CN107110181A - 逆流喷射泵 - Google Patents

Abstract

一种井眼中的井下工具的喷射泵，其中喷射泵具有与喉部流体连通的喷嘴，其中喉部还与扩散器流体连通，喷射泵还具有：中心通道，位于井下工具的井上端，其中中心通道被构造成容纳一定体积的动力流体；第一环形通道，限定在井下工具中，其中第一环形通道被布置成围绕喷嘴并与中心通道流体连通；一定体积的生产流体，位于井下工具的井下端；第二环形通道，限定在井下工具中，且被构造成容纳一定体积的生产流体；以及反向通道，与第二环形通道流体连通，其中反向通道与喷嘴流体连通。

Description

逆流喷射泵

技术领域

本发明一般涉及在油气操作领域中的系统，该系统中，具有喷嘴、喉部和扩散器的喷射泵通过使用伯努利原理来操作。

背景技术

专利号和专利公开号为8,118,103、1,604,644、8,419,378和2,040,890的美国专利以其各自的全部内容通过引用并入本文，用于所有目的。在各自所引用的专利中引用的每个专利、申请和/或出版物也以其各自的全部内容通过引用并入本文，用于所有目的。

发明内容

一种在井眼中的井下工具的喷射泵，其中喷射泵具有与喉部流体连通的喷嘴，其中喉部还与扩散器流体连通，喷射泵还具有：中心通道，位于井下工具的井上端，其中中心通道被构造成容纳一定体积的动力流体；第一环形通道，限定在井下工具中，其中第一环形通道被布置成围绕喷嘴并与中心通道流体连通；一定体积的生产流体，位于井下工具的井下端；第二环形通道，限定在井下工具中，且被构造成容纳一定体积的生产流体；以及反向通道，与第二环形通道流体连通，其中反向通道与喷嘴流体连通。

附图说明

通过参考附图，可更好地理解示例性实施例，且许多目的、特征和优点对本领域技术人员而言显而易见。这些附图仅用于说明本发明的典型的示例性实施例，而不被认为是对其范围的限制，因为本发明可包含其他同样有效的示例性实施例。为了清楚和简明，附图不一定按比例，且附图的某些特征和某些视图可能被放大示出、按比例示出或示意地示出。

图1描绘了在井眼内的井下工具的喷射泵的示例性实施例的示意性剖视图；

图2示出了喷射泵的示例性实施例的立体剖视图；

图3描绘了图2的实施例的放大视图；

图4示出了图2的实施例的可选的立体剖视图；

图5示出了图4的实施例的喷嘴区域的放大视图；

图6示出了喷嘴和喉部区域中的一定体积的生产流体以及一定体积的动力流体的透视的示意性剖视图。

具体实施方式

下面的描述包括具体化本发明主题的技术的示例性设备、方法、技术和指令顺序。然而，应当理解，可在没有这些具体细节的情况下实践所描述的示例性实施例。

图1描绘了具有喷射泵20的示例性实施例的井眼12中的井下工具10的示意图。如图1所描绘的，喷射泵20的示例性实施例是液-液喷射泵；可选地，喷射泵20也可用作液-气喷射泵。井下工具10通常具有：端部11，其朝井上靠近井眼12的表面；以及端部13，其相对于井眼12更靠近井下。尽管井眼12被描绘为竖直井眼，但是井眼12也可具有其他构造；例如，井眼12可具有水平的或基本上水平的形状，或弯曲的形状。此外，井眼12可以可选地衬有套管或管16。在井下工具10与井眼12之间，或在井下工具10与套管或管16之间可存在环空14。井下工具10可具有密封元件或封隔器18，以抵靠井眼12或套管16的内壁15密封地接合。当油田作业开始时，井眼12可产生一定体积的生产流体30。井下工具10可通过激活密封元件18而防止一定体积的生产流体30进入环空14的一部分。当接合密封元件18时，环空14还可被分成顶部环空14a和底部环空14b。

图2-图5描绘了喷射泵20的示例性实施例的多个剖视图。喷射泵20包括与喉部24流体连通的喷嘴或内部喷嘴22。内部喷嘴22可具有54的内径。虽然在图2-图5所描绘的示例性实施例中与喉部24流体连通，但是喷嘴22的尖端21并没有物理地连接到喉部24(如图5所描绘的放大横截面中可见)。喉部24在与喷嘴22相对的端部处进一步流体地连接到扩散器26。喉部24具有内壁或表面25，且扩散器26也可具有内壁或表面27。喷射泵20包括容纳一定体积的动力流体40的中心通道42。喷射泵20还可具有一个或多个端口46，其允许流体从中心通道42流到围绕内部喷嘴22的第一环形布置通道或环形通道或外部喷嘴44(如从图5的放大图中可以看出)。外部喷嘴44可具有流动直径56(即，限定间隙的环形通道/外部喷嘴44的内径和外径之间的直径范围)。外部喷嘴44的流动直径56大于内部喷嘴22的内径54。外部喷嘴或环形通道44的流动直径56从入口端到出口端逐渐变窄(或外部喷嘴44的流动面积减小)，同时外部喷嘴44的流动直径56的尺寸仍然比内部喷嘴22的从入口端到出口端的内径54更大。此外，第一环形通道44可与喉部24的内壁25相接。

在示例性实施例中，喷射泵20还可包括第二环形地布置的通道或环形通道32，其通过一个或多个生产流体管道33连接到生产流体30的供应源或一定体积的生产流体30。在一个示例性实施例中，喷射泵20的扩散器26可被限定在第二环形通道32内并与第二环形通道32不同。第二环形通道32可连接到反向通道34，该反向通道可以是例如相对于第二环形通道32成小于或等于九十(90)度的角度或具有可允许流体从反向通道34进入喷嘴22或喷嘴22的供给端的任何角度的孔。反向通道34与喷嘴22的中心流体连通。此外，反向通道34不与第一环形通道44或端口46相交。

返回参照图1，一定体积的生产流体30和一定体积的动力流体40可在喉部24和扩散器26中混合，以变成一定体积的混合流体50。此外，如在图1中可见，在示例性实施例中，扩散器26还可具有一个或多个出口孔口29a，其与混合环空29b流体连通，该混合环空与一个或多个通道28流体连通，通道28b将一定体积的混合流体50的流动引导、指向或输送到顶部环空14a。所示的示例性实施例中的通道28是径向的，并通常用于将混合流体的流动从井下方向桥接或重定向到井上方向。出口孔口29a绕过一个或多个生产流体管道33和环形通道32，或不与一个或多个生产流体管道33和环形通道32相交。混合环空29b具有比环形通道32更大的内径和外径。

当操作喷射泵20时，封隔器或密封元件18被激活或通电以与井眼12或管16的内壁15接合，因此将环空14分成在封隔器18上方的顶部环空14a和在封隔器18下方的底部环空14b。

随后，油田操作员可以将一定体积的动力流体40供应、提供或泵送到喷射泵20的中心通道42中。随后，动力流体40可通过端口46流入第一环形通道44，且第一环形通道44逐渐变窄，产生动力流体40流动的环形射流。随后，动力流体40移动或喷射到喉部24的井上端。一定体积的动力流体40作为动力流体40的环形流动或环形流进入或喷射到喉部24中，该动力流体40的环形流动或环形流邻近并覆盖或重叠喉部24的内壁25，在生产流体30与内壁25之间提供缓冲区。

井眼12具有在井眼12内并朝向底部环空14b和井下工具10的井下端13的生产流体30的供应。一定体积的生产流体30可从井眼12(或套管16)的底部环空14b进入井下工具10的井下端13。一定体积的生产流体30接下来可流入一个或多个生产流体管道33，然后流入第二环形通道32，并通过反向通道34流到喷嘴22。生产流体30作为流(stream)被夹带(经由伯努利原理/文丘里效应，利用喷射通过并流出逐渐变窄的环形通道44进入更大面积/体积的区域的生产流体)，或流经喷嘴22，随后流入喉部24的井上端，其中生产流体30流入动力流体40的环形流的中间。一定体积的动力流体40围绕或缓冲生产流体30，以使其不与喉部24的内壁25接触。因此，在生产流体中夹带或在流体30、40的界面之间或界面中形成的任何或许多空化(cavitation)气泡可在一定体积或区域的缓冲动力流体40中内爆(implode)或被一定体积或区域的缓冲动力流体40吸收，且空化气泡将不接触、或被缓冲而避免接触或伤害喉部24的内壁25，从而保护所述内壁25。如果空化气泡与内壁25或内壁27接触，则空化气泡可分别腐蚀并损坏喉部24和/或扩散器26。动力流体40和生产流体30也可在各自的流体之间的界面处开始混合，同时在喷射泵20的喉部24中通过动力流体40缓冲生产流体30，然后可以进一步一起在扩散器26中混合。

尽管动力流体40和生产流体30可在喉部24中开始混合以形成一定体积的混合流体50，但是动力流体40的不同层或缓冲区可仍然保持在扩散器26的内壁27的至少一部分中，或与扩散器26的内壁27重叠，使得扩散器26也可被动力流体40的缓冲区保护而没有空化气泡。一定体积的生产流体30和一定体积的动力流体40可在扩散器中继续混合。此后，一定体积的混合流体50可通过一个或多个出口孔口29a离开扩散器26(以绕开一个或多个生产流体管道33)，接着流到混合环29b，随后流到一个或多个通道28，用以离开扩散器26。这些出口孔口29a、混合环29b和一个或多个通道28允许从扩散器26流体连通到环空14(或上部环空14a)，同时在离开一个或多个通道28之后重新引导来自井下方向的流动，混合流体50行进、移动或在环空14a中向井上运输到井眼12的表面，其中混合流体50可被油田操作员重新取回。

图6描绘了在喷嘴22、44和喉部24区域中接触的一定体积的生产流体30和一定体积或缓冲区的动力流体40的示意图。分别在图6所描绘的两种流体30、40之间的接触部52的一个或多个表面区域或表面区(通常被限定为圆柱形和/或截头圆锥形的表面区域或表面区)在可选的示例性实施例中可具有不同的几何形状。例如，在可选的示例性实施例中，接触部52的一个或多个表面区域可比图6中所描绘的更远地延伸到喉部24中，或两种流体30、40在离开喷嘴22的尖端21之后可立即接触。应当理解，即使流体30、40的部分在喉部24中开始混合成一定体积的混合流体50，动力流体40的剩余缓冲区也可通过邻近内壁25、27放置而很好地分别保持到喉部25或扩散器26中(参见图4)。

仅经由示例，接触部52的表面区域的特征还在于，接触部的初始表面区域52a和接触部的可变表面区域52b。两个体积的流体30、40之间的接触部的初始表面区域52a可发生在外部喷嘴44的流动直径56的内壁58处或附近(在一定体积的生产流体30离开内部喷嘴22的尖端21的第一位置处，在内部喷嘴22的内径54处)。在两个体积的流体30、40之间的接触部的可变表面区域52b是(相对于第一位置52a的)第二下游位置52b，该第二下游位置52b可在喉部24或扩散器26内的一些可变距离处发生。在退出外部环形通道(或外部喷嘴)44(特别是，如果在靠近或较接近接触部52a的第一位置/初始表面区域处)之后的动力流体40的喷射体积与生产流体流30的体积之间的接触部52的一个或多个生成的表面区域相对较大，或者比常规的现有技术喷射泵(其中喷射芯在中心且生产流体围绕喷射芯流动)中的两种流体之间接触的表面区域更大。

由上述内容导致的优点是，由于在本喷射泵20中一定体积的动力流体40与一定体积的产生/生产流体30之间的接触部52的表面区域相当大或相对较大，所以在流体30、40的两个体积流之间传递的动量可以比传统的现有技术的喷射泵构造更有效(其可仅具有约30-35％的效率)，且增加接触部52的表面区域(即，增加一定体积的动力流体40与一定体积的产生流体30直接接触的表面区域涉及增加喷射泵20中的效率)。

尽管参考各种实施方式和开发方式描述了示例性实施例，但是应当理解的是，这些示例性实施例是说明性的，且本发明主题的范围不限于此。多种变化、修改、添加和改进是可能的。例如，虽然已经用各种“环形”通道(例如，环形通道32、44和29b)描绘和描述了示例性实施例，但应当理解的是，这些通道可不一定是环形的，而可以是允许和布置如所述的生产流体和动力流体的流动的任何定向。作为附加的示例，虽然中心通道42被描绘且描述为井下工具10的中心轴向通孔，但应当理解的是，一定体积的动力流体40的供应可通过其他的流动路径几何结构到达环形通道44。

多个实例可作为单个实例被设置用于本文描述的部件、操作或结构。一般而言，在示例性构造中作为单独部件呈现的结构和功能可以被实现为组合结构或部件。类似地，作为单个部件呈现的结构和功能可被实施为单独的部件。这些和其他变化、修改、添加和改进可落入本发明主题的范围内。

Claims (15)

1.一种井眼中的井下工具的喷射泵，其中所述喷射泵具有与喉部流体连通的喷嘴，其中所述喉部还与扩散器流体连通，该喷射泵包括：

中心通道，被定位为朝向所述井下工具的井上端，其中所述中心通道被构造成容纳一定体积的动力流体；

第一环形通道，限定在所述井下工具中，其中所述第一环形通道被布置成围绕所述喷嘴并与所述中心通道流体连通；

一定体积的生产流体，被定位为朝向所述井下工具的井下端；

第二环形通道，限定在所述井下工具中，且被构造成容纳所述一定体积的生产流体；以及

反向通道，与所述第二环形通道流体连通，其中所述反向通道与所述喷嘴流体连通。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括流体旁路，所述流体旁路在所述扩散器的与所述喉部相对的端部处连接到所述扩散器，其中所述流体旁路与所述井眼的一表面流体连通。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述反向通道是相对于所述第二环形通道成小于或等于90度的角度的孔。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述反向通道不与所述第一环形通道相交。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述一定体积的动力流体邻近所述喉部的内壁，并朝向所述喉部的井上端围绕所述一定体积的生产流体。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一环形通道的流动区域从入口端到出口端逐渐减小。

7.一种防止井眼中的喷射泵中的空化的方法，其中所述喷射泵具有与喉部流体连通的喷嘴，且其中所述喉部与扩散器流体连通，该方法包括以下步骤：

将一定体积的动力流体移动到第一环形通道，其中所述第一环形通道围绕所述喷射泵的喷嘴；

围绕所述喷嘴循环和喷射一定体积的动力流体；

从所述井眼供应一定体积的生产流体；

将所述一定体积的生产流体移动到第二环形通道；

使得所述一定体积的生产流体的流动方向反向；

经由围绕所述喷嘴喷射一定体积的动力流体的步骤，将所述一定体积的生产流体递送通过所述喷嘴；以及

借助所述一定体积的动力流体沿着所述喉部的第一内壁产生第一缓冲区域/区。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括借助一定体积的动力流体沿着所述扩散器的第二内壁产生第二缓冲的步骤。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括在所述一定体积的动力流体中向内破裂一定量的空化气泡的步骤。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：将所述一定体积的生产流体和所述一定体积的动力流体混合以形成一定体积的混合流体；并使所述一定体积的混合流体通过出口流入混合环空。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括将所述一定体积的混合流体的流动从井下方向重新引导到所述井眼的表面的步骤。

12.根据权利要求7所述的方法，其中，围绕所述喷嘴循环和喷射一定体积的动力流体的步骤还包括增加所述一定体积的动力流体与所述一定体积的生产流体之间的动量传递。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，增加所述动量传递的步骤包括在所述第一环形通道的流动直径处喷射所述一定体积的动力流体，其中所述流动直径大于所述喷嘴的内径。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，增加所述动量传递的步骤包括在第一位置处喷射所述一定体积的动力流体。

15.根据权利要求7所述的方法，其中，借助所述一定体积的动力流体沿着所述喉部的第一内壁产生第一缓冲区域/区的步骤包括：在所述一定体积的动力流体与所述一定体积的生产流体之间产生能变化的接触表面区域，其中所述一定体积的生产流体的外表面区域相当于所述一定体积的动力流体的内表面。