CN103492666B - 水下油井组件以及相关方法 - Google Patents

Abstract

一种具有采油树（107、207）和井口（103）的水下油井组件。油管从油管悬挂器（113）延伸到油井中。产油流动通道的一部分从所述油管悬挂器（113）竖直地延伸到所述采油树的竖直孔（111）中。失灵自动关闭式的生产主阀（PMV）（117）被布置在所述产油流动通道中。所述油管悬挂器（113）被布置在所述采油树（107）的下方，例如被布置在所述井口（103）中。所述采油树（107）呈现有从所述竖直孔（111）分出的支路（115），所述支路构成所述产油流动通道的一部分。所述失灵自动关闭式的生产主阀（PMV）（117）被布置在所述支路（115）中。

Description

水下油井组件以及相关方法

技术领域

本发明涉及一种水下油井组件，所述水下油井组件适用于水下油气井的生产。本发明尤其涉及一种包括井口和采油树的水下油井组件，所述采油树适用于由电动潜水泵（ESP）辅助的生产。

背景技术

在水下油气井领域中，已知区分有传统的（或竖直的）采油树（XT）和水平采油树。通常，所述竖直采油树具有延伸经过采油树的竖直孔的产油流动通道。生产主阀（PMV）被安装在竖直的产油流动通道中，所述生产主阀适用于打开或关闭所述通道。所述生产主阀是液压控制的并且装备有失灵自动关闭机构。如果液压降低，所述生产主阀将关闭。所述竖直采油树的另一特征是：油管悬挂器（油管通过所述油管悬挂器（TH）来悬挂和延伸到油井中）在所述采油树的下方被布置在井口中。

竖直采油树和水平的采油树之间的共同之处是水平的流动通道从所述竖直孔中以分支的形式伸出。但是，所述竖直采油树的生产主阀在所述竖直孔中而所述水平采油树的生产主阀被布置在所述水平的流动通道中。与所述竖直采油树的另一区别是油管悬挂器被安装在采油树的竖直孔内而不是安装在采油树下方，例如所述油管悬挂器被安装在井口中或油管头短节上。

所述竖直采油树的特点的通常结果是：操作者能够在不移除所述油管悬挂器的情况下移除采油树。但是所述操作者不能在不移除采油树的情况下移除所述油管悬挂器。于此相反，所述水平采油树的特点的通常结果是：操作者不能在不移除所述油管悬挂器的情况下移除采油树，但是能够在不移除采油树的情况下移除所述油管悬挂器。

有多种克服这些缺点的解决方案。专利申请EP061187481描述了一种适用于下述方式的水下井口组件，即操作者能够在不移除采油树的情况下移除油管，并且能够在不移除油管的情况下移除采油树。所述油管被悬挂在布置在井口壳体中的下方的油管悬挂器中。所述油管能够穿过采油树和防喷器（BOP）被移除。当移除采油树时，管塞被设置在所述井口壳体内的下方的油管悬挂器中。在生产期间，产品流体被从所述下方的油管悬挂器向上引导至上方的油管悬挂器，所述上方的油管悬挂器呈现有在采油树中形成出口的横向端口。所述上方的油管悬挂器（被称为辅助油管悬挂器）和被安装在采油树中的采油树罩构成双重屏障。

美国专利申请公布文件US2007246220也描述了一种在井口壳体中具有油管悬挂器的井口组件。作为采油树组件的一部分的短节落位在井口上。采油树罩延伸到所述短节的孔中。所述采油树罩的横向通道对准所述短节的横向端口，在生产期间液体经过所述横向通道流动。

专利公布文件US7677320描述了当井底压力变低时对降下到油管中的电动泵的使用。所述油管包括井底安全阀，所述井底安全阀在安装所述泵期间被关闭。该专利公布文件中具有布置在采油树中的油管悬挂器。所述油管悬挂器具有和采油树中的水平排出通道对准的端口。

发明内容

根据本发明的第一方面，提出了一种具有采油树和井口的水下油井组件。所述水下油井组件进一步包括油管悬挂器和产油流动通道，油管从所述油管悬挂器悬挂而下并且延伸到油井中；所述产油流动通道的一部分从所述油管悬挂器向上竖直延伸到所述采油树的竖直孔中。失灵自动关闭式的生产主阀（PMV）被布置在所述产油流动通道中。根据本发明的第一方面，所述油管悬挂器被布置在所述采油树的下方，例如被布置在所述井口或油管短节中。所述采油树呈现有从所述竖直孔分出的支路，所述支路构成所述产油流动通道的一部分。此外，所述失灵自动关闭式生产主阀（PMV）被布置在所述支路中。

如果致动信号（例如液压）被去除，所述失灵自动关闭式的生产主阀被偏压（例如被弹簧偏压）以关闭。

在一实施例中，经过所述采油树的产油流动通道和所述采油树的竖直孔直接接触。

经过所述采油树的产油流动通道和所述采油树的竖直孔直接接触是指不存在套筒或额外的管道或管线（所述流动通道穿过所述套筒或额外的管道或管线延伸到所述采油树的竖直孔内）。这样，所述流动通道由所述竖直孔部分地形成而不是由布置在所述竖直孔内的其它部件形成。因而，流动经过所述流动通道的流体与所述竖直孔的这一部分直接接触。

根据本发明的第一方面的水下油井组件可包括一个位于所述竖直孔顶部的管塞型面。所述管塞型面可用于管塞的安装，所述管塞构成产品流体和外界环境之间的一道屏障。所述管塞还可呈现出其它有益特征，这将在下文进行描述。

在生产期间，在所述油管悬挂器上方的第一屏障可以为：位于所述竖直孔中的在所述管塞型面下方并在所述支路上方的屏障以及位于所述支路中的屏障。

此外，在所述油管悬挂器上方并且位于所述竖直孔中并且在所述支路上方的第一屏障为采油抽汲阀（PSV）。所述阀由操作者操纵或由操作者控制的致动器操纵或机械地操纵（即所述阀不是失灵自动关闭的），例如利用远程遥控工具（ROV）操纵。

手动控制的，失灵保持原状的主阀可在所述支路的下方被布置在所述竖直孔中。所述阀同样由操作者控制（即不是失灵自动关闭的）。术语“失灵保持原状的阀”表示：在所述阀失灵之后，所述阀不会打开或关闭。

此外，可以将主阀在所述支路的下方布置在所述竖直孔中，而可以将两个阀定位在所述支路中。

管塞可被安装在所述管塞型面中，诸如盘绕管或缆绳的吊索可以从所述管塞延伸穿过所述第一抽汲阀（PSV）、所述采油树的竖直孔以及所述油管悬挂器，并且所述吊索向下进入到所述油管中。在该实施例中，电动潜水泵（ESP）可在井底位置并且位于所述油管内被附连到所述吊索，并且所述电动潜水泵适于通过所述油管向上泵送流体。

此外，在上述的包含电动潜水泵的实施例之后，采油树罩可被安装在所述采油树的上部，并且和所述电动潜水泵进行的电和/或光学通信可通过所述吊索、所述管塞、所述管塞和所述采油树罩之间的电接口以及从所述采油树罩延伸的通信线路来提供。其中，术语“电通信”包括供电。

根据本发明的第二方面，提出了一种从水下油井产出含油气的流体的方法，包括以下步骤：

a）将在吊索上的电动潜水泵降下到从油管悬挂器延伸到油井中的生产油管中，所述油管悬挂器安装在井口中或油管头短节中；

b）通过所述吊索使用悬挂塞来悬挂所述电动潜水泵并且将所述悬挂塞安装到所述采油树的竖直孔的管塞型面中，其中所述采油树落位在所述井口上或落位在所述井口的上方，其中，所述吊索延伸穿过所述竖直孔中的打开的一个阀或多个阀；

c）在所述悬挂塞上方将采油树罩布置到所述采油树上并且将所述采油树罩的电和/或光学导线连接到所述悬挂塞的导线上，由此建立从所述采油树罩到所述电动潜水泵的电和/或光学连接；

根据本发明的第二方面，所述方法进一步包括以下步骤：

d）打开从所述采油树的竖直管分出的支路中的失灵自动关闭式的生产主阀，所述支路构成经过所述采油树的产油流动通道的一部分并且被布置在所述管塞型面的下方；

e)驱动所述电动泵，由此引起或增强流体向上经过生产油管和产油流动通道的流动；

根据本发明，在所述竖直孔中的所述支路的上方并且在所述悬挂塞的下方的位置中存在有打开的阀。

根据本发明的第一方面，将所述生产主阀从所述采油树的竖直孔中（如现有技术）移动到所述采油树的支路中，使得可在即使电缆穿过所述采油树的竖直孔下降到油井内的电动潜水泵处的情况下使用所述生产主阀。

附图说明

在上述内容中概括的描述了本发明，下面将参考附图给出各种实施例的非限制性描述，其中：

图1为根据本发明的第一实施例的水下油井组件的原理简图；

图2为根据本发明的第二实施例的水下油井组件的原理简图；

图3为根据本发明的另一实施例的水下油井组件的原理简图，其中所述组件包括油管头短节；

图4为根据本发明的另一实施例的水下油井组件的原理简图，其中所述组件包括油管头短节；

图5为图2中所示的实施例的原理简图，其中电动潜水泵（未示出）从采油树悬挂下来；以及

图6为图1中所示的组件的原理简图，但是所述采油树被移除并且防喷器落位在井口上。

具体实施方式

图1示出了本发明的第一实施例。水下油井组件100被安装在海床101上。所述水下油井组件100具有井口103，套管105从所述该井口103延伸到海床101中。水下采油树107通过连接器件109连接到所述井口103。所述采油树107具有竖直孔111，所述该竖直孔111和所述井口103对准并且朝向所述采油树107的顶部延伸。

在所述井口103内布置有油管悬挂器113，生产油管（未示出）可以从所述油管悬挂器悬吊而下并且延伸到油井中。当从油井采油时，产品流体经过所述油管向上流动并且流入到所述采油树107的竖直孔111中。

所述采油树107的竖直孔111和支路115连通，所述支路115从所述竖直孔111水平地延伸出。水平支路115构成经过所述采油树107的产油流动通道的一部分。因此，失灵自动关闭式第一主阀（PMV）117被布置在所述支路115中。如上所述，如果失去液压致动压力，失灵自动关闭式阀将关闭进而关闭所述流动通道。在所述支路115中，失灵自动关闭式第一主阀117的下游还布置有采油翼阀（PWV）119。所述采油翼阀119也是失灵自动关闭式的，并且构成所述失灵自动关闭式第一主阀117的备用件。

在所述支路115的上方，所述采油树107的竖直孔111装备有第一抽汲阀（PSV）121。所述第一抽汲阀121可以是在产油期间将关闭的液压控制的闸阀或手控阀。在所述第一抽汲阀121的上方，所述竖直孔111具有管塞型面123，所述管塞型面适于与管塞（在图1中未示出）相接合。在正常生产期间，所述第一抽汲阀121将被关闭并且将构成在所述产油通道（孔111和支路115）中流动的产品流体与外部环境之间的第一屏障。可将管塞布置在所述管塞型面123中或将采油树罩安装在所述采油树107的顶部来作为第二屏障。

在所述采油树107的与所述支路115相对的左翼中，具有与环路相关的各种通道和阀。

图2为示出了本发明的第二实施例的类似的原理简图。该实施例同样为根据本发明的水下油井组件200。除了将下方的生产主阀220（lower PMV）在所述支路115的位置的下方增加布置到所述采油树107的竖直孔111中之外，所述组件200和之前参考图1所描述的第一实施例相同。因为在下文将进一步描述的原因，所述下方的生产主阀220不是失灵自动关闭式的。替代地，所述生产主阀220适于由操作者打开或关闭，例如利用液压控制或机械装置来打开或关闭。

为本说明书中各实施例的相似部件给出了除了第一数位以外相对应的附图标记。例如，在如图2所示的第二实施例中，各个部件都以三数位数字标示，第一数位和实施例的编号对应，例如在第二实施例中第一数位为2。作为示例，第一实施例中的第一抽汲阀（图1）被标示为121，而第二实施例中的第一抽汲阀（图2）被标示为221。

图3和图4示出了本发明的第三实施例和第四实施例，除了增加了油管短节325、425，第三实施例和第四实施例基本上分别和第一实施例以及第二实施例相对应。如图3和图4所示，油管短节325、425被增加到井口303、403和采油树307、407之间。此外，代替将油管悬挂器313、413落位到井口303、403的中，油管悬挂器313、413被落位到所述油管短节325、425中。

以上描述了根据本发明的水下油井组件的各种实施例，现在将描述所述组件的应用，其中，使用了电动潜水泵来增大通过生产油管的流量。

电动潜水泵辅助的生产

图5示出了参考图2描述的所述井口组件200，所述井口组件200适用于借助电动潜水泵（未示出）进行生产。在采油树207的竖直孔211的上部的管塞型面223中，安装有电动潜水泵塞227。盘绕管229从所述电动潜水泵塞227上悬挂而下。所述盘绕管229包含给所述电动潜水泵输送动力和信号的装置。所述电动潜水泵被布置在所述盘绕管229的末端并且适于通过油管（未示出）向上泵送流体。所述电动潜水泵被布置在油管的孔中。

当所述盘绕管229以这种方式延伸穿过所述采油树207以及所述采油树207的竖直孔211时，下方的生产主阀220和第一抽汲阀221将处于打开位置。为了防止所述下方的生产主阀220在所述盘绕管229延伸穿过时关闭，如上所述，所述下方的生产主阀220不是失灵自动关闭式的。

当安装所述电动潜水泵塞227时，在深入油井一定距离处被布置在所述油管中的井底安全阀被关闭。防喷器（未示出）落位在所述采油树207上。随后，被悬挂在所述盘绕管229末端的所述电动潜水泵穿过所述防喷器、所述采油树的竖直孔211被降下，并且向下降入到从所述油管悬挂器213悬挂而下的油管中。所述盘绕管229的上端处为电动潜水泵塞227，电动潜水泵塞227被锁紧到所述采油树207的管塞型面223。所述电动潜水泵塞227密封所述竖直孔211并且和关闭的井底安全阀一起形成双重屏障。随后，所述防喷器被移除并且采油树罩231被落位到所述采油树207的上部并且密封所述采油树的上部。湿耦合电连接器（未示出）构成所述电动潜水泵塞227和所述采油树罩231之间的电接口。电缆（未示出）从所述采油树罩231延伸，操作者可通过所述电缆控制所述电动潜水泵。

打开所述支路215中的采油翼阀219和第一主阀217（所述采油翼阀219和第一主阀217在安装所述电动潜水泵期间已被关闭），从而打开用于产油流动的支路215。

应当注意的是，所描述的使用电动潜水泵的实施例也能够应用到上述的第一、第三以及第四实施例中（这些实施例中没有所述下方的生产主阀220并且具有或不具有油管短节325、425）。此外，所述电动潜水泵还能够被吊索悬挂。

图6示出了正在将油管悬挂器113安装在井口103中的情形。在该情形中，采油树107尚未落位到所述井口103上。在所述油管悬挂器113内布置有可移除的缆绳塞113a。所述油管悬挂器113穿过落位在所述井口103的防喷器（BOP）135而被安装。

Claims (12)

1.一种具有采油树和井口的水下油井组件，

所述水下油井组件进一步包括油管悬挂器和产油流动通道，油管从所述油管悬挂器悬挂而下并且延伸到油井中；所述产油流动通道的一部分从所述油管悬挂器向上竖直延伸到所述采油树的竖直孔中，其中失灵自动关闭式的生产主阀被布置在所述产油流动通道中，其特征在于，

-所述油管悬挂器被布置在所述采油树的下方；

-所述采油树呈现有从所述竖直孔分出的支路，所述支路构成所述产油流动通道的一部分；

-所述失灵自动关闭式生产主阀被布置在所述支路中；并且

-经过所述采油树的所述产油流动通道与所述采油树的竖直孔直接接触。

2.根据权利要求1所述的水下油井组件，其特征在于，所述组件包括位于所述竖直孔顶部的管塞型面。

3.根据权利要求2所述的水下油井组件，其特征在于，所述油管悬挂器上方的第一屏障为：位于所述竖直孔中的在所述管塞型面下方并在所述支路上方的屏障以及位于所述支路中的屏障。

4.根据权利要求3所述的水下油井组件，其特征在于，在所述油管悬挂器上方并且位于所述竖直孔中并且在所述支路上方的所述第一屏障为第一抽汲阀。

5.根据权利要求2所述的水下油井组件，其特征在于，手动控制的、失灵保持原状的主阀在所述支路的下方被布置在所述竖直孔中。

6.根据权利要求2所述的水下油井组件，其特征在于，手动控制的、失灵保持原状的主阀在所述支路的下方被布置在所述竖直孔中，而失灵自动关闭式的生产主阀和采油翼阀位于所述支路中。

7.根据权利要求4所述的水下油井组件，其特征在于，电动潜水泵塞被安装在所述管塞型面中，吊索从所述电动潜水泵塞延伸穿过所述第一抽汲阀、所述采油树的竖直孔以及所述油管悬挂器，并且所述吊索向下进入到所述油管中，其中，电动潜水泵在井底位置并且在所述油管内被附连到所述吊索，并且所述电动潜水泵适于通过所述油管向上泵送流体。

8.根据权利要求7所述的水下油井组件，其特征在于，采油树罩被安装在所述采油树的上部，并且和所述电动潜水泵进行的电和/或光学通信通过所述吊索、所述电动潜水泵塞、所述电动潜水泵塞和所述采油树罩之间的电接口以及从所述采油树罩延伸的通信线路来提供。

9.根据权利要求1所述的水下油井组件，其特征在于，所述油管悬挂器被布置在所述井口或油管短节中。

10.根据权利要求7所述的水下油井组件，其特征在于，所述吊索是盘绕管或缆绳。

11.一种从水下油井产出含油气的流体的方法，包括：

a)将在吊索上的电动潜水泵降下到从油管悬挂器延伸到油井中的生产油管中，所述油管悬挂器安装在井口中或油管头短节中；

b)通过所述吊索使用悬挂塞来悬挂所述电动潜水泵并且将所述悬挂塞安装到落位在所述井口上或落位在所述井口的上方的采油树的竖直孔的上部区域中的管塞型面中，其中，所述吊索延伸穿过所述竖直孔中的打开的一个或多个手动控制的、失灵保持原状的主阀；

c)在所述悬挂塞上方将采油树罩布置到所述采油树上并且将所述采油树罩的电和/或光学导线连接到所述悬挂塞的导线上，由此建立从所述采油树罩到所述电动潜水泵的电和/或光学连接；

其特征在于，所述方法进一步包括：

d)打开从所述采油树的竖直孔分出的支路中的失灵自动关闭式的生产主阀，所述支路构成经过所述采油树的产油流动通道的一部分并且被布置在所述管塞型面的下方；

e)驱动所述电动潜水泵，由此引起或增强流体向上经过生产油管和产油流动通道的流动；

其中，在所述竖直孔中的所述支路的上方并且在所述悬挂塞的下方的位置中存在有打开的阀。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤e)包括使所述流体的流动以与所述采油树的竖直孔直接接触的方式进行。