CN101248250A

CN101248250A - 一台动力单元设备上的组合的氮发生系统和井维护流体系统

Info

Publication number: CN101248250A
Application number: CNA2006800312007A
Authority: CN
Inventors: 詹姆斯·B·克劳福德
Original assignee: P E T International Inc
Current assignee: P E T 国际公司; P E T International Inc
Priority date: 2005-07-16
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2008-08-20
Also published as: WO2007011812A1; JP2009501858A; MX2008000793A; EP1963621A1; BRPI0612864A2; US20090151927A1; CA2615633A1

Abstract

一种处理油井和/或气井的组合系统，包括单个运输装置，其上安装有：单个原动机，用于向安装在所述运输装置上的泵和马达操作提供原动力；氮发生器，其可以从地球大气中收集气态氮；和用于向井孔中泵送流体的流体泵送系统，所述氮发生器和所述流体泵送系统通过导管互相连接并包括响应所述引擎操作的动力传输装置。

Description

一台动力单元设备上的组合的氮发生系统和井维护流体系统

技术领域

本发明一般涉及利用来自大气的氮来处理油气井，以提高所述井的产能，具体涉及在单独单元中设置将高压氮和化学品泵送到被处理井中的全部设备和附件。

背景技术

本领域已知在操作之前进行工作，利用气态氮来去除沙子和/或水或者其他阻碍生产的障碍物。现有技术没有认识到可以在单体、相对较小的单元中设置全部设备和附件，来进行氮发生维护并将化学品压力泵送，以处理所述井。

美国专利6,230,805教导了一种液压断裂方法，其中至少两种单独的断裂流体组分泵送到井下，其中一种组分在盘管内泵送到井下，但是该专利未教导如何以全部设备由共用引擎提供动力的单体紧凑单元实现这种效果。

在陆地上，现有技术通常将两台甚至三台拖拉机-拖车牵引到待处理的井，一台具有液氮罐或占地面积较大的氮发生单元，一台具有氮泵送单元，一台具有用于酸和其他化学品的高压泵送单元。对多台拖拉机-拖车的需求，增加了运输成本并增加了将所述单元牵引到所述井和运行这种维护所需的人员。

美国专利6,273,188教导了安装在拖车上的盘管钻塔。

美国专利6,702,011，同为本发明人所有，教导了在一台拖拉机/拖车设备上组合氮处理系统和盘管系统。

类似于本发明，设置了单台拖拉机拖车单元，其中拖拉机本身驱动多个液压马达，这些液压马达控制与氮系统关联的泵和马达，这些泵和马达用来向井注射氮，但是与本发明不同，该专利没有披露设置井维护流体罐、混合器和泵。相反，设置了升降设备单元和盘管注射单元。与本发明不同，该氮系统优选类型是液氮罐，尽管也披露了替代方案，其中以一个或多个从地球大气中收集氮的氮发生器取代液氮系统。但是，该专利未如本发明那样披露氮可以与同一拖拉机-拖车单元提供的井维护流体混合，而是所述氮经过盘管单元泵送到接受处理的井中，或者直接泵送到井口。

PCT申请US2004/034521，同为本发明人所有，教导了一种氮处理系统、流体系统和盘管系统位于一个单元内的三合一系统。与本发明相同，设置了单台拖拉机-拖车或舰船单元，其中单个引擎驱动多个液压马达，这些液压马达控制与氮系统和流体系统关联的泵和马达，这些泵和马达用来向井中注射氮和流体，但是与本发明不同的是，还设置了盘管系统，这样将动力需求提升到本发明的需求之上。所披露的仅有的用于向井泵送流体的装置是借助盘管系统，且没有披露直接向井中注射井维护流体。而且，也没有披露流体混合罐(化学罐，一种罐中罐——双壁)。

与本发明具有相同功能的离岸现有技术中，除了本发明人的现有技术以外，都较大且昂贵并需要多台卡车拖拉机和拖车，或者多艘拖船或舰艇或更大更昂贵、吃水更深、仅能从很少的位置启航或抵达很少位置的拖船或舰艇。

现有技术中的单元具有永久连接到运输单元的部件。如果需要更换或升级任何部件，这样就会出现问题。因为氮发生技术在进步，所以尤其希望具备部件升级能力，但是现有技术中还没有这样的能力。

本发明的主要目的是提供一种小单元，其可以安放在单台拖拉机-拖车或小拖船或舰艇上，以提供氮发生系统，并将高压氮和酸或其他化学品的组合物泵送到井中。

发明内容

附图说明

图1是拖拉机单元和拖车的一部分的正面示意图，所述拖车的一部分带有在T形接头处连接到排放线路的氮发生设备；

图2是图1中拖车另一部分的正面示意图，示出了用于井维护流体的储存、混合以及泵送设备，并示出了所述设备在氮发生设备所连接的同一个T形接头处连接到排放线路；

图3以方块图示出了根据本发明用于以氮处理井的各种系统；

图4是三个氮发生器的示意图；

图5是利用膜技术从大气中提取氮的示意图；和

图6是可拆卸地连接到运输装置的部件的示意图。

具体实施方式

图1示出了具有原动机诸如汽油引擎或柴油引擎的拖拉机10，其用于牵引图1和2所示的拖车20。所述拖拉机的引擎分别驱动拖拉机10上如图1和2所示的全部部件以及拖车20。拖拉机10的车架11例如可以是集装箱列车(Freightliner)。拖拉机10还具有液压罐12和罐夹具单元13，该单元将所述液压罐固紧到所述车架。液压泵14具有耦接件和连接到其一端的驱动机构。耦接件16连接到传动箱和驱动轴机构17。液压泵18是拖拉机组件10中许多液压泵其中之一，且还包括组件19内的各种液压泵。应该理解，由位于拖拉机车架10上的液压泵驱动图2中与拖车20一起示出的全部机构。组件15是包括离合皮带轮的液压泵，所述离合皮带轮受到位于拖拉机10内的原动机驱动。拖拉机底盘21具有组件22，其用于将拖拉机连接到如图2所示的拖车。

拖车底盘30借助机构22连接到拖拉机底盘21。安装在拖车底盘30上的是馈送空气系统32，其连接到氮膜33。馈送空气系统32和氮膜一起用作氮发生器31(也示于图5)，该氮发生器从大气中提取氮以消除对运输和填充氮罐(以及相关成本)的需求。优选实施例的氮发生器31使用膜33(还在图6中具体示出)，以允许来自地球大气的富氮空气连续馈送到集束壳体(bundle housing)中。所述空气到达膜纤维集束的中心，气体在这一点主要由气态氮构成。氮聚集在集束中心的心轴中。当空气经过膜纤维集束的时候，氧和其他固定气体(fastgas)随着经过所述纤维而穿过膜纤维壁，在端部被收集。氧气、水蒸气和其他固定气体被持续收集并从集束中去除，于是留下可用的氮，注入到接受处理的井中。这一过程在附近环境压力和温度条件下进行。该实施例的优势在于，可以在井地点提供大量的氮，用来泵送到井中，而不需要以液态或气态形式运输全部体积的氮到井地点。该优选实施例的氮发生器利用比发明人所知的现有技术更小的占地面积(footprint)实现了氮发生。然后氮流到氮升压压缩机38，将干燥氮压缩到希望的压力。然后将氮泵送到T型接头39，与流体或流体混合物诸如酸混合，然后生成的混合物进入排放线路40。

现在参照图2，安装在拖车底盘30上的是化学品储存罐42，其将化学品供应到混合罐44，化学品在该混合罐中混合。混合的化学品首先流到离心泵46，然后流到井维护流体泵48。混合的化学品流到T型接头39，所述混合的化学品在这里与氮混合，生成的混合物流入排放线路40。生成的混合物从排放线路可以经过任何盘管单元流到井口，或者直接流到井口。

现在参照图3，这里以方块图示出了图1和图2所示的一些部件。氮空气馈送系统32具有连接到液压泵64输入端的输出端。原动机70可以是汽油动力引擎或柴油动力引擎，具有返回线路74。液压泵90连接到液压马达92，该马达用来驱动所述返回线路74。

另一个液压泵96驱动马达98来驱动图2所示的升降设备46。

另一个液压泵100驱动马达102来给图2所示的混合罐提供动力。

应该理解，原动机70驱动每一个液压泵64、90、96和100，如线路106所示。除了原动机70外，液压泵64、90、96和100优选由一条或多条皮带驱动，所述皮带可以根据需要与离合皮带轮一起使用。同样由原动机70驱动的压缩机单元108在驱动线路106之外运行，以协助将液体氮保持在其所希望的温度。

应该理解，虽然原动机70显然定位在拖拉机上，并且这也是所希望的，且氮发生系统和井维护流体系统优选定位在拖车上，但是根据需要，图3所确定的大部分其他元件也可以位于拖拉机和/或拖车上。本发明的重要特征在于，认为图3所示的全部元件定位在联合的拖拉机/拖车结构上，而不需要使用另一台拖拉机或者另一台拖车。

图4所示的氮发生器从大气中提取氮，这样消除了运输和填充氮罐的成本。一些这种氮发生器采用了膜，如图5所示，所述膜允许来自地球大气的富氮空气持续馈送到集束壳体中。所述空气到达膜纤维集束的中心，在这一点上空气主要有气态氮构成。氮收集在集束中心的心轴中。当所述空气经过膜纤维集束时，氧和其他固定气体随着它们经过所述纤维而穿过膜纤维壁，在端部被收集。氧气和其他固定气体被持续收集并从所述集束去除，于是留下可用的氮，用于注射到接受处理的井中。通过堆叠多个这种氮发生器，提供了流动能力增大的可用体积。

现在参照图6，每个部件(混合罐44、原动机70(带有燃料泵400)、带有液压压缩机38的氮发生器41、以及化学品储存罐42)借助连接件300可拆卸地连接到运输装置30。这使得可以更换或升级任何部件。由于氮发生技术的进步，尤其希望具备部件升级能力。在不远的将来，希望使用更少燃料、效率更高的压缩机投入市场。还可以将氮发生器替换成氮罐，反之也可以。

作为独立单元的氮发生器31市场上可以买到。就发明人知识的最大范围而言，现有技术中在单个拖拉机-拖车上将氮发生器与流体泵送混合相结合并且全部由单个原动机提供动力的结构尚未出现，而且就发明人所知，本发明优选实施例较之任何功能同等物具有更小的占地面积。

本发明优选实施例可以用在任何需要压力泵送各种化学品的应用场合，包括但不限于：

-完井；

-修井；

-欠平衡钻井；

-井维护；

-改善油料回收；

-工厂脱气和清洗；

-采矿；

-以氮清洗管路；

-深水舰艇应用；

-LNG&LPG罐和设施；

-氮气提升，当井压力不足(井底压力不足以进行生产)时从井提升流体。

该优选实施例可以作为单独单元操作或与单独的盘管单元一起操作，并且也与任何盘管单元相适应。在与单独的盘管单元一起工作时，将该优选实施例的排放线路40与所述盘管单元连接，允许所述盘管单元向井中泵送氮和化学品混合物。

作为单独单元，不用盘管，所述优选实施例可以进行井维护：

-硝化酸；

-氮置换；

-管路测试；

-管道测试；

-酸化；

-洗井；

-固定淤沙；

-打石蜡(parafins)。

连接到单独的盘管单元，所述优选实施例可以：

-泡沫清洗；

-氮喷射；

-使酸硝化；

-氮抑制剂。

所述优选实施例的一项优势在于，其可以利用一个拖拉机-拖车来工作，以前则需要三个拖拉机-拖车：液氮罐运输机车、带有用于其他化学品和酸的高压泵送系统的第二拖拉机拖车和带有氮泵送单元的第三拖拉机拖车。由于该实施例允许一个拖拉机-拖车来做以前需要以必要软管和导管连接在一起的若干拖拉机-拖车来做的事，所以节省了将单独单元管接在一起的时间和花费。避免了在装配到井之前管接全部三个系统。也避免了完井之后拆开和装载全部导管，节省了额外的时间和劳力。在现有技术需要三台拖拉机-拖车和三天时间的场合(安装、井处理和拆解各一天)，所述优选实施例可以用一台拖拉机-拖车在一天之内完成同样的工作。也避免了运输液体的危险，这种危险是爆炸危害。还避免了与导管和软管关联的断路危害。

所述优选实施例在野外场合更具有优势，此时液氮是昂贵稀有的，或者极其难于运输到井口。

应该注意，虽然至此所述的实施例安装在拖拉机-拖车的引擎上并使用该引擎，但是本发明还可以安装到撬(skid)上并由诸如舰船引擎的原动机提供动力，并且同样适合离岸应用。由于其占地面积较小，所以本发明允许以更小更便宜、吃水更浅的拖船或舰艇替换较大且昂贵的拖船或舰艇。

尽管以上通过参照说明书和附图披露的本发明优选实施例说明了本发明，但是在不背离本发明的条件下还可以制作本发明更多的实施例。因此，本发明的范围应该仅由附带的权利要求书来限定。

Claims

1.一种用于处理油井和/或气井的组合系统，包括：

a.运输装置，其上安装有：

i.单个原动机，其用于为安装在所述运输装置上的泵和马达的操作提供原动力；

ii.具有气态氮收集能力的氮发生器，其用于从地球大气中收集氮；和

iii.用于向井孔中泵送流体的流体泵送系统，

b.所述氮发生器和所述流体泵送系统各自通过导管互相连接并响应于所述原动机的操作。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述运输装置包括拖拉机-拖车。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述运输装置包括舰船。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述运输装置包括撬。

5.如权利要求1所述的系统，进一步包括用于将所述流体泵送系统连接到盘管单元的连接件。

6.如权利要求1所述的系统，进一步包括酸罐，且所述流体泵送系统包括高压泵。

7.如权利要求1所述的系统，进一步包括流体混合罐，所述流体混合罐、所述氮发生器以及所述流体泵送系统各自通过导管互相连接并响应所述原动机的操作。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，以单个控制面板控制全部部件。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，包括所述氮发生器在内的所述部件可拆卸地连接到所述运输装置，以使可以更换各个部件。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氮发生器不大于标准液氮罐。