CN104364461A - 潜油泵系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种潜油泵系统，其能够操作以便允许在潜油泵装置运行时有选择地形成进入井身生产区的通路，所述潜油泵系统包括Y型接头、潜油泵装置、控制阀组件和动力管道。所述控制阀组件还能够操作以便有选择地允许形成潜油泵系统的内部和潜油泵系统的外部之间的通路。阀能够操作以便形成动态密封。动力管道能够操作以便同时传输动力和预定控制信号。本发明还涉及一种在潜油泵系统正在出产生产区流体时利用所述潜油泵系统使井身工具进入井身的生产区的方法。在传输预定泵控制信号后，潜油泵装置不间断地持续运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种潜油泵系统及其使用方法。更具体地说，本发明涉及用于在使用潜油泵系统时进入井身生产区的潜油泵系统和在使用所述潜油泵系统时进入井身生产区的方法。
背景技术
从对于自然生产来说缺少足够内压的井身生产烃流体的一种方法是使用潜油泵装置。被称为油层套管的一连串管材或者管子将潜油泵装置悬挂在井身的接近产油层的底部附近。潜油泵装置可以操作以便吸入生产区流体、向生产区流体中施加更高的压力以及将加压的生产区流体流注进生产油管中。通过压力差驱动加压后的井身流体上升到地表。
在完井作业期间，将潜油泵系统安装在专门设计的井身生产区中。生产区是井身的位于封隔器或栓塞之间或者位于封隔器或栓塞下面的部分，在该部分中出产碳氢化合物。封隔器或栓塞把井身的与含烃地层流体连通的部分与井身的其余部分隔开。生产区的流体隔离允许在不干扰生产区的情况下，进入、维护甚至流体隔离井身的其余部分。
通常要避免在安装封隔器或栓塞后为了维护或收集信息而进入生产区，因为这会十分昂贵、耗时并需竭力应对技术上的挑战。进入生产区的原因包括：在井身套管中制作额外的生产孔；使用化学制品处理含烃地层来改变含烃地层的产出剖面，包括应用酸性处理或者除去氧化层；以及使用连续油管或绳索工具进行日常工作和专门的生产测井，包括识别水和油的区域。
在使用潜油泵系统同时还要进入生产区的现有技术存在很大的操作问题。尽管在生产区中安装潜油泵装置相对容易，但是要穿过潜油泵装置进入生产区，即使不是不可能，也是十分困难的。因为除了泵轮输送流体通过的通路以外，泵阻断了其他的通路，所以潜油泵装置没有提供从生产油管管柱进入生产区的直接的机械通路。
Y型接头能够提供穿过潜油泵系统的通路。在使用潜油泵装置时，Y型接头需要使用“栓”来进入生产区。设置在旁路通道中的栓防止流体从潜油泵装置通过Y型接头的旁路分支流回到井身。安装和拆卸栓的绳索作业十分昂贵，还会涉及到操作和人身安全方面的问题，并且通常会导致生产延期。
带有内部舌门或换向器的Y型接头通常称为“自动Y型接头”，如果其发生机械故障，将会造成巨大的停工风险。制造者没有设计在使用期间可拆卸的自动Y型接头，因此如果舌门出现机械问题，就意味着整个装置的灾难性故障和全系统范围的问题。修理或者更换自动Y型接头需要涉及装配和拆卸整个生产油管管柱的安装作业。更换作业的计划和实施会耗费10到30天，这会造成代价极高的停工期。此外，自动Y型接头需要操作人员通过开关潜油泵装置来操作舌门的位置以便进入生产区。反复使用会导致泵和舌门装置的磨损，缩短泵和舌门装置的使用寿命。
发明内容
一种潜油泵系统，其能够操作以便允许在潜油泵装置运行时有选择地形成进入井身生产区的通路，所述潜油泵系统包括Y型接头、潜油泵装置、控制阀组件和动力管道。所述Y型接头包括生产油管分支、潜油泵分支和旁路分支。所述潜油泵装置通过所述潜油泵分支与所述Y型接头联接和流体连通。所述潜油泵装置能够操作以便接收预定泵控制信号。所述控制阀组件通过所述旁路分支与所述Y型接头联接和流体连通。所述控制阀组件包括阀。所述控制阀组件能够操作以便接收预定阀控制信号。所述控制阀组件还能够操作以便允许有选择性形成所述潜油泵系统的内部与所述潜油泵系统的外部之间的通路。所述控制阀组件的阀包括阀盘和阀孔壁。所述阀孔壁限定阀孔。所述动力管道与所述潜油泵装置和所述控制阀组件联接。所述动力管道与所述潜油泵装置和所述控制阀组件连通。所述动力管道能够操作操作以便同时传输动力和预定控制信号。
一种在潜油泵系统正在出产生产区流体时利用所述潜油泵系统使井身工具进入井身的生产区的方法。所述井身工具构造成能够穿过所述潜油泵系统。所述生产区是所述井身的流体隔离的部分，并且容纳有通过所述潜油泵系统生产的生产区流体。所述方法包括将所述潜油泵系统引入井身，使得所述潜油泵系统位于生产区中。所述方法还包括通过所述动力管道传输预定泵控制信号，使得所述潜油泵装置运行以产出生产区流体。所述方法还包括将所述井身工具引入所述潜油泵系统，使得所述井身工具穿过所述Y型接头的旁路分支。所述方法还包括通过所述动力管道传输预定阀控制信号，使得所述控制阀组件操作以便允许形成穿过所述控制阀组件进入所述生产区的通路。所述方法还包括将所述井身工具引入生产区中，使得所述井身工具穿过所述控制阀组件。在引入所述井身工具期间，在所述井身工具和所述控制阀组件的阀之间形成动态密封。在传输预定泵控制信号后，所述潜油泵装置连续不间断地运行。
与其他现有技术的装置不同，不论潜油泵装置的运行状态如何，本发明的潜油泵系统都允许形成进入生产区的通路。控制阀组件的位置与潜油泵装置的运行无关。
附图说明
从下面对优选实施例的详细描述、所附权利要求和附图中可以清楚地看出本发明的这些和其他特征、方案和优点，在附图中：
图1是在井身生产区中的潜油泵系统的实施例的视图；
图2A-2C是可用于潜油泵系统的实施例的阀的局部视图；以及
图3A-3D是示出了在潜油泵装置运行时，用于进入井身生产区的潜油泵系统的实施例的使用情况的视图。
图1-3和与它们相关的描述帮助人们更好的理解潜油泵系统及其使用方法。附图不是用于限制或限定本发明的范围的，而是为了便于描述的简图。
具体实施方式
包括发明内容、附图说明和具体实施方式的说明书和所附权利要求书涉及发明的具体特征(包括过程或方法步骤)。本领域的技术人员能够理解：本发明包括说明书中描述的具体特征的所有可能的组合及使用。本领域的技术人员能够理解：本发明不受说明书中所给出的实施例描述的限制。本发明的主题仅由说明书和所附权利要求书的精神限制。
本领域的技术人员也能够理解：用于描述具体实施例的术语不会限制本发明的范围。在解释说明书和所附权利要求书时，所有的术语都应该在保持每个术语前后文一致的情况下以尽可能宽泛的方式做出解释。除非另行限定，否则在说明书和所附权利要求书中使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域内的普通技术人员所通常理解的意思。
在说明书和所附权利要求书中，除了在上下文中清楚地表示以外，使用的单数形式“一种”、“一个”和“该”包括多个所指物。动词“包括”及其变化形式应该理解成以非独占性的方式提及元件、部件或步骤。所提及的元件、部件或步骤可能与未明确提及的元件、部件或步骤一同存在、使用或组合。动词“联接”及其变化形式意味着完成包括电学、机械或流体在内的任何形式的必需连接，以使两个或更多的本来未连接的物体形成单个物体。如果第一装置与第二装置相联接，那么连接可以是直接连接或是通过共用的连接器连接。“能够操作”及其变形意味着设备能够正常运行并且能够用于预期用途。“相关的”及其变形意味着某物/某事与另外的某物/某事相关联，因为它们会一同发生或者一者会产生另一者。
空间术语描述了一个物体或一组物体相对于另一个物体或另一组物体的相对位置。空间关系适用于竖直轴和水平轴。方位和关系词语包括：“上孔”和“下孔”；“在上方”和“在下方”；“上”和“下”等相似术语，除非另行说明，这些术语用于方便描述并且是非限制性的。
在说明书或所附权利要求提供数值范围的场合，可以理解的是，区间包括含上限与下限在内的上限与下限之间的每个中间值。在提供了任何特定的排除范围的情况下，本发明包括并限定区间的多个更小的范围。
当在本文中引用专利或出版物时，只要被引用的文献与本文不矛盾，那么这些被引用的文献的全文通过引用并入本文。
在说明书和所附权利要求涉及的方法包括两个或更多个限定的步骤的情况下，这些限定的步骤能够以任何顺序实施或者同时实施，除非在上下文中排除了这种可能性。
潜油泵系统
潜油泵系统包括：Y型接头、潜油泵装置、控制阀组件和动力管道。潜油泵装置和控制阀组件分别与Y型接头相联接。动力管道同时与潜油泵装置和控制阀组件相连通。潜油泵系统能够操作以便选择性地允许形成穿过控制阀组件进入井身生产区的通路。
通过参考潜油泵系统在井身中的使用来充分理解潜油泵系统的各个方面。使用潜油泵系统的方法包括：将潜油泵系统引入井身，使得潜油泵系统位于井身的生产区中。生产区通过已知方法(包括封隔器和栓塞)与井身的其余部分流体隔离。潜油泵系统在生产区的范围内运行。
图1是在井身生产区中的潜油泵系统的实施例的视图。井身10包括生产区20，生产区20与井身10的其余部分流体隔离。井身壁30包围并限定了井身10的外边界。套管40将井身壁30的位于生产区20中的部分包裹住。井身壁30的其余部分暴露在外以进行生产。井塞50将生产区20与井身的其余部分流体隔离，井塞50作为生产区20的顶部的边界。生产区20容纳有用于产出到地表的生产区流体60，生产区流体60包括来自含烃地层的一些碳氢化合物(没有示出)。生产油管管柱70是主要的流体管道，其能够将生产区流体60传输到地表。生产油管管柱70从地表向下延伸穿过井塞50进入生产区20。生产油管管柱70包括薄壁钻管、专门设计的套管和连续油管。生产油管管柱70与井塞50接触，使得生产区20与井身10的其余部分保持流体隔离。
图1还示出了潜油泵系统100，其包括：Y型接头110、潜油泵装置120、控制阀组件130和动力管道140。
Y型接头
潜油泵系统使用Y型接头将Y型接头的两个流体生产通道下孔组合成Y型接头的单个生产油管管柱上孔。如图1所示，Y型接头110具有三个连接的内部流体流动通道：由生产油管分支112限定的生产油管通道、由旁路分支114限定的旁路通道、和由泵分支116限定的泵通道。Y型接头允许与潜油泵系统的其他部分机械连接和流体连通。所述旁路通道和生产油管通道同心对齐或者竖直对齐，使得适当尺寸的机械工具能够从生产油管管柱穿过潜油泵系统直接进入生产区。所述泵通道与旁路通道成角度布置。潜油泵装置阻塞泵通道以免泵通道机械地通到生产区。
如图1所示，Y型接头110具有生产油管分支112、旁路分支114和泵分支116。Y型接头110机械地连接生产油管管柱70，使得Y型接头110成为从生产区20到地表(没有示出)的流体管道的一部分。生产油管分支112和旁路分支114竖直对齐。泵分支116从生产油管分支112向斜侧方向延伸。
用于潜油泵系统的Y型接头不使用机械式舌门控制流向。
潜油泵装置
潜油泵系统将潜油泵装置通过泵分支连接到Y型接头。潜油泵装置通过多个流体进口吸入生产区流体，并且通过生产油管管柱将加压后的生产区流体排向地表。潜油泵装置向生产区流体施加压力，以使其压力高于生产区中的流体的压力，从而克服生产油管管柱中的流体压头压力。
潜油泵装置具有许多部件，包括：具有流体进口的泵、机械密封件和泵马达。每个泵具有许多串联安装的级，每个级都具有叶轮和导流器。机械密封件将泵马达联接到泵上。内壳体容纳潜油泵装置的所有部分，以保护这些部分免受生产区流体的侵入和磨损损伤。
图1示出了通过泵分支116将潜油泵装置120与Y型接头110连接并流体连通。潜油泵装置120具有许多部件，包括：泵122、密封件124、泵马达126和流体进口128。密封件124将泵马达126连接到泵122上。泵122通过流体进口将生产区流体60吸入到泵122的入口中。加压的生产区流体通过泵分支116流入生产油管分支112，并且通过生产油管管柱70流向地表。
图1示出了与马达126联接的动力管道140。潜油泵系统的一个实施例使用液力驱动泵送动作。潜油泵系统的一个实施例使用电力。马达能够操作以便接收通过动力管道传输的预定的泵控制信号，并且以与所接收到的预定的泵控制信号相关联的方式作出响应。
控制阀组件
控制阀组件能够操作以便选择性地允许形成通到生产区的通路。控制阀组件包括与阀联接的致动器。致动器能够操作以便接收通过动力管道传输的预定的阀控制信号，并且以与所接收到的预定的阀控制信号相关联的方式运行。致动器能够操作以便控制阀的位置。阀能够操作以实现全范围的选择定位，包括“完全打开”和“完全关闭”。完全打开位置允许形成穿过潜油泵系统进入生产区的通路，使得流体和构造成用于穿过潜油泵系统的工具能够穿过控制阀组件。完全关闭位置不允许形成穿过潜油泵系统进入生产区的流体通路或机械通路。
图1示出了控制阀组件130与Y型接头110的旁路分支112联接并流体连通。控制阀组件130通过选择定位的阀134控制穿过潜油泵系统100进入生产区20的通路。控制阀组件130包括与阀134联接的致动器132。阀134在其上孔侧136与Y型接头110联接并流体连通。阀134的下孔侧138与生产区20流体连通。
控制阀组件的阀
可用的阀类型包括：闸阀、球心阀、角阀、隔膜阀、塞阀、旋塞阀、球阀和蝶形阀。球阀相对可靠，它通过旋转90度的动作来打开或关闭阀，并且具有阀盘孔，阀盘孔能够用于保持内部密封组件。阀通过用于连接流体通道的已知手段与潜油泵系统的其他部件联接，这些手段包括：管螺纹、法兰、对焊和化学粘合剂。
能够在维修阀内部时避免拆卸潜油泵系统的阀体构造可以用作潜油泵系统的一部分。可用的阀体类型允许在阀体保持安装就位的位置远程维护阀的内部部件。阀体类型包括：单片式、三片式、分体式、顶装式、侧装式和焊接式。可用的阀体类型包括：三片式阀体和侧装式阀体，这两种阀体允许使用现有的绳索工具和技术拆卸包括阀的整个中央部分在内的内部操作部分。
控制阀组件的阀可以操作以便与构造成穿过控制阀组件的井身工具形成动态密封。井身工具包括：连续油管、碳杆、栓塞和随泵测井(LWP)装置。“动态”密封形成于运动物体和静止物体之间；“静态”密封形成于两个非运动物体之间。和静态密封一样，动态密封不允许包括井身中的流体或加压流体在内的流体从构成密封的物体(即阀和井身工具之间)通过。在使用潜油泵系统时，静止物体为内部密封组件，运动物体为井身工具。动态密封能够通过运动物体和静止物体之间的液体表面张力形成。在井身工具贴近内部密封组件通过时，也可以由内部密封组件的在张力作为下保持紧靠在井身工具上的元件之间的摩擦接触来形成动态密封。
在潜油泵系统的实施例中，阀还可以操作以便与构造成穿过控制阀组件的井身工具形成静态密封。在井身工具处于横跨控制阀组件的位置的情况下，当井身工具穿过控制阀组件的运动停止时，在阀和井身工具之间形成的动态密封可以保持为静态密封。
控制阀组件的致动器
控制阀组件的致动器将动力转化为机械动作，例如旋转和升高。机械动作选择性地使阀盘处于完全打开位置、部分打开位置或“节流”位置、或完全关闭位置。致动器使阀中的阀盘的运动自动化。在图1中，致动器132与阀134联接并控制阀134的位置，从而选择性地允许形成进入生产区20的通路。
图1示出了联接到致动器132的动力管道140。潜油泵系统的实施例使用液力组件致动器。潜油泵系统的另一实施例使用电力组件致动器。致动器能够操作以便接收经动力管道传输的预定阀控制信号，并且能够操作以与所接收的预定阀控制信号相关联的方式选择性地定位阀盘。当接收到与打开阀相关联的预定阀控制信号时，致动器操作与其连接的阀杆，直到阀杆达到与阀的打开位置相关联的预定位置为止。预定阀控制信号指示致动器以如下方式运行，即：致动器定位阀盘，以使流体流动通道被部分打开和部分阻断(“部分打开位置”或“节流位置”)。另一种预定阀控制信号指示致动器选择性地定位阀盘，使得流体流动通道被完全阻断。
当系统动力或者通信中断时，控制阀组件的致动器自动将阀盘改变到预定位置。在某些情况下，致动器打开阀--称为“故障打开”。在另外一些情况下，致动器“故障关闭”。控制阀组件的致动器优选故障打开，以便使得在失去动力或通信的情况下保持可以进入生产区。
动力管道
潜油泵系统包括动力管道，动力管道将动力源联接到潜油泵系统，并且能够操作以便将动力从动力源传输到潜油泵系统。动力管道连接到控制阀组件和潜油泵装置，并且能够操作以便同时为两者传输动力。在潜油泵系统的一个实施例中，动力管道可以操作以便传输作为泵马达和致动器的能量驱动源和通信介质的液压液体。在潜油泵系统的另一个实施例中，动力管道可以操作以便传输电力。动力管道可以操作以便同时传输动力和预定控制信号。动力管道可以操作以便同时传输预定阀控制信号和预定泵控制信号。
如图1中所示，动力管道140联接到潜油泵装置120和控制阀组件130。动力管道140可以操作以便通过泵管道分支142将动力和预定泵控制信号传输到泵马达126。动力管道140还能够操作以便通过控制阀管道分支144将动力和预定阀控制信号传输到致动器132。动力管道140与地表上的动力源和预定信号传输系统(没有示出)连接。
因为不同的操作设备(泵马达和阀致动器)均通过共用的信号和动力管道来取得动力并接收预定控制信号，所以潜油泵系统能够操作以便保证一个单元的预定控制信号不会干扰另一个单元的运行。
在使用潜油泵系统时，根据所使用的动力，每个单元的预定控制信号可以采用不同的形式。对于电动系统来说，以比传输动力的频率高的不同频率来传输预定控制信号，这样预定控制信号不会对单元(即电路和线圈)内的动力的传输和使用产生负面影响。通过动力管道以不同的高频率传输两个不同的预定控制信号(一个用于阀，一个用于泵)允许既能够同时通信又能够在信号传输期间持续提供动力。如果使用三相交流电，那么可以沿三相线路中的第一条线路传输预定泵控制信号，并且沿三相线路中的第二条线路传输预定阀控制信号。这种分线路式动力管道通信意味着：因为用于特定单元的预定控制信号仅会来自一条线路而不是另外两条线路，所以泵马达和致动器仅能从三相线路中的一条线路接收指令，从而提高了可靠性。对于液压动力来说，预定控制信号可以采用通过液压液体声波传播的可听声或者独特声模式的形式。音调频率或节奏模式既不会影响液压液体的供给压力也不会影响液压液体的流量。泵马达和致动器能够通过寻找高于背景信号干扰的某些音调频率或模式或是这两种的组合，来从背景噪音中解析出预定控制信号。通过电力系统或液力系统传输预定控制信号的各种其他手段和方法对本领域的技术人员来说都是已知的。
在图1中，潜油泵装置120与旁路管件150大致平行地延伸。多个夹具152将潜油泵装置120固定到旁路管件150上以提高稳定性。旁路管件150与控制阀组件130和Y型接头110流体连通并机械联接。地表和生产区20通过旁路进口154选择性地流体连通。当阀134打开时，生产油管管柱70、Y型接头110、旁路管件150、控制阀组件130的阀134及旁路进口154构成的流体通路形成了通到生产区20的流体通道和机械通道。
控制阀组件的阀内部构件
图2A示出了作为潜油泵系统的一部分的阀234的局部视图。阀234包括：阀体260、阀密封件262和阀盘264，其中阀盘264与阀杆266连接。上孔阀孔壁268限定了上孔阀孔270，下孔阀孔壁272限定了下孔阀孔274。阀体260包括：上孔阀口276和下孔阀口278，两者均具有用于机械联接的管螺纹280。阀盘264具有盘孔壁282，盘孔壁282限定了盘孔284。
控制阀组件能够操作以便通过定位阀盘来选择性地允许形成进入生产区的通路，使得流体流动通路基本上不阻挡构造为穿过潜油泵系统的机械装置。所用的阀具有带盘孔壁的阀盘，盘孔壁限定盘孔。当具有盘孔壁的阀处于打开位置时，盘孔壁与阀孔壁对齐，这使得盘孔与阀孔对齐，并且形成了穿过阀的流体流动通路。对于潜油泵系统来说，打开的阀构成了生产区与地表之间的流体流动通路的一部分。
当处于关闭位置时，所用的阀不允许形成通到生产区的通路。当具有盘孔的阀关闭时，盘孔与阀孔不对齐。这种不对齐中断了流体流动通路。无论流体还是工具都不能从关闭的阀的上孔侧横穿到下孔侧。对于球阀来说，在关闭位置，盘孔的中心线垂直于上孔阀孔和下孔阀孔的中心线。
图2A到2C是可用于潜油泵系统的实施例的阀的局部视图。图2A示出了在打开位置的阀234。盘孔284与上孔阀孔270和下孔阀孔274都对齐。在打开时，流体和适于穿过阀234的工具能够进入上孔阀口276；穿过上孔阀孔270、盘孔284和下孔阀孔274；然后从下孔阀口278出来。阀孔中心线288与上孔阀孔270、盘孔284和下孔阀孔274对齐。尽管没有在图2A中示出，但如果阀处于关闭位置，那么盘孔284不与上孔阀孔270和下孔阀孔274对齐。
阀内部密封组件
在潜油泵系统的实施例中，控制阀组件的阀包括内部密封组件。在这种实施例中，内部密封组件能够操作以便与构造成穿过潜油泵系统的井身工具形成动态密封。
在内部密封组件和井身工具之间形成动态密封的许多情况下，当引入的井身工具相对于内部密封组件停止运动时，内部密封组件促进已形成的动态密封转变成静态密封。此外，在种实施例中，当在两个密封部件之间再一次发生相对运动时，内部密封组件也能促进静态密封转变成动态密封。
作为潜油泵系统的实施例的一部分，根据内部密封组件的物理位置，内部密封组件能够操作以便在井身工具上以最接近阀孔内径或盘孔内径的外径形成动态密封。例如，对于直径9.625英寸的管井来说，旁路管件可以具有大约为2.875英寸的公称尺寸。如果阀孔的内径和旁路管件匹配以提供全孔通路，那么能够穿过阀孔的井身工具的宽度为2.375英寸或更小。因此，内部密封组件可以操作以便与宽度为2.375英寸或更小的井身工具配合。在另一个实例中，直径7英寸的管井具有公称尺寸可达大约为2.375英寸的旁路管件。假设阀孔的内径和旁路管件匹配，那么内部密封组件可以操作以便支持宽度为2英寸或更小的井身工具。
(特别是在球阀中)沿盘孔壁设置内部密封组件能够在阀关闭时物理隔离内部密封组件，使得其免受外部碎片、沉积物和潜在损伤的影响。对于图2A所示阀来说，内部密封组件290沿盘孔壁282布置。内部密封组件290容纳在横跨盘孔284的环状凹槽292中。
图2B示出的内部密封组件的实例使用了设置在凹槽中的一组柔性鳍状环294。柔性鳍状环294具有鳍状尖295，当与运动物体摩擦接触时，鳍状尖295朝向与其接触的运动物体的行进方向弯曲。柔性鳍状环294具有弹性，从而能够与运动物体保持摩擦接触，由此产生并保持内部密封组件和运动物体之间的动态密封。通过之前运动的物体与鳍状尖295的接触，在之前运动的物体和图2的内部密封组件之间的动态密封能够形成静态密封。
图2C示出了内部密封组件的另一个实例。在凹槽292中，设置在保持支架297中的加大的O型环296提供了圆形的动态密封边缘。对于本领域的技术人员来说，能够在引入的运动物体和控制阀组件的内部密封组件之间形成动态密封的内部密封组件可以具有各种形状和构造。
在潜油泵组件的一个实施例中，在一个阀孔的沿阀孔壁形成的凹槽中设置内部密封组件。在一个实施例中，内部密封组件设置在阀体的上孔中。沿阀孔壁设置内部密封组件的优点包括：能够相对于内部密封组件定位井身工具，使得在将阀盘调整到打开位置之前，在井身工具和内部密封组件之间形成静态密封。动态密封在打开控制阀组件之前转换为内部密封组件和井身工具之间的静态密封，这能够在潜油泵装置连续运行不被中断的同时防止流体损失和回流。
在潜油泵系统的一个实施例中，阀具有一个以上的内部密封组件。在一些这样的实施例中，各个内部密封组件都可以具有不同的物理构造，以便在各种运行环境下与不同尺寸和形状的井身工具形成各种动态密封和静态密封。例如，具有两个内部密封组件的阀可以使得第一内部密封组件沿上孔阀孔壁定位，并使第二内部密封组件沿盘孔的盘孔壁定位。根据内部密封组件的构造、阀的结构和与内部密封组件形成动态密封的井身工具，这两个内部密封组件中的一个或两个内部密封组件能够在引入井身工具时形成动态密封。本领域的技术人员能够认识到，阀孔壁内部密封组件和盘孔壁内部密封组件都具有能够在内部密封组件和运动的引入井身工具之间形成单个或多个动态密封的多种形状和构造。
可用于形成内部密封组件的材料包括：在形成静态密封或动态密封时不会产生永久变形的具有弹性特性的聚合物和具有塑性特性的聚合物。可用的材料可以操作以便承受富烃环境、高温(超过150°F)和在生产区中的长时间不使用所产生的溶剂化效应。可用的材料包括那些与金属表面之间具有很小的摩擦系数的材料，以使运动物体在与该材料产生物理接触时很容易地沿着运动物体的表面通过，其中，所述金属包括：铁合金、铜合金、铝合金和钛合金。能够提供所需的化学、温度、表面摩擦和弹性特性、单独或组合构成内部密封组件的元件或整个内部密封组件材料包括卤化聚合物，包括：含氯聚合物和含氟聚合物。可用的塑性体包括：聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基聚合物(PFA，MFA)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚醚醚酮聚合物(PEEK，PEK，PEKK)、聚全氟乙丙烯聚合物(FEP)、聚醚酰亚胺(PEI)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)；有机硅材料；氟橡胶。
适用于形成内部密封组件的弹性元件的氟橡胶聚合物包括在标题为“橡胶及胶乳命名规程(Standard Practice for Rubber and RubberLatices-Nomenclature)”的标准ASTM D 1418中的分类“FKM”、“FFKM”和“FEPM”下列出的氟橡胶聚合物。FKM弹性体是聚亚甲基型的含氟橡胶，其使用偏二氟乙烯作为共聚用单体并且在其聚合物链中具有取代基氟、烃基、全氟烃基或全氟烷氧基，带有或者不带有固化部位单体。ASTM D 1418列出了五种类型的FKM型弹性体：
类型1：六氟丙烯(HEP)和偏二氯乙烯(VDF)的共聚物；
类型2：四氟乙烯(TFE)、HFP和VDF的三元共聚物；
类型3：TFE、VDF和包括全氟甲基乙烯基醚(PMVE)的含氟乙烯基醚的三元共聚物；
类型4：丙烯、TFE和VDF的三元共聚物；
类型5：TFE、HEP、乙烯、含氟乙烯基醚和VDF的聚合物。
FFKM弹性体是全氟弹性材料。FFKM聚合体是聚亚甲基类型的全氟橡胶，其所有取代基，不论是氟、全氟烃基或全氟烷氧基都在聚合物链上。FFKM弹性体通常基于单体TFE和PMVE，并且能够被称为“上胶的PTFE”。FEPM是四氟乙烯/丙烯橡胶，四氟乙烯/丙烯橡胶是聚亚甲基类型的含氟橡胶，包括一种或多种单体的烃基、全氟烃基、全氟烷氧基，该橡胶可以也可不具有固化部位单体。示例的FEPM包括丙烯和TFE的共聚物及丙烯、TFE和PMVE的三元共聚物。
进入井身的生产区的方法
在潜油泵系统在出产生产区流体时，使用潜油泵系统使井身工具进入井身的生产区的方法包括：将潜油泵系统引入井身，使得潜油泵系统定位在生产区中。生产区与井身的其余部分流体隔离，并且容纳有生产区流体。所述方法还包括如下步骤：操作潜油泵系统，使得生产区流体通过潜油泵系统产出到地表。在打开阀以及井身工具穿过控制阀组件进入生产区的运动期间，潜油泵装置的不间断运行不受影响。
所述方法的特征在于：使井身工具进入生产区。控制阀组件包括至少一个内部密封组件，所述内部密封组件能够操作以便与构造成穿过潜油泵系统的井身工具形成动态密封。动态密封形成在阀和引入的井身工具之间。动态密封防止从潜油泵装置排出的流体通过旁路通道回流到井身中。
图3A示出了潜油泵系统的实施例，该潜油泵系统被预先引入到井身生产区中并正在操作潜油泵装置，使得生产区流体出产到地表。潜油泵系统300具有与生产油管管柱70相连的Y型接头310。与Y型接头310相连的潜油泵装置320利用流体进口328吸入生产区流体60(动作309)。加压后的生产区流体通过Y型接头310流入通向地表的生产油管管柱70。Y型接头310通过旁路管件350与控制阀组件330联接。控制阀组件330具有致动器332和阀334。控制阀组件330能够操作以便在致动器332处接收预定阀控制信号。控制阀组件330能够操作以便选择性地允许形成通过阀334进入生产区的通路。阀334关闭(黑色圆311)，以便在潜油泵装置320运行期间防止流体循环流动。泵马达326和致动器332都连接到动力管道340并通过动力管道340接收动力。
引入构造成穿过潜油泵系统以进入生产区的井身工具包括：使井身工具穿过生产管柱、Y型接头的生产油管分支和Y型接头的旁路分支。图3B示出了被引入潜油泵系统300的井身工具313。井身工具313穿过Y型接头310、生产油管管柱70和旁路管件350，使得其前端尖部邻近上孔侧317。
在避免对阀盘造成损害的同时，把井身工具的下孔边缘或者前边缘定位成尽可能接近控制阀组件，这具有一定的操作优点。当阀打开并允许形成进入生产区的通路时，能够以最小的延迟将井身工具引入到生产区中。减小打开阀和将井身工具引入生产区之间的时间间隔，能够把在阀打开时可能产生的流体循环量减少到最低。把井身工具的下孔端停在或放在阀盘上能够在不会对阀盘造成不可挽回的损伤的情况下定位井身工具。
在所述方法的控制阀组件包括阀、阀具有在阀盘的上孔侧沿阀孔壁设置的内部密封组件的实施例中，利用上孔侧的内部密封组件定位井身工具能够在引入井身工具期间形成动态密封，然后根据对井身工具的操作形成静态密封。可以在打开阀以形成进入生产区的通路之前形成静态密封，这样能够在井身工具进入生产区时有效地消除泵循环。
通过动力管道传输预定阀控制信号，使得潜油泵系统通过打开控制阀组件来形成进入生产区的通路。图3C示出了动力管道340将打开阀334的预定阀控制信号(箭头319)从地表传输到控制阀组件330。在到达致动器332时，预定阀控制信号使得致动器操作(动作321)，从而使阀334打开(动作323)。处于打开位置(圆圈325)的阀334允许形成进入生产区20的通路。
在将井身工具通过控制阀组件引入生产区时，内部密封组件和井身工具之间形成动态密封。在方法的一个实施例中，在阀盘中形成动态密封。在方法的一个实施例中，在阀孔中形成动态密封。在方法的一个实施例中，在阀盘的上孔侧的阀孔中形成动态密封。在方法的一个实施例中，在阀盘中形成第一动态密封，在阀孔中形成第二动态密封。图3D示出了将井身工具313通过控制阀组件330引入生产区20。井身工具313穿过阀334。在这种情况下，在井身工具313和阀334中的内部密封组件(没有示出)之间形成动态密封(动作327)。在井身工具穿过阀334时，动态密封阻止任何流体在阀334的上孔侧317和下孔侧329之间流动。
在井身工具通过潜油泵系统进入生产区时，潜油泵装置不间断运行。在图3A到3D中，泵马达326利用通过动力管道340提供的动力持续运行。泵322吸入生产区流体60(动作309)。当阀处于打开位置时，动态密封(动作327)将从潜油泵装置排出的流体的循环减小到最低。预定阀控制信号的传输(动作319)不影响泵马达326的运行。
在利用井身工具进入生产区的方法的一个实施例中，还包括操作引入的井身工具以形成静态密封。井身工具穿过控制阀组件进入生产区。井身工具可以被定位成使得在井身工具和控制阀组件之间形成静态密封。在靠近控制阀组件中的如下位置处形成静态密封，即：当井身工具被引入生产区时形成动态密封的位置。
不使用人工升举生产井身流体的方法
潜油泵系统能够不使用人工升举而从生产区生产井身流体。在生产区中的井身流体具有足够的地层压力以克服生产油管管柱中的流体压头的情况下，通过动力管道传输用于停止泵马达的预定泵控制信号，使得泵停止泵送生产区流体。传输用于打开阀的预定阀控制信号，使得控制阀组件打开阀并提供通到生产区的通路。由于阀不再阻碍通到生产区的通路，所以在生产区和地表之间形成流体流动通路，使得能够不使用人工升举就出产生产区流体。受到地层压力驱动的井身流体上升到地表。以相反的方式执行所述方法，就启动潜油泵装置以进行人工升举。
在生产区中的井身流体不具有足以使流体出产到表面的压力的情况下，临时“封闭”井使得含烃地层有足够的时间与生产区流体连通，以便增加生产区流体的压力。保持封闭状态能够对生产区流体进行足够的增压，使得在打开阀时，生产区流体不使用人工升举就能向上穿过生产油管管柱。
Claims (19)
1.一种潜油泵系统，其能够操作以便允许在潜油泵装置运行时有选择地形成进入井身生产区的通路，其特征在于，所述潜油泵系统包括：
Y型接头，其具有生产油管分支、潜油泵分支和旁路分支；
潜油泵装置，其通过所述潜油泵分支与所述Y型接头联接和流体连通，其中所述潜油泵装置能够操作以便接收预定泵控制信号；
控制阀组件，其通过所述旁路分支与所述Y型接头联接和流体连通，其中所述控制阀组件包括阀，所述控制阀组件能够操作以便接收预定阀控制信号并且能够操作以便允许有选择性形成所述潜油泵系统的内部与所述潜油泵系统的外部之间的通路，所述阀包括阀盘和阀孔壁，所述阀孔壁限定阀孔；以及
动力管道，其与所述潜油泵装置和所述控制阀组件联接和流体连通，其中所述动力管道能够操作以便同时传输动力和预定控制信号。
2.根据权利要求1所述的潜油泵系统，其中
所述动力管道能够操作以便传输电力。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的潜油泵系统，其中
所述阀盘具有盘孔壁，所述盘孔壁限定盘孔。
4.根据权利要求3所述的潜油泵系统，其中
所述阀是球阀。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的潜油泵系统，其中
所述阀还包括内部密封组件，所述内部密封组件能够操作以便形成动态密封。
6.根据权利要求5所述的潜油泵系统，其中
所述内部密封组件沿所述阀孔壁布置。
7.根据权利要求6所述的潜油泵系统，其中
所述内部密封组件布置在所述阀盘的上孔侧。
8.根据权利要求5所述的潜油泵系统，其中
所述内部密封组件沿所述盘孔壁布置。
9.根据权利要求5所述的潜油泵系统，其中
所述阀包括：
第一内部密封组件，其沿所述阀孔壁布置，以及
第二内部密封组件，其沿所述盘孔壁布置。
10.根据权利要求5所述的潜油泵系统，其中
所述阀还能够操作以便形成静态密封。
11.一种在潜油泵系统正在出产生产区流体时利用所述潜油泵系统使井身工具进入井身的生产区的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将根据权利要求1所述的潜油泵系统引入井身，使得所述潜油泵系统位于所述生产区中；
通过所述动力管道传输预定泵控制信号，使得所述潜油泵装置运行以出产生产区流体；
将所述井身工具引入所述潜油泵系统，使得所述井身工具穿过所述Y型接头的旁路分支；
通过所述动力管道传输预定阀控制信号，使得所述控制阀组件操作以便允许形成穿过所述控制阀组件进入所述生产区的通路；以及
将所述井身工具引入所述生产区，使得所述井身工具穿过所述控制阀组件并且在所述井身工具和所述控制阀组件的阀之间形成动态密封，
其中，在传输所述预定泵控制信号后所述潜油泵装置持续不间断地运行，
所述井身工具构造成穿过所述潜油泵系统，
所述生产区是所述井身的流体隔离部分并且容纳有所述生产区流体。
12.根据权利要求11所述的方法，其中
被传输的所述预定阀控制信号是电信号。
13.根据权利要求11-12中任一项所述的方法，其中
所述预定阀控制信号通过液压液体传输。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的方法，其中
所述井身工具选自连续油管、碳杆、栓塞和随泵测井(LWP)工具。
15.根据权利要求11所述的方法，其中
所述动态密封形成在所述控制阀组件的阀的盘孔中。
16.根据权利要求11所述的方法，其中
所述动态密封形成在所述控制阀组件的阀的阀孔中。
17.根据权利要求16所述的方法，其中
所述动态密封在所述阀盘的上孔侧形成在所述阀孔中。
18.根据权利要求11所述的方法，其中
所述动态密封包括形成在所述盘孔中的第一动态密封和形成在所述阀孔中的第二动态密封。
19.根据权利要求11-18中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
操纵所述井身工具穿过所述控制阀组件，使得在所述井身工具和所述控制阀组件之间、靠近在将所述井身工具引入所述生产区期间形成的动态密封的位置形成静态密封。
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