管中管裝置、方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可使流體在管中管系統(tǒng)中的內(nèi)孔和環(huán)形空間之間流通的裝置。其他實施例公開了一種可使流體在管中管系統(tǒng)的環(huán)形空間的相鄰部分之間、內(nèi)孔或環(huán)形空間與外部源之間流通的裝置。公開了使用各種裝置實施例的方法和系統(tǒng)，可在離岸或陸上油氣開采作業(yè)中輸送井產(chǎn)流體。
【專利說明】管中管裝置、方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于輸送流體的管道，這種管道具有布置在外管內(nèi)的內(nèi)管，還涉及使用這類管道的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及使用這類管道來輸送烴混合物或其他流體或氣體的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在水下油氣開采系統(tǒng)中，通常的做法是，采用一種使用環(huán)形配置的雙生產(chǎn)管線的油田結(jié)構(gòu)，將水下裝置連接到主設(shè)備上。已經(jīng)證實，這種環(huán)形配置在商業(yè)水下油氣開采作業(yè)中能有效地實現(xiàn)幾個重要目的，如，保障管道流動、操作靈活和穩(wěn)定。這類系統(tǒng)也需要一些裝置保持穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)、緩解關(guān)鍵的操作情況(如，緊急關(guān)閉和計劃關(guān)閉、啟動和阻止生產(chǎn)管線中會阻礙或停止生產(chǎn)的液流)。需要一些系統(tǒng)能防止或合適地阻止生產(chǎn)管線內(nèi)的水合物或其他固體。下面的一些現(xiàn)有方法和技術(shù)用來保持流體在生產(chǎn)管線中的流動，包括:熱絕緣、加熱、清管、人工或氣體舉升、產(chǎn)液置換、化學(xué)劑、連續(xù)油管插入生產(chǎn)管線中、熱流體循環(huán)、生產(chǎn)管線減壓以及試井，但不局限于此。
[0003]仍需要新的解決方案來降低水下和陸上油氣開采系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時使操作靈活性更大以可在更寬的操作范圍內(nèi)處理計劃的流體中斷和意外的流體中斷情況，使生產(chǎn)正常運行時間和產(chǎn)品回收最大化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個實施例中，提供了 一種管中管裝置，用于使流體在其中流動，該管中管裝置包括:
[0005]a.內(nèi)管，其包括內(nèi)管壁，內(nèi)管壁具有內(nèi)表面和外表面并界定內(nèi)管壁中的內(nèi)孔；
[0006]b.外管,其包括外管壁,夕卜管壁具有環(huán)繞內(nèi)管布置的內(nèi)表面和外表面,使得在外管壁的內(nèi)表面與內(nèi)管壁的外表面之間形成環(huán)形空間；以及
[0007]c.可控制的改向結(jié)構(gòu)，用于在所述內(nèi)孔和所述環(huán)形空間之間實現(xiàn)流體流通。
[0008]在另一實施例中，提供了 一種使流體在管中管裝置中流動的方法，該方法包括以下步驟:
[0009]a.使流體經(jīng)過所述管中管裝置的內(nèi)孔和/或環(huán)形空間而在第一流體通道中流動；以及，
[0010]b.控制使流體流通的可控制的改向結(jié)構(gòu)，以使正在流動的流體經(jīng)過所述內(nèi)孔和/或環(huán)形空間從第一流體通道改向流到第二流體通道中。
[0011]在另一實施例中，提供了一種系統(tǒng)，用于控制流體在管中管裝置中流動，該系統(tǒng)包括管中管裝置和臍帶管，臍帶管通過至少一個可控制的改向結(jié)構(gòu)連接到所述管中管裝置，該改向結(jié)構(gòu)用于使流體在臍帶管與管中管裝置的內(nèi)孔和環(huán)形空間二者中的至少一個之間流通?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0012]圖1A-1D示出了管中管裝置的一個實施例，該管中管裝置使用液壓致動式滑動套筒，這些圖中，位于內(nèi)孔和環(huán)形空間之間的流體通道打開；
[0013]圖2A-2B示出了圖1A-1D中的管中管裝置，這些圖中，流體通道關(guān)閉；
[0014]圖3A-3B示出了管中管裝置的另一實施例，該管中管裝置使用液壓致動式插塞，這些圖中，流體通道分別打開和關(guān)閉；
[0015]圖4A-4D示出了管中管裝置的另一實施例，該管中管裝置使用液壓致動式旋轉(zhuǎn)套筒，圖4A-4B中的流體通道關(guān)閉，圖4C-4D中的流體通道打開；
[0016]圖5A-5B根據(jù)一個實施例示出了將管中管裝置的環(huán)形空間分隔開的構(gòu)件；
[0017]圖6A-6D示出了使沿管中管裝置的環(huán)形空間流動的流體在環(huán)形空間和內(nèi)孔之間流動的各種結(jié)構(gòu)；
[0018]圖7示出了根據(jù)一個實施例的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的水下油氣開采設(shè)備中使用管中管裝置。
【具體實施方式】
[0019]在一個實施例中，管中管裝置具有布置在外管內(nèi)的內(nèi)管。內(nèi)管具有內(nèi)管壁，內(nèi)管壁具有內(nèi)表面和外表面，內(nèi)管壁界定位于內(nèi)管壁中的內(nèi)孔。外管具有外管壁，外管壁具有環(huán)繞內(nèi)管布置的內(nèi)表面和外表面，使得在外管壁的內(nèi)表面與內(nèi)管壁的外表面之間形成環(huán)形空間。內(nèi)管和外管可由任何合適材料制成，包括高碳鋼和鋼合金。管中管裝置還具有一種用于在內(nèi)孔和環(huán)形空間之間提供流體流通的結(jié)構(gòu)(也稱之為可控制的改向結(jié)構(gòu))，這種構(gòu)件例如為內(nèi)管壁上的開口，其至少可處于打開位置、關(guān)閉位置以及可能處于一個或更多個局部打開的中間位置，該管中管裝置還具有用于控制上述位置的構(gòu)件?？煽刂频母南蚪Y(jié)構(gòu)用于使管中管裝置內(nèi)的流體改向流動。該管中管裝置可包括位于環(huán)形空間內(nèi)的分隔壁，分隔壁上的開口貫穿分隔壁，從而使環(huán)形空間具有相鄰部分，可控制的改向結(jié)構(gòu)可使流體在相鄰部分之間流通。通過控制內(nèi)管壁上的開口位置，能控制流經(jīng)所述內(nèi)孔和環(huán)形空間的流體的相對流動(包括容積流量和流向)。
[0020]本發(fā)明人構(gòu)思了各種用于使流體通過內(nèi)管壁上的開口流動的方式，用于使流體在內(nèi)孔和環(huán)形空間之間流通的可控制的改向結(jié)構(gòu)可從上述這些方式中選擇，從而可使流體在內(nèi)孔和環(huán)形空間之間流通。用于使流體在內(nèi)孔和環(huán)形空間之間流通的合適的可控制的改向結(jié)構(gòu)中，閥是其中的一類，其可控制內(nèi)管壁上的開口的位置，通?？煽刂崎_口處于打開位置、關(guān)閉位置或中間(即，局部打開)位置上。可供選擇地，圓柱形套筒可以環(huán)繞內(nèi)管壁布置成使得套筒覆蓋內(nèi)管壁上的開口，以及套筒軸向滑動或旋轉(zhuǎn)而可完全或局部露出開口。在套筒為滑動或旋轉(zhuǎn)套筒的情況下，套筒通過滑動而可使該套筒上的開口與內(nèi)管壁上的開口對準(zhǔn)。根據(jù)另一實施例，在關(guān)閉位置時，可采用插塞或止動件來密封內(nèi)管壁上的開口。根據(jù)另一實施例，在內(nèi)孔內(nèi)可布置心軸，該心軸通過在所述內(nèi)管壁中滑動或旋轉(zhuǎn)而可使該心軸上的開口與內(nèi)管壁上的開口對準(zhǔn)。根據(jù)另一實施例，在開口附近可使用智能材料，其響應(yīng)于周圍條件變化而改變形狀或結(jié)構(gòu)，如膨脹或收縮，從而可控制開口的位置。所有的前述結(jié)構(gòu)形式均可用于可逆地控制開口的位置。在另一實施例中，開口可通過破裂強(qiáng)度合適的材料覆蓋，使得該材料在合適壓力下破裂，從而不可逆地打開該開口。[0021]可通過本發(fā)明人構(gòu)思的各種方式致動可控制的改向結(jié)構(gòu)。根據(jù)一個實施例，可采用液壓來致動該可控制的改向結(jié)構(gòu)。例如，液力耦合器可位于管中管裝置上的外接口上，用于接合外部液力耦合器，例如，液力耦合器可設(shè)置在熱入扣上，與液壓流體源保持流體連通，將液壓傳遞到通向模塊的通道內(nèi)以控制所述可控制的改向結(jié)構(gòu)(如，閥、滑動機(jī)構(gòu)或旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等)，從而控制內(nèi)孔和環(huán)形空間之間的流體連通。
[0022]根據(jù)另一實施例，電力耦合器可類似地定位在管中管裝置的外接口上。這類電力耦合器電連接到可控制的改向結(jié)構(gòu)上以致動該可控制的改向結(jié)構(gòu)。連接到電力和通訊源上的外部電力耦合器例如可布置在熱入扣(hot stab)上，能與管中管裝置上的電力耦合器接合以控制內(nèi)孔和環(huán)形空間之間的流體連通。
[0023]根據(jù)另一實施例，可通過發(fā)射器發(fā)出的信號遠(yuǎn)程致動可控制的改向結(jié)構(gòu)。發(fā)射器可位于管中管裝置的操作范圍內(nèi)的固定位置上，或可通過遠(yuǎn)程操縱潛水器(R0V)、水下自動潛水器(AUV)或自主式智能潛水器(AIV)將發(fā)射器帶到操作范圍內(nèi)。在一個實施例中，從無線發(fā)射器發(fā)出的無線信號控制內(nèi)管壁上的開口的位置，從而控制流體在內(nèi)孔、環(huán)形空間和/或環(huán)形空間的各部分中的流動、以及流體在它們之間的流動。在一個實施例中，可從無線聲波發(fā)射器發(fā)出聲頻信號，遠(yuǎn)程控制所述可控制的改向結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，可從發(fā)射器發(fā)出光信號，然后光信號被所述管中管裝置接收，以遠(yuǎn)程控制所述可控制的改向結(jié)構(gòu)。在另一實施例中可使用磁裝置，通過響應(yīng)于磁場變化的裝置轉(zhuǎn)換內(nèi)管壁上的開口的位置，該磁裝置從而可遠(yuǎn)程控制所述可控制的改向結(jié)構(gòu)。
[0024]根據(jù)一個實施例，可通過操作者或潛水者手動控制該可控制的改向結(jié)構(gòu)，或通過遠(yuǎn)程操縱潛水器(R0V)、水下自動潛水器(AUV)或自主式智能潛水器(AIV)上的工具控制該可控制的改向結(jié)構(gòu)?？赏ㄟ^操作者或潛水者、或通過遠(yuǎn)程操縱潛水器(R0V)、水下自動潛水器(AUV)或自主式智能潛水器(AIV)上的工具，也能使液力耦合器或電力耦合器配合地接合管中管裝置上的耦合器。
[0025]可使管中管裝置上的耦合器或可控制的改向結(jié)構(gòu)與合適控制模塊連接。例如，懸空引線或跳線可直接布置在控制源與耦合器(如上所述的液力耦合器或電力耦合器)或所述可控制的改向結(jié)構(gòu)之間。控制源可以是臍帶式終端設(shè)備(UTA)、水下控制模塊或上部平臺上的控制模塊。懸空引線或跳線可用于暫時連接和使用，或可永久連接以持續(xù)使用。
[0026]控制內(nèi)管壁上的開口位置的所述可控制的改向結(jié)構(gòu)可具有可替換的致動機(jī)構(gòu)，該可替換的致動機(jī)構(gòu)不具有物理外接口。這類替換方式包括，從外部源發(fā)射的外部信號以及從油氣開采系統(tǒng)內(nèi)的源發(fā)出的內(nèi)部信號致動該可替換的致動機(jī)構(gòu)，從而控制內(nèi)管壁上的開口的位置。外部信號的例子包括:聲頻信號、無線信號、光信號和磁信號，但是不局限于此。內(nèi)部信號的例子包括:源自所述內(nèi)孔或所述環(huán)形空間并受水下控制裝置控制的壓力信號；溫度變化；以及基于運動的慣性信號，但并不局限于此?？晒┻x擇地，化學(xué)劑和納米材料可用作內(nèi)部信號。
[0027]參照圖1A-1D，示出了管中管裝置20’的一個實施例。由內(nèi)管壁4形成的內(nèi)管與由外管壁2形成的外管同軸。環(huán)形空間6位于外管壁2的內(nèi)表面和內(nèi)管壁4的外表面之間。內(nèi)孔10由內(nèi)管壁4內(nèi)的空間界定。圖1B所示的管中管裝置20’的截面圖示出了布置在外管內(nèi)的內(nèi)管，示出流體3處于內(nèi)孔10內(nèi)。流體可以是任何可流動的流體，包括烴混合物、水、非水液體、氣體、以及上述物質(zhì)的混合物，流體中可含有固體。內(nèi)管可通過扶正器(未示出)定位于管中管裝置內(nèi)的中央位置。內(nèi)管壁4具有孔或開口 8，當(dāng)開口 8位于打開位置時，可使流體在內(nèi)孔10和環(huán)形空間6之間流通。圖1D所示的管中管裝置20’的截面圖示出管中管裝置處于打開位置，此時流體3和被改向的流體3’分別占據(jù)內(nèi)孔10和環(huán)形空間
6。在該所示的實施例中，可控制的改向結(jié)構(gòu)24是環(huán)繞內(nèi)管壁4布置的可滑動套筒，其控制開口 8的位置。在該管中管裝置中，布置有開口 8和上述可控制的改向結(jié)構(gòu)24的部分用標(biāo)記22表示。在某些實施例中，該部分單獨制造，并焊接或以其他方式固定連接(例如，通過使用法蘭)到該管中管裝置的周圍內(nèi)管和外管上。在圖1A中，示出該管中管裝置位于打開位置，此時流體3正從內(nèi)孔10流經(jīng)開口 8、進(jìn)入環(huán)形空間6中。圖1C所示的截面圖示出該管中管裝置的套筒24環(huán)繞內(nèi)管壁4布置，此時流體3占據(jù)內(nèi)孔10。
[0028]參照圖2A-2B，示出了上述管中管裝置20’的實施例位于關(guān)閉位置上。圖2B沿經(jīng)過內(nèi)管壁4上的開口 8的線2B-2B示出了管中管裝置20’的截面，此時內(nèi)管壁4被可滑動套筒覆蓋。在所示的該實施例中，通過活塞26的作用控制上述可滑動套筒，該活塞26通過流體管線27與液力耦合器/主缸28保持流體連通，在這種情況下通過手柄29致動所述液力率禹合器/主缸。
[0029]圖1A和2A示出了內(nèi)孔10內(nèi)的阻塞物14。如圖1A所示，位于開口位置的管中管裝置使流體3 (在這種情況下，通常為流經(jīng)內(nèi)孔10的流體)流經(jīng)環(huán)形空間6而繞開阻塞物14。
[0030]圖3A和3B示出了替換的管中管裝置20’’的實施例，在該實施例中，可控制的改向結(jié)構(gòu)24是插塞，其控制開口 8的位置?？赏ㄟ^與液力耦合器28保持流體連通的活塞26的作用控制插塞的位置，這種情況下通過手柄28致動該液力耦合器。圖3A示出該管中管裝置處于打開位置，圖3B示出該管中管裝置處于關(guān)閉位置。
[0031 ] 圖4A至4D示出了另一管中管裝置20’ ’ ’的實施例，在該實施例中，可控制的改向結(jié)構(gòu)24是環(huán)繞內(nèi)管壁4布置的旋轉(zhuǎn)套筒，其控制開口 8的位置，旋轉(zhuǎn)套筒上具有開口 9，可旋轉(zhuǎn)該套筒而使開口 9與開口 8對準(zhǔn)。通過活塞26的作用來控制該旋轉(zhuǎn)套筒的位置，該活塞通過流體管線27與液力耦合器28保持流體連通，在這種情況下通過手柄29致動所述液力耦合器。圖4A示出管中管裝置20’’’處于關(guān)閉位置。圖4B示出沿線4B-4B剖開的截面，示出管中管裝置處于關(guān)閉位置，開口 8和開口 9不對準(zhǔn)，從而沒有流體在內(nèi)孔10和環(huán)形空間6之間流通，流體3占據(jù)內(nèi)孔10。圖4C示出管中管裝置處于打開位置。圖4D示出沿線4D-4D剖開的截面，示出管中管裝置處于打開位置，開口 8與開口 9對準(zhǔn)，從而流體在內(nèi)孔10和環(huán)形空間6之間流通。流體3和流體3’分別占據(jù)內(nèi)孔10和環(huán)形空間6。
[0032]圖5A和5B分別是透視圖和縱向截面圖，示出了本發(fā)明人構(gòu)思的管中管裝置的一個實施例。隔擋件25是堅固構(gòu)件，其可被制造成與文中所述的管中管系統(tǒng)的內(nèi)管4和外管2的尺寸相匹配，隔擋件(通過焊接或通過使用法蘭)可固定連接到內(nèi)管4和外管2上。隔擋件25包括腹板部分，起到分隔環(huán)形空間6的相鄰部分的分隔壁的作用。將開口 8配置成貫穿腹板部分以使環(huán)形空間的相鄰部分之間保持流體連通。可控制開口 8的位置以使流體在環(huán)形空間6的相鄰部分之間流動或阻止流體在環(huán)形空間的相鄰部分之間流動。這種隔擋件還可包括可讓流體在環(huán)形空間6和內(nèi)孔10之間流動的開口。這種隔擋件還可包括可讓流體在環(huán)形空間6與外部源之間流動的開口。該管中管裝置具有合適接口，以致動可控制的改向結(jié)構(gòu)，從而控制管中管裝置上的各種可能的開口。[0033]圖6A至6D示出了圖5A和5B所示的隔擋件25上的可能的流體通道的各種結(jié)構(gòu)。流體通道用標(biāo)記8a、8b和8c表示。在圖6A中，操作可控制的改向結(jié)構(gòu)24，以控制流體通過通道8a在環(huán)形空間6和內(nèi)孔10之間的流動。在圖6B中，操作可控制的改向結(jié)構(gòu)24，以控制流體通過通道8a在環(huán)形空間6的相鄰部分或區(qū)域之間的流動。在圖6C中，操作可控制的改向結(jié)構(gòu)24a和24b以控制流體以下列四種方式流動:(1)流體通過通道8a、8b和8c流動，使內(nèi)孔10和環(huán)形空間6之間(在兩軸向方向上或兩軸向方向之一上)建立流體連通關(guān)系；(2)流體通過通道8a和8b流動，使內(nèi)孔10和環(huán)形空間6在一個軸向方向上保持流體連通關(guān)系；(3)流體通過通道8a和8c流動，使內(nèi)孔10和環(huán)形空間6在相對的軸向上建立流體連通關(guān)系；以及(4)流體通過通道8b和8c流動，使環(huán)形空間6的相鄰部分之間建立流體連通關(guān)系?？晒┻x擇地，可控制的改向結(jié)構(gòu)24a和24b是單一機(jī)構(gòu)。無論與所述可控制的改向結(jié)構(gòu)相連的致動機(jī)構(gòu)如何，均可應(yīng)用這些可能的流體通道。在圖6D中，另一可控制的改向結(jié)構(gòu)24c提供與外部流體源(未示出)保持流體連通的另一流體通道。可預(yù)見到，該文獻(xiàn)中先前提到的所有控制機(jī)構(gòu)均可用于控制環(huán)形空間的相鄰部分之間的液流。在替換實施例(未示出)中，其中布置有通道的環(huán)形墊片(通道貫穿墊片)可使用在內(nèi)管和外管之間，而不采用隔擋件25。
[0034]圖7示出了離岸水下油氣開采系統(tǒng)100 (其也稱之為生產(chǎn)現(xiàn)場)，該離岸水下油氣開采系統(tǒng)的油氣開采設(shè)備中使用了本發(fā)明公開的管中管裝置20。上部平臺65通過臍帶件30將供應(yīng)流體、動力和電訊輸送給生產(chǎn)現(xiàn)場。臍帶終端設(shè)備(UTA)35位于海底。跳線或懸空引線50將臍帶終端設(shè)備連接到諸如管道終端(PLET) 55這樣的海底結(jié)構(gòu)上，以提供液壓流體、電連接和/或光纖連接給管道終端55。示出管中管裝置20是管線和立管系統(tǒng)的一部分，該管線和立管系統(tǒng)沿從管道終端55到平臺65的方向輸送流體、沿從平臺65到管道終端55的方向輸送流體,或根據(jù)需要在上述兩個方向上輸送流體。來自于井口 45的流體(包括油、氣和其他流體成分(如，水))通過管線40輸送到管道終端55。跳線或懸空引線60在臍帶終端設(shè)備35和井口 45之間提供液壓流體連接、電連接和/或光纖連接。使流體在內(nèi)孔和環(huán)形空間之間流通的開口(即，內(nèi)管壁上的開口)、使流體在環(huán)形空間的相鄰部分之間流通的開口(即，前述隔擋件的腹板部分內(nèi)的開口)、和/或使流體在環(huán)形空間或內(nèi)孔與外部源之間流通的開口在整個管中管裝置20內(nèi)的位置用位置(也稱之為“站”)22表示。如文所述，需要將站22布置在管道終端55處、上部平臺65處，并沿管線或立管長度范圍布置站22，這樣就能實現(xiàn)上述作用。
[0035]管中管裝置20中用于使流體流通的這類站可位于水下油氣開采系統(tǒng)的任何位置上，包括管線、立管、水下采油樹和上部結(jié)構(gòu)位置，但是并不局限于此。臍帶管可通過至少一個可控制的改向結(jié)構(gòu)連接到該管中管裝置上，以使臍帶管與管中管裝置的內(nèi)孔和/或環(huán)形空間之間保持流體連通。臍帶管可以是用于與管中管裝置連通的專用管線，或者，臍帶管可以是多功能電液控制臍帶裝置中的多根臍帶管中的一根臍帶管。臍帶管可連接到管中管裝置的多個位置上。臍帶管可通過懸空引線、臍帶終端設(shè)備(UTAs)、水下采油樹、管道終端、滑車、歧管、模架油井鉆臺、滑道和上部結(jié)構(gòu)連接到管中管裝置上。如圖7所示，跳線臍帶可用于連接各種站點，如跳線臍帶70c將管道終端55處的站連接到沿管線布置的站上，跳線臍帶70b連接沿管線布置的兩個站并繞開這兩個站之間的一個或多個站；跳線臍帶70a將上部平臺65連接到沿管線布置的站上。該裝置還可用于陸上環(huán)境。[0036]流體從管中管裝置內(nèi)的第一流體通道被導(dǎo)向或改向到第二流體通道中的流量能以許多方式控制，包括:調(diào)節(jié)開口尺寸；當(dāng)流體從外部源被泵送到管中管裝置中時控制引入的流體容積；但是并不局限于這些方式。也可通過改變背壓來控制上述流量。可通過水下分布系統(tǒng)、上部平臺分布系統(tǒng)或遠(yuǎn)程操縱潛水器(R0V)、水下自動潛水器(AUV)或自主式智能潛水器(AIV)、臍帶終端設(shè)備(UTA)上的控制系統(tǒng)或?qū)τ诒绢I(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說顯而易見的任何其他便利的控制裝置來調(diào)整這種控制。
[0037]如前所述，本發(fā)明公開的管中管裝置可用于繞開內(nèi)管或環(huán)形空間內(nèi)的阻塞物。水下石油開采設(shè)備中可能存在的這類阻塞物的例子包括氣體水合物、冰、固體蠟、巖屑、累積的腐蝕結(jié)構(gòu)、可在內(nèi)孔和/或環(huán)形空間內(nèi)造成阻塞的設(shè)備(例如包括清管器)以及固體污染物，但是并不局限于此。內(nèi)孔、環(huán)形空間和/或外部源(如，臍帶件、懸空引線、葉片、遠(yuǎn)程操縱潛水器/水下自動潛水器流體注入系統(tǒng)等)之間的連通關(guān)系可讓沿內(nèi)孔正常向下流動的流體改向流入環(huán)形空間中和/或從外部源流入環(huán)形空間中，這樣就能讓流體在障礙物或阻塞物周圍流動?？晒┻x擇地，通常沿環(huán)形空間向下正常流動的流體可改向流到內(nèi)孔中和/或從外部源流入內(nèi)孔中以繞開阻塞物。
[0038]在一個實施例中，本發(fā)明公開的管中管裝置可用于降低內(nèi)孔或環(huán)形空間內(nèi)的壓力，降低值可大于所需值。例如，如圖1A所示，如果流體在內(nèi)孔內(nèi)流動，內(nèi)孔中含有阻塞物，那么內(nèi)孔中的壓力將增加。使流體改向流入環(huán)形空間中和/或使流體流至外部源以及從外部源流入環(huán)形空間中能增加流體容積，從而降低內(nèi)孔中的壓力。
[0039]在一個實施例中，本發(fā)明公開的管中管裝置可用于分離以多相流流動的液體和氣體。例如，從井中生產(chǎn)出的液態(tài)烴和氣體可流經(jīng)該管中管裝置的內(nèi)孔或環(huán)形空間。一旦控制可控制的改向結(jié)構(gòu)使流體在內(nèi)孔和環(huán)形空間之間流通，至少一部分氣體就能改向流入內(nèi)孔和環(huán)形空間中的另一個中，從而分離氣流和重質(zhì)液流。
[0040]在一個實施例中，使從多個井中生產(chǎn)出的井產(chǎn)流體流經(jīng)管中管裝置的內(nèi)孔。將從各個井中生產(chǎn)出的井產(chǎn)流體可從終端位置(如，管道終端處)引入環(huán)形空間中而非被引入內(nèi)孔中，從而，可測量從各井中流出的流量。可通過管道終端分布系統(tǒng)控制井測試場景。從各井中流出的流體也可被抽樣測試。
[0041]在一個實施例中，井產(chǎn)流體在正常操作期間流經(jīng)管中管裝置的內(nèi)孔和/或環(huán)形空間，化學(xué)物質(zhì)可從外部源被引入內(nèi)孔和/或環(huán)形空間的合適位置處。在一個實施例中，引入該物質(zhì)以溶解阻止流體在管中管裝置內(nèi)流動的阻塞物(如，蠟)?；瘜W(xué)物質(zhì)可從位于上部平臺和/或水下的外部源被泵送，通過合適連接件被引入管中管裝置中的合適位置(內(nèi)孔和/或環(huán)形空間)。以這種方式，能通過本發(fā)明公開的裝置實現(xiàn)化學(xué)擠入效果。在一個實施例中，一停止生產(chǎn)，就用合適的化學(xué)物質(zhì)置換所有井產(chǎn)流體?；瘜W(xué)物質(zhì)可用于清除阻塞物，阻塞物包括氣體水合物、冰、固體蠟、巖屑、累積的腐蝕結(jié)構(gòu)(其在內(nèi)孔和/或環(huán)形空間內(nèi)產(chǎn)生阻塞)以及固體污染物，但是并不局限于此。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可選擇合適的化學(xué)物質(zhì)用于指定應(yīng)用場合。
[0042]在一個實施例中，熱流體可在內(nèi)孔和環(huán)形空間之間循環(huán)流通以加熱所述內(nèi)孔和/或環(huán)形空間。熱流體為任何合適流體(如，油)，其溫度足以使管中管裝置的溫度升高。這有利于熔化管中管裝置內(nèi)的氣體水合物或冰、或防止管中管裝置內(nèi)形成氣體化合物或冰。這也有利于在開始生產(chǎn)之前使管線升溫?？蓮纳喜吭刺峁崃黧w，然后通過外部源返回。[0043]在一個實施例中，通過控制可控制的改向結(jié)構(gòu)打開內(nèi)管壁上的開口，可使在內(nèi)孔或環(huán)形空間中的第一流體通道中流動的流體改向流入內(nèi)孔和環(huán)形空間中的另一個中。一旦發(fā)生上述情況，流體就充分膨脹，通過焦耳-湯姆遜效應(yīng)足以可控地冷卻和加熱管中管裝置。公知的是，一旦流體經(jīng)過開口就膨脹，從而出現(xiàn)這種冷卻或加熱效果。如果在合適壓力和溫度范圍內(nèi)發(fā)生這種膨脹就能產(chǎn)生加熱效果。
[0044]在一個實施例中，該管中管裝置可用于選擇性地在管中管裝置中的合適位置上提供穩(wěn)定器作用。例如，流體改向流到管中管裝置的環(huán)形空間內(nèi)的部分中。選定部分中的流體重量增加，從而可提供穩(wěn)定器作用，提高管線或立管的穩(wěn)定性，或緩和管線彎曲或移動程度。
[0045]在一個實施例中，管中管裝置使用在油氣開采設(shè)備中，可被操作成在方便的位置進(jìn)行人工舉升(也稱之為氣舉)以助于有效地將井產(chǎn)流體從井“舉升”到地面上。通過隔擋件的連通性可將干燥氣體從上部氣源向下輸送到環(huán)形空間中，然后通過內(nèi)孔和環(huán)形空間之間的開口被選擇性地引入生產(chǎn)管線中。在目前的油氣開采設(shè)備中可通過獨立管線或一體式的作用臍帶件實現(xiàn)人工舉升。本發(fā)明公開的管中管裝置可實現(xiàn)這種人工舉升，僅使用一個裝置而不需要使用其他水下裝置。
[0046]在一個實施例中，通過使用該管中管裝置對管線或立管的選定部分選擇性地進(jìn)行水壓測試或脫水處理，則可在運行前調(diào)試該選定部分。通過選擇性測試某些部分或使某些部分脫水，從而可減少總調(diào)試時間。
[0047]除非另有規(guī)定，對某類元件、材料或其他部件(可從該類中選擇單個部件或混合部件)的描述應(yīng)該包括所列舉部件及其組合物的所有可能的附屬類的組合形式。另外，術(shù)語“包含”、“包括”及其變形形式應(yīng)該是非限制性的，對所列舉的一些項元素的描述并不排除本發(fā)明的材料、成分、方法和系統(tǒng)中有益的其他類似元素。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通過上面的描述內(nèi)容，將能理解所附權(quán)利要求書所覆蓋的改進(jìn)、改變和變形形式。
【權(quán)利要求】
1.一種管中管裝置，用于使流體在其中流動，該管中管裝置包括: a.內(nèi)管,其包括內(nèi)管壁，內(nèi)管壁具有內(nèi)表面和外表面并在內(nèi)管壁內(nèi)界定內(nèi)孔； b.外管，其包括外管壁，外管壁具有環(huán)繞內(nèi)管布置的內(nèi)表面和外表面，從而在外管壁的內(nèi)表面與內(nèi)管壁的外表面之間形成環(huán)形空間；以及 c.可控制的改向結(jié)構(gòu)，用于使流體在所述內(nèi)孔和環(huán)形空間之間流通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的管中管裝置，其中，所述環(huán)形空間包括沿其長度方向布置的多個部分，該管中管裝置還包括用于控制流體在沿環(huán)形空間的長度方向布置的相鄰部分之間流通的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的管中管裝置，其中，該管中管裝置是油氣開采設(shè)備中的管線、管路和/或立管系統(tǒng)中的部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的管中管裝置，還包括用于使流體在外部裝置和內(nèi)孔之間流通的可控制的改向結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的管中管裝置，還包括用于使流體在外部裝置和環(huán)形空間之間流通的可控制的改向結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的管中管裝置，其中，所述可控制的改向結(jié)構(gòu)選自于閥、套筒、心軸、插塞、滑動機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、可膨脹的智能材料、可收縮的智能材料、可破裂材料、可滑動套筒、旋轉(zhuǎn)套筒和插塞所構(gòu)成的組。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的管中管裝置，其中，可通過液壓、電信號、無線信號、聲頻信號、光信號、壓力信號、溫度變化、慣性信號、化學(xué)劑、納米材料、磁致動作用致動所述可控制的改向結(jié)構(gòu)，或可手動致動所述可控制的改向結(jié)構(gòu)，或可通過遠(yuǎn)程操縱潛水器、水下自動潛水器或自主式智能潛水器致動所述可控制的改向結(jié)構(gòu)。
8.一種用于使流體在管中管裝置中流動的方法，該管中管裝置包括設(shè)置在外管內(nèi)的內(nèi)管，該方法包括以下步驟: a.提供管中管裝置，該管中管裝置用于讓流體在其中流動，該管中管裝置包括: i內(nèi)管，其包括具有內(nèi)表面和外表面的內(nèi)管壁并在內(nèi)管壁內(nèi)界定內(nèi)孔； ii外管，其包括外管壁，外管壁具有環(huán)繞所述內(nèi)管布置的內(nèi)表面和外表面，由此在外管壁的內(nèi)表面與內(nèi)管壁的外表面之間形成環(huán)形空間；以及 iii可控制的改向結(jié)構(gòu)，用于使流體在所述內(nèi)孔和環(huán)形空間之間流通； b.使流體經(jīng)過內(nèi)孔和/或環(huán)形空間在第一流體通道中流動；以及， c.控制使流體流通的所述可控制的改向結(jié)構(gòu)，使正在流動的流體經(jīng)過內(nèi)孔和/或環(huán)形空間從所述第一流體通道改向流到第二流體通道中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，第一流體通道經(jīng)過所述內(nèi)孔，第二流體通道經(jīng)過所述環(huán)形空間。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，第一流體通道經(jīng)過所述環(huán)形空間，第二流體通道經(jīng)過所述內(nèi)孔。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，第一流體通道中含有以第一相對流量流經(jīng)所述內(nèi)孔和環(huán)形空間的流體，第二流體通道中含有以第二相對流量流經(jīng)所述內(nèi)孔和環(huán)形空間的流體，第二相對流量不同于第一相對流量。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，在第一流體通道中流動的流體流經(jīng)所述內(nèi)孔或環(huán)形空間，在第一流體通道中流動的流體含有氣體和液態(tài)烴；一旦對用于使流體流通的所述可控制的改向結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制而使正在流動的流體經(jīng)過所述內(nèi)孔和/或環(huán)形空間從第一流體通道改向流到第二流體通道，至少一部分氣體就從內(nèi)孔流入環(huán)形空間或從內(nèi)孔流入環(huán)形空間，從而使氣體與液態(tài)烴分離。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，在第一流體通道中流動的流體流經(jīng)所述內(nèi)孔和/或環(huán)形空間，在第一流體通道中流動的流體包含井產(chǎn)流體，該方法還包括以下步驟:將來自外部源的物質(zhì)引入所述內(nèi)孔和/或環(huán)形空間內(nèi)，用該物質(zhì)置換井產(chǎn)流體。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，所述內(nèi)孔和/或環(huán)形空間內(nèi)含有阻塞物，該方法還包括以下步驟:將物質(zhì)引入內(nèi)孔和/或環(huán)形空間內(nèi)以使該物質(zhì)溶解所述阻塞物。
15.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，使熱流體在所述內(nèi)孔和環(huán)形空間之間循環(huán)流動，從而加熱內(nèi)孔和/或環(huán)形空間。
16.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，在第一流體通道中流動的流體沿所述內(nèi)孔或環(huán)形空間流動，對所述可控制的改向結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制以使流體從第一流體通道改向而在第二流體通道中流動；其中，一旦流體從第一流體通道改向流到第二流體通道中，正在流動的流體就充分膨脹，通過焦耳-湯姆遜效應(yīng)足以冷卻或加熱所述管中管裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，在第一流體通道中流動的流體沿所述內(nèi)孔或環(huán)形空間流動，對所述可控制的 改向結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制以使流體從第一流體通道改向而在第二流體通道中流動；其中，經(jīng)過所述內(nèi)孔和環(huán)形空間之一而在第一流體通道中流動的流體改向流動到所述內(nèi)孔和環(huán)形空間中的另一個內(nèi)的部分中，以在管中管裝置中的合適位置上提供穩(wěn)定器作用。
18.一種在管中管裝置中進(jìn)行人工舉升的方法，井產(chǎn)流體在該管中管裝置中流動，該方法包括以下步驟:a.使從井中產(chǎn)出的井產(chǎn)流體經(jīng)過權(quán)利要求1的管中管裝置的所述內(nèi)孔和環(huán)形空間之一在第一流體通道中流動；b.使來自上部氣源的氣體流經(jīng)權(quán)利要求1的管中管裝置的所述內(nèi)孔和環(huán)形空間中的另一個；c.通過對可控制的改向結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，在一個或更多個選定位置將正在流動的氣體引入到正在流動的井產(chǎn)流體中，從而使流體在所述內(nèi)孔和環(huán)形空間之間流動。
19.一種用于控制流體在管中管裝置中流動的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:a.根據(jù)權(quán)利要求1的管中管裝置；以及b.臍帶管，該臍帶管通過至少一個可控制的改向結(jié)構(gòu)連接到管中管裝置上，該改向結(jié)構(gòu)用于使流體在臍帶管與所述管中管裝置的內(nèi)孔和環(huán)形空間中的至少一個之間流通。
【文檔編號】E21B19/00GK103703212SQ201280036680
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月26日
【發(fā)明者】A·C·F·科里斯內(nèi)利斯, S·A·梅巴基亞, M·昆內(nèi), M·瑞茲 申請人:雪佛龍美國公司