[发明专利]用于从产气井中移出液体的方法和装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年8月27日提交的申请号为61/377,716的美国临时申请的权益，该临时申请整体在此通过援引的方式并入。

关于联邦政府赞助的研究或开发的声明：不适用。

通过光盘提交的材料的援引并入：不适用。

背景技术

技术领域

本发明总体上涉及从烃生产井中开采流体，尤其致力于提供一种尽可能有效地使用井场内部和周围的空间来聚集天然气的系统。

相关技术的说明

流体产生于地球表面以下的烃生产层。煤层是烃生产层中的一种。通过钻井到煤生产层中并收集该生产层中滞留的甲烷气可以开采出煤层气(CBM，Coalbed Methane)。当滞留在所述煤生产层中时，甲烷气处于压力之下，因此，当井产生低压区域时，气体自然会移至该低压区域，同样地，液体(比如水)也会流入该低压区域。

液体的移出

积聚的液体必须被移出，以使气体能够从井中连续流出。在一个典型的泵系布置中，液体通过管道被抽至地面，该管道从设于井底部的井下泵延伸至地面。气体通过环形物(即井和管道之间的空间)从井中流出。一旦到达地面，液体必须从井场移出。目前存在两种移出液体的方法。

通过卡车移出液体

一种收集和处理液体的方法，是将流体直接从井中抽运到当地的收集罐或者其它储存设备中。然后，卡车往返于收集罐，以处置所述液体。然而，该方法需要大量人力、可靠的道路以及昂贵的道路维护。卡车的重量以及往返量会损坏到井场的道路以及在去收集设备的途中这些卡车必须行驶的任何道路。当地社区通常要求天然气生产商支付道路维护费。流体收集和运输在路上的花费和责任很大，并且在社区内可能是不受欢迎的。在冬天，冰雪可能会导致恶劣的路况，这使得卡车很难驶入或驶出井场。

通过管道移出液体

移出液体的第二种方法是安装管道，当液体离开井时进入该管道。该管道可以从井场延伸到收集设备。传统地，泵起重机和/或井下泵是用来推动所述液体通过管道的机构，因为它具有的正向位移能力远大于仅仅将流体带到地面所需的能力。过量的压迫能力能够被该机构用来推动液体通过管道网络到达中心收集设备。然而，使用泵起重机迫使液体通过管道的缺点是泵起重机会在所述管道中导致压力波动或者水击作用。因此，需要使用较大直径的管道来适应这种短期波动，该管道的直径大于相同量的液体以基本不变的流量通过管道时所需的管道的直径。

气体/液体混合物导致的问题

由井带到地面的流体通常包含液体成分和气体成分。该气体成分的存在会增加一些附加问题，这些问题通过传统的气液分离和移出方法不能完全解决。当所述流体直接抽运到管道而不进行传统的气液分离时，液体中夹带的气体通常会流失掉。该问题在一种被称为超量抽取的情况下进一步复杂化。超量抽取在泵将液体从井内移出时过量运行的情况下发生。一旦液体从井内移出而泵持续运转，会使得气体从井眼中逸出并被抽运到管道以及液体管道中。气体在液体管道中的存在还导致难以准确测量从井中移出的液体的体积，因为现在用于测量通过管道的流体的方法不能区分出气流和液流。

当气体进入液体管道时，可能会产生气锁(air-locking)的情况。气锁发生在这样的情况下，气体在所述管道的最高处聚集，并且造成液流的彻底或部分堵塞。聚集的气体可以是从液体中分离出来的气体，也可以是当井超量抽取时产生的气体。当气锁形成，液体将不能被推过该气体堵塞。随着泵继续试着驱使液体通过该气体堵塞，在该堵塞前的管道中的压力降持续增加。当该压力达到超过管道的最大承受力时，会发生破裂。管道破裂是很难诊断和定位的。此外，破裂在两方面费用很高，一是修理损坏的设备，二是清理从破裂的管道中泄露的液体对环境的损害。

除了管道破裂的风险，泵起重机还会对井口自身和井口周围的填料造成压力。泵起重机通常与井下泵通过钢拉杆连接，该钢拉杆在整个井的深度延伸。与地面的泵起重机连接的杆被称为光杆，因为它具有光滑而光亮的表面。井口处的密封材料能够在保持管道中的水的压力的情况下，使得该光杆能够在井中上下移动。填料必须经常监视，因为它常常会泄漏，因而不得不频繁更换。事实上，与填料泄漏相关的泄漏即便不是不可能消除的，也是很难消除的。

寒冷的天气

与现有的储存、移出和运输井场中开采出的液体(比如水)的方法相关的另一个问题是：液体在寒冷的天气中可能冻结的危险。冻结的水会限制井产量，还会使管道破裂，进而导致井口泄漏。

安装和维修