流動(dòng)控制裝置的設(shè)備、系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種控制流體流經(jīng)管狀構(gòu)件的流動(dòng)控制裝置包括：控制室，具有設(shè)置在其中的活塞，該活塞能被施加第一流體壓力以從開(kāi)活塞位置移動(dòng)到閉活塞位置；以及閥室，其中具有閥，該閥能被施加第二流體壓力以從閉閥位置移動(dòng)到開(kāi)閥位置。在閉活塞位置形成阻止流體通過(guò)控制室流入管狀構(gòu)件的密封，而在開(kāi)閥位置形成通過(guò)閥室進(jìn)入管狀構(gòu)件的流動(dòng)路徑。
【專利說(shuō)明】流動(dòng)控制裝置的設(shè)備、系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]概括而言，本發(fā)明涉及與地下井一同使用的設(shè)備和執(zhí)行的操作，本發(fā)明尤其涉及用于管理流入和流出管體的流體的流動(dòng)控制裝置的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]在不限制本發(fā)明范圍的前提下，以下將參照從含烴地層生產(chǎn)流體作為示例而描述本發(fā)明的背景。
[0003]在從地下井中生產(chǎn)烴類期間，需要大體減少或排除從井中生產(chǎn)的水的生產(chǎn)。例如，可能期望從井中生產(chǎn)的流體具有相對(duì)較高的烴類的比例，和相對(duì)較低的水的比例。在一些情況下，還期望限制來(lái)自井中的烴類氣體的生產(chǎn)。
[0004]另外，在從被井眼穿透的地層的長(zhǎng)區(qū)段(interval)中生產(chǎn)流體時(shí)，已知的是，沿區(qū)段平衡流體的生產(chǎn)可導(dǎo)致減少的水和氣體“錐進(jìn)”，和更多的受控制的一致性，從而增大從區(qū)段中生產(chǎn)的油的比例和總量。在過(guò)去，為了沿區(qū)段平衡生產(chǎn)，流入控制裝置(KDs)已經(jīng)被使用以限制通過(guò)ICDs的生產(chǎn)的流體的流動(dòng)。例如，在長(zhǎng)水平井眼中，在井眼的“腳跟部”附近流動(dòng)的流體可比在井眼的“腳趾部”附近流動(dòng)的流體受到更多的限制，以抵消水平井的傾向(tendency)從而使在井的“腳跟部”生產(chǎn)的流量大于在井的“腳趾部”生產(chǎn)的流量。
[0005]然而，在錐進(jìn)導(dǎo)致的井中的水或氣體生產(chǎn)開(kāi)始之后，有時(shí)期望減少I⑶s產(chǎn)生的任何流動(dòng)限制，以使生產(chǎn)最大化。因此，雖然期望ICDs延遲水或氣體的生產(chǎn)開(kāi)始的時(shí)間點(diǎn)，在該時(shí)間點(diǎn)之后會(huì)需要更高的進(jìn)入井中的流量，以從周圍地層中抽取任何剩余烴類。而且，還期望的是，將井與周圍地層隔離而不需物理干預(yù)進(jìn)入井中，例如在井中放置特定工具或者拋棄井。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個(gè)實(shí)施例中，一種流動(dòng)控制裝置包括:管狀構(gòu)件，具有輸送流體的內(nèi)部通路；外殼，設(shè)置為圍繞管狀構(gòu)件且在外殼與管狀構(gòu)件之間形成室，其中外殼被分割為控制室和閥室；活塞，設(shè)置在控制室中且能夠在第一活塞位置與從第一活塞位置位移的第二活塞位置之間移動(dòng)，其中活塞將控制室分割為第一部分和第二部分；以及閥，設(shè)置在閥室中且能夠在第一閥位置與從第一閥位置位移的第二閥位置之間移動(dòng)，其中閥提供閥室的第一部分與閥室的第二部分之間選擇性的流體連通。該活塞在第一活塞位置提供管狀構(gòu)件的內(nèi)部通路與控制室之間的第一流動(dòng)路徑，并且該閥在第二閥位置提供管狀構(gòu)件的內(nèi)部通路與閥室之間的第二流動(dòng)路徑。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，一種控制流經(jīng)管狀構(gòu)件的流體的流動(dòng)控制裝置包括:控制室，具有設(shè)置在其中的活塞，該活塞能被施加第一流體壓力以從開(kāi)活塞位置移動(dòng)到閉活塞位置；以及閥室，其中具有閥，該閥能被施加第二流體壓力以從閉閥位置移動(dòng)到開(kāi)閥位置。在閉活塞位置形成阻止流體通過(guò)控制室流入管狀構(gòu)件的密封，而在開(kāi)閥位置形成通過(guò)閥室并進(jìn)入管狀構(gòu)件的流動(dòng)路徑。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，一種控制進(jìn)入管狀構(gòu)件的流動(dòng)的方法包括:沿第一流動(dòng)路徑在管狀構(gòu)件的內(nèi)部與地層之間提供流體連通；響應(yīng)第一壓力以基本上密封第一流動(dòng)路徑；響應(yīng)第二壓力以建立管狀構(gòu)件的內(nèi)部與地層之間的第二流動(dòng)路徑；以及沿第二流動(dòng)路徑在管狀構(gòu)件的內(nèi)部與地層之間提供流體連通。
[0009]這些以及其他特征和特性結(jié)合附圖和權(quán)利要求書(shū)從以下詳細(xì)描述中將被更加清晰地理解。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]以下將參照附圖對(duì)公開(kāi)的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，其中:
[0011]圖1是示出根據(jù)一實(shí)施例的包括多個(gè)流動(dòng)控制裝置的井系統(tǒng)的示意圖。
[0012]圖2是流動(dòng)控制裝置的一實(shí)施例的剖視圖。
[0013]圖3A是以第一構(gòu)造示出的流動(dòng)控制裝置的一實(shí)施例的剖視圖。
[0014]圖3B是以第二構(gòu)造示出的圖3A的流動(dòng)控制裝置的一實(shí)施例的剖視圖。
[0015]圖3C是以第三構(gòu)造示出的流動(dòng)控制裝置的一實(shí)施例的剖視圖。
[0016]圖3D是以第四構(gòu)造示出的流動(dòng)控制裝置的一實(shí)施例的剖視圖。
[0017]圖4是閥體與夾頭組件的一實(shí)施例的立體圖。
[0018]圖5A是以第一構(gòu)造示出的包括呈J形槽機(jī)構(gòu)的抑制構(gòu)件的流動(dòng)控制裝置的一實(shí)施例的剖視圖。
[0019]圖5B是以第二構(gòu)造示出的具有J形槽機(jī)構(gòu)的圖5A的流動(dòng)控制裝置的一實(shí)施例的首1J視圖。
[0020]圖5C是以第三構(gòu)造示出的具有J形槽機(jī)構(gòu)的圖5A的流動(dòng)控制裝置的一實(shí)施例的首1J視圖。
[0021]圖是以第四構(gòu)造示出的具有J形槽機(jī)構(gòu)的圖5A的流動(dòng)控制裝置的一實(shí)施例的首1J視圖。
[0022]圖6是圖5A至圖中示出的J形槽的一實(shí)施例的俯視圖。
[0023]圖7是用于圖5A至圖的J形槽機(jī)構(gòu)的凸起環(huán)的一實(shí)施例的立體圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]首先應(yīng)理解，雖然本文公開(kāi)了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的示例性實(shí)施，所公開(kāi)的設(shè)備、系統(tǒng)和方法可示例性地用于任意數(shù)量的當(dāng)前技術(shù)或現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明決非限制于下文示出的示例性實(shí)施、附圖、和技術(shù)，而是可在所附權(quán)利要求的范圍以及其等同物的完全范圍內(nèi)改變。
[0025]某些術(shù)語(yǔ)在下文的描述和權(quán)利要求中通篇使用，以指代特定的特征或構(gòu)件。附圖不一定是按照比例的。本文中的某些特征和構(gòu)件能以放大的比例示出或以某種示意的形式示出，且為了清晰和簡(jiǎn)明，可不示出常用元素的一些細(xì)節(jié)。
[0026]除非另有規(guī)定，“連接”、“接合”、“聯(lián)接”、“附接”或其它任何描述元件之間的相互作用的術(shù)語(yǔ)的任何形式和用法均不是意圖將這些元件之間的關(guān)聯(lián)限制為直接相互作用，所描述的元件之間也可包括間接相互作用。在下文的論述和權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“包含”和“包括”是用于開(kāi)放式描述，應(yīng)理解為“包括但不限于”。對(duì)上或下的引用是為了描述的目的，其中“上方”、“上部”、“向上”、或“井上”指的是朝向井眼的地面方向，而“下方”、“下部”、“向下”、或“井下”指的是朝向井的末端方向，與油井的方位無(wú)關(guān)。本文使用的術(shù)語(yǔ)“油帶”或“產(chǎn)油帶”指的是為了處理或生產(chǎn)而指定的井眼的單獨(dú)的部分，且可以指整個(gè)烴類地層或單個(gè)地層的單獨(dú)部分，例如同一地層的水平和/或豎直隔開(kāi)的多個(gè)部分。在閱讀下文多個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)描述并參照附圖后，在本發(fā)明的幫助下，上述的多種特征以及下文具體描述的其它特征和特性對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。
[0027]本發(fā)明描述了一種設(shè)備和方法，用于在流動(dòng)限制件(例如ICD)已經(jīng)在井中安裝在井下后，快速且高效地繞過(guò)該流動(dòng)限制件，且用于將井從周圍地層封閉起來(lái)，而不需要物理介入到井中。雖然多個(gè)旁通機(jī)構(gòu)可與本文描述的設(shè)備和方法一同使用，應(yīng)認(rèn)識(shí)到該流動(dòng)控制裝置可響應(yīng)第一壓力以關(guān)閉通過(guò)流動(dòng)限制件的第一流動(dòng)路徑，且同時(shí)或之后響應(yīng)第二壓力以打開(kāi)第二流動(dòng)路徑。雖然第一壓力可大于、小于、或等于第二壓力，但是使第一壓力小于第二壓力可使第一流動(dòng)路徑能夠被關(guān)閉且然后第二流動(dòng)路徑能夠在稍后的時(shí)候打開(kāi)。多個(gè)流動(dòng)控制裝置可用在生產(chǎn)管柱中以響應(yīng)第一壓力而關(guān)閉多個(gè)流動(dòng)限制件，并隨后響應(yīng)第二壓力而打開(kāi)多個(gè)旁通流動(dòng)路徑。因此，多個(gè)流動(dòng)路徑可響應(yīng)一個(gè)或多個(gè)壓力而改變，這與單獨(dú)地使用多個(gè)流動(dòng)限制件相比可具有優(yōu)勢(shì)。此外，多個(gè)流動(dòng)路徑可僅利用壓力被改變，而不需要物理干預(yù)進(jìn)入井中，這與必須使用輸送到井眼中的安裝工具的現(xiàn)有技術(shù)相比可具有優(yōu)勢(shì)。
[0028]首先參照?qǐng)D1，其中描繪了示例性井系統(tǒng)10，包括具有大致豎直段14與大致水平段16的井眼12、套管18、管柱20、多個(gè)隔開(kāi)的封隔器22和流動(dòng)控制裝置24、以及地層26。
[0029]烴類的生產(chǎn)可通過(guò)使含有烴類的流體從地層26流出，通過(guò)未下套且打開(kāi)的水平井眼16，并通過(guò)多個(gè)流動(dòng)控制裝置24流入管柱20而實(shí)現(xiàn)。在該示例中，流動(dòng)控制裝置24提供了對(duì)來(lái)自地層26的不需要的物質(zhì)的過(guò)濾，并提供了對(duì)從地層輸入到管柱20中的流體的測(cè)量。封隔器22通過(guò)提供井眼12的外壁與管柱20之間的密封，沿井眼12將每個(gè)單獨(dú)流動(dòng)控制裝置24隔離到不同的油帶或區(qū)段中。
[0030]流經(jīng)管柱20的流體的摩擦效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致在管柱20的井上節(jié)段中的流體壓力損失相對(duì)于管柱20的設(shè)置在水平井眼16中的井下節(jié)段中的流體壓力損失增大。該壓力損失導(dǎo)致管柱20的設(shè)置在水平節(jié)段16中的井上節(jié)段與地層26之間的壓差的增大，壓差增大進(jìn)而導(dǎo)致進(jìn)入管柱20的井上節(jié)段的更高的流速。因此，將每個(gè)流體控制裝置24隔離允許對(duì)每個(gè)流體控制裝置24的測(cè)量能力進(jìn)行修改，從而導(dǎo)致流入管柱20的每個(gè)節(jié)段的流量更加均勻。例如，井上的流動(dòng)控制裝置24可包括較大的流動(dòng)限制件，以抵抗迫使流體進(jìn)入流動(dòng)控制裝置的更大的壓差。
[0031]雖然圖1描繪了打開(kāi)且未下套的水平井眼16中的多個(gè)流動(dòng)控制裝置24，應(yīng)理解的是這些流動(dòng)控制裝置同樣適合用于下套的井眼中。例如，當(dāng)為烴類的后續(xù)生產(chǎn)而注入化學(xué)物(例如酸)和/或使套管穿孔時(shí)，這些流動(dòng)控制裝置24和封隔器22可用于流動(dòng)控制的目的。而且，雖然圖1將流動(dòng)控制裝置24描繪為每一個(gè)都被封隔器22隔離，應(yīng)理解的是，任何數(shù)量的流動(dòng)控制裝置24可一起形成群組并被封隔器22隔離，而不背離本發(fā)明的原理。此外，雖然圖1描繪了在水平井眼16中的流動(dòng)控制裝置24，還應(yīng)理解的是，流動(dòng)控制裝置同樣適用于具有其它方向構(gòu)造的井眼，包括豎直井眼、偏移井眼、斜井眼、多分支井眼等。
[0032]流動(dòng)控制裝置的一個(gè)實(shí)施例可包括:其中具有活塞的控制室，通過(guò)施加第一流體壓力，活塞能夠從開(kāi)活塞位置移動(dòng)到閉活塞位置；以及其中具有閥的閥室，通過(guò)施加第二流體壓力，閥能夠從閉閥位置移動(dòng)到開(kāi)閥位置。而且，在閉活塞位置形成有阻止流體通過(guò)控制室流入管狀構(gòu)件的密封件，且在開(kāi)閥位置可形成通過(guò)閥室進(jìn)入管狀構(gòu)件的流動(dòng)路徑。流動(dòng)控制裝置還可包括鄰近活塞設(shè)置的抑制構(gòu)件，其中抑制構(gòu)件由活塞響應(yīng)第一流體壓力的移動(dòng)而驅(qū)動(dòng)。流動(dòng)控制裝置還可包括鄰近閥設(shè)置的抑制構(gòu)件，其中抑制構(gòu)件由閥響應(yīng)第二流體壓力的移動(dòng)而驅(qū)動(dòng)。通過(guò)控制室流入管狀構(gòu)件的流體可產(chǎn)生第一壓降，而通過(guò)閥室流入管狀構(gòu)件的流體可產(chǎn)生第二壓降，第二壓降可大于、小于、或等于第一壓降。而且，第一流體壓力可大于、小于、或大致等于第二流體壓力。
[0033]參照?qǐng)D2，其中描繪了流動(dòng)控制裝置100的一實(shí)施例的剖視圖，流動(dòng)控制裝置100適合于作為上文參照?qǐng)D1描述的流動(dòng)控制裝置24使用。概括而言，流動(dòng)控制裝置100包括流動(dòng)限制部10a和旁通閥部100b。概括而言，流動(dòng)限制部10a包括管道或管狀構(gòu)件102、過(guò)濾器142、第一端口 114、外殼104、流動(dòng)限制構(gòu)件164、活塞106、凸緣110、第二端口 120、剪切構(gòu)件116、以及第三端口 118。
[0034]管道102是能夠用于井下并且在高壓下連通流體的任何管狀構(gòu)件。管道102包括內(nèi)部流體通路102a，流體可通過(guò)流體通路102a沿井上方向和井下方向進(jìn)行輸送，并且可沿徑向引導(dǎo)通過(guò)管狀管道102的壁延伸的第一端口 114和第三端口 118。
[0035]外殼104是圍繞管道102設(shè)置的環(huán)形構(gòu)件，且包括:柱形外壁104a ;保持凸緣部104c,從柱形外壁104a徑向延伸；以及固定凸緣部104b,從柱形外壁104a徑向延伸并固定到管道102的外表面。外壁104a和凸緣104b共同限定外殼104與管道102之間的第一室144。第三端口 118提供內(nèi)部流體通路102a與第一室144的由活塞106的第二側(cè)106f、柱形外壁104a、和外殼104的固定凸緣部104b限定的部分之間的流體連通。內(nèi)部凸緣104d與固定凸緣部104b相對(duì)且鄰近過(guò)濾器142，并從外壁104a徑向延伸到第一室144中，且如下文將詳細(xì)描述地限定第二端口 120的一部分。
[0036]在圖2示出的實(shí)施例中，流動(dòng)限制器164是圍繞管道102設(shè)置的環(huán)形構(gòu)件。在該實(shí)施例中，限制器164具有固定到管道102的長(zhǎng)形柱形部164a。流動(dòng)限制器164還包括軸向延伸通過(guò)管狀部164a的至少一個(gè)通路164b。
[0037]凸緣110為從管道102徑向向外延伸的長(zhǎng)形構(gòu)件。凸緣110固定到管道102并包括面向外部的密封件112。
[0038]活塞106是圍繞管道102設(shè)置的環(huán)形構(gòu)件且適于相對(duì)于外殼104和管道102滑動(dòng)接合。活塞106構(gòu)造為與外殼104類似，且包括長(zhǎng)形外壁106a、下凸緣部106b、密封凸緣部106d以及與下凸緣部相對(duì)的上凸緣部106c。下凸緣部106b從外壁106a向內(nèi)延伸且保持環(huán)形密封件108a和108b，環(huán)形密封件108a和108b分別與外殼104的內(nèi)表面和管道102的外表面密封接合。下凸緣部106b還包括設(shè)置為鄰近剪切構(gòu)件116的第一側(cè)106e以及設(shè)置為鄰近第三端口 118的第二側(cè)106f。密封凸緣部106d包括密封件108c，密封件108c用于與流動(dòng)限制器164的柱形部164a的外表面的密封接合。上凸緣部114c包括面向內(nèi)部的密封表面，該密封表面用于與保持在凸緣110中的密封件112的密封接合。活塞密封件108a和108c將第一室144劃分為兩部分，其中一部分包含第一端口 114、凸緣110、流動(dòng)限制器164、第二端口 120、密封凸緣106d、剪切構(gòu)件116，而另一部分包含第三端口 118。
[0039]剪切構(gòu)件116是設(shè)置在第一室144中的管道102的壁中的槽166或其它此種凹部中的易碎銷。剪切構(gòu)件116還設(shè)置為與活塞106的第一側(cè)106e接合。剪切構(gòu)件116的縱軸線垂直于管道102的縱軸線。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)剪切構(gòu)件可圍繞管道102使用，以產(chǎn)生所需的保持力。
[0040]仍然參照?qǐng)D2，概括而言，旁通閥部10b包括管道或管狀構(gòu)件102、過(guò)濾器148、外殼122、磁體146、閥150、剪切凸緣132、第四端口 140和第五端口 138。旁通閥部10b和管道102包括徑向的第五端口 138，第五端口 138延伸貫穿管道102的管狀壁。
[0041]外殼122是圍繞管道102設(shè)置的環(huán)形構(gòu)件，且包括柱形外壁122a、柱形內(nèi)壁122d、從柱形外壁122a徑向延伸到柱形內(nèi)壁122d的內(nèi)凸緣部122b，并且柱形內(nèi)壁122d固定到管道102的外表面。外壁122a、內(nèi)凸緣部122b和內(nèi)壁122d共同限定第二室154。柱形外壁122a包括供剪切凸緣132插入的槽122g。孔眼122f徑向延伸通過(guò)內(nèi)壁122d，以提供到第五端口 138的通道，該第五端口提供內(nèi)部流體通路102a與第二室154之間的流體連通。外凸緣部122c和內(nèi)凸緣部122e與內(nèi)凸緣部122b相對(duì)，均徑向延伸到第二室154中，且如下文將詳細(xì)描述地限定第四端口 140的一部分。
[0042]在一個(gè)實(shí)施例中，閥部可包括磁體146。磁體146的形狀可為該實(shí)施例中示出的柱形，且能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)對(duì)鐵磁體材料產(chǎn)生力。磁體146固定到內(nèi)凸緣部122b且從柱形外壁122a的內(nèi)表面基本上延伸到柱形內(nèi)壁122d的外表面。而且磁體146的縱軸線平行于管道102的縱軸線。
[0043]概括而言，閥150包括閥體134、內(nèi)部通孔152、O形環(huán)密封件130、環(huán)形槽156、閥塞128、多個(gè)夾頭爪指126、以及保持環(huán)124。閥體134為大致柱形構(gòu)件且能夠與外殼122的柱形外壁122a和柱形內(nèi)壁122d滑動(dòng)接合。閥體134包括沿閥體的縱軸線延伸的中心通孔152。閥體134還包括圍繞閥體134的外表面周向延伸的環(huán)形槽156。環(huán)形凹槽158也圍繞閥體134的外表面周向設(shè)置，且容納O形環(huán)密封件130。O形環(huán)密封件130與閥體134的外表面一起密封在外殼122的柱形外表面122a與內(nèi)表面122d之間。
[0044]現(xiàn)在參照?qǐng)D2和圖4，多個(gè)夾頭爪指126固定到閥體134，且朝向外殼122的內(nèi)凸緣部122b軸向延伸，且在面向內(nèi)部的唇部162處終止。夾頭爪指126的唇部162被保持環(huán)124徑向向內(nèi)壓緊。爪指126制造為被偏置為向外彎曲，但被保持環(huán)124抑制以沿其長(zhǎng)度維持統(tǒng)一的內(nèi)徑直到唇部162。柱形保持環(huán)124固定到外殼122的柱形外部122a和柱形內(nèi)部122d，且因此不會(huì)沿外殼122的縱軸線移動(dòng)。然而，夾頭爪指126與保持環(huán)124的內(nèi)柱形表面滑動(dòng)接合。
[0045]閥塞128設(shè)置在中心通孔152中。雖然閥塞128的形狀被描繪為球形，閥塞128可具有可選的多種形狀，包括柱形構(gòu)造、基本上柱形的構(gòu)造或其它構(gòu)造，只要閥塞128能夠如下文描述地產(chǎn)生閥體134中的密封且能夠從閥體134中排出。關(guān)于這些額外的閥塞設(shè)計(jì)的額外細(xì)節(jié)公布在
【發(fā)明者】盧克·霍爾德曼 申請(qǐng)人:哈利伯頓能源服務(wù)公司