CN1934333B - 向油井的生产油管内注入提升用气体的方法以及用于该方法的气举流量控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于将提升用气体或其它流体经由一个或多个耐磨的井下气举流量控制装置注入到油井的生产管道内的方法，每个气举流量控制装置包括：管状阀罩(1)，其包括流道(2)，该流道具有连接到提升用气体的供应管道上的上游端(9)，以及连接到生产管道的内部的下游端(10)；舌片型阀体(3)，其枢轴地连接到阀罩(1)上，并设置在流道(2)中，从而如果阀体枢转到打开位置，该阀体定位成基本上平行于流道，如果阀体枢转到关闭位置，该阀体定位成基本上垂直于流道，并压靠在环形阀座(4)上，由此阻碍流体穿过流道(2)；阀保护套筒(5)，其设置在流道(2)中，可在第一位置(图2中所示)和第二位置(图1中所示)之间滑动，在第一位置处，套筒(5)延伸穿过环形阀座，同时阀体(3)枢转到其打开位置，由此保护阀座和阀体不受提升用气体或其它流体的流通所带来的磨损，在第二位置处，套筒(5)延伸穿过位于阀座(4)上游处的流路(2)部分，同时阀体(3)枢转到其关闭位置；流量限流器(8)，其形成阀保护套筒(5)的一部分，该流量限流器的尺寸使得流过流量限流器(8)的提升用气体或其它流体的通量产生压力差，该压力差促使套筒(5)朝向第一位置移动。
Description
技术领域
本发明涉及一种经由一个或多个气举流量控制装置向油井的生产管道内注入提升用气体的方法，并涉及一种用于该方法的气举流量控制装置。
发明背景
习惯做法是将提升用气体泵入到位于生产管道和周围油井套管之间的环状空间内，随后将提升用气体从环状空间经由侧室中的一个或多个单向气举流量控制装置泵入到生产管道中，沿生产管道的长度来分布气举流量控制装置。通过流量控制装置注入到位于生产管道内的原油(或其它流体)流中的提升用气体，减少生产管道内液柱的密度，并提高油井的原油生产率。
商业上可使用的气举流量控制装置通常利用单向止回阀，其包括球或半球或圆锥，通过弹簧将它们压在阀座环上。如果提升用气体压力高于生产管道内原油流的压力，之后该压力差超过弹簧对球所施加的力，从而压缩弹簧并将球从阀座环处举起，或移开，并且允许提升用气体从充气注入管道流到生产管道内。然而如果原油流的压力高于注入管道内的提升用气体压力，则弹簧和气举流量控制装置上的压力差的合力推动球或半球使其推压环形座，由此关闭单向阀并防止原油，或其它流体从生产管道流到注入管道中。
已知单向阀的一个问题是用球或半球以及环形阀座承受提升用气体的通量，其可包含液体或砂子或其它磨粒和/或腐蚀性化学成分，例如氢化硫和二氧化碳。因此球或半球以及阀座常遭机械和化学侵蚀，这会造成阀泄漏，从而原油或其它流体会从生产管道流到注入管道中，并在注入管道内的原油或其它流体水平已达到气举流量控制装置或流量控制装置的位置时会阻碍提升用气体注入。
美国专利5,535,828文献中公开了一种表面控制的气举阀，其能可回收性地插入到油井生产油管中的侧室内，在其中将截头圆锥体阀体安装在液压制动活塞上，可从表面促使活塞将阀体压在截头圆锥体阀座上，以及从阀座处提升阀体。阀体和阀座承受提升用气体的通量，并常遭机械和化学侵蚀。
从US专利5,004,007文献中得知，其提供一种表面控制的化学压注阀，在其中利用保护套筒保护舌片类型的阀体和相关联的环形阀座不承受注入化学溶液的通量，利用液压将保护套筒推过环形阀座，并且一旦液压减至低于阈值则由弹簧将其推回，由此允许舌片类型的阀体转过来反压环形阀座。公知的化学压注阀配备有连接到阀罩和活塞上的流量限制，化学压注阀由流量限制上的压力差来激励。将活塞设置在邻近于套筒处的阀罩中圆柱腔内，并连接到套筒上。活塞用作克服套筒和任何处于套筒与阀罩之间密封物之间的摩擦力，并且活塞存在于套筒附近处使得该阀复杂、昂贵，并且在如果有污染物、砂子或磨粒累积在圆柱腔内活塞上和/或如果密封物失效时也会使其失灵。
表面控制的化学压注阀的这一复杂设计使其不适合替换公知的由球阀所致动的有磨损倾向的弹簧。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的提升用气体注入方法，其中利用一个或多个气举流量控制装置，该装置具有最少量有磨损倾向的可移动部分，从而流量控制装置节省成本并且耐磨。
本发明的进一步目的是提供一种耐磨的气举流量控制装置，其易于制造和操作，并节省成本。
根据本发明，提供一种将提升用气体经由一个或多个井下气举流量控制装置注入到油井的生产管道内的方法，每个气举流量控制装置包括：
管状阀罩，包括流道，该流道具有连接到提升用气体的供应管道上的上游端，和连接到生产管道的内部的下游端；
舌片型阀体，其枢轴地连接到阀罩上，并设置在流道中，从而如果阀体枢转到打开位置，则该阀体定向成基本上平行于流道，如果阀体枢转到关闭位置，则该阀体定向成基本上垂直于流道，并压靠在环形阀座上，由此阻碍流体穿过流道；
阀保护套筒，其设置流道中，可在第一位置和第二位置之间滑动，在第一位置处，套筒延伸穿过环形阀座，同时阀体枢转到其打开位置，由此保护阀座和阀体不受提升用气体或其它流体的流通所带来的磨损，在第二位置处，套筒延伸穿过位于阀座的上游处的流道部分，同时阀体枢转到其关闭位置；以及
流量限流器，其形成阀保护套筒的一部分，该流量限流器的尺寸使得流过流量限流器的提升用气体或其它流体的通量产生压力差，该压力差促使套筒朝向第一位置移动。
本发明还涉及一种用于将提升用气体或其它流体注入到油井的生产管道中的气举流量控制装置，其包括：
管状阀罩，包括流道，该流道具有构造用于连接到提升用气体的供应管道上的上游端，和构造用于连接到生产油管的内部的下游端；
舌片型阀体，其枢轴地连接到阀罩上，并设置在流道中，从而如果阀体枢转到打开位置，则该阀体定向成基本上平行于流道，如果阀体枢转到关闭位置，则该阀体定向成基本上垂直于流道，并压靠在环形阀座上，由此阻碍流体穿过流道；
阀保护套筒，其设置在流道中，可在第一位置和第二位置之间滑动，在第一位置处，套筒延伸穿过环形阀座，同时阀体枢转到其打开位置，由此保护阀座和阀体不受提升用气体或其它流体的流通所带来的磨损，在第二位置处，套筒延伸穿过位于阀座的上游处的流道部分，同时阀体枢转到其关闭位置；以及
流量限流器，其形成阀保护套筒的一部分，该流量限流器的尺寸使得流过流量限流器的提升用气体的通量产生压力差，该压力差促使套筒朝向第一位置移动。
优选的，套筒具有锥形部分，在该锥形部分处，套筒的外径在套筒的下游方向中逐渐减小，第一挠性密封环在阀座的上游设置在阀罩内，从而，当套筒处于其第一位置处时，套筒的锥形部分的外表面压靠在密封环的内表面上，由此当套筒处于其第一位置时，在套筒的锥形部分与管状阀罩之间的环状空间内提供流体紧密封；以及当套筒处于其第二位置时，所述第一密封环仅松弛地接合套筒的锥形部分。
锥形部分在其从第二位置移动到第一位置处时还起到把套筒居中定位在阀体中的作用。
可替换的，管状阀罩具有锥形部分，在该锥形部分处，阀罩的内径在阀罩的下游方向中逐渐减小，第一挠性密封环设置套筒的外表面上，从而，当套筒处于其第一位置处时，阀罩的锥形部分的内表面压靠在密封环的外表面上；以及当套筒处于其第二位置时，所述第一密封环仅松弛地接合阀罩的锥形部分。
套筒的锥形部分或可选地，周围阀罩的锥形部分允许套筒容易地通过阀罩上下滑动直到套筒已几乎达到第一位置处为止，然而，周围的第一密封环在套筒已达到第一位置处时提供流体紧密封。由于套筒可很容易地通过阀罩上下滑动，因此无需使用从US专利号为No.5,004,007文献中所知的附加液压活塞。
除了第一密封环，可将第二挠性密封环在第一密封环的下游处设置在管状阀罩中，第二密封环构造成当套筒在其移动到第一位置时作为套筒的挡块。
所述第一和第二密封环可由弹性体材料制成，并限定出密封的环状界限，当套筒移动到其第一位置时，单向阀体和阀座设置在该密封的环状界限内。
舌片型阀体可配备有弹簧，该弹簧朝向关闭位置偏压阀体。一弹簧设置在管状阀体和阀保护套筒之间，其朝向第二位置偏压阀保护套筒。
该气举流量控制装置可以构造成可回收地定位于油井的生产油管中的侧室内的基本上垂直位置中，所述将阀保护套筒朝向第二位置偏压的弹簧被构造成，如果阀保护套筒的重力与由提升用气体施加给套筒的力的合力超过预定阈值，则该弹簧塌缩。
优选地，所述弹簧被构造成在提升用气体的注入压力已达到一定数值时塌缩，该数值低于正常石油生产期间的提升用气体的注入压力。
也优选地，舌片型阀体包括倾斜面，该倾斜面的尺寸使得当套筒从第二位置移动到第一位置时与套筒的初始接触点是离单向阀体的铰销最远的点。这使得在铰销上的应变较小，从而得到更长的寿命，并减少了由于铰销应力和应变所造成的失效。
在所附权利要求、摘要以及结合附图的详细说明中，更为详细地说明根据本发明的气举方法和流量控制装置的这些或其它特征、优点和实施例。
附图说明
在附图中：
图1是根据本发明的流量控制装置的纵向截面图，其中单向阀体处于打开位置，阀保护套筒处于第二位置处；和
图2是图1中流量控制装置的纵向截面图，其中单向阀体处于关闭位置，阀保护套筒处于第一位置处。
具体实施方式
图1显示出气举流量控制装置，其包括有管状阀体1，管状阀体1包括纵向的流道2，在该流道2中枢轴地设置有舌片型阀体3，从而使阀体3可在关闭位置和打开位置之间枢转，在关闭位置中如图1所示阀体3压靠在环形阀座4上，在打开位置中如图2所示阀体3被定向成平行于流道2。
阀保护套筒5可滑动地设置在阀罩1中，位于图2中所示的第一位置和图1中所示的第二位置之间。
在图2中所示的第一位置中，阀是打开的，越过安装在套筒5内部的流量限流器8的压力差推动套筒5上升，从而使套筒5压在第一密封环6和第二密封环7上。该压力差是由提升用气体或其它流体的通量造成的，该提升用气体或其它流体经由一系列进口孔9进入阀罩并通过流道2向着位于阀顶部的阀出口孔10向上流动，由此抵抗弹簧11的作用而向上提升套筒5。
在图1中所示的第二位置处，没有将提升用气体注入到流道2中，由此在流量限流器8的两侧没有产生压力差，并且弹簧11推动套筒5向下，从而套筒5的顶端在环形舌片阀座4的下面。套筒5移动到第二位置中的向下移动使单向阀体3向下枢转压在环形阀座4上。
除了用于将套筒5移到第二位置中的弹簧11之外，通过套筒11的任何流体的逆流产生压力差，其也在将套筒11向第二(关闭)位置移动的方向中施加力。阀保护套筒5具有锥形的上部，选择其锥角，使得在其向第一位置移动时集聚套筒11，并且如果套筒处于图2中所示的第一位置处，套筒5的圆锥外表面牢固地接合在第一弹性密封环6上。第一密封环6和第二密封环7由此限定出密封的环状凹槽12，在其中保护舌片型阀体3和环形阀座4不受来自于流过流道2的提升用气体流量的机械和/或化学侵蚀。当打断提升用气体注入时，弹簧11推动套筒5向下，并且第一密封环仅松松地接合在阀保护套筒5的锥形外表面上，从而在弹簧张力和其自重的作用下套筒流畅地向着其第二位置滑动，而无需依靠如在US专利5,004,007中公开的附加活塞的附加水压作用。
替代具有锥形顶部的套筒以及在阀罩1内壁上凹槽中安装第二密封环6，可将第二密封环6安装在圆柱套筒5外壁上凹槽中，其由阀罩1的锥形部分所环绕。
阀罩1包括锥形头部部分14和一系列密封环15，该密封环15能以如US专利号为No.5,535,828文献中所公开的方式在生产油管中的侧室内可回收性地安装阀，从而进气口9连接到与位于生产油管和周围油井套筒之间的环形空间流体导通，从表面进入到提升用气体注入的空间，并由此阀出口孔10将提升用气体分配到生产油管中的原油流中。
阀出口孔10可包括多个小注气口或如国际专利申请WO 0183944中公开的多孔膜，通过它们将提升用气体作为小颗粒散布的泡沫流注入到原油流中，由此产生出泡沫或泡沫类型的提升用气体与原油的混合物。
舌片3的倾斜面3A的平面与舌片的密封表面的平面不平行。所设计的舌片的密封表面充分地并同时接触整个密封表面或阀座4，其位于流量控制装置的主体内。舌片的密封外形和流量控制装置主体内的密封外形垂直于套筒5的中心线，并平行于套筒5的表面。由于舌片3中倾斜面3A的平面与套筒5的表面5A不平行，因此当套筒5从第二位置移到第一位置时，套筒5在接触另一部分前接触舌片3中外形3A的一部分。舌片的倾斜面3A所具有的尺寸使得套筒从第二位置移到第一位置时与套筒5的初始接触点3C是离舌片3中铰销3B最远的点3C。这使在铰销3B上出现较小形变，得到更长的寿命，并减少了由于铰销的应力和应变所造成的故障。
进口孔9的角的尺寸使得将进入流体引入到流量控制装置的内部2，其具有最小的方向突变.方向变化的最小化能使流量控制装置在与其它流量控制装置相同的流动条件下让更多的提升用气体或其它流体流过流量控制装置，其它流量控制装置并不考虑流量具有最小的流量方向变化.此外，流入流体的方向变化的减少使流量控制装置的表面上的侵蚀由于减少了湍流而降低.
Claims (11)
1.一种将提升用气体经由一个或多个井下气举流量控制装置注入到油井的生产管道内的方法，每个气举流量控制装置包括：
管状阀罩，包括流道，该流道具有连接到提升用气体的供应管道上的上游端，和连接到生产管道的内部的下游端；
舌片型阀体，其枢轴地连接到阀罩上，并设置在流道中，从而如果阀体枢转到打开位置，则该阀体定向成基本上平行于流道，如果阀体枢转到关闭位置，则该阀体定向成基本上正交于流道，并压靠在环形阀座上，由此阻碍流体穿过流道；
阀保护套筒，其设置在流道中，可在第一位置和第二位置之间滑动，在第一位置处，套筒延伸穿过环形阀座，同时阀体枢转到其打开位置，由此保护阀座和阀体不受提升用气体或其它流体的流通所带来的磨损，在第二位置处，套筒延伸穿过位于阀座的上游处的流道部分，同时阀体枢转到其关闭位置；以及
流量限流器，其形成阀保护套筒的一部分，该流量限流器的尺寸使得流过流量限流器的提升用气体或其它流体的通量产生压力差，该压力差促使套筒朝向第一位置移动；
其中，套筒具有锥形部分，在该锥形部分处，套筒的外径在套筒的下游方向中逐渐减小，第一挠性密封环在阀座的上游设置在阀罩内，从而，当套筒处于其第一位置处时，套筒的锥形部分的外表面压靠在该第一挠性密封环的内表面上，由此当套筒处于其第一位置时，在套筒的锥形部分与管状阀罩之间的环状空间内提供流体紧密封；以及当套筒处于其第二位置时，所述第一挠性密封环仅松弛地接合套筒的锥形部分；
其中，第二挠性密封环在第一挠性密封环的下游处设置在管状阀罩中，该第二挠性密封环构造成当套筒移动到其第一位置时作为套筒的挡块。
2.根据权利要求1的方法，其中，第一挠性密封环和第二挠性密封环由弹性材料制成，并限定出密封的环状界限，当套筒移动到其第一位置时，舌片型阀体和阀座设置在该环状界限中。
3.一种生产原油的方法，其中采用权利要求1或2中的方法通过将提升用气体注入到生产油管中来提高原油生产。
4.一种用于将提升用气体或其它流体注入到油井的生产管道中的气举流量控制装置，其包括：
管状阀罩，包括流道，该流道具有构造用于连接到提升用气体的供应管道上的上游端，和构造用于连接到生产油管的内部的下游端；
舌片型阀体，其枢轴地连接到阀罩上，并设置在流道中，从而如果阀体枢转到打开位置，则该阀体定向成基本上平行于流道，如果阀体枢转到关闭位置，则该阀体定向成基本上垂直于流道，并压靠在环形阀座上，由此阻碍流体穿过流道；
阀保护套筒，其设置在流道中，可在第一位置和第二位置之间滑动，在第一位置处，套筒延伸穿过环形阀座，同时阀体枢转到其打开位置，由此保护阀座和阀体不受提升用气体或其它流体的流通所带来的磨损，在第二位置处，套筒延伸穿过位于阀座的上游处的流道部分，同时阀体枢转到其关闭位置；以及
流量限流器，其形成阀保护套筒的一部分，该流量限流器的尺寸使得流过流量限流器的提升用气体的通量产生压力差，该压力差促使套筒朝向第一位置移动；
其中，套筒具有锥形部分，在该锥形部分处，套筒的外径在套筒的下游方向中逐渐减小，第一挠性密封环在阀座的上游设置在阀罩内，从而，当套筒处于其第一位置处时，套筒的锥形部分的外表面压靠在第一挠性密封环的内表面上，由此当套筒处于其第一位置时，在套筒的锥形部分与管状阀罩之间的环状空间内提供流体紧密封；以及当套筒处于其第二位置时，所述第一挠性密封环仅松弛地接合套筒的锥形部分；
其中，第二挠性密封环在第一挠性密封环的下游处设置在管状阀罩中，该第二挠性密封环构造成当套筒移动到其第一位置时作为套筒的挡块。
5.根据权利要求4的气举流量控制装置，其中，管状阀罩具有锥形部分，在该锥形部分处，阀罩的内径在阀罩的下游方向中逐渐减小，第一挠性密封环设置套筒的外表面上，从而，当套筒处于其第一位置处时，阀罩的锥形部分的内表面压靠在第一挠性密封环的外表面上；以及当套筒处于其第二位置时，所述第一挠性密封环仅松弛地接合阀罩的锥形部分。
6.根据权利要求4或5的气举流量控制装置，其中，第一挠性密封环和第二挠性密封环由弹性体材料制成，并限定出密封的环状界限，当套筒移动到其第一位置时，舌片型阀体和阀座设置在该环状界限中。
7.根据权利要求4或5的气举流量控制装置，其中，舌片型阀体配备有弹簧，该弹簧将阀体朝向关闭位置偏压；另一弹簧设置在管状阀体和阀保护套筒之间，该另一弹簧将阀保护套筒朝向第二位置偏压。
8.根据权利要求7的气举流量控制装置，其中，该装置构造成可回收地定位于油井的生产油管中的侧室内的基本上垂直位置中，所述将阀保护套筒朝向第二位置偏压的弹簧被构造成，如果阀保护套筒的重力与由提升用气体施加给套筒的力的合力超过预定阈值，则该弹簧塌缩。
9.根据权利要求8的气举流量控制装置，其中，所述将阀保护套筒朝向第二位置偏压的弹簧构造成在提升用气体的注入压力已达到一定数值时塌缩，该数值低于正常石油生产期间的提升用气体的注入压力。
10.根据权利要求4或5的气举流量控制装置，其中，舌片型阀体包括倾斜面，该倾斜面的尺寸使得当套筒从第二位置移动到第一位置时与套筒的初始接触点是离舌片型阀体的铰销最远的点。
11.根据权利要求4的气举流量控制装置，其中，选择阀罩和套筒的锥形部分的锥角，从而使得在舌片型阀体移到打开位置时套筒位于阀罩内的中心处。
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