專利名稱：液體桿式泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的各實施方式涉及地下液體的泵送和采出，尤其涉及液壓原理的應(yīng)用，以 在不采用抽油桿的情況下便于液體的泵送。
背景技術(shù)：
目前在石油工業(yè)中存在對泵送較深的井、產(chǎn)生更大的體積和能夠從斜鉆進和彎曲 鉆井中采出流體的泵的需求。目前的技術(shù)不能解決使水升高大于500英尺同時能夠?qū)⑻?和風應(yīng)用于動力源的問題。目前在處理不需要的流體的某些領(lǐng)域中在不采用額外的泵裝置 幫助處理的情況中也存在問題。本發(fā)明的各實施方式能夠滿足上述所有需求，同時還是更 加能量有效的。目前在石油工業(yè)中，用于較深的井的主要泵類型依賴于在20世紀初已經(jīng)在石油 工業(yè)中使用的抽油機。在向下鉆進情況中，較早的技術(shù)也已經(jīng)用來采用流體將壓力傳遞至泵。對于目前的水平鉆孔鉆架，抽油機或抽油桿式泵對于這種鉆孔類型不是有效的。 由于從地面至井下裝置的機械連接，抽油機被鎖在將行進的某個精確距離，并且在水平位 置或在偏斜井中振蕩桿時困難。本發(fā)明的各實施方式具有在每個泵中改變行程和周期的能 力，這消除了桿的磨損，并改善了效率以及降低了下坡泵的磨損。目前的技術(shù)不具有反洗過濾系統(tǒng)，這不允許泵被反洗，因此產(chǎn)生維護問題。目前的技術(shù)還要求整個泵和管道系統(tǒng)被拉出用于維修，并且不具有排出流體的能 力，因此這在從孔眼中拔出桿和管道系統(tǒng)時產(chǎn)生潛在的環(huán)境問題。因此，當前存在對下述發(fā)明的需求，該發(fā)明提供滿足工業(yè)需求的結(jié)構(gòu)，如對能量效 率的需求、水平泵送手段不費力、處理來自一個區(qū)域的不需要的流體同時從不同的區(qū)域泵 送出有價值的流體的能力。當前還存在對能夠用太陽和/或風提供動力的泵將流體抬升得 比目前可能的高度高的泵的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各實施方式提供了一種泵，其比目前的流體升高技術(shù)出色，特別是比抽 油桿式泵出色。本發(fā)明的各實施方式優(yōu)選不需要在地面上使用抽油桿或抽油機。各實施方 式還需要很少的維護成本，因為它們可以被流體驅(qū)動，并且機械部件在它們行進時保持對 中；因此，對移動部件的磨損少，特別是對于補償井。本發(fā)明的一種實施方式可以安裝有傳統(tǒng)的油田設(shè)備，其采用井下裝置，包括管道系統(tǒng)，優(yōu)選約2至5英寸的管道系統(tǒng)，且更優(yōu)選約2 3/8(2.375)或約2 7/8(2.875)英寸 的管道。較小的導(dǎo)管，優(yōu)選約0. 25至2英寸的管道系統(tǒng)，更優(yōu)選約1英寸或更小的內(nèi)管徑 (撓性或剛性管道)插入較大的管道，以形成用于生產(chǎn)開采的環(huán)形區(qū)域。井下裝置優(yōu)選采用 傳統(tǒng)的緊公差活塞筒和活塞，并具有向上的不平衡性，這允許井下裝置在其不振蕩時停在 其沖程的頂部。與抽油機不同，這種泵送技術(shù)允許井下裝置抽吸長-慢沖程或短-快沖程。 由于流體驅(qū)替構(gòu)思，井下裝置不要求從地面至井下裝置的一比一驅(qū)替比。本發(fā)明的各實施方式優(yōu)選比已知的泵提高約40%的能量效率。本發(fā)明的一種實施方式提供了一種改進的泵送系統(tǒng)，其節(jié)省能量，重量輕，且比傳 統(tǒng)的泵送系統(tǒng)要求更少的維護。本發(fā)明的另一種實施方式提供了一種泵系統(tǒng)設(shè)計，其從一個地下區(qū)域泵送的同時 將不需要的流體分配到不同的地下區(qū)域。本發(fā)明的又一種實施方式提供了一種反洗過濾系統(tǒng)，其防止傳統(tǒng)的過濾器堵塞、 密封和泵缺乏流體。本發(fā)明的實施方式優(yōu)選包括一種泵送系統(tǒng)，其在地面和井下裝置之間沒有機械運 動，支持鉆井的傾斜鉆進的新興市場，以最大化生產(chǎn)區(qū)域的效率。本發(fā)明的另一個實施方式提供了變體積泵送系統(tǒng)，可以從地面上對其進行調(diào)整， 而不需要關(guān)閉泵或?qū)⒈迷O(shè)置為定時裝置。變體積泵送系統(tǒng)特別用于位于地球的孤立區(qū)域中 的抽水機。本發(fā)明的又一個實施方式提供了高容量泵送系統(tǒng)，其能夠通過利用泵沖程的雙方 向以低能量泵送大體積，由此增加效率并允許它由太陽能和/或風能提供動力。本發(fā)明的再一個實施方式優(yōu)選包括在過程中拖動干燥管柱(不包含流體的管道) 的方法。本發(fā)明的一種實施方式優(yōu)選為一種用于從通向生產(chǎn)區(qū)域和通向處置區(qū)域的鉆井 去除生產(chǎn)流體的方法。該方法包括下述步驟隔開生產(chǎn)區(qū)域和處置區(qū)域；在活塞沖程期間 將生產(chǎn)流體從生產(chǎn)區(qū)域推向生產(chǎn)系統(tǒng)；以及在活塞的同一沖程期間將處置流體推入處置區(qū) 域。這兩個區(qū)域采用封隔器隔開。該實施方式還可以包括采用篩濾器系統(tǒng)地反沖洗生產(chǎn)流 體，以便微粒不進入該系統(tǒng)。還可以調(diào)整處置和生產(chǎn)比率。所述調(diào)整優(yōu)選基于在動力/處 置流體箱中的處置流體的體積。本發(fā)明的另一個實施方式優(yōu)選為一種用于從通向生產(chǎn)區(qū)域和處置區(qū)域的鉆井去 除生產(chǎn)流體的設(shè)備。該設(shè)備優(yōu)選包括封隔器，用于將所述生產(chǎn)區(qū)域與所述處置區(qū)域隔開； 活塞，其中在所述活塞的沖程期間，所述活塞將生產(chǎn)流體從所述生產(chǎn)區(qū)域推向生產(chǎn)系統(tǒng)。在 所述活塞的同一沖程期間，所述活塞還將處置流體推入所述處置區(qū)域中。因此，采出生產(chǎn)流 體，并在活塞的同一沖程期間處置處置流體。該實施方式可以可選地包括用于反沖洗生產(chǎn) 流體的篩濾器，以確保在流體流中沒有微粒。本發(fā)明的又一個實施方式是一種用于從鉆井去除流體的方法。該方法包括下述步 驟將井下裝置至少部分地設(shè)置在鉆井中；沿第一方向推動井下裝置的活塞并將生產(chǎn)流體 從生產(chǎn)區(qū)域推入生產(chǎn)系統(tǒng)中；以及沿第二方向推動井下裝置的所述活塞并將生產(chǎn)流體從生 產(chǎn)區(qū)域推入生產(chǎn)系統(tǒng)中。井下裝置的所述活塞優(yōu)選往復(fù)運動，以便在所述井下裝置的每次 沖程中生產(chǎn)生產(chǎn)流體。
本發(fā)明的一種實施方式包括一種用于從鉆井去除流體的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括井下 裝置，至少部分地位于鉆井內(nèi)；活塞，設(shè)置在所述井下裝置中，其中所述活塞被沿第一方向 推動，由此將生產(chǎn)流體從生產(chǎn)區(qū)域推入生產(chǎn)系統(tǒng)中，并且所述活塞被還沿第二方向推動，由 此將更多的生產(chǎn)流體從生產(chǎn)區(qū)域推入生產(chǎn)系統(tǒng)中。在該實施方式中，所述活塞優(yōu)選往復(fù)運 動，以便在所述井下裝置的每次沖程中生產(chǎn)生產(chǎn)流體。本發(fā)明的另一個實施方式為一種用于從鉆井移動流體的方法。該方法包括下述步 驟將包括管道和一個或多個活塞的井下裝置至少部分地設(shè)置在鉆井內(nèi)；施加動力液，該 動力液移動井下裝置的所述一個或多個活塞；將生產(chǎn)流體推向鉆井的地面；以及將閥設(shè)置 在井下裝置上或附近，其中所述閥在所述鉆井的地面處或附近可釋放地啟動，由此在從所 述鉆井去除所述管道時釋放包含在所述管道內(nèi)的動力液，以便在從所述鉆井去除所述管道 時通過所述閥釋放動力液。該實施方式中所述閥優(yōu)選為L形閥。當從所述鉆井去除所述管 道時，所述管道優(yōu)選為干燥管道。該實施方式的井下裝置優(yōu)選利用井下裝置的底部處的座 節(jié)固定在所述鉆井中。本發(fā)明的又一個實施方式為一種用于從鉆井移動流體的設(shè)備。該設(shè)備優(yōu)選包括 包括至少部分地設(shè)置在鉆井內(nèi)的一個或多個活塞和管道的井下裝置；動力液，其中所述動 力液在所述井下裝置內(nèi)移動所述一個或多個活塞；被移向所述鉆井的地面的生產(chǎn)流體；和 閥，設(shè)置在井下裝置上或附近，其中所述閥在從所述鉆井去除所述管道時釋放包含在所述 管道內(nèi)的動力液。該設(shè)備的所述閥優(yōu)選為L形閥。當從所述鉆井去除所述管道時，它優(yōu)選 為干燥管道。座節(jié)可選地固定在所述井下裝置的底部處。本發(fā)明的目標、優(yōu)點和新穎性特征以及其它應(yīng)用范圍將在接下來結(jié)合附圖的詳細 說明中部分地提出，并且部分對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說通過考察以下說明將變得明顯，或者 可以通過本發(fā)明的實踐了解。本發(fā)明可以經(jīng)由特別在隨附的權(quán)利要求中指出的手段和組合 實現(xiàn)和獲得。


結(jié)合至并形成本說明書的一部分的附示了本發(fā)明的一種或多種實施方式，且 其與說明書一起用于說明本發(fā)明的原理。附圖僅僅是用于圖示本發(fā)明的一種或多種優(yōu)選實 施方式的目的，而不是要解釋為限制本發(fā)明。在附圖中圖1為側(cè)視圖，其圖示了本發(fā)明的一種實施方式，其中脈沖星(pulsar)單元連接 至單個鉆井，該單元將流體移到地面上，并推動井下裝置向下移動；圖2為側(cè)視圖，其本發(fā)明的一種實施方式，其中脈沖星單元推動多個鉆井中的每 一個中的井下裝置，以在脈沖星單元中的活塞的相反沖程上向下移動；圖3為圖示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的井下泵的剖視圖；圖4為圖示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于流體的生產(chǎn)/處置的脈沖星單元和動力 單元的側(cè)視圖；圖5A為圖示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的生產(chǎn)/處置井下裝置的截面圖，其中處置區(qū) 域位于生產(chǎn)區(qū)域的下面；圖5B為圖示根據(jù)本發(fā)明另一種實施方式的生產(chǎn)/處置井下裝置的截面圖，其中處 置區(qū)域位于生產(chǎn)區(qū)域的上面；
圖6為圖示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的利用混合流體的脈沖星單元和通過新的滑 動活塞設(shè)計釋放多余的流體的動力單元的截面圖；圖7圖示了圖6中圖示的脈沖星單元的放大圖；以及圖8為根據(jù)本發(fā)明的實施方式的井下雙生產(chǎn)抽取單元的截面圖。
具體實施例方式如在整個說明書和權(quán)利要求中使用的那樣，不定冠詞是指一個或多個。如在整個說明書和權(quán)利要求中使用的那樣，“動力單元"是指能夠至少部分地為 流體提供泵送作用的任何裝置、方法、設(shè)備、系統(tǒng)或其組合。如在整個說明書和權(quán)利要求中使用的那樣，“脈沖星"是指能夠移動流體的任何 裝置、方法、設(shè)備、系統(tǒng)或其組合等。如在整個說明書和權(quán)利要求中使用的那樣，管道和管子是要給出寬的含義，且包 括能夠傳輸流體的任何裝置、方法、設(shè)備、系統(tǒng)或其組合等，包括但不限于管道、管道系統(tǒng)， 通道、導(dǎo)管、管柱或其組合等，其由能夠至少臨時為流體提供流路的任何材料制成，包括但 不限于金屬、合成物、人工合成材料、塑料或其組合等。如在整個說明書和權(quán)利要求中使用的那樣，“井下裝置"是指至少部分地設(shè)置在 井眼內(nèi)的裝置、方法、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、系統(tǒng)或其組合等。如在整個說明書和權(quán)利要求中使用的那樣，“活塞"是指能夠向流體加壓的裝 置、方法、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、系統(tǒng)或其組合。如在整個說明書和權(quán)利要求中使用的那樣，“順序系統(tǒng)"是指能夠激活脈沖星的 裝置、方法、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、系統(tǒng)或其組合，包括但不限于壓力傳感器或一系列壓力傳感器。如在整個說明書和權(quán)利要求中使用的那樣，“生產(chǎn)系統(tǒng)"是指能夠儲存或進一步 處理生產(chǎn)流體的裝置、方法、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、系統(tǒng)或其組合，包括但不限于儲液罐、地面、管道、 熱交換器、泵及其組合。如在整個說明書和權(quán)利要求中使用的那樣，“封隔器"是要給出寬泛的含義，且 包括能夠?qū)⒕壑械囊粋€區(qū)域與井眼中的另一個區(qū)域隔離或分離的任何裝置、方法、結(jié)構(gòu)、 設(shè)備、系統(tǒng)或其組合。例如，封隔器可以將鉆井中的生產(chǎn)區(qū)域與處置區(qū)域隔離。封閉系統(tǒng)參照圖1，地面上的動力單元10優(yōu)選為液壓流體的封閉系統(tǒng)。液壓流體用來將動 力從液壓泵14傳遞至脈沖星18，液壓泵14和脈沖星18 二者優(yōu)選位于或靠近鉆進的表面。 在優(yōu)選的實施方式中，液壓流體不與動力液混合。動力液傳遞來自脈沖星18的能量，并在 井下裝置200(參見圖幻上提供向下壓力。在該實施方式中，液壓流體優(yōu)選也不與生產(chǎn)流 體混合。生產(chǎn)流體為采用本發(fā)明的實施方式從地下巖層泵送到地面上的產(chǎn)品。動力液優(yōu)選 也為封閉系統(tǒng)。動力液實際上推動井下裝置200的運動，且在一種實施方式中，主要由水構(gòu) 成。由于水幾乎是不可壓縮的，因此以非常高的效率和非常少的壓縮將壓力立即傳遞至井 下裝置200。如果出現(xiàn)任何未預(yù)料的流體損失，則動力液活塞40在它返回復(fù)位位置時形成 真空，因此填充動力管204中的任何流體空隙。圖1圖示了本發(fā)明的實施方式，其包括動力單元10和脈沖星單元18，脈沖星單元 18在地面上移動流體并推動井下裝置200往復(fù)運動。
圖1圖示了動力單元10，其優(yōu)選包括馬達12，優(yōu)選為標準電動機。馬達12可以為 典型的交流(AC)或直流(DC)馬達，其允許采用太陽能或風能或人工動力源。馬達12固定 至液壓泵14，液壓泵14由儲液箱16支撐。儲液箱16填充有液壓流體，并為脈沖星單元18 提供液壓傳動。脈沖星單元18優(yōu)選為封閉系統(tǒng)，因此液壓流體不與動力液或生產(chǎn)流體混 合。管線20固定至儲液箱16，并將液壓流體從儲液箱16移動至用端蓋觀密封的液壓缸 24。液壓活塞22容納在液壓缸M中。儲液箱16和液壓缸M可以由能夠保持液壓流體并 在需要的高壓下操作的任何合適的材料制成。液壓閥系統(tǒng)26啟動脈沖星18，脈沖星18使 連接軸30來回振蕩和循環(huán)。閥系統(tǒng)沈優(yōu)選由封閉動力系統(tǒng)中的各種壓力控制，并且由來 自井下裝置200的峰值壓力(spiked pressure)啟動。如圖2所示，井下裝置200優(yōu)選行 進其整個長度，直到下活塞234降至最低點，因此增加動力管204中的壓力。隨后壓力峰值 啟動順序系統(tǒng)。順序系統(tǒng)隨后使液壓流體開始流過液壓閥系統(tǒng)26并反轉(zhuǎn)地面上的液壓活 塞22的方向。順序系統(tǒng)可以為電的、機械的或其組合。馬達12優(yōu)選提供驅(qū)動液壓泵14的動力，液壓泵14將液壓流體泵送到液壓缸M 中，液壓缸M隨后向液壓活塞22傳遞壓力。液壓活塞22優(yōu)選通過連接軸30移動和傳遞 動力。軸30移動通過中心聯(lián)接器32。中心聯(lián)接器32優(yōu)選用密封部件密封，所述密封部件 由設(shè)計為維持兩個區(qū)域之間的壓力差的任何適合的材料制成。連接軸30優(yōu)選同時固定至 動力液缸；34和液壓缸24。連接軸30優(yōu)選啟動并且當液壓活塞22開始向動力液缸34移動 時在動力管204內(nèi)形成壓力。用于動力液的端蓋36防止動力液缸34中的壓力被向后推向 液壓缸對，且由此推動所有的壓力沿向下方向集中。排氣孔38允許動力液缸34吸氣和排 氣，并防止動力液活塞40在動力管204開始增加壓力時鎖上。壓力被傳遞至井下裝置200 并施加至頂部活塞216(參見圖幻，其開始在鉆井中向下移動。當活塞216、222和234被向 下推動時，壓力推動生產(chǎn)流體沿環(huán)形區(qū)域210向上移動并進入儲液箱16中的封閉殼體。生 產(chǎn)流體隨后可以用作位于儲液箱16中的第二殼體中的液壓流體的冷卻裝置，由此冷卻液 壓流體。生產(chǎn)流體還由液壓流體加熱，使得生產(chǎn)流體在下游更容易處理和分離。液壓流體 和生產(chǎn)流體優(yōu)選在儲液箱16中彼此隔離。生產(chǎn)流體優(yōu)選移動通過儲液箱16并進入儲存箱 (未示出)。圖2圖示了本發(fā)明的一種實施方式，其包括連接至圖1中看到的脈沖星單元18的 井下裝置200。在本發(fā)明的一種實施方式中，如圖2所示，安全閥202優(yōu)選為L形閥，且安裝在動 力管204中，在井下裝置200的頂部和動力管204的開始位置之間。在井下裝置200被拉 向地面時，例如，在需要維修的情況中，安全閥202允許動力液從動力管204排出。安全閥 202允許修理人員拖動不包含流體的干燥管柱、管道，而不是濕的管柱。拖動干燥管柱的能 力防止動力液溢出到地面上。優(yōu)選地，安全閥202最初是封閉安裝的，隨后它被扭轉(zhuǎn)，動力 管204隨后向上滑動，將動力管204向上拖出井眼。當動力管204被向上拖動時，它經(jīng)過排 放動力液的通風孔206和208，因此向上拖動“干燥”的管柱。在一種實施方式中，當去除管 道時，維修人員不拖動濕的管柱。環(huán)形區(qū)域210為生產(chǎn)流體通過它向上行進并到達地面的區(qū)域。井下裝置200優(yōu)選 用井下裝置200底部處的座節(jié)212固定。座節(jié)212還可以安裝在井下裝置200的頂部，因 此從座節(jié)212懸掛井下裝置200。環(huán)形區(qū)域210包括動力管204和外管道214之間的區(qū)域。當井下裝置200固定時，生產(chǎn)流體保留在環(huán)形區(qū)域210中，或者，如果井下裝置200未固定， 生產(chǎn)流體釋放到巖層中。井下裝置200優(yōu)選在頂部活塞216上接收來自脈沖星單元18的壓力。當壓力施加 至頂部活塞216時，它向下移動，連接軸218及活塞222和234也向下移動。活塞216優(yōu)選 由汽缸220保持在合適的位置上。頂部活塞216上的壓力被轉(zhuǎn)換為推力，并啟動活塞222。 活塞222優(yōu)選用于平衡壓力。在井下裝置200靜止時井下裝置200形成比向下推力大的向 上推力，因為巖層區(qū)域2M具有比井下裝置200小的壓力，它在井下裝置200上形成向上不 平衡。因此，僅從地面上獲得的能量足以向下移動活塞216、222和234?；钊?22的頂部 優(yōu)選通過通風孔2 暴露至巖層。聯(lián)接器2 密封汽缸220，由此在活塞222的頂部形成 壓力差。當活塞222的頂部暴露至巖層時，活塞222的底部經(jīng)由通孔口 230暴露至環(huán)形區(qū) 域210，這采用聯(lián)接器232形成向上的壓力，以分離流體壓力。聯(lián)接器232設(shè)計為防止壓力 在暴露至巖層的區(qū)域224中相等?；钊?34的頂部暴露至巖層，活塞234的底部暴露至生 產(chǎn)流體，并用來將生產(chǎn)流體移出閥裝置236和向上移至環(huán)形區(qū)域210。生產(chǎn)流體優(yōu)選移入和 移出生產(chǎn)腔238。閥裝置236優(yōu)選包括位于腔238和環(huán)形區(qū)域210之間的單向止回閥，其中 生產(chǎn)流體優(yōu)選從腔238行進至環(huán)形區(qū)域210。閥裝置240也包括單向止回閥，其防止腔238 中的生產(chǎn)流體返回巖層。當井下裝置200向下移動時，向下的壓力推動閥裝置236打開，由 此將生產(chǎn)流體向上輸送到環(huán)形區(qū)域210。井下裝置200向上縮回時，向上的力打開閥裝置 240,以在生產(chǎn)流體經(jīng)由過濾系統(tǒng)242過濾之后將生產(chǎn)流體從巖層接收到腔238中。過濾系統(tǒng)242優(yōu)選包括安裝在井下裝置200的底部上的網(wǎng)篩過濾器。過濾系統(tǒng) 242不會阻塞，因為井下裝置200的上腔與巖層通風。這種通風允許流體振蕩進出井下裝置 200。來自井下裝置200的向下壓力產(chǎn)生來自腔238的流體的向外壓力，吹走可能聚積在過 濾器附近的任何碎屑，并防止上腔2 和244中的未過濾流體流進入井下裝置200。多個鉆井參照圖3，本發(fā)明的一種實施方式包括動力單元300和脈沖星312。井下裝置302 和304優(yōu)選僅與一個地面單元，即動力單元300和脈沖星302 —起操作，由此進一步改善脈 沖星312的效率。在一種結(jié)構(gòu)中，當利用動力單元300時，脈沖星312可以用來泵抽兩個鉆 井或更多個鉆井。在該實施方式中，活塞306和308前后振蕩，由此在兩個井下裝置302和 304的向下沖程上采出生產(chǎn)流體。生產(chǎn)流體隨后用來冷卻儲液箱314中的液壓流體，同時生 產(chǎn)流體被加熱，用于在生產(chǎn)流體送至箱316之前使生產(chǎn)流體中的油和水更容易分離。隔離的處置區(qū)域參照圖4和5A-5B，本發(fā)明的另一種實施方式包括脈沖星402和井下裝置500，其 允許從鉆井中的一個區(qū)域恢復(fù)流體的生產(chǎn)，同時具有在該鉆井的第二區(qū)域中處置不需要的 流體的能力。在該實施方式中，一旦活塞527降至最低點，壓力在動力管504中達到峰值， 打開壓力安全閥522并推動不想要的動力液通過封隔器508進入適合處置不需要的流體的 隔離區(qū)域。當所有不需要的流體都被處理到處置區(qū)域526中時，動力液活塞422將向上抵 靠在端蓋似6上，產(chǎn)生額外的壓力峰值，這觸發(fā)順序系統(tǒng)，以反轉(zhuǎn)脈沖星420，并通過打開閥 430而引入額外的動力液，用于下一個循環(huán)。脈沖星402具有兩種工作壓力水平，并且提供 兩種不同的功能，一種壓力水平用于從巖層采出生產(chǎn)流體，另一種壓力水平用于處置不需 要的流體。
圖4圖示了本發(fā)明的一種實施方式，其包括用于采出地下液體的動力單元400和 脈沖星402。該實施方式在向下鉆進情況中優(yōu)選利用鉆井的兩個區(qū)域，將生產(chǎn)流體從巖層的一 個區(qū)域抽出，同時將不需要的流體處置到巖層的第二區(qū)域中。動力單元400和脈沖星402優(yōu)選包括馬達404。馬達404優(yōu)選為標準防風雨AC或 DC電源。動力單元400優(yōu)選包括貯液器406，其優(yōu)選包含液壓流體。貯液器406可以由能 夠保持液壓流體的任何合適的材料制成。貯液器406具有相對低的壓力，并且可以構(gòu)造為 具有允許生產(chǎn)流體流過的額外的腔，由此形成用于冷卻液壓流體的熱交換器。在該實施方 式中，馬達404產(chǎn)生動力，并將動力提供至液壓泵408。液壓流體經(jīng)由液壓泵408被泵送至 單元410，并且在它經(jīng)過高壓液壓管線412時產(chǎn)生高的壓力。管線412可以由能夠處理高壓 的任何材料制成。管線412將液壓流體供給至由端蓋416支撐的液壓缸414。液壓流體推 壓在液壓活塞418上，液壓活塞418前后振蕩。液壓活塞418優(yōu)選安裝為具有緊公差間隙， 并連接至連接軸420。液壓活塞418移向連接軸420，連接軸420隨后將動力傳遞至動力液 活塞422。這種動作在由端蓋似6保持在合適位置上的動力液缸似4上形成壓力，直到動力 液/處置流體通過出口 4 釋放。當脈沖星402退向液壓缸414到達復(fù)位位置時，單向止回閥430優(yōu)選被推開，以在 脈沖星402返回沖程期間在動力液出現(xiàn)任何不期望的損失的情況中更換動力液缸4M中的 動力液。動力液的任何空隙會產(chǎn)生真空，這允許單向止回閥430打開，由此確保脈沖星402 的下行沖程充分利用動力液，以確保井下裝置500行進所設(shè)計的完整行進距離，即降至最 IS點°當動力液活塞422向著端蓋似6振蕩時，生產(chǎn)流體向上行進到環(huán)形區(qū)域并進入生 產(chǎn)箱432。動力液/處置流體從生產(chǎn)流體分離并置于箱434中，且通過管線436再次使用， 以填充動力液缸424，用于開始另一個循環(huán)。在該實施方式中，動力液/處置流體用來啟動 井下裝置500。井下裝置500優(yōu)選將生產(chǎn)流體抬升至地面，并且還在處置區(qū)域中處置不需要 的流體。處置區(qū)域可以在生產(chǎn)區(qū)域之上或之下。圖5A圖示了本發(fā)明的其中處置區(qū)域位于 生產(chǎn)區(qū)域之下的實施方式。圖5B圖示了本發(fā)明的其中處置區(qū)域位于生產(chǎn)區(qū)域之上的實施 方式。通過調(diào)整活塞418和422的往復(fù)設(shè)定點，可以調(diào)整與進入箱432的生產(chǎn)流體的量 相關(guān)的從箱434去除的處置流體的體積排量，以便產(chǎn)生最優(yōu)的生產(chǎn)/處置比率。在箱434 接近其容量極限時，這種調(diào)整允許在處置區(qū)域中處置更多的處置流體?？商鎿Q地，當434接 近空狀態(tài)時，可以減少流體處置率。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認識到，用于這種往復(fù)設(shè)定點的 多種方式包括電子傳感器和/或?qū)B接軸420、活塞418和/或422以及蓋子416和似6的 物理變更。在一種實施方式中，電子電路優(yōu)選設(shè)置為基于箱434和/或箱432的流體液面 或者可替換地基于某些其它測量值或用戶指定的標準調(diào)整往復(fù)設(shè)定點。圖5A和5B圖示了本發(fā)明的一種實施方式，其包括與圖4中的脈沖星402和動力 單元400聯(lián)合工作的雙用途生產(chǎn)/處置井下裝置500。井下裝置500優(yōu)選從巖層的一個區(qū) 域?qū)⑸a(chǎn)流體泵送至箱432，并在脈沖星402的同一沖程上在巖層的另一個區(qū)域中處置不 需要的流體。在本發(fā)明的一種實施方式中，生產(chǎn)流體通過環(huán)形區(qū)域502傳遞至地面，該環(huán)形區(qū)域502為動力管504和生產(chǎn)管506之間的區(qū)域。動力管504優(yōu)選包括約0. 5至5英寸管， 更優(yōu)選約0. 75至3英寸管，最優(yōu)選約1英寸管，且生產(chǎn)管506優(yōu)選包括約0至5英寸管，更 優(yōu)選2至4英寸管，最優(yōu)選約2 7/8(2. 875)英寸管。井下裝置500優(yōu)選設(shè)置在具有封隔器 508的井眼中。標準設(shè)備可以用來隔離生產(chǎn)區(qū)域和處置區(qū)域。井下裝置500優(yōu)選安裝有能 夠在目標壓力下傳送流體的管道。處置/動力流體腔520優(yōu)選為封閉系統(tǒng)，其將來自地面的壓力傳遞至活塞510的 頂部。頂部聯(lián)接器512優(yōu)選維持壓力的分離。活塞510的底部暴露至環(huán)形區(qū)域502。環(huán)形 區(qū)域502中的生產(chǎn)流體在活塞510和514上產(chǎn)生向上的推力?；钊?14下面的區(qū)域用聯(lián)接器516分離活塞514和527之間的壓力和流體。通風 孔518包括動力液/處置流體，并用作至活塞510、514和527的連接桿。高壓安全閥522 安裝在通風孔518的底部，用于處置流體/動力液的處置，并且直到井下裝置500中的壓力 超過正常操作生產(chǎn)壓力才打開，此時高壓安全閥522打開并將多余的處置流體通過封隔器 508推入處置區(qū)域中。在本發(fā)明的實施方式中，處置/動力流體在活塞510上施加向下壓力，使活塞510、 514和521向下行進。這種向下壓力通過止回閥5 將生產(chǎn)流體推入環(huán)形區(qū)域502中。當 活塞510、514和527已經(jīng)到達目標距離的底部時，活塞510、514和527降至最低點，并且在 井下裝置500中形成壓力，直到來自處置流體/動力液的向下壓力超過生產(chǎn)工作壓力。此 時，高壓安全閥522打開，并通過封隔器508將不需要的流體沉積在處置區(qū)域526中。高壓 安全閥522的打開啟動順序系統(tǒng)，且動力液活塞422(圖4)移向液壓活塞418，由此沿向上 方向移動活塞510、514和527。單向止回閥5 在井下裝置500的每次振蕩時吸收生產(chǎn)流 體。用于出口的止回閥5M在管道的相對側(cè)，并將生產(chǎn)流體向上推到環(huán)形區(qū)域502。連接至 閥系統(tǒng)528的是篩濾器530，其能夠防止碎屑進入井下裝置500。如圖5A和5B所示，井下 裝置500可以安裝為使得處置區(qū)域5 在生產(chǎn)區(qū)域532之上或之下。圖6圖示了本發(fā)明的一種實施方式，其包括優(yōu)選混合動力液和生產(chǎn)流體并通過安 全閥604和606釋放流體的動力單元600和脈沖星602。圖7圖示了脈沖星602的放大圖。本發(fā)明的該實施方式包括地面上的動力單元600，脈沖星602裝配為混合生產(chǎn)流 體和動力液。動力單元600優(yōu)選包括用于動力源616的電動機，其可以為適合太陽能或風 能或手動操作的DC馬達或AC馬達?？商鎿Q地，動力單元600可以僅靠太陽能或風能動力 源運行。馬達優(yōu)選安裝在液壓燃料箱618上并連接至液壓泵620。液壓動力管線622連接 至順序系統(tǒng)626，并用來將動力傳遞至腔C，以振蕩脈沖星602中的活塞6觀、610和614。脈 沖星602優(yōu)選包括三個分開的流體腔(A、B和C)，其中的一個(腔C)優(yōu)選為液壓流體完全 封閉系統(tǒng)。液壓流體優(yōu)選經(jīng)由液壓泵620從箱618中去除，并被推入腔C中，沿向著腔B的 方向推動活塞628，并使活塞614沿著管道814推動位于腔B中的流體。該流體隨后向上 推動活塞810 (參見圖8)，使井下裝置800的腔811內(nèi)的生產(chǎn)流體通過閥804沿通風管被 推動，并沿管道608被推動。一旦腔811關(guān)閉且活塞810抵靠在聯(lián)接器812上，在B側(cè)出現(xiàn) 壓力峰值，并且順序系統(tǒng)6 啟動活塞628，以向著腔A移動連接軸6M及活塞610、614和 628，由此通過打開位于活塞614上的錐形閥702而沿著A側(cè)向下發(fā)送生產(chǎn)流體，并經(jīng)由閥 606將多余的流體向上發(fā)送到腔B外。在多余的流體通過閥606釋放且活塞806和810降至最低點之后，出現(xiàn)另一壓力峰值，并且順序系統(tǒng)6 反轉(zhuǎn)方向，連接軸6M隨后移向管道814，并關(guān)閉錐形閥702。優(yōu)選 采用位于活塞614上的停止件、支座、鎖定裝置或其組合等關(guān)閉錐形閥702?？蛇x地，可以 采用位于腔B中的停止件、支座、鎖定裝置或其組合等關(guān)閉錐形閥702。將活塞614移向管 道814產(chǎn)生的壓力沿著管道814推動流體，并向上推動活塞806和810，這將來自腔811的 流體沿通風管808向上推，通過閥804并沿管道608向上推。當多余的流體從管道608進 入腔A時，錐形閥700打開并將多余的流體釋放出閥604。當所有多余的流體通過閥604釋 放且當腔811關(guān)閉時，出現(xiàn)另一個壓力峰值，且順序系統(tǒng)6 推動活塞6 改變方向?；钊?628隨后將活塞610推向管道614，并關(guān)閉錐形閥700。錐形閥700優(yōu)選采用位于活塞610 上的停止件、支座、鎖定裝置或其組合等關(guān)閉。錐形閥700可以可選地采用位于腔B中的停 止件、支座、鎖定裝置或其組合等關(guān)閉。采用脈沖星602的每次振蕩重復(fù)這種循環(huán)。當相同 的流體用來啟動井下裝置800時，該過程繼續(xù)循環(huán)，并且具有在每次循環(huán)的上行沖程時釋 放多余的流體的能力。參照圖6-8，本發(fā)明的該實施方式可以用于淺井，并且可以采用剛性或柔性管線傳 遞壓力和進行生產(chǎn)。該實施方式還可以安裝為移動或固定設(shè)施。在本發(fā)明的一種實施方式 中，脈沖星602的直徑優(yōu)選約3至20英寸，直徑更優(yōu)選約5至15英寸，直徑最優(yōu)選約7至 10英寸?；钊?10和614優(yōu)選安裝為與脈沖星602具有緊公差間隙，因此活塞610和614 的直徑優(yōu)選接近脈沖星602的直徑。錐形閥700和702的直徑優(yōu)選約0至4英寸，直徑更 優(yōu)選約1至3英寸。因此，多余的流體優(yōu)選被推出設(shè)置在較大直徑的活塞610和614上的 錐形閥700和702的相對小的直徑。如果單元800安裝為具有柔性管線，優(yōu)選的是小的纜 繩連接至單元800，并與兩條管線纏繞在一起，以給出單元800去除期間需要的抗張強度。圖8圖示了本發(fā)明的一種實施方式，其包括能夠從其行程的兩側(cè)采出流體的井下 裝置800。圖8為圖6-7中圖示的泵組件的繼續(xù)。圖8示出了該組件的下部部分。該實施方 式中的單元800能夠在其沖程的每一側(cè)(稱為A側(cè)和B側(cè))產(chǎn)生流體。在A側(cè)，管道608 從地面上的流體接收壓力，該流體推動止回閥804關(guān)閉，活塞806和810向下移動，通過閥 816將流體推出腔820，并沿B側(cè)的管道814向上推，并且還將流體推出腔826，同時通過A 側(cè)閥擬8填充腔811。當活塞806和810降至最低點時，在腔A中出現(xiàn)壓力峰值，這啟動順序系統(tǒng)626， 該順序系統(tǒng)6 隨后將液壓流體發(fā)送到腔C中，并向著B側(cè)移動連接軸624以及活塞610、 614和628，這沿著管道814推動流體，并向上移動活塞810和806，直到活塞810抵靠在聯(lián) 接器812上。當活塞614移向管道814時，設(shè)置在活塞610上的錐形閥700打開，允許腔A 中的多余的流體溢出閥604。當所有多余的流體通過閥604釋放且當腔811關(guān)閉時，在B側(cè) 出現(xiàn)壓力峰值，并且順序系統(tǒng)6 啟動，并推動活塞6 移向A側(cè)，這隨后關(guān)閉錐形閥700 并沿著管道608推動流體。流體推動活塞806和810向下移動，并且來自腔820的流體被 沿著B側(cè)管道814向上推。當流體被沿著A側(cè)向下推動并沿著B側(cè)向上推動時，設(shè)置在活 塞614上的錐形閥702打開，多余的流體通過閥606釋放。當活塞806和810降至最低點 并且所有多余的流體通過閥606釋放時，在A側(cè)出現(xiàn)壓力峰值，這觸發(fā)順序系統(tǒng)626，其啟動 活塞628以移向B側(cè)。該實施方式形成兩個生產(chǎn)區(qū)域，腔820和811。當向下壓力向下推動活塞806時，閥816將來自腔820的流體沿著B側(cè)管道814向上輸送。當向上壓力推動活塞806向上移 動時，腔820通過閥818重新填充生產(chǎn)流體。當向下壓力向下推動活塞810時，腔811經(jīng)由 閥擬8填充生產(chǎn)流體。當向上壓力推動活塞810向上移動時，腔811中的生產(chǎn)流體沿通風管 808向上移動并進入A側(cè)管道608。同時，腔820經(jīng)由閥818填充生產(chǎn)流體。生產(chǎn)流體與A 側(cè)生產(chǎn)流體/動力流體混合，這允許該流體溢出活塞806。這個過程循環(huán)進行并繼續(xù)振蕩， 由此進行生產(chǎn)。當活塞806和810移動時，形成真空，這打開生產(chǎn)腔820并吸入另外的生產(chǎn) 流體。在同一沖程內(nèi)，活塞806的底部將儲存的流體推出止回閥816，并通過動力/生產(chǎn)管 道814上升。這個過程允許有效的泵送，并增強以可變體積采出流體的能力。邊際井本發(fā)明的實施方式允許邊際并重新使用。邊際井是那些否則由于高能量和維護成 本而將從生產(chǎn)中去除的鉆井。當采用本發(fā)明的實施方式的脈沖星時，邊際井再次有利可圖。淺井本發(fā)明的實施方式還可以從淺井采出流體。柔性管線和液壓卷筒優(yōu)選用在其中電 力不可用的隔離區(qū)域中。在一種實施方式中，小型動力單元可以安裝在具有卷筒的滑木上， 其允許在非常短的時間內(nèi)安裝脈沖星單元，而不采用鉆井裝置。偏斜井本發(fā)明的脈沖星可以從偏斜井抽吸，而對從地面至井下裝置放置的管道系統(tǒng)沒有 磨損。傾角鉆進本發(fā)明的實施方式可以用在從巖層偏斜鉆進的井。本發(fā)明的各實施方式可以橫跨 油田泵送，隨后在垂直或任何傾斜位置底部井眼中泵送。由于對水平鉆進活動的高需求和 高能量成本，通過具有安裝在垂直位置上和使角度偏離水平位置的能力，本發(fā)明的各實施 方式在市場上形成巨大的優(yōu)勢。有效泵送本發(fā)明的其它實施方式允許在井下裝置中的行程的兩側(cè)進行泵送，這提高了效 率，因此為利用太陽能和風能的應(yīng)用提供了理想設(shè)計。過濾系統(tǒng)本發(fā)明的一個實施方式包括獨特的過濾系統(tǒng)，其防止砂子和其它小巖屑積聚在井 下裝置中?，F(xiàn)有的泵送技術(shù)中的井下泵過濾系統(tǒng)的一個主要問題是，如果小的網(wǎng)狀過濾器 放在井下泵上，則碎屑具有密封或阻塞該過濾器的趨向，并且阻止流體流入泵中。如果大的 格柵放在井下裝置上，該過濾器允許砂子和小碎屑進入泵中，在井下裝置中產(chǎn)生磨損。本發(fā) 明的該實施方式優(yōu)選在泵的每個循環(huán)中反沖洗過濾器，由此允許安裝較小的網(wǎng)狀過濾器， 而不會被阻塞或密封。特別是因為新井中的碎砂的存在，該實施方式還濾出破碎砂子，這增 加了井下裝置中的活塞和管筒的壽命。體積調(diào)整一旦本發(fā)明的動力單元、脈沖星和井下裝置被安裝并進行泵送，則能夠調(diào)整輸出， 而不需要計時器，且不需要關(guān)閉系統(tǒng)。地面上的可變液壓泵允許所有者/操作人員根據(jù)鉆 井的輸出調(diào)整系統(tǒng)。美學(xué)
本發(fā)明的實施方式可以安裝在地下，使得從地面上看不到它。地面上的動力單元 和脈沖星可以在地平面或以下安裝，以維持地形的外觀。雖然已經(jīng)特別參照這些優(yōu)選實施方式詳細描述了本發(fā)明，但其它實施方式可以實 現(xiàn)相同的效果。本發(fā)明的各種變形和修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員將是明顯的，本發(fā)明旨在在隨 附的權(quán)利要求中涵蓋所有這種修改和等同物。通過引用將上文引用的所有參考文獻、申請、 專利和公開文本的全部公開內(nèi)容合并于此。
權(quán)利要求
1.一種用于從通向生產(chǎn)區(qū)域和通向處置區(qū)域的鉆井移除生產(chǎn)流體的方法，該方法包括 下述步驟隔開生產(chǎn)區(qū)域和處置區(qū)域；在活塞沖程期間將生產(chǎn)流體從生產(chǎn)區(qū)域推向生產(chǎn)系統(tǒng)；以及 在活塞的同一沖程期間將處置流體推入處置區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中隔開生產(chǎn)區(qū)域和處置區(qū)域由封隔器提供。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括系統(tǒng)地反沖洗生產(chǎn)流體的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中反沖洗步驟利用篩濾器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括調(diào)整處置和生產(chǎn)比率的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述調(diào)整基于箱中的處置流體的體積。
7.一種用于從通向生產(chǎn)區(qū)域和處置區(qū)域的鉆井移除生產(chǎn)流體的設(shè)備，該設(shè)備包括 封隔器，用于將所述生產(chǎn)區(qū)域與所述處置區(qū)域隔開；活塞，其中在所述活塞的沖程期間，所述活塞將生產(chǎn)流體從所述生產(chǎn)區(qū)域推向生產(chǎn)系 統(tǒng)；并且其中在所述活塞的同一沖程期間，所述活塞將處置流體推入所述處置區(qū)域中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，還包括用于反沖洗生產(chǎn)流體的篩濾器。
9.一種用于從鉆井移除流體的方法，該方法包括下述步驟 將井下裝置至少部分地設(shè)置在鉆井中；沿第一方向推動井下裝置的活塞并將生產(chǎn)流體從生產(chǎn)區(qū)域推入生產(chǎn)系統(tǒng)中；以及 沿第二方向推動井下裝置的所述活塞并將生產(chǎn)流體從所述生產(chǎn)區(qū)域推入所述生產(chǎn)系 統(tǒng)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中井下裝置的所述活塞往復(fù)運動，以便在所述井下 裝置的每次沖程中生產(chǎn)生產(chǎn)流體。
11.一種用于從鉆井移除流體的系統(tǒng)，包括 井下裝置，至少部分地位于鉆井內(nèi)；活塞，設(shè)置在所述井下裝置中，其中所述活塞被沿第一方向推動，由此將生產(chǎn)流體從生 產(chǎn)區(qū)域推入生產(chǎn)系統(tǒng)中；并且其中所述活塞被沿第二方向推動，由此將生產(chǎn)流體從所述生產(chǎn)區(qū)域推入所述生產(chǎn)系統(tǒng)中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述活塞往復(fù)運動，以便在所述井下裝置的每 次沖程中生產(chǎn)生產(chǎn)流體。
13.一種用于從鉆井移動流體的方法，包括下述步驟將包括管道和一個或多個活塞的井下裝置至少部分地設(shè)置在鉆井內(nèi)； 施加動力液，該動力液使所述一個或多個活塞在井下裝置中移動； 將生產(chǎn)流體推向鉆井的地面；以及將閥設(shè)置在井下裝置上或附近，其中所述閥在所述鉆井的地面處或附近可釋放地啟 動，由此在從所述鉆井移除所述管道時釋放包含在所述管道內(nèi)的動力液，以便在從所述鉆 井移除所述管道時通過所述閥釋放動力液。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述閥為L形閥。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，從所述鉆井移除的管道包括干燥管道。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述井下裝置利用該井下裝置的底部處的座節(jié) 固定在所述鉆井中。
17.一種用于從鉆井移動流體的設(shè)備，包括包括至少部分地設(shè)置在鉆井內(nèi)的管道和一個或多個活塞的井下裝置； 動力液，其中所述動力液使所述一個或多個活塞在所述井下裝置內(nèi)移動； 被移向所述鉆井的地面的生產(chǎn)流體；和閥，設(shè)置在井下裝置上或附近，其中所述閥在從所述鉆井移除所述管道時釋放包含在 所述管道內(nèi)的所述動力液。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述閥為L形閥。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中從所述鉆井移除的所述管道包括干燥管道。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，還包括座節(jié)，其中所述座節(jié)固定在所述井下裝置的 底部處。
全文摘要
本發(fā)明包括井下裝置，該井下裝置包括至少一個活塞并采用動力液從鉆井采出生產(chǎn)流體。
文檔編號E21B43/12GK102076929SQ200980125101
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者尤金·達雷爾·西蒙斯 申請人:尤金·達雷爾·西蒙斯