本申請(qǐng)要求于2014年2月20日提交的14/185,499號(hào)美國專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其通過引用并入本文。

背景技術(shù)：

1.技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于使具有氣栓的油井生產(chǎn)的流體均質(zhì)化的系統(tǒng)和方法，目的是改善所述井的流動(dòng)特性。

2.現(xiàn)有技術(shù)描述

在具有氣頂?shù)拈L水平液體井中，氣體可能涌入井筒。當(dāng)氣體沿水平長度行進(jìn)時(shí)，氣體往往會(huì)從液體中離析并向上遷移，聚集和形成通常被稱為氣栓的高壓氣泡。當(dāng)所述井在踵部豎直轉(zhuǎn)向并繼續(xù)向上至地面時(shí)，離析的氣體將具有在液體介質(zhì)中形成大氣栓的趨勢并具有因栓塞流而壓井和擾亂地面設(shè)施及有關(guān)系統(tǒng)的可能危險(xiǎn)。

水平井

在長水平井中，流體流具有離析的趨勢，較輕的流體和氣體向水平井眼的頂部漂移，而較重的液體則向底部沉降。在所述井的踵部，氣體和液體可以顯著離析，使得離析的氣體可能呈栓塞的形狀，并在流體上升時(shí)造成失衡，從而可能壓井而不能自然流動(dòng)。于是可能需要修復(fù)所述井以便重啟所述井。此外，穿過地面設(shè)備的氣栓可擾亂地面設(shè)施和相關(guān)系統(tǒng)，使得難以有效地處理所述井生產(chǎn)的液烴。

各種用于在這些井的井下將氣體從產(chǎn)出流體中分離出來的配置是公知的。例如，5,431,228號(hào)美國專利涉及一種用于井的井下氣液分離器，其中氣體通過成形折流板從產(chǎn)出液體中分離，所述成形折流板設(shè)置在所述井中、在生產(chǎn)油管柱的遠(yuǎn)端與氣體和液體進(jìn)入井筒的位置之間。氣體和液體然后經(jīng)由分開的流道被引導(dǎo)到地面上。

5,482,117號(hào)美國專利涉及一種氣液分離器，其與井下馬達(dá)驅(qū)動(dòng)泵特別是電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)潛油泵結(jié)合使用。折流板設(shè)置在管狀殼體中，用于將氣體從液體中分離出來。

雖然這些現(xiàn)有系統(tǒng)試圖在井下將氣體從液體中分離出來，但是與氣栓有關(guān)的問題卻繼續(xù)阻礙在這些含有氣栓的井中的生產(chǎn)。

本發(fā)明涉及一種使這些含氣栓的井(特別地其中氣栓至少部分地歸因于一個(gè)或多個(gè)與主豎直井眼連通的水平井眼、或接近水平的井眼的存在)的產(chǎn)出流體均質(zhì)化的方法和系統(tǒng)。同時(shí)公開了一種用于使這些井的產(chǎn)出流體均質(zhì)化的系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在以下描述中，表述“上游”指的是朝著所述井的井下位置的方向，表述“下游”指的是朝著更接近地面的位置的方向。

本發(fā)明涉及一種用于改善這些氣栓井中的流動(dòng)特性的系統(tǒng)和方法。特別地，本發(fā)明的方法被動(dòng)地將栓塞的氣體從井下流體混合物中分離出來，然后將氣體部分重新引導(dǎo)至呈環(huán)域形狀的保持位置，在那里分離的氣體以受控的方法在下游位置處重新注入液柱中，目的是改善產(chǎn)出流體的均質(zhì)性和流動(dòng)特性。氣泡的注射為產(chǎn)出液體提供了附加的升力，同時(shí)改善了流動(dòng)性能并降低了“壓井”的危險(xiǎn)。該程序防止擾亂地面設(shè)施，并使流速增大超過栓塞流狀態(tài)的流速。

本發(fā)明的系統(tǒng)首先由從井下流體流中分離栓塞或離析氣體的構(gòu)件組成，然后收集離析后的氣體，然后提供受控構(gòu)件用于將氣體回注到液流中，使得所注氣體更均勻和均質(zhì)地分布在整個(gè)液體中，從而改善液/氣介質(zhì)的流動(dòng)特性。

本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例由以下組成：首先提供一種被動(dòng)式井下氣/液分離裝置，所述氣/液分離裝置位于所述井的豎直段中、在最上的水平井筒的踵部附近。井筒產(chǎn)出流體將流入套管中并沿著套管向上流動(dòng)，直到流體到達(dá)氣/液分離裝置，所述氣/液分離裝置位于產(chǎn)油管柱的底部處，且與套管一起限定環(huán)域。氣/液分離裝置如此構(gòu)造和配置，以使液體繼續(xù)通過生產(chǎn)流管向上流動(dòng)，而大部分氣體蓄積在由流管和套管限定的環(huán)域內(nèi)。

盡管在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，氣/液分離裝置位于所述井的豎直段中、在最上的水平井筒的踵部附近，但是在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下本發(fā)明還可構(gòu)思成將氣/液分離器裝置安置在井的水平段中。

如所指出的那樣，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述井的豎直段設(shè)置有適宜的油井套管，其經(jīng)踵部與水平井筒連通。環(huán)形段或環(huán)域被限定在生產(chǎn)管與油井套管之間，環(huán)形密封裝置位于踵部上方。氣/液分離裝置可位于所述井的水平段，其中類似的環(huán)形段將由井筒和生產(chǎn)油管限定。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，被動(dòng)式氣/液分離裝置在管柱的端部處位于油井套管的選定段中，以便在將大多數(shù)分離的氣體部分引導(dǎo)到相關(guān)的環(huán)形段(氣體部分被保持在那里并被允許向上起升)中之前將離析的氣體部分從液體部分中被動(dòng)地分離出來。

當(dāng)被動(dòng)式氣/液分離裝置位于豎直井筒中時(shí)，氣體在環(huán)域中向上升起。在被動(dòng)式氣/液分離裝置位于水平井筒中的情況下，環(huán)域中的氣體朝著豎直井筒和地面向下游移動(dòng)。

然后環(huán)形段中的分離的氣體部分優(yōu)選地以受控的計(jì)量過的量分散回生產(chǎn)油管中，從而導(dǎo)致將微細(xì)氣泡引入產(chǎn)出流體中，在那里其向上流動(dòng)。

氣/液分離裝置可為若干替代配置中的任何一種。一種這類優(yōu)選的氣體分離裝置可以呈設(shè)置在油管的豎直段中的豎直定向的螺旋形折流板的形式。

分離裝置能夠呈豎直流管的形式，所述豎直流管位于套管內(nèi)并設(shè)置有一系列迂曲的孔，所述孔連通于環(huán)域與油管之間，所述孔配置為使得流體能夠進(jìn)入油管，同時(shí)使氣體介質(zhì)在環(huán)域中上升，在那里氣體介質(zhì)通過注射或其它方式以受控的方式被最終重新引入產(chǎn)出流體中。

在生產(chǎn)管柱的底部，流體(液體和氣體二者)所處的壓力為P_氣/液。如所指出的那樣，一種這類氣/液分離裝置包括適宜的機(jī)構(gòu)，即螺旋形裝置、或具有一系列迂曲路徑的流管，所述路徑將氣栓從液體中剝離。本文描述的替代被動(dòng)式氣/液分離裝置中的任何一種可用于使氣體從液體中分離出來。氣體將在井筒的環(huán)域中上升，且氣體將被困在環(huán)形密封裝置(比如位于氣/液分離裝置與套管之間的封隔器)的下方。環(huán)域中氣體的壓力P_氣將非常接近氣/液分離裝置中的壓力P_氣/液。在這種環(huán)境下，環(huán)域中的任何與分離氣體混合的液體將從環(huán)域重新引到生產(chǎn)流管中，然后在生產(chǎn)管柱中以最終均質(zhì)的氣/液混合物繼續(xù)自然地流到地面。

氣/液分離裝置中的液體的壓頭隨其上升到地面而減小，如將在下文進(jìn)一步詳述的，根據(jù)伯努利方程，這主要是由于靜壓頭的變化。正如所指出的那樣，在從氣/液分離裝置的中央部分向上的預(yù)定豎直距離處，P_氣大于P_液，即P_氣>P_液。因此，在環(huán)形密封裝置下方的環(huán)域中的氣體所處壓力大于同一深度處的液體的壓力。結(jié)果，環(huán)域中的氣體將被引導(dǎo)通過氣體升舉閥或等效受控的氣體注射裝置，并以分散的微細(xì)氣泡的形式注入產(chǎn)液流中。注射裝置使得氣體能夠從環(huán)域單向流到氣/液分離裝置的油管，優(yōu)選地以受控方式或以計(jì)量的速率來實(shí)現(xiàn)，其中P_氣>P_液。

本發(fā)明還設(shè)想，如果過多氣體在本發(fā)明方法的氣/液分離步驟中產(chǎn)生，則其可能在重新注射期間壓井。因此，過量氣體可用位于最上的環(huán)形封隔器中的或至少與其接近的獨(dú)立排氣閥排放到地面。

還設(shè)想，在某些條件下，任選的壓縮機(jī)可堆積在氣/液分離裝置與環(huán)形封隔器之間的環(huán)域中。由此在必要時(shí)壓縮機(jī)可將附加壓力提供給位于環(huán)域中的分離氣體，以便協(xié)助氣體重新進(jìn)入生產(chǎn)油管。此外，必要時(shí)電動(dòng)潛油泵(“ESP”)可位于生產(chǎn)流管中、在重新注入微細(xì)氣泡的位置下方或至少與其接近，以便輔助產(chǎn)出流體流動(dòng)。

本發(fā)明的系統(tǒng)和方法不但可消除氣栓(其經(jīng)常抑制油井生產(chǎn))，而且還經(jīng)由注射裝置將氣體重新引入到上游流中，從而減小所述流中的靜壓頭，同時(shí)將額外的升力提供給所述井的產(chǎn)出物。

包含進(jìn)任意適宜的被動(dòng)方法以便將氣體從井下液體中分離出來仍處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。

伯努利原理

本發(fā)明依賴于伯努利原理的應(yīng)用，如下所述。

伯努利原理源于能量守恒原理，伯努利原理指出，在穩(wěn)態(tài)流動(dòng)中，沿著流線，流體中所有形式的機(jī)械能的總和在所述流線上的所有位置處都是相同的。這要求動(dòng)能和勢能的總和保持不變。因此，

$Z_1+\frac{P_1}{{\mathrm{\ρ}}_1}+\frac{v_1}{2g}=Z_2+\frac{P_2}{{\mathrm{\ρ}}_2}+\frac{v_2}{2g}+H_1;$

式中，趨于0，式中：

Z₁是在上游位置1處的潛在靜壓頭(英尺)

Z₂是在下游位置2處的潛在靜壓頭(英尺)

P₁是在上游位置1處的壓力(磅/平方英尺)

P₂是在下游位置2處的壓力(磅/平方英尺)

ρ₁是在上游位置1處的密度(磅/立方英尺)

ρ₂是在下游位置2處的密度(磅/立方英尺)

v₁是在上游位置1處的流速(英尺/秒)

v₂是在下游位置2處的流速(英尺/秒)

g是重力常數(shù)(32.2英尺/平方秒)

H_L是由于流動(dòng)所致的靜壓頭損失(英尺)(即，因管壁摩擦所致的從位置1到2的壓力損失)，從而：

P_1-2＝Z_2-1+H_L×ρ_1-2

特別地，從上面的方程可看出，位置1與2之間的壓力差等于海拔/高度的改變加上摩擦損失乘以密度的變化。

替代地，所述方程可以書寫如下：

P_1-2＝Z_2-1+H_L*ρ_1-2

因此，流體壓力將由于豎直段中流體高度的變化以及流動(dòng)期間由摩擦引起的壓頭損失而減小。環(huán)域中的氣體將保持在氣體分離位置和環(huán)形封隔器下方處的類似壓力。

以水為例的液體壓力和高度

以水為例，水的壓力每英尺增大約0.433psi。對(duì)于向大氣敞開的管中的100英尺的豎直距離來說，在管的底部處的流體靜壓約為43.3psi。另一方面，氣體可被視為在100英尺的整個(gè)距離內(nèi)具有相同的壓力。因此，如果在壓力為43.3psi的100英尺的管道的底部將氣體除去，則氣體理論上在管道的頂部處具有相同的43.3psi的壓力。因此，在管道的頂部處所含氣體將處于43.3psi，而在管道的頂部的液體將處于0psi。因此，管道中氣體會(huì)從環(huán)域的高壓區(qū)流到低壓液體區(qū)。液體的速度在所述兩個(gè)位置處不變。

附圖說明

圖1是豎直井眼的正剖視圖，其部分地下了套管，并與水平井眼連通，水平井眼在井的踵部與下了套管的豎直井眼結(jié)合，其示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例，用于將氣栓破碎成多個(gè)較小氣泡，并用于將氣泡重新引入產(chǎn)出流中，在那里這些氣泡將均質(zhì)性和上升助力提供給所述流；

圖1A是沿圖1的線1A-1A所取的剖視圖；

圖2是類似于圖1的下了套管的井眼的豎直段的下部的剖視圖，包含了根據(jù)本發(fā)明的被動(dòng)式氣/液分離裝置的替代實(shí)施例，用于消除氣栓和改善上游的流體流動(dòng)，所示的被動(dòng)式氣/液分離裝置呈流管的形狀，其在最下端處被堵塞并設(shè)有多個(gè)用于液體進(jìn)入流管的迂曲路徑，同時(shí)使得氣栓能夠被剝離出來并沿著環(huán)域向上運(yùn)動(dòng)；

圖3是沿著圖2的線3-3所取的剖視圖；

圖4是類似于圖2和3的本發(fā)明的又一實(shí)施例的下部的放大剖視圖，其包含了流管，流管在最下部遠(yuǎn)端處由整體式底壁封閉，并包括內(nèi)部折流板系統(tǒng)，所述內(nèi)部折流板系統(tǒng)產(chǎn)生用于分離氣栓和將氣栓破碎成小氣泡的迂曲路徑；

圖5是類似于前面附圖的井筒的正剖視圖，其示出了本發(fā)明的替代實(shí)施例，其中圖1的被動(dòng)式氣/液分離裝置位于水平井眼中；

圖6是類似于前面附圖的井筒的正剖視圖，其示出了本發(fā)明的替代實(shí)施例，其中圖2的被動(dòng)式氣/液分離裝置位于水平井眼中；而

圖7是示出了液體和氣體的壓力與井深的關(guān)系的曲線圖，對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例來說，單位為英尺。

具體實(shí)施方式

第一實(shí)施例

首先參看圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)成的系統(tǒng)10。根據(jù)本實(shí)施例，系統(tǒng)10安裝在井的豎直井筒12中，井筒12襯墊有套管14。

系統(tǒng)10包括呈流管18的形狀的被動(dòng)式氣/液分離裝置16，其位于所述井的踵部20上方，所述踵部20將豎直井筒12與大體上水平的井眼22連接。

如圖所示，來自水平井眼22的流體流38(即，液體、氣栓和水)到達(dá)踵部20，并在豎直套管中向上升，在那里流體流遭遇流管18。在此位置，流體進(jìn)入豎直流管18，并沿著由螺旋折流板24限定的螺旋路徑向上行進(jìn)。

圖1的系統(tǒng)包括優(yōu)選形式的氣/液分離裝置16，其呈螺旋折流板或螺旋輸送器24的形式，螺旋折流板或螺旋輸送器位于流管18中并限定氣/液混合物從水平井眼22上升所用的螺旋路徑。折流板24的螺旋形路徑傾向于通過施加在液體上的離心力將氣栓26從液體介質(zhì)中分離，所述力使得隨著混合物上升且速度增加液體部分從折流板24的中心徑向向外遷移。較輕的氣體部分將保持為更接近中心，并通過孔30進(jìn)入中央氣體管28，以便被引導(dǎo)到限定在流管18與套管14之間的環(huán)域32中。在折流板24的中心的氣體部分可以包括在混合物中相對(duì)較少的液體部分。

如所指出的那樣，當(dāng)氣/液混合物沿氣/液分離折流板24的螺旋路徑上升時(shí)，較重的液體部分沿著螺旋路徑向外遷移，氣體部分則進(jìn)入位于螺旋折流板24的中心的孔30，并被引導(dǎo)到環(huán)域32中。

環(huán)形封隔器34設(shè)有排氣閥36，排氣閥適于在過量氣體產(chǎn)生和蓄積在環(huán)域32中而形成高壓區(qū)域時(shí)將過量氣體排到大氣中。

特別地，如從附圖可看出的那樣，液體將進(jìn)入環(huán)域32；但是因大“沉降區(qū)”而減小的流速將使得液體和氣體因密度差而分離。分離的液體將被引導(dǎo)到管中，氣體將保留在環(huán)域中，其被俘獲在封隔器下方直到重新注入所述管。

可以理解的是，沿螺旋路徑向上行進(jìn)時(shí)液體的連續(xù)旋轉(zhuǎn)路徑與流體在它們向上升起時(shí)逐漸加速的組合將導(dǎo)致較重的液體(即油和水)徑向向外遷移而大量氣相保留在更靠近中心處，如箭頭23所示。同時(shí)，通過螺旋路徑的作用，氣栓26將被破碎成更小的氣泡，氣泡通過一個(gè)或多個(gè)入口孔30進(jìn)入中央氣流管28。

此后，如所指出的那樣，液相的油(有時(shí)與水結(jié)合)將向上行進(jìn)到生產(chǎn)流管18中，而呈相對(duì)較小氣泡的形式的氣相將向上遷移，或必要時(shí)借助壓縮機(jī)44升起，然后行進(jìn)到注射裝置40，所述注射裝置使得氣體能夠優(yōu)選地以受控方式從環(huán)域32單向流入生產(chǎn)流管18中，在那里氣體以分散和均勻的方式與液相混合。在流管18中，可選的電潛油泵42也可安裝在流管18中，如圖1中的假想線所示，以便在需要時(shí)通過井中的現(xiàn)行條件輔助產(chǎn)出流體朝著地面向上運(yùn)動(dòng)。

環(huán)形封隔器34將容納由分散的栓塞形成的主要為氣體的介質(zhì)，直到壓力超過安全閥36的預(yù)設(shè)壓力。如果超過了預(yù)設(shè)壓力，則安全閥36將使得氣體介質(zhì)能夠逃逸到環(huán)域中并上升到地面，如以假想線示出的箭頭35所示的那樣。

在圖1中，如圖所示，注射裝置44定位在環(huán)域32中、并布置為與生產(chǎn)流管18連通，以使離開中央氣流管28的氣體可被引導(dǎo)到環(huán)域32中，然后以受控的方式和較細(xì)氣泡的形式在封隔器34正下方的升高位置處進(jìn)入生產(chǎn)流管18中。其后，合并的微細(xì)氣泡和產(chǎn)液混合物被允許流到封隔器34上方的升高位置并向上行進(jìn)到在地面處的井口。

正如所指出的那樣，視所述井的具體特征和條件而定，可選壓縮機(jī)44可如圖1所示地那樣位于環(huán)域32中，以便協(xié)助經(jīng)由孔30離開中央氣管28和進(jìn)入環(huán)域32的主要為氣體的介質(zhì)向上運(yùn)動(dòng)。壓縮機(jī)44包括人為提升系統(tǒng)，所述人為提升系統(tǒng)電力驅(qū)動(dòng)多級(jí)離心推進(jìn)器，以便增壓并由此提升來自環(huán)域32的主要為氣體的介質(zhì)。壓縮機(jī)44可由地面提供的電力帶動(dòng)。視環(huán)境和完井條件而定，壓縮機(jī)可為若干形式中的任何一種。

使氣栓分散成大多數(shù)很微細(xì)的氣體顆粒、然后將它們重新引入到主要為液相的產(chǎn)出流體中的步驟增加了產(chǎn)出流體流的流速并保持了所述井的連續(xù)運(yùn)行特性。

還注意到的是，由可選的壓縮機(jī)44提供的協(xié)助可促進(jìn)現(xiàn)在分散的氣體介質(zhì)更好地與主要為液體的液體在生產(chǎn)流管18中合并。

如圖1所示，電動(dòng)潛油泵42可任選地定位在生產(chǎn)流管18中、在壓縮機(jī)44的上方，以便為流管18中的主要為液體的介質(zhì)提供人為提升。

在圖1中，生產(chǎn)流管18在管口45處敞開以便如箭頭46所示接收流體。

在圖1中，在流管18的管口45處的流體(液體和氣體二者)通常處于第一壓力，表示為P_氣/液。如圖1所示，一旦液體和氣栓流進(jìn)入流管18和氣/液分離裝置16，則通過氣體穿過螺旋折流板或螺旋輸送器24的路徑來使得氣體從液體中分離，氣體將在井筒的環(huán)域32中上升且氣體將最終被困在環(huán)域內(nèi)、在環(huán)形密封裝置(比如封隔器34或類似物)的下方。

由于在借助注射裝置40重新進(jìn)入流管18之前環(huán)域32中氣體的壓力P_氣大于流管18中的液體壓力P_液，因此環(huán)域32中的任何相對(duì)少量的液體將從環(huán)域32被重新導(dǎo)入流管18中，然后與產(chǎn)出流一道在流管18中朝著地面在流管18內(nèi)自然流動(dòng)。

當(dāng)液體在流管18中上升時(shí)，靜壓力將主要因高度的變化而減小。如所指出的那樣，在油管柱的各個(gè)位置的液體的壓力將不同，上部位置將具有比更深位置更低的壓力，如將在下文以水為例所解釋的那樣。

再次參看圖1，在流管18的管口44之上的預(yù)定豎直距離處，P_氣將大于P_液。在這個(gè)位置處，在環(huán)域32中的、封隔器34下面的主氣流所處壓力將高于流管18中的介質(zhì)(其主要由液體組成)的壓力。氣體然后將經(jīng)由用于注入的受控的氣體注射裝置40被引導(dǎo)到液流中。正如所指出的那樣，氣體注射裝置40將控制如圖1中的箭頭46示意性地所示的將氣體注入到流管18中的速率。

氣體注射裝置40是在氣體升舉系統(tǒng)中使用的閥，所述氣體升舉系統(tǒng)以受控的方式控制升舉的氣體進(jìn)入產(chǎn)油管導(dǎo)管中的流量。氣體注射裝置40(其可呈注射閥的形式)位于氣體升舉工作筒48中，其也在油管環(huán)域32中提供與供氣的連通。氣體升舉工作筒48是安裝在油管柱中的裝置并在圖1中示意性地示出。氣體注射裝置40的操作由環(huán)域的油管中的預(yù)置敞開壓力和閉合壓力來確定，視具體應(yīng)用而定。

氣體升舉注射裝置40或其它適宜的氣體注射受控計(jì)量裝置或噴嘴優(yōu)選地能夠以一定方式將具體控制的計(jì)量過的氣體流注入流管18中的液流中，以便在液流中產(chǎn)生分散的微細(xì)氣泡。特別地，氣體注射裝置40使得氣體能夠從環(huán)域32的高壓區(qū)單向流入流管18中，如前面所解釋的那樣，這是由于在提升的位置處P_氣大于P_液的事實(shí)所致。任何與環(huán)域32中的氣體混合的相對(duì)少量的液體將通過氣體注射裝置40自然地流回流管18。注射裝置40優(yōu)選地將被布置成將氣體重新注入油管，其速率與氣體通過氣/液分離裝置16的被動(dòng)氣體分離過程從液/氣流中剝離出來的速率相同。

排氣裝置(比如排氣閥36)優(yōu)選地位于封隔器34內(nèi)，以便在過量氣體產(chǎn)生和蓄積于環(huán)域32而形成高壓區(qū)時(shí)將該過量氣體排放到大氣中。因此，如果氣體重新注入的速度不同于其被剝離的速度，則氣體將填充環(huán)域32直到其達(dá)到剝離壓力。被動(dòng)式氣/液分離系統(tǒng)將不再剝離氣體；氣體會(huì)與液體一起留在溶液中并將被注入到油管中。

第二實(shí)施例

現(xiàn)在參看圖2-3，示出了本發(fā)明系統(tǒng)的替代實(shí)施例100，其包括呈流管116形式的被動(dòng)式氣/液分離裝置102。井筒112襯墊有套管114，其中流管116被定位成與套管114一起形成環(huán)域118，如圖所示。在本實(shí)施例中，流管116在其最下端處由塞子120封閉。在原理上，圖2和3的實(shí)施例的操作與前面的實(shí)施例不同，但目標(biāo)和結(jié)果相似。流管116中的迂曲的孔124如圖所示接收含氣栓128的液體126并將其引導(dǎo)到流管116中，而大部分氣體介質(zhì)則被允許通過孔124向上移動(dòng)到環(huán)域118中。流管116包括中央分離器折流板130，用于進(jìn)一步協(xié)助并引導(dǎo)液體介質(zhì)，中央折流板130由圓形折流板132所圍繞，如圖2和3所示。大部分氣栓128在通過迂曲的孔124進(jìn)入流管116時(shí)被破碎化，迂曲的孔124如圖所示進(jìn)行配置，以便促使液體組分進(jìn)入圓形折流板132，如箭頭134示意性所示。氣體介質(zhì)被“促使”朝著環(huán)域118向上和向外運(yùn)動(dòng)(如箭頭136示意性所示)，而主要為液體的流體則由箭頭137示出。

圖3是沿圖2的線3-3所取的剖視圖，由箭頭136示出了氣體介質(zhì)(其以前呈氣栓128的形式)通過迂曲孔124逸入環(huán)域118。特別地，受控的氣體注射裝置138位于壓縮機(jī)140上方和封隔器142下方，封隔器設(shè)置有排氣閥144，如圖1和2的實(shí)施例中那樣。

在所有其它方面，圖2和3的實(shí)施例的最上層結(jié)構(gòu)和操作與前面實(shí)施例的操作相同。

第三實(shí)施例

現(xiàn)在參看圖4，示出了本發(fā)明的又一替代實(shí)施例200的最下部的放大剖視圖，其中來自井的水平井眼的流體進(jìn)入管210，管210在其最下端處由一體形成的底板212封閉，流管210包括孔214，孔214產(chǎn)生相應(yīng)的迂曲路徑(如箭頭216所示)，用于將氣體從液體中分離。此路徑使氣栓在進(jìn)入在流管210與套管220之間形成的環(huán)域218時(shí)破碎并從液體中剝離。因此，氣體從液/氣混合物中剝離，然后被允許蓄積在環(huán)域218中，在那里氣體在最上端處被重新注入流管210(在圖4中未示出)，方式與前面實(shí)施例所述的方式相同。

在所有其他方面，圖4的實(shí)施例的操作和其余結(jié)構(gòu)與功能與前面的實(shí)施例相同。

第四實(shí)施例

現(xiàn)在參看圖5，示出了本發(fā)明的又一替代實(shí)施例300，其中被動(dòng)式氣/液分離裝置324位于井的水平井眼中。圖5的系統(tǒng)在大多數(shù)方面類似于圖1和2的氣/液分離裝置系統(tǒng)，除了其位于水平井眼中之外。

完井系統(tǒng)300包括豎直井眼310，豎直井眼設(shè)置有豎直套管312，套管圍繞生產(chǎn)流管314以便形成環(huán)域316。

水平井眼322被示意性地描繪為在踵部320處與豎直井眼310連結(jié)。被動(dòng)式氣/液分離裝置324位于水平井眼中，被動(dòng)式氣/液分離裝置324在結(jié)構(gòu)和功能上與在圖1和2中示出的被動(dòng)式氣/液分離裝置相同，包括螺旋形折流板或螺旋輸送器326，所述螺旋形折流板或螺旋輸送器被安置和適配成接收通過水平井眼322從所述井產(chǎn)出的含氣栓的流體，如箭頭328和栓塞330所示。

由箭頭328所示的含栓塞的流體進(jìn)入氣/液分離裝置324的口部334，并向下游行進(jìn)以便在將氣栓破碎成多個(gè)相對(duì)較小的氣泡時(shí)被動(dòng)地將氣體組分從液體組分中分離。

如在圖1和2的系統(tǒng)中那樣，氣栓破碎成更小的氣泡并離開流管336。此后，主要為氣體的介質(zhì)必要時(shí)由壓縮機(jī)339協(xié)助，然后經(jīng)由受控的注射裝置338被注入到豎直流管中，主要為氣體的介質(zhì)在豎直流管中與流過螺旋形折流板或螺旋輸送器326的主要為液體的介質(zhì)混合，如圖1和2中所公開的系統(tǒng)中那樣。

現(xiàn)在均勻的液/氣混合物在電動(dòng)潛油泵(表示為“ESP”)340的協(xié)助下流動(dòng)，然后流到豎直流管314，在那里混合物向上行進(jìn)通過地面，如箭頭342所示。

在所有其他方面，本實(shí)施例的操作與前述實(shí)施例相同。

第五實(shí)施例

現(xiàn)在參看圖6，示出了本發(fā)明的又一替代實(shí)施例400，其中被動(dòng)式氣/液分離裝置410位于所述井的水平井眼中。此系統(tǒng)的被動(dòng)式氣/液分離裝置410類似于圖2、3和6的系統(tǒng)。

系統(tǒng)400包括豎直井眼412，豎直井眼設(shè)置有豎直套管414，豎直套管圍繞生產(chǎn)流管415以便形成環(huán)域416。

水平井眼422被示意性地描繪為在踵部420處與豎直井眼414連結(jié)。被動(dòng)式氣/液分離裝置410位于水平井眼422中，所述被動(dòng)式氣/液分離裝置410在結(jié)構(gòu)上和功能上與在圖2、3和5中示出的被動(dòng)式氣/液分離裝置相同，其包括流管426，流管426包含由圓形折流板430包圍的中央折流板428。

如結(jié)合圖2和3的實(shí)施例所描述的那樣，含栓塞的流體從所述井行進(jìn)通過水平井眼422，如箭頭432示意性所示。當(dāng)流體流過水平井眼422時(shí)，氣栓431被致使穿過一系列迂曲路徑，在那里氣栓因?yàn)樗ㄈ环稚⒍环殖啥鄠€(gè)較小的氣泡。大多為氣體的介質(zhì)然后朝環(huán)域434和朝壓縮機(jī)436遷移，然后由注射裝置435在受控條件下注入流管426，在那里產(chǎn)生液體與相對(duì)較小的氣泡的均質(zhì)混合物438。

環(huán)形封隔器密封件440位于環(huán)域中并且包括釋放排氣閥442，其允許在環(huán)域434中的壓力上升超過預(yù)定的值時(shí)釋放主要為氣體的介質(zhì)。

然后，最終的均質(zhì)混合物以箭頭438所示被引導(dǎo)到地面。

在所有其他方面，圖6所示的被動(dòng)式氣/液分離系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上與圖2和3的相應(yīng)系統(tǒng)相同。

圖7是示出了液體和氣體的壓力與井深的關(guān)系的曲線圖，對(duì)于圖1-6的實(shí)施例來說，單位為英尺。特別地，在曲線圖中示出了在分別標(biāo)為“上游位置1”和“下游位置2”的兩個(gè)不同深度位置處的液體和氣體的情況。

附圖標(biāo)記表

10 系統(tǒng) 圖1，圖1A

12 豎直井筒 圖1，圖1A

14 套管 圖1，圖1A

16 氣/液分離裝置 圖1，圖1A

18 流管 圖1，圖1A

20 踵部 圖1，圖1A

22 水平井眼 圖1

23 箭頭 圖1

24 螺旋折流板或螺旋輸送器 圖1，圖1A

26 氣栓 圖1，圖1A

28 中央氣流管 圖1，圖1A

30 氣管28中的孔 圖1

32 井筒環(huán)域 圖1，圖1A

34 環(huán)形封隔器 圖1

35 箭頭 圖1

36 排氣閥 圖1

38 流體流(即液體、氣栓和水) 圖1

40 氣體注射裝置 圖1，圖1A

42 可選的電動(dòng)潛油泵 圖1

44 壓縮機(jī) 圖1

45 流管18的管口 圖1

46 示出流體流的箭頭 圖1

47 示出氣體流的箭頭 圖1，圖1A

48 氣體升舉工作筒 圖1

100 替代實(shí)施例 圖2，3

102 氣/液分離裝置 圖2，3

112 井筒 圖2，3

114 套管 圖2，3

116 流管 圖2，3

118 環(huán)域 圖2，3

120 堵塞器 圖2，3

124 迂曲孔 圖2，3

126 液流 圖2

128 氣栓 圖2

130 中央分離器折流板 圖2

132 圓形折流板 圖2

134 示出流體流的箭頭 圖2

136 示出氣體流的箭頭 圖2

137 液流 圖2

138 氣體注射裝置 圖2

140 壓縮機(jī) 圖2

142 封隔器 圖2

144 排氣閥 圖2

200 另一替代實(shí)施例 圖4

210 流管 圖4

212 流管的底板 圖4

214 流管中的孔 圖4

216 示出氣體流的箭頭 圖4

218 環(huán)域 圖4

220 套管 圖4

300 替代實(shí)施例/系統(tǒng) 圖5

310 豎直井眼 圖5

312 豎直套管 圖5

314 豎直生產(chǎn)流管 圖5

316 環(huán)域 圖5

318 封隔器密封件 圖5

320 踵部 圖5

322 水平井眼 圖5

324 氣/液分離裝置 圖5

326 螺旋形折流板或螺旋輸送器 圖5

328 箭頭 圖5

330 栓塞 圖5

334 氣/液分離裝置的口部 圖5

336 流管 圖5

338 壓縮機(jī) 圖5

339 氣體注射裝置 圖5

340 電動(dòng)潛油泵(“ESP”) 圖5

342 示出均質(zhì)流體流的箭頭 圖5

400 替代實(shí)施例-系統(tǒng) 圖6

410 被動(dòng)式氣/液分離裝置 圖6

412 豎直井眼 圖6

414 豎直套管 圖6

415 豎直流管 圖6

416 環(huán)域 圖6

418 可選的封隔器密封件 圖6

420 踵部 圖6

422 水平井眼 圖6

426 水平流管 圖6

428 中央折流板 圖6

430 圓形折流板 圖6

431 氣栓 圖6

432 示出了來自井的流體的箭頭 圖6

434 環(huán)域 圖6

435 注射裝置 圖6

436 壓縮機(jī) 圖6

438 示出了均質(zhì)混合物的箭頭 圖6

440 封隔器密封件 圖6

442 釋放排氣閥 圖6