CN101449025A - 井用维修组合单元 - Google Patents
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Abstract
一种单个井用维修组合单元，包括：液压歧管，所述液压歧管可去除地连接到所述外部动力源的动力输出装置以驱动多个液压泵和马达，所述液压泵和马达控制多个井用维修单元，所述多个井用维修单元被安装在所述组合单元上，所述井用维修装置可通过管件互相连接。
Description
技术领域
本发明一般地涉及对油井和天然气井的处理，所述油井和天然气井利用流体以增加井的生产能力，并且更具体地，涉及为油井和天然气井的处理提供装置和设备，所述装置和设备将多单元组合成被外源动力驱动的单个单元，所述多单元可包括连续油管(coiled tubing)、氮发生器、流体泵，混合罐、线路检查、以及其它单元。
背景技术
在本技术领域中已知，使用自供动力的单元为油井和天然气井的生产提供使用气体氮以去除沙和/或水或其它障碍物的油井维修操作和线路检查操作。现有技术还没有认识到要求最小安装/拆卸时间的单个较小的无发动机的单元能够设有所有的设备和附件，用于接进现场动力源以运行组合的并综合的系统，所述组合的并综合的系统可以包括以下的一个或多个：连续油管单元，氮发生器，流体泵，混合罐，和线路检查单元，以及其它单元。
现有技术等效的典型地将多至五个运输单元(牵引车、驳船或船)停泊到被处理的井，一个具有连续油管单元的运输单元；一个具有液氮罐或大占地面积的氮发生器单元的运输单元；一个具有氮泵送单元的运输单元；一个具有用于酸和其它化学物质的高压泵送单元的运输单元；以及一个分离的线路单元。或者，现有技术可以具有非常大的船或驳船，所述船或驳船具有多单元，每一个单元有其自身的动力源。分开的，用于每个单元的专用的动力源激烈地增加必须被运输的质量和体积。当前的动力单元是马力限制的，限制每个都可以驱动的设备。传统地，上述五个单元的每个都具有其自身的发动机。甚至来自单个发动机的液压动力歧管以驱动多单元，马力限制多少单元能被综合。多(或更大的)运输单元的要求增加运输的成本、时间，以及将所述单元运到所述井的要求的人员和运行这些的服务。
本发明人的美国临时专利申请60/699759教导一种单个较小的自供动力的单元，所述单元具有用于运行氮发生器系统和压力泵送化学物质所有设备和附件以处理的井。
美国专利6,230,805(Vercaemer)教导一种水力压裂的方法，其中至少两个分离的压裂流动成分被泵送向下钻进，但是没有教导如何用单个紧凑单元实现，所述的成分中的一个在连续油管内被泵送向下钻进，所述紧凑单元中所有的设备被现场发动机供能，并且也为连续油管操作和线路检查供能。
美国专利6,273,188(McCafferty)教导一种安装在连续油管钻探设备的拖车。
本发明人的美国专利6,702,011教导在一个牵引车/拖车设备中的组合的氮处理系统和连续油管系统。提供一种单个牵引车—拖车单元，其中牵引车自身驱动多个液压马达，所述液压马达用于控制与氮系统相联的泵和马达，所述氮系统用于将氮注入到井中。也提供一种起重机单元和一种连续油管注射单元。与本发明不同，没有进行公开用于线路检查、井用维修流体箱，搅拌器和泵的供应。与本发明不同，优选的氮系统类型是液态氮罐，尽管可替代的模式被公开，其中所述液态氮系统被一个或多个的氮发生器代替，所述氮发生器从地球大气中收集氮。然而，没有公开，如本发明中，氮能够被与同样的单元提供的井用维修流体混合。
本发明人的PCT申请US2004/034521教导一种三合一的氮处理系统、流体系统以及连续油管系统合为一个单元。提供单个牵引车—拖车或海运单元，但是不同与无发动机的本发明，机载的发动机驱动多个用于控制泵和马达的液压马达，所述泵和马达与用于将氮和流体注入到井中的流体系统和氮系统相联。与本发明相同，也提供连续油管系统。仅被公开用于将流体泵入井中的装置是通过连续油管系统，并没有进行公开将井用维修流体直接注入井中，以及没有公开流体混合罐。同样，没有提供线路检测的装置。
与本发明具有相同功能的离岸现有技术更大，更贵，并要求不是多驳船或船，就是更大、更贵的驳船或船，所述多驳船或船需要额外的时间和花费用来安装和拆卸船到船的管件，所述更大、更贵的驳船或船具有更深的吃水深度并且因而能够离开并到达更少的地点。
本发明的主要目的是提供小的无发动机的单元，所述小的无发动机的单元能够被设置在单个小驳船或船或单个牵引车—拖车或湿地越野车(marsh buggy)上，并使用现场动力供应以提供给线路检查操作、连续油管操作，和氮生成以及泵送高压氮和酸或其它化学物质的化合物到井中。本发明在湿地越野车上的结构能够与在驳船或船上的结构是几乎同样的。据本发明人所知，多单元的组合在现有技术中是未知的，所述多单元例如线路，连续油管单元，具有在单个运输单元上流体泵送和混合的氮发生器以及所有都被外部动力源通过单个机载的定制的液压歧管驱动的单元。
发明内容
一种单个小型无发动机的井用维修单元包括：
可去除地连接到现场动力源以驱动多个液压马达的定制液压歧管，所述液压马达控制以下单元和其它单元中的若干单元：
线路检查单元；
连续油管单元；
注射器；
一个或多个收集地球大气中的氮的氮发生器；
酸泵；
高压泵；
酸罐；
混合罐；
组合氮和流体泵送单元；以及
与油田维修相联的其它泵和马达，所述油田维修要求压力泵送多种化学物质到井下，所述泵、马达、罐、氮发生器和连续油管可通过管件互相连接。
附图说明
图1是105级自升式钻塔船(jack-up boat)的布置顶视图，所述105级自升式钻塔船具有定制的液压歧管、线路检查单元、连续油管设备、起重机、混合罐、储存箱、具有动力装置的流体泵、操作控制台以及氮发生设备；
图2是图1的船的甲板的立视结构侧视图，示出被连接到排出管道于T形物(Tee)处的氮发生设备，和被连接到所述排出管道于T形物(Tee)处的用于井用维修流体的储存、混合和泵送的设备；
图3在结构图中示出根据本发明的用于用氮和井用维修流体处理井的多种系统；
图4是三氮发生器的示意图；以及
图5是被用于将气态氮从大气取出的膜技术的示意图。
具体实施方式
现在参照图1，示出具有汽油发动机或柴油发动机的自升式钻塔船10的顶视图。氮发生器31(也在图4中示出)安装在船甲板30上，所述氮发生器31从大气中提取氮以消除运输氮箱和填充氮箱的需要(以及相关联的成本)。化学物质储存箱42安装在船甲板30上，所述化学物质储存箱42向化学物质被混合的混合罐50提供化学物质。混合的化学物质流动到井用维修流体泵48。所述混合的化学物质可以流动通过连续油管82、50到井口。线路检查单元52安装到甲板30。也被安装在甲板30上是操纵室34，其中电力和液压单元36被操作员控制。在下述的图2的说明中详细描述部件。
现在参照图2，示出自升式钻塔船10的图示。定制液压歧管70安装在甲板30上，所述定制液压歧管70分配来自外部的动力源200的动力到甲板30上的所有的无发动机单元上—氮气供应系统32、注射器44、起重机46、井用维修泵48、混合罐50以及线路52。氮气供应系统32安装在甲板30上，所述氮气供应系统32被连接到氮膜33。一同，氮气供应系统32和氮膜33作为氮发生器31(也在图4中示出)起作用，从大气中提取氮以消除运输氮箱和填充氮箱的需要(以及相关联的成本)。优选的实施例中，氮发生器31利用允许来自地球大气的富氮气被连续地地流入束箱(bundle housing)中的氮膜33(也在图5中详细示出)。该气体到达膜光纤束的中心，那时，组成大部分的气态氮。氮集中在束的中心的心轴中。当气体穿过膜光纤的束时，氧气和通过膜光纤壁的其它快速气体，作为快速的气体耗尽被最终收集。氧气、水蒸气和其它快速的气体连续地被收集并被从所述束移动，因而留下有用的氮被用于注射进被处理的井。这发生接近周围的压力和温度。本实施例的优点是，大量体积的氮能够在井的地点处被提供以泵入井中，不需要将液态或气态形式的全部的体积运输到井的地点。所述优选的实施例的氮发生器31比本发明人直到的任何现有技术用更小的占地面积(footprint)实现该氮的发生。所述氮然后流动到氮增压压缩器38，所述氮增压压缩器继而压缩所述干燥氮到要求的压力。氮将继而被泵送至氮与诸如酸的流体或流体混合物混合的T形物39，并且继而合成的混合物进入排出管41。排出管中的氮可以是液态或气态。化学物质储存箱42安装在甲板30上。所述化学物质储存箱42向化学物质被混合的混合罐50提供化学物质。该混合的化学物质首先流动到离心泵47，并继而流动到井用维修流体泵48。该混合的化学物质流动到混合的化学物质与氮混合的T形物39，并且合成的混合物流动进入排出管(discharge line)41。所述合成的混合物从排出管41能够直接流动到井口或通过连续油管55流动到井口。注射器单元44，同样在下文中被详细描述，位于船甲板上。液压驱动的起重机46也位于甲板上用于使连续油管注射器44立即位于被处理的井的上方。软管绞盘45和连续油管绞盘55被设置在甲板30上。吊杆转轴53也被设置在甲板30上与连续油管注射器系统44相邻，用于供应连续油管从绞盘到所述注射器中。剥离器(stripper)54被设置在连续油管注射器系统44的下端用于使连续油管55能够被设置在被处理的井中。如果需要，防暴单元56也被设置在船甲板上以在被处理的井中被使用在关闭。线路检查单元52被安装到甲板30。操纵室34也被安装在甲板30上，所述操纵室34中的电力单元36(未示出)和液压单元70被操作员控制。
现在参照图3，这里示出图1和图2中示出的一些单元的结构图。
氮气供应系统32使其出口连接到液压泵90的入口中。所述定制的液压歧管70具有返回管74，所述定制的液压歧管70可以被连接到汽油动力或柴油动力的外部动力源200。液压泵90连接到液压马达92，所述液压马达92被用于驱动返回管74。
液压泵96被连接到液压马达98中，所述液压马达98被用于驱动注射器44的链条，所述驱动注射器44的链条能够将连续油管搬进被处理的井或将连续油管搬出被处理的井，按要求，依据链条旋转的方向。
另一个液压泵100驱动马达102以驱动图2中示出的起重机46。
另一个液压泵110驱动马达112以给图2中示出的井用维修泵48提供动力。
另一个液压泵116驱动马达118以给图2中示出的混合罐50提供动力。
另一个液压泵122驱动马达124以给图2中示出的线路检查单元52提供动力。
应理解，来自现场动力源的动力输出装置200，定制液压歧管分配动力到五个单元的每一个。所述具有通过定制液压歧管70给动力输出装置200规定路线的外部动力源驱动液压泵90、96、100、116和122，如被管106示出。定制液压歧管70的出现，液压泵90、96、100、116和122优选地被一个或多个的皮带驱动，所述皮带能够与离合皮带轮按要求一起被使用。压缩机108也被定制液压歧管70经由驱动管106驱动以降低氮至其要求的温度。通过在船(钻探设备(rig)、平台、工作船、拖船或托起驳船(jack up barge))上使用动力输出装置，能够比机载的(onboard)更低动力的动力源驱动更多的机器，所述船(钻探设备、平台、工作船、拖船、或托起驳船)已经在具有动力源200的地点，所述动力源200具有超过1000马力的能力。
本发明的优选的实施例能够用分离的陆地的或海运的外部动力源操作。只要本发明的优选的实施例能够有利于自身的适当的外动力源，本发明优选地实施例能够做以下的所有的井的维修，包括但不限于：
—完井(completions)
—油井维修(workovers)
—不完全补偿钻井(underbalanced drilling)
—井维修(Well servicing)
—增强的油回收
—工业电站排气和净化
—采矿
—使用氮净化管道
—深水海运应用
—液化天然气和液化石油气体罐和设备
—不用氮流动的氮举升，灌溉井(Nitrogen lifting，the floodingwells that won’t flow with nitrogen)
—氮化酸(Nitrified Acid)
—氮置换
—管道测试
—管道系统测试
—酸化
—清除
—固定淤沙(fix sanding up)
—石蜡
—泡沫洗涤
—用氮喷射
—硝酸(Nitrify Acid)
—氮抑制剂
—管路检查
本发明的一个优点是，使用一个单元和现场动力源工作成为可能，先前要求五个分离的单元—线路检查单元，连续油管单元，液氮箱运输装置，具有用于其它化学物质或酸的高压泵送系统动力单元，以及具有氮泵送装置的单元。因为本实施例允许一个单元做以前要求被连接在一起的几个动力单元做的事，避免装配管路的时间和花费，所述几个动力单元用必要的软管和管件被连接在一起。完成之后，也避免拆卸和装载所有管路，节省了额外的时间和人力。现有技术将花费几个单元和几天(用于安装，检查，井处理，和拆卸)，本发明的优选的实施例使用一个单元一天内能够完成同样的工作。本发明节省运输五个分离的动力源到工作地点的麻烦和花费，每一个动力源占据超过60平方英尺的甲板空间，允许所述组合的单元比任何现有技术等效的单元更小和更便宜。最小存在的具有连续油管单元的船为175级船，而具有综合的连续油管和四个其它综合的单元的本发明的实施例能够被设置在单个105级船上。现有技术的等效的甲板载荷大约是150,000磅，而本发明的实施例具有仅有大约50,000磅的甲板载荷，允许在更浅的水中操作。也避免运输液氮的爆炸的危险。也避免与运行泵送和从船到船的管相联的危险，要求更少的人员。就发明人所知，本发明的优选的实施例比任何功能等效物具有更小的占地面积和更轻的重量。
本发明的优选的实施例在液氮稀少并且昂贵的，或运输到井口极端地困难的偏僻位置甚至更有利。
本发明能非常适合离岸使用。因为其小占地面积，本发明允许用更小和更便宜的驳船或船替换大的、昂贵的船，所述更小和更便宜的驳船或船吃水较浅。本发明的一个实施例也能在陆地上被用拖车载运，以代替多至五个分离的单元并实现类似的时间和成本节省。
尽管本发明已经通过参考其优选地实施例被说明，所述优选地实施例在上述的具体说明和附图中被公开，本发明的没有脱离本发明的更多的实施例是可能的，因而，本发明的范围应当仅被附加的权利要求限制。
Claims (29)
1.一种单个井用维修组合单元，包括：
能可去除地连接到外部动力源的动力输出装置以驱动多个液压泵和马达的液压歧管，所述多个液压泵和马达控制多个安装在所述组合单元上的井用维修单元，所述井用维修单元可通过管件互相连接。
2.根据权利要求1所述的组合单元，其中所述井用维修单元包括：
i.线路检查单元；
ii.连续油管单元；
iii.氮源；
iv.单元泵；以及
v.混合罐；
所述混合罐、单元泵、氮源、连续油管单元和线路检查单元可通过管件互相连接。
3.根据权利要求1所述的组合单元，其中所述井用维修单元包括：氮源；和连续油管单元；所述氮源和连续油管单元可通过管件互相连接。
4.根据权利要求3所述的组合单元，还包括高压泵，所述氮源、连续油管单元以及高压泵可通过管件互相连接。
5.根据权利要求3所述的组合单元，其中所述氮源包括氮发生器，所述氮发生器从地球大气中收集氮，并且其中所述组合单元还包括可通过管件连接到所述氮发生器的压缩机。
6.根据权利要求3所述的组合单元，其中所述氮源包括压缩的氮气的罐。
7.根据权利要求3所述的组合单元，其中所述氮源包括液态氮的罐。
8.根据权利要求2所述的组合单元，其中所述单元泵是高压泵。
9.根据权利要求2所述的组合单元，其中所述单元泵是井用维修泵。
10.根据权利要求1所述的组合单元，其中所述井用维修单元包括：线路检查单元；以及连续油管单元；所述线路检查单元和所述连续油管单元可通过管件互相连接。
11.根据权利要求1所述的组合单元，其中所述井用维修单元包括：高压泵；以及混合罐；所述高压泵和所述混合罐可通过管件互相连接。
12.根据权利要求11所述的组合单元，还包括起重机，所述混合罐、高压泵和起重机可通过管件互相连接。
13.根据权利要求2所述的组合单元，还包括酸泵和酸罐，所述酸泵和酸罐可通过管件连接到所述混合罐和所述连续油管单元，其中所述液压歧管能可去除地连接到所述外部动力源的动力输出装置，以同样驱动控制所述酸泵的马达和液压泵。
14.根据权利要求1所述的组合单元，其中所述井用维修单元包括：连续油管单元和至少一个其它井用维修单元；所述连续油管单元和其它井用维修装置可通过管件互相连接。
15.根据权利要求1所述的组合单元，其中所述井用维修单元包括：线路检查单元；以及至少一个其它井用维修单元；所述线路检查单元和其它井用维修单元可通过管件互相连接。
16.根据权利要求2所述的组合单元，还包括组合氮和高压泵，所述组合氮和高压泵可通过管件连接到所述混合罐和所述连续油管单元，其中所述液压歧管能可去除地连接到所述外部动力源的动力输出装置，以同样驱动控制所述组合氮和高压泵的马达和液压泵。
17.根据权利要求1所述的组合单元，其中所述井用维修单元包括：用于将井处理流体引入井中的一卷连续油管；以及能推进所述连续油管进入井筒中的注射器。
18.根据权利要求1所述的组合单元，其中所述井用维修单元包括：连续油管注射器和用于提升和降下所述连续油管注射器的起重机。
19.根据权利要求1所述的组合单元，还包括操作员的控制台，从而所述马达和泵可以被操作员控制。
20.根据权利要求1所述的组合单元，其中所述组合单元包括：驳船或船舶。
21.根据权利要求20所述的组合单元，还包括可连接到所述动力输出装置的船用发动机。
22.根据权利要求21所述的组合单元，其中所述船用发动机是台架安装的和轻便的。
23.根据权利要求1所述的组合单元，其中所述组合单元包括拖车。
24.根据权利要求1所述的组合单元，其中所述组合单元包括台架。
25.根据权利要求1所述的组合单元，其中所述外部动力源包括车用发动机。
26.根据权利要求25所述的组合单元，其中所述车用发动机是台架安装的和轻便的。
27.根据权利要求1所述的组合单元，其中所述组合单元是无发动机的。
28.根据权利要求1所述的组合单元，其中所述井用维修单元中的至少一个能可去除地连接到所述组合单元。
29.根据权利要求28所述的组合单元，其中所述能可去除地连接的井用维修单元可以被另一个井用维修单元代替，所述另一个井用维修单元能可去除地连接到所述组合单元。
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090603 |