CN101688439B - 具有在内部定位的流量计的采油树 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量装置，该测量装置包括适于可除去地联接到采油树上的结构、可操作地联接到结构上的套筒及至少部分地定位在套筒内的流量计。也公开了一种用来测量来自井的生产的系统，其中，流量测量组件定位在气体分离器组件的下游。

Description

具有在内部定位的流量计的采油树

技术领域

总体而言，本发明涉及油气(oil and gas)生产设备的领域，更具体地说，涉及具有在内部定位的流量计的采油树。

背景技术

在油气井中，生产出的流体常常是气体、油及水的组合。来自井的油气生产通常涉及一系列进口和出口截止阀的使用，这一系列的截止阀通常称作采油树，该采油树定位在井头(wellhead)的上方。非常重要的是要能够精确地计量从这样的井流出的油气的量。已经开发了多相流量计，这些多相流量计能够测量在单个产品流中三个相(油、气体及水)的每一种的流量。然而，当气体的体积百分比(有时称作“气体馏分”)太高时，例如大于97％左右，这样的多相流量计通常就不够精确了。对于此类问题的一种已知解决方案涉及将气体中的一些与产品流分离，由此降低气体馏分。被分离气体流量然后由另外的气体流量计进行测量，而剩余的产品流使用多相流量计测量。在进行测量步骤之后，两个分开的流在上述各流量计的下游再次组合，以便传输到存储或生产设施。在这样一种情形下，来自井的产品流仅为了计量的目的而被分离。

在有多口井情形下，刚才描述的类型的分离计量典型地以两种方式中的一种方式完成。一种方法涉及从所有的井将产品流引导到单个歧管。此后，来自歧管的组合流然后如以上描述的那样被分离和计量。这种技术不允许独立地测量来自每个井的产品流。

另一种方法涉及独立的气体分离器和计量单元的使用，该独立气体分离器和计量单元可在各井之间移动(逐井移动)。使用这种技术，来自具体井的产品流通过气体分离器/计量单元被临时地再引导，以对该流进行测量。尽管这种技术使每个井的产品流量能够被独立地监视，但来自多个井的流量不能被同时独立地监视。而且，这个后一种技术涉及气体分离器/计量单元的逐井重复地重新定位。

本发明旨在提供用来化解、或至少缓解上述问题的一些或全部的影响的设备和方法。

发明内容

下文提供对所公开的主题的简要描述，以便有助于对本发明公开的主题的一些方面的基本理解。这种概述不是本发明公开的技术的穷尽性的纵览。它并不非于确立本发明的关键的或决定性的元素、或者界定本发明的范围。其唯一目的是以简化的形式呈示出一些概念，作为对于后续的更详细描述的序言。

在一个例示性实施例中，公开了一种测量装置，该测量装置包括适于可除去地联接到采油树上的结构、可操作地联接到结构上的套筒及至少部分地定位在套筒内的流量计。

在另一个例示性实施例中，公开了一种测量装置，该测量装置包括适于可除去地联接到采油树上的树帽、可操作地联接到树帽上的套筒及至少部分地定位在套筒内的流量计，其中，套筒包括：产品流体流出开口，形成在套筒中，在井的正常操作期间在流量计的下游的位置中；和压井流体流入开口，形成在套筒中，在井的正常操作期间在流量计的下游的位置中。

在又一个例示性实施例中，公开了一种用来测量来自井的产品流的系统，该系统包括：气体分离器组件，适于定位在井头上方，并且从井接收产品流，气体分离器组件包括气体分离器装置，该气体分离器装置适于将气体的至少一部分与产品流量分离；流量测量组件，适于定位在气体分离器组件的下游，流量测量组件包括流量测量装置，该流量测量装置适于在产品流已经通过气体分离器组件之后接纳和测量产品流；及短管，包括气体流量计，气体流量计适于接纳和测量由气体分离器装置从产品流分离的气体。

在另外的例示性实施例中，公开了一种用来测量来自井的产品流的装置，该装置包括：气体分离器组件，气体分离器组件包括气体分离器装置，该气体分离器装置适于将气体的至少一部分与产品流量分离；流量测量组件，定位在气体分离器装置的下游，流量测量组件包括流量测量装置，该流量测量装置适于在产品流已经通过气体分离器组件之后接纳和测量产品流；及壳体，适于可释放地联接到在井中的油管悬挂器上，气体分离器组件和流量测量组件可操作地联接到壳体上。

附图说明

本发明通过参考与附图一起进行的如下描述可以理解，在附图中类似附图标记表示类似的元素，并且在附图中：

图1A-1B分别是本发明公开的主题的一个例示性实施例的侧视图和部分剖视图；

图1C-1D分别是本发明公开的测量装置的一个例示性实施例的剖视前视图和后视图；

图2A-2B是一个系统的部分剖视图，该系统包括本发明公开的分离器组件和流量测量组件；及

图3A-3B是另一种系统的部分剖视图，该系统包括分离器组件和流量测量组件，该分离器组件和流量测量组件可以与本发明公开的油管悬挂器一起使用。

尽管可以对本发明公开的主题做出各种形式修改和替换，但其具体实施例通过例子已经表示在图中，并且这里详细地描述。然而，应该理解，具体实施例的描述并非旨在将本发明限于所公开的特定形式，而是相反，本发明应覆盖落在由所附的权利要求书限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等效方式以及替换方式。

具体实施方式

下面描述各个例示性实施例。为了清楚起见，在本说明书中不描述实际实施的所有特征。当然可以认识到，在任何这样的实际实施例的开发中，必须进行多种具体的实施决策，以实现开发者的具体目标，如符合与系统相关的和与商务相关的约束，这些约束根据实施例的不同而不同。而且，可以认识到，这样一种开发努力可能是复杂而耗时的，但无论如何，对于受益于本方面的本领域技术人员而言，仅属于例行的工作。

现在将参照附图描述本主题。这里使用的词汇和短语应该理解和解释成，具有与由本领域的技术人员对这些词汇和短语的理解相一致的意思。术语或短语的特殊定义，也就是说，与由本领域的技术人员所理解的普通和通常意思不同的定义，将不会被本文中一致使用的术语或短语所隐含。如果术语或短语需要具有特殊涵义(即除了由本领域的技术人员理解的涵义之外的涵义)，这样一种特殊定义将在说明书中以定义的方式特意地加以限定，该定义的方式直接而毫不模糊地提供用于术语或短语的特殊定义。

图1A-1B示出一种例示性系统10，其中可以采用所公开的测量系统的一个实施例。如这里表示的那样，示意示出的采油树14可操作地联接到井头12上，从而来自井的产品流体将流过采油树14。如由本领域的技术人员在阅读本发明之后将认识到的那样，本发明公开的主题可以用于水下或地面井、以及任何类型的采油树14(例如水平的或竖直的)。而且，相信术语“采油树”对于本领域的技术人员，良好地理解成包括多个阀的结构或本体，这些阀用来控制来自油井或气井的产品。

总体而言，采油树14包括本体16、帽18及多个阀20。阀20的准确布置可以依据具体用途而变。在所示的例子中，树14包括下部主阀20a、上部主阀20b、抽汲(swab)阀20c、产品翼(production wing)阀20d及压井翼(kill wing)阀20e。总体而言，在操作中，来自井的产品流流经在树14中的内部产品通道22(见图1B)，并且在由箭头24指示的方向上流经产品翼阀20d。在各个时刻，各种流体可以被引导通过压井翼阀20e，如由箭头26指示的那样。这样的流体为了各种目的引入到井中，例如为了压井。

树14可以使用各种已知技术，例如夹持或螺栓固定连接，联接到井头12上。另外，其它元件(未示出)，如油管头和/或适配器，可以定位在树14与井头12之间。因而，示意性地示出的树14和井头12的例示性布置不应被视为对本发明的限制。

图1C-1D分别是一种例示性测量组件30的剖视图和后视图，该例示性测量组件30一般包括套筒32、开口34和36、分流器(diverter)或管塞40、及测量装置50，该套筒32联接到树帽18上。开口34适于与产品翼阀20d对准，而开口36适于与压井翼阀20e对准。孔38提供在树帽18中，并且带螺纹的电子帽37螺纹联接到树帽18上。密封件38a(例如O形圈型密封件)设置在电子帽37与孔38之间，以建立耐压(pressure-tight)密封。分流器40可以设置多个密封件42，以基本防止在管塞40上方的产品流体的流动。也可以提供一个或多个密封件44，以限定在套筒32的外径与树14的产品通道22的内径之间的密封。见图1B。密封件44提供用以防止或限制可能旁路通过测量装置50的产品流体的量。因而，密封件44不建立在套筒32与在树14中的产品通道22的内径之间的压力密封。类似地，与管塞40相邻的密封件42不建立在管塞40与套筒32的内径之间的耐压密封。

如图1D中所示，多个凹槽53、54及55形成(例如通过铣削)在套筒32的后侧中。槽53、54及55适于接纳例如0.25″的管子。标准管接头51可以用来将管子的一端固定到测量系统50上。类似地，标准管接头41用来将管子密封地连接到电子帽37上。套筒32还设有多个开口57，从而管子可以在分流器40上方拐入套筒32的内部。在图1D中，示出了三根例示性的管线，该数量可以依据具体用途而变化。管子可以用于各种目的，例如用于电气布线的导管，用于差压读数、等等。

在图1C和1D中示出的元件可以由各种材料制成，例如不锈钢、碳钢、等等。套筒32的厚度将基于由在给定的井中已知的平均流量和井孔压力所决定的文丘里几何要求而变化。在一个例子中，套筒32可以具有近似1/16-1英寸的厚度。

测量装置50可以包括各种已知测量设备或装置，例如多相流量计、涡流气体流量计、分离器等等。测量装置50可以使用各种已知技术，例如螺纹连接、销连接、卡环、等等，固定在套筒32内。这里示出的密封件42、44可以由足以防止或限制在预期操作条件下产品流体的旁路通过的任何材料制成。测量装置50可以包括从各种不同的类型的现成测量装置中取得的各种内部元件。

在正常操作中，测量组件30定位在树14的产品通道22中。此后，来自井的产品流被引导出在套筒32中的开口34，并且在由箭头24指示的方向上被引导通过产品翼阀20d。如果需要，通过关闭阀20a、20b的至少一个以及将树帽18与树14脱开，可以将测量组件30从树14的产品通路22除去。此后，传统树帽(未示出)可以联接到树14上。测量装置50测量通过树14的产品通路22的产品流体的流量。因而，使用本发明公开的测量组件30，每个井可以设有其自己的在内部定位的测量装置，以测量来自该井的流量。流量测量可以在连续或定期基础上进行。

图2A示出一个实施例，其中分离器组件100和测量组件130串联地安装定位在井头112与树150之间。当然，在图2A中示出的例示性排列可以依据具体用途而变化。例如，一个或多个另外元件，例如适配器、油管头、等等，可以定位在图2A中示出的元件的一个或多个之间。在图2A中示出的各种元件可以使用任何另外的技术，例如螺栓、夹具、等等，可操作地彼此联接。也在图2A中示出的是产品管113，来自井的产品流体将流过该产品管113。在一个例子中，分离器装置106可以包括来自CDS串联分离器或其它类型的分离器装置的内部零件。

分离器组件100包括本体102、产品通路104、定位在产品通路104内的分离器装置106、及分立(separated)气体通路108。如在这个例示性例子中表示的那样，产品通路104大体与产品管113对准。分离器装置106可以是任何类型的分离器装置，由此在产品流体中的气体的一部分可以被分离，并且被导向到分立气体通路108。例如，分离器装置可以包括一个或多个旋流元件，这些旋流元件适于使产品流体旋转或转动，由此倾向于使得在产品流中的气体和液体相分离。分离器装置106可以使用各种已知技术固定在孔104内，例如在油管串的顶部处的短管(spool)中设置一分离套筒，将整个分离装置包含在内。

流量测量组件130可操作地联接和定位在分离器组件100的下游。流量测量组件130包括产品通路134、定位在产品通路134内的测量装置136、及分立气体通路138。在分离器组件100中的分立气体通路108的出口108a适于可操作地联接到在流量测量组件130中的分立气体通路138的入口138a上。在这里示出的例示性例子中，产品通路134大体上与产品通路104对准。类似地，在流量测量组件130中定位的分立气体通路138大体与分立气体通路108对准。测量装置106可以是任何类型的多相流量计，在气体中的一部分通过使用分离器装置106而已经与产品流分离之后，该多相流量计能够准确地测量产品流中的气体和/或液体成分。测量装置136可以使用各种已知技术固定在产品通路134内，例如设置在设计成测量短管的肩部上、等等。

树150还包括产品通路154、分立气体通路158、产品翼阀160及备用产品翼阀161。在流量测量组件130中的分立气体通路138的出口138b适于可操作地联接到在树150中的分立气体通路158的进口158a上。在树150中的分立气体通路158与管环路151流体连通，该管环路151具有定位在其中的分立气体阈155和气体流量计152。气体流量计152可以是传统单相类型的气体流量计，该气体流量计足以测量流过环路151的气体量。在点159处，流过通路158的被分离气体穿过分立气体阈155并穿过气体流量计152向外流动，如由箭头163指示的那样。在点157处，被分离气体与流过产品通路134和154的产品流体重新结合，并且通过阀161向外被导向到产品流线路156。

图2B描绘分离组件100、流量测量组件130及树150的又一个例示性实施例。油管头170和油管头适配器171也示意地描绘在图2B中。如以前那样，各种元件作为例子被提供，因为这样的元件的准确数量和位置可以依据用途而变化。另外，在图2B中示出的各种元件可以使用各种已知技术的任一种(例如夹具、螺栓、等等)彼此联接。分离组件100包括气体分离装置106和气体出口107。在这个实施例中，气体分离装置106包括旋流元件109和气体收集装置111，例如锥体。这样的气体分离装置的结构对于本领域的技术人员是熟知的。

流量测量组件130包括测量装置136，该测量装置136可以是例如多相流量计。多个通孔131延伸过流量测量组件130的本体133，以允许来自测量装置136的数据传输到接收装置，如计算机(未示出)。

树150按照传统构造包括下部主阀190、上部主阀191及产品翼阀192。在图2B中示出的系统还包括短管151，该短管151具有定位在其中的气体流量计152。气体流量计152适于测量从气体出口107流过短管151的被分离气体的量，并且将这样的测量数据提供给接收装置，例如计算机(未示出)。流过环路151的被分离气体最终在产品翼阀192的下游的点194处与通过树150的产品流重新结合。

图3A-3B示出了在油气井中可以采用的测量装置300的又一个例示性实施例。如这里表示的那样，装置300包括壳体333、可接合电气接头334、可致动夹持或止动机构335、及以前描述的气体分离器装置106和测量装置136。在图3A中示出的各种元件可以使用各种技术彼此联接。在示出的例示性例子中，测量装置136螺纹联接到壳体333上，并且气体分离器装置106经内螺纹轴环339螺纹联接到测量装置136上。多根电线340从测量装置136延伸到可接合电气连接器334，例如多针连接器。

气体分离器装置106还包括气体流出开口336，例如1/2″直径的开口，以及多个压力平衡开口337a、337b。测量装置136还包括多个压力平衡开口338a、338b，以及用来监视在测量装置136内的压差的开口341a、341b。多个密封件342提供在气体分离器装置106和测量装置136中的上述通孔周围的各种位置处。

如图3B中所示，装置300适于设置在油管悬挂器350中，该油管悬挂器350定位在井内。除关于各种细节这里描述的之外，油管悬挂器350可以具有传统构造。按照传统实践，产品管360螺纹联接到油管悬挂器350上。气体出口359，例如1/2″开口，形成在产品管360中，从而它与气体分离器装置106的气体出口336流体连通。管354，例如1/2″管，借助于接头356而被采用，以提供在气体出口359与油管悬挂器350的底部之间的流动路径。内部分立气体通路351形成在油管悬挂器350中，以容纳被分离气体的流。被分离气体流到传统气体流量计152，由此可以测量被分离气体的流量。

油管悬挂器350还设有内部流动路径362a、362b，这些内部流动路径362a、362b分别与开口341a、341b流体连通。控制管线364a、364b，例如1/4″管，分别与流动路径362a、362b连通。管线364a和364b可操作地联接到差压传感器(未示出)上，以得到所需的差压读数。这样的差压传感器对于本领域的技术人员是熟知的。接头358用来将控制线364a、364b联接到油管悬挂器350上。锁定止动器335适于接合到在油管悬挂器350中形成的轮廓352。在一个例示性例子中，锁定止动器335可以适于接合到在用于背压阀(未示出)的油管悬挂器350中形成的轮廓。锁定止动器335可以是传统构造的，并且使用已知技术(例如液压系统)进行致动。电气连接器368适于可操作地连接到在装置300上的连接器334，从而来自测量装置136的信号可以传输到例如计算机。

在操作中，在将油管悬挂器350和产品管下降到井中之前，进行涉及接头358的使用的各种连接。在将油管悬挂器350设置在井中之后，可以进行在连接器368和334之间的连接。在某些情况下，可能需要或必需的是，使用传统润滑器装置建立这种连接，该传统润滑器装置的结构和操作对于本领域的技术人员是熟知的。通过已知刺入连接型装置也可进行这样的连接。

以上公开的具体实施例仅仅是例示性的，因为本发明可以按对于从这里的讲授获益的本领域的技术人员而言明显不同但是等效的方式修改和实践。例如，可以按不同顺序进行以上叙述的过程步骤。此外，除下面在权利要求书中所描述的之外，对于这里表示的构造或设计的细节并不存在限制。因此显然，以上公开的具体实施例可以变更或修改，并且所有这样的变更落入在本发明的范围和精神内。相应地，本发明所需要的保护范围在权利要求中明确。

Claims (15)

1.一种测量组件，包括：

适于可除去地联接到采油树上的结构；

套筒，可操作地联接到所述结构上；及

流量计，至少部分地定位在所述套筒内，其中，所述套筒适于至少部分地或完全地定位在所述采油树的产品通路内。

2.根据权利要求1所述的测量组件，其中，所述结构是树帽。

3.根据权利要求1所述的测量组件，其中，所述套筒还包括产品流体流出开口，该产品流体流出开口形成在所述套筒中，在井的正常操作期间处于在所述流量计的下游的位置。

4.根据权利要求1所述的测量组件，其中，所述套筒还包括压井流体流入开口，该压井流体流入开口形成在所述套筒中，在井的正常操作期间处于在所述流量计的下游的位置。

5.根据权利要求1所述的测量组件，其中，所述套筒还包括产品流体流出开口，该产品流体流出开口形成在所述套筒中，在井的正常操作期间处于在所述流量计的下游的位置；所述套筒还包括压井流体流入开口，该压井流体流入开口形成在所述套筒中，在井的正常操作期间处于在所述流量计的下游的位置。

6.根据权利要求1或5所述的测量组件，其中，所述结构还包括孔和电子帽，该电子帽与所述孔密封地接合。

7.根据权利要求6所述的测量组件，还包括在所述电子帽中的至少一个开口，该开口适于在其中接纳用于传输测量信号的导管。

8.根据权利要求1或5所述的测量组件，其中，所述流量计是多相流量计。

9.根据权利要求1所述的测量组件，其中，所述套筒适于直接定位在所述采油树的所述产品通路的下方。

10.根据权利要求1或5所述的测量组件，还包括在所述套筒内在所述流量计上方定位的分流器。

11.根据权利要求10所述的测量组件，其中，所述分流器是管塞。

12.根据权利要求1所述的测量组件，其中，所述套筒还包括在所述套筒的外表面中的至少一个凹口，该凹口适于接纳定位在其中的、用于传输测量信号的导管。

13.根据权利要求5所述的测量组件，其中，所述套筒还包括在所述套筒的外表面中的至少一个凹口，该凹口适于接纳定位在其中的、用于传输测量信号的导管。

14.根据权利要求12或13所述的测量组件，其中，所述导管包括管子。

15.根据权利要求5所述的测量组件，还包括一个或多个密封件，用于在所述套筒的外径和所述采油树的产品通路的内径之间提供密封。

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