[发明专利]液体开采回收系统

说明书

本发明总的来讲是涉及从地下矿床中泵抽液体，更特别地是涉及从较深的油井，即具有距地表1000英尺以下矿床的油井中实现高生产率开采的装置。

发明的背景

发明的领域

本发明特别针对地下矿床，尤其是1000英尺以下矿床中石油的生产。与低粘度液体，例如水开采回收所用的系统不同，油的开采回收需要在较深的矿床中，用直径小得多的套管来完成。

例如水的泵抽系统，借助于使用直径为12英寸或以上的套管，能够在实际中采用本身直径即较大的高转速泵。另外，由于这类井的较浅的特性，这种泵可以容易地用位于地面的电源驱动。这是因为将动力传递给高转速泵的传动轴相应地较短，且所需支撑轴承的数量是处于实际操作的极限范围之内的。很明显，传动轴越长，所需的支撑轴承越多，建设和维修费用同等数量地增加。

油井和水井的另一个显著区别是在油沉积层中不可避免地存在着天然气，而在水的沉积层中则没有。油井通过使用套管内的导管来处理气体，释放压力和回收这些气体。别忘记油井套管一般直径较小，使用直径在12英寸和以上的农用和其它水类开采回收系统来适应石油的生产将是极其困难的。

石油自地下矿床中的机械提升对于生产世界上的碳氢能源是一种普通的、也确实是必须的手段。完成这项所必须的工作的设备主要有五类或称五种对策。杆式泵抽、气体提升、液体泵抽、电动潜水泵抽和多段空腔泵抽。每种均有其优缺点。

杆式泵抽是最普通的人工提升装置，其包括位于井底的活塞式泵，在该处它是沉没在油井内的矿床之中的。此技术是利用一根自井底泵延伸到地面一泵抽装置的往复式抽油杆柱来驱动该泵。这种系统运行可靠、易于维修，对于大多数油井是令人满意的。但是，杆式泵不是特别适合于深的、多气的、或磨蚀性液体，即在矿藏中有砂子、盐类和类似的颗粒物质的应用场合，而且由于抽油杆柱抗拉强度的限制，在生产率和深度上也有局限性。

如果抽油杆柱折断，那么这种系统的另一个问题也显现出来，而这也不是不经常发生的。将泵从井底钓出来修理或更换该杆柱，且将泵放回到合适的深度，从时间和所付出努力两方面讲成本都是高的，而且在实际操作中还必须经常承受，因为没有其它办法。当然，井越深，杆柱则越长，而且当它往复操纵泵时，施加在杆柱上的负载也就越大。毫不奇怪，这种杆柱损坏的比率也明显地高。

另一种广泛采用的液体开采回收系统一般统称为气体提升系统，其包括将高压气体射入在一定深度下的充满液体的管道中，使液体柱变轻，且使液体流到地表。气体提升系统在中等生产率、中等深度的应用场合中工作良好。因为该设备机械结构简单且廉价，所以它对于多气的或磨蚀性液体是不敏感的，而且该系统工作非常可靠。气体提升需要气源，能效不高，运转费用高，因为需要有气体压缩过程，且在低生产率的应用场合不是一种好的选择方案。

对于深的、生产率在中等以下的井，目前比较好的选择方案简称为液力泵抽。一类典型的系统包括一个与井底活塞液压马达相联的活塞泵。该马达通过沿管道柱向下射入到井底泵-马达组件的高压液体来驱动。马达的往复运动驱动泵，泵将液体从矿床提升到地表。

采用液力泵抽的不足之处是液压泵的安装和操作费用高，而且不能用于处理磨蚀性或多气的液体井。它们需要处于地表的高压液力泵、用于液体(通常是原油)存贮和处理的设施，以及至少两根管道。

液压射流泵采用与上述液压泵系统相同的地面设备和管道，但是将活塞泵/马达组件更换为文丘里式射流组件，该组件利用伯努利原理，将所生产的液体“吸”入经过该射流的液压液体流中。液压液和所生产液体原液的混合物随后流到地面上。液压射流泵处理多气液体是好的，但是在其所能产生的效率方面有局限性，而且能效不高。

在地下油田生产中最近已有工业应用的方法是多级空腔泵。

多级空腔泵(PCP)包括一个Moyno式井底泵，它由一个由地面马达转动的抽油杆柱来驱动。PCP特别适合于输送高粘度、磨蚀性液体。地面和井下设备简单可靠，且能效也高。多级空腔泵处理气体也令人满意，但该系统在深度和生产率方面有局限性，且如果进入该泵的液体量少于该泵所能提升的量则会产生机械故障，井也将“停抽”。

相关先有技术概述

前述是试图就在众多产油国中已经使用并将继续采用的多种生产系统提供一个概貌。但是本发明则更加具体到其焦点上，而因此相关技术则更具体到实际存在的技术的程度。

例如，对于高生产率到超高生产率的应用场合，即每天1000桶以上，对于大多数的油田作用，目前只有一种各方面均可接受的选择方案，即电动潜水泵(ESP)，ESP系统包括由井下电机直接驱动的多级井下离心泵。