一種用于抽吸流體的系統的制作方法

專利名稱：一種用于抽吸流體的系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于抽吸流體的系統。
背景技術：
在許多井環境中，氣體可能積聚并干擾所需液體的生產。例如，碳氫 化合物基液體可以通過配置在井眼內的電動潛油泵系統生產。這些類型的 泵系統采用具有依賴于葉輪的多級的離心泵來移動生產的液體。然而，液 體中充足氣體的存在可能導致氣體積聚在葉輪片的吸入表面上，從而造成 個別級離心泵過早停止。此外，具有相對較高的氣-液比的流體可能沿泵
系統的外部產生大的氣體結構，從而最終干擾井產流體(well fluid)的生產。
此外，系統建模已經表明，井眼中的電動潛油泵系統的操作可能產生 具有基本不同的生產率的多(亞)穩態。可能使流動瞬變(例如，流動不 穩定性或擾動)引起這些高生產率狀態和低生產率狀態之間的轉變。
已經嘗試防止過早停止并抑制排量波動(flowoscillation),以便增強 系統性能的穩定性。例如，已經減小了葉輪片的角度，并且已經在多泵級 的潛油泵中鉆出穿過葉輪片的孔。然而，這種方法限制了泵系統的性能和 效率。

實用新型內容
由于具有相對較高的氣-液比的流體可能沿泵系統的外部產生大的氣 體結構，從而最終干擾井產流體(well fluid)的生產，本實用新型提供一 種用于抽吸井眼中的流體的系統，解決以上問題，該系統在流體具有相對 較高的氣-液比的情況下能幫助流體在井中運動。
本實用新型提供一種用于抽吸井眼中的流體的系統，該系統包括潛油
泵；以及混合器，所述混合器被定位在所述潛油泵的上游，所述混合器具有混合器本體，所述混合器本體具有定位為從井眼內的環繞氣體結構排出 氣體的至少一個端口。本實用新型還提供一種用于抽吸流體的系統，該系 統包括電動潛油泵系統，所述電動潛油泵系統包括具有多個泵級的潛油 泵、給所述潛油泵提供動力的潛油式電動機、以及定位在所述多個泵級的 上游以使氣體結構減至最少的混合器。
木實用新型提供的系統在流體具有相對較高的氣-液比的情況下能幫 助流體在井中運動，解決了由于具有相對較高的氣-液比的流休可能沿泵 系統的外部產生大的氣體結構從而最終干擾井產流體的生產的問題。


下面將參照附圖說明本實用新型的特定實施例，其中相同的參考符號 表示相同的元件，以及其中
圖l是根據本實用新型的一種實施例的配置在井眼中并具有專用混合
器的泵系統的正視圖2是根據本實用新型的一種實施例的配置在井眼中的泵系統的另一 個實施例的正視圖3是當混合器不組裝到圖1和圖2的實例中所說明的設計中時使泵系
統可以在其之間轉換的高生產率狀態和低生產率狀態之間的穩定的圖表； 圖4說明根據本實用新型的一種實施例的可以組裝到顯示在圖1和圖2
中的泵系統中的混合器的一個實例；以及
圖5說明根據本實用新型的一種實施例的可以組裝到顯示在圖1和圖2
中的泵系統中的混合器的另一個實例。
具體實施方式

在以下說明中，闡述許多細節是為了理解本實用新型。然而，本領域 的普通技術人員將會理解，沒有這些細節也可以實施本實用新型，并且由 說明的實施例進行的許多變更或修改也是可能的。
本實用新型涉及一種用于幫助抽吸井中的流體的系統和方法。潛油泵 系統配置在井眼中，并將潛油泵與抽吸井產流體的部件上游的單獨的專用混合器相組合。例如，專用混合器可以位于電動潛油泵系統中所使用的多 級離心泵的上游。專用混合器可以用于通過在專用混合器內產生混合區域
使泵系統內的氣孔(gaspocket)(例如，氣泡)的尺寸減至最小，其中所 述混合區域能夠分裂氣孔。可供選擇地或另外地，專用混合器可以用于使 氣體結構到泵系統的外部。例如，專用混合器可以定位為從積聚在環繞泵 系統的環中的氣體結構中抽吸氣體。該氣體與通過專用混合器到潛油泵的 液體完全混合。
總體參照圖l，井系統20的一種實施例顯示為安裝在井眼22中。在此 實施例中，井系統20包括通過適合的配置系統26配置的泵系統24。根據泵 系統的應用和泵系統24的設計，配置系統26可以包括撓性管、生產油管、 電纜或其它適合的配置系統。泵系統24設計為在井眼22中貼近含有理想產 液(例如，石油或其它所需流體)的地質地層28放置。井眼22典型地被鉆 出并可以與井眼套管30排成一行。射孔32穿過井眼套管30形成，以使流體 能夠在地質地層28和井眼22之間流動。
井眼22從可以為地面或海床地面的表面34向下延伸。雖然井眼22顯示 為大致垂直，但井眼也可以根據井環境的類型或使用系統20的井的應用形 成為專用井眼。在所說明的實例中，井系統20從井口36向下延伸到井眼22 中。
在圖l的實施例中，泵系統24包括潛油泵38和配置在潛油泵38的上游 側的單獨的專用混合器40。泵系統24根據在規定應用中使用的泵系統的類 型還可以包括額外的部件，例如，部件42。另外，井眼22的區域可以通過 一個或多個封隔器(例如，定位在混合器40上方的封隔器44)被隔離。在 流體的生產操作中，泵系統24向下移動到井眼22內的所需位置，封隔器44 抵靠周圍的井眼壁(例如，套管30)設置。
混合器40當在生產具有相對較高的氣-液比的流體中使用時特別有 利。例如，在石油的生產中，混合器40非常有助于傾向具有較高的氣-油 (GOC)比的流體的生產，較高的氣-油(GOC)比可能另外阻礙井眼流 體的有效生產。當潛油泵38操作時，流體通過可以形成作為專用混合器40 的一部分的進入區域46被從井眼22吸入。當流體通過進入區域46移動進入 混合器40時，氣孔(例如，氣泡)可以隨著流體吸入混合器40。另外， 一部分氣相可以隨著流體通過進入區域46吸入與液相分離。分 離的氣相沿環繞泵系統24的環48上升，并且可以變為收集在例如封隔器44 的下方。當該氣體積聚時，相對大的氣體結構50形成于封隔器44的下方。 如果該氣體結構變得足夠大，則所述氣體結構可能會干擾液體通過進入區 域46的進入，并進一步降低泵系統24的操作。然而，專用混合器40設計用 于提供可以用于從氣體結構50去除氣體和/或使通過進入區域46吸入混合 器40的氣孔減至最小的簡單的便宜工具。
總體參照圖2，更詳細地說明了泵系統24的一個實施例。在此實施例 中，泵系統24包括電動潛油泵系統，其中潛油泵38為由潛油式電動機 (submersible motor) 52提供動力的離心式泵。潛油式電動機52可以通過 延伸通過例如電動機保護器54和混合器40的驅動軸驅動潛油泵38。電功率 通過沿井系統20從表面34向下延伸的電纜56提供到潛油式電動機52。在此 種形式的實施例中，潛油泵38包括堆疊在彼此頂部上的如圖2中的虛線顯 示的多個級58。每個級58都包括葉輪60，而多個葉輪60通過潛油式電動機 52旋轉，以使井產流體向上移動通過井眼22到達所需的收集位置。井產流 體可以通過例如管道62或通過環繞的環生產。
專用混合器40配置在抽吸部件(例如，葉輪60)的上游，以將很好混 合的均質流體輸送到潛油泵38的入口63。專用混合器40的結構和所述專用 混合器在抽吸部件上游的放置能夠利用傳統的潛油泵，而不用改變葉輪的 角度、不用形成穿過葉輪的孔、或不用使用可能增加整個系統的成本并降 低抽吸效率的其它泵操作技術。在一個實施例中，專用混合器40形成為簡 單地栓接到例如潛油泵38和電動機保護器54之間的電動潛油泵系統的可
分離的部件。
沒有混合器40，則泵系統24易于受到積聚在葉輪60的吸入側的氣體的 影響，這些氣體可能導致個別級58的過早停止。此外，如圖3所示，沒有 專用混合器40,則井系統能夠以多穩態進行操作。狀態之間的轉變可以通 過流動瞬變(例如，流動不穩定性或擾動)觸發。如圖3所示，當抽吸具 有相同的GOR額定值(例如，圖3中所提供的實例中的為200的GOR額定值) 的流體時，沒有混合器40的給定泵系統可以以高液體生產率狀態64或低液 體生產率狀態66進行操作。混合器40的增加能夠使混合器40內和/或環繞混合器40的氣體結構最小化到使整個泵系統24的操作不會經歷級的停止 或高生產率狀態和低生產率狀態之間的瞬變的程度。在液相及氣相混合物 進入潛油泵38之前，專用混合器40使液相及氣相混合物均質化，因此減輕 潛油泵38的入口處的流量波動。因此，流體的生產可以保持在高液體生產 率比64，且系統20的整個效率顯著增加。
專用混合器40的實例顯示在圖4和圖5中。首先參照圖4，專用混合器 40被定位于潛油泵38和起動單元68之間，起動單元68可以包括例如電動機 52和電動機保護器54。起動單元68驅動定位在泵38的級中的多個葉輪60。 具體地，葉輪60通過延伸通過專用混合器40的混合器本體72的驅動軸70 旋轉。
顯示在圖4中的專用混合器40設計為捕捉積聚在環繞混合器本體72的 環48中的相對較大的氣體結構50。氣體結構50趨向于在井產流體通過入口 區域46被吸入專用混合器40中且氣體與流體分離時形成。氣體沿環48向上 流動并被收集在封隔器44的下方。然而，來自環繞混合器本體72的氣體結 構50的氣體通過一個或多個端口74被吸入到專用混合器40中。端口74延伸 通過混合器本體72,以在混合器本體72的內部和環繞的環48之間產生連通 路徑。當流體從入口區域46通過混合器40向上移動時，流動的流體產生從 氣體結構50通過端口74吸入氣體的文丘里效應。
通過端口74吸入的氣體與快速流動通過混合器本體72的內部的流體 精確地組合，以在通過葉輪60抽吸流體之前提供很好的混合流體。環中的 容積相(volumetric phase)變化通過環48中的可變液位提供，同時相對恒 定速率的氣體流量被放到混合器40中。此外，因為當環中的液位下降時， 整個端口74的壓降增加，因此增加了通過端口74的氣體流量，所以系統本 身穩定。另外，貼近端口74的混合器本體72的內表面的形狀(例如，彎曲)
可以調節為產生較多或較少的文丘里效應。通過在氣體可能干擾井產流體 通過入口區域46的吸入之前將來自氣體結構50的氣體以受控方式混合到 所生產的流體流中，去除了對泵系統24的有害沖擊，并保持更高的液體生 產率。
專用混合器40的另一個實施例顯示在圖5中，在此實施例中，專用混 合器40設計為控制大氣體結構和小氣泡云之間的滑移速度差。已經知道大氣體結構相對于液相以相對較高的速度滑動。大氣體結構以高速率沿混合
器本體72的外側上升。同時，在混合器本體72內的多個混合器元件76可防 止大氣體結構的內部形成；使混合器40內的流體流均質化；以及在流體進 入到潛油泵38之前使物相滑移(phase slip)減至最小。
當井產流體進入到專用混合器40時，大氣體結構沿混合器本體72的外 側以高速上升。多個小入口78沿混合器本體72布置，以從大氣體結構(例 如，氣體結構50)排出氣體，并沿混合器本體72的內部分布氣體，其中所 述氣體在被導至潛油泵38之前被重新均質化。在所說明的實施例中，小入 口78沿混合器本體72的長度分布。這使得當氣體塊(gas slug)滑移通過 環繞混合器40的環中的液相時，使氣體從延伸區域上的氣孔/氣體塊放出。 可防止由于在抽吸流體之前相對于液相重新分布氣相的液體和氣體的混 合在專用混合器40內部造成的物相滑移。
混合器元件76可以為在流體流過專用混合器40的內部時產生混合運 動的固定的混合器元件。流動的流體的能量有效地攪動或混合氣相和液相 以產生可以有效產生的均質流體。可供選擇地，混合器元件76可以為在混 合器本體72內移動以產生相對于液體重新分布氣體的混合作用的動態混 合器元件。作為實例，這種動態混合器元件可以連接到軸70，并通過由起 動單元68提供的動力旋轉。元件76的旋轉可防止大氣泡的形成，并消除了 氣相和液相之間的滑移，同時產生用于輸送到潛油泵38的均質流體。在此 實例中，混合器元件提供了沒有抽吸作用的精確的混合作用，并將混合流 體引入到潛油泵38，用于沿井眼22的向上運動。
用在井系統20中的具體部件可以根據使用該系統的實際的井的應用 來改變。同樣地，專用混合器40的具體結構可以從一個井的應用變化到另 一個井的應用。例如， 一個或多個專用混合器40可以組裝到各種電動潛油 泵系統或其它易于在高氣-液比流體中進行相分離的泵系統中。另外，流 體入口、流體端口和/或混合器元件可以改變為適用不同的應用或不同的 抽吸設備。
因此，雖然以上只對本實用新型的一些實施例進行了詳細說明，但本 領域的普通技術人員很容易理解，在本質上不脫離本實用新型的教示的情 況下可以做出許多修改。這種修改都包括在權利要求所限定的本實用新型的范圍內。
權利要求1. 一種用于抽吸井眼中的流體的系統，包括潛油泵；以及混合器，其特征在于，所述混合器被定位在所述潛油泵的上游，所述混合器具有混合器本體，所述混合器本體具有定位為從井眼內的環繞氣體結構排出氣體的至少一個端口。
2. 根據權利要求l所述的系統，其特征在于，所述混合器本體包括沿所述混合器本體的長度定位的多個端口。
3. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述混合器包括在所述混合器本體內以使流到所述潛油泵中的流體均質化的混合器元件。
4. 根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述混合器元件包括多 個混合器元件。
5. 根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述混合器元件相對于 所述混合器本體固定。
6. 根據權利要求l所述的系統，其特征在于，還包括連接到所述潛油 泵以提供動力給所述潛油泵的潛油式電動機。
7. 根據權利要求6所述的系統，其特征在于，所述混合器被定位于所 述潛油泵和所述潛油式電動機之間。
8. —種用于抽吸流體的系統，包括電動潛油泵系統，所述電動潛油泵系統包括具有多個泵級的潛油泵、 給所述潛油泵提供動力的潛油式電動機、以及混合器，其特征在于，所述 混合器定位在所述多個泵級的上游以使氣體結構減至最少。
9. 根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述混合器在所述潛油 泵與所述潛油式電動機之間相鄰于所述潛油泵定位。
10. 根據權利要求8所述的系統，其特征在于，還包括定位在所述混 合器的上方的封隔器。
11. 根據權利要求10所述的系統，其特征在于，所述混合器包括混合 器本體，所述混合器本體具有定位為排出積聚在所述封隔器下方的氣體的端口。
12. 根據權利要求ll所述的系統，其特征在于，所述端口包括多個端□。
13. 根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述混合器包括混合 器本體和在所述混合器本體內以防止有害氣泡形成的混合器元件。
14. 根據權利要求13所述的系統，其特征在于，所述混合器本體包括 用于從環繞氣體結構排出氣體的多個端口。
專利摘要本實用新型提供一種在流體具有相對較高的氣-液比的情況下幫助流體在井中運動的技術。本實用新型提供一種用于抽吸井眼中的流體的系統，該系統包括潛油泵；以及混合器，所述混合器被定位在所述潛油泵的上游，所述混合器具有混合器本體，所述混合器本體具有定位為從井眼內的環繞氣體結構排出氣體的至少一個端口。
文檔編號E21B43/00GK201280918SQ20082000980
公開日2009年7月29日 申請日期2008年3月18日 優先權日2008年3月18日
發明者阿什利·伯納德·約翰遜 申請人:普拉德研究及開發股份有限公司