[发明专利]气体注入控制装置及其操作方法

说明书

本申请是申请日为2009年6月5日、国际申请号为PCT/GB2009/050629、国家申请号为200980120981.0、发明名称为“气体注入控制装置及其操作方法”的发明专利申请的分案申请。

发明领域

本发明涉及气体注入控制装置，特别用于在井孔中用来控制气体注入管或管道中以便将液体(例如像原油)沿该管向上提升的布署。

发明背景

在已知的油抽提技术中，在储油层本身的压力不足以将油沿着管向上提升、或者不足以将油的流速进一步增大的地方，将气体注入原油管中以便将油沿着管向上提升。这种技术通常被称为“气体提升”。将加压的气体供应到在外部的井孔壳体与内部的生产油管柱之间的环形体中并通过一个井下的气体提升阀将其注入管线中液柱的底部中。其作用是向原油鼓气，从而减小其密度并引起产生的气体/油混合物沿该管向上流动。

在图1中示意性地描绘一种已知形式的气体提升油井构形。被加压的气体通过一个压缩站2被供给一个注入气体岐管4。该岐管将气体供应源拆分成四个分离的进料源用于多个对应的井6。每个井包括一个外部的井孔壳体8，该壳体包围一个内部的生产油管柱或管道10。气体被送到该壳体与油管柱之间的环形体12之中。然后气体经由一个气体提升阀14而在靠近该油管柱的基底处被注入其中。

原油16沿着该油管柱向上被抽出并且当该混合物向上被提升时与注入的气体相混合。该混合物被送出井口16而到一个生产歧管18中，在这里它与其他井6的供应源进行组合。组合的混合物被送到气体/油分离器20中。这里，将注入的气体与油分离并且将其送到压缩站2中用于再压缩和再注入。在沿着管线24向前供应之前将抽提的油送到储罐22中。

有待注入一个具体井中用来使油生产最大化的气体的量是根据许多个因素而变化的，如井的条件和几何形状。液体生产速率也取决于所抽提的液体的粘度以及井本身的地理位置而变化。图2示出了一个曲线图，该曲线图展示了气体注入速率与液体生产速率之间的典型关系。这种形式的曲线通常被称为“气体提升性能曲线”并且它是在恒定的气体注入压力的基础上产生的。太多或太少的注入气体将造成自最有效的生产状态的偏离。优化的主要目的是为了确保将提升气体以一种速率应用到每个单独的井，这种速率实现了来自油田的最大生产同时将加压的气体的消耗最小化。在所示的实例中，在0.9 MMscf/d(百万标准立方英尺每天)的气体注入速率下生产速率被最佳化并且气体注入阀的孔口大小将相应地进行选择。

在现有气体提升构形中，气体提升阀具有一个被选定为来将在供至井的气体压力的基础上的一个给定井的生产量最大化的孔口直径。然而，如果情况改变并且希望不同的气体流速来优化生产，则有必要在该孔口可以被所希望直径的一个孔口替换之前而暂停生产。然后必须执行一个“卸载”程序来重新开始生产。

将井孔卸载是一个费力的过程，如从以下参考图3A至图3C的讨论中将是清楚的。使用了几个气体注入阀来提供不同的压力受控阶段而因此在气体提升启动的过程中从环形体中去除静态的流体。除了气体提升阀14之外，所描绘的井孔具有卸载阀30、32。初始地，该注入压力降低了外部的井孔壳体8与内部的生产油管柱10之间的环形体中的液体水平，从而从环形体12中冲出直到阀门30被揭盖，如图3B所示。在这一点，气体经由阀门30被注入内部管10之中，从而减小了管的压力。当内部的管压力降低时，环形体12中的液体水平也降低。在阀门32如图3C中所示地被揭盖时，气体经由阀门32被注入内部管10之中并且阀门30被关闭。这继续进行到该卸载过程完成。

实际上，该卸载和气体提升阀通常是提供在侧面心轴中，如在图4中所示。每个心轴40通常是用油管柱形成的，该管线是使用“转向”工具来部署在井孔中来使该管道的侧壁物理地变形，这本身是一个耗时且困难的过程。每个阀门30、32和14被安装在一个对应的心轴40中。在环形体12的基底处提供一个封隔器42并且它在包围井孔的油生产岩石结构、壳体8与管10之间充当一个密封件，以防止气体进入该生产区。

为了改变气体提升阀14的孔口大小，有必要终止气体注入并且暂停油的生产。使用平直管线跳闸(Slick line trips)来改变该气体提升阀并用具有不同孔口直径的一个来将它替换。为了重新开始气体注入，将该卸载过程重复。

应当理解的是对现有构形的任何修改将需要能够在非常苛刻的约1km或更大的深度处的地下条件下生存长的时间(典型地5至10年)。该环境压力将是非常高的(200巴或更大)并且很可能要经历高温。

发明概述