CN113874599B - 带有开关旁路的注入阀布置和方法 - Google Patents

Abstract

注入布置的一个实施方案包括：主流体通路，该主流体通路具有第一止回阀；旁路通路，该旁路通路在第一止回阀的上游流体地连接到主流体通路并且在第一止回阀的下游流体地连接到主流体通路。另外，用于注入流体的方法包括：向如任何前述实施方案中的注入布置供给注入流体；使流体流经旁路通路；阻止流体流经旁路通路；并且随后使流体流经主流体通路。

Description

带有开关旁路的注入阀布置和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年5月29日提交的美国专利申请号16/425,273的权益，该申请全文以引用方式并入本文。

背景技术

在资源回收工业中，出于各种原因，通常希望将流体注入地下环境中。常见问题包括注入部位处的流体静力学压力。具体地，通常期望或要求确保生产管柱中的流体例如由于所产生的流体压力大于待注入流体的流体静力学压力而不提升待注入流体的柱。相反地，还期望或要求当待注入流体中的流体静力学压力超过产生的流体压力时，待注入流体不会损失到地层中。应当理解，以上仅是示例性的，并且本公开适用于要接收注入的流体的容积的压力高于或低于待注入流体的压力的任何情况。

本领域期望解决该问题的新布置。

发明内容

注入布置的一个实施方案包括：主流体通路，该主流体通路具有第一止回阀；旁路通路，该旁路通路在第一止回阀的上游流体地连接到主流体通路并且在第一止回阀的下游流体地连接到主流体通路。

另外，用于注入流体的方法包括：向如任何前述实施方案中的注入布置供给注入流体；使流体流经旁路通路；阻止流体流经旁路通路；并且随后使流体流经主流体通路。

附图说明

以下描述不应被认为以任何方式进行限制。参考附图，相同元件以相同附图标记表示：

图1为如本文所公开的带有开关旁路的注入阀布置的示意图；

图2是注入阀布置的实施方案的图示，其示出了一个旁路开关配置；

图3是另一旁路开关配置的图示；并且

图4是又一个旁路开关配置的图示。

具体实施方式

本文所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述以参照附图举例而非限制的方式呈现。

参见图1，出于说明目的，将注入布置10设置在管状物12(例如含烃地层中的油管柱)上。应当理解，本文所公开的概念能够被应用于其他行业和情况，其中期望将一种流体注入到具有不同压力的另一流体中。另外仅出于讨论的目的，注入布置可以为化学注入系统的一部分，并且可以使用该术语来非限制地描述部件。布置10包括主流体通路6和旁路通路8。在一个实施方案中，止回阀14和另一止回阀16设置在主流体通路6中。在两个止回阀14和16之间并且作为主流体通路6的一部分的是导管18，该导管可由旁路再接合管线20使用，其中该旁路再接合管线是旁路通路8的一部分。然后，在布置10的旁路通路8中的、绕过阀16的流体通过阀14以注入到需要注入流体的容积中，在这种情况下，注入到限定在管状物12内的容积中。布置10的旁路通路8包括旁路供应源24(连接到向主流体通路6供给注入流体的供应源26)、开关22(允许或阻止流体移动通过旁路通路8)和上述旁路再接合管线20。开关22可以多种方式配置，以确保阀16在某些条件下被绕过而在管状物12的其他条件下不被绕过。在一个实施方案中，指示或禁止绕过的条件是压力条件。例如，在烃生产情况下，管状物12中的压力在井寿命的较早部分可以为高的，而在接近井寿命的终点时可以为低的。在井的寿命期间的任何时候都不应允许采出液进入布置10或注入流体源26。然而，同样地，注入流体的不受控制的损失在任何时候都不应逸出布置10并流入地层中。因此，阀14被构造成用于防止所述渗透，并且阀16被构造成用于防止注入流体的损失。首先对阀14寻址，这通常是在井的较高压力时间内布置10的重要部分。因为此时，地层压力可能超过注入流体的流体静力学压力，如果不是有阀14的话，那么井筒流体将提升注入流体柱并且随后渗透到布置10中。在井的寿命后期中，随着设置有井的油层中的压力消耗，对阀14的需求要少得多，而阀16变得更重要，以防止注入流体流入井中。当注入流体的流体静力学压力超过管状物12中的采出液的压力时，可能发生这种情况。使化学品损失到地层中是昂贵的，因此是不可取的。从而，阀16已被使用。为了使阀16起作用，其偏压构件必须足够强以保持注入流体的整个流体静力学载荷。为了使流体通过其注入，除了偏压构件之外，还需要添加到注入管线的压力大于生产压力。在井的寿命早期中，这意味着操作者必须施加显著的压力以注入流体(因为井的寿命早期地层压力相当大)。布置10通过在旁路通路8中提供旁路部件20-24避免了对非常高的注入压力的需要。如果打开开关22用于流动，则来自源26的流体可绕过阀16。基于管状物12或围绕管状物12的环空28中的压力(图2的实施方案)、通过在选定时间通过管线24供给的选择性化学品(图3的实施方案)或通过在选定时间通过管线24释放塞子(图4的实施方案)，开关22可自动致动。在每种情况下，通过在管状物12中的压力较高的时间期间绕过阀16并且通过在管状物12中的压力较低时致动阀16，布置10将允许以较低压力注入流体。

参见图2，示出了自动响应管状物或环空压力的布置10的实施方案。在该实施方案中，开关22包括具有注入流体入口42、注入流体出口44和开关控制导管46的外壳40。外壳限定活塞50可移动地设置在其中的活塞室48。活塞50通过偏压构件52偏压到闭合位置，并且可通过在导管46中施加阈值压力而保持在打开位置。在打开位置(如图所示)，流体可从入口42流动到出口44，从而启用旁路通路8。一个实施方案将活塞50构造成具有带密封件54和56的差动活塞区域，以确保在期望的方向上移动。在实施方案中，导管46流体压力连通到管材或环空压力。压力连通可通过控制线、通道等进行。使用这些触发压力源中的一个使得无论旁路是打开的还是闭合的，该布置基本上都是自动的。具体地，旁路将在管材或环空中的压力足够高以克服偏压构件52的期间打开。当井的寿命较早并且地层的压力水平相应地较高时，会出现这种情况。这正是希望打开开关22的时候。然而，当管材或环空中的压力较低时，通常当井的寿命接近结束且地层压力耗尽时，开关22将在偏压构件52的影响下闭合，从而防止注入流体倒进井中。当然，可能将导管46连接到任何其他压力源，包括可从表面控制的压力源，诸如控制线(未示出)。

参见图3，示出了开关22的另选实施方案并标记为开关60。在该实施方案中，开关60包括溶胀性材料62。所选择的材料为：在触发流体以小球的形式施加到其上之前，该材料将保持在未溶胀状态。在该实施方案中，操作者将监测井中的压力并且在井筒或地层压力低于注入流体流体静力学柱压力之前的某一时间采取行动以闭合开关60，从而闭合旁路通路(通过发送触发流体的小球)。

参见图4，示出了开关22的另一个实施方案。在该实施方案中，开关22被标记为开关70并且在其中包括物体支座72，该物体支座允许流体经过旁路通路，直到物体74(诸如小球或省缝等)被允许朝向支座72移动并且安置在其上，从而防止进一步流经支座。物体74可从表面或从支座72上游某处的物体外壳掉落，以便随意释放或在感测到命令旁路通路应被闭合的条件时释放。关于后者，本文设想对于所有实施方案，可包括传感器以监测压力或流量和/或方向，从传感器获得的信息用于自动地或通过手动动作改变通过布置10的流动条件。

下面示出了前述公开的一些实施方案：

实施方案1：注入布置包括：主流体通路，该主流体通路具有第一止回阀；旁路通路，该旁路通路在该第一止回阀的上游流体地连接到该主流体通路并且在该第一止回阀的下游流体地连接到该主流体通路。

实施方案2：根据前述实施方案中任一项所述的注入布置，其中主流体通路包括第二止回阀。

实施方案3：根据前述实施方案中任一项所述的注入布置，其中旁路通路在止回阀和第二止回阀之间连接到主流体通路。

实施方案4：根据前述实施方案中任一项所述的注入布置，其中旁路通路包括开关，所述开关具有允许旁路通路中的流体流动的状态和阻止旁路通路中的流体流动的状态。

实施方案5：根据前述实施方案中任一项所述的注入布置，其中开关响应于压力源。

实施方案6：根据前述实施方案中任一项所述的注入布置，其中压力源为管材或环空压力。

实施方案7：根据前述实施方案中任一项所述的注入布置，其中开关包括活塞，该活塞响应于压力以将流体入口连接到流体出口。

实施方案8：根据前述实施方案中任一项所述的注入布置，其中活塞包括具有不同面积的两个密封件。

实施方案9：根据前述实施方案中任一项所述的注入布置，其中开关包括溶胀性材料。

实施方案10：根据前述实施方案中任一项所述的注入布置，其中溶胀性材料在溶胀时阻挡流体流动。

实施方案11：根据前述实施方案中任一项所述的注入布置，其中开关包括物体支座，该物体支座能接收物体以防止流过该支座。

实施方案12：一种用于注入流体的方法，包括向根据前述实施方案中任一项所述的注入布置供给注入流体；使流体流经该旁路通路；阻止流体流经该旁路通路；并且随后使流体流经该主流体通路。

实施方案13：根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中该阻止是通过闭合开关进行的。

实施方案14：根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中在触发压力出现压降时，该闭合是自动的。

实施方案15：根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中该闭合是通过溶胀旁路通路内的溶胀性材料进行的。

实施方案16：根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中该闭合是通过将物体落到旁路通路内的支座进行的。

实施方案17：井筒包括位于地下地层中的钻孔内的管材；以及如任何前述实施方案中的注入布置。

在描述本发明的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)，术语“一个”、“一种”和“该”以及类似指代的使用应被解释为涵盖单数和复数，除非在本文另外指明或与上下文明显地矛盾。此外，应当指出的是，本文的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用来将一个元素与另一个元素区分开。与数量结合使用的修饰语“约”包含所陈述的值并且具有由上下文决定的含义(例如，其包括与特定数量的测量相关联的误差度)。

本公开的教导内容可用于多种井操作。这些操作可涉及使用一种或多种处理剂来处理地层、地层中驻留的流体、井筒、和/或井筒中的设备，诸如生产管材。处理剂可以是液体、气体、固体、半固体、以及它们的混合物的形式。例示性的处理剂包括但不限于压裂液、酸、蒸汽、水、盐水、防腐剂、粘固剂、渗透性调节剂、钻井泥浆、乳化剂、破乳剂、示踪剂、流动性改进剂，等等。例示性的井操作包括但不限于水力压裂、增产、示踪剂注入、清洁、酸化、蒸汽注入、注水、固井，等等。

虽然已参考一个或多个示例性实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可作出各种改变并且可用等同物代替其元件。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可作出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教导内容。因此，预期的是，本发明不限于作为设想用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本发明将包括落入权利要求书的范围内的所有实施方案。另外，在附图和具体实施方式中，已公开了本发明的示例性实施方案，并且尽管已采用了特定术语，但除非另外指明，否则它们仅以一般性和描述性意义使用，而非出于限制的目的，否则本发明的范围因此并不限于此。

Claims (14)

1.一种注入布置(10)，所述注入布置被构造成设置在管状物上并且包括：

主流体通路(6)，所述主流体通路具有构造成防止注入流体的损失的第一止回阀(16)和构造成防止来自所述管状物的流体渗透到所述注入布置中的第二止回阀(14)；

旁路通路(8)，所述旁路通路在所述第一止回阀(16)的上游流体地连接到所述主流体通路(6)并且在所述第一止回阀(16)的下游流体地连接到所述主流体通路(6)，其中，所述旁路通路被构造成允许注入流体绕过所述第一止回阀(16)、通过所述第二止回阀(14)并注入所述管状物中，并且其中，所述旁路通路包括开关(22,60,70)，所述开关能够基于所述管状物中的压力条件而被打开或关闭，以允许或阻止注入流体流动通过所述旁路通路。

2.根据权利要求1所述的注入布置(10)，其中所述旁路通路(8)在所述第一止回阀(16)和所述第二止回阀(14)之间连接到所述主流体通路(6)。

3.根据权利要求1所述的注入布置(10)，其中所述开关(22,60,70)具有允许所述旁路通路(8)中的流体流动的状态和阻止所述旁路通路(8)中的流体流动的状态。

4.根据权利要求1所述的注入布置(10)，其中所述开关(22、60、70)响应于压力源。

5.根据权利要求4所述的注入布置(10)，其中所述压力源为管材或环空压力。

6.根据权利要求1所述的注入布置(10)，其中所述开关(22、60、70)包括活塞(50)，所述活塞响应于压力以将流体入口(42)连接到流体出口(44)。

7.根据权利要求1所述的注入布置(10)，其中所述开关(22、60、70)包括溶胀性材料(62)。

8.根据权利要求1所述的注入布置(10)，其中所述开关(22、60、70)包括物体支座(72)，所述物体支座能接收物体(74)以防止经过所述物体支座(72)的流动。

9.一种用于注入流体的方法，包括：

向根据权利要求1所述的注入布置(10)供给注入流体；

使流体流经所述旁路通路(8)；

阻止流体流经所述旁路通路(8)；并且随后

使流体流经所述主流体通路(6)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述阻止是通过闭合开关(22、60、70)进行的。

11.根据权利要求10所述的方法，其中在触发压力出现压降时，所述闭合是自动的。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述闭合是通过溶胀所述旁路通路(8)内的溶胀性材料(62)进行的。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述闭合是通过将物体(74)落到所述旁路通路(8)内的支座(72)进行的。

14.一种井筒，包括：

管材，所述管材位于地下地层中的钻孔内；和

根据权利要求1所述的注入布置(10)。