專利名稱：用擴(kuò)大的洞穴抽取地下地層區(qū)域里的液體的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及地下礦藏的開采，更具體地說，涉及一種用被擴(kuò)大了的洞穴抽取地下地層區(qū)域里的液體用的方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明的背景地下地層區(qū)域，諸如煤層，包含大量夾帶的甲烷氣體。地下地層區(qū)域也常常與諸如地下水之類的液體有關(guān)，為了開采出甲烷氣體，必須把水從地下地層區(qū)域排出。在用泵系統(tǒng)抽取這類液體、夾帶的細(xì)煤和其它液體時(shí)，甲烷氣體可能進(jìn)入泵的進(jìn)口，這將會(huì)降低泵的效率。
本發(fā)明的概述本發(fā)明提供一種用一個(gè)被擴(kuò)大了的洞穴抽取地下地層區(qū)域里的流體的方法和系統(tǒng)，這種方法和系統(tǒng)可基本上消除或減少現(xiàn)有的方法和系統(tǒng)的至少某些缺點(diǎn)和問題。
按照本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例，抽取地下地層區(qū)域里的流體的一種方法包括鉆一個(gè)從地面到地下地層區(qū)域的井筒(well bore)，以及在所述井筒里成形一個(gè)被擴(kuò)大了的洞穴，使這個(gè)擴(kuò)大的洞穴對從地下地層區(qū)域流出的、沿著所述井筒流動(dòng)的挾帶液體的氣體流起一個(gè)液體和氣體分離室的作用。這種方法還包括把一個(gè)泵吸裝置的泵進(jìn)口定位在所述擴(kuò)大的洞穴里，以及使泵吸裝置工作而通過所述泵進(jìn)口開采出液體。所述井筒包括一個(gè)鉸接的井筒。把一個(gè)泵進(jìn)口定位在所述擴(kuò)大的洞穴里可包括把泵進(jìn)口定位在所述擴(kuò)大的洞穴里并使它偏離沿著所述井筒流動(dòng)的氣體流。在所述井筒里成形一個(gè)擴(kuò)大的洞穴包括在所述鉸接的井筒的一個(gè)基本上垂向的部分成形一個(gè)擴(kuò)大的洞穴?？墒顾霰眠M(jìn)口沿水平地偏離所述鉸接的井筒的基本上垂向的部分的縱向軸線。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一種用于抽取地下地層區(qū)域里的流體的系統(tǒng)包括一個(gè)從地面延伸到地下地層區(qū)域的井筒和一個(gè)成形在所述井筒里的擴(kuò)大的洞穴。這個(gè)擴(kuò)大的洞穴被構(gòu)造成對從地下地層區(qū)域流出的、沿著所述井筒流動(dòng)的挾帶液體的氣體流起著一個(gè)液體和氣體分離室的作用。這種系統(tǒng)包括一個(gè)泵吸裝置，其泵進(jìn)口設(shè)置在所述擴(kuò)大的洞穴里。這個(gè)泵吸裝置工作時(shí)就可通過所述泵進(jìn)口開采出液體。
本發(fā)明的各特定實(shí)施例在技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)包括，在鉸接的井筒里成形的擴(kuò)大的洞穴可把從地下地層區(qū)域流出的、沿著所述井筒流動(dòng)到所述擴(kuò)大的洞穴處的挾帶液體的氣體流中的液體分離出來。擴(kuò)大的洞穴也使使用者可把一個(gè)泵進(jìn)口偏置于沿著所述井筒流動(dòng)的氣體流。這樣，從地下地層區(qū)域通過鉸接的井筒抽取出來的流體和挾帶的細(xì)煤就將幾乎不含氣體，這可提高泵的效率。
擴(kuò)大的洞穴可以成形在鉸接的井筒的基本上水平的部分或基本上垂向的部分。如果擴(kuò)大的洞穴是成形在鉸接的井筒的基本上水平的部分，可把設(shè)置在擴(kuò)大的洞穴里的泵進(jìn)口垂向地偏離基本上水平的部分的縱向軸線。如果擴(kuò)大的洞穴是成形在鉸接的井筒的基本上垂向的部分，可把設(shè)置在擴(kuò)大的洞穴里的泵進(jìn)口水平地偏離基本上垂向的部分的縱向軸線。以這樣的方式定位泵進(jìn)口，在通過鉸接的井筒抽取流體和/或挾帶的細(xì)煤時(shí)可使從地下地層區(qū)域出來的氣體從泵進(jìn)口的旁邊流過。
熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人，可從本發(fā)明的附圖、說明和權(quán)利要求書明顯地看出其技術(shù)上的其它優(yōu)點(diǎn)。而且，盡管上面已經(jīng)列舉了一些具體的優(yōu)點(diǎn)，但是，各個(gè)實(shí)施例中，有的可能包括全部這些優(yōu)點(diǎn)，有的可能僅包括某些優(yōu)點(diǎn)，有的也可能不包括這些優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡要說明為了更完全地理解本發(fā)明的各特定實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)，下面參照附圖進(jìn)行說明，各附圖中

圖1表示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、采用擴(kuò)大的洞穴抽取地下地層區(qū)域里的液體的一個(gè)示例性井系統(tǒng)，其擴(kuò)大的洞穴設(shè)置在鉸接的井筒的大致垂向的部分；圖2表示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、采用擴(kuò)大的洞穴抽取地下地層區(qū)域里的液體的一個(gè)示例性井系統(tǒng)，其擴(kuò)大的洞穴設(shè)置在鉸接的井筒的大致水平的部分；
圖3表示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、采用擴(kuò)大的洞穴抽取地下地層區(qū)域里的液體的一個(gè)示例性井系統(tǒng)，其擴(kuò)大的洞穴設(shè)置在鉸接的井筒的彎曲的部分；圖4表示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、用于抽取地下地層區(qū)域里的液體的一個(gè)示例性井系統(tǒng)，它采用一個(gè)擴(kuò)大的洞穴和鉸接的井筒的一個(gè)分支集液池；圖5表示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、用于成形擴(kuò)大的洞穴的擴(kuò)孔器；圖6表示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖5的擴(kuò)孔器裝有一個(gè)切割器，該切割器處于半張開狀態(tài)；圖7表示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖5的擴(kuò)孔器裝有一個(gè)切割器，該切割器處于全張開位置；圖8是一個(gè)等角投影圖，它表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、一般為圓柱形的擴(kuò)大的洞穴。
本發(fā)明的詳細(xì)說明圖1表示出一個(gè)用于抽取地下地層區(qū)域里的液體的典型的井系統(tǒng)。一個(gè)鉸接的井筒430從地面414延伸到地下地層區(qū)域415。在這一實(shí)施例中，地下地層區(qū)域415包括煤層，但是，按照本發(fā)明的其它實(shí)施例，地下地層區(qū)域可以包括其它的構(gòu)造，諸如油頁巖。
鉸接的井筒430包括一個(gè)大致垂向的部分432、一個(gè)大致水平的部分434以及一個(gè)把大致垂向的部分432和大致水平的部分434連接起來的彎曲或弧形部分436。水平的部分434基本上處在地下地層區(qū)域415的水平平面上。在各特定的實(shí)施例中，鉸接的井筒430可能不包括水平的部分，例如，如果地下地層區(qū)域415不是水平的，就是如此。在這樣的情況中，鉸接的井筒430可以包括一個(gè)基本上與地下地層區(qū)域415處于同一平面內(nèi)的部分。鉸接的井筒430可以用鉸接的鉆桿來鉆成。鉸接的井筒430可以用一個(gè)適當(dāng)?shù)囊r管438襯起來。
鉸接的井筒430還包括成形在其大致垂向部分432上的一擴(kuò)大的洞穴420。在這一實(shí)施例中，該擴(kuò)大的洞穴420是大致圓柱形的，但是在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，擴(kuò)大的洞穴420可以是其它形狀的?？梢杂眠m當(dāng)?shù)臄U(kuò)孔技術(shù)和設(shè)備來成形該擴(kuò)大的洞穴420，這將在下面參照圖5-7加以說明。鉸接的井筒430里有流體450。流體450可以包括鉆鉸接的井筒430所用的鉆井流體和/或鉆井泥漿、水、從地下地層區(qū)域415釋放出來的甲烷氣體之類的氣體，或其它液體和/或氣體。在所示的這一實(shí)施例中，甲烷氣體452是在鉸接的井筒430鉆完之后釋放出來的。
由于擴(kuò)大的洞穴420的橫斷面大于鉸接的井筒430的其它部分的橫斷面，所以擴(kuò)大的洞穴420可起到一個(gè)氣體和液體分離室的作用。這使得甲烷氣體452可繼續(xù)沿著鉸接的井筒430向上流，而液體從挾帶液體的氣體流中分離出來并處在擴(kuò)大的洞穴420里，可以用泵抽取液體。這種分離之所以能夠發(fā)生，是因?yàn)閽稁б后w的氣體流在沿著鉸接的井筒430向上流到擴(kuò)大的洞穴420處時(shí)其速度會(huì)降低到低于其能夠挾帶液體的速度，這樣，氣體和液體就在擴(kuò)大的洞穴420里分離了。這種速度的降低是由于擴(kuò)大的洞穴420的橫斷面大于挾液氣體流經(jīng)過的鉸接的井筒430的其它部分的橫斷面。擴(kuò)大的洞穴420的橫斷面越大，沿著井筒流動(dòng)的挾液氣體流在其處的速度降也就越大。
泵吸裝置440設(shè)置在鉸接的井筒430里。在這一實(shí)施例中，泵吸裝置440包括布置在擴(kuò)大的洞穴420里的彎的管段442和泵進(jìn)口444。泵吸裝置440工作時(shí)可從鉸接的井筒430抽出液體、挾帶的細(xì)煤以及其它流體。如上所述，這些流體可被從沿著鉸接的井筒430流到擴(kuò)大的洞穴420處的挾液氣體流中分離出來。泵吸裝置440的彎管段442使泵進(jìn)口444在擴(kuò)大的洞穴420里處在一個(gè)水平地偏離流經(jīng)擴(kuò)大的洞穴420的氣體流452的位置。在這一實(shí)施例中，泵進(jìn)口444水平地偏離鉸接的井筒430的大致垂向的部分432的縱向軸線。泵進(jìn)口444處在這樣的位置可降低氣體流452進(jìn)入泵進(jìn)口444的量，因?yàn)闅怏w在從地下地層區(qū)域415釋放出來并沿著鉸接的井筒430向上流時(shí)從泵進(jìn)口444的旁邊通過，而如果在擴(kuò)大的洞穴420里泵進(jìn)口444不是水平地偏離在鉸接的井筒430里流動(dòng)的氣體流452，從地下地層區(qū)域415釋放出來的氣體流452就可能進(jìn)入泵進(jìn)口444。若出現(xiàn)那種情況，泵系統(tǒng)的效率就將降低。
因此，給鉸接的井筒430設(shè)置一個(gè)擴(kuò)大的洞穴420可把流經(jīng)鉸接的井筒430的流體450中的液體和氣體分離開來。擴(kuò)大的洞穴420也可使使用者在擴(kuò)大的洞穴420內(nèi)把泵進(jìn)口444偏置于在鉸接的井筒430里流動(dòng)的氣體流452。這樣，從地下地層區(qū)域415通過鉸接的井筒430抽取出來的流體和挾帶的細(xì)煤中就幾乎不含氣體，這可提高泵的效率。
圖2表示出用于從地下地層區(qū)域抽取流體的另一示例性井系統(tǒng)。一個(gè)鉸接的井筒530從地面514延伸到地下地層區(qū)域515。鉸接的井筒530包括一個(gè)大致垂向的部分532、一個(gè)大致水平的部分534以及一個(gè)把大致垂向的部分532和大致水平的部分534連接起來的彎曲部分536。鉸接的井筒530襯有一個(gè)適當(dāng)?shù)囊r管538。鉸接的井筒530還包括成形在其大致水平的部分534的擴(kuò)大的洞穴520。
鉸接的井筒530里有流體550。流體550可以包括鉆鉸接的井筒430所用的鉆井流體和/或鉆井泥漿、水、從地下地層區(qū)域415釋放出來的甲烷氣體之類的氣體、或其它液體和/或氣體。在所示的這一實(shí)施例中，甲烷氣體552是在鉸接的井筒530鉆完之后從地下地層區(qū)域515釋放出來的。擴(kuò)大的洞穴520可起一個(gè)氣體和液體分離室的作用，這很像上述圖1中的擴(kuò)大的洞穴420。
泵吸裝置540設(shè)置在鉸接的井筒530里。在這一實(shí)施例中，泵吸裝置540包括布置在擴(kuò)大的洞穴520里的彎管段542和泵進(jìn)口544。泵吸裝置540工作時(shí)可從鉸接的井筒530抽出液體、挾帶的細(xì)煤以及其它流體。如上所述，這些流體可被從沿著鉸接的井筒530流到擴(kuò)大的洞穴520處的挾液氣體流552中分離出來。泵吸裝置540的彎管段542使泵進(jìn)口544在擴(kuò)大的洞穴520里處在一個(gè)垂向地偏離在擴(kuò)大的洞穴520里流動(dòng)的氣體流552的位置。在這一實(shí)施例中，泵進(jìn)口544垂向地偏離鉸接的井筒430的大致水平的部分534的縱向軸線。泵進(jìn)口544處在這樣的位置可降低氣體流552進(jìn)入泵進(jìn)口544的量，因?yàn)闅怏w流552在從地下地層區(qū)域515釋放出來并沿著鉸接的井筒530向上流時(shí)從泵進(jìn)口544的旁邊通過。而如果在擴(kuò)大的洞穴520里泵進(jìn)口544不是垂向地偏離氣體流552，從地下地層區(qū)域515釋放出來的氣體流552就可能進(jìn)入泵進(jìn)口544。若出現(xiàn)那種情況，泵系統(tǒng)的效率就將降低。
擴(kuò)大的洞穴520也可使使用者把泵進(jìn)口544在擴(kuò)大的洞穴520內(nèi)偏置于在鉸接的井筒530里流動(dòng)的氣體流552。這樣，從地下地層區(qū)域515通過鉸接的井筒530抽取出來的流體和挾帶的細(xì)煤中就幾乎不含氣體，這可提高泵的效率。
圖3表示出用于從地下地層區(qū)域抽取流體的另一典型的井系統(tǒng)。一個(gè)鉸接的井筒230從地面214延伸到地下地層區(qū)域215。鉸接的井筒230包括一個(gè)大致垂向的部分232、一個(gè)大致水平的部分234以及一個(gè)把大致垂向的部分232和大致水平的部分234連接起來的彎曲部分236。
鉸接的井筒230包括成形在其彎曲部分236擴(kuò)大的洞穴220。鉸接的井筒230里有流體250。流體250可以包括鉆鉸接的井筒230所用的鉆井流體和/或鉆井泥漿、水、從地下地層區(qū)域215釋放出來的甲烷氣體之類的氣體、或其它液體和/或氣體。在所示的這一實(shí)施例中，甲烷氣體252是在鉸接的井筒230鉆完之后從地下地層區(qū)域215釋放出來的。擴(kuò)大的洞穴220可起一個(gè)氣體和液體分離室的作用，這很像上述圖1中的擴(kuò)大的洞穴420。
泵吸裝置240設(shè)置在鉸接的井筒230里。泵吸裝置240包括布置在擴(kuò)大的洞穴220里的泵進(jìn)口244。泵吸裝置240工作時(shí)可從鉸接的井筒230抽出液體、挾帶的細(xì)煤以及其它流體。如上所述，這些液體可被從沿著鉸接的井筒230流到擴(kuò)大的洞穴220處的挾液氣體流252中分離出來。如圖3所示，在擴(kuò)大的洞穴220里泵進(jìn)口244偏置于在鉸接的井筒230里流動(dòng)的氣體流252。這可降低氣體流252進(jìn)入泵進(jìn)口244的量，因?yàn)闅怏w流252在從地下地層區(qū)域215釋放出來并沿著鉸接的井筒230向上流動(dòng)時(shí)從泵進(jìn)口244的旁邊通過。
這樣，給鉸接的井筒230設(shè)置擴(kuò)大的洞穴220可將流到擴(kuò)大的洞穴220里的流體250中的液體分離出來。擴(kuò)大的洞穴220也可使使用者把泵進(jìn)口244在擴(kuò)大的洞穴220內(nèi)偏置于在鉸接的井筒230里流動(dòng)的氣體流252。這樣，從地下地層區(qū)域215通過鉸接的井筒230抽取出來的流體和挾帶的細(xì)煤中就幾乎不含氣體，這可提高泵的效率。
圖4表示出用于從地下地層區(qū)域抽取流體的另一典型的井系統(tǒng)。一個(gè)鉸接的井筒130從地面114延伸到地下地層區(qū)域115。鉸接的井筒130包括一個(gè)大致垂向的部分132、一個(gè)大致水平的部分134、一個(gè)把大致垂向的部分132和大致水平的部分134連接起來的彎曲部分136以及一個(gè)分支集液池137。
鉸接的井筒130包括一個(gè)擴(kuò)大的洞穴120。對于在鉸接的井筒130鉆完之后從地下地層區(qū)域115釋放出來的流體，該擴(kuò)大的洞穴220可起到將其中的氣體和液體分離開來的分離室的作用。這使得氣體流152沿著鉸接的井筒130向上流動(dòng)，而液體153被從流體分離出來并留在擴(kuò)大的洞穴120和分支集液池137里，可供抽取。分支集液池137構(gòu)成了一個(gè)液體收集區(qū)域，可將收集在這個(gè)區(qū)域里的液體153抽取到地面。
泵吸裝置140設(shè)置在鉸接的井筒130里。泵吸裝置140包括布置在集液池137里的泵進(jìn)口144。泵吸裝置140工作時(shí)可從鉸接的井筒130抽出液體153和挾帶的細(xì)煤。如上所述，這些液體153是被從沿著鉸接的井筒130流動(dòng)的挾液氣體流152中分離出來的。這樣，給鉸接的井筒130設(shè)置擴(kuò)大的洞穴120可使液體153從流經(jīng)鉸接的井筒130的挾液氣體流中分離出來。因此，從地下地層區(qū)域115通過鉸接的井筒130抽取出來的液體和挾帶的細(xì)煤中就幾乎不含氣體，這可提高泵的效率。
如上所述，圖1-4分別表示出成形在鉸接的井筒的大致垂向的部分、大致水平的部分和彎曲部分的擴(kuò)大的洞穴。應(yīng)該理解本發(fā)明的各實(shí)施例可以包括成形在鉸接的井筒的任一部分、大致垂向的井筒的任一部分、大致水平的井筒的任一部分、或諸如斜的井筒的任何其他井筒的任一部分的擴(kuò)大的洞穴。
圖5表示出用于成形諸如圖1的擴(kuò)大的洞穴420的擴(kuò)大的洞穴的一個(gè)典型的擴(kuò)孔器610。擴(kuò)孔器610包括兩個(gè)可樞轉(zhuǎn)地連接于殼體612的切割器614。也可以用有一個(gè)或多個(gè)而不是兩個(gè)切割器614的其它擴(kuò)孔器來成形擴(kuò)大的洞穴420。在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)切割器614通過銷軸615連接于殼體612，但是也可以用其它適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ骨懈钇?14能相對于殼體612樞轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)。殼體612是表示為大致垂向地布置在井筒611里，但是把殼體612布置在其它位置，也可以用擴(kuò)孔器610成形擴(kuò)大的洞穴。例如，可以用擴(kuò)孔器610成形圖2的處于大致水平位置的擴(kuò)大的洞穴520。
擴(kuò)孔器610包括一個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)616，其一部分可滑動(dòng)地安裝在殼體612的壓力腔622內(nèi)。該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)616有一個(gè)流體通路621。該流體通路621的出口625允許流體從流體通路621進(jìn)入殼體612的壓力腔622。壓力腔622有出口627，其允許流體流出壓力腔622而進(jìn)入井筒611。在各特定實(shí)施例中，可將出口627連接于一根軟管，以便把從出口627出來的流體輸送到地面或另一個(gè)地方。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)616還包括一個(gè)加大的部分620，在這一實(shí)施例中，加大的部分620有一個(gè)錐面部分624。但是，其它實(shí)施例中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可能有其它角度、形狀或結(jié)構(gòu)的加大部分，諸如立方體形狀、球形、圓錐形或水滴形的。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)616還包括壓力凹槽631。
圖5中，切割器614被表示為處于縮回位置，圍著傳動(dòng)機(jī)構(gòu)616被套疊起來。切割器614的長度可以是約2-3英尺，但是在其它實(shí)施例中，切割器614的長度可能是不同的。切割器614被表示為有斜的端部，但是在其它實(shí)施例中，切割器614的端部可能不是斜的，而是曲線的，這取決于加大的部分620的形狀和結(jié)構(gòu)。切割器614有側(cè)向切割表面654和端頭切割表面656。切割器614還有幾個(gè)尖頭，在使用中這些尖頭可能磨損，所以它們是可更換的。在這樣的情況中，尖頭可包括端頭切割表面656。切割表面654和656以及各尖頭可以用各種不同的切割材料包覆，諸如但不限于多晶金剛石、碳化鎢鑲嵌件、碳化鎢砂輪磨料、具有碳化鎢耐磨焊料的硬的表面材料、或其他適當(dāng)?shù)那懈罱Y(jié)構(gòu)物和材料，以適應(yīng)特定的地層構(gòu)造。此外，可以在切割器614上機(jī)械加工出或成形出各種形狀的切割表面654和656，以增強(qiáng)切割器614的切割特性。
在操作中，把加壓流體打入傳動(dòng)機(jī)構(gòu)616的流體通路621。這可以用一個(gè)鉆管連接器(drill pipe connector)連接于殼體612來做到。加壓流體流經(jīng)流體通路621，從出口625流出而進(jìn)入壓力腔622。在壓力腔622內(nèi)，加壓流體對傳動(dòng)機(jī)構(gòu)616的粗的部分637施加一個(gè)第一軸向力640。為了防止加壓流體從粗的部分637的圓周表面流過，可以給粗的部分637加裝一個(gè)圓周密封圈。作用在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)616的粗的部分637上的第一軸向力640使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)616相對于殼體612運(yùn)動(dòng)。這一運(yùn)動(dòng)使加大的部分620的錐面部分624接觸于切割器614，而使切割器614繞銷軸615轉(zhuǎn)動(dòng)并相對于殼體612沿徑向向外張開。由于切割器614張開了，隨著側(cè)向切割表面654和端頭切割表面656向井筒611的表面的接觸，擴(kuò)孔器610就能進(jìn)行徑向切割而成形一個(gè)被擴(kuò)大的擴(kuò)大的洞穴。
在切割器614沿徑向向外張開時(shí)，可以轉(zhuǎn)動(dòng)殼體612，以幫助切割成擴(kuò)大的洞穴642?？梢杂眠B接于鉆管連接器的鉆桿來使殼體612轉(zhuǎn)動(dòng)，但是也可以用其他適當(dāng)?shù)姆椒▉磙D(zhuǎn)動(dòng)殼體612。例如，可以用一個(gè)裝在井筒611里的電動(dòng)機(jī)來轉(zhuǎn)動(dòng)殼體612。在各特定實(shí)施例中，可以同時(shí)用裝在井筒里的電動(dòng)機(jī)和鉆桿來轉(zhuǎn)動(dòng)殼體612。鉆桿也有助于把殼體612穩(wěn)定在井筒611里。
圖6表示出圖5的擴(kuò)孔器610處于半張開狀態(tài)。圖6中，切割器614相對于殼體612處于半張開狀態(tài)并已在成形擴(kuò)大的洞穴642。在有第一軸向力640作用(見圖5)以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)616相對于殼體612運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)616的粗的部分637將最終接觸于壓力腔622的上端面。在這一位置，加大的部分620接近殼體612的端面。切割器614張開到圖6所示的位置時(shí)其間形成一個(gè)角度。在這一實(shí)施例中，該角度約為60°，但是在其它實(shí)施例中，該角度可能不同，這取決于錐面部分624的角度或加大的部分620的形狀。在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)616的粗的部分637到達(dá)壓力腔622的端面644時(shí)，壓力腔622里的加壓流體可以流出壓力腔622而通過壓力凹槽631進(jìn)入井筒611。加壓流體也可通過出口627流出壓力腔622。本發(fā)明的其它實(shí)施例可提供其它的使加壓流體流出壓力腔622的辦法。
圖7表示出圖6的擴(kuò)孔器610處于全張開狀態(tài)。一旦已經(jīng)有足夠大的第一軸向力640作用在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)616的粗的部分637上以使粗的部分637接觸于壓力腔622的端面644而使切割器614張開到圖6所示的半張開狀態(tài)，就可以對擴(kuò)孔器610施加一個(gè)第二軸向力。可以通過使擴(kuò)孔器610相對于井筒611運(yùn)動(dòng)來施加第二軸向力。這樣的運(yùn)動(dòng)可通過使連接于鉆管連接器的鉆桿運(yùn)動(dòng)來達(dá)到，或者用任何其他的技術(shù)方法。第二軸向力648迫使切割器614繞銷軸615轉(zhuǎn)動(dòng)并相對于殼體612進(jìn)一步沿徑向向外張開。648的作用還進(jìn)一步使切割器614張開到近乎垂直于殼體612的縱軸線的位置，如圖7所示。殼體612可包括一個(gè)斜面或稱“止動(dòng)結(jié)構(gòu)”，以防止切割器614過分地轉(zhuǎn)過圖7所示的、大致垂直于殼體612的縱軸線這一特定位置。
如上所述，在使切割器614沿徑向向外張開時(shí)可使殼體612在井筒611里轉(zhuǎn)動(dòng)以有助于切割成擴(kuò)大的洞穴642。還可把擴(kuò)孔器610在井筒611里提高和放低以進(jìn)一步成形擴(kuò)大的洞穴642。應(yīng)該理解用擴(kuò)孔器610也能在地層里切割出形狀不同于擴(kuò)大的洞穴642的形狀的洞穴。圖8是一個(gè)大致為圓柱形的擴(kuò)大的洞穴660的示意性立體圖，其可用圖5-7所示的擴(kuò)孔器610切割成形?？赏ㄟ^提高和/或放低擴(kuò)孔器610并同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)擴(kuò)孔器610來切割成擴(kuò)大的洞穴660。擴(kuò)大的洞穴660也是圖1的洞穴420之一例。
盡管已經(jīng)以圖例說明了大致圓柱形的擴(kuò)大的洞穴，但是應(yīng)該理解按照本發(fā)明的各特定實(shí)施例，可以用其它形狀的擴(kuò)大的洞穴。而且，擴(kuò)大的洞穴可以用這里描述的擴(kuò)孔器來成形，或者用其他適當(dāng)?shù)募夹g(shù)和方法來成形，諸如用炸藥炸出或用溶液溶解出一個(gè)洞穴。
盡管已經(jīng)詳細(xì)地說明了本發(fā)明，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人可以做出各種改變和變型。所以，本發(fā)明包括屬于其權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有改變和變型。
權(quán)利要求
1.一種用于抽取地下地層區(qū)域里的流體的方法包括鉆出一個(gè)從地面到地下地層區(qū)域的井筒；在所述井筒里成形一個(gè)被擴(kuò)大了的洞穴，使這個(gè)擴(kuò)大的洞穴對從地下地層區(qū)域流出的、沿著所述井筒流動(dòng)的挾帶液體的氣體流起到一個(gè)液體和氣體分離室的作用；把一個(gè)泵進(jìn)口定位在所述擴(kuò)大的洞穴里；以及使一個(gè)泵吸裝置工作而通過所述泵進(jìn)口開采出液體。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，把一個(gè)泵進(jìn)口定位在所述擴(kuò)大的洞穴里包括把一個(gè)泵進(jìn)口定位在所述擴(kuò)大的洞穴里并使所述泵進(jìn)口偏離沿著所述井筒流動(dòng)的氣體流。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述井筒是一個(gè)鉸接的井筒。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述鉸接的井筒包括一個(gè)基本上垂向的部分；在所述井筒里成形一個(gè)擴(kuò)大的洞穴包括在所述鉸接的井筒的一基本上垂向的部分成形一個(gè)擴(kuò)大的洞穴；以及把一個(gè)泵進(jìn)口定位在所述擴(kuò)大的洞穴里包括把所述泵進(jìn)口定位成水平地偏離所述鉸接的井筒的基本上垂向的部分的縱軸線。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述鉸接的井筒包括一個(gè)基本上水平的部分；在所述井筒里成形一個(gè)擴(kuò)大的洞穴包括在所述鉸接的井筒的一基本上水平的部分成形一個(gè)擴(kuò)大的洞穴；以及把一個(gè)泵進(jìn)口定位在所述擴(kuò)大的洞穴里包括把所述泵進(jìn)口定位成垂向地偏離所述鉸接的井筒的基本上水平的部分的縱軸線。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述鉸接的井筒包括一個(gè)彎曲的部分；在所述井筒里成形一個(gè)擴(kuò)大的洞穴包括在所述鉸接的井筒的一彎曲的部分成形一個(gè)擴(kuò)大的洞穴；以及把泵進(jìn)口定位在所述擴(kuò)大的洞穴里包括把泵進(jìn)口定位成偏離流經(jīng)所述彎曲部分的氣體流。
7.一種用于抽取地下地層區(qū)域里的流體的系統(tǒng)包括一個(gè)從地面延伸到地下地層區(qū)域的井筒；成形在所述井筒里的一個(gè)被擴(kuò)大了的洞穴，這個(gè)擴(kuò)大的洞穴被構(gòu)造成對從地下地層區(qū)域流出的、沿著所述井筒流動(dòng)的挾帶液體的氣體流起一個(gè)液體和氣體分離室的作用；一個(gè)有一個(gè)定位在所述擴(kuò)大的洞穴里的泵進(jìn)口的泵吸裝置；以及其中，所述泵吸裝置工作時(shí)可通過所述泵進(jìn)口開采出所述液體。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述泵進(jìn)口是定位成偏離沿著所述井筒流動(dòng)的氣體流。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述井筒包括一鉸接的井筒。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于所述鉸接的井筒包括一個(gè)基本上垂向的部分；成形在所述井筒里的擴(kuò)大的洞穴是成形在所述鉸接的井筒的基本上垂向的部分的一個(gè)擴(kuò)大的洞穴；以及所述泵進(jìn)口水平地偏離所述鉸接的井筒的基本上垂向的部分的縱軸線。
11.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于所述鉸接的井筒包括一個(gè)基本上水平的部分；成形在所述井筒里的擴(kuò)大的洞穴是成形在所述鉸接的井筒的基本上水平的部分的一個(gè)擴(kuò)大的洞穴；以及所述泵進(jìn)口垂向地偏離所述鉸接的井筒的基本上水平的部分的縱軸線。
12.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于所述鉸接的井筒包括一個(gè)彎曲的部分；成形在所述井筒里的擴(kuò)大的洞穴是成形在所述鉸接的井筒的彎曲部分的一個(gè)擴(kuò)大的洞穴；以及所述泵進(jìn)口偏離流經(jīng)所述彎曲部分的氣體流。
13.一種用于抽取地下地層區(qū)域里的流體的方法包括鉆一個(gè)從地面到地下地層區(qū)域的井筒；在所述井筒里成形一個(gè)被擴(kuò)大了的洞穴；在所述擴(kuò)大的洞穴里定位一個(gè)泵進(jìn)口，使所述泵進(jìn)口偏離從地下地層區(qū)域流出的、沿著所述井筒流動(dòng)的挾帶液體的氣體流；以及使一個(gè)泵吸裝置工作以通過所述泵進(jìn)口開采出液體。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在所述井筒里成形一個(gè)擴(kuò)大的洞穴包括在所述井筒里成形一個(gè)擴(kuò)大的洞穴并使它對從地下地層區(qū)域流出的、沿著所述井筒流動(dòng)的挾帶液體的氣體流起一個(gè)液體和氣體分離室的作用。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述井筒包括一個(gè)鉸接的井筒。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述鉸接的井筒包括一個(gè)基本上垂向的部分；在所述井筒里成形一個(gè)擴(kuò)大的洞穴包括在所述鉸接的井筒的基本上垂向的部分成形一個(gè)擴(kuò)大的洞穴；以及把一個(gè)泵進(jìn)口定位在所述擴(kuò)大的洞穴里并使它偏離從地下地層區(qū)域流出的沿著所述井筒流動(dòng)的挾帶液體的氣體流包括把所述泵進(jìn)口定位成水平地偏離所述鉸接的井筒的基本上垂向的部分的縱軸線。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述鉸接的井筒包括一個(gè)基本上水平的部分；在所述井筒里成形一個(gè)擴(kuò)大的洞穴包括在所述鉸接的井筒的基本上水平的部分成形一個(gè)擴(kuò)大的洞穴；以及把一個(gè)泵進(jìn)口定位在所述擴(kuò)大的洞穴里并使它偏離從地下地層區(qū)域流出的沿著所述井筒流動(dòng)的挾帶液體的氣體流包括把所述泵進(jìn)口定位成垂向地偏離所述鉸接的井筒的基本上水平的部分的縱軸線。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述鉸接的井筒包括一個(gè)彎曲的部分；以及在所述井筒里成形一個(gè)擴(kuò)大的洞穴包括在所述鉸接的井筒的彎曲部分里成形一個(gè)擴(kuò)大的洞穴。
19.一種用于抽取地下地層區(qū)域里的流體的系統(tǒng)包括一個(gè)從地面延伸到地下地層區(qū)域的井筒；一個(gè)成形在所述井筒里的擴(kuò)大的洞穴；一個(gè)有一個(gè)設(shè)置在所述擴(kuò)大的洞穴里的泵進(jìn)口的泵吸裝置，所述泵進(jìn)口偏離從地下地層區(qū)域流出的、沿著所述井筒流動(dòng)的挾帶液體的氣體流；以及其中，所述泵吸裝置工作時(shí)可通過所述泵進(jìn)口開采出液體。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述擴(kuò)大的洞穴被構(gòu)造成對從地下地層區(qū)域流出的、沿著所述井筒流動(dòng)的挾帶液體的氣體流起一個(gè)液體和氣體分離室的作用。
21.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述井筒包括一個(gè)鉸接的井筒。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于所述鉸接的井筒包括一個(gè)基本上垂向的部分；成形在所述井筒里的擴(kuò)大的洞穴包括成形在所述鉸接的井筒的基本上垂向的部分里的一個(gè)擴(kuò)大的洞穴；以及所述泵進(jìn)口水平地偏離所述鉸接的井筒的基本上垂向的部分的縱軸線。
23.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于所述鉸接的井筒包括一個(gè)基本上水平的部分；成形在所述井筒里的擴(kuò)大的洞穴包括成形在所述鉸接的井筒的基本上水平的部分里的一個(gè)擴(kuò)大的洞穴；以及所述泵進(jìn)口垂向地偏離所述鉸接的井筒的基本上水平的部分的縱軸線。
24.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述鉸接的井筒包括一個(gè)彎曲的部分；成形在所述井筒里的擴(kuò)大的洞穴包括成形在所述鉸接的井筒的彎曲部分里的一個(gè)擴(kuò)大的洞穴。
25.一種用于抽取地下地層區(qū)域里的流體的方法包括鉆出一個(gè)從地面到地下地層區(qū)域的井筒；在所述井筒里成形一個(gè)被擴(kuò)大了的洞穴，使這個(gè)擴(kuò)大的洞穴對從地下地層區(qū)域流出的、沿著所述井筒流動(dòng)的挾帶液體的氣體流起一個(gè)液體和氣體分離室的作用；把一個(gè)泵進(jìn)口定位在所述井筒的一部分里；以及使一個(gè)泵吸裝置工作而通過所述泵進(jìn)口開采出液體。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于所述井筒包括一個(gè)鉸接的井筒，該井筒有一個(gè)分支集液池，所述分支集液池可收集在所述擴(kuò)大的洞穴處從挾帶液體的氣體流中分離出來的液體；以及把一個(gè)泵進(jìn)口定位在所述井筒的一部分里包括把一個(gè)泵進(jìn)口定位在所述鉸接的井筒的所述分支集液池里。
27.一種用于抽取地下地層區(qū)域里的流體的系統(tǒng)包括一個(gè)從地面延伸到地下地層區(qū)域的井筒；一個(gè)成形在所述井筒里的擴(kuò)大的洞穴，所述擴(kuò)大的洞穴被構(gòu)造成對從地下地層區(qū)域流出的、沿著所述井筒流動(dòng)的挾帶液體的氣體流起一個(gè)液體和氣體分離室的作用；一個(gè)有一個(gè)設(shè)置在所述井筒里的泵進(jìn)口的泵吸裝置；以及其中，所述泵吸裝置工作時(shí)可通過所述泵進(jìn)口開采出液體。
28.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于所述井筒包括一個(gè)鉸接的井筒，該井筒有一個(gè)分支集液池，所述分支集液池被構(gòu)造成可收集在所述擴(kuò)大的洞穴處從挾帶液體的氣體流中分離出來的液體；以及所述泵進(jìn)口定位在所述鉸接的井筒的所述分支集液池里。
全文摘要
一種用于抽取地下地層區(qū)域里的流體的方法，它包括鉆出一個(gè)從地面到地下地層區(qū)域的井筒并在所述井筒(430、530、630、230、130)里成形一個(gè)被擴(kuò)大了的洞穴(420、520、620、220、120)，使該擴(kuò)大的洞穴對從地下地層區(qū)域(415、515、615、215、115)流出的、沿著所述井筒流動(dòng)的挾帶液體的氣體流起一個(gè)液體和氣體分離室的作用。該方法還包括把一個(gè)泵吸裝置的泵進(jìn)口定位在所述擴(kuò)大的洞穴里，并且使泵吸裝置工作而通過所述泵進(jìn)口開采出液體。井筒可以包括一鉸接的井筒。
文檔編號E21B43/38GK1694996SQ03825107
公開日2005年11月9日 申請日期2003年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月3日
發(fā)明者J·A·祖帕尼克, L·W·戴蒙德 申請人:Cdx天然氣有限公司