[發明專利]用于從產氣井中移出液體的方法和裝置

在審

• 申請號: 201180051745.5
• 申請日: 2011-08-26
• 公開（公告）號: CN103314180A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 約瑟夫·M·芬克;理查德·M·賴特
• 申請（專利權）人: CNX天然氣有限公司
• 主分類號: E21B43/34
• 分類號: E21B43/34;E21B43/12
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 樊戎

相關申請的交叉引用

本申請要求2010年8月27日提交的申請號為61/377,716的美國臨時申請的權益，該臨時申請整體在此通過援引的方式并入。

關于聯邦政府贊助的研究或開發的聲明：不適用。

通過光盤提交的材料的援引并入：不適用。

背景技術

技術領域

本發明總體上涉及從烴生產井中開采流體，尤其致力于提供一種盡可能有效地使用井場內部和周圍的空間來聚集天然氣的系統。

相關技術的說明

流體產生于地球表面以下的烴生產層。煤層是烴生產層中的一種。通過鉆井到煤生產層中并收集該生產層中滯留的甲烷氣可以開采出煤層氣(CBM，Coalbed?Methane)。當滯留在所述煤生產層中時，甲烷氣處于壓力之下，因此，當井產生低壓區域時，氣體自然會移至該低壓區域，同樣地，液體(比如水)也會流入該低壓區域。

液體的移出

積聚的液體必須被移出，以使氣體能夠從井中連續流出。在一個典型的泵系布置中，液體通過管道被抽至地面，該管道從設于井底部的井下泵延伸至地面。氣體通過環形物(即井和管道之間的空間)從井中流出。一旦到達地面，液體必須從井場移出。目前存在兩種移出液體的方法。

通過卡車移出液體

一種收集和處理液體的方法，是將流體直接從井中抽運到當地的收集罐或者其它儲存設備中。然后，卡車往返于收集罐，以處置所述液體。然而，該方法需要大量人力、可靠的道路以及昂貴的道路維護。卡車的重量以及往返量會損壞到井場的道路以及在去收集設備的途中這些卡車必須行駛的任何道路。當地社區通常要求天然氣生產商支付道路維護費。流體收集和運輸在路上的花費和責任很大，并且在社區內可能是不受歡迎的。在冬天，冰雪可能會導致惡劣的路況，這使得卡車很難駛入或駛出井場。

通過管道移出液體

移出液體的第二種方法是安裝管道，當液體離開井時進入該管道。該管道可以從井場延伸到收集設備。傳統地，泵起重機和/或井下泵是用來推動所述液體通過管道的機構，因為它具有的正向位移能力遠大于僅僅將流體帶到地面所需的能力。過量的壓迫能力能夠被該機構用來推動液體通過管道網絡到達中心收集設備。然而，使用泵起重機迫使液體通過管道的缺點是泵起重機會在所述管道中導致壓力波動或者水擊作用。因此，需要使用較大直徑的管道來適應這種短期波動，該管道的直徑大于相同量的液體以基本不變的流量通過管道時所需的管道的直徑。

氣體/液體混合物導致的問題

由井帶到地面的流體通常包含液體成分和氣體成分。該氣體成分的存在會增加一些附加問題，這些問題通過傳統的氣液分離和移出方法不能完全解決。當所述流體直接抽運到管道而不進行傳統的氣液分離時，液體中夾帶的氣體通常會流失掉。該問題在一種被稱為超量抽取的情況下進一步復雜化。超量抽取在泵將液體從井內移出時過量運行的情況下發生。一旦液體從井內移出而泵持續運轉，會使得氣體從井眼中逸出并被抽運到管道以及液體管道中。氣體在液體管道中的存在還導致難以準確測量從井中移出的液體的體積，因為現在用于測量通過管道的流體的方法不能區分出氣流和液流。

當氣體進入液體管道時，可能會產生氣鎖(air-locking)的情況。氣鎖發生在這樣的情況下，氣體在所述管道的最高處聚集，并且造成液流的徹底或部分堵塞。聚集的氣體可以是從液體中分離出來的氣體，也可以是當井超量抽取時產生的氣體。當氣鎖形成，液體將不能被推過該氣體堵塞。隨著泵繼續試著驅使液體通過該氣體堵塞，在該堵塞前的管道中的壓力降持續增加。當該壓力達到超過管道的最大承受力時，會發生破裂。管道破裂是很難診斷和定位的。此外，破裂在兩方面費用很高，一是修理損壞的設備，二是清理從破裂的管道中泄露的液體對環境的損害。

除了管道破裂的風險，泵起重機還會對井口自身和井口周圍的填料造成壓力。泵起重機通常與井下泵通過鋼拉桿連接，該鋼拉桿在整個井的深度延伸。與地面的泵起重機連接的桿被稱為光桿，因為它具有光滑而光亮的表面。井口處的密封材料能夠在保持管道中的水的壓力的情況下，使得該光桿能夠在井中上下移動。填料必須經常監視，因為它常常會泄漏，因而不得不頻繁更換。事實上，與填料泄漏相關的泄漏即便不是不可能消除的，也是很難消除的。

寒冷的天氣

與現有的儲存、移出和運輸井場中開采出的液體(比如水)的方法相關的另一個問題是：液體在寒冷的天氣中可能凍結的危險。凍結的水會限制井產量，還會使管道破裂，進而導致井口泄漏。

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