CN102076929A - 液体杆式泵 - Google Patents

Abstract

本发明包括井下装置，该井下装置包括至少一个活塞并采用动力液从钻井采出生产流体。

Description

液体杆式泵

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年6月30日递交的名称为″液体杆式泵″的美国临时专利申请序列号No.61/133,373和2008年11月21日递交的名称为″液体杆式泵″的美国临时专利申请序列号No.61/199,853的优先权和权益，通过引用将其说明书和权利要求合并于此。

技术领域

本发明的各实施方式涉及地下液体的泵送和采出，尤其涉及液压原理的应用，以在不采用抽油杆的情况下便于液体的泵送。

背景技术

目前在石油工业中存在对泵送较深的井、产生更大的体积和能够从斜钻进和弯曲钻井中采出流体的泵的需求。目前的技术不能解决使水升高大于500英尺同时能够将太阳和风应用于动力源的问题。目前在处理不需要的流体的某些领域中在不采用额外的泵装置帮助处理的情况中也存在问题。本发明的各实施方式能够满足上述所有需求，同时还是更加能量有效的。

目前在石油工业中，用于较深的井的主要泵类型依赖于在20世纪初已经在石油工业中使用的抽油机。在向下钻进情况中，较早的技术也已经用来采用流体将压力传递至泵。

对于目前的水平钻孔钻架，抽油机或抽油杆式泵对于这种钻孔类型不是有效的。由于从地面至井下装置的机械连接，抽油机被锁在将行进的某个精确距离，并且在水平位置或在偏斜井中振荡杆时困难。本发明的各实施方式具有在每个泵中改变行程和周期的能力，这消除了杆的磨损，并改善了效率以及降低了下坡泵的磨损。

目前的技术不具有反洗过滤系统，这不允许泵被反洗，因此产生维护问题。

目前的技术还要求整个泵和管道系统被拉出用于维修，并且不具有排出流体的能力，因此这在从孔眼中拔出杆和管道系统时产生潜在的环境问题。

因此，当前存在对下述发明的需求，该发明提供满足工业需求的结构，如对能量效率的需求、水平泵送手段不费力、处理来自一个区域的不需要的流体同时从不同的区域泵送出有价值的流体的能力。当前还存在对能够用太阳和/或风提供动力的泵将流体抬升得比目前可能的高度高的泵的需求。

发明内容

本发明的各实施方式提供了一种泵，其比目前的流体升高技术出色，特别是比抽油杆式泵出色。本发明的各实施方式优选不需要在地面上使用抽油杆或抽油机。各实施方式还需要很少的维护成本，因为它们可以被流体驱动，并且机械部件在它们行进时保持对中；因此，对移动部件的磨损少，特别是对于补偿井。

本发明的一种实施方式可以安装有传统的油田设备，其采用井下装置，包括管道系统，优选约2至5英寸的管道系统，且更优选约2 3/8(2.375)或约2 7/8(2.875)英寸的管道。较小的导管，优选约0.25至2英寸的管道系统，更优选约1英寸或更小的内管径(挠性或刚性管道)插入较大的管道，以形成用于生产开采的环形区域。井下装置优选采用传统的紧公差活塞筒和活塞，并具有向上的不平衡性，这允许井下装置在其不振荡时停在其冲程的顶部。与抽油机不同，这种泵送技术允许井下装置抽吸长-慢冲程或短-快冲程。由于流体驱替构思，井下装置不要求从地面至井下装置的一比一驱替比。

本发明的各实施方式优选比已知的泵提高约40％的能量效率。

本发明的一种实施方式提供了一种改进的泵送系统，其节省能量，重量轻，且比传统的泵送系统要求更少的维护。

本发明的另一种实施方式提供了一种泵系统设计，其从一个地下区域泵送的同时将不需要的流体分配到不同的地下区域。

本发明的又一种实施方式提供了一种反洗过滤系统，其防止传统的过滤器堵塞、密封和泵缺乏流体。

本发明的实施方式优选包括一种泵送系统，其在地面和井下装置之间没有机械运动，支持钻井的倾斜钻进的新兴市场，以最大化生产区域的效率。

本发明的另一个实施方式提供了变体积泵送系统，可以从地面上对其进行调整，而不需要关闭泵或将泵设置为定时装置。变体积泵送系统特别用于位于地球的孤立区域中的抽水机。

本发明的又一个实施方式提供了高容量泵送系统，其能够通过利用泵冲程的双方向以低能量泵送大体积，由此增加效率并允许它由太阳能和/或风能提供动力。

本发明的再一个实施方式优选包括在过程中拖动干燥管柱(不包含流体的管道)的方法。

本发明的一种实施方式优选为一种用于从通向生产区域和通向处置区域的钻井去除生产流体的方法。该方法包括下述步骤：隔开生产区域和处置区域；在活塞冲程期间将生产流体从生产区域推向生产系统；以及在活塞的同一冲程期间将处置流体推入处置区域。这两个区域采用封隔器隔开。该实施方式还可以包括采用筛滤器系统地反冲洗生产流体，以便微粒不进入该系统。还可以调整处置和生产比率。所述调整优选基于在动力/处置流体箱中的处置流体的体积。

本发明的另一个实施方式优选为一种用于从通向生产区域和处置区域的钻井去除生产流体的设备。该设备优选包括：封隔器，用于将所述生产区域与所述处置区域隔开；活塞，其中在所述活塞的冲程期间，所述活塞将生产流体从所述生产区域推向生产系统。在所述活塞的同一冲程期间，所述活塞还将处置流体推入所述处置区域中。因此，采出生产流体，并在活塞的同一冲程期间处置处置流体。该实施方式可以可选地包括用于反冲洗生产流体的筛滤器，以确保在流体流中没有微粒。

本发明的又一个实施方式是一种用于从钻井去除流体的方法。该方法包括下述步骤：将井下装置至少部分地设置在钻井中；沿第一方向推动井下装置的活塞并将生产流体从生产区域推入生产系统中；以及沿第二方向推动井下装置的所述活塞并将生产流体从生产区域推入生产系统中。井下装置的所述活塞优选往复运动，以便在所述井下装置的每次冲程中生产生产流体。

本发明的一种实施方式包括一种用于从钻井去除流体的系统。该系统包括：井下装置，至少部分地位于钻井内；活塞，设置在所述井下装置中，其中所述活塞被沿第一方向推动，由此将生产流体从生产区域推入生产系统中，并且所述活塞被还沿第二方向推动，由此将更多的生产流体从生产区域推入生产系统中。在该实施方式中，所述活塞优选往复运动，以便在所述井下装置的每次冲程中生产生产流体。

本发明的另一个实施方式为一种用于从钻井移动流体的方法。该方法包括下述步骤：将包括管道和一个或多个活塞的井下装置至少部分地设置在钻井内；施加动力液，该动力液移动井下装置的所述一个或多个活塞；将生产流体推向钻井的地面；以及将阀设置在井下装置上或附近，其中所述阀在所述钻井的地面处或附近可释放地启动，由此在从所述钻井去除所述管道时释放包含在所述管道内的动力液，以便在从所述钻井去除所述管道时通过所述阀释放动力液。该实施方式中所述阀优选为L形阀。当从所述钻井去除所述管道时，所述管道优选为干燥管道。该实施方式的井下装置优选利用井下装置的底部处的座节固定在所述钻井中。

本发明的又一个实施方式为一种用于从钻井移动流体的设备。该设备优选包括：包括至少部分地设置在钻井内的一个或多个活塞和管道的井下装置；动力液，其中所述动力液在所述井下装置内移动所述一个或多个活塞；被移向所述钻井的地面的生产流体；和阀，设置在井下装置上或附近，其中所述阀在从所述钻井去除所述管道时释放包含在所述管道内的动力液。该设备的所述阀优选为L形阀。当从所述钻井去除所述管道时，它优选为干燥管道。座节可选地固定在所述井下装置的底部处。

本发明的目标、优点和新颖性特征以及其它应用范围将在接下来结合附图的详细说明中部分地提出，并且部分对本领域技术人员来说通过考察以下说明将变得明显，或者可以通过本发明的实践了解。本发明可以经由特别在随附的权利要求中指出的手段和组合实现和获得。

附图说明

结合至并形成本说明书的一部分的附图图示了本发明的一种或多种实施方式，且其与说明书一起用于说明本发明的原理。附图仅仅是用于图示本发明的一种或多种优选实施方式的目的，而不是要解释为限制本发明。在附图中：

图1为侧视图，其图示了本发明的一种实施方式，其中脉冲星(pulsar)单元连接至单个钻井，该单元将流体移到地面上，并推动井下装置向下移动；

图2为侧视图，其本发明的一种实施方式，其中脉冲星单元推动多个钻井中的每一个中的井下装置，以在脉冲星单元中的活塞的相反冲程上向下移动；

图3为图示根据本发明的实施方式的井下泵的剖视图；

图4为图示根据本发明的实施方式的用于流体的生产/处置的脉冲星单元和动力单元的侧视图；

图5A为图示根据本发明的实施方式的生产/处置井下装置的截面图，其中处置区域位于生产区域的下面；

图5B为图示根据本发明另一种实施方式的生产/处置井下装置的截面图，其中处置区域位于生产区域的上面；

图6为图示根据本发明的实施方式的利用混合流体的脉冲星单元和通过新的滑动活塞设计释放多余的流体的动力单元的截面图；

图7图示了图6中图示的脉冲星单元的放大图；以及

图8为根据本发明的实施方式的井下双生产抽取单元的截面图。

具体实施方式

如在整个说明书和权利要求中使用的那样，不定冠词是指一个或多个。

如在整个说明书和权利要求中使用的那样，″动力单元″是指能够至少部分地为流体提供泵送作用的任何装置、方法、设备、系统或其组合。

如在整个说明书和权利要求中使用的那样，″脉冲星″是指能够移动流体的任何装置、方法、设备、系统或其组合等。

如在整个说明书和权利要求中使用的那样，管道和管子是要给出宽的含义，且包括能够传输流体的任何装置、方法、设备、系统或其组合等，包括但不限于管道、管道系统，通道、导管、管柱或其组合等，其由能够至少临时为流体提供流路的任何材料制成，包括但不限于金属、合成物、人工合成材料、塑料或其组合等。

如在整个说明书和权利要求中使用的那样，″井下装置″是指至少部分地设置在井眼内的装置、方法、结构、设备、系统或其组合等。

如在整个说明书和权利要求中使用的那样，″活塞″是指能够向流体加压的装置、方法、结构、设备、系统或其组合。

如在整个说明书和权利要求中使用的那样，″顺序系统″是指能够激活脉冲星的装置、方法、结构、设备、系统或其组合，包括但不限于压力传感器或一系列压力传感器。

如在整个说明书和权利要求中使用的那样，″生产系统″是指能够储存或进一步处理生产流体的装置、方法、结构、设备、系统或其组合，包括但不限于储液罐、地面、管道、热交换器、泵及其组合。

如在整个说明书和权利要求中使用的那样，″封隔器″是要给出宽泛的含义，且包括能够将井眼中的一个区域与井眼中的另一个区域隔离或分离的任何装置、方法、结构、设备、系统或其组合。例如，封隔器可以将钻井中的生产区域与处置区域隔离。

封闭系统

参照图1，地面上的动力单元10优选为液压流体的封闭系统。液压流体用来将动力从液压泵14传递至脉冲星18，液压泵14和脉冲星18二者优选位于或靠近钻进的表面。在优选的实施方式中，液压流体不与动力液混合。动力液传递来自脉冲星18的能量，并在井下装置200(参见图2)上提供向下压力。在该实施方式中，液压流体优选也不与生产流体混合。生产流体为采用本发明的实施方式从地下岩层泵送到地面上的产品。动力液优选也为封闭系统。动力液实际上推动井下装置200的运动，且在一种实施方式中，主要由水构成。由于水几乎是不可压缩的，因此以非常高的效率和非常少的压缩将压力立即传递至井下装置200。如果出现任何未预料的流体损失，则动力液活塞40在它返回复位位置时形成真空，因此填充动力管204中的任何流体空隙。

图1图示了本发明的实施方式，其包括动力单元10和脉冲星单元18，脉冲星单元18在地面上移动流体并推动井下装置200往复运动。

图1图示了动力单元10，其优选包括马达12，优选为标准电动机。马达12可以为典型的交流(AC)或直流(DC)马达，其允许采用太阳能或风能或人工动力源。马达12固定至液压泵14，液压泵14由储液箱16支撑。储液箱16填充有液压流体，并为脉冲星单元18提供液压传动。脉冲星单元18优选为封闭系统，因此液压流体不与动力液或生产流体混合。管线20固定至储液箱16，并将液压流体从储液箱16移动至用端盖28密封的液压缸24。液压活塞22容纳在液压缸24中。储液箱16和液压缸24可以由能够保持液压流体并在需要的高压下操作的任何合适的材料制成。液压阀系统26启动脉冲星18，脉冲星18使连接轴30来回振荡和循环。阀系统26优选由封闭动力系统中的各种压力控制，并且由来自井下装置200的峰值压力(spiked pressure)启动。如图2所示，井下装置200优选行进其整个长度，直到下活塞234降至最低点，因此增加动力管204中的压力。随后压力峰值启动顺序系统。顺序系统随后使液压流体开始流过液压阀系统26并反转地面上的液压活塞22的方向。顺序系统可以为电的、机械的或其组合。

马达12优选提供驱动液压泵14的动力，液压泵14将液压流体泵送到液压缸24中，液压缸24随后向液压活塞22传递压力。液压活塞22优选通过连接轴30移动和传递动力。轴30移动通过中心联接器32。中心联接器32优选用密封部件密封，所述密封部件由设计为维持两个区域之间的压力差的任何适合的材料制成。连接轴30优选同时固定至动力液缸34和液压缸24。连接轴30优选启动并且当液压活塞22开始向动力液缸34移动时在动力管204内形成压力。用于动力液的端盖36防止动力液缸34中的压力被向后推向液压缸24，且由此推动所有的压力沿向下方向集中。排气孔38允许动力液缸34吸气和排气，并防止动力液活塞40在动力管204开始增加压力时锁上。压力被传递至井下装置200并施加至顶部活塞216(参见图2)，其开始在钻井中向下移动。当活塞216、222和234被向下推动时，压力推动生产流体沿环形区域210向上移动并进入储液箱16中的封闭壳体。生产流体随后可以用作位于储液箱16中的第二壳体中的液压流体的冷却装置，由此冷却液压流体。生产流体还由液压流体加热，使得生产流体在下游更容易处理和分离。液压流体和生产流体优选在储液箱16中彼此隔离。生产流体优选移动通过储液箱16并进入储存箱(未示出)。

图2图示了本发明的一种实施方式，其包括连接至图1中看到的脉冲星单元18的井下装置200。

在本发明的一种实施方式中，如图2所示，安全阀202优选为L形阀，且安装在动力管204中，在井下装置200的顶部和动力管204的开始位置之间。在井下装置200被拉向地面时，例如，在需要维修的情况中，安全阀202允许动力液从动力管204排出。安全阀202允许修理人员拖动不包含流体的干燥管柱、管道，而不是湿的管柱。拖动干燥管柱的能力防止动力液溢出到地面上。优选地，安全阀202最初是封闭安装的，随后它被扭转，动力管204随后向上滑动，将动力管204向上拖出井眼。当动力管204被向上拖动时，它经过排放动力液的通风孔206和208，因此向上拖动“干燥”的管柱。在一种实施方式中，当去除管道时，维修人员不拖动湿的管柱。

环形区域210为生产流体通过它向上行进并到达地面的区域。井下装置200优选用井下装置200底部处的座节212固定。座节212还可以安装在井下装置200的顶部，因此从座节212悬挂井下装置200。环形区域210包括动力管204和外管道214之间的区域。当井下装置200固定时，生产流体保留在环形区域210中，或者，如果井下装置200未固定，生产流体释放到岩层中。

井下装置200优选在顶部活塞216上接收来自脉冲星单元18的压力。当压力施加至顶部活塞216时，它向下移动，连接轴218及活塞222和234也向下移动。活塞216优选由汽缸220保持在合适的位置上。顶部活塞216上的压力被转换为推力，并启动活塞222。活塞222优选用于平衡压力。在井下装置200静止时井下装置200形成比向下推力大的向上推力，因为岩层区域224具有比井下装置200小的压力，它在井下装置200上形成向上不平衡。因此，仅从地面上获得的能量足以向下移动活塞216、222和234。活塞222的顶部优选通过通风孔226暴露至岩层。联接器228密封汽缸220，由此在活塞222的顶部形成压力差。当活塞222的顶部暴露至岩层时，活塞222的底部经由通孔口230暴露至环形区域210，这采用联接器232形成向上的压力，以分离流体压力。联接器232设计为防止压力在暴露至岩层的区域224中相等。活塞234的顶部暴露至岩层，活塞234的底部暴露至生产流体，并用来将生产流体移出阀装置236和向上移至环形区域210。生产流体优选移入和移出生产腔238。阀装置236优选包括位于腔238和环形区域210之间的单向止回阀，其中生产流体优选从腔238行进至环形区域210。阀装置240也包括单向止回阀，其防止腔238中的生产流体返回岩层。当井下装置200向下移动时，向下的压力推动阀装置236打开，由此将生产流体向上输送到环形区域210。井下装置200向上缩回时，向上的力打开阀装置240，以在生产流体经由过滤系统242过滤之后将生产流体从岩层接收到腔238中。

过滤系统242优选包括安装在井下装置200的底部上的网筛过滤器。过滤系统242不会阻塞，因为井下装置200的上腔与岩层通风。这种通风允许流体振荡进出井下装置200。来自井下装置200的向下压力产生来自腔238的流体的向外压力，吹走可能聚积在过滤器附近的任何碎屑，并防止上腔224和244中的未过滤流体流进入井下装置200。

多个钻井

参照图3，本发明的一种实施方式包括动力单元300和脉冲星312。井下装置302和304优选仅与一个地面单元，即动力单元300和脉冲星302一起操作，由此进一步改善脉冲星312的效率。在一种结构中，当利用动力单元300时，脉冲星312可以用来泵抽两个钻井或更多个钻井。在该实施方式中，活塞306和308前后振荡，由此在两个井下装置302和304的向下冲程上采出生产流体。生产流体随后用来冷却储液箱314中的液压流体，同时生产流体被加热，用于在生产流体送至箱316之前使生产流体中的油和水更容易分离。

隔离的处置区域

参照图4和5A-5B，本发明的另一种实施方式包括脉冲星402和井下装置500，其允许从钻井中的一个区域恢复流体的生产，同时具有在该钻井的第二区域中处置不需要的流体的能力。在该实施方式中，一旦活塞527降至最低点，压力在动力管504中达到峰值，打开压力安全阀522并推动不想要的动力液通过封隔器508进入适合处置不需要的流体的隔离区域。当所有不需要的流体都被处理到处置区域526中时，动力液活塞422将向上抵靠在端盖426上，产生额外的压力峰值，这触发顺序系统，以反转脉冲星420，并通过打开阀430而引入额外的动力液，用于下一个循环。脉冲星402具有两种工作压力水平，并且提供两种不同的功能，一种压力水平用于从岩层采出生产流体，另一种压力水平用于处置不需要的流体。

图4图示了本发明的一种实施方式，其包括用于采出地下液体的动力单元400和脉冲星402。

该实施方式在向下钻进情况中优选利用钻井的两个区域，将生产流体从岩层的一个区域抽出，同时将不需要的流体处置到岩层的第二区域中。

动力单元400和脉冲星402优选包括马达404。马达404优选为标准防风雨AC或DC电源。动力单元400优选包括贮液器406，其优选包含液压流体。贮液器406可以由能够保持液压流体的任何合适的材料制成。贮液器406具有相对低的压力，并且可以构造为具有允许生产流体流过的额外的腔，由此形成用于冷却液压流体的热交换器。在该实施方式中，马达404产生动力，并将动力提供至液压泵408。液压流体经由液压泵408被泵送至单元410，并且在它经过高压液压管线412时产生高的压力。管线412可以由能够处理高压的任何材料制成。管线412将液压流体供给至由端盖416支撑的液压缸414。液压流体推压在液压活塞418上，液压活塞418前后振荡。液压活塞418优选安装为具有紧公差间隙，并连接至连接轴420。液压活塞418移向连接轴420，连接轴420随后将动力传递至动力液活塞422。这种动作在由端盖426保持在合适位置上的动力液缸424上形成压力，直到动力液/处置流体通过出口428释放。

当脉冲星402退向液压缸414到达复位位置时，单向止回阀430优选被推开，以在脉冲星402返回冲程期间在动力液出现任何不期望的损失的情况中更换动力液缸424中的动力液。动力液的任何空隙会产生真空，这允许单向止回阀430打开，由此确保脉冲星402的下行冲程充分利用动力液，以确保井下装置500行进所设计的完整行进距离，即降至最低点。

当动力液活塞422向着端盖426振荡时，生产流体向上行进到环形区域并进入生产箱432。动力液/处置流体从生产流体分离并置于箱434中，且通过管线436再次使用，以填充动力液缸424，用于开始另一个循环。在该实施方式中，动力液/处置流体用来启动井下装置500。井下装置500优选将生产流体抬升至地面，并且还在处置区域中处置不需要的流体。处置区域可以在生产区域之上或之下。图5A图示了本发明的其中处置区域位于生产区域之下的实施方式。图5B图示了本发明的其中处置区域位于生产区域之上的实施方式。

通过调整活塞418和422的往复设定点，可以调整与进入箱432的生产流体的量相关的从箱434去除的处置流体的体积排量，以便产生最优的生产/处置比率。在箱434接近其容量极限时，这种调整允许在处置区域中处置更多的处置流体。可替换地，当434接近空状态时，可以减少流体处置率。本领域技术人员将容易认识到，用于这种往复设定点的多种方式包括电子传感器和/或对连接轴420、活塞418和/或422以及盖子416和426的物理变更。在一种实施方式中，电子电路优选设置为基于箱434和/或箱432的流体液面或者可替换地基于某些其它测量值或用户指定的标准调整往复设定点。

图5A和5B图示了本发明的一种实施方式，其包括与图4中的脉冲星402和动力单元400联合工作的双用途生产/处置井下装置500。井下装置500优选从岩层的一个区域将生产流体泵送至箱432，并在脉冲星402的同一冲程上在岩层的另一个区域中处置不需要的流体。

在本发明的一种实施方式中，生产流体通过环形区域502传递至地面，该环形区域502为动力管504和生产管506之间的区域。动力管504优选包括约0.5至5英寸管，更优选约0.75至3英寸管，最优选约1英寸管，且生产管506优选包括约0至5英寸管，更优选2至4英寸管，最优选约2 7/8(2.875)英寸管。井下装置500优选设置在具有封隔器508的井眼中。标准设备可以用来隔离生产区域和处置区域。井下装置500优选安装有能够在目标压力下传送流体的管道。

处置/动力流体腔520优选为封闭系统，其将来自地面的压力传递至活塞510的顶部。顶部联接器512优选维持压力的分离。活塞510的底部暴露至环形区域502。环形区域502中的生产流体在活塞510和514上产生向上的推力。

活塞514下面的区域用联接器516分离活塞514和527之间的压力和流体。通风孔518包括动力液/处置流体，并用作至活塞510、514和527的连接杆。高压安全阀522安装在通风孔518的底部，用于处置流体/动力液的处置，并且直到井下装置500中的压力超过正常操作生产压力才打开，此时高压安全阀522打开并将多余的处置流体通过封隔器508推入处置区域中。

在本发明的实施方式中，处置/动力流体在活塞510上施加向下压力，使活塞510、514和521向下行进。这种向下压力通过止回阀524将生产流体推入环形区域502中。当活塞510、514和527已经到达目标距离的底部时，活塞510、514和527降至最低点，并且在井下装置500中形成压力，直到来自处置流体/动力液的向下压力超过生产工作压力。此时，高压安全阀522打开，并通过封隔器508将不需要的流体沉积在处置区域526中。高压安全阀522的打开启动顺序系统，且动力液活塞422(图4)移向液压活塞418，由此沿向上方向移动活塞510、514和527。单向止回阀528在井下装置500的每次振荡时吸收生产流体。用于出口的止回阀524在管道的相对侧，并将生产流体向上推到环形区域502。连接至阀系统528的是筛滤器530，其能够防止碎屑进入井下装置500。如图5A和5B所示，井下装置500可以安装为使得处置区域526在生产区域532之上或之下。

图6图示了本发明的一种实施方式，其包括优选混合动力液和生产流体并通过安全阀604和606释放流体的动力单元600和脉冲星602。图7图示了脉冲星602的放大图。

本发明的该实施方式包括地面上的动力单元600，脉冲星602装配为混合生产流体和动力液。动力单元600优选包括用于动力源616的电动机，其可以为适合太阳能或风能或手动操作的DC马达或AC马达。可替换地，动力单元600可以仅靠太阳能或风能动力源运行。马达优选安装在液压燃料箱618上并连接至液压泵620。液压动力管线622连接至顺序系统626，并用来将动力传递至腔C，以振荡脉冲星602中的活塞628、610和614。脉冲星602优选包括三个分开的流体腔(A、B和C)，其中的一个(腔C)优选为液压流体完全封闭系统。液压流体优选经由液压泵620从箱618中去除，并被推入腔C中，沿向着腔B的方向推动活塞628，并使活塞614沿着管道814推动位于腔B中的流体。该流体随后向上推动活塞810(参见图8)，使井下装置800的腔811内的生产流体通过阀804沿通风管被推动，并沿管道608被推动。一旦腔811关闭且活塞810抵靠在联接器812上，在B侧出现压力峰值，并且顺序系统626启动活塞628，以向着腔A移动连接轴624及活塞610、614和628，由此通过打开位于活塞614上的锥形阀702而沿着A侧向下发送生产流体，并经由阀606将多余的流体向上发送到腔B外。

在多余的流体通过阀606释放且活塞806和810降至最低点之后，出现另一压力峰值，并且顺序系统626反转方向，连接轴624随后移向管道814，并关闭锥形阀702。优选采用位于活塞614上的停止件、支座、锁定装置或其组合等关闭锥形阀702。可选地，可以采用位于腔B中的停止件、支座、锁定装置或其组合等关闭锥形阀702。将活塞614移向管道814产生的压力沿着管道814推动流体，并向上推动活塞806和810，这将来自腔811的流体沿通风管808向上推，通过阀804并沿管道608向上推。当多余的流体从管道608进入腔A时，锥形阀700打开并将多余的流体释放出阀604。当所有多余的流体通过阀604释放且当腔811关闭时，出现另一个压力峰值，且顺序系统626推动活塞628改变方向。活塞628随后将活塞610推向管道614，并关闭锥形阀700。锥形阀700优选采用位于活塞610上的停止件、支座、锁定装置或其组合等关闭。锥形阀700可以可选地采用位于腔B中的停止件、支座、锁定装置或其组合等关闭。采用脉冲星602的每次振荡重复这种循环。当相同的流体用来启动井下装置800时，该过程继续循环，并且具有在每次循环的上行冲程时释放多余的流体的能力。

参照图6-8，本发明的该实施方式可以用于浅井，并且可以采用刚性或柔性管线传递压力和进行生产。该实施方式还可以安装为移动或固定设施。在本发明的一种实施方式中，脉冲星602的直径优选约3至20英寸，直径更优选约5至15英寸，直径最优选约7至10英寸。活塞610和614优选安装为与脉冲星602具有紧公差间隙，因此活塞610和614的直径优选接近脉冲星602的直径。锥形阀700和702的直径优选约0至4英寸，直径更优选约1至3英寸。因此，多余的流体优选被推出设置在较大直径的活塞610和614上的锥形阀700和702的相对小的直径。如果单元800安装为具有柔性管线，优选的是小的缆绳连接至单元800，并与两条管线缠绕在一起，以给出单元800去除期间需要的抗张强度。

图8图示了本发明的一种实施方式，其包括能够从其行程的两侧采出流体的井下装置800。

图8为图6-7中图示的泵组件的继续。图8示出了该组件的下部部分。该实施方式中的单元800能够在其冲程的每一侧(称为A侧和B侧)产生流体。在A侧，管道608从地面上的流体接收压力，该流体推动止回阀804关闭，活塞806和810向下移动，通过阀816将流体推出腔820，并沿B侧的管道814向上推，并且还将流体推出腔826，同时通过A侧阀828填充腔811。

当活塞806和810降至最低点时，在腔A中出现压力峰值，这启动顺序系统626，该顺序系统626随后将液压流体发送到腔C中，并向着B侧移动连接轴624以及活塞610、614和628，这沿着管道814推动流体，并向上移动活塞810和806，直到活塞810抵靠在联接器812上。当活塞614移向管道814时，设置在活塞610上的锥形阀700打开，允许腔A中的多余的流体溢出阀604。当所有多余的流体通过阀604释放且当腔811关闭时，在B侧出现压力峰值，并且顺序系统626启动，并推动活塞628移向A侧，这随后关闭锥形阀700并沿着管道608推动流体。流体推动活塞806和810向下移动，并且来自腔820的流体被沿着B侧管道814向上推。当流体被沿着A侧向下推动并沿着B侧向上推动时，设置在活塞614上的锥形阀702打开，多余的流体通过阀606释放。当活塞806和810降至最低点并且所有多余的流体通过阀606释放时，在A侧出现压力峰值，这触发顺序系统626，其启动活塞628以移向B侧。

该实施方式形成两个生产区域，腔820和811。当向下压力向下推动活塞806时，阀816将来自腔820的流体沿着B侧管道814向上输送。当向上压力推动活塞806向上移动时，腔820通过阀818重新填充生产流体。当向下压力向下推动活塞810时，腔811经由阀828填充生产流体。当向上压力推动活塞810向上移动时，腔811中的生产流体沿通风管808向上移动并进入A侧管道608。同时，腔820经由阀818填充生产流体。生产流体与A侧生产流体/动力流体混合，这允许该流体溢出活塞806。这个过程循环进行并继续振荡，由此进行生产。当活塞806和810移动时，形成真空，这打开生产腔820并吸入另外的生产流体。在同一冲程内，活塞806的底部将储存的流体推出止回阀816，并通过动力/生产管道814上升。这个过程允许有效的泵送，并增强以可变体积采出流体的能力。

边际井

本发明的实施方式允许边际并重新使用。边际井是那些否则由于高能量和维护成本而将从生产中去除的钻井。当采用本发明的实施方式的脉冲星时，边际井再次有利可图。

浅井

本发明的实施方式还可以从浅井采出流体。柔性管线和液压卷筒优选用在其中电力不可用的隔离区域中。在一种实施方式中，小型动力单元可以安装在具有卷筒的滑木上，其允许在非常短的时间内安装脉冲星单元，而不采用钻井装置。

偏斜井

本发明的脉冲星可以从偏斜井抽吸，而对从地面至井下装置放置的管道系统没有磨损。

倾角钻进

本发明的实施方式可以用在从岩层偏斜钻进的井。本发明的各实施方式可以横跨油田泵送，随后在垂直或任何倾斜位置底部井眼中泵送。由于对水平钻进活动的高需求和高能量成本，通过具有安装在垂直位置上和使角度偏离水平位置的能力，本发明的各实施方式在市场上形成巨大的优势。

有效泵送

本发明的其它实施方式允许在井下装置中的行程的两侧进行泵送，这提高了效率，因此为利用太阳能和风能的应用提供了理想设计。

过滤系统

本发明的一个实施方式包括独特的过滤系统，其防止砂子和其它小岩屑积聚在井下装置中。现有的泵送技术中的井下泵过滤系统的一个主要问题是，如果小的网状过滤器放在井下泵上，则碎屑具有密封或阻塞该过滤器的趋向，并且阻止流体流入泵中。如果大的格栅放在井下装置上，该过滤器允许砂子和小碎屑进入泵中，在井下装置中产生磨损。本发明的该实施方式优选在泵的每个循环中反冲洗过滤器，由此允许安装较小的网状过滤器，而不会被阻塞或密封。特别是因为新井中的碎砂的存在，该实施方式还滤出破碎砂子，这增加了井下装置中的活塞和管筒的寿命。

体积调整

一旦本发明的动力单元、脉冲星和井下装置被安装并进行泵送，则能够调整输出，而不需要计时器，且不需要关闭系统。地面上的可变液压泵允许所有者/操作人员根据钻井的输出调整系统。

美学

本发明的实施方式可以安装在地下，使得从地面上看不到它。地面上的动力单元和脉冲星可以在地平面或以下安装，以维持地形的外观。

虽然已经特别参照这些优选实施方式详细描述了本发明，但其它实施方式可以实现相同的效果。本发明的各种变形和修改对本领域技术人员将是明显的，本发明旨在在随附的权利要求中涵盖所有这种修改和等同物。通过引用将上文引用的所有参考文献、申请、专利和公开文本的全部公开内容合并于此。

Claims (20)

1.一种用于从通向生产区域和通向处置区域的钻井移除生产流体的方法，该方法包括下述步骤：

隔开生产区域和处置区域；

在活塞冲程期间将生产流体从生产区域推向生产系统；以及

在活塞的同一冲程期间将处置流体推入处置区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其中隔开生产区域和处置区域由封隔器提供。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括系统地反冲洗生产流体的步骤。

4.根据权利要求3所述的方法，其中反冲洗步骤利用筛滤器。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括调整处置和生产比率的步骤。

6.根据权利要求6所述的方法，其中所述调整基于箱中的处置流体的体积。

7.一种用于从通向生产区域和处置区域的钻井移除生产流体的设备，该设备包括：

封隔器，用于将所述生产区域与所述处置区域隔开；

活塞，其中在所述活塞的冲程期间，所述活塞将生产流体从所述生产区域推向生产系统；并且

其中在所述活塞的同一冲程期间，所述活塞将处置流体推入所述处置区域中。

8.根据权利要求7所述的设备，还包括用于反冲洗生产流体的筛滤器。

9.一种用于从钻井移除流体的方法，该方法包括下述步骤：

将井下装置至少部分地设置在钻井中；

沿第一方向推动井下装置的活塞并将生产流体从生产区域推入生产系统中；以及

沿第二方向推动井下装置的所述活塞并将生产流体从所述生产区域推入所述生产系统中。

10.根据权利要求9所述的方法，其中井下装置的所述活塞往复运动，以便在所述井下装置的每次冲程中生产生产流体。

11.一种用于从钻井移除流体的系统，包括：

井下装置，至少部分地位于钻井内；

活塞，设置在所述井下装置中，其中所述活塞被沿第一方向推动，由此将生产流体从生产区域推入生产系统中；并且

其中所述活塞被沿第二方向推动，由此将生产流体从所述生产区域推入所述生产系统中。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述活塞往复运动，以便在所述井下装置的每次冲程中生产生产流体。

13.一种用于从钻井移动流体的方法，包括下述步骤：

将包括管道和一个或多个活塞的井下装置至少部分地设置在钻井内；

施加动力液，该动力液使所述一个或多个活塞在井下装置中移动；

将生产流体推向钻井的地面；以及

将阀设置在井下装置上或附近，其中所述阀在所述钻井的地面处或附近可释放地启动，由此在从所述钻井移除所述管道时释放包含在所述管道内的动力液，以便在从所述钻井移除所述管道时通过所述阀释放动力液。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述阀为L形阀。

15.根据权利要求13所述的方法，从所述钻井移除的管道包括干燥管道。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述井下装置利用该井下装置的底部处的座节固定在所述钻井中。

17.一种用于从钻井移动流体的设备，包括：

包括至少部分地设置在钻井内的管道和一个或多个活塞的井下装置；

动力液，其中所述动力液使所述一个或多个活塞在所述井下装置内移动；

被移向所述钻井的地面的生产流体；和

阀，设置在井下装置上或附近，其中所述阀在从所述钻井移除所述管道时释放包含在所述管道内的所述动力液。

18.根据权利要求17所述的设备，其中所述阀为L形阀。

19.根据权利要求17所述的设备，其中从所述钻井移除的所述管道包括干燥管道。

20.根据权利要求17所述的设备，还包括座节，其中所述座节固定在所述井下装置的底部处。

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