清理井筒的方法和系统 相关申请的参考
本申请要求美国专利申请号为US11/018775，发明名称为“清理井筒的方法和系统”的专利申请的权益。
【技术领域】
本申请主要涉及开采地下沉积物，尤其是清理井筒的方法和系统。
背景技术
包含有价值的沉积物的地下区域通常包括其他物质，例如通常认为是附加的夹带水或固体。由于这样的物质能够干扰有价值的沉积物的生产，因此最好或必须利用某种方法从生产井中除去附加的物质。处理附加的，共存的物质的一种方法是形成“集水池”或“井底口袋”。集水池为在生产井筒下面钻的井筒以便允许附加物质落入集水池中并在那里聚集。集水池可从现有井筒垂直地或倾斜地钻成。
当物质聚集在集水池中时，所述集水池接近或被完全填满。在这种情况下，需要将部分聚集的物质除去以便为将聚集在集水池内的新物质提供足够的容量。例如，可将一个泵下降到集水池内，并且水可以被泵送到地面。在集水池的容量通常已经被耗尽后，这种技术允许所使用的集水池有助于生产。因此，用于从集水池中除去聚集的物质的有效的和通用的方法是非常有利的。另外，具有高固相含量的聚集物质为除去过程提出了另外的挑战。例如，固相物质会妨碍聚集物质通过集水池的流动并且可能会损害泵装置。在另一个例子中，这些聚集物质的相对低的液体含量能够证明液流不够充足而不能充分润滑和/或冷却不同类型的泵送机构。因此，拥有能够有效去除具有高固相含量的物质的提取聚集物质的技术是非常有用的。
【发明内容】
在特殊的实施中，一种从井筒中取出聚集物质的方法，包括压缩从井筒中采出的气体并且布设与集水池连通的提取管柱。设置所述集水池以便接受来自井筒的液体。该方法进一步包括密封所述集水池并且将至少部分压缩气体注入所述集水池内以便集水池内的至少部分液体被向上驱动到提取管柱中。在另一种实施中，一种系统包括压缩机，集水池，密封装置，气体注入管柱，和提取管柱。所述压缩机压缩从井筒内采出的气体。所设置的集水池接受来自井筒的液体。所述密封装置将集水池密封以便当密封完毕所述集水池基本是气密的。所述气体注入管柱与所述压缩机连接，并且其将至少部分压缩气体注入所述集水池中。所述提取管柱设置在集水池内以便当压缩气体被注入到集水池中时，至少部分集水池内的液体被向上驱动进入提取管柱中。
本发明的一个或多个实施例的细节将在附图和下面的描述中阐述。根据说明书，附图和权利要求，本发明的其他特征，目的和优点将会很清楚。
【附图说明】
图1说明了根据本发明一个实施例的从井筒中提取液体的系统；
图2中说明了图1中系统的工作管柱的截面图；
图3说明了从井筒中提取液体的系统的井下部分；以及
图4说明了根据本发明另一个实施例的从井筒中提取液体的方法；
在不同的附图中，相同的附图标记代表相同的部分。
【具体实施方式】
图1描述了一种清理井筒102的系统100。在所描述的实施方式中，系统100包括工作管柱104和具有低压管线108和高压管线110的压缩机106。系统100还包括与允许将压缩气体供给系统100其他部分的高压管线110连接的阀112A和112B。总的来说，系统100利用压缩气体将不需要的物质从井筒102中去除。
在所描述的实施例中，井筒102为延伸到地下区域114的相交井筒，例如所述地下区域为煤层，其中有天然气的地下沉积物，例如甲烷。例如，图1中描述的相交井筒包括垂直的第一部分，定位于地下区域的平面内的第二部分，和连接第一部分和第二部分的弯曲部分。应该理解，所描述的技术可应用于其他类型的井筒，所述相交井筒仅仅是一个实施例。井筒102可用套管103加强，其为任何固定(例如，通过注水泥)于井筒102中的刚性材料。尽管所描述的实施例描述了一种气井，但是应该理解，所描述的方法也可用于从地下区域中开采不同的物质，包括天然气，原油，伴生的溶解气，地层水，注入水，凝析油，和很多其他的地层矿物和固体。在地下区域114中，将会有聚集在井筒102水平部分的液体和/或固体。这些液体和/或固体的聚集会影响从井筒102中生产天然气。因此，在井筒102的水平部分的下部有钻制的集水池116，其允许借助重力或储层压力使这些液体和固体排入集水池116中。集水池116可用任何适合的钻井技术钻制，包括用于定向钻井的任何各种的已知技术。尽管集水池116被描述为与井筒102偏离一定的角度，但是应当理解，所描述的技术也可应用于垂直钻制的集水池。
在生产气体的过程中，产自井筒102的气体进入相分离容器130中，在那里，气体被允许向上流动，而任何夹带的液体和/或固体在相分离容器中从悬浮状态向下流动，这样相分离容器130也用作夹带液体和/或固体的储存容器130。例如，这样的夹带液体和/或固体可以包括例如来自煤层的地下水。当储存容器130中的液位到达一个预定水平时，浮子132或其他类似的液位指示器也可用于指示液位。当达到预定液位时，排出装置134被打开以便从储存容器130中排出积聚的液体和固体。减去任何被除去的液体和固体的气体被输送到压缩机106的低压管线108中。压缩机106压缩所述气体并将压缩后的气体送到高压管线110，所述高压管线将压缩气体输送至销售设施和储存设施。
同时，井筒102内的地下液体和/或固体流到集水池116中，它们在那里被收集。当液体和/或固体在集水池116内聚集时，集水池116最终被充满至需要将聚集的物质从集水池中抽出并且在地面生产它们的水平。在以前的系统中，将泵(例如电潜泵)放入集水池116中以便通过管子或其他管路将液体泵送到地面。抽取液体的泵的使用产生了购买和操作泵的费用并且还提出了技术挑战，例如，需要泵的电力和控制系统。另外，大多常规泵不足以处理大量的夹带固体，并且如果它们连续在“抽空”条件下工作，例如大部分积聚的材料已经被抽取后，这些泵很可能被损坏。因此，具有从集水池116中抽取液体和/或固体的可替代的技术是非常有利的。本发明的不同实施例提供了通过使用压缩气体从集水池116中抽取液体的这样一种选择。
在所描述的实施例中，系统100使用了封隔器118以便用于封隔工作管柱104和集水池116内部之间的环形空间126(如图2中的截面图所示)。封隔器118可以为任何以基本气密的方式适于密封集水池116的合适的装置。在所描述的实施例中，封隔器118为包括一种可膨胀的材料(例如弹性体或各种其他类似材料)的能够膨胀以便密封集水池116和工组管柱104之间的环形空间的可膨胀装置。封隔器118由控制管柱120控制。控制管柱120为使封隔器118密封和解封集水池的任何适合的装置。在所描述的实施例中，控制管柱120包括通过阀112A将压缩机106的高压管线110与封隔器118连接的管线，其中阀112A还包括与大气相通的通风孔113。阀112A可由任何适合的方法控制，例如手动操作，电控的螺线管致动，或打开和关闭阀的其他各种方法。因此，阀112A可被打开，关闭，和/或排气以便使封隔器膨胀或收缩。
为了密封集水池116，阀112A被打开，以便允许压缩气体通过控制管柱120流入封隔器118中，因此使封隔器118膨胀从而充满环形空间126。一旦封隔器118膨胀，阀112A可被关闭以便阻止气体被驱动回高压管线110，例如通过作用于封隔器118的外部压力。为了解封集水池116，阀112A的排气孔113被打开，以便允许封隔器118中的压缩气体排到大气中，而这又使封隔器118收缩。
当集水池被密封时，使用工作管柱104将压缩气体注入集水池116中并从集水池116中开采气体。在所描述的实施例中，工作管柱104包括气体注入管柱122和抽取管柱124，所述抽取管柱环绕气体注入管柱122以便限定如图2中工作管柱104的截面图中说明的环形空间126。气体注入管柱122包括通过阀112B将压缩机106的高压管线110与集水池116连接的管子或其他适合的管路，其中阀112B可类似于阀112A。当集水池116被密封时，通过打开阀112B，通过气体注入管柱122的压缩气流升高了集水池116中的压力，而这又驱使液体进入环形空间126。当集水池116中的压力升高时，来自集水池116的积聚的物质通过抽取管柱124被输送到地面，所述抽取管柱为用于将液体和/或固体物质采至地面的任何适合形式的管子或管路。采出的液体和/或固体被允许流入储存容器130中，在那里，它们与从采出气体的悬浮物中沉积的产物一起聚集。如上所述的，当聚集的物质超出了预定水平时，为了阻止储存容器130溢流，需要将其从储存容器130中排出。
一旦完成从集水池116中抽取积聚的物质，阀112B可被关闭以便停止压缩气体的流动，封隔器118可收缩以便解封集水池116从而允许集水池116中的压缩气体排出。所排出的气体与利用井筒102生产的气体的剩余部分一起在地面被采出。为了使封隔器118收缩，封隔器118中的气体通过阀112A的排气孔113与大气相通。在可选择的实施例中，可以采用另一个阀112C连接控制管柱120到所述系统的低压侧。这种应用能够使用于膨胀封隔器118的气体与注入到集水池116中的其他气体一起被采出。另外，所述气体可被引入抽取管柱124中，气体突然进入抽取管柱124会形成压力的增加，这种压力的增加能够将碎屑(例如松散的煤炭或岩石)从地下区域104中移出，当液体进入抽取管柱124时，这些碎屑会在工作管柱104端部周围被捕获。
可以采用不同的技术来确定何时将液体从集水池116中抽出，何时足够的液体被从集水池116中排出。在一些应用中，封隔器118的膨胀和收缩以及气体的注入由控制定时器136控制。设置控制定时器136以便打开和关闭阀112A，112B和/或112C从而使集水池116定期排水。在其他应用中，确定已经排出足够的液体是基于读取与封隔器118连接的测量气体和/或液体压力的压力传感器128。在这种应用中，控制管柱120可包括绝缘线或用于将信号从压力传感器128传送到地面的任何其他的各种介质。在一个操作的实施例中，压力传感器128可测量由集水池116中积聚的流体产生的液体压力。当所述压力超过一定数量时，积聚的物质被从集水池116中排出。在另一个实施例中，压力传感器128可监测密闭的集水池116中的气体压力，并且一旦气体压力达到认为足以表示集水池116中大部分积聚的物质已经被采出到地面的预定水平时，集水池116可被解封。可选择的是，位于地面的压力传感器可被连接到气体注入管柱122上以便监测恒定的，低体积流量的气体压力。压力的升高将表示积聚物质水平的增加。当所述压力达到预定的阈值时，积聚的物质被从集水池116中排出。这里描述的应用仅仅是示例性的，应该理解，也可采用确定何时从集水池116中排出积聚物质以及何时解封集水池116的其他各种方法。
图3说明了工作管柱104井底部分的实施例。在所描述的实施例中，集水池116提供有相对于集水池116的纵轴横向延伸的空腔部分138。空腔部分138增加了集水池116的容量以便容纳液体。压力传感器128为液体压力传感器，其被放置以便测量集水池116内的液位140从而便于确定何时从集水池116中抽取液体。在所描述的实施例中，抽取管柱124包括喇叭口端142。喇叭口端142可向内成喇叭形以便阻止集水池116中较大的碎屑借助于进入抽取管柱124的液体和气体的流动被吸入环空126中。这有助于防止抽取管柱124被这些碎屑堵塞或阻断。
图4说明了利用注入压缩气体将积聚的物质从集水池中排出的方法的实施例。在步骤402中，将封隔器118与高压管线110连接的阀112A被打开，使封隔器118膨胀并密封集水池116。一旦封隔器118膨胀，阀112A至封隔器118之间可在步骤404中被关闭。在可选择的实施例中，阀112A可保留打开状态。连接气体注入管柱122和高压管线110的阀112B在步骤406中被打开。这使得集水池116中的压力增加，因此驱动积聚的液体和固体物质进入抽取管柱124中的环空126中并最终到达地面。在步骤408中，液体和/或固体物质被收集到储存容器130中。积聚的物质可被排出储存容器130以便防止储存容器130过量储存。
如在判断步骤410中说明的，排出过程将持续到集水池116的排液结束。确定何时排液完成可基于经过的时间，压力变化的测量，或者任何其他适合的方法，包括这里所描述的任何方法。在步骤412中，一旦排液结束，则关闭阀112B。在步骤414中，排出封隔器118中的气体，并因此对集水池116解封。来自封隔器118的气体可以任何适合的方式排出，包括使用阀112A将气体排入大气中或者将气体排回到抽取管柱124中。
本发明的很多实施例已经得到了说明。尽管如此，应该理解在不背离本发明范围和精神的情况下还可以作出很多的改变。例如，所描述的技术可用于从使用任何适合的技术钻成的任何类型的地下井中抽取任何类型的液体和固体。在另一个例子中，所述抽取管柱可与气体注入管柱隔离，这样抽取管柱将不会包围气体注入管柱。因此，其他的实施例将落入所附权利要求的范围。