[发明专利]阀系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于在油井和/或气井中执行各种操作的阀系统，特别是涉及用于在钻井中促进地层压力的人工举升系统，以从地层中提取出更多的烃。

但是，本领域技术人员公知的，本发明不限于人工举升，根据本发明的阀系统也能够应用于其它操作中，例如将化学品注射入井中等。

背景技术

油井和/或气井被钻入生成烃的地层内，通常在地层内能够形成钻井，以允许从地层中产出烃类产品。这样的地层可以包括几个不同的层，其中每个层可以包括一种或者多种烃类成分。经常地，这样的地层也包括水、气体等。因此，生产条件（即地层中的油、气体、水的总量和压力）通常在地层的不同层中变化，并且在地层的形成过程中也发生变化。

烃类产品通常在地层中开始于足够的压力，以压迫烃至地表。随着钻井生产的继续，储层通常会失去压力，直到来自钻井的烃类产品不再由地层压力提供。此外，在一些钻井中，即使钻井是首次开采，地层压力也不足以支持产品喷出钻井。

因此，被称为人工举升的操作被用于补充地层压力，以从地层将烃举升到钻井的地表。所有人工举升系统的基本理念是从储层中提取更多的烃。

例如，油井/或气井可以设置有抽油杆举升系统（sucker rod lifting system），这样的系统通常包括驱动机构、抽油杆管柱以及一个或多个井下的正排量泵，所述驱动机构设置在钻井的地表上的。然后，烃能够通过井下的泵的泵送动作被输送到钻井孔的地表。

一种可替换的人工举升系统是被称为气体举升系统，高压水或高压气体被注射到地质层本身或者钻井的生产管柱中。气体举升系统可以是可回收管柱的气体举升系统或可回收钢丝绳的气体举升系统。

在气体举升系统中，来自地表的高压气体能够例如提供给生产管柱和钻井的壳体之间的空间（环形区域）。气体通过多个气举阀（gas lift valve）从环形区域的侧面进入生产管柱内，该多个气举阀沿生产管柱的长度方向设置。然后，气举阀可以布置或者设置在生产管柱本身中，或者气举阀可以设置在所谓的偏心工作筒（side pocket mandrel）内。

偏心工作筒通常安装在钻井孔中的一系列生产管柱内。偏心工作筒设置有全开孔，该全开孔与生产管柱的孔对齐并且与横向偏离的偏心孔对齐，该偏心孔设计为收纳不同的钻井工具。这样钻井工具能够穿过生产管柱并且可回收地放置在偏离的偏心孔中，以在钻井孔或者生产管柱中执行或监控不同的操作。钻井工具为可回收的并且能够放置在偏离的偏心孔上以及能够从偏离的偏心孔上回收，例如通过使用反冲式工具（kick over tool）或者类似的工具。钻井工具通常可以包括流体控制装置、气举装置、化学品注射装置等，以用于传统的生产操作。偏心工作筒还可以容纳其它设备，例如传感器、堵头等。

偏心工作筒通常包括主芯轴体部，该主芯轴体部设置有大致全开的主孔和横向偏离的偏心孔，主芯轴体部通过合适的方式（例如通过焊接等）连接于锥形端部。当偏心工作筒连接于例如生产管柱时，全开主孔与生产管柱的孔对齐，从而允许生产流体流经偏心工作筒。横向偏离的偏心孔用于容纳钻井工具或其它井下设备。然后，钻井工具或井下设备通过一个或多个锁定凸缘或者锁定夹具固定于或者放置在横向偏离的偏心孔的内侧上。

主芯轴体部以由内壁分隔的全开主孔和横向偏离的偏心孔的方式形成，使得钻井工具和/或其它井下设备与产品流通过全开孔分开。如果偏心工作筒用于气举系统中，横向偏离的偏心孔的表面和偏心工作筒的内壁均设置有一个或多个贯通槽或通孔，使得引入环形区域的压力气体能够流经横向偏离的偏心孔的一个或多个槽或孔，并且通过设置在横向偏离的偏心孔的内侧的阀流入横向偏离的偏心孔内，然后通过内壁的槽或孔流入生产管柱内。然后，在偏心孔内的阀将根据其特定的设计控制压力气体进入生产管柱内的实际流量。

但是，与将压力气体的主注射流打破为较小的流和/或气泡不同，被释放到生产管柱内的压力气体通常不可控。这会引起释放气体流的主要部分作用在生产流体（即在生产管柱中增加向下的趋势）上，从而引起生产流体的减少。

此外，在钻井执行不同操作的过程中，通常必须利用设置在偏心工作筒内的钻井工具和/或井下设备。例如，气举阀通常在使用一段时间之后要求进行维护、修理、更换和/或改变气举阀的压力设定等使用。为了执行必要的操作，气举阀必须从横向偏离的偏心孔中回收。这会引起偏心工作筒“打开”，从而生产管柱的生产流体将被允许从生产管柱流入钻井的环形区域内。为了防止上述现象，钻井必须以其它方式关闭，这会引起不需要的生产停滞，并且增加生产成本。

发明内容