RU2819693C1 - Узел скважинного газосепаратора (варианты), способ его использования - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к вариантам узла скважинного газосепаратора и к способу его использования. Узел скважинного газосепаратора содержит эксплуатационную трубную колонну, расположенную в стволе скважины; полый внутренний элемент, имеющий противоположные первый и второй концы и полую область, проходящую от одного конца в другой конец, причем первый и второй концы выполнены с возможностью соединения с обсадной колонной и внутренним элементом, образующим продольно разнесенные первое отверстие и второе отверстие; внешний элемент, поддерживаемый снаружи внутреннего элемента для образования кольцевого пространства, проходящего в продольном направлении и наружно от полой области между первым концом и вторым концом внешнего элемента и сообщающийся с полой областью через первое отверстие и второе отверстие. Узел скважинного газосепаратора также содержит барьер, расположенный внутри полой области между первым и вторым отверстиями, растворимую втулку, расположенную в кольцевом пространстве между первым отверстием и вторым отверстием, и вход насоса в полой области между первым отверстием и барьером. Технический результат заключается в повышении эффективности работы скважинного газосепаратора. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к газосепараторному узлу с находящейся в нем растворимой втулкой.

ПРЕДПОСЫЛКИ

Известно, что при перекачивании из скважины, дающей углеводороды, содержащей газ и жидкость, желательно отделить газ от жидкости, чтобы насос работал эффективно. Газовые сепараторы имеют различные недостатки, такие как возникновение помех причиняемых газами, в результате которых происходит блокировка газа, что потенциально ведет к повреждениям в забое, насосного оборудования, а также к простоям и отсрочкам производства которые становятся постоянной проблемой.

Большинство горизонтальных скважин завершаются с эксплуатационными обсадными колоннами 5,5 дюйма, а иногда и 4,5 дюйма во всех существующих в пределах страны залежах газа и нефти. Это оставляет примерно от 4,00 до 4,75 дюйма для транспортировки и эксплуатации любой формы искусственного подъема и газосепаратора. Существует множество методов разделения газов, используемых для каждой формы искусственного подъема, но большинство из них в лучшем случае умеренно эффективны, а некоторые справляются очень плохо, но не оставляют иных вариантов.

Наиболее эффективная форма разделения в горизонтальных скважинах достигается путем отстоя или расширения участка около основной эксплуатационной колонны, пробуренной после завершения основного бурения, зачастую по касательной к участку секции в виде кривой, обычно при 30-60 градусах, что позволяет жидкостям падать в насосную установку, расположенную ниже, и позволяет газу высвобождаться и перемещаться вверх. Это дорогостоящий метод разделения из-за дополнительных затрат на бурение и сдачу скважины, и при этом возникают риски, такие как проблемы со стабильностью и целостностью ствола скважины, возможностью возникновения проблем с вводом инструментов в боковую часть и т.д.

Дополнительные примеры газосепараторов описаны в Соединенных Штатах патентами 6,932,160, Murray et al., 7,055,595, Mack et al., 4,676,308, Chow et al., И 2883,940, Gibson et al., содержание которых включено в настоящий документ посредством ссылок. Известные газоразделительные устройства обычно могут иметь ограниченную эффективность, занимая большие объемы пространства во внутреннем диаметре обсадной колонны, так что вставка и извлечение из обсадной колонны могут быть неудобными и трудными, и/или предоставляется ограниченный доступ к другим скважинным инструментам, если потребуется.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к узлу. Конструкция узла содержит эксплуатационную трубную колонну, полый внутренний элемент, внешний элемент, поддерживаемый снаружи внутреннего элемента, барьер, растворимую втулку и впускной насос. Эксплуатационная трубная колонна расположена в стволе скважины. Внутренний элемент имеет противоположные первый и второй концы и полую область, проходящую от конца в конец. Первый и второй концы настроены для подключения к обсадной колонне. Наружный элемент образует кольцевую область, проходящую в продольном и наружном направлении от внутреннего элемента. Первое отверстие образовано между кольцевым проходом и полой областью. Второй канал образован между кольцевым проходом и полой областью. Барьер расположен внутри полой области между первым и вторым портами. Втулка расположена в кольцевом пространстве между первым отверстием и вторым отверстием. Входное отверстие насоса расположено в полой области между первым отверстием и барьером на периферийном конце эксплуатационной трубы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 показан вид сбоку в разрезе газосепараторного узла согласно настоящему изобретению.

На фигуре 2 представлен вид сбоку корпус газосепаратора в разрезе, как на фигуре 1, с растворимой втулкой, расположенной в кольцевом пространстве.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Газосеператорный узел 10 показан на фиг. 1. Узел 10 особенно подходит для использования с впускным отверстием 13 скважинного насоса, поддерживаемым на нижнем конце колонны эксплуатационных насосно-компрессорных труб 11 и предназначенным для размещения внутри длинной колонны или обсадной колонны 12 скважины, содержащей жидкость и газ. Предпочтительно подсоединять насос к трубопроводу 11, но не может подсоединяться внутри газосепаратора 10. Пока насос втягивает жидкость в трубопровод 11, как показано на фиг. 1, точное расположение насоса не является обязательным.

Узел 10 обычно включает в себя внутренний элемент корпуса 20, внешний элемент корпуса 22, концентрически принимающий внутренний корпус, проходящий в продольном направлении через него и барьерный элемент 24. Барьерный элемент 24 может быть размещен во внутреннем элементе корпуса 20 для избирательной герметичности прохода через внутренний элемент корпуса, как более подробно описано ниже.

Внутренний элемент корпуса 20 представляет собой удлиненный цилиндрический трубчатый элемент, который определяет основной канал, проходящий в продольном направлении по всей его длине между верхним первым концом 26 и нижним вторым концом 28 узла. Продольно противоположные концы внутреннего элемента корпуса 20 на первом конце 26 и втором конце 28 обсадной колонны на первом 26 и втором концах 28 целого узла 10 могут быть последовательно соединены с соответствующими соединениями в обсадной колонне скважины 12. В одном варианте осуществления, показанном на фиг. 1, внутренний элемент корпуса 20 имеет соответствующий размер, так что внутренний диаметр первичного прохода, проходящий через него, приблизительно равен внутреннему диаметру обсадной колонны 12. В другом варианте осуществления внутренний элемент корпуса может иметь размеры меньше размера обсадной колонны 12, при этом внешний элемент корпуса 22 приблизительно равен обсадной колонне 12.

Обсадная колонна 12 под сепаратором 10 будет обозначена как нижняя обсадная колонна 12А. Обсадная колонна между сепаратором и поверхностью будет обозначена как верхняя обсадная колонна 12В. Соединительная муфта 60 может быть использована на каждом конце 26, 28 узла 10 для обеспечения соединения с обсадной колонной 12 скважины. Муфта может быть установлена с обсадной колонной 12 и внутренним элементом корпуса 20 на буртике 62 или могут быть использованы иные средства крепления.

Как показано на фиг. 1, внешний элемент корпуса 22 представляет собой цилиндрический трубчатый элемент, который окружает внутренний элемент корпуса 20 по существу по всей его длине. Кольцевое пространство 21 образовано между внутренним диаметром наружного элемента корпуса 22 и наружным диаметром внутреннего элемента корпуса 20.

Множество верхних отверстий или первых отверстий 36 имеют сообщение через стенку внутреннего элемента корпуса 20 корпуса для сообщения между кольцевым пространством 21 и внутри внутреннего элемента корпуса. Первые отверстия 36, как показано, представляют собой прямоугольные вырезы. Следует понимать, что первые отверстия 36 могут быть разнесены как по окружности, так и в продольном направлении на внутреннем элементе 36 и расположены на первой стороне барьера 24. Первый конец 30 кольцевого пространства 21 сообщается только с внутренней частью внутреннего элемента корпуса 20 и прикрепленной верхней обсадной колонной 12В через первые отверстия 36.

Вторые порты 38 аналогичным образом расположены в непосредственной близости от второго конца 32 кольцевого пространства 21. Вторые порты 38 представляют собой отверстия, расположенные в общем продольном положении в равномерно разнесенных местах. В варианте осуществления на фиг. 1-2 вторые порты 38 являются прямоугольными. Второй конец 32 кольцевого пространства 21 сообщается только с забойной частью внутреннего элемента корпуса 20 и прикрепленной ниже обсадной колонной 12А через вторые порты 38.

Более крупные отверстия 36, 38 могут приводить к тому, что кольцевое пространство 21, а не размер портов 36, 38, будет ограничивать поток через узел 10.

Как показано стрелками на фиг. 1, поток текучей среды вверх через нижнюю обсадную колонну 12А из эксплуатационной зоны ниже узла 10 поступает к нижней части устройства узла и может протекать через вторые отверстия 38. Балансировка давления от внутренней части внутреннего элемента корпуса 20 к кольцевому пространству 21 через отверстия 38 ограничивает любые перепады давления на стенку внутреннего корпуса. Таким образом, толщина стенки внутреннего элемента корпуса 20 может быть меньше, чем у внешнего элемента корпуса 22.

Барьерный элемент 24 поддерживается во внутреннем корпусном элементе 20. Барьерный элемент 24 может представлять собой обычную заглушку для формирования герметичной перегородки. Барьерный элемент 24 находится непосредственно над вторыми отверстиями 38 по направлению к нижнему концу узла 10. Барьерный элемент 24 образует область искусственного отстойника 42 внутри внутреннего элемента корпуса 20, которая проходит в продольном направлении от барьера 24 до первых отверстий 36. Площадь поперечного сечения области искусственного отстойника соответствует полному внутреннему диаметру внутреннего элемента корпуса 20. Как показано, это приблизительно соответствует полному внутреннему диаметру наружного корпуса обсадной колонны 12 скважины.

Со ссылкой на фиг. 2, внутренний 20 и наружный элемент 22 корпуса показаны до того, как будут установлены трубка 11 и барьер 24. На фиг. 2 серия растворимых втулок 50 используется внутри кольцевого пространства 21. Втулки 50 не могут сдвигаться в пределах кольцевого пространства и специально срабатываются для удержания положения. Желательно, чтобы не было зазора между втулками 50 и примыкающими стенками элементов корпуса 20, 22. Таким образом, втулки 50 не соприкасаются со скважинными жидкостями или другими растворяющими жидкостями, кроме как вдоль верхнего и нижнего краев или вдоль продольной прорези 52, как описано более подробно ниже.

Растворимая втулка или втулки 50 изготовлена из растворимого материала, такого как полимер или растворимый металл. Втулка 50 образует временное препятствие для блокирования определенных жидкостей, а также других потенциальных закупоривающих материалов от проникновения и забивания внутрь кольцевого пространства 21. Втулка 50 разлагается или растворяется в присутствии скважинных жидкостей, кислот или других ускорителей, открывая кольцевое пространство 21 для подачи жидкости в узел сепаратора 10.

Втулки 50 могут быть изготовлены из материала на полимерной основе, называемого Декатаном. Этот материал выполнен в форме рукава втулки и помещен между внутренним диаметром наружного элемента корпуса 22 и наружным диаметром внутреннего элемента корпуса 20 в узле сепаратора 10. Открытое кольцевое пространство 21 образовано между двумя колоннами, но с одной или более втулками между корпусами, давление на любой стороне втулки 50 является по существу изобарным.

Втулка 50 используется для охвата самых нижних отверстий 38, что считается входом газосепаратора 10. Охват и блокировка кольцевого пространства 21 над этими нижними впускными отверстиями 38 предотвращает попадание жидкостей, цемента или других посторонних веществ свободно протекать в кольцевое пространство 21 и проходить через него до момента полного исчезновения растворимого материала и освобождения кольцевого пространства, чтобы оно свободно могло сообщаться с остальной частью внутреннего диаметра внутреннего корпуса 20. Использование втулок 50 между верхними отверстиями 36 предотвращает застревание цементного раствора при прохождении через внутренний элемент корпуса 20. Втулка в основании верхних прорезей предотвращает скопление цемента и мусора в кольцевом пространстве 21 под местом их размещения. Как показано на фиг. 2, в каждой из этих точек используется одна или несколько втулок 50.

Как только барьер 24 установлен и растворимая втулка 50 полностью растворена, впускное отверстие 13 скважинного насоса может быть расположено в области искусственного отстойника 42. Могут быть использованы насосы различной конфигурации, включая электрический погружной насос, насос с прогрессивной полостью, поршневой насос, гидравлический поршневой насос или струйный насос, например.

Не имея возможности остановить свободный поток сжиженного материала в кольцевое пространство 21, такие материалы, как цемент, проникли бы в кольцевое пространство 21 во время откачки. Когда пробка из цементного раствора проходит через узел газосепаратора 10, она может заполнить кольцевое пространство 21 цементом, который затвердеет и безвозвратно заблокирует необходимое открытое кольцевое пространство 21, что в результате повлечет отказ функциональности газосепаратора 10.

Втулка 50, согласно тому, как она спроектирована и описана в данном документе, исключает режимы отказов и необходимость дополнительных процессов и затрат, связанных с механическим или гидравлическим перемещением подвижного рукава. Кроме того, втулка 50 устраняет необходимость в забойном приводе, который потребовал бы механического или гидравлического приведения в действие, такого как замковое соединение или пара шарик-седло.

В одном из вариантов выполнения, втулка 50 представляет собой втулку 51 с прорезями. Втулка 51 с прорезями представляет собой округлую кольцевую прокладку, заполняющую все кольцевое пространство 21, за исключением продольной прорези 52. Продольная прорезь 52 позволяет небольшому количеству жидкости проходить через кольцевое пространство 21, даже когда втулка 50 цела. Прорезь 52 обеспечит дополнительную площадь поверхности во время растворения втулки 50 жидкостью.

Кроме того, газ, будь то добываемый газ или воздух, может находиться ниже втулки 50 и барьера 24 внутри скважины. Если накопится достаточно газа, он может образовать пузырь ниже втулки 50. Такой пузырь будет препятствовать попаданию жидкости к втулке 50 и серьезно замедлять предполагаемое растворение втулки. Прорезь 52 обеспечивает путь для выхода газов, так что скважинные жидкости контактируют с втулкой, обеспечивая ее растворение. Возможно, есть преимущества в использовании втулки 51 с прорезями, когда существует вероятность накопления газов, а не в использовании таких прорезей с другими втулками.

Эпоксидный слой 54 может быть предусмотрен на верхней или нижней поверхности растворимой втулки. Эпоксидный слой 54 замедляет растворение втулки 50 в верхней части втулки, вызывая прогрессирование растворения со стороны открытых поверхностей втулки 50, включая прорезь 52, которые не несут эпоксидного слоя.

При использовании внутренний 20 и внешний элементы 22 корпуса устанавливаются, когда завершается конструкция внешней обсадной колонны. Втулка 50 находится на месте, предотвращая проникновение цемента в кольцевое пространство 21. Как только корпус завершен, другие элементы сепаратора 10, такие как барьер 24 и насос 13, могут быть перемещены на место.

При установке буровые растворы предпочтительно должны подаваться в кольцевое пространство 21 между наружным элементом 22 корпуса и внутренним элементом 20 корпуса, при полном погружении в землю и когда скважина наполнена буровым раствором. До погружения кольцевое пространство 21, вероятно, будет заполнено воздухом. Для ускорения процесса и обеспечения надежности этого процесса, а так же для выхода любого захваченного газа, верхняя втулка 50 может быть подрезана таким образом, чтобы осевая щель 52 была призвана выполнять функцию вентиляционного отверстия для выхода газа и для попадания туда скважинных жидкостей.

Это позволит растворимому материалу растворяться с известной скоростью как сверху, так и снизу, чтобы достичь желаемого и контролируемого времени растворения. Это не всегда является желательным образом действий, а именно, если требуется гораздо более длительное время растворения. Различные материалы и процессы могут быть использованы для достижения желаемой скорости разрушения втулок 50.

Как только все втулки растворены таким образом, что внутри кольцевого пространства 21 существует непрерывный путь, жидкости и газ могут затем проходить через втулки 50. Желательно, чтобы втулки оказались полностью растворены со временем, создавая открытый кольцевой проток. Снова со ссылкой на фиг. 1, впускной патрубок 13 скважинного насоса расположен в области 42 искусственного отстойника. Желательно, чтобы впускное отверстие насоса 13 было расположено обычно в нижней части отстойника 42 отстойника и расположено непосредственно над или в непосредственной близости от барьера 24. Вход расположен значительно ниже первых отверстий 36.

Всасывание материала во впускное отверстие 13 насоса приводит к тому, что газ и жидкость, вытекающие из обсадной колонны 12 ниже сепаратора 10, направляются через нижние отверстия 38 в кольцевое пространство 21. Смешанный поток жидкости вместе с газами продолжает течь вверх по кольцевому пространству 21. Газ и жидкость затем возвращаются через первые отверстия 36 во внутренний корпус 20. Более плотная жидкость имеет тенденцию втягиваться вниз в зону 42 искусственного отстойника. При этом отделенный газ направляется в основном вверх из первых отверстий 36. Газ предпочтительно находится преимущественно в обсадной колонне 12 скважины, а не в эксплуатационной колонне 11. Стрелки на фиг. 1 показывают движение материала через сепаратор 10.

Поскольку в отношении моего изобретения могут быть сделаны различные модификации, как здесь выше было описано и, по всей видимости, многие явно отличающиеся друг от друга варианты осуществления, выполненные в пределах сущности и объема формулировки изобретения без отделения от сущности и объема, подразумевается, что весь материал, содержащийся в прилагаемом описании, должен интерпретироваться только как иллюстративный, а не в ограничивающем смысле.

Claims (44)

1. Узел скважинного газосепаратора, содержащий:

эксплуатационную трубную колонну, расположенную в стволе скважины;

полый внутренний элемент, имеющий противоположные первый и второй концы и полую область, проходящую от одного конца в другой конец, причем первый и второй концы выполнены с возможностью соединения с обсадной колонной и внутренним элементом, образующим продольно разнесенные первое отверстие и второе отверстие;

внешний элемент, поддерживаемый снаружи внутреннего элемента для образования кольцевого пространства, проходящего в продольном направлении и наружно от полой области между первым концом и вторым концом внешнего элемента и сообщающийся с полой областью через первое отверстие и второе отверстие;

барьер, расположенный внутри полой области между первым и вторым отверстиями;

растворимую втулку, расположенную в кольцевом пространстве между первым отверстием и вторым отверстием; и

вход насоса в полой области между первым отверстием и барьером.

2. Узел по п. 1, в котором упомянутая растворимая втулка снабжена продольной прорезью.

3. Узел по п. 1, в котором внутренний диаметр внутреннего элемента равен внутреннему диаметру обсадной колонны скважины.

4. Узел по п. 1, в котором внешний элемент, окружающий внутренний элемент, имеет внешний профиль поперечного сечения больше, чем внешний профиль поперечного сечения обсадной колонны скважины.

5. Узел по п. 1, в котором барьер является съемным элементом из полой области.

6. Узел по п. 1, характеризующийся тем, что дополнительно содержит скважинный насос, соединенный с упомянутым входом насоса.

7. Узел по п. 1, в котором растворимая втулка состоит из растворимого металла.

8. Узел по п. 1, в котором растворимая втулка содержит первый конец и второй конец, при этом первый конец снабжен эпоксидным слоем.

9. Узел по п. 1, в котором растворимая втулка выполнена с возможностью растворения в присутствии скважинных жидкостей.

10. Узел по п. 1, в котором растворимая втулка выполнена с возможностью растворения в присутствии кислот.

11. Узел по п. 1, в котором растворимая втулка состоит из полимера.

12. Способ использования узла скважинного газосепаратора, включающий в себя:

соединение первого и второго концов внутреннего элемента последовательно с обсадкой ствола скважины, внутренний элемент которого образует полую область, проходящую сквозь концы внутреннего элемента;

размещение полого внешнего элемента вокруг внутреннего элемента для создания кольцевого пространства, проходящего в продольном направлении и расположенного между внешним элементом и внутренним элементом;

размещение растворимой втулки в кольцевом пространстве;

размещение барьера во внутреннем элементе между первым отверстием между полой областью и кольцевым пространством и вторым отверстием между полой областью и кольцевым пространством, таким образом, что добываемая жидкость ниже барьера входит в кольцевое пространство через второе отверстие; и растворяет втулку таким образом, что добываемая жидкость проходит через кольцевое пространство к первому отверстию.

13. Способ по п. 12, дополнительно предусматривающий:

размещение впускного отверстия насоса в полой области между первым отверстием и барьером, что заставляет добываемую жидкость протекать через первое отверстие, так что первая порция добываемой жидкости направляется к входу насоса, а вторая часть добываемой жидкости направляется в обсадную колонну скважины; и

закачивание первой порции вверх по рабочей трубе через вход насоса.

14. Способ по п. 13, в котором первая порция содержит меньше газа, чем вторая порция.

15. Способ по п. 12, в котором растворимая втулка имеет продольную прорезь.

16. Способ по п. 15, дополнительно включающий пропускание газа и жидкости через продольную прорезь до разрушения растворимой втулки.

17. Способ по п. 16, предусматривающий возможность герметизации полой области между первым отверстием и вторым отверстием для определения области отстойника над вторым отверстием и под первым отверстием.

18. Способ по п. 13, дополнительно содержащий этап, на котором пропускают пробку цементного раствора через внутренний элемент после размещения внешнего элемента и растворимой втулки и перед установкой барьера.

19. Узел скважинного газосепаратора, содержащий:

удлиненный внутренний элемент, имеющий противоположные первый и второй концы для последовательного соединения внутреннего элемента с обсадной колонной; при этом обсадная колонна и внутренний элемент образуют первый проход для жидкости;

удлиненный полый наружный элемент, размер которого соответствует размеру оборачиваемого внутреннего элемента, и имеющий профиль поперечного сечения, который больше, чем у обсадной трубы скважины, при этом второй проход для жидкости образован в кольцевом пространстве между внешним элементом и внутренним элементом;

растворимая втулка, расположенная во втором проходе для жидкости;

первое отверстие, образованное на первом конце внутреннего элемента;

второе отверстие, образованное на втором конце внутреннего элемента;

барьер, расположенный в первом проходе для жидкости между первым отверстием и вторым отверстием;

впуск насоса, расположенный в первом проходе для жидкости между первым отверстием и барьером; и

рабочая труба, образующая третий проход для жидкости, расположенная во внутреннем элементе и в рабочем состоянии соединенная с входом насоса.

20. Узел по п. 19, содержащий растворимую втулку, на которую нанесен по меньшей мере один эпоксидный слой для замедления растворения втулки.

21. Узел по п. 19, содержащий растворимую втулку, имеющую продольную прорезь.

22. Узел по п. 19, содержащий барьер, который является съемным из первого прохода для жидкости.

23. Узел по п. 19, содержащий растворимую втулку, а именно первую растворимую втулку, и дополнительно содержит вторую растворимую втулку, расположенную во втором проходе для жидкости.

24. Узел по п. 23, содержащий первую растворимую втулку, которая расположена вблизи первого отверстия, а вторая растворимая втулка расположена вблизи второго отверстия.

Images