專利名稱：用于控制井眼內(nèi)的液體流動(dòng)的井下裝置的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種用于控制流過一個(gè)烴液生產(chǎn)井的液體流動(dòng)的井下裝置。
存在多種裝置以用于控制井眼內(nèi)液體的流動(dòng)。這些裝置基本上包括一個(gè)閥體，該閥體可以對(duì)應(yīng)于一個(gè)電子或者液壓馬達(dá)的激勵(lì)而打開或者關(guān)閉一個(gè)流體通道。
由于液體壓力和穿過井下閥的壓差通常很高，因此需要使用大功率的電子或者液壓馬達(dá)，這些大功率的電子或者液壓馬達(dá)占用狹小井眼內(nèi)的較大空間，并且需要使用較高功率和較高電壓或者高壓電子或者液壓功率供給管線。
本發(fā)明的目的就是提供一種用于控制烴生產(chǎn)井中井下液體控制的裝置，該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，操作時(shí)不需要較高電壓或者高壓功率供給管線。
技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的井下裝置包括一個(gè)含有激勵(lì)敏感凝膠的可變形腔，該凝膠的體積隨著選定的物理激勵(lì)參數(shù)的變化而變化；和一個(gè)液體流通道，該液體流通道隨可變形腔或者至少一部分凝膠的體積增加而關(guān)閉。
作為優(yōu)選的方式，凝膠是一個(gè)電磁場(chǎng)敏感凝膠，如果某個(gè)強(qiáng)度的電磁場(chǎng)施加到該凝膠上，該凝膠釋放水；而在無電磁場(chǎng)時(shí)，該凝膠吸收水；其中，該裝置裝配有一個(gè)電磁場(chǎng)發(fā)射器，該電磁場(chǎng)發(fā)射器適用于給凝膠施加一個(gè)選定強(qiáng)度的電磁場(chǎng)。
合適的電磁場(chǎng)敏感凝膠包括聚丙烯酰胺和聚甲基丙烯酸(polymethylacrylic acid)凝膠。這種類型的電磁場(chǎng)敏感凝膠為美國專利5100933、國際申請(qǐng)WO9202005和日本專利第2711119中的類型。這些現(xiàn)有技術(shù)公開的電磁場(chǎng)敏感凝膠可以有用于多種用途，例如象著色劑或者藥物的微膠囊、機(jī)械或者化學(xué)存儲(chǔ)器或者開關(guān)、傳感器、激勵(lì)器、變頻器、存儲(chǔ)器、可控釋放系統(tǒng)和選擇性泵。
這些公知的應(yīng)用限于表面設(shè)備并且適用于較小的在可控環(huán)境中作業(yè)的機(jī)械裝置中。
但是，本申請(qǐng)人驚奇地發(fā)現(xiàn)，這種凝膠可以應(yīng)用于在井眼高壓和高溫環(huán)境下作業(yè)的井下流動(dòng)控制裝置。該凝膠可以由每厘米可變形腔長(zhǎng)度0.5-50伏特的電磁場(chǎng)激勵(lì)，因此，和機(jī)械閥相比所需要的功率較小，并且該磁場(chǎng)可以由井下蓄電池、電池、發(fā)電機(jī)和/或通過油井管壁傳遞而產(chǎn)生。
作為優(yōu)選的方式，凝膠充填在一個(gè)柔性包囊(bladder)內(nèi)，它對(duì)應(yīng)于可變形腔內(nèi)至少一部分凝膠的體積的增加而封閉液體流通道。
作為合適的形式，柔性包囊為超環(huán)狀(toroidal)，并且包圍油和/或氣生產(chǎn)井的流入?yún)^(qū)內(nèi)的生產(chǎn)襯管的一個(gè)小口；其中，柔性包囊中的凝膠可以被誘激而膨脹，從而對(duì)應(yīng)于探測(cè)到通過該小口流入到井眼內(nèi)的水而密封該小口。
作為另外一種形式，柔性包囊為超環(huán)狀，并設(shè)置在一個(gè)環(huán)形空間內(nèi)；所述的環(huán)形空間位于兩個(gè)同軸的生產(chǎn)管線部分之間，而上述生產(chǎn)管線部分的壁在靠近該環(huán)形空間一端處均有開孔，因此，這些開孔對(duì)應(yīng)于包囊內(nèi)的至少一部分凝膠體積的增加而封閉，并且對(duì)應(yīng)于包囊內(nèi)的至少一部分凝膠體積的減少而打開。
已經(jīng)觀察到，國際申請(qǐng)WO97/0330公開了一種鉆井組合物，該組合物包括一種非兩性聚電解質(zhì)(non-polyampholite)聚合物和凝膠，這些聚合物和凝膠根據(jù)環(huán)境的激勵(lì)而改變它們的水化狀態(tài)。
這種已知的鉆井組合物選擇性地封隔井眼周圍的地層的孔隙，因此與井眼外的地層處理有關(guān)，與此相反的是，本發(fā)明涉及一種設(shè)置在井眼內(nèi)的井下流動(dòng)控制裝置。
最佳實(shí)施例本發(fā)明將參照附圖進(jìn)行詳細(xì)描述，這些附圖包括
附

圖1A表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)裝置，其中，一個(gè)充填凝膠的包囊處于開啟位置；圖1B表示圖1A中的裝置，其中，充填凝膠的包囊關(guān)閉液體通道；圖2A表示根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例的裝置，該裝置處于開啟位置；圖2B表示圖2A中的裝置，該裝置處于關(guān)閉位置；圖3A表示根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例的裝置，該裝置處于開啟位置；圖3B表示圖3A中的裝置，該裝置處于關(guān)閉位置；圖4A和4B是圖3A和3B中的裝置的三維俯視圖，帶有少許的修改；圖5表示根據(jù)圖4A和4B中的裝置位于一個(gè)油井管內(nèi)的橫截面示意圖；以及圖6是附圖5中的油井管的三維視圖，其中裝入了多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的裝置。
參照附圖1A和1B，提供一個(gè)油和/或氣生產(chǎn)井1，該生產(chǎn)井橫穿過一個(gè)含油和/或氣地層2。
一個(gè)襯管3為井眼提供一個(gè)襯套；襯管3上的孔眼10允許油和/或氣從周圍地層流動(dòng)到井眼1中。
一個(gè)套筒4利用一對(duì)可膨脹封隔器5而以可以取出的方式固定在井眼襯管3內(nèi)。
套筒4包括一個(gè)環(huán)形空間6，該環(huán)形空間6形成在套筒4的內(nèi)壁8和外壁8之間，從附圖的右側(cè)觀看，該環(huán)形空間6處套筒4的內(nèi)壁和外壁都包括孔眼9。
充填凝膠包囊11設(shè)置在該環(huán)形空間6內(nèi)。該包囊11包括兩個(gè)由擋板12分開的部件11A和11B。擋板12允許水滲透但是不允許包囊11中的電磁場(chǎng)敏感凝膠13滲透。
套筒4裝備有可充電蓄電池14和一個(gè)電能接收器和/或發(fā)射器裝置15，這些裝置適用于分別給包囊的第一部件11A和第二部件11B施加一個(gè)電磁場(chǎng)。
在圖1A中，電磁場(chǎng)施加到第一部件11A上，水從凝膠13中擠出穿過擋板12被擠出到第二部件11B內(nèi)，該第二部件內(nèi)的凝膠13吸收水。結(jié)果，包囊11被推向該圖的右側(cè)而封閉孔眼9，因此阻止流體流入到套筒4的內(nèi)部。壓力平衡管線17允許包囊的第一部件11A和第二部件11B穿過環(huán)形空間6自由移動(dòng)。
在圖1B中，電磁場(chǎng)被施加到第二部件11B上，然后水從第二部件11B的凝膠13被擠出到第一部件11A內(nèi)，因此包囊11向左移動(dòng)從而允許井眼液體從地層2穿過孔眼9和10流入井眼1內(nèi)。
圖2表示一個(gè)基本上類似于圖1中的裝置的一個(gè)裝置，其中，類似的附圖標(biāo)記表示類似的部件，不同之處在于，在包囊中設(shè)置兩個(gè)水滲透性擋板12A和12B兩者之間具有一個(gè)自由水體16，以使得兩個(gè)部件11A和11B之間的水能夠容易地移動(dòng)。
圖2A表示裝置處于開啟位置而圖2B表示裝置處于關(guān)閉位置。
參考附圖3A和3B，表示根據(jù)本發(fā)明的裝入到一個(gè)油井管的一個(gè)開口內(nèi)的井下液體流動(dòng)控制裝置的另外一個(gè)實(shí)施例，如圖6所示。
圖3A表示裝置30處于開啟位置，因此允許液體如箭頭31所示流動(dòng)到井眼內(nèi)。
該裝置30包括一個(gè)盤形殼體32，其中包括一個(gè)盤形空腔33。
一個(gè)超環(huán)狀包囊34安裝在殼體32內(nèi)，因此包囊34內(nèi)的一個(gè)中央開口與殼體32內(nèi)的中央液體流通道36對(duì)齊。一個(gè)砂網(wǎng)37設(shè)置在液體流通道36的入口處以防止砂子和其它固體顆粒流動(dòng)到井眼內(nèi)。
包囊34由泡沫超環(huán)狀體38包圍，泡沫38內(nèi)的孔內(nèi)充滿水。泡沫38還含有小的室或者顆粒，這些室和顆粒之間充填有膨脹性氣體。包囊34充填有電磁場(chǎng)敏感凝膠39，并且該包囊34具有一個(gè)圓柱形外壁40，該外壁40允許水滲透但不允許凝膠39通過。
一個(gè)電子線圈41裝入到泡沫38的體內(nèi)。線圈41形成電子電路42的一部分，該電子電路42包括一個(gè)電子開關(guān)43和一個(gè)可就地充電電池形式的電源44。該電池可以由穿過油井管壁的低壓電流和/或由一個(gè)井下發(fā)電機(jī)(未示出)供電，所述的發(fā)電機(jī)由一個(gè)小的風(fēng)扇或者渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，而該風(fēng)扇或者渦輪機(jī)本身則由穿過井眼的液體流動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
在圖3A中，開關(guān)43為開啟狀態(tài)，從而使得沒有電流流過線圈41。結(jié)果沒有電磁場(chǎng)施加到凝膠39上，并且凝膠將釋放水，這些水流過包囊34的水滲透性外壁40并且由泡沫38吸收。這導(dǎo)致凝膠38收縮從而使得包囊34向著包囊的柱形外壁40收縮，因此形成一個(gè)中央開口35，液體可以穿過該開口流動(dòng)到井眼內(nèi)，如圖中的箭頭31所示。
在圖3B中，開關(guān)43被關(guān)閉，從而使得電子線圈41誘導(dǎo)產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)給凝膠39。結(jié)果，凝膠39將通過包囊34的柱形外壁40吸收來自泡沫38的水。這導(dǎo)致凝膠39膨脹，因此包囊34膨脹從而關(guān)閉中央液體流通道36。
開關(guān)43可以連接到一個(gè)井下傳感器(未示出)，如果探測(cè)到水的流入，該傳感器將關(guān)閉開關(guān)。傳感器還形成一個(gè)傳感器裝置的一部分，該傳感器裝置監(jiān)測(cè)一定范圍內(nèi)的參數(shù)，并且連接到一個(gè)數(shù)據(jù)處理單元，該數(shù)據(jù)處理單元可以編程以優(yōu)化從油藏中開采烴液的生產(chǎn)作業(yè)。
圖4A和4B表示根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)實(shí)施例，其中，殼體50具有一個(gè)長(zhǎng)圓形或者橢圓形。如圖4A所示，在這種情況下，利用一對(duì)水滲透性擋板53，充填凝膠包囊51與一對(duì)含水泡沫52分隔開來。中央液體流通道可以為圓柱形或者橢圓形，并且包括一個(gè)砂網(wǎng)54。電子線圈(未示出)安裝在殼體50內(nèi)。
附圖5是圖4A、4B中的裝置的一個(gè)剖面圖，該裝置裝入在油井管55的壁內(nèi)。圖6是圖5中的油井管55的三維立體圖，其中嵌入有如圖4A、4B和5所示的一對(duì)流入控制裝置。
如圖6所示的裝置的殼體50相對(duì)于油井管沿縱向定向，從而允許殼體50基本上為平的形狀，簡(jiǎn)化了殼體50的制造過程。
應(yīng)該能夠理解，充填凝膠包囊可以具有一個(gè)水滲透性壁，該水滲透性壁與井眼液體接觸并允許凝膠吸收來自井眼液體的水和將水釋放到井眼液體中。在這種情況下包囊的壁應(yīng)該為水滲透性的，但是對(duì)于凝膠和所產(chǎn)生的油和/或氣是非滲透性的。
應(yīng)該能夠理解，可以用另外一個(gè)激勵(lì)敏感凝膠例如象溫度敏感凝膠代替電磁場(chǎng)敏感凝膠，并且用另外的一個(gè)可變形的腔例如象一個(gè)圓柱形腔代替包囊，在該腔內(nèi)對(duì)應(yīng)于凝膠體積的變化，凝膠促使一個(gè)活塞上下移動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一個(gè)井下裝置，用于控制流過一個(gè)烴液生產(chǎn)井的液體流動(dòng)，該裝置包括一個(gè)可變形腔，該可變形腔包括一個(gè)激勵(lì)敏感凝膠，該激勵(lì)敏感凝膠的體積可以隨著選定的物理激勵(lì)參數(shù)的變化而變化；該裝置還包括一個(gè)液體流通道，液體流通道對(duì)應(yīng)于至少一部分凝膠和可變形腔的體積的增加而關(guān)閉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中凝膠是一個(gè)電磁場(chǎng)敏感凝膠，如果某個(gè)強(qiáng)度的電磁場(chǎng)施加到該凝膠上，該凝膠釋放水；而在無電磁場(chǎng)時(shí)，該凝膠吸收水；其中，該裝置裝配有一個(gè)電磁場(chǎng)發(fā)射器，該電磁場(chǎng)發(fā)射器適合給凝膠施加一個(gè)選定強(qiáng)度的電磁場(chǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，凝膠從由聚丙烯酰胺和聚甲基丙烯酸凝膠構(gòu)成的組中選擇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，凝膠充填在一個(gè)柔性包囊內(nèi)，該包囊對(duì)應(yīng)于可變形腔內(nèi)至少一部分凝膠的的體積的增加而封閉液體流通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，柔性包囊為超環(huán)狀，并且包圍油和/或氣生產(chǎn)井的流入?yún)^(qū)內(nèi)的生產(chǎn)襯管的一個(gè)小口；其中，柔性包囊中的凝膠可以被激發(fā)而膨脹，從而對(duì)應(yīng)于探測(cè)到通過該小口流入到井眼內(nèi)的水而密封該小口。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，柔性包囊為超環(huán)狀，并設(shè)置在一個(gè)環(huán)形空間內(nèi)；所述的環(huán)形空間位于兩個(gè)同軸的生產(chǎn)管線部分之間，而生產(chǎn)管線在靠近該環(huán)形空間一端處均開射孔，因此，這些開孔對(duì)應(yīng)于包囊內(nèi)的至少一部分凝膠體積的增加而封閉，以及對(duì)應(yīng)于包囊內(nèi)的至少一部分凝膠體積的減少而打開。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，柔性包囊包括兩個(gè)部件，這兩個(gè)部件至少由一個(gè)擋板分隔；該擋板對(duì)凝膠是非滲透性的，但是至少對(duì)水是部分滲透性的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述的至少一個(gè)擋板由一種材料制成，當(dāng)一個(gè)電磁場(chǎng)施加到擋板上時(shí)該材料對(duì)水是滲透性的，而當(dāng)沒有電磁場(chǎng)施加到擋板上時(shí)該材料對(duì)水是非滲透性的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述的至少一個(gè)擋板分隔柔性包囊的兩個(gè)部件，每一個(gè)部件均包括根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的凝膠；該裝置包括一個(gè)或者多個(gè)電磁場(chǎng)源，該電磁場(chǎng)源適合于在可變形腔和/或擋板的一個(gè)部件上有選擇地施加電磁場(chǎng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，柔性包囊包括兩個(gè)充填凝膠包囊部件，這兩個(gè)部件由一對(duì)凝膠非滲透性擋板分隔，而這對(duì)凝膠非滲透性擋板由一所述的腔的一個(gè)含有水的中間段分隔。
全文摘要
一種控制通過一個(gè)油和/或氣生產(chǎn)井的液流的井下裝置,它包括一個(gè)包含一個(gè)電磁場(chǎng)或其它東西激勵(lì)敏感的凝膠和一個(gè)對(duì)應(yīng)于凝膠和可變形的腔室的體積增加而關(guān)閉的液流通道。
文檔編號(hào)E21B34/06GK1349586SQ00806906
公開日2002年5月15日 申請(qǐng)日期2000年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月29日
發(fā)明者約翰尼斯·約瑟夫斯·登·布爾, 阿斯特利德·哈特維克, 杰拉爾德·索默勞爾, 約翰·弗雷曼·斯圖阿特 申請(qǐng)人:國際殼牌研究有限公司