CN100545414C - 用于将处理流体注入到井内的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种将处理流体注入井内的方法和系统，包括一个地面控制的井下安全阀(5)，该阀通过在阀控制导管(8)内改变流体压力进行控制，所述阀控制导管从安全阀延伸至井的井口，其中将处理流体经由阀控制导管(8)至流体注入开口注入井内，所述开口用于将处理流体排入井内；并且设置一个处理流体注入导管(12)，它连接到阀控制导管(8)并且包括所述至少一个处理流体注入开口和一个单向止回阀(13)，所述单向止回阀防止流体从每个处理流体注入开口经由处理流体注入导管流入阀控制导管，处理流体注入导管设置在位于安全阀(5)下面的井部分内，使得至少一个处理流体注入开口位于安全阀下面。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于将处理流体注入到井内的方法和系统。
背景技术
经常可期望将一种处理流体注入原油和/或天然气产生井内。处理流体可包括腐蚀或水合物抑制剂、减粘剂、用于防止硫、沥青或蜡沉淀的化合剂或泡沫产生剂，所述泡沫产生剂抑制冷凝水和/或冷凝物在井的井下聚积。
许多油和/或天然气生产井配有地面控制的井下安全阀(称为SCSSV)，它可被悬挂在生产导管内约100m深处。如果在SCSSV液压控制导管内的液压消失，那么SCSSV自动地关闭，例如由于在地面的油和/或气生产设备的电源中断、从外部对井口的影响或紧急切断动作。
由美国专利4,042,033已知，将一种化学流体在SCSSV上面经由SCSSV的液压控制导管注入生产管道内，该导管正好在SCSSV上面配有一个化学品注入开口。注入的化学品用来产生液压以保持SCSSV打开，并且在SCSSV上面经由单向止回阀排入生产管道内，所述止回阀固定在SCSSV装置的上部。
美国专利文件US-A-5,875,852公开一种封隔器，它具有延伸穿过封隔器的流体传输管线和电传输管线。有关已知SCSSV装置的问题：它不允许将化学品注入SCSSV下面的井部内。该SCSSV装置阻碍了将化学品注入导管从井口悬挂到SCSSV下面的生产管道内的可能性，因为化学注入导管将在紧急情况下形成一种关闭SCSSV的障碍。
本发明的目的是：提供一种用于将处理流体注入井内的方法和系统，该井配有SCSSV至位于该SCSSV下面的并的井下区域。
本发明的另一目的是：提供一种将处理流体注入井内的方法和系统，该井配有SCSSV，使得仅最小量的液压控制和化学品注入导管存在井内，并且使得它们在井眼内仅产生最小的障碍。
发明内容
根据本发明，提供一种用于将处理流体注入井内的方法，包括一个地面控制的井下安全阀，该安全阀通过在阀控制导管内的改变流体压力进行控制，所述阀控制导管从安全阀延伸至井的井口，本方法包括：
将处理流体经由阀控制导管至流体注入开口注入井内，所述注入开口用于将处理流体排入井内；
其特征在于：设置一个处理流体注入导管，该导管连接到阀控制导管并且包括所述至少一个处理流体注入开口和一个单向止回阀，该止回阀防止流体从每个处理流体注入开口经由处理流体注入导管流入阀控制导管，所述处理流体注入导管设置在位于安全阀下面的井部分内，使得至少一个处理流体注入开口位于安全阀下面。
本发明也提供了一种用于将处理流体注入井内的系统，包括一个地面控制的井下安全阀，该安全阀通过在阀控制导管内改变流体压力进行控制，该阀控制导管从安全阀延伸至井的井口，该系统包括一个包含至少一个处理流体注入开口的阀控制导管，所述处理流体注入开口将处理流体排入井内；并且该系统另外还包括：
用于将处理流体注入井内的处理流体注入导管，该处理流体注入导管连接到阀控制导管，并且该处理流体注入导管包括所述至少一个处理流体注入开口和一个单向止回阀，该单向止回阀防止流体从每个处理流体注入开口经由处理流体注入导管流入阀控制导管，并且其中处理流体注入导管设置成延伸至位于安全阀下面的井部分内，使得至少一个处理流体注入开口位于安全阀下面。
合适的是，至少一个处理流体注入开口位于安全阀下面的大的距离处。
合适的是，所有处理流体注入开口位于安全阀下面，尤其位于安全阀下面的大的距离处。
按本发明的方法和系统的优选的实施例，安全阀(SCSSV)安装在生产管道内，尤其在气并的生产管道内。然后合适的是，处理流体注入导管从安全阀悬挂至安全阀下面的生产管道内，使得至少一个处理流体注入开口位于安全阀下面的大的距离处。该距离例如100m或更长。处理流体尤其可包括一种发泡剂。
在这种情况下，处理流体注入导管可以在几千米长度上通过安全阀下面的生长管道延伸，选择地延伸至井眼底部附近的流入区域内。发泡剂可包括表面活性剂，该表面活性剂在液相下通过阀控制和处理流体注入导管注入并且如果它在井内与产生的天然气的水分混和，那么产生泡沫。
处理流体也可包括这样一种化合物，优选烷基金属，即它与存在于井内的液体反应以形成包含固体的反应物。
优选的是，阀控制导管包括一个细长的阀控制导管上部和一个短的阀控制导管下部，所述阀控制导管上部在井口与生产管道内的一个开口之间延伸通过一个在生产管道与套筒之间的环形空间，所述阀控制导管下部延伸通过安全阀壳体并且连接于一个液压安全阀控制机构，该机构构造成：如果在阀控制导管下部内的处理流体的压力在一个预定的临界压力以上，那么维持安全阀在一个打开位置上；并且如果所述流体压力在所述预定的临界应力以下，那么关闭安全阀。
在这种情况下，安全阀可被可收回地安装在生产管道内并且处理流体注入管道有一个上部和一个细长的弹性下部，所述上部通过安全阀壳体，连接到安全阀控制导管下部并且包括单向止回阀；所述下部从安全阀壳体的下端部悬挂至安全阀下面的生产管道内。
优选的是，单向止回阀构造成如果通过单向止回阀的压力差在一个触发压力以上，该触发压力显著地高于临界压力，那么单向止回阀打开，使得：
如果适中的流体压力维持在阀控制导管内，使得超过临界压力，但不超过触发压力，那么安全阀打开，但止回阀关闭，使得气体经由井产生，但是没有处理流体经由处理流体注入导管注入井内；并且
如果一个高的流体压力维持在阀控制导管内，那么触发和临界压力都被超过，使得安全阀和止回阀都打开，并且气体生产到地面并且处理流体经由处理流体注入导管注入到生产的气流内。
安全阀(SCSSV)可以是一种舌形阀，或可选择地是一种球阀，并且可配有弹簧机构，该弹簧机构构成：如果在安全阀控制导管下部内的处理流体压力低于临界压力，那么关闭阀。
按本发明的方法和系统的这些特征以及其它特征、优点和实施形式描述于附属的权利要求、摘要以及参照附图的详细说明。
附图说明
图1是一个其内安装了SCSSV的生产管道的示意纵剖面图，其中，处理流体经由SCSSV控制导管和处理流体注入导管在SCSSV下面注入到生产管道中，所述处理流体注入导管从SCSSV处悬挂。
具体实施方式
图1示意显示本发明的一种实施形式。生产管道1悬挂在一个天然气生产井1a内，由此在生产管道1与井下套筒3之间存在一个环形空间2。井下套筒3用水泥粘结或者以其它方式固定在井下地层4内。
一个地面控制的井下安全阀(SCSSV)5固定在生产管道1内。SCSSV 5可以固定到生产管道，使得它可以例如通过钢丝收回并且靠放在一个联顶凸肩(landing shoulder)上。它也可以被安装在一个可收回的管道内，并且然后优选设有一个独立的联顶凸肩用于另一可地面收回的SCSSV，作为在失灵的情况下的备份选项。一组密封环6形成一个围绕SCSSV 5的管状壳体的密封环形腔室7。腔室7提供安全阀控制导管8的上部8A与安全阀控制导管8的下部8B之间的流体连通，所述上部延伸通过环形空间2从井口(未示出)到生产管道1内的开口9。所述下部8B延伸通过SCSSV 5的壳体朝向液压的活塞和缸组件10，该组件操纵衬套11A以释放SCSSCV 5的舌形阀体11。
舌形阀体配有一个弹簧(未画出)，它将舌形阀体向上推入到生产管道1内的一个横向位置上(虚线所示)，使得如果在所述下部8B内的压力低于预定的临界压力时SCSSV关闭，并且使得如果所述压力超过预定的临界应力时阀体11被活塞10和衬套11A按压进入到一个如图1所示的平行于生产管道1纵轴线的位置上，使得SCSSV 5打开并且允许天然气流通过生产管道1流到地面。
SCSSV控制导管的下部8B连接到一个处理流体注入导管12。处理流体注入导管12的上部12A延伸通过SCSSV 5的壳体并且在该上部内设置一个单向止回阀13，所述单向止回阀防止流体从处理流体注入导管向上流动进入到SCSSV控制导管的下部8B。
处理流体注入导管另外还包括一个流体排泄口15。在该实施例中，流体排泄口形成了处理流体注入导管的细长弹性下部12B的下端部，它从SCSSV 5的壳体底部悬挂进入生产管道1的SCSSV 5下面的部分内。
单向止回阀13设有弹簧，该弹簧构造成如果通过止回阀的压力差低于一个确定的开关值，那么弹簧将止回阀13关闭，如果通过单向止回阀13的压力差已经到达一个预定的触发值，那么通常实现这一点。
所述触发值被挑选出超过使SCSSV 5关闭的临界值，使得如果在SCSSV控制导管的下部8B(并且从而也在流体注入导管12A的最上部)内维持低的流体压力，那么不但SCSSV 5而且单向止回阀13都关闭；而如果在所述下部8B内维持适中的流体压力，那么超过临界压力，但是触发压力没有被超过，使得SCSSV 5打开，但是单向止回阀13关闭；并且当在所述下部8B内维持高的流体压力时，不但临界压力而且触发压力差都被超过，并且SCSSV 5和单向止回阀13都打开。在这种情况下，在井口泵入到SCSSV控制导管内的处理流体被允许经由所述SCSSV控制导管和处理流体注入导管以及一个或多个处理流体排泄口15流入到SCSSV 5下面的生产管道1内。
处理流体排泄口15可以按选定的间隔沿着处理流体注入导管的下部12B的长度布置，使得处理流体以不同的深度间隔沿着生产管道1的长度在SCSSV 5下面注入。
处理流体可以包含一种发泡剂，例如肥皂或类似的表面活性剂，如果它与可以聚积在井底部的冷凝水或其他冷凝物混和，那么它产生泡沫，并且所述泡沫与所述冷凝水或其他冷凝物相比具有较低的密度和较大的表面积并且与天然气流混合并生产到地面上。使用在气井内的合适的发泡剂可以包括聚乙二醇硫酸盐(polyoxylakylene sulfate)、烷基季铵盐(alkyl quarternay ammonium salt)、内铵盐(betine)或苯基甲烷烷氧的烷基酚(axyalkylated alkylphenol)，他们包含于包括乙二醇和乙醇的溶解剂组份(solvent package)内。
处理流体也可以包括减粘剂和/或水合物或腐蚀抑制剂和/或蜡、沥青烯、生水垢(scale)和/或其他防垢剂或这些物质的组合。处理流体也可以包括不同化合物的混和物。
本发明也提供一种用于处理井的方法，其中将处理流体注入到井眼内，该处理流体包括用于降低井内液柱高度的化学处理化合物。处理流体可以特别经由阀控制导管和处理流体注入导管注入。
很多气井尤其在邻近其生产寿命结束时遭受积液(loading)。在该阶段，在周围地层内的压力已经显著下降，并且气体流量相应下降。在一定的临界流量以下，液体开始从生产的气体混合物中滴出，并且该过程因积液而公知。气井积液上升(load-up)频繁导致在压力耗尽的储层内的井的废弃。
液体可以通过在井眼内冷凝而形成，或来自于水的流入。如果液体开始积聚，那么它会将背压施加到地层上，它可以影响井的生产能力。在低压井内液体可以完全毁掉井；在较高的流动压力的井内，可能出现堵塞或气体/液体的交替生产。
该问题的新的解决方案是将处理化学品注入井内，它与液体反应以形成固体以及选择地形成气体，所述固体下沉到并的底部。该固体比液体具有明显更高的密度，因此降低了井内的积液。
到该末端的合适的处理流体包括烷基金属(metal alkyl)，例如AlR3、BR3、MgR2、ZnR2或类似化合物，其中R是烷基，例如甲基、乙基、丙基等，烷基铝(Al-alkyl)特别是大量生产型化学品、是便宜且容易获得的、是纯的或在溶液中的。
烷基金属与水瞬间反应，以形成金属氧化物和烷烃。金属氧化物会下沉到井底部。整个反应减小体积典型地为95％，因此延长了遭受积液的井的寿命。
典型的反应如下：
2Al(C2H5)3+3H2O→Al2O3↓+6C2H6↑
氧化铝沉淀在井底部，并且乙烷气体生产到地面。为了控制反应性，烷基金属可以被稀释在碳氢化合物流体中。不同R基的选择也可以影响与水的反应性。
表1总结了三甲基铝和三乙基铝与水的反应结果，以及相关的体积减小。
表1
| 水 | AlR<sub>3</sub> | AlR<sub>3</sub> | 气体 | 气体 | 氧化铝 | 体积减小 |
| m<sup>3</sup> | m<sup>3</sup> | m<sup>3</sup>(80℃，50巴) | m<sup>3</sup> | ％ | ||
| 1 | 所有的R ＝甲基 | 3.6 | 甲烷 | 54 | 0.048 | 95 |
| 1 | 所有的R ＝乙基 | 5.1 | 乙烷 | 54 | 0.048 | 95 |
处理流体优选在液相通过SCSSV控制和处理流体注入导管8和12注入，但是也可以在气相通过所述导管注入。在这种情况下，注入的处理流体可以作为举气(lift gas)注入到SCSSV 5下面的生产管道1内，以降低生产的粘性原油流的密度并且提高原油生产。
需要时，处理流体注入导管的下部12B可以通过在SCSSV壳体内的未画出的联顶接头(landing nipple)被可收回地固定在处理流体注入导管的上部12A。在这样一种情况下，处理流体注入导管的下部12B通过钢丝工具或井下机器人下降通过打开的SCSSV 5并且结合到联顶接头上。
处理流体注入导管的下部12B可以是钢导管，它可以是几千米长并且外径小于1厘米，优选小于0.5厘米。这种细长的小直径的导管仅包含相对较小量的处理流体。这防止在处理流体注入导管12内的化学降解和可能的堵塞。如果小直径的处理流体注入导管的下部12B被损坏，仅有小量的处理流体立即释放到井眼内，不会导致地层破坏或者阻碍生产。
Claims (23)
1.一种将处理流体注入井内的方法，包括一个地面控制的井下安全阀，该阀通过在阀控制导管内改变流体压力进行控制，所述阀控制导管从安全阀延伸至井的井口，该方法包括将处理流体经由阀控制导管至流体注入开口注入井内，所述开口用于将处理流体排入井内；
其中，设置一个处理流体注入导管，它连接到阀控制导管并且包括所述至少一个处理流体注入开口和一个单向止回阀，所述单向止回阀防止流体从每个处理流体注入开口经由处理流体注入导管流入阀控制导管，其特征在于：处理流体注入导管设置在位于安全阀下面的井部分内，使得至少一个处理流体注入开口位于安全阀下面。
2.按权利要求1的方法，其特征在于：至少一个处理流体注入开口位于安全阀下面的大的距离处。
3.按权利要求1或2的方法，其特征在于：处理流体注入导管从安全阀处向下悬挂使得至少一个处理流体注入开口位于安全阀下面至少100m处。
4.按权利要求1或2的方法，其特征在于：安全阀安装在井的生产管道内，并且其中处理流体注入导管悬挂在生产管道内。
5.按权利要求1或2的方法，其特征在于：处理流体包括发泡剂。
6.按权利要求5的方法，其特征在于：处理流体注入导管延伸通过安全阀下面的生产管道，并且发泡剂包含表面活性剂，该表面活性剂在液相下通过阀控制和处理流体注入导管注入，并且如果它在生产管道内与生产的天然气的水分混和就会产生泡沫。
7.按权利要求1或2的方法，其特征在于：阀控制导管包括一个细长的阀控制导管上部和一个短的阀控制导管下部，所述阀控制导管上部在井口与生产管道内的一个开口之间延伸通过一个在生产管道与套筒之间的环形空间，所述阀控制导管下部延伸通过安全阀的壳体并且连接到一个液压安全阀控制机构，该机构构造成：如果在阀控制导管下部内的处理流体与在流动通过安全阀时的井内流体之间的压力差在一个预定的临界压力差以上，那么将安全阀维持在一个打开位置上；并且如果所述压力差在所述预定的临界压力差以下，那么关闭安全阀。
8.按权利要求7的方法，其特征在于：安全阀可收回地安装在生产管道内并且处理流体注入导管具有一个上部和一个细长的弹性下部，所述上部穿过安全阀壳体，连接到安全阀控制导管下部并且包括所述单向止回阀，所述弹性下部从安全阀壳体的下端部悬挂到安全阀下面的生产管道内。
9.按权利要求1或2的方法，其特征在于：处理流体包括与存在于井内的液体反应以形成含有固体的反应物的化合物。
10.按权利要求4的方法，其特征在于：所述井是气井。
11.按权利要求4的方法，其特征在于：处理流体注入导管通过生产管道进入到井的流入区域内。
12.按权利要求6的方法，其特征在于：处理流体注入导管延伸至井的流入区域内。
13.按权利要求9的方法，其特征在于：所述化合物是烷基金属。14.用于将处理流体注入井内的系统，包括一个地面控制的井下安全阀，该阀通过在阀控制导管内改变流体压力进行控制，所述阀控制导管从安全阀延伸至井的井口，该系统包括所述阀控制导管和至少一个用于将处理流体排入井内的处理流体注入开口；该系统还包括：
用于将处理流体注入井内的处理流体注入导管，该处理流体注入导管连接到阀控制导管，并且该处理流体注入导管包括所述至少一个处理流体注入开口和一个单向止回阀，所述单向止回阀防止流体从每个处理流体注入开口经由处理流体注入导管流入阀控制导管，其特征在于：处理流体注入导管设置成延伸到位于安全阀下面的井部分内，使得至少一个处理流体注入开口位于安全阀下面。
15.按权利要求14的系统，其特征在于：所述至少一个处理流体注入开口位于安全阀下面的大的距离处。
16.按权利要求14或15的系统，其特征在于：所述处理流体注入导管从安全阀向下悬挂，使得至少一个处理流体注入开口位于安全阀下面至少100m处。
17.按权利要求14或15的系统，其特征在于：安全阀安装在井的生产管道内，并且处理流体注入导管悬挂到生产管道内。
18.按权利要求14或15的系统，其特征在于：处理流体注入导管在安全阀下面在生产管道的至少1000m的长度上延伸。
19.按权利要求14或15的系统，其特征在于：阀控制导管包括一个细长的阀控制导管上部和一个短的阀控制导管下部，所述阀控制导管上部在井口与生产管道的一个开口之间延伸通过在生产管道与套筒之间的环形空间，所述阀控制导管下部延伸通过安全阀壳体并且连接到一个液压安全阀控制机构，该机构构造成：如果在阀控制导管下部内的处理流体与安全阀区域内的井内流体之间的压力差在一个预定的临界压力差以上，那么维持安全阀在一个打开位置上；并且如果所述压力差在所述预定的临界压力差以下，那么关闭安全阀。
20.按权利要求19的系统，其特征在于：安全阀可收回地安装在生产管道内并且处理流体注入导管具有一个上部和一个细长的弹性下部，所述上部穿过安全阀壳体，连接到安全阀控制导管下部并且包含所述单向止回阀，所述下部从安全阀壳体的下端部悬挂到安全阀下面的生产管道内。
21.按权利要求20的系统，其特征在于：处理流体注入导管的细长的弹性下部包括处理流体注入开口，所述处理流体注入开口按选定的间隔沿着所述弹性下部的长度分布，并且设有压载物和可膨胀的夹紧装置，所述夹紧装置构造成向生产管道的内表面膨胀并且在安全阀下面的生产管道部分内将处理流体注入导管的弹性下部维持在一个基本上伸展的位置上。
22.按权利要求14或15的系统，其特征在于：安全阀是舌形阀。
23.按权利要求17的系统，其特征在于：所述井是气井。
24.按权利要求17的系统，其特征在于：处理流体注入导管通过生产管道进入到井的流入区域内。
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