用于将处理流体注入井眼中的注入阀制造技术

本实用新型专利技术提供了用于将处理流体注入井眼中的注入阀。所述注入阀包括：缸体，所述缸体包括流体入口、至少一个侧向流体出口和内缸膛，所述内缸膛提供了从流体入口朝向流体出口的流体通道。活塞构件能够运动地布置在内缸膛内且能够在闭合位置和打开位置之间运动，其中在闭合位置中，活塞构件堵塞从流体入口朝向流体出口的流体流动，其中在打开位置中，活塞构件允许流体从流体入口流至流体出口。活塞可以由弹簧激发。迷宫式密封段设置用于密封活塞构件与缸体的内表面之间的环形空间，所述迷宫式密封段包括多条周向槽。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术涉及一种用于将处理流体注入钻孔中的阀和方法。钻孔例如是用于开采烃(油气)的井眼。
技术介绍
在烃生产的第一阶段，也称作一次开采，储层压力远远高于井眼内部的井底压力。这种高自然压差驱动烃朝向井眼并且向上升到地表。为了降低井底压力或增大压差以增大烃生产量，可以使用人工升举系统。一次开采阶段在储层压力已经降低到开采率不再具有经济效益的水平时抵达其极限。在一次开采期间，仅仅产出原始烃地质储量的较小的百分比。例如，就油或气储层而言大约10％至20％。烃生产的第二阶段称作二次开采，在此期间，诸如水或气体的外部流体通过与生产井流体连通的一口或多口注入井被注入到储层中。因此，储层压力可在较长时期内保持处于较高水平并且烃可朝向井眼移动。二次开采阶段在从生产井大量产出注入流体并且生产不再具有经济效益时达到极限。在气储层中相继使用一次开采和二次开采可以生产例如油或气地质储量的大约30％至45％。提高油采收率(EOR)或提高天然气采收率指的是用于增加可从储层中提取的烃的量的技术。提高油采收率(EOR)或提高天然气采收率有时称作三次开采，因为通常其在二次开采之后实施，但是其也可以在烃储层的生产周期内的任何时间实施。可以通过将处理流体注入到烃生产井眼中来实现提高油采收率(EOR)或提高天然气采收率。当天然气在正在产气井中流入的地表时，如果天然气的速度足够高，则天然气将液体运载到地表。高气体速度导致产生雾状流型，在所述雾状流型中，液体细小地分散在气体中。结果，在生产管或生产导管中存在小量液体，从而导致因作用在流动流体上的重力而引起的压降。因为生产管中的气体速度随着时间下降，所以由气运载的液体速度甚至更快地下降。液体在导管壁上的流型致使液体聚集在井的底部，这会减缓或停止气开采。针对这个问题的可行解决方案包括安装速度管柱、注入发泡剂的毛细管管柱或连续或间断将水泵送到地表的泵，以便移除由水产生的静水障碍。惯例是使用称作柱塞的装置来举升液体。投入市场的改进的电动泵可以增强技术的效力。相同的理念还可以在油井处于生产结束期时应用于油井。在这种情况中，储层压力下降到一低水平，使得其不能将油/水柱的重量举升到地表。通过在特定点将气体(诸如氮气)注入井眼中，流体柱的密度可够减小至使得储层压力能够再次将流体举升到表面的值。因为多种烃生产井眼现在接近它们的二次开采期末期或已经经历了二次开采阶段，所以提高油采收率(EOR)或提高天然气采收率变得日益重要，以保持生产能力和延长井的生产寿命。结果，通常更加期望将处理流体或泡沫注入井眼中。仅仅在荷兰，气井中的液体负荷当前影响大约3.5MMm3/天的产气能力。连同其它解决方案，当前正施用化学发泡剂来解决这个问题。正在以成批模式或连续模式施加泡沫。泡沫储器和泵位于地表高度处。泵的容积受控并且准确地给予泡沫。外径例如为1/4”的毛细窄管顺着生产管进入到井眼的底部。气井通常可以偏离竖直方向。因此，关于毛细管有两段。沿着井孔的深度(AHD)是毛细管的绝对长度，而绝对竖直的深度(TVD)是相对于地表的垂直深度。在倾斜井眼中，TVD通常小于AHD。加载液体的井眼的流动井底压力(FBHP)典型地介于10bar和100bar之间。毛细管中的液体产生了一液柱，所述液柱提供了对应于井眼的深度(TVD)的某一压力。在TVD为3km的井眼中，毛细管的井底端部处的液柱的压力可以为大约300bar。这种压力针对更深的井眼而言可更高。毛细管的额定压力例如为10,000psi(690bar)。调压阀施加在毛细管的井底端部处。在没有设置这种阀的情况下，液柱将致使毛细管中的压力恰好超过泵，以便如果泵停止时则降低到低于发泡剂的蒸发压力。发泡剂蒸发，留下化学物质的固体残渣，这可能堵塞毛细管。很多井眼设置有在地表控制的地下安全阀(SC-SSSV)。在保持通过毛细管柱注入发泡剂的同时保持SC-SSSV功能的能力需要研发新的设备以及修改现有设备。一个选项是由本申请人研发的一种方法，该方法使用用于流体注入的现有SC-SSSV液压控制系统。这种方法因此涉及修改安全阀设备并且使用其进行泡沫注入。对于离岸应用而言，本申请人研发了一种类似方法。两种方法都需要一个或两个化学背压阀。利用永久安装的流体注入管柱的当前经验表明：所需的背压阀组件常常是整个系统中的最薄弱环节并且需要定期且费用非常高的更换操作。因为很多操作(陆上和离岸)在将来将安装多种更多化学注入管柱，关键的是背压阀组件在设定时间间隔期间无误地工作。设定时间间隔可以为至少2年，但是如果井的剩余生命周期可能的话设定时间间隔优选更长。除了入井更换背压阀是一项可能对人员和环境都造成损伤的高风险操作的事实之外，其还产生最低操作成本，例如，至少EUR30,000Euro(陆上)和EUR150,000(离岸)。在更换操作期间，还存在丢失设备的高潜在风险，这将需要非常高昂的附加打捞作业。典型地，平均更换频率为大约六个月。根据安装的系统和故障机构，与没有生产的井(延期)有关的成本通常相对高。为了使得永久安装的泡沫注入系统具有成本效率，平均更换频率优选地为大约2年或更多年。因此，可靠背压阀的设计对于未来无缺陷地输送从液体加载井产出的气(和油)的至关重要。WO2005/045183描述了一种用于将处理流体注入到井中的方法和系统。井可以包括在地表控制的地下安全阀(SC-SSV)，所述SC-SSV安装在井眼的生产管中。安全阀典型地通过改变阀控制导管中的流体压力进行控制，所述阀控制导管从井口延伸通过生产管与井眼套管之间的环形空间到达SC-SSV。处理流体注入导管连接到阀控制导管并且在生产管内从安全阀向下悬垂至井的生产区。处理流体注入导管可以是钢导管，所述钢导管具有小于1厘米的外径和一长度，所述长度使得该导管能够抵达生产区。该长度例如为1km至3km。在实践中，处理流体注入导管在其下端处具有处理流体注入阀。处理流体注入阀通常是球座阀。因为处理流体注入阀位于地表下方的相当深的深度处，所以其可承受高工作压力，例如100bar至300bar，有时甚至高达400bar至500bar或更大。在这种高工作压力下，处理流体注入阀不得不在闭合位置与打开位置之间移动，以便精确地计量将处理流体注入到生产区中的注入。另外，处理流体通常含有化学品(诸如，发泡剂)，其可以导致处理流体注入阀结垢和腐蚀。这增加了发生故障的风险(诸如堵塞)并且因此可能对处理流体注入阀的可靠性造成负面影响。US-2010/0096127公开了一种恒流量阀，所述恒流量阀包括：固定套筒，所述固定套筒具有入口和固定口，所述固定口贯穿固定套筒的侧部形成；浮动套筒，所述浮动套筒与固定套筒同轴并且相对于浮动套筒可滑动；浮动口，所述浮动口贯穿浮动套筒的侧部形成并且可与固定口选择性地对准；限流孔板，所述限流孔板位于浮动套筒的端部上并且与浮动口流体连通；和压缩弹簧，所述压缩弹簧在与固定套筒相对的限流孔板侧上与限流孔板接触。当注入流体被引导到入口时，流体流到固定口、通过对准的固定口和浮动口并且通过限流孔板，以便在限流孔板两侧产生压差，所述压差产生了使得浮动套筒滑动远离固定套筒的力。由于浮动口和固定口没有对准，这继而减小了通过流量控制装置的流动面积。减小的流动面积减小了通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将处理流体注入井眼中的注入阀，其特征在于，所述注入阀包括：‑缸体(39)，所述缸体包括流体入口(34)、至少一个侧向的流体出口(41)和内缸膛(40)，所述内缸膛提供了从流体入口朝向流体出口的流体通道；‑活塞构件(43)，所述活塞构件能够在闭合位置和打开位置之间运动地布置在所述内缸膛(40)内，其中在所述闭合位置中，所述活塞构件(43)堵塞从所述流体入口朝向所述流体出口的流体流动，并且其中在所述打开位置中，所述活塞构件(43)允许所述流体从所述流体入口(34)流至所述流体出口(41)；和‑迷宫式密封段(120)，所述迷宫式密封段用于至少在所述流体入口(34)和所述流体出口(41)之间密封所述活塞构件与所述缸体的内表面之间的环形空间(102)，所述迷宫式密封段包括多条周向槽(122)；所述迷宫式密封段(120)至少在所述流体入口(34)和所述流体出口(41)之间的长度(L2)上延伸，所述迷宫式密封段(120)延伸的长度为所述流体入口(34)和所述流体出口(41)之间的长度的至少两倍。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.31 EP 13190976.41.一种用于将处理流体注入井眼中的注入阀，其特征在于，所述注入阀包括：-缸体(39)，所述缸体包括流体入口(34)、至少一个侧向的流体出口(41)和内缸膛(40)，所述内缸膛提供了从流体入口朝向流体出口的流体通道；-活塞构件(43)，所述活塞构件能够在闭合位置和打开位置之间运动地布置在所述内缸膛(40)内，其中在所述闭合位置中，所述活塞构件(43)堵塞从所述流体入口朝向所述流体出口的流体流动，并且其中在所述打开位置中，所述活塞构件(43)允许所述流体从所述流体入口(34)流至所述流体出口(41)；和-迷宫式密封段(120)，所述迷宫式密封段用于至少在所述流体入口(34)和所述流体出口(41)之间密封所述活塞构件与所述缸体的内表面之间的环形空间(102)，所述迷宫式密封段包括多条周向槽(122)；所述迷宫式密封段(120)至少在所述流体入口(34)和所述流体出口(41)之间的长度(L2)上延伸，所述迷宫式密封段(120)延伸的长度为所述流体入口(34)和所述流体出口(41)之间的长度的至少两倍。2.根据权利要求1所述的注入阀，其特征在于，所述迷宫式密封段的周向槽布置在所述活塞构件的外表面上。3.根据权利要求1所述的注入阀，其特征在于，所述迷宫式密封段(120...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·卢戈特迈尔，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：新型
国别省市：荷兰;NL