。隨著泵12的圓筒體14內(nèi)柱塞16的上行沖程，吸收液流控制組件24適于讓不想要的較重流體從上面的生產(chǎn)地層向下經(jīng)過下面的生產(chǎn)套管C與泵12和吸入液流控制組件24之間的環(huán)形空間30(該環(huán)形空間30還向下延伸到填料密封機(jī)構(gòu)26)單向流動，并進(jìn)入吸入液流控制組件24和泵的空心室18。與此同時，想要的較輕流體從上面的生產(chǎn)地層P向上流入環(huán)繞泵12的外部并向上延伸到地面G的生產(chǎn)套管C的上面的環(huán)形空間32內(nèi)。
該工具10的中間密封機(jī)構(gòu)26被固定到并位于上面吸入液流控制組件24的下面，因此隔開在泵12的下面。密封機(jī)構(gòu)26是可操作的，以便與上面的生產(chǎn)地層P和下面的處理地層D之間的生產(chǎn)套管C形成環(huán)形的閉合密封33。這樣環(huán)形的閉合密封33就封閉了下面的環(huán)形空間30的底部。單獨(dú)或獨(dú)自使用的密封機(jī)構(gòu)26是常用的市售裝置，因此，它的操作為在該領(lǐng)域內(nèi)有普通技能的人所熟悉知。密封機(jī)構(gòu)26可以是作為“封隔器”這一領(lǐng)域內(nèi)所知道的幾種類型密封機(jī)構(gòu)中的任一種。
該工具10的下面排放液流控制裝置28固定到位于密封機(jī)構(gòu)26的下面，并經(jīng)過密封機(jī)構(gòu)26與吸入液流控制組件24以液流連通的形式連接。隨著泵12的空心室18內(nèi)的柱塞16的下行沖程，排放液流控制裝置28是可操作的，以便只讓不想要的較重流體從吸入液流控制組件24和泵12的空心室18，向下經(jīng)過密封機(jī)構(gòu)26，并從排放液流控制裝置28單向流到位于由密封機(jī)構(gòu)26所形成的閉合密封33下面的下面處理地層D。因此，排放液流控制裝置28也是可操作的，以防止不想要的流體隨著泵12的圓筒室18中柱塞16的下一個隨后的上行沖程而一直向上回流到吸入組件24中。
參看圖2-5，該工具10的吸入液流控制組件24包括主體34，它有一對相對的上端和下端34A、34B，一個限定在主體34中并在其上下端34A和34B之間一直軸向延伸的中心孔36，許多個限定在主體34中的入口38，它們在靠近其下端34B并在其上端34A的下面分開的主體34的中心孔36的周圍相互成圓周狀分開。以及許多個限定在主體34中的液流通道40。液流通道40分別以向內(nèi)和向上傾斜的關(guān)系從入口38延伸到其中心孔34。液流通道40的內(nèi)端在主體34下端34B的上方隔開的位置與中心孔36連通。
吸入液流控制組件24的主體34由上面的口蓋42和下面的管狀心柱44組成?？谏w42包括入口38、液流通道40和中心孔36的短的上截面?？谏w42還限定了主體34的上端34A，主體34帶螺紋以便用于固定到泵12的圓筒體14的帶螺紋的下端14A上。管狀心柱44包括主體34的大多數(shù)中心孔36。心柱44在其相對的上、下端44A、44B處均有螺紋。在心柱44的上部帶螺紋端44A處，可用螺紋將心柱安裝在口蓋42的帶螺紋的中心的下面套筒座42A中。心柱44向下延伸到入口38的外面，入口38限定在其中心的下面套筒座42A周圍的口蓋42的下端上。
如圖1-4中所看到的，吸入液流控制組件24還包括許多與主體34連接的入口液流控制閥46；它們與其入口38和液流通道40是液流連通的?？刂崎y46安排成圍繞心柱44并從入口38向下，通常平行于管狀心柱44延伸。入口液流控制閥46是可操作的，以便能讓不想要的較重流體從位于吸入液流控制組件24的主體34外部上方的油井W的生產(chǎn)地層P經(jīng)入口38和液流通道40單向地流入主體34的中心孔36中。
每個入口液流控制閥46都包括用于限定軸向延伸的流道50的閥套筒48，位于流道50的相對兩端之間的環(huán)形閥座52，和一個可動地安裝在流道50(限定在閥座52的上面)的上面部分50A中的球狀物54，以便相對于環(huán)形閥座52在上面打開的(未固定的)位置和下面關(guān)閉的(固定了的)位置之間進(jìn)行軸向運(yùn)動。另外，將流體粗濾盒56連接到每個閥套筒48的底端，其功用是濾出不想要的流體H中超過預(yù)定尺寸的固體顆粒，從而防止這種顆粒進(jìn)入工具10。
因此，當(dāng)想要的流體被泵12的柱塞16的上行沖程吸入到吸入組件24的中心孔36和泵12的空心室18中(從油井W的下面的環(huán)形空間30中)時，入口液流控制閥46的球狀物54離開閥座52并向上移動到它們上面的打開位置。然后，在泵的柱塞16的下行沖程開始的時候，入口液流控制閥46的球狀物54向下運(yùn)動到它們下面的關(guān)閉位置，在此位置，隨著想要的流體從泵12的空心室18向下排并經(jīng)過吸入液流控制組件24的中心孔36、經(jīng)過密封機(jī)構(gòu)26和位于密封機(jī)構(gòu)26下面的排放液流控制裝置28排出，它們重新固定到閥座52上。不想要的流體被泵送于其中的處理區(qū)或地層D通過密封機(jī)構(gòu)26的環(huán)形閉合密封33與任何上面的區(qū)域或地層隔離。
參看圖2，該工具10的中間密封機(jī)構(gòu)26包括一個具有一對相對的上下兩端58A、58B的細(xì)長空心體58和一個中央液流通道60，后者穿過細(xì)長空心體58形成并在其上下端58A、58B之間延伸。密封機(jī)構(gòu)26的細(xì)長空心體58的上端58A通過環(huán)形的帶螺紋的接頭62用螺紋相互連接到吸入液流控制組件24的主體34下面的心柱44的下端44B上。
密封機(jī)構(gòu)26還包括可擴(kuò)張的環(huán)形件64和導(dǎo)向件66，二者皆固定并安置在細(xì)長空心體58的外圍。導(dǎo)向件66鄰近可擴(kuò)張的環(huán)形件64并位于其上方。導(dǎo)向件66取許多弧形導(dǎo)向元件68的形式，它有助于將泵12和工具10插入并安裝在油井W中。
導(dǎo)向件66還包括一個可轉(zhuǎn)動元件70，后者圍繞細(xì)長空心體58用螺紋固定，因此在開始安裝期間可通過轉(zhuǎn)動泵12和工具10沿其軸向移動?？赊D(zhuǎn)動元件70的向下移動引起可擴(kuò)張的環(huán)形件64的外徑擴(kuò)張成與油井套管C的環(huán)形內(nèi)表面部分嚙合，以致在生產(chǎn)井W的上面生產(chǎn)地層P和下面處理地層D之間的油井套管C中形成環(huán)形閉合密封33。如上所述，密封機(jī)構(gòu)26本身是常規(guī)裝置，因此，建立閉合密封33的操作步驟是該領(lǐng)域普通專業(yè)人員所熟知的，此處不需詳細(xì)說明便能對本發(fā)明的地層注射工具10有充分而完全的了解。
還參看圖2，工具10的下面的排放液流控制裝置28以下面的單向止回閥28的形式連接到密封26細(xì)長管狀空心體58的下端，并經(jīng)過密封機(jī)構(gòu)26的空心體58與吸入液流控制組件24的下端成液流連通。下面的單向止回閥28只讓不想要的流體單向地從吸入液流控制組件24向下流經(jīng)密封機(jī)構(gòu)26的中央液流通道60，并從單向止回閥28中出來到達(dá)位于由密封機(jī)構(gòu)26在油井套管C中形成的閉合密封33下面的處理地層D。
因此，隨著泵12的圓筒形室18內(nèi)柱塞16的上行沖程，不想要的較重流體與想要的較輕流體分離，并向下經(jīng)生產(chǎn)套管C中下面的環(huán)形空間30抽出，然后經(jīng)過吸入液流控制閥46和吸入液流控制組件24的主體34的入口38和液流通道40進(jìn)入其中心孔36及泵12的圓筒形室18中。另一方面，隨著泵12的柱塞16的下行沖程，在上面吸入液流控制組件24的主體34的中心孔36中和泵12的圓筒形室18中的不想要的較重流體向下經(jīng)中心孔36和向外經(jīng)吸入液流控制組件24的主體部分的心柱44的下端44B排出，然后經(jīng)過密封機(jī)構(gòu)26的細(xì)長空心體58的中央通路60，最后從供處理不想要的流體H用的下面的排放液流控制裝置28中在加壓下排入油井W的處理地層D中。排放液流控制裝置28的功能是防止不想要的流體隨著泵12的柱塞16的下一個上行沖程而通過它并向上回流到吸入組件24中。
參看圖6，地層注射工具10最好還包括一個上面排放液流控制裝置72，用以代替在上面吸入液流控制組件24的下面的管形心柱44和中間密封機(jī)構(gòu)的空心體58之間的環(huán)形接頭62。上面的排放液流控制裝置72包括心柱接頭74和可調(diào)彈簧止回閥76。心柱接頭74的上端可用螺紋連接到吸入液流控制組件24的下面心柱44的下端44B上。心柱接頭74的下端可用螺紋連接到密封機(jī)構(gòu)26的細(xì)長空心體58的上端58A?？烧{(diào)止回閥76用螺紋安裝在心柱接頭74的中心孔78內(nèi)，它具有與其連接的流體粗濾盒80并從其上端76A向上沿軸向延伸。
萬一遇到下面的處理地層D具有比上面的生產(chǎn)地層P低的壓力，則直接在吸入液流控制組件24下方的上面排放液流控制裝置72的可調(diào)止回閥76的存在將防止想要的流體(天然氣)自由流過入口液流控制閥46并向下通過中間密封機(jī)構(gòu)26和下面排放液流控制裝置28而進(jìn)入較低壓力的處理地層D，而照理應(yīng)是用泵12將油井套管C的下面環(huán)形空間30中的全部不想要的流體(水)抽出送入處理地層D?？烧{(diào)止回閥76在安裝到生產(chǎn)套管C中之前可預(yù)先設(shè)定想要的回壓量。
最好是，安裝在導(dǎo)向件66上方的密封機(jī)構(gòu)26的細(xì)長空心體58的上面部分58A取管道雙向開關(guān)工具的形式，它可通過轉(zhuǎn)動地層注射工具10操作，以便拆開并能從地層注射工具10和延伸到“生產(chǎn)封隔器”(它是導(dǎo)向件66和提供閉合密封33的可擴(kuò)張的環(huán)形件64)上方的泵12的互連部件的油井W中拉出。這種移動能提高定期維修保養(yǎng)這些部件的效率而不干擾封隔器的閉合密封33，因此，防止任何流體從下面的處理地層D重新進(jìn)入油井套管C。
可以認(rèn)為，由上述說明可以理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，并且很顯然，不用偏離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍或犧牲其所有的實(shí)際優(yōu)點(diǎn)便可對其進(jìn)行各種改變，上述形式只不過是優(yōu)選的或示范的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種地層注射工具，供在生產(chǎn)井的套管內(nèi)與具有上行沖程和下行沖程的泵結(jié)合使用，它和油井套管一起向下延伸通過生產(chǎn)井的上面生產(chǎn)地層到其下面，該地層注射工具包括(a)一個上面吸入液流控制組件，它具有下端并可連接到油井套管內(nèi)泵的下端，適合于隨著泵的上行沖程而使想要的較輕流體(如石油和/或天然氣)從上面的生產(chǎn)地層在油井套管內(nèi)向上流到地面，同時使不想要的較重流體(如水)從上面的生產(chǎn)地層在油井套管內(nèi)向下單向流動并進(jìn)入該上面吸入液流控制組件；(b)一個中間密封機(jī)構(gòu)，位于泵下面的上述上面吸入液流控制組件下端的下方并連接在該下端上，該中間密封機(jī)構(gòu)適合于生產(chǎn)井上面生產(chǎn)地層和下面處理地層之間的油井套管中形成閉合密封；(c)一個下面排放液流控制裝置，連接到上述中間密封機(jī)構(gòu)并位于由其形成的上述閉合密封下面，該下面排放液流控制裝置通過上述中間密封機(jī)構(gòu)與上述上面吸入液流控制組件的下端以液流連通的形式連接，并且適合于隨著泵的下行沖程而只讓來自上述吸入組件的不想要的較重流體單向向下流過上述密封機(jī)構(gòu)，并從該下面排放液流控制裝置單向流到位于由上述中間密封機(jī)構(gòu)形成的閉合密封下面的生產(chǎn)井的下面處理地層中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的工具，其特征在于，上述上面吸入液流控制組件包括具有一對相對的上下端的主體、在上述主體中形成并在其上下端之間軸向延伸的中心孔、許多在上述主體中形成的入口，它們在靠近上述主體的下端并在其上端下面隔開圍繞上述主體的中心孔沿圓周互相間隔設(shè)置，以及許多在上述主體中形成的液流通道。它們從上述各自的入口延伸到上述主體的上述中心孔，并在上述主體下端的上方分開的位置處與上述中心孔連接，上述主體的上端適合于連接到上述泵的下端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的工具，其特征在于，上述上面吸入液流控制組件還包括許多個入口液流控制閥，它們與上述入口和上述液流通道以液流連通的形式同上述主體連接，以便使不想要的較重流體從位于上述上面吸入液流控制組件的主體的附近或其上方的油井生產(chǎn)地層通過其上述入口和上述液流通道單向流入其上述中心孔中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的工具，其特征在于，上述中間密封機(jī)構(gòu)包括一個細(xì)長的空心體，它具有一對相對的上下兩端和一個通過其中形成的并在其上述上下端之間延伸的中心液流通道，上述中間密封機(jī)構(gòu)的上述細(xì)長體的上端連接到上述上面吸入液流控制組件的上述主體的下端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的工具，其特征在于，上述中間密封機(jī)構(gòu)還包括一個可擴(kuò)張的環(huán)形件，該環(huán)形件連接到上述細(xì)長空心體的外部并設(shè)置在其周圍，它適合于擴(kuò)張并與位于該油井的上面生產(chǎn)地層和下面處理地層之間的油井套管的環(huán)形內(nèi)表面部分形成油井套管內(nèi)的上述閉合密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的工具，其特征在于，上述中間密封機(jī)構(gòu)還包括一個導(dǎo)向件，該導(dǎo)向件被連接到靠近上述可擴(kuò)張的環(huán)形件的上述細(xì)長空心體的外部并設(shè)置在其周圍，它適合于在油井套管中安裝上述工具期間將其導(dǎo)入油井套管。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的工具，其特征在于上述上面吸入液流控制組件還包括許多個入口液流控制閥，這些控制閥以與上述入口和液流通道成液流連通形式連接到上述主體，以便讓不想要的較重流體從位于上述上面液流控制組件的上述主體的附近或上方的油井生產(chǎn)地層通過其上述入口和其液流通道單向流入其上述中心孔中；上述下面排放液流控制裝置被連接到上述中間密封機(jī)構(gòu)的上述細(xì)長空心體的下端，并與上述上面吸入液流控制組件的上述主體的下端成液流連通形式，以便只讓不想要的流體從上述上面吸入液流控制組件向下經(jīng)過上述密封機(jī)構(gòu)的上述細(xì)長空心體的上述中心通道并從上述排放液流控制裝置單向流到位于由上述中間密封機(jī)構(gòu)在油井套管中形成的上述閉合密封下方的處理地層中，這樣，隨著泵的上行沖程，不想要的較重流體與想要的較輕流體分離，并向下被抽入油井套管中，然后經(jīng)過上述入口液流控制閥和上述上面吸入液流控制組件的上述主體的上述入口和液流通道，從圍繞上述吸入液流控制組件的外部的油井的環(huán)形空間流入其中心孔和泵，而且，隨著泵的下行沖程，上述上面吸入液流控制組件和泵中的不要的較重流體被向下經(jīng)過上述上述上面吸入液流控制組件的上述中心孔排出，并向外經(jīng)過其上述主體部分的下端，經(jīng)過上述中間密封機(jī)構(gòu)的上述細(xì)長空心體的上述中心通道排出，并從上述供處理不想要的流體用的下面排放液流控制裝置排入油井的處理地層，上述下面排放液流控制裝置適合于防止不想要的流體隨著泵的下一個上行沖程而穿過并向上回流到上述吸入液流控制組件中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的工具，其特征在于，還包括一個上面排放液流控制裝置，該裝置連接在上述上面吸入液流控制組件的下端和上述中間密封機(jī)構(gòu)的上端之間，并且該裝置可以操作，將回壓降到足夠低，以防止萬一下面處理地層的壓力低于上面生產(chǎn)地層的壓力時，想要的流體和不想要的流體一起從油井套管中經(jīng)過上述上面吸入液流控制組件、向下經(jīng)過上述中間密封機(jī)構(gòu)及向外從上述下面排放液流控制裝置中自由流入下面的處理地層。
9.在生產(chǎn)井中的和泵結(jié)合使用的地層注射工具，具有固定安裝在油井套管內(nèi)的空心圓筒，并在油井的上面生產(chǎn)地層的下方的油井套管內(nèi)向下延伸到上述空心圓筒的下端，柱塞在上述空心圓筒內(nèi)通過上行沖程接著是下行沖程這樣反復(fù)被驅(qū)動，它和上述地層注射工具相結(jié)合，首先對想要的較輕流體(如石油和/或天然氣)與不想要的較重流體(如水)進(jìn)行重力分離，同時將二者從生產(chǎn)井的上面生產(chǎn)地層排入油井套管中，其次將分離的不想要的較重流體向下輸送并將其處理到油井上面處理地層下方隔開的油井的下面處理地層中，上述地層注射工具包括(a)一個上面吸入液流控制組件，它具有下端并在油井套管內(nèi)連接到上述泵的上述圓筒的下端，并適合于隨著上述泵的上述柱塞的上述上行沖程而在上述較輕流體從油井套管內(nèi)的上面生產(chǎn)地層向上流到地面的同時，讓不想要的較重流體從上面生產(chǎn)地層向下單向流入圍繞上述泵和上述上面吸入液流控制組件的油井套管的環(huán)形空間，并由其中流入上述上面吸入液流控制組件(b)一個中間密封機(jī)構(gòu)，位于上述泵下方的上述上面吸入液流控制組件的下端的下方并連接在該下端上該中間密封機(jī)構(gòu)適合于在油井套管內(nèi)生產(chǎn)井的上面生產(chǎn)地層和下面處理地層之間形成閉合密封；和(c)一個下面的排放液流控制裝置，它連接到上述中間密封機(jī)構(gòu)上并位于上述閉合密封的下方，該下面的排放液流控制裝置通過上述密封機(jī)構(gòu)與上述上面吸入液流控制組件的下端以液流連通的形式連接，并且適合于隨著上述泵的上述下行沖程而只讓不想要的較重流體從上述上面吸入液流控制組件向下單向流經(jīng)上述中間密封機(jī)構(gòu)，并從上述下面排放液流控制裝置單向流到位于由上述中間密封機(jī)構(gòu)形成的上述閉合密封下方的生產(chǎn)井的下面處理地層中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的工具，其特征在于，上述上面吸入液流控制組件包括具有一對相對的上下端的主體、在主體中形成的軸向延伸穿過上述主體的上下端之間的中心孔、許多個限定在上述主體中的入口，它們在上述主體的上述中心孔周圍靠近上述主體的下端并在其上端的下方隔開沿圓周互相間隔設(shè)置，以及許多個在上述主體中形成的液流通道，它們從各自的入口延伸到上述主體的中心孔中，并在上述主體的下端上方分開的位置處與上述中心孔連接，上述主體的上端適合于連接到上述泵的上述圓筒的下端。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的工具，其特征在于，上述上面吸入液流控制組件還包括許多個入口液流控制閥，它們與上述入口和上述液流通道以液流連通的形式連接到上述主體上，以便使不想要的較重流體從位于上述上面吸入液流控制組件的上述主體附近或其上方的油井生產(chǎn)地層經(jīng)過其上述入口和液流通道單向流入其上述中心孔中。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的工具，其特征在于，上述中間密封機(jī)構(gòu)包括一個細(xì)長的空心體，上述空心體具有一對相對的上下兩端和一個通過其中形成的并在其上述上下端之間延伸的中心液流通道，上述中間密封機(jī)構(gòu)的上述細(xì)長空心體的上端與上述上面吸入液流控制組件的上述主體的下端連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的工具，其特征在于，上述中間密封機(jī)構(gòu)還包括一個可擴(kuò)張的環(huán)形件，該環(huán)形件連接到上述細(xì)長空心體的外面并設(shè)置在其周圍，它適合于擴(kuò)張并與位于油井的上面生產(chǎn)地層和下面處理地層之間的油井套管的環(huán)形內(nèi)表面部分形成油井套管中的上述閉合密封。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的工具，其特征在于，上述中間密封機(jī)構(gòu)還包括一個導(dǎo)向件，該導(dǎo)向件連接到靠近上述可擴(kuò)張的環(huán)形件的上述細(xì)長空心體的外部并設(shè)置在其周圍，它適合于在油井套管中安放上述工具期間將其導(dǎo)入油井套管。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的工具，其特征在于上述上面吸入液流控制組件還包括許多個入口液流控制閥；這些閥以與上述入口和液流通道成液流連通形式連接到上述主體上，以便讓不想要的流體從位于上述上面吸入液流控制組件的上述主體附近或在其上方的油井生產(chǎn)地層經(jīng)過其上述入口和液流通道單向流入其上述中心孔中；上述下面排放液流控制裝置被連接到上述中間密封機(jī)構(gòu)的上述細(xì)長空心體的下端，并與上述上面吸入液流控制組件的上述主體的下端成液流連通形式，以便只讓不想要的流體從上述上面吸入液流控制組件向下單向流經(jīng)上述中間密封機(jī)構(gòu)的上述細(xì)長空心體的上述中心通道，并從上述下面排放液流控制裝置單向流到位于由上述中間密封機(jī)構(gòu)在油井套管中形成的上述閉合密封下方的處理地層中，這樣，隨著泵的上行沖程，不想要的較重流體與想要的較輕流體分離并向下抽入油井套管中，然后經(jīng)過上述入口液流控制閥和上述上面吸入液流控制組件的上述主體的上述入口和液流通道，以圍繞上述上面吸入液流控制組件外部的油井的環(huán)形空間排入其上述中心孔和上述泵的上述室中，而且隨著泵的下行沖程，在上述上面吸入液流控制組件和泵中的不想要的較重流體向下經(jīng)過上述上面吸入液流控制組件的上述中心孔排出，并向外經(jīng)過其上述主體部分的下端，經(jīng)過上述中間密封機(jī)構(gòu)的上述細(xì)長空心體的上述中心通道排出，并從上述供處理不想要的流體用的下面排放液流控制裝置排入油井的處理地層，上述下面排放液流控制裝置適合于防止不想要的流體隨著泵的下一個上行沖程而穿過并向上回流到上述上面吸入液流控制組件中。
16.根據(jù)權(quán)利要求9的工具，其特征在于，還包括連接在上述上面吸入液流控制組件的上述下端和上述中間密封機(jī)構(gòu)的上端之間的上面排放液流控制裝置，它可操作以便產(chǎn)生足夠的回壓，以防萬一下面處理地層中的壓力小于上面生產(chǎn)地層中壓力時，來自油井套管中的含有不想要液體的想要的流體自由流經(jīng)上述上面吸入液流控制組件，向下流經(jīng)上述中間密封機(jī)構(gòu)、并向外從上述下面排放液流控制裝置流入下面處理地層。
17.地層注射工具的吸入液流控制組件，供在生產(chǎn)井套管內(nèi)和泵一起使用，該吸入液流控制組件包括(a)一個主體，它具有一對相對的上、下端、一個在上述主體中形成并沿軸向延伸穿過其上下端之間的中心孔、許多個在上述主體中形成的入口，它們在上述主體的上述中心孔周圍靠近其上述下端并在其上述上端的下方隔開地沿圓周互相間隔設(shè)置，以及許多個在上述主體中形成的液流通道，它們從上述各自的入口延伸到其上述中心孔，并在上述主體的下端上方分開的位置處與上述中心孔連接，上述主體的上端適合于連接到泵的下端；和(b)許多個入口液流控制閥，它們與上述主體連接并與其上述入口和液流通道設(shè)置成液流連通形式，以便讓來自位于上述吸入液流控制組件的上述主體外部附近或其上方的油井生產(chǎn)地層的不想要的較重流體經(jīng)過其上述入口和液流通道單向流入其上述中心孔中。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的組件，其特征在于，上述主體包括一個上口蓋，其上端固定在泵的下端，上述上口蓋包括上述入口、上述液流通道和上述中心孔的短上截面。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的組件，其特征在于，上述主體還包括內(nèi)含大部分上述主體的上述中心孔的細(xì)長的下面管形的心柱，該心柱具有連接到套筒(其中心限定在上述上口蓋的下端)上的上端和連接到上述中間密封件的上述細(xì)長空心體上端的下端，上述心柱向下延伸到限定在上述口蓋的上述下端上的上述入口外面并設(shè)置成圍繞上述套筒。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的組件，其特征在于，上述許多入口液流控制閥中的每一個閥與上述上口蓋內(nèi)上述入口中的一個以液流連通的形式連接，上述入口液流控制閥被設(shè)置成圍繞上述心柱，并從上述入口向下大體上平行于上述心柱而延伸。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的組件，其特征在于，上述許多個入口液流控制閥中的每一個閥都包括一個限定流道軸向延伸穿過的閥盒、一個位于上述流道相對的兩端之間的環(huán)形閥座，和一個安裝于限定在上述閥座上方的上述流道的上部的活動球狀物，以便在上述環(huán)形閥座上面的打開的未固定位置和下面的關(guān)閉的固定位置之間進(jìn)行軸向運(yùn)動。
22.根據(jù)權(quán)利要求17的組件，其特征在于，上述許多入口液流控制閥中的每個閥還包括連接到上述閥盒底端的流體粗濾盒，它適合于濾出不想要的流體中超過預(yù)定尺寸的固體顆粒，從而防止這些固體顆粒進(jìn)入上述吸入液流控制組件的上述主體中。
全文摘要
可在生產(chǎn)油井套管(C)中處理的地層注射工具(10)包括上面吸入液流控制組件(24)、中間密封機(jī)構(gòu)(26)和下面排放液流控制裝置(28)。上面吸入液流控制組件(24)固定在泵(12)的下端，在油井套管(C)內(nèi)向下延伸直至上面生產(chǎn)地層(P)的下方。隨著泵(12)的上行沖程，上面吸入液流控制組件(24)讓不想要的較重流體(如水)從上面的生產(chǎn)地層(P)向下單向流動，并進(jìn)入上面吸入液流控制組件(24)，同時讓想要的較輕流體(如石油和/或天然氣)從上面的生產(chǎn)地層(P)在油井套管(C)中向上流到地面(G)。中間密封機(jī)構(gòu)(26)于油井套管(C)內(nèi)在上面生產(chǎn)地層(P)和下面處理地層(D)之間形成閉合密封。隨著泵(12)的下行沖程，下面排放液流控制裝置(28)只讓不想要的較重流體從上面吸入液流控制組件(24)向下單向流經(jīng)中間密封機(jī)構(gòu)(26)，并從下面排放液流控制裝置(28)單向流到下面的處理地層(D)中。
文檔編號E21B43/34GK1138361SQ95191165
公開日1996年12月18日 申請日期1995年1月5日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月6日
發(fā)明者米切爾·N·哈梅克, 比爾·亨德森第二克拉侖斯·米切爾 申請人:Mbc股份有限公司