CN103370492A - 流体喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流体喷射装置（38），其用于设置在井身中以控制流体注射到油储层中，其中井身具有外部管道（16）和内部管（14），该内部管在外部管道内延伸并且在一端处连接到地面上的加压流体供应设备。该流体注射控制装置包括控制阀构件，该控制阀构件包括：入口（42），其用于从内部管接收流体；出口（56），其用于将流体输出到内部管外侧；入口阀（44），其处于入口和出口之间的流体路径中；以及致动器（50），该致动器与入口阀相关联，该致动器能够控制以在入口阀的打开和关闭构造之间切换入口阀，使得当入口阀打开时，流体从内部管经由入口、流体路径和出口流动到内部管外侧。本发明还提供利用这样的装置控制流体从井身注射到油储层中的方法。

Description

流体喷射装置

背景技术

当发现石油时，并不希奇的是发现不止一个储层，一个储层在另一个储层下方。这可能是因为它们是在历史上不同时期形成的，或者因为在某些时候石油能够向上运动通过可渗透层，而该可渗透层之后移走并阻止了流动。

为了降低从每个储层回收石油的成本，可以形成单个油井，该单个油井穿过每个储层，从而能够从每个储层同时回收石油。由单个壳体形成两个或更多个生产井的方法被称为双完井或多完井。图1中示出了这种井的示意图，其延伸到地表（S）以下，并且截断两个储层R1和R2。

当在不同的环境和不同的时期形成两个储层时，有可能它们将具有不同的特征压力和温度，这可能危及提取过程。这可能随着时间而加剧，原因是保持在一个井中的石油的体积可能非常快速地下降，因此压力将快速下降，导致石油产率较低。

工程师已经提出了多种工具来克服这个问题，一个方法是所谓的“刺激”，其中通过某些手段来增大储层压力，一种手段是注水。该方法涉及将水直接注射到特定的储层中，以取代损失的石油，从而增大储层压力。因为水比石油重，所以其不容易与石油混合，因此下沉到储层的底部（见图2中的水层W），从而允许在增大的压力下继续进行石油生产。

当前，注水井是针对这个特定目的而特别钻出和形成的，或者使用转变的油井。图3中可以看到这种井的示意图。对于每个井，单独的注水井要求能够向每个井独立控制地供水。如果井具有不止一个生产储层，那么注水的实施由此变得极为复杂和昂贵。

发明内容

本发明提供一种流体注射控制装置，其用于设置在井身中以控制流体注射到油储层中，其中井身具有外部管道和内部管，该内部管在外部管道内延伸并且在一端处连接到地面上的加压流体供应设备，该流体注射控制装置包括控制阀构件，该控制阀构件包括：

入口，该入口用于从内部管接收流体；

出口，该出口用于将流体输出到内部管外侧；

入口阀，该入口阀处于入口和出口之间的流体路径中；以及

致动器，该致动器与入口阀相关联，该致动器能够控制以在入口阀的打开和关闭构造之间切换入口阀，使得当入口阀打开时，流体从内部管经由入口、流体路径和出口流动到内部管外侧。

本发明还提供一种控制流体从井身注射到油储层中的方法，其中井身具有外部管道和内部管，该内部管在外部管道内延伸并且在一端处连接到地面上的加压流体供应设备，该方法包括以下步骤：

安装如上限定的第一流体注射控制装置，该第一流体注射控制装置的入口与内部管流体连通；以及

选择性地操作致动器，以将流体注射到内部管外侧。

附图说明

现在将参考附图，借助实例描述已知的技术和本发明的实施例，其中：

图1至3为图示说明已知的注水技术的横截面图；

图4为图示说明本发明实施例的油井的横截面图；以及

图5为实施本发明的流体注射控制装置的一部分的纵向横截面图。

具体实施方式

本发明的实施例方便从单个生产油管柱实施多地带注射。此外，它们能够允许独立于注射的水的压力而控制注射到每个区域中的速率。图4中示出了这种实施方式的示意图。

实施本发明的装置将可电气致动的阀（或多个阀）结合到油管柱中，并且允许水穿过内部中心管（工作管道）而进入外部管道。在图4的例子中，两个这样的装置10和12设置在油管柱14中。油管柱设置在外部管道16中，并且它们一起在它们之间限定细长环形区域18。外部管道具有穿孔20，以允许流体从环形区域流动到周围岩层。

通过封隔器26和28在环形区域中限定出两个注射区域22和24。封隔器防止区域之间的流体流动。注射装置10、12位于相应的区域22、24中。与区域22相关的穿孔允许流体流动到第一油储层R1中，类似地，与区域24相关的穿孔允许流体流动到第二油储层R2中。经由单独的井30从储层R1和R2提取石油。

在图4所示的布置的操作中，水在压力下被泵送到油管柱14中。选择性地且独立地允许水经由相应的流体喷射装置10、12流动到每个区域22、24中。然后，水从每个区域经由穿孔20通到相邻的储层中。每个装置都可以包括两个或更多个阀，这些阀能够利用相应的可电气地切换的致动器独立地致动。因此，通过选择每个装置中打开哪一个阀，每个装置的流量能够独立于与相同油管柱相关联的其它装置进行控制。

图5中示出了实施本发明的流体喷射装置38的示意图。图示的结构类似于国际公开WO2009/147446（本申请人提交的）中所述的气体提升装置的结构，该公开的内容以引用方式并入本文中，但是图示的结构结合有根据本发明实施例的多个不同的特征。

处于压力下的水被供应到中心管道40，并且其流入到小入口孔42中且传到阀44。水还进入小入口孔46，使得在阀和致动器50的后波纹管48两者处具有相同的压力。因此，致动器两侧的压力被平衡。

当单元被致动时，致动器推进器52推动销54，继而该销打开阀44。这允许流体穿过阀，并且经由装置中的流体管道（未示出）从点A行进到出口56中的点B。因为穿过阀的流体在压力上等于管中的压力，并且其压在致动器的前波纹管上，所以系统保持平衡。行进穿过出口的流体接下来经由注射孔口58传到外部管道中。外部管道穿孔有穿孔20，因此允许流体进入储层60。通过向致动器50发送合适的控制信号而沿相反方向致动阀44，可以阻止流体流动。

该装置可以包括能够在外部移除的注射孔口58，从而可以通过选择用于插入在装置中的合适的孔口尺寸而根据具体现场条件容易地选择流量。

为了图示说明的目的，阀44和出口56示出为处于图5中的装置的相对两侧上。应当理解，在实施过程中，它们可以定位成彼此相邻。

该装置还可以结合有压力传感器，以用于监测与注射装置相邻的环形区域中的压力。这个参数可以用来影响对储层或每个储层的流体流量。

在注射控制装置中设置不止一个这样的阀允许操作者对流体的流量具有更加精细的控制。这个概念并不限于水的注射，并且同样可以用在气体注射中。

这种布置的优点

这种布置的优点包括：

1．双或多地带井的实施更加简单，原因是它们可以利用单个井身实现，从而减小了钻孔和所用的壳体的尺寸，并且降低了实施的复杂性。

2．通过改变注射孔口尺寸和/或具有能够打开和关闭以管理流量的多个阀，可以管理不同深度处的压力。

3．致动器优选地为能够电气地切换的（并且优选地为双稳的）致动器，其在不需要消耗电力的情况保持处于其一个稳定状态。其可以仅借助内部机械力和/或磁力而保持在选择的状态中，而仅仅需要短的电脉冲来将其切换到另一个状态。这意味着喷射装置可以长期设置在井下，而不依赖于从表面或井下电池恒定供应电力。合适的致动器构造例如可见于英国专利No.2342504和No.2380065、国际专利公开WO2009/147446以及美国专利No.6598621，这些文献的内容以引用方式并入本文中。

Claims (16)

1.一种流体注射控制装置，其用于设置在井身中以控制流体注射到油储层中，其中井身具有外部管道和内部管，该内部管在外部管道内延伸并且在一端处连接到地面上的加压流体供应设备，该流体注射控制装置包括控制阀构件，该控制阀构件包括：

入口，该入口用于从内部管接收流体；

出口，该出口用于将流体输出到内部管外侧；

入口阀，该入口阀处于入口和出口之间的流体路径中；以及

致动器，该致动器与入口阀相关联，该致动器能够控制以在入口阀的打开构造和关闭构造之间切换入口阀，使得当入口阀打开时，流体从内部管经由入口、流体路径和出口流动到内部管外侧。

2.根据权利要求1所述的装置，其中该致动器具有两个稳定状态，在这两个稳定状态中入口阀分别保持处于关闭构造和打开构造。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其包括至少两个控制阀构件，所述至少两个控制阀构件具有能够独立地控制的相应的致动器。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述至少两个控制阀构件的构造设置成使得当相应的入口阀处于其打开构造时，所述至少两个控制阀构件在其出口处以彼此不同的流量输出流体，这些控制阀构件的入口连接到相同的流体供应设备。

5.根据权利要求4所述的装置，其中控制阀构件中的至少一个控制阀构件的输出流量对于给定的流体供应设备而言是能够调节的。

6.根据权利要求5所述的装置，其中该流体注射控制装置的、限定了至少一个控制阀构件的入口和出口之间的流体路径的一部分的部分能够通过流体注射控制装置的外部壁而被取代，以改变由流体路径的该部分形成的流动限制。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中该流体注射控制装置被构造为用于绕内部管设置。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中该流体注射控制装置被布置为在使用时联接在内部管的两个部分之间，使得该流体注射控制装置限定用于这两个部分之间的流体的路径。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中该入口阀机械地联接到致动器的推进器的一个端部，该推进器的另一个端部与内部管中的压力相联，以使得作用在致动器的每个端部上的外部压力基本上相等。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其包括处于其出口和入口阀之间的流体路径中的安全阀，该安全阀被布置为抑制流体经由该流体注射控制装置的出口流入到该流体注射控制装置中。

11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其包括压力传感器，以用于监测内部管外侧的流体压力。

12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中致动器为能够电气地切换的致动器。

13.一种控制流体从井身注射到油储层中的方法，其中井身具有外部管道和内部管，该内部管在外部管道内延伸并且在一端处连接到地面上的加压流体供应设备，该方法包括以下步骤：

安装根据前述权利要求中任一项所述的第一流体注射控制装置，该第一流体注射控制装置的入口与内部管流体连通；以及

选择性地操作致动器，以将流体注射到内部管外侧。

14.根据权利要求13所述的方法，其包括以下步骤：

安装根据权利要求1至12中任一项所述的第二流体注射控制装置，该第二流体注射控制装置的入口与内部管流体连通；以及

选择性地操作第二流体注射控制装置的致动器，以在与第一流体注射控制装置不同的位置处将流体注射到内部管外侧。

15.一种参考附图的图4和5基本上如本文所述的流体注射控制装置。

16.一种参考附图的图4和5基本上如本文所述的控制流体从井身注射到油储层中的方法。

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