潛油泵系統和方法

2023-09-19 17:17:20 1

潛油泵系統和方法
【專利摘要】本發明涉及一種潛油泵系統，其能夠操作以便允許在潛油泵裝置運行時有選擇地形成進入井身生產區的通路，所述潛油泵系統包括Y型接頭、潛油泵裝置、控制閥組件和動力管道。所述控制閥組件還能夠操作以便有選擇地允許形成潛油泵系統的內部和潛油泵系統的外部之間的通路。閥能夠操作以便形成動態密封。動力管道能夠操作以便同時傳輸動力和預定控制信號。本發明還涉及一種在潛油泵系統正在出產生產區流體時利用所述潛油泵系統使井身工具進入井身的生產區的方法。在傳輸預定泵控制信號後，潛油泵裝置不間斷地持續運行。
【專利說明】潛油泵系統和方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種潛油泵系統及其使用方法。更具體地說，本發明涉及用於在使用潛油泵系統時進入井身生產區的潛油泵系統和在使用所述潛油泵系統時進入井身生產區的方法。

【背景技術】
[0002]從對於自然生產來說缺少足夠內壓的井身生產烴流體的一種方法是使用潛油泵裝置。被稱為油層套管的一連串管材或者管子將潛油泵裝置懸掛在井身的接近產油層的底部附近。潛油泵裝置可以操作以便吸入生產區流體、向生產區流體中施加更高的壓力以及將加壓的生產區流體流注進生產油管中。通過壓力差驅動加壓後的井身流體上升到地表。
[0003]在完井作業期間，將潛油泵系統安裝在專門設計的井身生產區中。生產區是井身的位於封隔器或栓塞之間或者位於封隔器或栓塞下面的部分，在該部分中出產碳氫化合物。封隔器或栓塞把井身的與含烴地層流體連通的部分與井身的其餘部分隔開。生產區的流體隔離允許在不幹擾生產區的情況下，進入、維護甚至流體隔離井身的其餘部分。
[0004]通常要避免在安裝封隔器或栓塞後為了維護或收集信息而進入生產區，因為這會十分昂貴、耗時並需竭力應對技術上的挑戰。進入生產區的原因包括:在井身套管中製作額外的生產孔；使用化學製品處理含烴地層來改變含烴地層的產出剖面，包括應用酸性處理或者除去氧化層；以及使用連續油管或繩索工具進行日常工作和專門的生產測井，包括識別水和油的區域。
[0005]在使用潛油泵系統同時還要進入生產區的現有技術存在很大的操作問題。儘管在生產區中安裝潛油泵裝置相對容易，但是要穿過潛油泵裝置進入生產區，即使不是不可能，也是十分困難的。因為除了泵輪輸送流體通過的通路以外，泵阻斷了其他的通路，所以潛油泵裝置沒有提供從生產油管管柱進入生產區的直接的機械通路。
[0006]Y型接頭能夠提供穿過潛油泵系統的通路。在使用潛油泵裝置時，Y型接頭需要使用「栓」來進入生產區。設置在旁路通道中的栓防止流體從潛油泵裝置通過Y型接頭的旁路分支流回到井身。安裝和拆卸栓的繩索作業十分昂貴，還會涉及到操作和人身安全方面的問題，並且通常會導致生產延期。
[0007]帶有內部舌門或換向器的Y型接頭通常稱為「自動Y型接頭」，如果其發生機械故障，將會造成巨大的停工風險。製造者沒有設計在使用期間可拆卸的自動Y型接頭，因此如果舌門出現機械問題，就意味著整個裝置的災難性故障和全系統範圍的問題。修理或者更換自動Y型接頭需要涉及裝配和拆卸整個生產油管管柱的安裝作業。更換作業的計劃和實施會耗費10到30天，這會造成代價極高的停工期。此外，自動Y型接頭需要操作人員通過開關潛油泵裝置來操作舌門的位置以便進入生產區。反覆使用會導致泵和舌門裝置的磨損，縮短泵和舌門裝置的使用壽命。


【發明內容】

[0008]一種潛油泵系統，其能夠操作以便允許在潛油泵裝置運行時有選擇地形成進入井身生產區的通路，所述潛油泵系統包括Y型接頭、潛油泵裝置、控制閥組件和動力管道。所述Y型接頭包括生產油管分支、潛油泵分支和旁路分支。所述潛油泵裝置通過所述潛油泵分支與所述Y型接頭聯接和流體連通。所述潛油泵裝置能夠操作以便接收預定泵控制信號。所述控制閥組件通過所述旁路分支與所述Y型接頭聯接和流體連通。所述控制閥組件包括閥。所述控制閥組件能夠操作以便接收預定閥控制信號。所述控制閥組件還能夠操作以便允許有選擇性形成所述潛油泵系統的內部與所述潛油泵系統的外部之間的通路。所述控制閥組件的閥包括閥盤和閥孔壁。所述閥孔壁限定閥孔。所述動力管道與所述潛油泵裝置和所述控制閥組件聯接。所述動力管道與所述潛油泵裝置和所述控制閥組件連通。所述動力管道能夠操作操作以便同時傳輸動力和預定控制信號。
[0009]一種在潛油泵系統正在出產生產區流體時利用所述潛油泵系統使井身工具進入井身的生產區的方法。所述井身工具構造成能夠穿過所述潛油泵系統。所述生產區是所述井身的流體隔離的部分，並且容納有通過所述潛油泵系統生產的生產區流體。所述方法包括將所述潛油泵系統引入井身，使得所述潛油泵系統位於生產區中。所述方法還包括通過所述動力管道傳輸預定泵控制信號，使得所述潛油泵裝置運行以產出生產區流體。所述方法還包括將所述井身工具引入所述潛油泵系統，使得所述井身工具穿過所述Y型接頭的旁路分支。所述方法還包括通過所述動力管道傳輸預定閥控制信號，使得所述控制閥組件操作以便允許形成穿過所述控制閥組件進入所述生產區的通路。所述方法還包括將所述井身工具引入生產區中，使得所述井身工具穿過所述控制閥組件。在引入所述井身工具期間，在所述井身工具和所述控制閥組件的閥之間形成動態密封。在傳輸預定泵控制信號後，所述潛油泵裝置連續不間斷地運行。
[0010]與其他現有技術的裝置不同，不論潛油泵裝置的運行狀態如何，本發明的潛油泵系統都允許形成進入生產區的通路。控制閥組件的位置與潛油泵裝置的運行無關。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]從下面對優選實施例的詳細描述、所附權利要求和附圖中可以清楚地看出本發明的這些和其他特徵、方案和優點，在附圖中:
[0012]圖1是在井身生產區中的潛油泵系統的實施例的視圖；
[0013]圖2A-2C是可用於潛油泵系統的實施例的閥的局部視圖；以及
[0014]圖3A-3D是示出了在潛油泵裝置運行時，用於進入井身生產區的潛油泵系統的實施例的使用情況的視圖。
[0015]圖1-3和與它們相關的描述幫助人們更好的理解潛油泵系統及其使用方法。附圖不是用於限制或限定本發明的範圍的，而是為了便於描述的簡圖。

【具體實施方式】
[0016]包括
【發明內容】
、【專利附圖】

【附圖說明】和【具體實施方式】的說明書和所附權利要求書涉及發明的具體特徵(包括過程或方法步驟)。本領域的技術人員能夠理解:本發明包括說明書中描述的具體特徵的所有可能的組合及使用。本領域的技術人員能夠理解:本發明不受說明書中所給出的實施例描述的限制。本發明的主題僅由說明書和所附權利要求書的精神限制。
[0017]本領域的技術人員也能夠理解:用於描述具體實施例的術語不會限制本發明的範圍。在解釋說明書和所附權利要求書時，所有的術語都應該在保持每個術語前後文一致的情況下以儘可能寬泛的方式做出解釋。除非另行限定，否則在說明書和所附權利要求書中使用的所有技術和科學術語具有本發明所屬領域內的普通技術人員所通常理解的意思。
[0018]在說明書和所附權利要求書中，除了在上下文中清楚地表示以外，使用的單數形式「一種」、「一個」和「該」包括多個所指物。動詞「包括」及其變化形式應該理解成以非獨佔性的方式提及元件、部件或步驟。所提及的元件、部件或步驟可能與未明確提及的元件、部件或步驟一同存在、使用或組合。動詞「聯接」及其變化形式意味著完成包括電學、機械或流體在內的任何形式的必需連接，以使兩個或更多的本來未連接的物體形成單個物體。如果第一裝置與第二裝置相聯接，那麼連接可以是直接連接或是通過共用的連接器連接。「能夠操作」及其變形意味著設備能夠正常運行並且能夠用於預期用途。「相關的」及其變形意味著某物/某事與另外的某物/某事相關聯，因為它們會一同發生或者一者會產生另一者。
[0019]空間術語描述了一個物體或一組物體相對於另一個物體或另一組物體的相對位置。空間關係適用於豎直軸和水平軸。方位和關係詞語包括:「上孔」和「下孔」；「在上方」和「在下方」；「上」和「下」等相似術語，除非另行說明，這些術語用於方便描述並且是非限制性的。
[0020]在說明書或所附權利要求提供數值範圍的場合，可以理解的是，區間包括含上限與下限在內的上限與下限之間的每個中間值。在提供了任何特定的排除範圍的情況下，本發明包括並限定區間的多個更小的範圍。
[0021]當在本文中引用專利或出版物時，只要被引用的文獻與本文不矛盾，那麼這些被引用的文獻的全文通過引用併入本文。
[0022]在說明書和所附權利要求涉及的方法包括兩個或更多個限定的步驟的情況下，這些限定的步驟能夠以任何順序實施或者同時實施，除非在上下文中排除了這種可能性。
[0023]潛油泵系統
[0024]潛油泵系統包括:Y型接頭、潛油泵裝置、控制閥組件和動力管道。潛油泵裝置和控制閥組件分別與Y型接頭相聯接。動力管道同時與潛油泵裝置和控制閥組件相連通。潛油泵系統能夠操作以便選擇性地允許形成穿過控制閥組件進入井身生產區的通路。
[0025]通過參考潛油泵系統在井身中的使用來充分理解潛油泵系統的各個方面。使用潛油泵系統的方法包括:將潛油泵系統引入井身，使得潛油泵系統位於井身的生產區中。生產區通過已知方法(包括封隔器和栓塞)與井身的其餘部分流體隔離。潛油泵系統在生產區的範圍內運行。
[0026]圖1是在井身生產區中的潛油泵系統的實施例的視圖。井身10包括生產區20，生產區20與井身10的其餘部分流體隔離。井身壁30包圍並限定了井身10的外邊界。套管40將井身壁30的位於生產區20中的部分包裹住。井身壁30的其餘部分暴露在外以進行生產。井塞50將生產區20與井身的其餘部分流體隔離，井塞50作為生產區20的頂部的邊界。生產區20容納有用於產出到地表的生產區流體60，生產區流體60包括來自含烴地層的一些碳氫化合物(沒有示出)。生產油管管柱70是主要的流體管道，其能夠將生產區流體60傳輸到地表。生產油管管柱70從地表向下延伸穿過井塞50進入生產區20。生產油管管柱70包括薄壁鑽管、專門設計的套管和連續油管。生產油管管柱70與井塞50接觸，使得生產區20與井身10的其餘部分保持流體隔離。
[0027]圖1還示出了潛油泵系統100，其包括:Y型接頭110、潛油泵裝置120、控制閥組件130和動力管道140。
[0028]Y型接頭
[0029]潛油泵系統使用Y型接頭將Y型接頭的兩個流體生產通道下孔組合成Y型接頭的單個生產油管管柱上孔。如圖1所示，Y型接頭110具有三個連接的內部流體流動通道:由生產油管分支112限定的生產油管通道、由旁路分支114限定的旁路通道、和由泵分支116限定的泵通道。Y型接頭允許與潛油泵系統的其他部分機械連接和流體連通。所述旁路通道和生產油管通道同心對齊或者豎直對齊，使得適當尺寸的機械工具能夠從生產油管管柱穿過潛油泵系統直接進入生產區。所述泵通道與旁路通道成角度布置。潛油泵裝置阻塞泵通道以免泵通道機械地通到生產區。
[0030]如圖1所示，Y型接頭110具有生產油管分支112、旁路分支114和泵分支116。Y型接頭110機械地連接生產油管管柱70，使得Y型接頭110成為從生產區20到地表(沒有示出)的流體管道的一部分。生產油管分支112和旁路分支114豎直對齊。泵分支116從生產油管分支112向斜側方向延伸。
[0031]用於潛油泵系統的Y型接頭不使用機械式舌門控制流向。
[0032]潛油泵裝置
[0033]潛油泵系統將潛油泵裝置通過泵分支連接到Y型接頭。潛油泵裝置通過多個流體進口吸入生產區流體，並且通過生產油管管柱將加壓後的生產區流體排向地表。潛油泵裝置向生產區流體施加壓力，以使其壓力高於生產區中的流體的壓力，從而克服生產油管管柱中的流體壓頭壓力。
[0034]潛油泵裝置具有許多部件，包括:具有流體進口的泵、機械密封件和泵馬達。每個泵具有許多串聯安裝的級，每個級都具有葉輪和導流器。機械密封件將泵馬達聯接到泵上。內殼體容納潛油泵裝置的所有部分，以保護這些部分免受生產區流體的侵入和磨損損傷。
[0035]圖1示出了通過泵分支116將潛油泵裝置120與Y型接頭110連接並流體連通。潛油泵裝置120具有許多部件，包括:泵122、密封件124、泵馬達126和流體進口 128。密封件124將泵馬達126連接到泵122上。泵122通過流體進口將生產區流體60吸入到泵122的入口中。加壓的生產區流體通過泵分支116流入生產油管分支112，並且通過生產油管管柱70流向地表。
[0036]圖1示出了與馬達126聯接的動力管道140。潛油泵系統的一個實施例使用液力驅動泵送動作。潛油泵系統的一個實施例使用電力。馬達能夠操作以便接收通過動力管道傳輸的預定的泵控制信號，並且以與所接收到的預定的泵控制信號相關聯的方式作出響應。
[0037]控制閥組件
[0038]控制閥組件能夠操作以便選擇性地允許形成通到生產區的通路。控制閥組件包括與閥聯接的致動器。致動器能夠操作以便接收通過動力管道傳輸的預定的閥控制信號，並且以與所接收到的預定的閥控制信號相關聯的方式運行。致動器能夠操作以便控制閥的位置。閥能夠操作以實現全範圍的選擇定位，包括「完全打開」和「完全關閉」。完全打開位置允許形成穿過潛油泵系統進入生產區的通路，使得流體和構造成用於穿過潛油泵系統的工具能夠穿過控制閥組件。完全關閉位置不允許形成穿過潛油泵系統進入生產區的流體通路或機械通路。
[0039]圖1示出了控制閥組件130與Y型接頭110的旁路分支112聯接並流體連通。控制閥組件130通過選擇定位的閥134控制穿過潛油泵系統100進入生產區20的通路。控制閥組件130包括與閥134聯接的致動器132。閥134在其上孔側136與Y型接頭110聯接並流體連通。閥134的下孔側138與生產區20流體連通。
[0040]控制閥組件的閥
[0041]可用的閥類型包括:閘閥、球心閥、角閥、隔膜閥、塞閥、旋塞閥、球閥和蝶形閥。球閥相對可靠，它通過旋轉90度的動作來打開或關閉閥，並且具有閥盤孔，閥盤孔能夠用於保持內部密封組件。閥通過用於連接流體通道的已知手段與潛油泵系統的其他部件聯接，這些手段包括:管螺紋、法蘭、對焊和化學粘合劑。
[0042]能夠在維修閥內部時避免拆卸潛油泵系統的閥體構造可以用作潛油泵系統的一部分。可用的閥體類型允許在閥體保持安裝就位的位置遠程維護閥的內部部件。閥體類型包括:單片式、三片式、分體式、頂裝式、側裝式和焊接式。可用的閥體類型包括:三片式閥體和側裝式閥體，這兩種閥體允許使用現有的繩索工具和技術拆卸包括閥的整個中央部分在內的內部操作部分。
[0043]控制閥組件的閥可以操作以便與構造成穿過控制閥組件的井身工具形成動態密封。井身工具包括:連續油管、碳杆、栓塞和隨泵測井(LWP)裝置。「動態」密封形成於運動物體和靜止物體之間；「靜態」密封形成於兩個非運動物體之間。和靜態密封一樣，動態密封不允許包括井身中的流體或加壓流體在內的流體從構成密封的物體(即閥和井身工具之間)通過。在使用潛油泵系統時，靜止物體為內部密封組件，運動物體為井身工具。動態密封能夠通過運動物體和靜止物體之間的液體表面張力形成。在井身工具貼近內部密封組件通過時，也可以由內部密封組件的在張力作為下保持緊靠在井身工具上的元件之間的摩擦接觸來形成動態密封。
[0044]在潛油泵系統的實施例中，閥還可以操作以便與構造成穿過控制閥組件的井身工具形成靜態密封。在井身工具處於橫跨控制閥組件的位置的情況下，當井身工具穿過控制閥組件的運動停止時，在閥和井身工具之間形成的動態密封可以保持為靜態密封。
[0045]控制閥組件的致動器
[0046]控制閥組件的致動器將動力轉化為機械動作，例如旋轉和升高。機械動作選擇性地使閥盤處於完全打開位置、部分打開位置或「節流」位置、或完全關閉位置。致動器使閥中的閥盤的運動自動化。在圖1中，致動器132與閥134聯接並控制閥134的位置，從而選擇性地允許形成進入生產區20的通路。
[0047]圖1示出了聯接到致動器132的動力管道140。潛油泵系統的實施例使用液力組件致動器。潛油泵系統的另一實施例使用電力組件致動器。致動器能夠操作以便接收經動力管道傳輸的預定閥控制信號，並且能夠操作以與所接收的預定閥控制信號相關聯的方式選擇性地定位閥盤。當接收到與打開閥相關聯的預定閥控制信號時，致動器操作與其連接的閥杆，直到閥杆達到與閥的打開位置相關聯的預定位置為止。預定閥控制信號指示致動器以如下方式運行，即:致動器定位閥盤，以使流體流動通道被部分打開和部分阻斷(「部分打開位置」或「節流位置」)。另一種預定閥控制信號指示致動器選擇性地定位閥盤，使得流體流動通道被完全阻斷。
[0048]當系統動力或者通信中斷時，控制閥組件的致動器自動將閥盤改變到預定位置。在某些情況下，致動器打開閥一稱為「故障打開」。在另外一些情況下，致動器「故障關閉」。控制閥組件的致動器優選故障打開，以便使得在失去動力或通信的情況下保持可以進入生產區。
[0049]動力管道
[0050]潛油泵系統包括動力管道，動力管道將動力源聯接到潛油泵系統，並且能夠操作以便將動力從動力源傳輸到潛油泵系統。動力管道連接到控制閥組件和潛油泵裝置，並且能夠操作以便同時為兩者傳輸動力。在潛油泵系統的一個實施例中，動力管道可以操作以便傳輸作為泵馬達和致動器的能量驅動源和通信介質的液壓液體。在潛油泵系統的另一個實施例中，動力管道可以操作以便傳輸電力。動力管道可以操作以便同時傳輸動力和預定控制信號。動力管道可以操作以便同時傳輸預定閥控制信號和預定泵控制信號。
[0051]如圖1中所示，動力管道140聯接到潛油泵裝置120和控制閥組件130。動力管道140可以操作以便通過泵管道分支142將動力和預定泵控制信號傳輸到泵馬達126。動力管道140還能夠操作以便通過控制閥管道分支144將動力和預定閥控制信號傳輸到致動器132。動力管道140與地表上的動力源和預定信號傳輸系統(沒有示出)連接。
[0052]因為不同的操作設備(泵馬達和閥致動器)均通過共用的信號和動力管道來取得動力並接收預定控制信號，所以潛油泵系統能夠操作以便保證一個單元的預定控制信號不會干擾另一個單元的運行。
[0053]在使用潛油泵系統時，根據所使用的動力，每個單元的預定控制信號可以採用不同的形式。對於電動系統來說，以比傳輸動力的頻率高的不同頻率來傳輸預定控制信號，這樣預定控制信號不會對單元(即電路和線圈)內的動力的傳輸和使用產生負面影響。通過動力管道以不同的高頻率傳輸兩個不同的預定控制信號(一個用於閥，一個用於泵)允許既能夠同時通信又能夠在信號傳輸期間持續提供動力。如果使用三相交流電，那麼可以沿三相線路中的第一條線路傳輸預定泵控制信號，並且沿三相線路中的第二條線路傳輸預定閥控制信號。這種分線路式動力管道通信意味著:因為用於特定單元的預定控制信號僅會來自一條線路而不是另外兩條線路，所以泵馬達和致動器僅能從三相線路中的一條線路接收指令，從而提高了可靠性。對於液壓動力來說，預定控制信號可以採用通過液壓液體聲波傳播的可聽聲或者獨特聲模式的形式。音調頻率或節奏模式既不會影響液壓液體的供給壓力也不會影響液壓液體的流量。泵馬達和致動器能夠通過尋找高於背景信號幹擾的某些音調頻率或模式或是這兩種的組合，來從背景噪音中解析出預定控制信號。通過電力系統或液力系統傳輸預定控制信號的各種其他手段和方法對本領域的技術人員來說都是已知的。
[0054]在圖1中，潛油泵裝置120與旁路管件150大致平行地延伸。多個夾具152將潛油泵裝置120固定到旁路管件150上以提高穩定性。旁路管件150與控制閥組件130和Y型接頭110流體連通並機械聯接。地表和生產區20通過旁路進口 154選擇性地流體連通。當閥134打開時，生產油管管柱70、Y型接頭110、旁路管件150、控制閥組件130的閥134及旁路進口 154構成的流體通路形成了通到生產區20的流體通道和機械通道。
[0055]控制閥組件的閥內部構件
[0056]圖2A示出了作為潛油泵系統的一部分的閥234的局部視圖。閥234包括:閥體260、閥密封件262和閥盤264，其中閥盤264與閥杆266連接。上孔閥孔壁268限定了上孔閥孔270，下孔閥孔壁272限定了下孔閥孔274。閥體260包括:上孔閥口 276和下孔閥口278，兩者均具有用於機械聯接的管螺紋280。閥盤264具有盤孔壁282，盤孔壁282限定了盤孔284。
[0057]控制閥組件能夠操作以便通過定位閥盤來選擇性地允許形成進入生產區的通路，使得流體流動通路基本上不阻擋構造為穿過潛油泵系統的機械裝置。所用的閥具有帶盤孔壁的閥盤，盤孔壁限定盤孔。當具有盤孔壁的閥處於打開位置時，盤孔壁與閥孔壁對齊，這使得盤孔與閥孔對齊，並且形成了穿過閥的流體流動通路。對於潛油泵系統來說，打開的閥構成了生產區與地表之間的流體流動通路的一部分。
[0058]當處於關閉位置時，所用的閥不允許形成通到生產區的通路。當具有盤孔的閥關閉時，盤孔與閥孔不對齊。這種不對齊中斷了流體流動通路。無論流體還是工具都不能從關閉的閥的上孔側橫穿到下孔側。對於球閥來說，在關閉位置，盤孔的中心線垂直於上孔閥孔和下孔閥孔的中心線。
[0059]圖2A到2C是可用於潛油泵系統的實施例的閥的局部視圖。圖2A示出了在打開位置的閥234。盤孔284與上孔閥孔270和下孔閥孔274都對齊。在打開時，流體和適於穿過閥234的工具能夠進入上孔閥口 276 ;穿過上孔閥孔270、盤孔284和下孔閥孔274 ;然後從下孔閥口 278出來。閥孔中心線288與上孔閥孔270、盤孔284和下孔閥孔274對齊。儘管沒有在圖2A中示出，但如果閥處於關閉位置，那麼盤孔284不與上孔閥孔270和下孔閥孔274對齊。
[0060]閥內部密封組件
[0061]在潛油泵系統的實施例中，控制閥組件的閥包括內部密封組件。在這種實施例中，內部密封組件能夠操作以便與構造成穿過潛油泵系統的井身工具形成動態密封。
[0062]在內部密封組件和井身工具之間形成動態密封的許多情況下，當引入的井身工具相對於內部密封組件停止運動時，內部密封組件促進已形成的動態密封轉變成靜態密封。此外，在種實施例中，當在兩個密封部件之間再一次發生相對運動時，內部密封組件也能促進靜態密封轉變成動態密封。
[0063]作為潛油泵系統的實施例的一部分，根據內部密封組件的物理位置，內部密封組件能夠操作以便在井身工具上以最接近閥孔內徑或盤孔內徑的外徑形成動態密封。例如，對於直徑9.625英寸的管井來說，旁路管件可以具有大約為2.875英寸的公稱尺寸。如果閥孔的內徑和旁路管件匹配以提供全孔通路，那麼能夠穿過閥孔的井身工具的寬度為2.375英寸或更小。因此，內部密封組件可以操作以便與寬度為2.375英寸或更小的井身工具配合。在另一個實例中，直徑7英寸的管井具有公稱尺寸可達大約為2.375英寸的旁路管件。假設閥孔的內徑和旁路管件匹配，那麼內部密封組件可以操作以便支持寬度為2英寸或更小的井身工具。
[0064](特別是在球閥中)沿盤孔壁設置內部密封組件能夠在閥關閉時物理隔離內部密封組件，使得其免受外部碎片、沉積物和潛在損傷的影響。對於圖2A所示閥來說，內部密封組件290沿盤孔壁282布置。內部密封組件290容納在橫跨盤孔284的環狀凹槽292中。
[0065]圖2B示出的內部密封組件的實例使用了設置在凹槽中的一組柔性鰭狀環294。柔性鰭狀環294具有鰭狀尖295，當與運動物體摩擦接觸時，鰭狀尖295朝向與其接觸的運動物體的行進方向彎曲。柔性鰭狀環294具有彈性，從而能夠與運動物體保持摩擦接觸，由此產生並保持內部密封組件和運動物體之間的動態密封。通過之前運動的物體與鰭狀尖295的接觸，在之前運動的物體和圖2的內部密封組件之間的動態密封能夠形成靜態密封。
[0066]圖2C示出了內部密封組件的另一個實例。在凹槽292中，設置在保持支架297中的加大的O型環296提供了圓形的動態密封邊緣。對於本領域的技術人員來說，能夠在引入的運動物體和控制閥組件的內部密封組件之間形成動態密封的內部密封組件可以具有各種形狀和構造。
[0067]在潛油泵組件的一個實施例中，在一個閥孔的沿閥孔壁形成的凹槽中設置內部密封組件。在一個實施例中，內部密封組件設置在閥體的上孔中。沿閥孔壁設置內部密封組件的優點包括:能夠相對於內部密封組件定位井身工具，使得在將閥盤調整到打開位置之前，在井身工具和內部密封組件之間形成靜態密封。動態密封在打開控制閥組件之前轉換為內部密封組件和井身工具之間的靜態密封，這能夠在潛油泵裝置連續運行不被中斷的同時防止流體損失和回流。
[0068]在潛油泵系統的一個實施例中，閥具有一個以上的內部密封組件。在一些這樣的實施例中，各個內部密封組件都可以具有不同的物理構造，以便在各種運行環境下與不同尺寸和形狀的井身工具形成各種動態密封和靜態密封。例如，具有兩個內部密封組件的閥可以使得第一內部密封組件沿上孔閥孔壁定位，並使第二內部密封組件沿盤孔的盤孔壁定位。根據內部密封組件的構造、閥的結構和與內部密封組件形成動態密封的井身工具，這兩個內部密封組件中的一個或兩個內部密封組件能夠在引入井身工具時形成動態密封。本領域的技術人員能夠認識到，閥孔壁內部密封組件和盤孔壁內部密封組件都具有能夠在內部密封組件和運動的引入井身工具之間形成單個或多個動態密封的多種形狀和構造。
[0069]可用於形成內部密封組件的材料包括:在形成靜態密封或動態密封時不會產生永久變形的具有彈性特性的聚合物和具有塑性特性的聚合物。可用的材料可以操作以便承受富烴環境、高溫(超過150° F)和在生產區中的長時間不使用所產生的溶劑化效應。可用的材料包括那些與金屬表面之間具有很小的摩擦係數的材料，以使運動物體在與該材料產生物理接觸時很容易地沿著運動物體的表面通過，其中，所述金屬包括:鐵合金、銅合金、鋁合金和鈦合金。能夠提供所需的化學、溫度、表面摩擦和彈性特性、單獨或組合構成內部密封組件的元件或整個內部密封組件材料包括齒化聚合物，包括:含氯聚合物和含氟聚合物。可用的塑性體包括:聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基聚合物(PFA，MFA)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚醚醚酮聚合物(PEEK，PEK, PEKK)、聚全氟乙丙烯聚合物(FEP)、聚醚醯亞胺(PEI)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE);有機矽材料；氟橡膠。
[0070]適用於形成內部密封組件的彈性元件的氟橡膠聚合物包括在標題為「橡膠及膠乳命名規程(Standard Practice for Rubber and Rubber Latices-Nomenclature)，，的標準ASTM D 1418中的分類「FKM」、「FFKM」和「FEPM」下列出的氟橡膠聚合物。FKM彈性體是聚亞甲基型的含氟橡膠，其使用偏二氟乙烯作為共聚用單體並且在其聚合物鏈中具有取代基氟、烴基、全氟烴基或全氟烷氧基，帶有或者不帶有固化部位單體。ASTM D 1418列出了五種類型的FKM型彈性體:
[0071]類型1:六氟丙烯(HEP)和偏二氯乙烯(VDF)的共聚物；
[0072]類型2:四氟乙烯(TFE)、HFP和VDF的三元共聚物；
[0073]類型3:TFE、VDF和包括全氟甲基乙烯基醚(PMVE)的含氟乙烯基醚的三元共聚物；
[0074]類型4:丙烯、TFE和VDF的三元共聚物；
[0075]類型5:TFE、HEP、乙烯、含氟乙烯基醚和VDF的聚合物。
[0076]FFKM彈性體是全氟彈性材料。FFKM聚合體是聚亞甲基類型的全氟橡膠，其所有取代基，不論是氟、全氟烴基或全氟烷氧基都在聚合物鏈上。FFKM彈性體通常基於單體TFE和PMVE,並且能夠被稱為「上膠的PTFE」。FEPM是四氟乙烯/丙烯橡膠，四氟乙烯/丙烯橡膠是聚亞甲基類型的含氟橡膠，包括一種或多種單體的烴基、全氟烴基、全氟烷氧基，該橡膠可以也可不具有固化部位單體。示例的FEPM包括丙烯和TFE的共聚物及丙烯、TFE和PMVE的三元共聚物。
[0077]進入井身的生產區的方法
[0078]在潛油泵系統在出產生產區流體時，使用潛油泵系統使井身工具進入井身的生產區的方法包括:將潛油泵系統引入井身，使得潛油泵系統定位在生產區中。生產區與井身的其餘部分流體隔離，並且容納有生產區流體。所述方法還包括如下步驟:操作潛油泵系統，使得生產區流體通過潛油泵系統產出到地表。在打開閥以及井身工具穿過控制閥組件進入生產區的運動期間，潛油泵裝置的不間斷運行不受影響。
[0079]所述方法的特徵在於:使井身工具進入生產區。控制閥組件包括至少一個內部密封組件，所述內部密封組件能夠操作以便與構造成穿過潛油泵系統的井身工具形成動態密封。動態密封形成在閥和引入的井身工具之間。動態密封防止從潛油泵裝置排出的流體通過旁路通道回流到井身中。
[0080]圖3A示出了潛油泵系統的實施例，該潛油泵系統被預先引入到井身生產區中並正在操作潛油泵裝置，使得生產區流體出產到地表。潛油泵系統300具有與生產油管管柱70相連的Y型接頭310。與Y型接頭310相連的潛油泵裝置320利用流體進口 328吸入生產區流體60 (動作309)。加壓後的生產區流體通過Y型接頭310流入通向地表的生產油管管柱70。Y型接頭310通過旁路管件350與控制閥組件330聯接。控制閥組件330具有致動器332和閥334。控制閥組件330能夠操作以便在致動器332處接收預定閥控制信號。控制閥組件330能夠操作以便選擇性地允許形成通過閥334進入生產區的通路。閥334關閉(黑色圓311)，以便在潛油泵裝置320運行期間防止流體循環流動。泵馬達326和致動器332都連接到動力管道340並通過動力管道340接收動力。
[0081]引入構造成穿過潛油泵系統以進入生產區的井身工具包括:使井身工具穿過生產管柱、Y型接頭的生產油管分支和Y型接頭的旁路分支。圖3B示出了被引入潛油泵系統300的井身工具313。井身工具313穿過Y型接頭310、生產油管管柱70和旁路管件350，使得其前端尖部鄰近上孔側317。
[0082]在避免對閥盤造成損害的同時，把井身工具的下孔邊緣或者前邊緣定位成儘可能接近控制閥組件，這具有一定的操作優點。當閥打開並允許形成進入生產區的通路時，能夠以最小的延遲將井身工具引入到生產區中。減小打開閥和將井身工具引入生產區之間的時間間隔，能夠把在閥打開時可能產生的流體循環量減少到最低。把井身工具的下孔端停在或放在閥盤上能夠在不會對閥盤造成不可挽回的損傷的情況下定位井身工具。
[0083]在所述方法的控制閥組件包括閥、閥具有在閥盤的上孔側沿閥孔壁設置的內部密封組件的實施例中，利用上孔側的內部密封組件定位井身工具能夠在引入井身工具期間形成動態密封，然後根據對井身工具的操作形成靜態密封。可以在打開閥以形成進入生產區的通路之前形成靜態密封，這樣能夠在井身工具進入生產區時有效地消除泵循環。
[0084]通過動力管道傳輸預定閥控制信號，使得潛油泵系統通過打開控制閥組件來形成進入生產區的通路。圖3C示出了動力管道340將打開閥334的預定閥控制信號(箭頭319)從地表傳輸到控制閥組件330。在到達致動器332時，預定閥控制信號使得致動器操作(動作321)，從而使閥334打開(動作323)。處於打開位置(圓圈325)的閥334允許形成進入生產區20的通路。
[0085]在將井身工具通過控制閥組件引入生產區時，內部密封組件和井身工具之間形成動態密封。在方法的一個實施例中，在閥盤中形成動態密封。在方法的一個實施例中，在閥孔中形成動態密封。在方法的一個實施例中，在閥盤的上孔側的閥孔中形成動態密封。在方法的一個實施例中，在閥盤中形成第一動態密封，在閥孔中形成第二動態密封。圖3D示出了將井身工具313通過控制閥組件330引入生產區20。井身工具313穿過閥334。在這種情況下，在井身工具313和閥334中的內部密封組件(沒有示出)之間形成動態密封(動作327)。在井身工具穿過閥334時，動態密封阻止任何流體在閥334的上孔側317和下孔側329之間流動。
[0086]在井身工具通過潛油泵系統進入生產區時，潛油泵裝置不間斷運行。在圖3A到3D中，泵馬達326利用通過動力管道340提供的動力持續運行。泵322吸入生產區流體60 (動作309)。當閥處於打開位置時，動態密封(動作327)將從潛油泵裝置排出的流體的循環減小到最低。預定閥控制信號的傳輸(動作319)不影響泵馬達326的運行。
[0087]在利用井身工具進入生產區的方法的一個實施例中，還包括操作引入的井身工具以形成靜態密封。井身工具穿過控制閥組件進入生產區。井身工具可以被定位成使得在井身工具和控制閥組件之間形成靜態密封。在靠近控制閥組件中的如下位置處形成靜態密封，即:當井身工具被引入生產區時形成動態密封的位置。
[0088]不使用人工升舉生產井身流體的方法
[0089]潛油泵系統能夠不使用人工升舉而從生產區生產井身流體。在生產區中的井身流體具有足夠的地層壓力以克服生產油管管柱中的流體壓頭的情況下，通過動力管道傳輸用於停止泵馬達的預定泵控制信號，使得泵停止泵送生產區流體。傳輸用於打開閥的預定閥控制信號，使得控制閥組件打開閥並提供通到生產區的通路。由於閥不再阻礙通到生產區的通路，所以在生產區和地表之間形成流體流動通路，使得能夠不使用人工升舉就出產生產區流體。受到地層壓力驅動的井身流體上升到地表。以相反的方式執行所述方法，就啟動潛油泵裝置以進行人工升舉。
[0090]在生產區中的井身流體不具有足以使流體出產到表面的壓力的情況下，臨時「封閉」井使得含烴地層有足夠的時間與生產區流體連通，以便增加生產區流體的壓力。保持封閉狀態能夠對生產區流體進行足夠的增壓，使得在打開閥時，生產區流體不使用人工升舉就能向上穿過生產油管管柱。
【權利要求】
1.一種潛油泵系統，其能夠操作以便允許在潛油泵裝置運行時有選擇地形成進入井身生產區的通路，其特徵在於，所述潛油泵系統包括: V型接頭，其具有生產油管分支、潛油泵分支和旁路分支； 潛油泵裝置，其通過所述潛油泵分支與所述V型接頭聯接和流體連通，其中所述潛油泵裝置能夠操作以便接收預定泵控制信號； 控制閥組件，其通過所述旁路分支與所述X型接頭聯接和流體連通，其中所述控制閥組件包括閥，所述控制閥組件能夠操作以便接收預定閥控制信號並且能夠操作以便允許有選擇性形成所述潛油泵系統的內部與所述潛油泵系統的外部之間的通路，所述閥包括閥盤和閥孔壁，所述閥孔壁限定閥孔；以及 動力管道，其與所述潛油泵裝置和所述控制閥組件聯接和流體連通，其中所述動力管道能夠操作以便同時傳輸動力和預定控制信號。
2.根據權利要求1所述的潛油泵系統，其中 所述動力管道能夠操作以便傳輸電力。
3.根據權利要求1至2中任一項所述的潛油泵系統，其中 所述閥盤具有盤孔壁，所述盤孔壁限定盤孔。
4.根據權利要求3所述的潛油泵系統，其中 所述閥是球閥。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的潛油泵系統，其中 所述閥還包括內部密封組件，所述內部密封組件能夠操作以便形成動態密封。
6.根據權利要求5所述的潛油泵系統，其中 所述內部密封組件沿所述閥孔壁布置。
7.根據權利要求6所述的潛油泵系統，其中 所述內部密封組件布置在所述閥盤的上孔側。
8.根據權利要求5所述的潛油泵系統，其中 所述內部密封組件沿所述盤孔壁布置。
9.根據權利要求5所述的潛油泵系統，其中 所述閥包括: 第一內部密封組件，其沿所述閥孔壁布置，以及 第二內部密封組件，其沿所述盤孔壁布置。
10.根據權利要求5所述的潛油泵系統，其中 所述閥還能夠操作以便形成靜態密封。
11.一種在潛油泵系統正在出產生產區流體時利用所述潛油泵系統使井身工具進入井身的生產區的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟: 將根據權利要求1所述的潛油泵系統引入井身，使得所述潛油泵系統位於所述生產區中； 通過所述動力管道傳輸預定泵控制信號，使得所述潛油泵裝置運行以出產生產區流體； 將所述井身工具引入所述潛油泵系統，使得所述井身工具穿過所述V型接頭的旁路分支； 通過所述動力管道傳輸預定閥控制信號，使得所述控制閥組件操作以便允許形成穿過所述控制閥組件進入所述生產區的通路；以及 將所述井身工具引入所述生產區，使得所述井身工具穿過所述控制閥組件並且在所述井身工具和所述控制閥組件的閥之間形成動態密封， 其中，在傳輸所述預定泵控制信號後所述潛油泵裝置持續不間斷地運行， 所述井身工具構造成穿過所述潛油泵系統， 所述生產區是所述井身的流體隔離部分並且容納有所述生產區流體。
12.根據權利要求11所述的方法，其中 被傳輸的所述預定閥控制信號是電信號。
13.根據權利要求11-12中任一項所述的方法，其中 所述預定閥控制信號通過液壓液體傳輸。
14.根據權利要求11-13中任一項所述的方法，其中 所述井身工具選自連續油管、碳杆、栓塞和隨泵測井(1^9)工具。
15.根據權利要求11所述的方法，其中 所述動態密封形成在所述控制閥組件的閥的盤孔中。
16.根據權利要求11所述的方法，其中 所述動態密封形成在所述控制閥組件的閥的閥孔中。
17.根據權利要求16所述的方法，其中 所述動態密封在所述閥盤的上孔側形成在所述閥孔中。
18.根據權利要求11所述的方法，其中 所述動態密封包括形成在所述盤孔中的第一動態密封和形成在所述閥孔中的第二動態密封。
19.根據權利要求11-18中任一項所述的方法，還包括以下步驟: 操縱所述井身工具穿過所述控制閥組件，使得在所述井身工具和所述控制閥組件之間、靠近在將所述井身工具引入所述生產區期間形成的動態密封的位置形成靜態密封。
【文檔編號】E21B43/12GK104364461SQ201380031847
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年4月19日 優先權日:2012年4月20日
【發明者】J·肖, 蘭德爾·艾倫·謝普勒 申請人:沙烏地阿拉伯石油公司