适于高压井生产的井底双生产节流阀的制作方法

专利名称：适于高压井生产的井底双生产节流阀的制作方法
技术领域：
本发明的技术领域为适于深水井生产的节流阀，尤其其涉及适于高压(HP)油和气井生产的节流阀。
背景技术：
对墨西哥港湾和北海中高压油和烃类气体转化的近期研究表现出对海底生产控制的挑战，原因在于初期遇到的井压非常高但是后期随着时间推移预期明显下降。
当前利用安装于海底生产树上的单个海底生产节流器获得对压力和流速的控制。但是，由于HP井中越过生产节流器的高压可高达5000至6000psi，由于在节流器调节处的严峻操作条件，节流器可能会快速弱化或甚至出现故障。在美国专利US4, 589， 493中描述了示例性的海底节流阀，该篇文献结合于此作为参考，并且在美国专利US6，701， 958中示出了一些改进以便减小与离开位置附近的产品流动性能相关的至少一些难题。由于生产流除了气体和原油之外还包含颗粒物质，在相对高压下的操作通常会由于机械磨损而严重降低节流阀的使用寿命。
通过利用磁盘组可改进抗磨损性能，在磁盘组中多个盘限定三维的曲折路径，通过该路径供应高压流体。实例为在美国专利US4， 938，450和W02007/074342中公开的这种节流阀。虽然这种节流阀明显改善抗磨损性能和气穴现象，但是仍存在一些问题。主要的是利用这种节流阀通常难于控制较大压差。可选的，高压流体可通过一系列同心套管供应，上述套管通过具有套管开孔而限定流动路径，其中套管可相对于彼此转动，从而使得流动路径变窄或变宽。这种节流阀的代表性实例在美国专利申请US5，018， 703中有所描述。在其它已知构造中以及在为了降低磨损和压力副作用的进一步尝试中，可以径向方式导引流体，并且通过折流板改变方向，如在美国专利US6，105，614中所述的那样。但是，由于之前在节流阀中存在较大压差，因此难于利用这种已知的装置进行控制。在早期生产的高压油和气体场中的压差估计通常为6000psi左右或甚至更高，但是之后预期随着时间推移实质上会降低。利用目前已知技术难于以安全和经济的方式处理这种预期的压力梯度。除了其它原因之外，当目前的生产节流器处于关闭位置处或其附近时，节流器可具有lGMP,psi"的流动系数Cv，其相应于每天3000BBL的流体流速。但是，生产井在后期生产中将需要非常高的Cv以便补偿更低的井压。因此，理想的节流阀应该在井生产初期应该具有低的Cv，而在后期井生产中具有高的Cv，以便可在不以高成本介入或更换节流器的情况下足以对生产进行控制。不幸的是，虽然建议宽范围的Cv值，但是还没有开发出商业和技术上可行的宽范围的Cv值。
为了克服具有宽范围Cv的上述问题，提出使用顶部的节流器与海底节流器组合。虽然将海底生产节流器与顶部的节流器组合有利地提供了Cv的变宽控制，但是产生了若干新问题。例如，这种构造需要在生产容器上配置高压流动管线，在设备出现故障时，上述具有显著的危险性。可选的，也提出可将第二节流器安装于生产平台或安装于海底立管基部处。虽然这种构造将减小在节流器处操作条件下的严峻性，但是接着海底流动管线必须供给高压，使得该方案增加了危险性和成本费用。在设备出现故障的情况下，平台和生产平台附近或其上的人员的实质上的危险性会更严重。此外，由于存在形成氢氧化物和堵塞的更高危险性，流动管线中的高压将实质上造成对保证流动的挑战。
已知适于井下应用的多个节流器构造，其中每一节流器进行单独控制，并且其中节流器平行设置，如在申请号为2007 / 0163774的美国专利中所述的那样。如在W099 / 47788中所述的那样，适于这种井底的多个节流器装置的控制系统通常以液电方式进行。但是，主要使用这种构造的节流器来隔离井内的区域，例如以便降低或防止在生产线中吸入水。结果，这种节流器将以开/关方式操作并且通常不允许对流动进行控制。
因此，由于在本领域内已知控制生产井的无数构造和方法，但是所有或几乎所有的构造和方法具有一个或多个缺陷。因此，仍需要提供控制生产井的改进构造和方法。

发明内容
本发明涉及适于控制海底井生产的构造和方法，并且尤其涉及适于控制高压海底井生产。在优选方面，至少两个生产节流器流体流通和串联地耦联到井口，其中至少一个生产节流器耦联到生产树。这样，预期构造有利地允许以宽范围的流动系数在宽范围的压力下获得实质上的压降。
在本发明主题的一方面，海底生产组合件包括第一生产节流器，其流体流通和串联地耦联到第二生产节流器，其中笫 一生产节流器将来自海底井的烃类流压力从井压下降到减小的压力，并且其中第二生产节流器将烃类流的压力从减小的压力下降到立管压力。更优选的，第一和第二生产节流莽在井口处或井口的下游和立管基部上游的位置中流体流通地耦联到井口。
依赖于特定的生产需求，第一和第二生产节流器可耦联到生产树，或者第一生产节流器耦联到生产树，而第二生产节流器耦联到海底管线
终端装置(例如，PLEM，PLET)、井短接线或流动管线短接线。更具体的，在此预期的构造尤其有利，井压和立管压力之间的压差大于4500psi或5500psi，以及甚至更高。这样，应该意识到第一和第二海底生产节流器的入口之间的压差(以及在第二节流器和立管的入口之间的压差)小于4000psi，并且更具体小于2500psi，并且由于上述显著降低生产节流器上的磨损。作为另一优势，应该认识到预期构造将提供在1.2和0. 05GMP*psi° 5之间的Cv组合范围，并且更具体在1. 0和0. lGMP*psi°5之间。
由此，在本发明主题的另一方面，控制海底位置中的烃类产品流的方法包括将第一和第二生产节流器在井口处或井口下游和立管基部上游的位置中流体连通地耦联到井口，其中第一生产节流器构造成将来自海底井的烃类产品流的压力从井压下降到减小的压力，并且其中第二生产节流器构造成将烃类产品流的压力从减小的压力下降到立管压力。相对于上述方法的特定构造和优势，对于上述应用的海底组合件提供相同的考虑。
从本发明优选实施例的下述详细说明将更明了本发明的各个目的、特征、方面和优势。
具体实施例方式
本发明人发现可以相对简单和经济的方式获得对高压(HP)井的有效生产井的控制，其中两个(或甚至更多)的海底生产节流器位于井口附近。应该注意在此预期的生产节流器明确地将井底节流器排除在外。更优选的，第一和第二井底生产节流器串联操作，这样井口和立管之间
的压差在至少两个节流器处对半均分。因此，甚至在具有超过5000psi井口压力的高压井中，越过每一节流阀的压差显著降低。
因此应该意识到适于上述构造中的节流器调节的流动条件显著改善，这样实质上延长生产节流器的使用寿命。此外，当与使用海底节流器和顶部的节流器的构造相比时，操作过程中的流动管线内的压力明显低。这样，形成在流动管线中的氢氧化物堵塞的危险性实质上降低。从不同方面看，预期的构造和方法允许生产节流器组合件具有不寻常的宽范围流动系数，上述是特别希望的，其中井压在初始时非常高，然后下降到中等水平以及甚至更低水平。
这些和其它优势将改善经济性(例如，由于减少介入更换节流器)、生产时间以及进一步降低出现故障时对人员和设备的危险性。还应该注意具有串联的两个海底节流器的预期构造将不需要专门或新的技术，而是可应用当前的节流器技术。此外，尤其在井口处或井口附近中操作之处使用连续的海底生产节流器将在海底井的整个生产寿命中便利于操作。
因此，在特定优选的构造中，海底生产组合件将包括流体连通并且串联耦联到第二生产节流器的第一生产节流器。更具体的，第一生产节流器构造成将烃类流的压力从井压或井压左右的压力降低到减小的压力，并且第二生产节流器构造成进一步将烃类流的压力从减小的压力降低到立管压力。在另一特定优选的方面，第一和第二生产节流器在井口处或井口下游但是在立管基部上游的位置中流体连通地耦联到井口 。如在此使用的，与数字相关的术语"大约"指示在绝对值之下20%起到绝对值之上20%的数字范围，包括绝对值之上和之下20%的数字。例如，术语"大约5000psig"指示4000psig到6000psig的范围。
虽然通常预期第一和第二生产节流器的位置可显著变化，优选的是节流器安装在位于海底处的装置上。因此，并且除了其它选项之外，预期第一节流器安装在生产树上。然后将笫二节流器与第一节流器串联安装在同一树上和第一节流器的下游，以便接收压力降低的流。可选的，第二节流器还可安装在立管的上游位置中，并且更优选安装在立管基部的上游位置中。因此，第二生产节流器的合适位置包括生产管汇、流动管线终端模板/管汇(FLEM)。但是，甚至更多优选的位置包括树，井跳动器，流动管线短接线，和/或管线终端装置(例如，管线终端(PLET)或管线终端管汇(PLEM)。
相对于第一和第二生产节流器参数的选择，应该意识到特定组的参数将通常依赖于特定井条件。但是，通常可以预期对第一和第二生产节流器进行选择，这样井口压力和立管压力之间的压差大约相等地对半均分。例如，在井口压力为大约6000psi以及立管压力大约为1000psi之处，预期第一生产节流器构造成将压力从6000psi降低到大约3500psi，以及第二生产节流器构造成将压力从大约3500psi降低到大约1000psi。但是，应该意识到还可执行多于两个串联的操作节流器。此外，预期压差没必要对半均分，并且此外其它压差也认为是合适的。例如，利用上述实例，预期第一节流器构造成将压力从6000psi降低到大约4500psi，以及第二节流器构造成将压力从大约4500psi降低到大约1000psi。
通常，井压和立管压力之间的压差优选大于3000psi，更优选大于4500psi,以及最优选大于5500psi。因此，第一和第二海底生产节流器的入口之间的预期压差优选小于4000psi，以及甚至更优选小于2500psi。依赖于特定节流器构造、井压和立管压力，通常对第一和第二生产节流器进行选择，这样节流器组合的流动系数在大约1. 5和0. 01GMP*psi°5之间，更优选在1, 2和0. 05GMP*psi° 5之间，以及最优选在l. 0和0. lGMP*psi° 5之间。
此外在另 一预期方面，可提供流体连通并且串联耦联到第 一生产节流器的第 一备用节流器，以及可提供流体连通并且串联耦联到第二生产节流器的第二备用节流器。在这种构造中， 一个生产节流器可运行，而另 一节流器可进行更换或另外维修。
尤其应该认识到所有已知和商购到的海底生产节流器在此都认为是适用的，并且节流器的具体选择将主要依赖于生产体积和压力。因此，合适的生产节流器包括其中磁盘组为产品提供曲折路径的那些节流器，包括其中 一 系列套管限定流动路径的那些节流器，以及尤其包括那些设计成在长期的运行阶段中表现出改善的抗磨损性能的那些节流器。优选利用本领域内众所周知的方式操作生产节流器，因此包括液压、风力以及电致动，所有上述优选通过顶部的计算机或其它指挥平台进行控制。
因此，在海底位置控制烃类产品流的方法包括将第一和第二生产节流器在井口处或井口下游和立管基部上游的位置中流体连通地耦联到井口，其中第一生产节流器构造成将来自海底井的烃类产品流压力从井压下降到减小的压力，并且其中第二生产节流器构造成将烃类产品流压力从减小的压力下降到立管压力。最优选的，第一和第二生产节流器耦联到生产树，或者笫二生产节流器耦联到选自于由海底管线终端装置、井短接线或者流动管线短接线构成组的装置。相对于另外的构造和方面，对于上述应用提供相同的考虑。
这样，公开了 HP生产的具体实施例和应用。但是对于本领域的那些
脱离本发明的理念。因此，本发明的主题并不将本公开内容的精神排除在外。此外，在解释说明书和预期的权利要求的过程中，所有术语应该解释为与上下文一致的可能的广义方式。具体的，术语"包括"和"由……构成"应该解释为以非排他性地指代元件、组件、或步骤，指代可存在的参照元件、组件或步骤，或与非特意参照的其它元件、组件或步骤一起使用或与非特意参照的其它元件、组件或步骤进行组合。此外，在使用参照的定义或术语之处，通过参考结合于此的元件、组件或步骤可能与提供于此的定义不一致或相反，此时应用提供于此的该术语的定义，以及不应用参照的术语定义。
权利要求
1.海底生产组合件，包括第一生产节流器，其流体流通和串联地耦联到第二生产节流器；其中第一生产节流器构造成将来自海底井的烃类流压力从井压下降到减小的压力；其中第二生产节流器构造成将烃类流的压力从减小的压力下降到立管压力；以及其中第一和第二生产节流器在井口处或井口下游和立管基部上游的位置中流体流通地耦联到井口。
2. 根据权利要求1所述的海底生产组合件，其中第一和第二生产节 流器耦联到生产树。
3. 根据权利要求l所述的海底生产组合件，其中第一生产节流器耦 联到生产树，并且其中第二生产节流器耦联到选自于由海底管线终端装 置、井短接线以及流动管线短接线构成组的装置。
4. 根据权利要求3所述的海底生产组合件，其中海底管线终端装置 是管线终端或管线终端管汇。
5. 根据权利要求l所述的海底生产组合件，其中井压和立管压力之 间的压差大于4500psi。
6. 根据权利要求l所述的海底生产组合件，其中井压和立管压力之 间的压差大于5500psi。
7. 根据权利要求l所述的海底生产组合件，其中第一和第二海底生 产节流器入口之间的压差大于4000psi。
8. 根据权利要求1所述的海底生产组合件，其中第一和第二海底生 产节流器入口之间的压差大于2500psi。
9. 根据权利要求l所述的海底生产组合件，其中第一和第二生产节 流器具有在1. 2到0. 05GMP*psi° 5之间的组合流动系数范围Cv。
10. 根据权利要求l所述的海底生产组合件，其中第一和第二生产 节流器具有在1. 0到0. lGMP*psi° 5之间的组合流动系数范围Cv。
11. 在海底位置控制烃类产品流的方法，包括 将第一和第二生产节流器在井口处或井口下游和立管基部上游的位置中流体连通地耦联到井口 ；其中第一生产节流器构造成将来自海底井的烃类产品流压力从井压下降到减小的压力；以及其中第二生产节流器构造成将烃类产品流压力从减小的压力下降到 立管压力。
12. 根据权利要求ll所述的方法，其中第一和第二生产节流器耦联 到生产树。
13. 根据权利要求11所述的方法，其中第一生产节流器耦联到生产 树，并且其中第二生产节流器耦联到选自于由海底管线终端装置、井短 接线以及流动管线短接线构成组的装置。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中海底管线终端装置是管线终 端或管线终端管汇。
15. 根据权利要求11所述的方法，其中井压和立管压力之间的压差 大于4500psi。
16. 根据权利要求ll所述的方法，其中井压和立管压力之间的压差 大于5500psi。
17. 根据权利要求11所述的方法，其中第一和第二海底生产节流器 入口之间的压差大于4000psi。
18. 根据权利要求ll所述的方法，其中第一和第二海底生产节流器 入口之间的压差大于2500psi。
19. 根据权利要求ll所迷的方法，其中第一和第二生产节流器具有 在1. 2到0. 05GMP*psi° 5之间的组合流动系数范围Cv。
20. 根据权利要求ll所述的方法，其中第一和第二生产节流器具有 在1. 0到0. lGMPwsi"之间的组合流动系数范围Cv。
全文摘要
预期在高压井中适于海底烃类生产的构造和方法，其中通过在井口和立管之间串联的两个节流阀实现对生产的控制。第一生产节流器将压力从井压降低到减小的压力，而第二生产节流器进一步将压力从减小的压力降低到立管压力。第一生产节流器优选耦联到生产树，而第二生产节流器耦联到生产树、海底管线终端装置(例如，PLET或PLEM)、井短接线或流动管线短接线。
文档编号E21B7/12GK101553639SQ200780037108
公开日2009年10月7日 申请日期2007年10月4日 优先权日2006年10月4日
发明者W·蒙 申请人:氟石科技公司