CN104024564A - 用于生产储层流体的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及人工提升系统，其从钻井孔移除储层流体。气体提升系统设置在通过封隔器锚固的第一油管柱中，并且井下泵或者柱塞提升件可以与第二油管柱一起定位。双柱锚固件可以与第一油管柱一起设置，以限制第二油管柱的运动。在不干扰第一油管柱的情况下，第二油管柱能够利用开关工具与双柱锚固件可移除地附接。单向阀也可以用来允许储层流体仅仅沿一个方向流入第一油管柱。第二油管柱可以定位在第一油管柱中，并且注入气体可以沿着第一和第二油管柱之间的环形部向下行进。双向流动连接器可以将第二柱锚固到第一柱，并且允许壳体管道环形部中的储层液体穿过连接器而传送到井下泵。注入气体可以被允许沿竖向穿过双向流动连接器，以将液体从井下泵下方提升到井下泵上方。双向流动连接器防止向下注入的气体干扰流过双向流动连接器的储层流体。在另一个实施例中，来自储层的气体将储层液体从井下泵下方提升到井下泵上方。第一油管柱可以包含井下泵送系统或者在封隔器组件上方的柱塞提升件。封隔器下方的同中心管道系统可以利用来自储层的气体提升液体。

Description

用于生产储层流体的系统和方法

相关专利申请的交叉引用

本申请是2007年12月10日提交的共同未决的美国申请No.12/001,152的部分继续申请，该美国申请为了所有的目的在这里全文以引用方式并入本文中。

有关联邦资助研究或开发的声明

N/A

参考微缩附件

N/A

背景技术

1.技术领域

本发明涉及部署在低下油井和气井中的生产系统和方法。

2.背景技术

由于储层不具有提供足够能量以将钻井孔液体运送到地面的能力，许多油井和气井在其开采期内在某些位置处将会产生积液。钻井孔中累积的液体可能导致钻井停止流动或以减小的速率流动。为了增大或重新建立生产，操作者使钻井处于人工提升，人工提升被限定为通过将一种能量形式施加到钻井孔中而将钻井孔液体移出到地面的方法。当前，石油和天然气工业中最常用的人工提升系统是井下泵送系统、柱塞提升系统和压缩空气系统。

最受欢迎的井下泵形式是抽油杆式泵。其包括双球和座部组件以及包含柱塞的泵筒。一系列抽油杆将井下泵连接到地面处的泵千斤顶。地面处的泵千斤顶提供杆的往复运动，继而提供往复运动，以使泵进行行程运动，泵为流体排出装置。当泵进行行程运动时，泵上方的流体通过重力作用进给到泵腔室中，然后被泵送到生产管道上，并且从钻井孔中泵出到地面设备。其它井下泵系统包括渐进腔体、喷射、电动潜油泵以及其它。

柱塞提升系统利用压缩气体来提升自由活塞，以从钻井孔中的管道底部行进到地面。大多数柱塞提升系统通过在钻井中周期性地闭合而利用来自储层的能量，以便在钻井孔中产生压力。然后，钻井快速打开，这产生压差，并且当柱塞行进到地面时，其提升已经累积在柱塞上方的储层液体。与泵类似，柱塞也是流体排出装置。

压缩气体系统可以是连续的或间歇的。如它们的名字所表明的，连续系统将气体连续地注入到钻井孔中，间歇系统间歇地注入气体。在两种系统中，压缩气体均流入到钻井的壳体-管道环面中，并且沿着钻井孔向下行进到容纳在油管柱中的气体提升阀。如果与阀附近的管道内的压力相比，壳体-管道环面中的气体压力足够高，那么气体提升阀将处于打开位置，接下来允许壳体-管道环面中的气体进入管道，从而将管道中的液体从钻井孔提升出去。连续气体提升系统高效地工作，直到储层具有消耗或部分消耗驱动，这在流体被移除时导致储层中压力下降。当储层压力消耗到气体提升压力在储层上导致显著的背压的点时，连续气体提升系统变得效率低下，并且钻井的流量下降，直到操作该系统是不经济的。间歇气体提升系统间歇地施加该背压，因此可以在比连续系统长的时间段内经济地操作。间歇系统不如连续系统通用，原因是在间歇基础上操作地面设备具有困难且花费高。

水平钻孔被提出，以触及不规则的化石能源储存，从而增强碳氢化合物的回收。定向钻孔被提出，以触及距钻井孔地面位置一定距离处的化石能源储存。通常，这些钻孔方法均开始于竖向孔或井。在该竖向井的某一点处，钻孔工具开始转向，这最终使得钻孔工具相对于竖向位置进入偏离位置。

不实际的是，将大多数人工提升系统安装在定向或水平钻进的偏离区段中，或者深深地安装到竖向井的穿孔区段中，原因是由于磨损和/或夹带在液体中的固体和气体与泵的操作干涉，使得安装在这些区域中的井下设备可能是效率低下的，或者可能承受高维修成本。因此，大多数操作者仅仅将井下人工提升设备在储层上方安装在钻井孔的竖向部分中。在具有较长穿孔间隔的许多竖向井中，由于以上因素，使得许多操作者选择在钻井中不安装人工提升设备。井下泵系统、柱塞提升系统和压缩气体提升系统的目的不在于回收存在于井下设备下方的任何液体。因此，在许多竖向、定向和水平钻井中，从数百到数千英尺范围的液柱可能存在于井下人工提升设备下方。因为当前人工提升系统的限制，在消耗或部分消耗驱动定向会水平钻孔的钻井中以及在具有较长穿孔间隔的竖向井中，相当多碳氢化合物储量不能够利用常规方法回收。因此，当前技术的主要问题在于，不能够提升位于常规井下人工提升设备下方的储层液体。

需要提供一种人工提升系统，其能够在定向或水平钻井孔的偏离区段中以及在具有较长穿孔间隔的竖向井中回收液体。

需要提供一种人工提升系统，其能够在具有较长穿孔间隔的竖向井中以及在具有较小壳体直径的定向或水平钻井孔的偏离区段中回收液体。

需要降低具有较长穿孔间隔的竖向井以及具有偏离或水平区段的钻井中的人工提升点。

需要提供高速体积的注入气体，以更加有效地从钻井孔扫除储层液体。

需要提供更加有效的、成本更加低廉的钻井孔液体移除方法。

需要较低成本的人工提升方法，其用于具有较长穿孔间隔的竖向井以及具有偏离或水平区段的钻井。

需要较低成本的且更加有效的人工提升方法，其用于仍具有充分的储层能量和储层气体以将液体从井下人工提升设备下方提升到井下人工提升设备上方的钻井。

最后，需要提供更加有效的气体和固体分离方法，以降低具有偏离或水平区段的钻井以及具有较长穿孔间隔的竖向井中的提升点。

发明内容

本发明公开了气体辅助的井下系统，其是人工提升系统，被设计成通过结合有双管道布置而回收定向、竖向和水平钻井孔中的经过的碳氢化合物。在一个实施例中，第一油管柱包括气体提升系统，第二油管柱包括井下泵送系统。在第一油管柱中，优选地为间歇式的气体提升系统用来将储层流体从井下泵下方提升到封隔器组件上方，在该封隔器处流体被捕集。当更多的储层流体添加到封隔器上方时，流体水平在井下泵上方在壳体环形部中上升，该井下泵安装在相邻的第二油管柱中，捕集的储层流体通过井下泵被泵送到地面。在另一个实施例中，第二油管柱包括井下柱塞系统。当储层流体添加到封隔器上方时，流体水平在井下柱塞上方在壳体环形部中上升，该井下柱塞安装在相邻的第二油管柱中，捕集的储层流体通过井下柱塞系统被提升到地面。

双柱锚固件可以与第一油管柱一起设置，以限制第二油管柱的运动。在不干扰第一油管柱的情况下，第二油管柱能够利用开关工具与双柱锚固件可移除地附接。单向阀也可以用来允许储层流体仅仅沿一个方向流入第一油管柱。单向阀可以在封隔器下方设置在第一油管柱中，以允许在封隔器下方捕集的压力释放到第一油管柱中。阀提供用于在封隔器下方捕集的气体到地面的路径。储层上所得的减小的背压可以使得生产增加。

在另一个实施例中，第二油管柱可以定位在第一油管柱中，并且注入气体可以沿着第一和第二油管柱之间的环形部向下行进。第二柱可以容纳流体排出装置，例如井下泵送系统或柱塞提升系统。双向流动连接器可以将第二柱锚固到第一柱，并且允许壳体管道环形部中的储层液体穿过锚固件而传送到井下泵。在一个实施例中，双向流动连接器可以是圆柱形本体，其具有厚度、第一端部、第二端部、从所述第一端部到所述第二端部的中心孔以及侧表面。第一通道可以设置成从第一端部到第二端部穿过所述厚度。第二通道可以设置成从侧表面到中心孔穿过所述厚度，其中第一通道和第二通道不相交。注入气体可以被允许沿竖向穿过双向流动连接器，以将液体从井下泵下方提升到井下泵上方。双向流动连接器防止注入气体与流过双向流动连接器的储层液体接触。还可以想到的是，除了第一通道之外的多个通道和除了第二通道之外的多个通道。

在另一个实施例中，来自储层的气体将储层液体从例如井下泵或柱塞的流体排出装置下方提升到流体排出装置上方。第一油管柱可以包括处于封隔器组件上方的流体排出装置。坯料附属物可以在流体排出装置下方、在上部穿孔的附属物和下部穿孔的附属物之间定位在第一油管柱中。处于第一油管柱中且位于下部穿孔的附属物下方的第二油管柱可以利用来自储层的气体提升液体。

附图说明

为了进一步理解本发明的特性和目的，必须参考以下的附图，其中相同的部件采用相同的附图标记，并且其中：

图1示出了定向或水平钻井孔，其安装有现有技术的常规杆式泵送系统。

图2示出了现有技术的定向或水平钻井孔中的常规气体提升系统。

图3示出了采用杆式泵和气体提升系统的本发明的实施例。

图4示出了与图3类似的本发明的另一个实施例，不同的是没有内部气体提升阀。

图5示出了本发明的另一个实施例，其具有Y形块状物。

图6示出了与图5类似的本发明的另一个实施例，不同的是没有内部气体提升阀。

图7示出了与图3类似的另一个实施例，不同的是双柱锚固件和开关工具。

图8示出了与图7类似的另一个实施例，不同的是没有内部气体提升阀。

图9示出了与图7类似的另一个实施例，不同的是单向阀。

图10是图9的实施例，不同的是示出为处于完全竖向钻井孔中。

图11是与图11类似的实施例，不同的是安装有可供选择的实施例的柱塞提升系统以取代井下泵系统，并且没有地面罐和双柱锚固件。

图12示出了处于竖向钻井孔中的采用双向流动连接器的另一个实施例。

图13是图12的实施例，不同的是处于水平钻井孔中。

图13A是双向流动连接器的等轴视图。

图13B是沿图13的线13A-13A截取的截面图。

图13C是图13A的俯视图。

图13D是与图13B类似的截面图，不同的是双向流动连接器在第一端部处利用第一管状件通过螺纹附接，在第二端部处利用第二管状件通过螺纹附接。

图14是图13的实施例，不同的是安装有可供选择的实施例的柱塞提升系统来取代井下泵系统。

图15示出了另一个实施例，其采用源自于储层的气体，以将液体从钻井孔的弯曲或水平区段提升。

图16是图15的实施例，不同的是示出为竖向钻井孔中。

图17是图16的实施例，不同的是安装有可供选择的实施例的柱塞提升系统来取代井下泵系统。

具体实施方式

图1示出了处于定向或水平钻井孔中的现有技术常规杆式泵系统的一个例子。如图1所示，包含泵送的液体13的管道1安装在壳体6内。泵5在管道1的端部处连接在最靠近储层9的密封接头48中。抽油杆11从泵5的顶部连接，并且沿竖向继续到地面12。形状为圆柱形的壳体6围绕管道1且可以与管道1同轴线，并且在一端上在管道1和泵5下方延伸，在另一端上沿竖向延伸到地面12。在壳体6下方是弯曲部8和侧向部10，该侧向部被钻过储层9。

过程如下：储层流体7从储层9产生并且进入侧向部10，沿弯曲部8和壳体6上升。因为储层流体7通常是多相的，所以它们分离成环形气体4和液体17。环形气体4从储层流体7分离并且在环形部2中上升，该环形部是在管道1和壳体6之间形成的空隙空间。环形气体4沿着环形部2继续上升，然后从钻井中流出而流到地面12。液体17通过在泵5上方的液体17的重量所产生的重力作用而进入泵5，并且进入泵5而变成泵送的液体13，该泵送的液体沿着管道1向上行进到地面12。泵5并不是限制性的，而是可以为任何井下泵或泵送系统，例如渐进腔体、喷射、电动潜油泵以及其它。

图2示出了处于定向或水平钻井孔中的现有技术常规气体提升系统的一个例子。参考图2，在壳体6内，管道1连接到封隔器14和常规的气体提升阀22。在壳体6下方是弯曲部8和侧向部10，该侧向部被钻过储层9。过程如下：储层流体7从储层9进入侧向部10，沿弯曲部8和壳体6上升，并且进入管道1。封隔器14提供压力隔离，该压力隔离允许由壳体6和管道1之间的空隙空间形成的环形部2的压力由于注入气体16的注入而增大。当环形部2中的压力充分地增大时，常规的气体提升阀22打开并且允许注入气体16从环形部2进入管道1，然后与储层流体7混合而变成混合流体18。这使流体柱变轻，混合流体18沿着管道1上升，然后从钻井流出到地面12。

图3示出了在水平或偏离钻井孔中采用井下泵和气体提升系统的实施例。参考图3，在壳体6内，管道1开始于地面12，并且包括内部气体提升阀15、衬套25和内部管道21。内部管道21可以例如同中心地处于管道1中。衬套25可以是一段管，其目的是利用其外径和内径通过螺纹连接管接头。衬套25可以在其外径的一端或两端处具有管螺纹，并且在其内径的一端或两端处具有管螺纹。还可以想到其它类型的衬套和连接装置。管道1密封地接合到封隔器14。管道1和内部管道21在封隔器14下方延伸穿过弯曲部8而延伸到钻孔通过储层9的侧向部10中。在壳体6内且与管道1相邻的是管道3，该管道3包括连接到泵5的抽油杆11。泵5通过密封接头48连接到管道3的端部。管道3不是密封地接合到封隔器14。

过程可以如下：储层流体7进入侧向部10并且进入管道1。储层流体7与注入气体16混合，以变成混合流体18，该混合流体沿着腔室环形部1上升，该环形部是在内部管道21和管道1之间形成的空隙空间。然后，混合流体18通过穿孔的附属物24中的孔离开。混合气体41从混合流体18分离并且在环形部2中上升，该环形部2由壳体6和管道1和管道3之间的空隙空间形成。然后，混合气体41在地面12处进入流动管线30，并且进入压缩机38而变成压缩气体33，并且通过流动管线31行进到地面罐34。压缩机38不是限制性的，原因是如果能够获得另一个压缩气体源（例如压缩气体来自管线），那么其对于本设计而言是不重要的。

然后，压缩气体33行进穿过流动管线32，该流动管线32连接到致动阀35。该致动阀35根据在地面罐34中实现的时间或压力而打开和关闭。当被致动时，阀35打开，压缩气体33流过致动阀35，并且行进穿过流动管线32，进入到管道1中而变成注入气体16。注入气体16沿管道1向下行进到内部气体提升阀15，该内部气体提升阀在正常情况下是闭合的，由此防止注入气体16沿着管道1向下流动。管道1中在内部气体提升阀15上方的足够高的压力使得内部气体提升阀15打开，并且允许注入气体16穿过内部气体提升阀15。然后，注入气体16进入内部管道21，并且最终与储层流体7混合而变成混合流体18，该过程再次开始。液体17和混合气体41从混合流体18分离，液体17在环形部2中下落，并且在封隔器14上方被捕集。混合气体41沿着环形部2上升，如上所述。当更多的液体17加入到环形部2时，液体17在泵5上方上升且通过重力作用进给到泵5中而变成泵送的液体13，该泵送的液体13沿着管道3向上行进到地面12。

图4示出了与图3中的设计类似的可选实施例，除了其不采用内部气体提升阀15。

图5示出了在水平或偏离钻井孔中采用井下泵和气体提升系统的另一个可选实施例，其具有与图3不同的井下构造。参考图5，在壳体6内，管道1包括内部气体提升阀15并且密封地接合到封隔器14。封隔器14优选地是双封隔器组件，并且连接到Y形块状物50，该Y形块状物继而连接到腔室外部管道55。腔室外部管道55在壳体6下方继续穿过弯曲部8并且进入到钻孔通过储层9的侧向部10中。内部管道21通过腔室衬套22固定到Y形块状物50的管状构件中通向下部管道区段37的管状构件。内部管道21可以与腔室外部管道55同中心。内部管道21在Y形块状物50和腔室外部管道55内延伸穿过弯曲部8而延伸到侧向部10中。第二油管柱装置包括下部区段37和上部区段36。下部区段37包括在单向阀28上方连接的穿孔的附属物24，然后密封地接合在封隔器14中。

穿孔的附属物24在其上端部处闭合，并且连接到上部管道区段36。上部管道区段36包括气体护罩58、穿孔的内部管状构件57、交叉附属物59和管道3，该管道3包含泵5和抽油杆11。气体护罩58的形状为管状，并且在其下端部处闭合而在其上端部处打开。其围绕穿孔的内部管状构件57，该内部管状构件57在气体护罩58上方延伸到交叉附属物59，并且连接到管道3，管道3继续延伸到地面12。泵5在交叉附属物59上方，并且泵5的下端部容纳在管道3中，泵5连接到抽油杆11，该抽油杆11继续延伸到地面12。环形气体4沿着环形部2向上行进到流动管线30中，该流动管线30连接到压缩机38，该压缩机38压缩环形气体4以变成压缩气体33。压缩机38不是限制性的，原因是如果能够获得另一个压缩气体源（例如压缩气体来自管线），那么其对于本设计而言是不重要的。

压缩气体33通过流动管线31流动到地面罐34，该地面罐34连接到第二流动管线32，该流动管线32连接到致动阀35。该致动阀35根据在地面罐34中实现的时间或压力而打开和关闭。当致动阀35打开时，压缩气体33流过致动阀35，并且行进穿过流动管线32，进入到管道1中而变成注入气体16。注入气体16沿管道1向下行进到内部气体提升阀15，该内部气体提升阀在正常情况下是闭合的，由此防止注入气体16沿着管道1向下流动。管道1中在内部气体提升阀15上方的足够高的压力使得内部气体提升阀15打开，并且允许注入气体16穿过内部气体提升阀15、穿过Y形块状物50而进入腔室环形部19，该腔室环形部19是在内部同中心管道21和腔室外部管道55之间的空隙空间。注入气体16被迫沿着腔室环形部19向下流动，原因是其上端部被腔室衬套25隔离。注入气体16将储层流体7排出，以变成混合流体18，该混合流体18沿着内部同中心管道21向上行进。

混合流体18从内部同中心管道21流出，进入Y形块状物50的管状构件之一，穿过封隔器14和固定阀28，然后穿过穿孔的附属物24而进入环形部2，在该环形部2处，气体分离且上升而变成环形气体4以继续该循环。液体17从混合流体18分离，通过重力作用下落，并且在封隔器14上方被捕集在环形部2中，从而由于固定阀28而被阻止回流到穿孔的附属物24中。当液体17在环形部2中累积时，它们在泵5上方上升，并通过重力作用被迫进入气体护罩58内，且进入穿孔的管状构件57，在该管状构件处，它们沿着交叉附属物59向上行进，以进入泵5，在该泵5处，它们变成泵送的液体13并且沿着管道3被向上泵送到地面12。

图6示出了与图5中的设计类似的本发明可选实施例，除了其不采用内部气体提升阀15。

图7示出了与图3类似的可选实施例，不同的是具有井下锚固组件或双柱锚固件20，该井下锚固组件或双柱锚固件20与第一油管柱1一起设置，并且利用开关工具26与第二油管柱一起安装和附接。参考图7，第一油管柱1处于壳体6内。第一油管柱1开始于地面12处，并且包含内部气体提升阀15、衬套25、穿孔的附属物24和内部管道21。穿孔的附属物24可得自德克萨斯州的WeatherfordInternational of Houston，等等。管道1接合到双柱锚固件20，且延伸穿过该双柱锚固件20，并且接合到封隔器14，且延伸穿过该封隔器14。内部管道21连接到衬套25，延伸穿过穿孔的附属物24、双柱锚固件20、封隔器14，并且终止于管道1的端部前方。双柱锚固件20可得自俄克拉荷马州的Kline Oil Tools ofTulsa，等等。还可以想到其它类型的双柱锚固件20。内部管道21可以处于管道1中。管道1在双柱锚固件20延伸穿过双柱锚固件20，在封隔器14下方延伸穿过封隔器14，穿过弯曲部8并且进入到钻孔通过储层9的侧向部10中。第二油管柱3处于壳体6内并且与第一油管柱1相邻。第二油管柱3包括穿孔的附属物23、抽油杆11、泵5、密封接头48和开关工具26。第二油管柱3可以利用开关工具26选择性地接合到双柱锚固件20。开关工具26可得自俄克拉荷马州的D&LOil Tools of Tulsa，并且可得自德克萨斯州的Weatherford International ofHouston，等等。还可以想到其它类型的开关工具26和附接装置。开关工具26可以设置有穿孔的附属物23，该穿孔的附属物23可以与第二油管柱3附接。

用于图7的过程与用于图3的过程类似。通过用第一油管柱1支撑第二油管柱3，双柱锚固件20用来固定第二油管柱3。固定是重要的，原因是在较深的泵应用中，机械泵5可能引起第二油管柱3运动，这继而可能导致管状构件的磨损。运动还可能导致机械泵操作停止或者变得效率低下。开关工具26允许第二油管柱3选择性地从双柱锚固件20连接或断开，而不会干扰第一油管柱1。双柱锚固件20使得泵中的效率低下最小化，并且使得用来修复油管柱上的磨损的昂贵维修最少。该运动是由井下泵送系统引起的第二油管柱的运动所导致的。

图8示出了与图7中的设计类似的另一个可选实施例，除了其不采用内部气体提升阀15。

图9示出了与图7的设计类似的另一个可选实施例，不同的是图9包括单向阀28，该单向阀在封隔器14下方设置在第一油管柱1上。参考图9，当压力条件有利时，单向阀28打开，以允许储层气体27进入腔室环形部1。单向阀28可以是反向流动止回阀，可得自德克萨斯州的Weatherford International ofHouston，等等。还可以想到其它类型的单向阀28。尽管仅仅示出了一个单向阀28，但是可以想到，对于所有实施例而言可以具有不止一个单向阀28。单向阀28可以与承载器一起通过螺纹设置，该承载器为例如常规的管道可取回芯轴或气体提升芯轴。还可以想到其它连接类型、承载器和芯轴。

单向阀28用来允许流体仅仅沿一个方向从外侧流到装置内侧。在图9-14中，单向阀28可以在封隔器14下方设置在第一油管柱1中，以便将封隔器14下方捕集的压力通风到第一油管柱1中。在竖向井应用中，这种通风可能有助于优化人工提升系统的功能。单向阀28具有至少两个功能：（1）其提供用于在封隔器14下方捕集的储层气体27到地面的路径，以及（2）其通过减小储层上的背压而增加了产品。现在可以理解，单向阀28可以定位在第一油管柱1上的位置处，例如在封隔器14下方，该位置与注入气体16初始与储层流体在内部管道21终止的地方混合所在位置不同。注入气体16可以初始在第一位置处与储层流体7混合，并且单向阀28可以在第二位置处设置在第一油管柱1上。单向阀28可以设置在储层9上方，但是也可以想到其它的位置。单向阀28允许捕集的流体的通风，并且允许沿仅仅一个方向流动。

图10示出了图9的实施例处于完全竖向的钻井孔中。

现在可以理解，具有开关工具26的双柱锚固件或双管道锚固件20以及单向阀28可以独立地使用、一起使用或者完全不使用。对于偏离、水平或竖向钻井孔应用中的所有实施例，可以具有：（1）气体提升阀15、双柱锚固件20和处于封隔器14下方的单向阀28，（2）没有气体提升阀15、没有双柱锚固件20且没有处于封隔器14下方的单向阀28，或（3）上述的任意组合或排列。在所有实施例中，地面罐34和致动阀35也是可选的。

图11为与图10类似的实施例，其中泵5和抽油杆11已经被替换为可供选择的实施例的柱塞提升系统，并且没有地面罐34且没有单向阀28。参考图11，过程如下。初始，致动阀37在地面12处打开，这允许从管道3流动到地面12。致动阀35打开，而致动阀36闭合。可能从钻井或管线散发的供应气体46被压缩机38压缩，并且压缩气体33流过流动管线31，穿过致动阀35和流动管线32，并且进入管道1而变成注入气体16，然后该注入气体沿着管道1向下流动，穿过气体提升阀15，且穿过内部管道21。在内部管道21的端部处，注入气体16与储层流体7结合以变成混合流体18，该混合流体沿着腔室环形部19上升，并且流过穿孔的附属物24而进入环形部2。液体17下落到环形部2的底部。

当较多的液体添加到环形部2时，它们最终在柱塞5上方上升，进入管道3，并且在穿孔的附属物24上方上升，这可能导致注入压力上升，由此发出信号使得致动阀35闭合，致动阀39打开，且致动阀37闭合。然后，压缩气体33流过致动阀36，穿过流动管线30，并且进入环形部2而变成注入气体16。当足够体积的注入气体16已经添加到环形部2时，环形部2中的压力充分上升，以发出信号使得致动阀37打开，致动阀36闭合，且致动阀35打开。该压差将柱塞45提升离开密封接头48且沿着管道3上升，并且将液体17推向地面12。某些注入气体16还经由管道3流到地面12。当管道3上的压力显著下降时，柱塞45向下回落到密封接头48，再次开始该过程。可以想到打开和闭合致动阀的其它正时序列。还可以采用地面罐34。

图12是另一个实施例，采用例如同中心的外部和内部管道布置，在竖向钻井孔中结合有新型双向流动连接器43。双向流动连接器43在图13A-13D中详细地示出，并且在下文中详细地讨论。图13与图12类似，除了处于水平钻井孔中。尽管以下讨论图13，但是该讨论同样也应用于图12。在图13中，第一油管柱1开始于地面12并且安装在壳体6内，包括双向流动连接器43、衬套25、单向阀29，并且密封地接合到封隔器14。泥浆锚固件40可以连接到双向流动连接器43，以用作用于从液体17中落出的颗粒的储层，并且将注入气体16与液体17隔离。泥浆锚固件40是一端闭合且一端开口的管道，并且可得自德克萨斯州的Weatherford International of Houston，等等。第一油管柱1在封隔器14下方延伸，包括单向阀28，并且延伸直到其终止于弯曲部8或侧向部10中，或者对于图12而言终止于储层9中或下方。在第一油管柱1中是第二油管柱21，该第二油管柱21也密封地接合到衬套25，且向下延伸穿过封隔器14，并且可以终止于第一油管柱1的端部前方。第三油管柱3处于第一油管柱中，并且开始于地面12处，而终止于开关工具26中。开关工具26允许第三油管柱3选择性地接合到第一油管柱1。开关工具26密封地接合到双向流动连接器43。抽油杆11、泵5和密封接头48容纳在第一油管柱3中。抽油杆11连接到泵5，该泵5选择性地接合到密封接头48。密封接头48可得自德克萨斯州的Weatherford International ofHouston，等等。

如图13A-13D所示，双向流动连接器43是圆柱形本体，该圆柱形本体具有从第一端部105延伸到第二端部107的中心孔112，并且具有厚度109。竖向或第一通道102从第一端部105到第二端部107穿过双向流动连接器43的厚度109。水平或第二通道100从侧面111穿过双向流动连接器43的厚度109而通到中心孔112。尽管示出为是竖向的和水平的，但是也可以想到，第一通道可以不是竖向的，第二通道可以不是水平的。可以想到不同数量和取向的通道。第一通道102和第二通道100不相交。螺纹104、108处于双向流动连接器43的侧面111上，与其第一和第二端部105、107相邻。在中心孔112的内表面上与第一和第二端部相邻地还可以具有内螺纹106、110。如图12-13所示，泥浆锚固件40利用内螺纹110进行附接，第一油管柱1利用外螺纹104、108进行附接。在图13D中，在双向流动连接器43之间、在上管状件114和下管状件116之间的螺纹连接与图13中的在双向流动连接器43和第一油管柱1之间的连接类似。

返回到图13，过程可以如下。注入气体16沿着环形部47向下行进，沿竖向穿过双向流动连接器43，向下延伸穿过衬套25、封隔器14、第二油管柱21，并且延伸出去而进入第一油管柱1，在该第一油管柱处，注入气体16与储层流体7混合而变成混合流体18。储层气体源自于储层9，并且可以行进穿过单向阀28而变成混合流体18的一部分，该混合流体18沿着环形部19上升且行进穿过单向阀29，然后分为液体17和混合气体41。液体17可以穿过双向流动连接器43水平地进入，并且到达泵5，在该泵5处，液体17变成泵送的液体13并且被泵送到地面12。混合气体41沿着环形部2上升到地面12。

现在可以理解，双向流动连接器43允许向下注入气体沿竖向穿过该工具，同时允许储层液体水平地穿过该工具，而储层液体不与向下流动的注入气体混合。双向流动连接器43还允许内部油管柱，例如第三油管柱3，选择性地接合到外部油管柱，例如第一油管柱1。双向流动连接器43可以用于小壳体直径的钻井孔，其中两个并排的或相邻的油管柱的安装是不切实际的或不可能的。双向流动连接器43对于具有较小直径的壳体的钻井而言是有利的。其它非同中心管道布置的实施例可能需要较大的壳体尺寸。也可以想到用柱塞系统取代井下泵。

图14是与图13类似的实施例，不同的是安装有可供选择的实施例的柱塞提升系统来取代井下泵系统。泵和柱塞均是流体排出装置。

图15是另一个实施例，其仅仅使用储层气体来将储层液体从井下泵下方提升到井下泵上方。这个实施例与图13类似，但是不需要内部管道（例如第三油管柱3）来容纳井下泵，也不需要外部注入气体。还可以将单向阀28结合在油管柱中，以防止钻井孔液体向下回落到钻井孔。单向阀28允许液体在封隔器被捕集，直到泵可以将液体提升到地面。通过将储层气体迫入到较小横截面区域中由此不允许气体比储层液体更快地上升，内部管道的较小直径有效地提升储层流体。由于较小的管道尺寸，所以较小量的储层气体可以将储层液体从管道的端部到单向阀提升较短的距离。

参考图15，第一油管柱1开始于地面12，并且包括密封接头48、上部穿孔的附属物23、坯料附属物42、下部穿孔的附属物24、单向阀39、开关工具26、封隔器14、衬套25，并且终止于弯曲部8或侧向部10。密封接头48、坯料附属物42、穿孔的附属物23、24、开关工具26、封隔器14、单向阀39和衬套25均可得自德克萨斯州的Weatherford International of Houston，等等。泵5连接到密封接头48，泵5连接到抽油杆11，该抽油杆向上延伸到地面12。衬套25连接到第二油管柱21，该第二油管柱21连接到单向阀28，沿着钻井孔向下延伸，并且可以终止于管道1的端部前方。

过程可以如下。储层流体7源自于储层9，进入侧向部10，然后进入第一油管柱1和第二油管柱21。储层流体7中的气体在第二油管柱21内膨胀，将储层流体7向上提升，使储层流体7从第二油管柱21出去而进入第一油管柱1，穿过开关工具26，穿过单向阀39，从下部穿孔的附属物24出去，而进入环形部2。储层流体7分离成液体17和环形气体4。液体17进入上部穿孔的附属物23，然后进入泵5，在该泵5处，液体17变成泵送的液体13并且经由管道1被泵送到地面12。环形气体4沿着环形部2上升到地面12。

图16是图15的实施例，除了处于竖向钻井孔中之外。

图17是图16的实施例，不同的是已经安装有柱塞来取代抽油杆和泵。可以仅仅通过周期性地打开和关闭第一油管柱1到地面的连接来操作柱塞，或者可以通过周期性地或连续地沿着环形部向下注入气体与周期性地打开和关闭第一油管柱1到地面的连接相结合来操作柱塞。两种方法都将柱塞及其上方的液体推到地面。这个实施例比安装井下泵便宜得多。这种设计对于这样的钻井是有利的，该钻井具有充分的储层能量和气体产品以将液体从井下泵下方提升到井下泵上方，但仍然需要人工提升设备来将这些液体提升到地面。这个实施例安装成本较低，原因是不需要来自地面的注入气体。随后，没有气体注入管道，没有地面罐，没有致动阀，没有压缩机，并且没有双柱锚固件。其还将适应具有较小壳体直径的钻井孔。

图15-16的实施例对于这样的钻井是有利的，该钻井具有充分的储层能量和气体产品以将液体从井下泵下方提升到井下泵上方，但仍然需要人工提升设备来将这些液体提升到地面。这个实施例安装成本较低，原因是不需要来自地面的注入气体。不必具有任何气体注入管道、地面罐、致动阀、压缩机或双柱锚固件。其还将适应具有较小壳体直径的钻井孔。图17的实施例甚至比较便宜，原因是不必具有任何井下泵和相关的设备。

所有实施例的优点是较低的人工提升点和较佳的碳氢化合物回收。在所有实施例中具有较佳的气体和颗粒分离。在图3-11中，混合流体的进入点在泵或其它流体排出装置的进口上方，这有助于流体中任何气体的分出，原因是重力作用将气体与液体隔离。对于颗粒而言同样如此，原因是具有用于颗粒的大储层，以在泵下方进行收集。在图12-17中，由于重力分离作用，气体被阻止而不能够进入穿孔的附属物。

因为在不脱离本文教导的本发明概念的范围的情况下可以得到许多变化和不同的实施例，本发明的概念可以涉及根据法律描述要求而在本文中详细描述的实施例中的许多修改，所以应当理解，本文中的细节应当理解为示例性的而非限制性的。

Claims (29)

1.一种钻井孔中的人工提升系统，所述钻井孔从地面延伸到具有储层流体的储层，所述人工提升系统包括：

位于所述钻井孔中的壳体；

第一油管柱，其与设置在所述壳体中的封隔器密封地接合，并且延伸穿过所述封隔器；

双向流动连接器，其附接在所述第一油管柱中；

第二油管柱，其在所述双向流动连接器下方设置在所述第一油管柱的一部分中；以及

第三油管柱，其在所述双向流动连接器上方设置在所述第一油管柱的一部分中，并且包括流体排出装置，所述流体排出装置被构造成使储层中的流体移动到地面；

其中所述第一油管柱被构造成将压缩气体从地面向下传送穿过所述双向流动连接器，以便与所述储层流体混合，并且将所述储层流体提升穿过所述壳体和所述第一油管柱之间的环形部；

其中所述第三油管柱的端部与所述双向流动连接器连接；并且

其中所述双向流动连接器被构造成允许向下的压缩气体和被提升的储层流体在彼此不接触的情况下同时穿过所述双向流动连接器。

2.根据权利要求1所述的人工提升系统，其中所述排出装置是泵。

3.根据权利要求1所述的人工提升系统，其中所述排出装置是柱塞。

4.根据权利要求1所述的人工提升系统，还包括第一单向阀，其在所述封隔器的上方附接至所述第一油管柱。

5.根据权利要求4所述的人工提升系统，还包括第二单向阀，其在所述封隔器的下方附接至所述第一油管柱。

6.根据权利要求1所述的人工提升系统，其中所述双向流动连接器包括圆柱形本体，所述圆柱形本体具有厚度、第一端部以及第二端部；从所述第一端部至所述第二端部的中心孔；侧表面；设置成从所述第一端部贯穿所述厚度至所述第二端部的第一通道；以及设置成从所述侧表面贯穿所述厚度至所述中心孔的第二通道；并且

其中所述第一通道和所述第二通道不相交。

7.根据权利要求6所述的人工提升系统，其中具有多个从所述第一端部贯穿所述厚度至所述第二端部的通道；并且

具有多个从所述侧表面贯穿所述厚度至所述中心孔的通道。

8.根据权利要求1所述的人工提升系统，其中所述第三油管柱借助于开关工具和泥浆锚固件与所述双向流动连接器连接。

9.根据权利要求8所述的人工提升系统，其中所述泥浆锚固件包括第一端部开口而第二端部闭合的管状件。

10.根据权利要求1所述的人工提升系统，其中所述第二油管柱的端部在所述第一油管柱中与处于所述封隔器上方的衬套连接。

11.一种利用人工提升系统从钻井孔生产储层流体的方法，所述钻井孔从地面延伸到储层，所述方法包括：

使第一油管柱穿过设置在壳体中的封隔器而定位在钻井孔中；

将压缩气体从地面注入所述第一油管柱，并且所述压缩气体向下穿过与所述第一油管柱附接的双向流动连接器；

使所述压缩气体向下运动穿过在所述封隔器上方与所述第一油管柱附接的第二油管柱；

使所述压缩气体与所述储层流体混合；

将混合后的压缩气体和储层流体提升穿过所述壳体和所述第一油管柱之间的环形部；

在将压缩气体向下注入穿过所述双向流动连接器的步骤期间，在提升的储层流体不与向下的压缩气体接触的情况下，使提升的储层流体运动穿过所述双向流动连接器；以及

利用设置在第三油管柱中的排出装置将所述储层流体排出到地面，所述第三油管柱在所述双向流动连接器的上方定位在所述第一油管柱中。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述排出装置是泵。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述排出装置是柱塞。

14.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：

使混合后的压缩气体和储层流体运动穿过第一单向阀，所述第一单向阀在所述封隔器的上方附接至所述第一油管柱。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括以下步骤：

使混合后的压缩气体和储层流体运动穿过第二单向阀，所述第二单向阀在所述封隔器的下方附接至所述第一油管柱。

16.根据权利要求11所述的方法，其中所述双向流动连接器包括圆柱形本体，所述圆柱形本体具有：厚度；第一端部；第二端部；从所述第一端部到所述第二端部的中心孔；侧表面；设置成从所述第一端部贯穿所述厚度至所述第二端部的第一通道；设置成从所述侧表面贯穿所述厚度至所述中心孔的第二通道；以及

其中所述第一通道和所述第二通道不相交。

17.根据权利要求16所述的人工提升系统，其中具有多个从所述第一端部贯穿所述厚度至所述第二端部的通道；并且

具有多个从所述侧表面贯穿所述厚度至所述中心孔的通道。

18.一种用于钻井孔的设备，所述钻井孔从地面延伸到具有储层流体的储层，所述设备包括：

圆柱形本体，其具有厚度、第一端部、第二端部、从所述第一端部到所述第二端部的中心孔，以及侧表面；

其中第一通道被设置成从所述第一端部贯穿所述厚度至所述第二端部；

其中第二通道被设置成从所述侧表面贯穿所述厚度至所述中心孔；

其中所述第一通道和所述第二通道不相交；

其中所述第一通道被构造成使来自地面的压缩气体穿过，以用于与储层流体混合并且提升所述储层流体；并且

其中所述第二通道被构造成使提升的储层流体穿过。

19.根据权利要求18所述的人工提升系统，其中具有多个从所述第一端部贯穿所述厚度至所述第二端部的通道；并且

其中具有多个从所述侧表面贯穿所述厚度至所述中心孔的通道。

20.一种使钻井孔中的储层流体运动到地面的方法，包括以下步骤：

将圆柱形本体定位在钻井孔中；其中所述圆柱形本体具有：厚度；第一端部；第二端部；从所述第一端部到所述第二端部的中心孔；侧表面；设置成从所述第一端部贯穿所述厚度至所述第二端部的第一通；设置成从所述侧表面贯穿所述厚度至所述中心孔的第二通道；并且其中所述第一通道和所述第二通道不相交；

使压缩气体从地面向下运动穿过所述第一通道；以及

使储层流体运动穿过所述第二通道。

21.根据权利要求20所述的人工提升系统，其中具有多个从所述第一端部贯穿所述厚度至所述第二端部的通道；并且

其中具有多个从所述侧表面贯穿所述厚度至所述中心孔的通道。

22.一种用于移动储层流体的系统，包括：

钻井孔，其从地面延伸到具有储层流体的储层；

位于所述钻井孔中的壳体；

第一油管柱，其与设置在所述壳体中的封隔器密封地接合，并且延伸穿过所述封隔器；

坯料附属物，其处于连接在所述第一油管柱中的上部穿孔的附属物和下部穿孔的附属物之间；

第二油管柱，其在所述下部穿孔附属物的下方设置在所述第一油管柱的一部分中；

流体排出装置，其在所述上部穿孔的附属物的上方设置在所述第一油管柱中，并且被构造成使储层流体运动到地面；

其中所述第二油管柱被构造成将储层流体传送到所述第一油管柱；

其中所述下部穿孔的附属物被构造成使储层流体从所述第一油管柱传送到所述壳体和所述第一油管柱之间的环形部；并且

其中所述上部穿孔的附属物被构造成使储层流体从所述环形部传送到所述第一油管柱。

23.根据权利要求22所述的人工提升系统，其中所述排出装置是泵。

24.根据权利要求22所述的人工提升系统，其中所述排出装置是柱塞。

25.根据权利要求22所述的人工提升系统，其还包括附接在所述第二油管柱中的单向阀。

26.一种用于从钻井孔生产储层流体的方法，所述钻井孔从地面延伸到储层，所述方法包括：

将第一油管柱穿过设置在壳体中的封隔器而定位在钻井孔中；

使储层流体运动穿过设置在所述第一油管柱的一部分中的第二油管柱；

使储层流体从所述第一油管柱穿过附接在所述第一油管柱中的下部穿孔的附属物而传送到所述第一油管柱和所述壳体之间的环形部；

使储层流体从所述环形部穿过附接在所述第一油管柱中的上部穿孔的附属物而传送到所述第一油管柱；以及

利用排出装置将所述储层流体排出到地面，所述排出装置在所述上部穿孔的附属物上方设置在所述第一油管柱中。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述排出装置是泵。

28.根据权利要求26所述的方法，其中所述排出装置是柱塞。

29.根据权利要求26所述的方法，还包括以下步骤：

使所述储层流体运动穿过与所述第二油管柱附接的单向阀。