CN113677869B - 井用卸载阀和操作井用卸载阀的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于石油化工井管4的井用卸载阀1包括：流动通道12，该流动通道12将管4外部的环空6与管4的内部5连接；锁定套筒10，该锁定套筒10用于选择性地关闭流动通道12，其中，锁定套筒10能够借助于管4内的液压压力从打开位置移动至关闭位置；电致动马达模块30，该电致动马达模块30用于移动密封件32，其中，密封件32选择性地打开从管4的内部5到锁定套筒10的液压连接34，以用于将锁定套筒10从打开位置液压地移动到关闭位置；以及止回阀20，该止回阀20位于流动通道12内以用于允许从环空6到管4的流动，并用于阻塞从管4到环空6的流动。此外，还要求保护一种用于卸载石油化工井管4的方法。

Description

井用卸载阀和操作井用卸载阀的方法

技术领域

本发明涉及用于石油化工井管的井用卸载阀并且涉及操作井用卸载阀的方法。

背景技术

井用卸载阀在石油化工生产中用于辅助从井中产出液体，特别是石油。气举过程涉及在生产井中通过管与套管之间的环空注入天然气。这种气体通过管中的路径输送到管的内部。注入的气体在被包含在管中的产出流体中产生气泡，从而降低了流体的密度。这使得地层压力能够提升管中的液柱，并且增加从钻井孔产出的液体量。

为了在不增加关键路径钻井时间的情况下执行井施工完整性测试和卸载井，通常使用与管剪切式气举阀(TSGLV)结合的远程致动屏障装置(RABD)，该装置经由施加管压力而自动从屏障件转换为气举阀。然而，在非气举井类型的生产井或临时进行初步生产/卸载的注水井上留置有效的气举阀，存在多个相关问题，包括：

-无法在将来进行环空压力测试以确认井完整性。

-潜在的泄漏路径。

-部署牺牲式气举芯轴/气举阀的潜在高成本，特别是在需要由高CRA材料、比如镍合金制成的注入井的情况下。

-VO(气体“不起泡”测试)/在注气效果良好的情况下从管到环空的气体压差额定值要求。

一些供应商试图通过开发电子致动、液压驱动的多周期循环阀(例如Halliburton的e-red HS阀)或全液压致动的循环阀(例如Baker Hughes的CMP Defender滑动套筒和HPDefender套筒)来解决这些问题。

示例性地，现有技术文献US 9,869,153公开了一种响应于至少一种井下触发条件、比如井下压力或温度的远程可控阀，其中该远程可控阀可以用作完井管柱组件中的流体损失控制阀或关于完井管柱组件的循环阀中的至少一者。该阀包括联接至控制器的电动马达和液压泵中的至少一者，以及由液压泵和电动马达中的一者轴向移动的套筒。

此外，现有技术文献US 7,467,665公开了一种用于操作循环阀的系统和方法。该阀是自动的，并且通过动力螺杆在打开位置至关闭位置之间致动。动力螺杆的致动是响应于特定条件、比如经过预定时间长度或钻井孔条件、比如压力或温度而进行的。

然而，这种现有技术的阀在结构上相当复杂，并且当被启动时可能容易产生所谓的“U型管效应”，这意味着来自管的液体通过阀并且进入环空。

因此，本发明的目的是克服现有技术的上述缺点。

发明内容

上述问题通过本发明的井用卸载阀和操作井用卸载阀的方法来解决。

优选地，上述目的是通过用于石油化工井管的井用卸载阀来解决的，该井用卸载阀包括：流动通道，该流动通道将管外部的环空与管的内部连接；锁定套筒，该锁定套筒用于选择性地关闭流动通道，其中，锁定套筒能够借助于管内的液压压力从打开位置移动至关闭位置；电致动的马达模块，该电致动的马达模块用于移动密封件，其中，密封件选择性地打开从管的内部到锁定套筒的液压连接，以用于以液压的方式将锁定套筒从打开位置移动到关闭位置；以及止回阀，该止回阀位于流动通道内以用于允许从环空到管的流动、并用于阻塞从管到环空的流动。

流动通道允许处于打开状态，在打开状态下，环空中提供的气体进入管并且能够用于进行气举目的。

在有必要的情况下，锁定套筒用于选择性地关闭流动通道。锁定套筒通过管内的压力以液压的方式被移动，这使得致动非常可靠，因为闭合力可能是非常高的并且取决于管压力。锁定套筒的液压致动通过电启动马达模块启动的，使得致动可以进行电子控制。这允许在满足任何预定条件时致动。

止回阀防止了U型管效应，因为止回阀不允许流体从管回流到环空中。

优选地，止回阀布置在流动通道的环空端部处。因此，流动通道内的管压力可以用于对井用卸载阀的其他元件进行致动。

优选地，井用卸载阀还包括双向密封装置，该双向密封装置用于关闭和打开流动通道，其中，密封装置最初布置在将流动通道关闭的关闭位置，并且其中，密封装置构造成由于通过管中的特定压力而进行的致动而移动到将流动通道打开的打开位置。双向密封装置在井管的第一次安装期间最初是关闭的，并且牢固地关闭流动通道。这使得在将管用于生产之前进行压力测试成为可能。通过施加到管的特定压力，可以很容易地使密封装置打开。

优选地，密封装置包括剪切装置，该剪切装置将密封装置保持在密封装置的关闭位置，并且剪切装置在密封装置致动期间断开。这种剪切装置在将密封装置保持在关闭位置直到需要打开密封装置的情况下是非常可靠的。因为剪切装置仅在密封装置在井用卸载阀的更长使用寿命期间保持打开时才断开。

优选地，密封装置还包括将密封装置偏置到打开位置的弹簧。弹簧支持用于打开密封装置的管压力。

优选地，马达模块包括用于将密封件从关闭位置移动到打开位置的弹簧。马达模块的弹簧提供将密封件从关闭位置移动到打开位置的致动能量。弹簧可以储存大量的势能，并且因此是一种非常可靠且稳固的用于致动密封件的装置。弹簧不需要任何维护，并且存储比现有技术中使用的任何电池更多的能量。这提高了井用卸载阀的功能的可靠性，即使是在长时间使用的情况下。

优选地，弹簧是作用在连接至密封件的活塞上的螺旋弹簧。因此，使得密封件线性地运动。

优选地，马达模块还包括电驱动的保持器，其中，该保持器将活塞保持成使得马达模块处于密封件的关闭位置，并且其中，保持器将活塞释放而使得马达模块移动到密封件的打开位置。保持器释放了弹簧的高势能，但本身只需要很少的电能就可以做到这一点。这进一步提高了井用卸载阀的功能的可靠性。

优选地，马达模块还包括电子模块，在达到以下条件中的一个或更多个条件的情况下，电子模块启动保持器：(a)管内的流体的温度达到预定温度；和/或(b)经过预定时间段。通过这样的条件，可以准确地确定和控制井用卸载阀的流动路径的关闭。

优选地，马达模块还包括作为马达模块的电源的电池。

上述目的也可以通过如上所述的操作井用卸载阀的方法来实现，该方法包括以下步骤：

a.电启动马达模块；

b.将密封件移动到打开位置；

c.打开从管的内部到锁定套筒的液压连接；

d.施加从管的内部到锁定套筒的液压压力；以及

e.将锁定套筒从打开位置移动到关闭位置，以用于关闭流动通道。

优选地，电启动马达模块的步骤包括以下子步骤：

a.电驱动马达模块的保持器；

b.通过保持器释放活塞，其中，密封件连接到活塞；以及

c.通过弹簧线性地移动活塞。

优选地，操作井用卸载阀的方法还包括以下步骤：

a.感测管内的流体的温度；和/或

b.确定是否经过预定时间段；并且然后

c.开启对马达模块的电启动。

优选地，操作井用卸载阀的方法还包括在其它步骤之前执行的以下步骤：

a.对管施加预定压力；

b.使密封装置的剪切装置进行剪切；以及

c.将密封装置移动到打开位置，以用于允许流体流动穿过流动通道。优选地，操作井用卸载阀的方法还包括以下步骤：

a.通过止回阀允许流体从环空通过流动通道到管的流动；以及

b.通过止回阀阻塞流体从管通过流动通道到环空的流动。

附图说明

在下文中，通过参考附图公开了本发明的优选实施方式，在附图中示出：

图1是引入到井中的井用卸载阀的实施方式的局部剖视侧视图。

具体实施方式

下面，参照附图详细描述本发明的优选实施方式。

图1示出了引入到具有套管2的石油化工井中的井用卸载阀1的实施方式的局部剖视侧视图。井用卸载阀1沿插入到套管2中的管4的外侧竖向布置。在井内沿管4的长度可以设置多个井用卸载阀1。优选地，井用卸载阀1沿管4的预定距离布置并且用于将来自管4与套管2之间的环空6的气流选择性地引入到管4内的液体中。

井用卸载阀1包括用于引入气体的流动通道12、锁定套筒10、电致动马达模块30和止回阀20作为主要部件。此外，井用卸载阀1可以包括双向密封装置50，该双向密封装置50用于在安装管期间初始关闭井用卸载阀并且用于压力测试。

流动通道12是引入到井用卸载阀1的本体中的预定横截面的通道。流动通道12将管4外部的环空6与管4的内部5连接并且允许在打开状态下使引入到环空6中的气体流进入管4的内部5。在那里，气体可以与升高液体、例如原油混合并且可以支持提升过程。

在需要的情况下，锁定套筒10用于关闭或阻塞流动通道12。流动通道12可以在生产结束时被阻塞。在图1中，锁定套筒10被示出为处于打开状态下，其中流动通道12是打开的。利用来自管4的内部5的液压压力可以将锁定套筒10移动至关闭状态。为此，液压连接34被打开，该液压连接34使锁定套筒10的下侧承受管4内的压力。该压力将锁定套筒10向上移动到空间16中，并且锁定套筒的上部分17使流动通道12关闭。为了在施加致动压力之前将锁定套筒10固定在打开位置，设置了剪切销18，该剪切销将锁定套筒10与本体60锁定。

电致动马达模块30用于启动锁定套筒10。马达模块30包括可以轴向移动的活塞36，并且马达模块30在上端部具有密封件32。密封件32选择性地打开从管4的内部5到锁定套筒10的液压连接34，以用于以液压的方式将锁定套筒10从打开位置移动到关闭位置。活塞36通过螺旋弹簧35的压力移动。为此，通过电驱动保持器38释放活塞36。最初，保持器38保持活塞36，使得马达模块30和密封件32处于关闭位置。当保持器38接收到电启动信号时，保持器38释放活塞36，使得马达模块30移动到密封件32的打开位置。

保持器38的启动信号通过由电池42供电的电子模块40提供。电子模块40可以包括用于感测管4内或环空6内的液体的压力和温度的传感器。此外，电子模块40包括用于计数时间的时钟。例如，在管4内的流体的温度达到预定温度和/或经过预定时间段的情况下、或在其组合的情况下，电子模块40可以启动保持器30。

止回阀20包括单向密封件22，该单向密封件22由抵靠密封承座的弹簧24偏置。止回阀20布置在流动路径12的环空端部14处，并且防止任何液体或压力从管4的内部5进入环空6中。然而，止回阀20允许流体或气体流从环空6通过流动路径12流入到管4的内部5中。

双向密封装置50用于在RIH(入井、管安装)和管5的初始压力测试阶段期间阻塞或关闭流动路径12。因此，可以通过双向密封装置50控制流动通过流动路径12、密封装置50与止回阀20之间的流体连接、以及环空端部14的流体。密封装置50构造成由于通过管4中的特定压力而进行的致动而移动到打开位置，在打开位置中流动通道12是打开的。这允许在安装管4之后根据需要打开双向密封装置50。密封装置50还包括剪切装置52，该剪切装置52将密封装置50保持在其关闭位置，并且该剪切装置52在以足够高的预定管压力致动密封装置50期间断开。此外，密封装置50还包括弹簧54，该弹簧54将密封装置50偏置到打开位置，其允许以期望的量选择用于密封装置50的预定打开压力。

附图标记列表：

1 井用卸载阀

2 套管

4 管

5 管的内部

6 环空

10 锁定套筒

12 流动通道

14 流动通道的环空端部

16 用于锁定套筒的空间

17 锁定套筒的上部分

18 剪切销

20 止回阀

22 单向密封件

24 弹簧

30 电致动马达模块

32 密封件

34 液压连接

35 螺旋弹簧

36 活塞

38 电驱动保持器

40 电子模块

42 电池

50 双向密封装置

52 剪切装置

54 弹簧

60 本体

Claims (15)

1.一种用于石油化工井的管(4)的井用卸载阀(1)，所述井用卸载阀(1)包括：

a.流动通道(12)，所述流动通道(12)将所述管(4)外部的环空(6)与所述管(4)的内部(5)连接；

b.锁定套筒(10)，所述锁定套筒(10)用于选择性地关闭所述流动通道(12)，其中，所述锁定套筒(10)能够借助于所述管(4)内的液压压力从打开位置移动至关闭位置；

c.电致动的马达模块(30)，所述电致动的马达模块(30)用于移动密封件(32)，其中，所述密封件(32)选择性地打开从所述管(4)的内部(5)到所述锁定套筒(10)的液压连接(34)，以用于以液压的方式将所述锁定套筒(10)从所述打开位置移动到所述关闭位置；以及

d.止回阀(20)，所述止回阀(20)位于所述流动通道(12)内以用于允许从所述环空(6)到所述管(4)的流动、并用于阻塞从所述管(4)到所述环空(6)的流动。

2.根据权利要求1所述的井用卸载阀，其中，所述止回阀(20)布置在所述流动通道(12)的环空端部(14)处。

3.根据权利要求1或2所述的井用卸载阀，还包括双向密封装置(50)，所述双向密封装置(50)用于关闭和打开所述流动通道(12)，其中，所述密封装置(50)最初布置在将所述流动通道(12)关闭的关闭位置，并且其中，所述密封装置构造成由于通过所述管(4)中的特定压力而进行的致动而移动到将所述流动通道(12)打开的打开位置。

4.根据权利要求3所述的井用卸载阀，其中，所述密封装置(50)包括剪切装置(52)，所述剪切装置(52)将所述密封装置(50)保持在所述密封装置(50)的关闭位置，并且所述剪切装置(52)在所述密封装置(50)的致动期间断开。

5.根据权利要求3所述的井用卸载阀，其中，所述密封装置(50)还包括将所述密封装置(50)偏置至打开位置的弹簧(54)。

6.根据权利要求1或2所述的井用卸载阀，其中，所述马达模块(30)包括用于将所述密封件(32)从关闭位置移动到打开位置的弹簧(35)。

7.根据权利要求6所述的井用卸载阀，其中，所述弹簧(35)是作用在连接至所述密封件(32)的活塞(36)上的螺旋弹簧。

8.根据权利要求7所述的井用卸载阀，其中，所述马达模块(30)还包括电驱动保持器(38)，其中，所述保持器(38)将所述活塞(36)保持成使得所述马达模块(30)处于所述密封件(32)的关闭位置，并且其中，所述保持器(38)将所述活塞(36)释放而使得所述马达模块(30)移动到所述密封件(32)的打开位置。

9.根据权利要求8所述的井用卸载阀，其中，所述马达模块(30)还包括电子模块(40)，在达到以下条件中的一个或更多个条件的情况下，所述电子模块(40)启动所述保持器(38)：

a.所述管(4)内的流体的温度达到预定温度；和/或

b.经过预定时间段。

10.根据权利要求1或2所述的井用卸载阀，其中，所述马达模块(30)还包括作为所述马达模块(30)的电源的电池(42)。

11.一种操作根据权利要求1至10中的任一项所述的井用卸载阀(1)的方法，包括以下步骤：

a.电启动所述马达模块(30)；

b.将所述密封件(32)移动到打开位置；

c.打开从所述管(4)的所述内部(5)到所述锁定套筒(10)的液压连接(34)；

d.施加从所述管(4)的所述内部(5)到所述锁定套筒(10)的液压压力；以及

e.将所述锁定套筒(10)从打开位置移动到关闭位置，以用于关闭所述流动通道(12)。

12.根据权利要求11所述的操作井用卸载阀的方法，其中，电启动所述马达模块(30)的步骤包括以下子步骤：

a.电驱动所述马达模块(30)的保持器(38)；

b.通过所述保持器(38)释放活塞(36)，其中，所述密封件(32)连接至所述活塞(36)；以及

c.通过弹簧(35)线性地移动所述活塞(36)。

13.根据权利要求11或12所述的操作井用卸载阀的方法，还包括以下步骤：

a.感测所述管(4)内的流体的温度；和/或

b.确定是否经过预定时间段；以及然后

c.开启对所述马达模块(30)的电启动。

14.根据权利要求11或12所述的操作井用卸载阀的方法，还包括在其它步骤之前执行的以下步骤：

a.对所述管(4)施加预定压力；

b.使密封装置(50)的剪切装置(52)发生剪切；以及

c.将所述密封装置(50)移动到打开位置，以用于允许流体流动穿过所述流动通道(12)。

15.根据权利要求14所述的操作井用卸载阀的方法，还包括以下步骤：

a.通过所述止回阀(20)允许流体从所述环空(6)通过所述流动通道(12)到所述管(4)的流动；以及

b.通过所述止回阀(20)阻塞流体从所述管(4)通过所述流动通道(12)到所述环空(6)的流动。