轉換閥系統(tǒng)及用于采氣的方法
【專利摘要】一種用于插入開采管或與開采管集成的轉換閥組件，包括：外殼；內開采管；先導部分，響應于大于預定壓力的外部壓力或響應于電子致動器以打開致動通道；動力部分，響應于致動通道中的壓力打開注入開口；以及轉換閥，響應于外部壓力打開轉換部分，允許流體從所述外殼之外連通至所述內開采管內。轉換閥組件可用于開采垂直、傾斜或水平氣井的方法中，其中氣井具有由井套管和同軸布置的開采管限定的環(huán)形空間，其中環(huán)形部分存在于隔絕環(huán)形部分的封隔器上方，包括以下步驟：(a)打開通過開采管進入環(huán)形部分的通路，如果必要，移除環(huán)形部分中的任何液體；(b)在開采管內封隔器上方布置轉換閥組件并暴露于環(huán)形部分；以及(c)將氣體注入環(huán)形空間以打開轉換閥并進入開采管，其中注入氣將開采管中的液體提升至地表。
【專利說明】
轉換閥系統(tǒng)及用于采氣的方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及提高氣井開采的閥和方法，具體地涉及具有低流壓和不一致的開采管壓的氣井。
【背景技術】
[0002]具有變化量的H2S的氣井、特別是含硫氣井在整個加拿大西部沉積盆地中產(chǎn)生。即使油藏壓力耗盡，留在容器中的剩余氣體量通常也是顯著的。挑戰(zhàn)是開采具有低流壓和不一致的開米管壓的剩余儲量。
[0003]含硫氣井通常設有封隔器以從井套管內徑與開采管外徑之間的環(huán)形空間隔絕硫產(chǎn)品。封隔器阻止含硫氣體進入環(huán)形空間并腐蝕套管管柱，套管管柱是鉆井孔與任何相鄰地下水或含水層之間的屏障。此外，封隔器以上的環(huán)形空間通常填有抑制鹽溶液，以增強腐蝕保護并提供防止含硫氣體進入環(huán)形空間的額外屏障。
[0004]所有氣井在產(chǎn)氣過程中產(chǎn)生大量液體。積液是井無力的癥狀，以將井的生產(chǎn)周期中自然產(chǎn)生的液體卸除，并且是氣井產(chǎn)量下降的最常見原因。除了積液，還存在井不能在最高水平生產(chǎn)的多種其他原因。如果在同一儲層鉆探多個井，氣體以比正常速率更快的耗盡，儲層的競爭性排水會降低產(chǎn)量。在區(qū)劃的儲層中，由于地層的可滲透部分之間的連通性缺乏，所以儲層尺寸受限，會出現(xiàn)產(chǎn)量問題。而且，在鉆井時或修井設備完成后續(xù)工作時由于近井導致的地層損害產(chǎn)量也可受限，或積液或所生產(chǎn)的井出水的自然尺度效應也可導致自然近井損害。
[0005]當開始鉆井時，通常是在儲層的未開采部分，因此儲藏壓力和體積通常相當高。轉移氣體和液體的地表開采線在允許井流至地表的壓力下運行。地表線壓和井的井底流壓之間的壓差將決定井的可流量。其他因素也直接導致如此，例如氣體密度、摩擦效應、液體密度和井深。當井老化并且井底流壓耗盡時，井將經(jīng)歷流量減少。
[0006]眾所周知的是，當氣體流速降至承載液滴向上所必需的水平(即臨界氣體流速)時積液影響氣體產(chǎn)量。臨界氣體流速是流動壓力、流體和氣體密度、液滴大小、表面張力、溫度和管徑的函數(shù)。
[0007]增加氣體流速的一種方法是改變管尺寸或降低表面壓力，當應用上述方案時卸除液體能力對井的影響可能是顯著的。然而，這些方案僅能夠持續(xù)到底部儲層壓力可在新的狀況下開采。
[0008]遺憾的是，對于大多數(shù)含硫氣井而言，改變管道或降低表面壓力的選項常常是非經(jīng)濟的，井常在其可用儲備遠被耗盡之前被放棄。改變外部管道(鉆探裝備、安全裝備、栗卡車等)的成本是高昂的，并且存在對地層的潛在損害的巨大風險，該損害會在不得不使用具有等于或大于儲層壓力中關閉的靜水重量的流體破壞井的情況下發(fā)生。在許多情況中，井深和低儲層壓力將不能保持一整列壓井液，壓井液將斷裂成地層面，導致無法修復的損害。
[0009]通過使用壓縮機降低井眼中的流動井頭壓力可降低表面壓力。成本直接與壓縮機的尺寸相關，該壓縮機需要具有足夠的吸入壓力，以允許井卸除具有提升速度的液體，其中提升速度需要將氣體開采至收集系統(tǒng)管線。大多數(shù)用于含硫氣體的壓縮機需要具有多個安全關閉系統(tǒng)和減少壓縮氣體的熱量的昂貴的冷卻機以及噪聲排放控制。
[0010]在這些井中難以實施人工提升。由于氣鎖和空化，多種類型的井下機械或電子栗在高氣壓環(huán)境中不能正常運行。使栗浦系統(tǒng)能夠在高氣體比環(huán)境中有效運行所需的修改或額外的完成組件的成本也是非常昂貴的。
[0011]因此，本領域需要一種具有創(chuàng)造性且經(jīng)濟的方案來從這些老化的儲層中開采氣體。

【發(fā)明內容】

[0012]—方面，本發(fā)明包括作為運行系統(tǒng)一部分的井下轉換閥，該系統(tǒng)使用儲層能量和注入氣來開采氣。在一個實施方式中，開采氣和注入氣可致動柱塞使其在井眼中上下往復運動，柱塞充當開采液與開采氣之間的界面，從而將所有液體卸除至地表。柱塞可在全天循環(huán)多次，并且循環(huán)頻率僅取決于每個周期可得到多少氣體。
[0013]因此，一方面，本發(fā)明包括一種開采垂直、傾斜或水平氣井的方法，其中氣井具有由井套管和同軸布置的開采管限定的環(huán)形空間，所述井具有對開采管開放的下部開采區(qū)，其中環(huán)形空間通過封隔器與下部開采區(qū)隔絕。該方法包括以下步驟:
[0014](a)打開通過套管進入環(huán)形空間的通路，如果必要，移除環(huán)形空間中的任何液體；
[0015](b)在開采管內布置至少一個轉換閥暴露于環(huán)形空間，其中轉換閥具有先導部分、動力部分以及轉換流體通道，先導部分具有預定關閉壓力；
[0016](c)將氣體注入環(huán)形空間至至少關閉壓力以致動先導部分，從而將動力部分暴露于環(huán)形空間，打開轉換流體通道并允許注入氣進入開采管，其中注入氣將開采管中的液體提升至地表。
[0017]在一個實施方式中，至少一個轉換閥部署在連續(xù)或接合的套管柱上或通過線纜部署在開米管內。
[0018]另一方面，本發(fā)明可包括用于插入開采管或與開采管集成的轉換閥組件，包括:
[0019](a)外殼；
[0020](b)內開采管；
[0021](C)先導部分，響應于大于預定壓力的外部壓力以打開致動通道；
[0022](d)動力部分，響應于致動通道中的壓力打開注入開口；以及
[0023](e)轉換閥，響應于外部壓力打開轉換部分，允許流體從外殼之外連通至內開采管內。
[0024]在一個實施方式中，本發(fā)明包括轉換閥組件，包括:
[0025](a)先導部分，包括:夕卜殼和同軸布置在外殼內的內開米管，在外殼與內開米管之間限定有環(huán)形空間，在環(huán)形空間內設有先導閥組件;還包括閥座和先導活塞，先導活塞可在關閉位置和打開位置之間移動;先導室，通過外殼中的先導開口暴露；以及用于將先導部分朝向關閉位置偏置的管柱；
[0026](b)動力部分，包括:夕卜殼和同軸布置在外殼內的內開米管，在外殼與內開米管之間限定有環(huán)形空間，在環(huán)形空間內設有動力閥組件;還包括閥座、閥芯軸和致動活塞，其中閥芯軸和致動活塞可在關閉位置和打開位置之間移動，其中動力部分限定致動室；
[0027](c)位于先導室和致動室之間的致動流體通道，當先導活塞位于其關閉位置時流體通道關閉，當先導活塞位于其打開位置時致動流體通道打開，其中致動流體通道中的流體壓力將致動活塞和閥芯軸移動至其打開位置；
[0028](d)轉換流體通道，穿過動力部分外殼和動力部分內開采管，當致動活塞和閥芯軸位于其關閉位置時轉換流體通道關閉。
[0029]在一個實施方式中，先導活塞由預定關閉壓力偏置在關閉位置，預定關閉壓力通過機械彈簧例如螺旋彈簧、或氣體彈簧、或機械和氣體彈簧二者產(chǎn)生，先導活塞在先導部分內作用。動力部分可包括在致動室與通向外殼之外的開口之間的均衡通路，均衡通路對氣流比致動通道有更多的限制。在一個實施方式中，氣體彈簧連接至氣體供應線，氣體供應線可被致動以增加或減少氣體彈簧的壓力，從而增加或減少關閉壓力。
[0030]在一個實施方式中，轉換閥組件包括可選地連接至遠程控制器的電子控制模塊，其包括螺線管和先導壓力調節(jié)器，其打開以將先導部分暴露于外部壓力，且關閉以將先導部分與外部壓力隔絕。
[0031]在一個實施方式中，轉換閥組件還包括可選地連接至遠程控制器的電子控制模塊，其包括先導氣體供應線和先導氣體調節(jié)器，以對氣體彈簧遠程充氣或放氣。
[0032]另一方面，本發(fā)明可包括一種開采垂直、傾斜或水平氣井的系統(tǒng)，其中氣井具有由井套管和同軸布置的開采管限定的環(huán)形空間，所述井具有環(huán)形部分和對開采管開放的下部開采區(qū)，其中環(huán)形部分通過封隔器與下部開采區(qū)隔絕，包括:
[0033](a)穿過開采管進入環(huán)形部分的通路；
[0034](b)開采管內的至少一個轉換閥，暴露于穿過通路的環(huán)形部分；
[0035](C)地表氣體注入器和氣體供應部，用于將氣體注入環(huán)形部分以打開轉換閥并進入開米管；
[0036](d)柱塞，用于在開采管內往復運動；以及
[0037](e)用于控制氣體注入器的控制器，其中控制器響應于指示以下一種或多種的信號:柱塞位置，環(huán)形部分的壓力，開采管中的壓力、氣流，管液面，或管與環(huán)形部分之間的壓力差。
[0038]在一個實施方式中，井套內部署在連續(xù)或接合的套管柱上的至少一個轉換閥。在一個實施方式中，系統(tǒng)還可包括用于在開采管內往復運動的柱塞。系統(tǒng)還可包括用于控制氣體注入器的控制器，其中控制器響應于指示以下一種或多種的信號:柱塞位置，環(huán)形空間的壓力，開采管中的壓力或氣流，管液面，或管與環(huán)形空間之間的壓力差。
【附圖說明】
[0039]在附圖中，相似的元件由相似的參考標記表示。附圖并不是按照比例繪制，相反重點在于本發(fā)明的原理。此外，所示出的每個實施方式為使用本發(fā)明的基本概念的多個可能布置之一。附圖簡要描述如下:
[0040]圖1是具有環(huán)形空間和下部開采區(qū)的井眼的示意性表示，沿其長度縱向分段并且描繪了轉換閥過油管完成設備。
[0041]圖2是轉換閥裝置的示意性表示，其中沿該閥長度分段以暴露所有工件。
[0042]圖3是圖2所示的區(qū)域A的詳細視圖，示出了動力部分閥組件。
[0043]圖4是圖2所示的區(qū)域B的詳細視圖，示出了先導部分閥組件。
[0044]圖5是沿圖2所示的線C-C的橫截面視圖。
[0045]圖6是圖2的轉換閥的截面圖，示出先導閥組件位于其打開位置。
[0046]圖7是圖2的轉換閥的動力部分的截面圖，示出動力閥組件位于其打開位置。
[0047]圖8是圖2的轉換閥的動力部分的截面圖，示出RCV閥組件位于其打開位置。
[0048]圖9是具有電子控制模塊的轉換閥組件的一個實施方式的示意性表示。
[0049]圖10是具有先導部分的直接螺線管驅動的轉換閥組件的一個實施方式的示意性表不。
【具體實施方式】
[0050]在描述本發(fā)明時，本文未定義的所有術語都具有其現(xiàn)有技術公認的含義。下文對【具體實施方式】或本發(fā)明特定用途的描述，旨在僅作說明之用，而非對所要求的發(fā)明的限制。
[0051]本發(fā)明涉及一種可控轉換閥及包括該閥的系統(tǒng)以借助氣舉或氣體再循環(huán)工作流來增強采氣。在氣舉/氣體再循環(huán)工作流期間，工作流體包括從開采管外部向開采管內部移動的注入氣。
[0052]在一個實施方式中，本發(fā)明的裝置設計為用于促進具有低流壓和/或不一致的開采管壓的氣井的開采，尤其是含硫氣井。然而，本文中所用術語“流體”包括液體和氣體。
[0053]如圖1所示，產(chǎn)氣井包括套管柱(I)和同軸開采管柱(2)，在套管柱(I)和同軸開采管柱(2)之間限定出環(huán)形空間。環(huán)形空間內的封隔器(3)在開采管外徑和套管內徑之間提供了密封，將上部的環(huán)形空間與開采區(qū)隔離開。封隔器防止開采的液體和氣體在封隔器以上的錯流并保護套管不受通常與H2S有關的腐蝕，因為套管是井筒與自然地層的環(huán)境之間的唯一屏障。
[0054]許多含硫氣井場配有用于儀器操作的高壓、無硫燃氣。該氣源也可作為用于環(huán)形循環(huán)氣體的出色媒介。因此，一方面，發(fā)明包括通過利用注入的無硫氣提升開采管中的液體至表面來從隔離層(比如含硫氣層)開采天然氣的方法。一般而言，另一方面，本發(fā)明的裝置包括一種轉換閥裝置，其響應于套管環(huán)形空間中的壓力或由于直接控制而打開，以允許流體從環(huán)形空間流至管柱中。
[0055]轉換閥組件(10)包括組合在一起以限定內部開采流道的多個內部管狀構件(11)和外殼(12)。下文描述的各種功能組件配置在內部管件(11)和外殼(12)之間的環(huán)形空間中。在一個實施方式中，閥組件包括先導部分(13)和動力部分(14)，通過限定環(huán)形流體通道
(17)的中間短節(jié)(16)連接。在一個實施方式中，閥組件(10)適于在線纜上運行，或部署在連續(xù)的或接合的管柱上。在一個實施方式中，閥可為管柱的集成構件。
[0056]先導部分包括同軸滑動先導活塞(18)、先導閥座(20)和外殼(12)中的環(huán)形空間壓力開口(22)。在其關閉位置，如圖2和4所示，先導活塞(18)的井下端抵靠閥座(20)布置，使短節(jié)流體通道(17)與外部壓力隔離。先導活塞(18)用抵靠外殼(12)內表面和內管(11)外表面滑動的密封件來密封。
[0057]先導活塞(18)由機械彈簧(26)或氣體彈簧(28)或機械彈簧和氣體彈簧的組合偏置向其關閉位置。如圖2所示，先導壓力室(28)通過閥(24)充滿氣體，優(yōu)選地為惰性氣體，如氮氣，并抵抗先導活塞(18)的向上運動。致動先導部分(13)所需的套管環(huán)形空間中的外部壓力必須克服關閉壓力，該壓力是壓力室(28)中的氣壓與通過機械彈簧施加的壓力之和。
[0058]為了致動轉換閥組件，氣體(G)注入至套管環(huán)形空間中直到環(huán)形空間壓力大于關閉壓力。注入氣通過外部壓力開口(22)向先導活塞(18)施加壓力，先導活塞(18)隨著注入氣填充先導室(23)而上推，直至外部壓力等于通過機械彈簧和氣體彈簧施加的關閉壓力。
[0059]隨著先導活塞(18)離座，先導室(23)中的注入氣隨后通過短節(jié)流體通道(17)傳送并進入動力部分(14)的致動室，向也是密封的同軸滑動活塞的動力活塞(30)施加壓力。在一個實施方式中，動力活塞由機械彈簧(31)偏置至關閉位置。
[0060]動力活塞(30)推動芯軸(32)，芯軸(32)具有抵靠穿過外殼的注氣進口(36)安裝的閥面(34)。注氣進口可設在圍繞具有帶角度的圓錐截面的外殼的圓周槽(38)中。閥面(34)具有在關閉時密封地接合注氣進口(36)的匹配圓錐截面。
[0061]當套管環(huán)形空間中的注入氣(G)通過進氣口(36)進入動力部分(14)時，注入氣行進通過動力部分內管(IlA)與外殼(12)之間的閥組件，直至到達冗余止回閥或RC閥(50)。注入氣有足夠的壓力來離座，通過轉向孔(52)并進入閥(1)的內部開采流道。RC閥(50)由機械彈簧(51)偏置關閉，彈簧的力可由注入氣壓力克服。RC閥(50)在圖6中示為入座(關閉)而在圖8中示為離座(打開)。
[0062]當閥組件的外部環(huán)形空間壓力降至先導部分的關閉壓力以下時，將使先導部分
(18)被推向其關閉位置直至其抵靠閥座(20)布置，這致動了轉換閥關閉順序。如果環(huán)形空間壓力繼續(xù)下降，允許短節(jié)流體通道(17)和致動室中的流體通過在動力部分內管(IlA)和動力活塞(30)周邊外殼(12)之間存在的限制性旁路(42)與較低的外部環(huán)形空間壓力緩慢平衡。一旦致動室中的壓力低至動力部分機械彈簧施加的偏置力，動力活塞(30)則回到其關閉位置。當動力活塞回到其關閉位置時，閥面(34)入座至注氣進口(36)并關閉注氣進口
(36)ACV閥(50)隨后將關閉而轉換閥組件(10)再次使環(huán)形空間與開采管隔離。
[0063]限制性旁路(42)總是打開的，但向氣流提供了足夠的阻力以允許來自先導部分的氣壓通過致動通道來打開動力活塞，同時允許在適當短的時間內均壓，在一個實施方式中，大約為幾分鐘。
[0064]因此，閥組件(10)會在環(huán)形空間壓力大于先導部分關閉壓力時打開注射開口，并會在環(huán)形空間壓力降至關閉壓力以下時開始關閉順序。在一個實施方式中，如果一同使用機械彈簧和氣體彈簧，則通過調整兩者的強度來調節(jié)閥先導部分的關閉壓力。所選的關閉壓力可通過考慮井深、環(huán)形空間可用體積和氣/液比來確定。在一個實施方式中，先導部分的關閉壓力會設置得顯著高于最小管壓，從而確保在開采管中沒有含硫氣能夠通過閥組件(10)逸入環(huán)形空間。例如，關閉壓力可設定為超過最小管壓500kPa。除了在環(huán)形空間中存在顯著高壓時，這將確保閥組件總是關閉的，這對于抑制環(huán)流體的缺乏以防止含硫氣迀移至環(huán)形空間中尤為重要。另外，閥可在存有含硫氣的開采管內徑和需要保持無硫的環(huán)形空間之間配備有隔離機構(或屏障)。
[0065]在一個實施方式中，在實地使用前，氣體彈簧能夠在閥組件(10)裝配期間充至很高的壓力，然后能夠調至在井下安裝前會遇到的用于特定井下條件的所需壓力。機械彈簧提供了固定的關閉壓力，而氣壓彈簧可提供可變可定制的關閉壓力。
[0066]在一個實施方式中，氣體彈簧可與氣體毛細管線、調節(jié)器和控制器相連接。氣體彈簧從而可在安裝后按要求充氣以增大先導關閉壓力或排氣以減小先導關閉壓力。
[0067]因此，在一個實施方式中，轉換閥包括三個致動組件，先導部分、動力部分及RC閥，其都通過氣壓而非物理連接來互相作用。外部壓力使先導部分將致動室暴露于外部壓力，從而致動動力部分，這將打開注射開口，其隨后打開RC閥。
[0068]在一個操作實施方式中，參照圖1，井底止回閥(8A)置入開采管柱底部，作用是當井完成時防止地表注入的氣體進入地層，但允許氣流從地層進入管柱。
[0069]轉換閥(10)組件能夠利用線纜技術或者連續(xù)或接合管技術運行，這些都是業(yè)內公知且不需要本文再詳述。如果現(xiàn)有滑動套管是開采管柱的一部分，則可為打開的?？蛇x地，管(2)可在隔離封隔器(2)以上有開孔。閥(10)降落至隔離封隔器(3)以上，與打開的滑動套管或管孔平齊。閥位于在閥(10)以上和以下的隔離開采管(2)的兩個穿越管套密封(4、5)之間。來自環(huán)形空間的任何氣體只能通過閥(10)進入開采管。合適的固定件和封隔器配置在例如共有的第7，347，273 B2號美國專利中進行了描述，其全部內容通過引用(允許的地方)包含在本文中。
[0070]環(huán)形空間中的任何抑制流體可利用常規(guī)手段移除，比如通過氮氣循環(huán)。
[0071]一旦井下設備已經(jīng)安裝且抑制流體已經(jīng)移除，無硫氣壓縮機(102)能夠壓縮來自儀器供應線(104)的少量氣體并向下注入套管環(huán)形空間。一旦環(huán)形空間壓力超過轉換閥
(10)的關閉壓力，注入的無硫氣(G)將通過閥(10)進入開采管，克服井底流壓，并引起底部止回閥(8A)關閉。因此，所有無硫環(huán)形空間氣(G)將在開采管中向上移動。這會增加氣流速度，優(yōu)選地，在臨界速率之上，并將開采管中的任何液柱驅動至地表。
[0072]一旦產(chǎn)生液柱，環(huán)形空間中的壓力可減小，關閉閥(10)，同時仍保持對開采管的正壓差。隨著從井筒中去除液體靜壓柱，井現(xiàn)在能夠通過底部止回閥(8A)產(chǎn)生全部勢能。當環(huán)形空間中的注入氣壓再次達到打開轉換閥所需的壓力時開采周期周而復始。
[0073]如本領域眾所周知的那樣，柱塞組件(未示出)可引入至管柱中以允許井在較低氣流速度下運行。柱塞充當液柱和注入氣之間的界面。因為柱塞是在柱塞體和管壁之間帶有精密公差的動態(tài)密封(與完全密封不同)，仍需要速度來向鉆孔上移動液體，然而柱塞的橫截面積結合試圖經(jīng)過外部的氣流速度產(chǎn)生了自下而上的壓差，將柱塞和液柱驅動至地表。
[0074]在可選的實施方式中，轉換閥組件(100)包括上述組件，還包括電控模塊(I1)或ECM ACM(IlO)運行以改變轉換閥(100)的操作，要么通過控制先導氣輸送使先導氣體彈簧充氣或放氣，要么另外通過調整或重寫先導部分的操作，或者兩者兼有。
[0075]如圖9所示，先導氣調節(jié)器(120)通過毛細管線(122)連接至可位于地面的先導氣供給部。先導控制器(未示出)通過控制線(124)連接至調節(jié)器(120)，并根據(jù)需要致動調節(jié)器(120)以打開或關閉閥(126)來使氣體彈簧充氣或放氣。
[0076]另一控制線(130)將控制器(未示出)連接至螺線管(132)，這致動了先導控制閥(134)。當打開時，先導控制閥(134)使得轉換閥組件(100)的先導部分受套管環(huán)形空間中的注入氣壓(102)作用。如果關閉，先導部分保持與套管環(huán)形空間壓力隔開，并且因此，先導部分不能致動動力部分以打開轉換閥。因此，控制器能夠停用轉換閥組件(100)而仍將氣體注入套管環(huán)形空間至先導部分關閉壓力以上。
[0077]在一個可選實施方式中，如圖10所示，轉換閥組件(200)的先導部分(202)由經(jīng)過連接至控制器(未示出)的控制線(204)接收的控制信號直接調節(jié)。壓力傳感器(208)感應套管環(huán)形空間中的注入氣壓(206)并可通過控制器(209)和繼電器(210)連接至控制線(204)。因此，在套管環(huán)形空間中的預定壓力下，隨著通過壓力傳感器感應，控制器會致動螺線管(212)以釋放先導部分。注入氣隨后會如上所述致動先導部分。在這種情況下，先導部分關閉壓力通過壓力傳感器、控制器和螺線管的共同作用來確定，而非通過先導部分中所含的任何物理偏置手段?？刂菩盘栯S后可在要求的時長后，或在如通過壓力傳感器所確定的預定壓力下關閉先導部分。
[0078]在一個實施方式中，系統(tǒng)可包括電子監(jiān)控和壓力記錄以確定系統(tǒng)何時運轉，例如運用帶有多種模擬和數(shù)字輸入和輸出的PLC(可編程序邏輯控制器)，這能夠讀取并記錄來自外部傳感器的信號，比如壓力傳感器或流量計。這些傳感器不斷地對井壓取樣并會用信號通知PLC控制盒以打開套管閥來流通或關井。PLC也可具有探測柱塞到達地表并記錄時間和流速的接近開關。借助這些電子儀表和控件，一旦流通循環(huán)設置在控制器中，井能夠無人值守。這些設置的壓力和時間能夠調整以適應變化的井況。
[0079]完成該開采工作流程的可選裝置包括但不限于鎖定且密封的芯軸組件(如本領域中眾所周知的)以接合并封入集成至開采管柱的已有的選擇性輪廓接頭。這會代替圖1中描述的管封隔器(5)。如果選擇性輪廓接頭存在并在井筒中相對于穿過開采管壁的通信端口的位置易于取得，則這種實現(xiàn)是可能的。另一方面，工具管柱可下降穿過打開的滑動套管，其提供從環(huán)形空間通過管壁的通信。工具管柱的所有元件可設計為穿過最大標準的選擇性輪廓接頭尺寸以易于促使所述工具管柱下降穿過已有的滑動套管(配備有輪廓接頭)或在遇到復雜的井筒幾何尺寸的情況下降至已有的輪廓接頭以下。
【主權項】
1.一種開采垂直、傾斜或水平氣井的方法，其中所述氣井具有由井套管和同軸布置的開采管限定的環(huán)形空間，所述氣井具有環(huán)形部分和對所述開采管開放的下部開采區(qū)，其中所述環(huán)形部分通過封隔器與所述下部開采區(qū)隔絕，所述方法包括以下步驟: (a)打開通過所述開采管進入所述環(huán)形部分的通路，如果必要，移除所述環(huán)形部分中的任何液體； (b)在所述開采管內布置至少一個轉換閥暴露于所述環(huán)形部分，其中所述轉換閥具有先導部分、動力部分以及轉換流體通道，所述先導部分具有預定關閉壓力； (c)將氣體注入所述環(huán)形部分至至少關閉壓力以致動所述先導部分，從而將所述動力部分暴露于所述環(huán)形部分，打開所述轉換流體通道并允許注入氣進入所述開采管，其中所述注入氣將所述開采管中的液體提升至地表。2.如權利要求1所述的方法，其中，至少一個轉換閥部署在連續(xù)或接合的套管柱上或通過線纜部署在所述開采管內。3.如權利要求1所述的方法，其中，所述氣體連續(xù)注入或所述氣體周期性地注入。4.如權利要求3所述的方法，其中，所述氣體響應于井眼中的預定條件而注入，包括柱塞位置、環(huán)形部分中的壓力、開采管中的壓力或氣流、管液面或開采管與環(huán)形部分之間的壓力差。5.如權利要求1所述的方法，其中，所述注入氣包括儀表無硫氣體。6.—種用于插入開采管或與開采管集成的轉換閥組件，包括: (a)外殼； (b)內開米管； (C)先導部分，響應于大于預定壓力的外部壓力或響應于電子致動器以打開致動通道； (d)動力部分，響應于致動通道中的壓力打開注入開口；以及 (e)轉換閥，響應于外部壓力打開轉換部分，允許流體從所述外殼之外連通至所述內開米管內。7.如權利要求6所述的轉換閥組件，其中，所述預定壓力由在所述先導部分內作用的機械彈簧、或氣體彈簧、或機械和氣體彈簧二者設定。8.如權利要求7所述的轉換閥組件，其中，所述預定壓力至少部分由氣體彈簧設定，其中所述氣體彈簧通過先導氣體調節(jié)器連接至先導氣體供應，其配置為對所述氣體彈簧充氣或放氣以改變所述預定壓力。9.如權利要求6所述的轉換閥組件，其中，所述動力部分包括對所述外殼之外開放的均衡通路，所述均衡通路對氣流比所述致動通道有更多的限制。10.如權利要求6所述的轉換閥組件，包括: (a)先導部分，包括:外殼和同軸布置在所述外殼內的內開米管，在所述外殼與所述內開采管之間限定有環(huán)形空間，在所述環(huán)形空間內設有先導閥組件;還包括閥座和先導活塞，所述先導活塞能夠在關閉位置和打開位置之間移動;先導室，通過所述外殼中的先導開口暴露；以及用于所述先導部分朝向所述關閉位置偏置的管柱； (b)動力部分，包括:外殼和同軸布置在所述外殼內的內開米管，在所述外殼與所述內開采管之間限定有環(huán)形空間，在所述環(huán)形空間內設有動力閥組件;還包括閥座、閥芯軸和致動活塞，其中所述閥芯軸和致動活塞能夠在關閉位置和打開位置之間移動，其中所述動力部分限定致動室； (C)位于所述先導室和所述致動室之間的致動流體通道，當所述先導活塞位于其關閉位置時流體通道關閉，當所述先導活塞位于其打開位置時致動流體通道打開，其中所述致動流體通道中的流體壓力將所述致動活塞和所述閥芯軸移動至其打開位置； (d)轉換流體通道，穿過所述動力部分外殼和所述動力部分內開采管，當所述致動活塞和所述閥芯軸位于其關閉位置時轉換流體通道關閉；以及 (e)位于所述致動室之間并穿過所述動力部分外殼的均衡流體通道，所述均衡通道比所述致動流體通道具有更多限制。11.如權利要求10所述的轉換閥組件，其中，用于偏置所述先導活塞的彈簧包括機械彈簧、或氣體彈簧、或機械和氣體彈簧二者。12.如權利要求8所述的轉換閥組件，還包括可選地連接至遠程控制器的電子控制模塊，其包括螺線管和先導壓力調節(jié)器，其打開以將所述先導部分暴露于外部壓力，且關閉以將所述先導部分與外部壓力隔絕。13.如權利要求11所述的轉換閥組件，還包括可選地連接至遠程控制器的電子控制模塊，其包括先導氣體供應線和先導氣體調節(jié)器，以對所述氣體彈簧遠程充氣或放氣。14.一種用于插入開采管或與開采管集成的轉換閥組件，包括: (a)外殼； (b)內開米管； (C)先導部分，響應于電子致動器以打開致動通道，然后所述致動通道對外部壓力開放； (d)動力部分，響應于所述致動通道中的壓力打開注入開口；以及 (e)轉換閥，響應于外部壓力打開轉換部分，允許流體從所述外殼之外連通至所述內開米管內。15.如權利要求14所述的轉換閥組件，其中所述電子致動器響應于來自遠程控制器的信號或來自壓力傳感器的信號，或來自遠程控制器和壓力傳感器的信號。16.—種用于開采垂直、傾斜或水平氣井的系統(tǒng)，其中所述氣井具有由井套管和同軸布置的開采管限定的環(huán)形空間，所述井具有環(huán)形部分和對所述開采管開放的下部開采區(qū)，其中所述環(huán)形部分通過封隔器與所述下部開采區(qū)隔絕，包括: (a)穿過所述開采管進入所述環(huán)形部分的通路； (b)所述開采管內的至少一個轉換閥，暴露于穿過所述通路的環(huán)形部分； (c)地表氣體注入器和氣體供應部，用于將氣體注入所述環(huán)形空間以打開所述轉換閥并進入所述開采管； (d)柱塞，用于在所述開采管內往復運動；以及 (e)用于控制所述氣體注入器的地表控制器，其中所述控制器響應于指示以下一種或多種的信號:柱塞位置，所述環(huán)形部分的壓力，所述開采管中的壓力或氣流，管液面，或管與環(huán)形部分之間的壓力差。17.如權利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述氣體供應部包括儀表無硫氣。
【文檔編號】E21B34/10GK105934559SQ201480055784
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2014年10月14日
【發(fā)明人】杰夫·斯蒂爾, 埃里克·萊恩
【申請人】萊瑟制造有限公司