[发明专利]水平和垂直井产流体泵送系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于从具有至少一个大体垂直段和至少一个大体水平段的井眼中开采流体的井产流体泵送系统和方法。

背景技术

在油气开采领域中，熟知的是使用着陆在垂直定向井眼的最深点处，或处于水平定向间隔的跟部的泵将已开采的液体从油藏移至表面。传统的垂直人工举升解决方案是众所周知的。例如杆式泵、螺杆抽油泵、电动潜水泵或液压驱动泵的各种机械泵被广泛用于油气工业中。

利用水平孔钻探和用于完成并开采井眼的完井策略有许多好处。水平井眼通过创建遵循油藏厚度的孔可使油藏的暴露达到最大。典型的水平井眼计划还允许井眼轨迹横向相交油藏的天然压裂面，从而使压裂刺激和压力支撑剂放置的效率达到最高，进而提高总开采率。

水平定向井眼的主要优势是，与使用若干个被钻入相同油藏的垂直定向井眼相比，使用单个垂直母钻孔使得油藏暴露至井眼的部分更多。然而，为了使该优势最大化，在井的开采过程中，井性能必须与油藏的外露长度成正比。在该行业中，通常为人们所知的是，井的外露和井的开采率之间的关系不与水平定向的井眼直接成正比。

一般来讲，使用油藏驱油能量来开发水平井眼的产量，直到获得初始产量。如果油藏驱动不足或者迅速减少，则利用着陆在或接近水平井眼跟部的单个泵入口使得出自井眼的水平部分的产量降低。或者，利用其他常规的熟知的举升解决方案，例如柱塞举升和气举，用于通过井眼的垂直段和过渡段来管理岩层上的背压。例如喷射泵的其他服务被用在间歇容量中，以卸下或清扫水平井段。

用于开采水平井的常规装置并不过多地影响油藏的跟部。图1(现有技术)示出具有设置在井眼垂直段内的单个常规泵的代表性水平井眼。在这种情况下，降深定位于井眼跟部内的区域。降深压力还被限制于正被泵送的流体的理论蒸汽压。

在具有水平井眼的气井中，具有许多可导致不良井性能的潜在挑战。气井通常还受到原位水开采、来自压裂刺激或活性水源的水位恢复、冷凝水或天然气液体的挑战。对于为举升与开采关联的液体的气体油藏，其必须具有足以在井眼的水平开采井管(producing leg)中生成雾流的能量。很多时候，需要大量的气率来举升相对小的日流体量，并且不能持续长期开采。

由于大多数水平气井不具有所需的运输速度，其通常在例如分层型流和段塞型流的过渡流之下。该类型的开采状态是非常低效的，因为段塞沿着水平管形成并破裂，并且气体突破，之后间歇地沿着水平面迁移并穿过液压头朝向表面，从而导致近井眼和水平开采井管之间不一致的差压分布。

水平或垂直的采油井在其开采期间通过其泡点转变。当出现这种情况时，气体从溶液中逸出并且油藏中存在至少两种分离的相(气和油)，从而导致气顶驱动。这些类型的油藏的高效开采是通过谨慎管理气顶驱动的消耗而实现的，这可以通过开采的气/液比例进行监控。在传统的自由流动的气顶驱动井中，流体将通过气体驱动流通并且在行程中沿着阻力最小的路径朝向表面流动。这导致在井眼跟部附近的油藏的开采不成比例。如图2所示(现有技术)，跟部处开始过早消耗是由位于跟部附近井眼中的单个降深位置加剧的。该开采状态一直存在于开采期内，直到跟部开始消耗并且气顶驱动在跟部附近突破，如图3(现有技术)示意性所示。气顶驱动突破导致提高的气液比。该情况可并且时常导致因气锁和气体碰撞而产生对垂直泵送方案的显著破坏。最终，气体驱动将耗尽，使得未被开采的流体(储藏)留在距离跟部较远的油藏空间中，因此导致低回采率并且导致油滞留在油藏中。

仍然需要健全的泵送方法和系统以从包括水平部分在内的不同几何结构的井眼中移除液体，并致力于解决涉及这些类型的井的液压问题，从而实现与暴露于油藏的井接近成比例的井性能。

发明内容

概括来讲，本发明的实施例包括从与岩层相交的井眼中开采流体的方法和系统，其中井眼具有垂直段、水平段和过渡段。

在一方面，本发明可包括利用井眼和生产油管从油藏中开采流体的泵系统，其中井眼具有包括限定环形空间的套管的垂直段、过渡段和水平段，生产油管具有垂直段和水平段，该系统包括：

(a)完井设备，其位于垂直段的底部附近或在井眼的过渡段内，包括：环形空间内的隔离装置；用于从水平段接收所开采的流体的气/液分离器；和具有在隔离装置上方环形空间内的入口的立式举升泵；以及

(b)连续流动路径，其从生产油管的终端至垂直段；

(c)至少一个卧式泵，位于水平段内，具有暴露至油藏的入口和连续流动路径内的出口；

(d)其中除了穿过至少一个卧式泵外，生产油管的水平段紧挨着油藏。