[发明专利]适于高压井生产的井底双生产节流阀

说明书

本发明要求系列号为60/849544并且于2006年10月4日提交的我 们的临时专利申请的优先权。

技术领域

本发明的技术领域为适于深水井生产的节流阀，尤其其涉及适于高 压(HP)油和气井生产的节流阀。

背景技术

对墨西哥港湾和北海中高压油和烃类气体转化的近期研究表现出对 海底生产控制的挑战，原因在于初期遇到的井压非常高但是后期随着时 间推移预期明显下降。

当前利用安装于海底生产树上的单个海底生产节流器获得对压力和 流速的控制。但是，由于HP井中越过生产节流器的高压可高达5000至 6000psi，由于在节流器调节处的严峻操作条件，节流器可能会快速弱化 或甚至出现故障。在美国专利US4,589,493中描述了示例性的海底节流 阀，该篇文献结合于此作为参考，并且在美国专利US6,701,958中示出 了一些改进以便减小与离开位置附近的产品流动性能相关的至少一些难 题。由于生产流除了气体和原油之外还包含颗粒物质，在相对高压下的 操作通常会由于机械磨损而严重降低节流阀的使用寿命。

通过利用磁盘组可改进抗磨损性能，在磁盘组中多个盘限定三维的 曲折路径，通过该路径供应高压流体。实例为在美国专利US4,938,450 和WO2007/074342中公开的这种节流阀。虽然这种节流阀明显改善抗磨 损性能和气穴现象，但是仍存在一些问题。主要的是利用这种节流阀通 常难于控制较大压差。可选的，高压流体可通过一系列同心套管供应， 上述套管通过具有套管开孔而限定流动路径，其中套管可相对于彼此转 动，从而使得流动路径变窄或变宽。这种节流阀的代表性实例在美国专 利申请US5,018,703中有所描述。在其它已知构造中以及在为了降低磨 损和压力副作用的进一步尝试中，可以径向方式导引流体，并且通过折 流板改变方向，如在美国专利US6,105,614中所述的那样。但是，由于 之前在节流阀中存在较大压差，因此难于利用这种已知的装置进行控制。

在早期生产的高压油和气体场中的压差估计通常为6000ps i左右或 甚至更高，但是之后预期随着时间推移实质上会降低。利用目前已知技 术难于以安全和经济的方式处理这种预期的压力梯度。除了其它原因之 外，当目前的生产节流器处于关闭位置处或其附近时，节流器可具有 1GMP*psi^0.5的流动系数Cv，其相应于每天3000BBL的流体流速。但是， 生产井在后期生产中将需要非常高的Cv以便补偿更低的井压。因此，理 想的节流阀应该在井生产初期应该具有低的Cv，而在后期井生产中具有 高的Cv，以便可在不以高成本介入或更换节流器的情况下足以对生产进 行控制。不幸的是，虽然建议宽范围的Cv值，但是还没有开发出商业和 技术上可行的宽范围的Cv值。

为了克服具有宽范围Cv的上述问题，提出使用顶部的节流器与海底 节流器组合。虽然将海底生产节流器与顶部的节流器组合有利地提供了 Cv的变宽控制，但是产生了若干新问题。例如，这种构造需要在生产容 器上配置高压流动管线，在设备出现故障时，上述具有显著的危险性。 可选的，也提出可将第二节流器安装于生产平台或安装于海底立管基部 处。虽然这种构造将减小在节流器处操作条件下的严峻性，但是接着海 底流动管线必须供给高压，使得该方案增加了危险性和成本费用。在设 备出现故障的情况下，平台和生产平台附近或其上的人员的实质上的危 险性会更严重。此外，由于存在形成氢氧化物和堵塞的更高危险性，流 动管线中的高压将实质上造成对保证流动的挑战。

已知适于井下应用的多个节流器构造，其中每一节流器进行单独控 制，并且其中节流器平行设置，如在申请号为2007/0163774的美国专 利中所述的那样。如在WO99/47788中所述的那样，适于这种井底的多 个节流器装置的控制系统通常以液电方式进行。但是，主要使用这种构 造的节流器来隔离井内的区域，例如以便降低或防止在生产线中吸入水。 结果，这种节流器将以开/关方式操作并且通常不允许对流动进行控制。

因此，由于在本领域内已知控制生产井的无数构造和方法，但是所 有或几乎所有的构造和方法具有一个或多个缺陷。因此，仍需要提供控 制生产井的改进构造和方法。

发明内容