CN105683491B - 用于为竖直采油树配设穿过油管的esp的悬挂器和穿入器 - Google Patents

Abstract

一种用在竖直采油树(10)中的悬挂器组件(16)，所述悬挂器组件(16)包括：环形管段部件(30)，其具有侧开口(62C)；以及悬挂器(46)，其具有成形为选择性地落座在所述管段部件(30)中的外表面，以及与所述管段部件(30)的侧开口(62C)配准的侧开口(62A)。所述悬挂器组件(16)还包括竖直穿入器(54)，所述竖直穿入器(54)具有与潜油装置(60)选择性地连接的端部和插入到所述悬挂器(46)中的相反端部，并且所述竖直穿入器(54)与所述侧开口(62A、62C)连通。

Description

用于为竖直采油树配设穿过油管的ESP的悬挂器和穿入器

技术领域

本技术涉及油、气开采。具体地说，本技术涉及竖直采油树中的电动潜油泵的配设。

背景技术

采油树典型地在油、气开采过程中用在地面井和海底井上。采油树旨在隔离油、气和其他流体，以及引导和控制油、气和其他流体流出井，并且采油树主要包括控制这种流动的阀门。除此之外，采油树可用于执行其他功能，诸如将化学制品注入井内、释放井内压力以及监视井内状态等。典型地，采油树被分类为水平(卧式)采油树和竖直(立式)采油树。水平采油树是将油和气带至井口，然后通过主阀门、抽汲阀门及其他构件使油和气沿水平方向转向的采油树。竖直采油树是包括采油路径(包括诸如主阀门和抽汲阀门等树构件)竖直地堆叠在井口上方的采油树。

在许多井中，井内压力对于仅需要安装采油树即可从井中开采油和气以及通过打开采油树上的阀门来允许油和气从井流出来说是足够的。然而，在一些情况下，井中的压力不足以以可接受的速度来开采油和气。在这种情况下，可能有必要添加诸如电动潜油泵(ESP)等人工举升机构，以帮助将油和气从井中提升。此外，在一些情况下，最初具有足够压力从而不需要人工举升即能进行开采的井可能经历井压减小，从而达到需要人工举升的时刻。

发明内容

本技术的一个实施例提供了一种用在竖直采油树中的悬挂器组件。所述悬挂器组件包括：环形管段部件，其具有侧开口；以及悬挂器，其具有成形为选择性地落座在所述管段部件中的外表面，以及与所述管段部件的侧开口配准的侧开口。所述悬挂器组件还可包括竖直穿入器，所述竖直穿入器具有能够与潜油装置选择性地连接的端部和插入到所述悬挂器中的相反端部，并且所述竖直穿入器与各所述侧开口连通。所述悬挂器组件还可包括潜油装置，所述潜油装置附接并悬挂在所述悬挂器上，所述潜油装置通过所述悬挂器的侧开口和所述管段部件的侧开口与地面设备电连接。

此外，所述管段部件还具有肩部，并且所述管段部件可在所述竖直采油树中位于所述竖直采油树的主开采阀门的下方，并且，所述悬挂器可具有唇部，所述唇部布置为与所述管段部件的肩部接触以限制所述悬挂器相对于所述管段部件的向下移动。

所述管段部件可具有销并且所述悬挂器可具有槽，所述销和所述槽被定位为：为了使所述悬挂器完全地就位为抵靠所述管段部件并且使所述悬挂器的所述唇部接触所述管段部件的所述肩部，所述槽必须要接纳所述销，并且当所述销与所述槽对准时，所述悬挂器侧的开口与所述管段部件的侧开口对准。另外，所述悬挂器组件还可包括插塞，所述插塞用于在所述组件的组装和拆卸期间插入所述管段部件的侧开口内以密封该开口。

在一些实施例中，管段部件可具有多个流体旁通孔，所述多个流体旁通孔的总横截面足够大，以便将流体流速限制为低于预定流速。另外，所述悬挂器可包括位于其上端的锁定成型件(latching shape)，所述锁定成型件构造为可释放地附接至送入工具。所述悬挂器组件的所述竖直穿入器还可容纳用于与潜油装置连接的电缆，其中所述竖直穿入器的内部、所述悬挂器中的开口及所述管段部件的中的开口与井孔腔(well bore)压力隔离。

本技术的另一实施例提供了一种竖直采油树，所述竖直采油树包括管段和定位在所述管段中的悬挂器组件。所述悬挂器组件包括：管段部件，其具有肩部、侧开口以及流体旁通孔，所述管段部件附接至油管阀盖；以及悬挂器，其适于插入所述管段部件中并且具有唇部，所述唇部布置为与所述管段部件的所述肩部接触以限制所述悬挂器相对于所述管段部件的向下移动，所述悬挂器具有竖直穿入器，所述竖直穿入器向所述悬挂器的一侧敞开，并且经由所述管段部件的所述侧开口能够触及所述悬挂器。所述悬挂器组件还具有潜油装置，所述潜油装置附接并悬挂在所述悬挂器上，所述潜油装置通过所述悬挂器和所述管段部件的侧开口与地面设备电连接。所述管段部件的内径足够大，以允许所述潜油装置通过。

如所附权利要求所述，所述管段部件的所述流体旁通孔与所述侧开口分离，从而在通过所述流体旁通孔同时地开采油和气的时候，操作者可通过经由所述侧开口与所述井下装置通信及提供电力来控制所述井下装置。另外，所述悬挂器组件还可包括插塞，所述插塞用于在所述悬挂器组件的插入和移除期间插入所述管段部件的侧开口内以密封该开口。所述挂钩还可包括位于其上端的锁定成型件，所述锁定成型件构造为可释放地附接至送入工具。

本技术的又一实施例提供了一种在附接至井的井口的竖直采油树中配设穿过油管的ESP的方法。所述方法包括以下步骤：将具有肩部和流体旁通孔的管段附接至竖直采油树的主阀门下方的井口油管悬挂器，使得所述管段的侧壁上的开口与所述井口油管悬挂器的侧壁中的开口对准；以及用插塞密封所述井口油管悬挂器中的开口。所述方法还包括：使电动潜油泵(ESP)穿过所述管段和所述井口油管悬挂器而从井孔腔向下配设至所述采油管中的预定位置，所述ESP由电缆所悬吊；以及将具有周向唇部和侧孔口的电缆悬挂器附接至电缆。此外，所述方法包括：将所述电缆悬挂器送入所述管段内，并将所述电缆悬挂器配设为使得所述周向唇部与所述管段的所述肩部接触，并且所述电缆悬挂器的侧孔口与所述管段的开口及所述井口油管悬挂器的开口对准；从所述井口油管悬挂器中的开口中移除所述插塞并且通过所述井口油管悬挂器的开口、所述管段的开口和所述电缆悬挂器的侧孔口而与所述ESP电通信。

在一些实施例中，所述方法还可包括以下的一个或多个步骤：在配设所述ESP的步骤之前，将压井器(lubricator)和防喷器(BOP)安装在所述下主阀门的上方；将ESP安装在所述压井器中；打开所述BOP和所述压井器；以及在将所述ESP配设到所述井内之前，将所述ESP增压至所述井的井压。其他的步骤可包括：在所述ESP到达其设定深度之前，将所述BOP闭合在附接至所述ESP的所述电缆上；从所述压井器释放压力；以及移除所述压井器，从而在将所述电缆悬挂器附接至所述电缆的步骤之前暴露所述电缆。

所述方法的一些实施例可包括：在将所述电缆悬挂器附接至所述电缆之后重新安装所述压井器；打开所述BOP以释放所述电缆，从而允许所述ESP进一步向所述井的下方移动；将送入工具附接至所述电缆悬挂器并且使用所述送入工具将所述电缆悬挂器送到与所述管段相关的位置；将所述下主阀门闭合；以及在从所述井口油管悬挂器中的开口中移除所述插塞的步骤之前，移除所述BOP和压井器。

附图说明

通过对本技术的非限制性实施例的下述详细描述的阅读和对附图的检查，可以更好地理解本技术，在附图中：

图1是根据本技术的实施例的竖直采油树的局部侧视剖视图；并且

图2是根据本技术的实施例的与竖直采油树一起使用的悬挂器组件的放大剖视图。

具体实施方式

当参考对优选实施例的以下说明和附图进行考虑时，将进一步理解本技术的前述方面、特征和优点，在附图中，相似的附图标记表示相似的元件。为了清楚起见，在描述由附图所示出的本技术的优选实施例时，将使用专用的术语。然而，实施例并不希望被限制于所使用的专用术语，而是应当理解，每个专用术语包括为了实现类似的目的而以类似的方式操作的等同内容。

图1是根据本技术的实施例的竖直采油树10的局部侧视剖视图。竖直采油树10包括定位在油管阀盖14上方的下主阀门12。油管阀盖14附接至悬挂器组件16，悬挂器组件16的结构更详细地示出在图2中，并且悬挂器组件16能够使得在不移除竖直采油树10的情况下允许电动潜油泵(ESP)17或其他装置穿入到井中。尽管本技术的实施例可用于辅助将ESP插入井内，但应当理解，可通过本文所描述的技术将其他的工具和装置引入井内。这种工具和装置的其他实例包括：用于气井去液化的加热器电缆，诸如螺杆抽油泵等可选类型的人工举升系统，以及用于监视诸如温度、压力和腐蚀等井参数的系统。为了便于讨论，在下面对本技术的描述中仅讨论ESP，但本发明不限于与ESP一起使用。

在悬挂器组件16的下方是作为竖直采油树10的一部分的附加构件，例如油管管段18、壳体管段20和壳体后跟22。各种控制阀门24布置在竖直采油树10上，以根据开采操作的需要调节流入和流出采油树的液体的流量。竖直采油树10的上端的抽汲阀门25提供对竖直采油树10的主孔腔的选择性的接入。竖直采油树10设置在井26的顶部，罩住延伸到井26内的采油管28，并且设置有用于使油和气体通过竖直采油树10而离开井26的管道。

参考图2，其中示出了根据本技术的悬挂器组件16的放大剖视图。悬挂器组件16具有环形管段30，环形管段30带有管段肩部32和管段开口34。管段肩部32限定在管段30的内径D_PL减小以形成凸台的位置处。管段开口34在管段肩部32的上方穿过管段30的侧壁径向地突伸出。管段30的上端36适于例如通过螺栓38或其他紧固件而附接至油管阀盖14(如图1所示)。

环形管段部件40适于同轴地定位在管段30中的主孔腔41内。管段部件40的外径稍小于管段肩部32上方的管段30的内径D_PL，从而当管段部件40定位在管段30内时，管段部件40的底端41抵靠管段肩部32并且由管段肩部32支撑。从而，管段部件40相对于管段30的向下移动被管段肩部32所限制。管段部件40还可包括限定在其外表面上以接收密封件43的凹部42。密封件43可以是弹性体，并且密封管段30与管段部件40之间的界面。管段部件40的内径足够大，以允许ESP 17的通过。此外，管段部件40还在其内表面上包括管段部件肩部44。在一些实施例中，管段30和管段部件40可以是一个一体件。

管段部件40包括至少一个开采孔45，开采孔45示出为沿轴向贯穿管段部件40并且偏离于主孔腔41的轴线Ax，开采孔45提供了供油、气和其他流体从悬挂器组件16的下方穿至悬挂器组件16的上方的通道。在替代实施例中，可存在多个开采孔。开采孔45的横截面积或者(在可能的情况下)多个开采孔的总横截面积足够大，以保证穿过开采孔的流体的流速低于由工业标准所规定的阈值。

图2还示出了适于插入管段部件40中的电缆悬挂器46。电缆悬挂器46具有外径，该外径向内过渡以限定朝向下的电缆悬挂器唇部48，该电缆悬挂器唇部48示出为落座在朝向上的管段部件肩部44上。管段部件肩部44与电缆悬挂器46的唇部48之间的相互作用将电缆悬挂器46支撑在竖直采油树10中，并且限制电缆悬挂器46相对于管段部件40的向下移动。在一些实施例中，电缆悬挂器46可具有限定在其外表面上以接纳密封件52的凹部50。密封件52可以是弹性体，并且可以密封管段部件40的内表面与电缆悬挂器46的外表面之间的界面。

图2的电缆悬挂器46还包括位于其上端的锁定件53，该锁定件53的形状形成为以可释放方式连接送入工具(未示出)。在悬挂器组件16的组装期间，并且具体地说，在将电缆悬挂器46插入管段部件40期间，送入工具可附接至锁定件53，以引导电缆悬挂器46进入悬挂器组件16的移动。当电缆悬挂器46已落座时，可随后使送入工具释放锁定件53并且将送入工具移除。另外，电缆悬挂器46还包括竖直穿入器54，该竖直穿入器54从电缆悬挂器46的底部56沿轴向延伸到电缆悬挂器46内，并且容纳电缆58。竖直穿入器54可以与电缆悬挂器46分离，并且可以被加工或模制为防止开采流体的进入。另外，竖直穿入器54可通过肩部或螺纹(未示出)而相对于电缆悬挂器46被保持在位。另外，电缆58可通过任何适当的方式(例如利用与螺旋管连接器类似的滑片螺母连接器等)，或者通过电缆头(如果使用编包电缆的话)而附接至竖直穿入器54。电缆58穿过电缆连接器60并向井下延伸至ESP 17，以便向ESP17或其他装置提供电力、控制等。

管段30、管段部件40和电缆悬挂器46分别具有侧开口62C、62B和62A。开口62A、62B和62C示出为彼此配准，并且从轴线Ax沿径向向外延伸。这些侧开口62A、62B、62C提供了从管段30的外部到竖直穿入器54内的电缆58的顶部的电缆连接件64的通道。电缆连接件64例如可以是三相交流电源。当开口62A、62B和62C恰当地对准时，电缆66可以穿过62A、62B和62C并且与电缆连接件64连接。通过电缆58、66，ESP 17可以与竖直采油树10外部的设备电连接。该电连接可以向ESP 17提供电力以及诸如控制数据等其他数据。开口62A、62B和62C与流动区域67分开，使得在通过开采孔45同时地开采油和气的时候，可以触及电缆连接件64以及控制ESP 17。

为了确保在插入电缆悬挂器46时，电缆悬挂器46的开口62A与管段部件40和管段30的开口62B、62C对准，在组件16中设置有自定向机构。例如，在图2所示的实施例中，自定向销68可包含在管段部件40的内侧壁中，并且可以从管段部件40的内表面向内突出。另外，电缆悬挂器46的外表面的一部中可开有自定向销接收槽70。自定向销68和自定向销接收槽70布置为当二者对准时，电缆悬挂器46的开口62A分别与管段部件40和管段30的开口62B、62C对准。在将电缆悬挂器46插入管段部件40时，除非自定向销68与自定向销接收槽70对准，否则电缆悬挂器46不能完全插入管段部件40。相反，电缆悬挂器46的底部将与自定向销68接触，而不是自定向销68插入到自定向销接收槽70内。因此，当电缆悬挂器46完全就位时，操作者将知道开口62A、62B、62C已对准。

在图2中示出且在上文中描述的悬挂器组件16有效地允许ESP17通过管段部件40而插入，并有效地允许由电缆通过悬挂器组件16的构件侧面的开口62A、62B、62C来对ESP17进行后续控制。另外，由于流体能经由管段部件40中的开采孔45穿过悬挂器组件16，因此该组件仍然允许通过竖直采油树来开采油和气。下面对ESP17的插入和悬挂器组件16的组装进行详细描述。

可以在井停产的时候完成管段30和管段部件40的安装。首先，将井停产，并且将从下主阀门12起往上的所有构件从采油树10(如图1所示)移除。接着，使用例如紧固件72(如图1所示，其可以是螺栓)将可预组装到一起的管段30和管段部件40附接至井口油管管段18。用可插入管段30中的开口62C的插塞74或盖件将开口62A、62B和62C封闭。可通过任何适当的方式将插塞74保持在位。例如，插塞74可具有与开口62C中的内螺纹78对应的外螺纹76。插塞74的目的可以为：遮盖和电气地保护电缆连接件64。在已将管段30和管段部件40附接至井口油管管段18之后，将下主阀门12和其他井口构件重新安装到管段30的顶部上。如图1所示，可将油管阀盖14定位在下主阀门12与悬挂器组件16之间。可通过任何适当的方式(例如，利用紧固件38)将管段30附接至油管阀盖14、下主阀门12、或其他构件。

在管段30和管段部件40被如此附接至竖直采油树10之后，可在井生产(live)的同时将ESP 17降低并设定到井26内。为了实现这一目的，在下主阀门12的上方安装有含压力的压井器79和防喷器(BOP)81。将电缆58附接至ESP 17的顶端，并且将ESP 17通过压井器顶部的含压密封件穿过填料箱83，从而插入压井器内。此时，BOP打开，并且压井器和ESP 17被增压至井压。

一旦ESP 17已被增压，则将ESP 17穿过竖直采油树10(包括穿过管段30和管段部件40)向下配设至井中的预定位置。随着ESP17的降低，电缆58被供给至井内，使得电缆58的下端保持为附接在ESP 17上，并且电缆58的上端保持在BOP的上方且在井的外部。恰在ESP17到达其所预期的设定深度之前，将BOP闭合在电缆58上以便将电缆58和ESP 17保持在位并且使BOP包含井压。然后，将压井器压力释放，并且将压井器移除，以暴露出电缆58的顶部。

在压井器被移除的情况下，电缆悬挂器46附接至电缆58的顶部，并且电缆58如图2所示那样延伸到竖直穿入器54内。然后，经由锁定件53将电缆悬挂器46附接至送入工具，以完成电缆悬挂器46和ESP 17的安装。重新安装压井器，重新打开BOP，并且送入工具将电缆悬挂器46向下推，直到电缆悬挂器46如上文所述的那样就位在管段部件40上为止。使管段部件40的自定向销68与电缆悬挂器46的自定向销接收槽70彼此对准，以确保当电缆悬挂器46完全就位时，开口62A与管段部件40和管段30的开口62B、62C对准。一旦电缆悬挂器46已被设置好，则将送入工具从锁定件53释放并收回到压井器中。然后，将下主阀门12关闭并且将压井器和BOP移除。在管段30上，可以将先前安装的插塞74从开口62C中移除，并且可将电缆66连接至电缆连接件64以便在ESP 17与竖直采油树10外部的地面设备之间建立电通信。为了从井中取出ESP 17，反向地实施上述过程。

本文所描述的技术的一个优点是，减少了为了将ESP或其他装置通过井口引入井内而以水平井口替换竖直井口的需要。相反，本申请的技术允许改造现有的竖直井口。这对于已建成的油田尤其地有益，这类油田可能已在使用竖直井口，并且用水平井口来替换竖直井口将是昂贵和低效的。

尽管已参考特定实施例描述了本文中的技术，应当理解，这些实施例仅仅用于说明本技术的原理和应用。因此，应当理解，在不背离由所附权利要求所限定的本技术的主旨和范围的情况下，可以对所说明的实施例做出多种修改，并且可以设计出其他的布置。

Claims (13)

1.一种竖直采油树，包括：

管段，其附接至油管阀盖；以及

悬挂器组件，其定位在所述管段中，所述悬挂器组件包括：

管段部件，其具有肩部、侧开口以及流体旁通孔；

电缆悬挂器，其适于插入所述管段部件中，并且具有唇部，所述唇部布置为与所述管段部件的所述肩部接触以限制所述电缆悬挂器相对于所述管段部件的向下移动，所述电缆悬挂器具有竖直穿入器，所述竖直穿入器向所述电缆悬挂器的一侧敞开，并且经由所述管段部件的所述侧开口能够触及所述电缆悬挂器；以及

井下装置，其附接并悬挂在所述电缆悬挂器上，所述井下装置通过所述电缆悬挂器和所述管段部件的所述侧开口与地面设备电连接。

2.根据权利要求1所述的竖直采油树，其中所述管段部件的内径足够大，以允许所述井下装置通过。

3.根据权利要求1所述的竖直采油树，其中所述管段部件的所述流体旁通孔与所述管段部件的所述侧开口分离，从而在通过所述流体旁通孔同时地开采油和气的时候，操作者可通过经由所述管段部件的所述侧开口与所述井下装置通信及提供电力来控制所述井下装置。

4.根据权利要求1所述的竖直采油树，其中所述管段具有侧开口，所述竖直采油树还包括：插塞，其用于在所述悬挂器组件的插入和移除期间插入所述管段的所述侧开口内以密封该侧开口。

5.根据权利要求1所述的竖直采油树，其中所述电缆悬挂器在上端包括锁定成型件，所述锁定成型件构造为可释放地附接至送入工具。

6.一种在附接至井的井口的竖直采油树中配设穿过油管的电动潜油泵的方法，所述方法包括以下步骤：

将具有肩部和流体旁通孔的管段部件附接至竖直采油树的主阀门下方的管段，使得所述管段部件的侧壁上的开口与所述管段的侧壁中的开口对准；

用插塞密封所述管段中的开口；

使电动潜油泵穿过所述管段部件和所述管段而向所述井下配设至所述井中的预定位置，所述电动潜油泵由电缆所悬吊；

将具有周向唇部和侧孔口的电缆悬挂器附接至电缆；

将所述电缆悬挂器送入所述管段部件内并使所述电缆悬挂器落座，以使得所述周向唇部与所述管段部件的所述肩部接触，并且所述电缆悬挂器的侧孔口与所述管段部件的开口及所述管段的开口对准；

从所述管段中的开口中移除所述插塞并且通过所述管段的开口、所述管段部件的开口和所述电缆悬挂器的侧孔口而与所述电动潜油泵电通信。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括以下步骤：

在配设所述电动潜油泵的步骤之前，将压井器和防喷器安装在下主阀门的上方。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：

将所述电动潜油泵安装在所述压井器中；以及

在将所述电动潜油泵配设到所述井内之前，打开所述防喷器，并且将所述电动潜油泵增压至所述井的井压。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：在所述电动潜油泵到达其设定深度之前，将所述防喷器闭合在附接至所述电动潜油泵的所述电缆上。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：

从所述压井器释放压力；以及

移除所述压井器，从而在将所述电缆悬挂器附接至所述电缆的步骤之前暴露所述电缆。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：

在将所述电缆悬挂器附接至所述电缆之后重新安装所述压井器；以及

打开所述防喷器以释放所述电缆，从而允许所述电动潜油泵进一步向所述井的下方移动。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：

将送入工具附接至所述电缆悬挂器并且使用所述送入工具将所述电缆悬挂器送到与所述管段相关的位置。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括以下步骤：

将所述下主阀门闭合；以及

在从所述管段中的开口中移除所述插塞的步骤之前，移除所述防喷器和压井器。