專利名稱：用于控制流入井眼的流體流量的井下可調(diào)式流量控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上來說涉及用于控制從地下地層到井眼中的開采管柱中的流體流量的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
諸如油和氣這樣的烴類是利用鉆進(jìn)地層的井或井眼從地下地層采收的。在有些情 況下，這樣的井眼通常通過以下方式完井沿著井眼長度放置套管并臨近各個開采區(qū)(含烴區(qū))對套管鉆孔以將流體(例如油和氣)從相關(guān)的開采區(qū)抽取到井眼內(nèi)。在其它情況下，井眼可能是裸井，即沒有套管。ー個或更多個流入控制裝置置于井眼中，以控制流入井眼中的流體流量。這些流動控制裝置和開采區(qū)通常通過在它們之間安裝封隔器而彼此分開。從各個開采區(qū)進(jìn)入井眼的流體被吸入延伸到地面的管形構(gòu)件中。所希望的是，沿開采區(qū)具有基本上均勻的流體流動。不均勻的排放可能導(dǎo)致出現(xiàn)不希望有的狀況，例如侵入式氣錐或水錐。在采油井的情況下，例如，氣錐會導(dǎo)致氣體流入井眼內(nèi)，這會顯著降低采油量。同樣，水錐也會導(dǎo)致水流入油開采流內(nèi)，這也會降低采油量和質(zhì)量。通常在開采區(qū)鉆入偏斜或水平井眼，以由此抽取流體。若干流入控制裝置沿著這樣的井眼間隔放置，以排放地層流體或者將流體注入到地層中。地層流體常常包含油層、油下面的水層以及油上面的氣層。對于生產(chǎn)井來說，水平井眼典型處于水層上方。油、水和氣的邊界層在水平井的整個長度上可能不是均勻的。而且，地層的某些性質(zhì)，例如孔隙度和滲透率，沿著井長度也可能不是相同的。所以，地層和井眼之間的流體可能不會均勻地流過流入控制裝置。對于生產(chǎn)井眼來說，所希望的是開采流體相對均勻地流入井眼內(nèi)以及防止水和氣流過各個流入控制裝置。被動式(passive)流入控制裝置通常用來控制流入井眼的流量。這種流入控制裝置被設(shè)定為讓經(jīng)過其中的流體流量保持一定，然后將其安裝在井眼中；這種流入控制裝置不被設(shè)計或構(gòu)造為用于井下調(diào)節(jié)。有時期望改變特定區(qū)域的流體流量。這是因為特定區(qū)域已經(jīng)開始產(chǎn)出了不適宜的流體如水或氣體，或者流入控制裝置已經(jīng)堵塞或受損害且當(dāng)前設(shè)置不充分，等等。為了改變經(jīng)過這種被動式流入控制裝置的流體流量，需要拉出開采管柱，但是這樣做成本十分高昂且耗吋。因而，需要井下可調(diào)節(jié)的被動式流入控制裝置。

發(fā)明內(nèi)容
—方面，在一個實施例中提供了ー種井下可調(diào)式流量控制裝置，該井下可調(diào)式流量控制裝置包括具有流通區(qū)域流入控制裝置和設(shè)定裝置，所述流通區(qū)域被構(gòu)造成在流入?yún)^(qū)域接收地層流體，在流出區(qū)域排出接收到的流體，所述設(shè)定裝置被構(gòu)造將流經(jīng)所述流通區(qū)域的流體流量調(diào)節(jié)至 選定的水平。所述設(shè)定裝置包括連接構(gòu)件，連接構(gòu)件被夠造成連接到一外部鎖定裝置上，該外部鎖定裝置適用于移動所述連接構(gòu)件，從而使得所述設(shè)定裝置改變所述流體流量至所需的水平。在另一方面，在一個實施例中公開了ー種流量控制設(shè)備，該設(shè)備包括被動式流入控制裝置和設(shè)定裝置，該被動式流入控制裝置被構(gòu)造成接收來自地層的流體并將所接收到的流體排到流出區(qū)域，所述設(shè)定裝置被構(gòu)造成調(diào)節(jié)流經(jīng)所述流入控制裝置的流體流量，所述設(shè)定裝置包括連接構(gòu)件和鎖定裝置，該鎖定裝置被構(gòu)造成與所述連接構(gòu)件相連以操作所述設(shè)定裝置，從而調(diào)節(jié)流經(jīng)所述流入控制裝置的流體流量。本發(fā)明更重要特征的例子概述得相當(dāng)寬泛，以便可以更好地理解下述的詳細(xì)說明書以及可以領(lǐng)悟?qū)Ρ绢I(lǐng)域做出的貢獻(xiàn)。當(dāng)然，本發(fā)明還具有附加特征，這將在下文描述，其形成了附加于此的權(quán)利要求的主題。


參照下列詳細(xì)說明書，并結(jié)合附圖，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將更容易領(lǐng)悟和更好地理解本發(fā)明的有點和其他方面，其中貫穿附圖中所示的幾個視圖中，同樣的參考標(biāo)記通常表示同樣或類似的元件，以及其中圖I是示例性多區(qū)井眼的示意性正視圖，其具有安裝在其中的開采管柱，開采管柱包括一個或更多個根據(jù)本發(fā)明的實施例的井下可調(diào)式流入控制裝置；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的被動式流入控制裝置的局部的等角視圖；圖3A和3B分別示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可調(diào)式流量控制裝置處于第一位置時的側(cè)視圖和剖視圖；圖4A和4B分別示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、圖3A和3B中的可調(diào)式流量控制裝置處于第二位置時的側(cè)視圖和剖視圖；圖5A和5B分別示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、圖3A-4B中的可調(diào)式流量控制裝置處于第三位置時的側(cè)視圖和剖視圖；圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可調(diào)式流量控制裝置處于第一位置時的局部側(cè)視圖，該流量控制裝置具有用于對流經(jīng)所述流量控制裝置的流體流量進(jìn)行調(diào)節(jié)的磁性閉鎖裝置；圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、圖6A中的可調(diào)式流量控制裝置處于第二位置時的剖視圖；圖6C示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、圖6A中的可調(diào)式流量控制裝置處于第三位置時的剖視圖；以及圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的另ー實施例的可調(diào)式流量控制裝置的剖視圖。
具體實施例方式本發(fā)明涉及用于控制地層流體在井中流動的設(shè)備和方法。本發(fā)明提供了某些附圖并描述了所述設(shè)備和方法的某些實施例，這些應(yīng)當(dāng)視為對在此所述的原理的舉例說明，并非旨在將本發(fā)明限制于所示和所描述的實施例。首先參見圖1，圖中顯示了示例性的井眼開采系統(tǒng)100，其包括穿過地層112鉆入一對開采區(qū)或儲層114、116的井眼110。所示的井眼110村有具有若干穿孔118的套管，所述穿孔穿入并延伸到地層開采區(qū)114、116中，這樣開采的流體可以從開采區(qū)114、116流入井眼110中。所示的示例性井眼110包括豎直區(qū)段IlOa和基本上水平區(qū)段110b。井眼110包括開采管柱(或開采組件)120，所述開采管柱包括從井眼110的地面126處的井口裝置124向下延伸的管道(也被稱為中心管)122。開采管柱120沿其長度限定一內(nèi)部軸向孔128。ー環(huán)空130限定在開采管柱120與井眼套管之間。所示的開采管柱120具有基本上水平的部分132，該基本上水平的部分沿著井眼110的偏斜支路或部分IlOb延伸。開采裝置134位于沿開采管柱120的選定部位處。任選地，各開采裝置134在井眼110內(nèi)由成對的封隔器裝置136隔離。雖然沿著水平部分132僅僅顯示了兩個開采裝置134，但是，沿著水平部分132可以布置大量這樣的開采裝置。每ー開采裝置134包括根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的井下可調(diào)式流量控制裝置138，用來調(diào)節(jié)從開采區(qū)流到開采管柱120中的ー種或更多種流體的ー個或更多個方面。井 下可調(diào)式流量控制裝置138可具有許多可供選擇的結(jié)構(gòu)特征，這些可供選擇的結(jié)構(gòu)特征能夠提供可選擇性的操作和從其中穿過的受控流體流量。在此所使用的術(shù)語“流體”或“多種流體”包括液體、氣體、烴、多相態(tài)流體、更多流體中的兩種流體的混合物、水以及從地表注入的流體(如水)。另外，“水”的含義應(yīng)解釋為也包括水基流體，如咸水或鹽水。地下地層一般含有水或鹽水以及油和氣。水可能存在于含油區(qū)下面，氣可能存在于含油區(qū)上面。水平井眼，例如部分110b，通常鉆入開采區(qū)(例如開采區(qū)116)中，并可以延伸超過5000英尺的長度。一旦井眼已經(jīng)開采一段時間，就會有水流入一些開采裝置134中。水流入的量和時間可能隨著開采區(qū)的長度不同而變化。因此需要在井下可調(diào)節(jié)的流量控制裝置，以根據(jù)需要來控制不需要的流體的流量和/或改變經(jīng)過該裝置的流量以均衡流動。井下可調(diào)式流量控制裝置也可被設(shè)計成自動限制經(jīng)過該井下可調(diào)式流量控制裝置的水流量。圖2是ー實施例的等軸側(cè)視圖，示出了ー種典型的多通道流入控制裝置200的一部分，該多通道流入控制裝置可被用在鉆柱和所述井眼內(nèi)。流入控制裝置200可包含在井下可調(diào)式流量控制裝置138中，用來控制從儲層流入開采管柱中的流體流量。開采裝置134可包括過濾裝置和流入控制裝置200，所述過濾裝置用來減少附帯在流體中的顆粒數(shù)量和尺寸，而所述流入控制裝置則控制進(jìn)入井眼內(nèi)的地層流體的總排放流量。如圖所示，所示的流入控制裝置200包括圍繞管形構(gòu)件202形成的多個結(jié)構(gòu)流部分220a、220b、220c和220d，每個結(jié)構(gòu)流部分界定了流動通道或流動路徑?？蓪⒚總€結(jié)構(gòu)流部分構(gòu)造成產(chǎn)生預(yù)定壓降以控制從地層流入井眼油管的產(chǎn)出流體的流量。這些流動路徑或部分中的一個或更多個可被堵斷或成為獨立的(與其他部分不保持液カ連通)以在這些部分上產(chǎn)生選定或規(guī)定的壓降。經(jīng)過特定部分的流體流量可通過關(guān)閉為選定的結(jié)構(gòu)流部分提供的孔ロ 238來控制。如下所述，管形構(gòu)件上帶有孔ロ，從而根據(jù)周圍地層的參數(shù)和狀況暴露一個或更多個選定孔ロ。如圖所示，流經(jīng)所述流入控制裝置200的總壓降是每ー工作段形成的壓降之總和。結(jié)構(gòu)流部分220a-220d也可稱之為流動通道或流通區(qū)域。為了簡化對流入控制裝置200的描述，每一通道內(nèi)的流量控制可參照對通道220a的描述。所示的通道220a包括流出區(qū)域或區(qū)段212 (也稱之為“第一流動區(qū)域”)和流入?yún)^(qū)域210 (也稱之為“第二流動區(qū)域”)。地層流體進(jìn)入通道220a流進(jìn)流入?yún)^(qū)域210、然后通過流出區(qū)域212從該通道排出。通過引導(dǎo)正在流動的流體經(jīng)過流通區(qū)域230，從而通道220a產(chǎn)生壓降，流通區(qū)域230包括一個或更多個流動級或管道，如流動級232a、232b、232c和232d。每一部分可包括任何所需數(shù)量的流動級。另外，在ー些方面，流入控制裝置200中的各個通道可包括不同數(shù)量的流動級。在另一方面，每個通道或流動級可被構(gòu)造成在流入?yún)^(qū)域和流出區(qū)域之間提供獨立的流動路徑。通道220a-220d中的一些通道或所有通道基本上相互保持不液カ流通。也就是說，流體穿過所述通道、經(jīng)過流入控制裝置200的流動是平行的而不是串聯(lián)的。因而，開采裝置134可使流體流經(jīng)選定通道而部分或完全中斷其他通道內(nèi)的流體流動。流入控制裝置200阻斷ー個或更多個通道而基本上不影響流體流經(jīng)其他通道。應(yīng)理解為術(shù)語“平行”是功能性術(shù)語，而不是表示具體結(jié)構(gòu)或物理構(gòu)造。繼續(xù)參照圖2，示出了多通道流動構(gòu)件200的其他細(xì)節(jié)，通過將流入的流體輸送通過所述多個通道220a-220d中的ー個或更多個，該多通道流動構(gòu)件產(chǎn)生壓降。所述多個通道220a-220d每個可沿中心管或芯部202的壁部形成，并包括以預(yù)定方式控制流動的結(jié)構(gòu)特征。盡管沒有要求，但是所述多個通道220a-220d可以以平行方式沿芯部202的長軸縱 向設(shè)置。每一通道具有與井眼管狀流動孔(如圖3-8所示)保持流體相通的一端以及與將流入控制裝置200和地層分離開的環(huán)形空間或環(huán)空流體相通的第二端。通常，所述多個通道220a-220d例如在各自的流入?yún)^(qū)域和流出區(qū)域之間的區(qū)域可相互分開。在一些實施例中，通道220a可被布置為曲徑或迷宮式結(jié)構(gòu)，該曲徑或迷宮式結(jié)構(gòu)形成為彎曲的或迂回的流動路徑以讓流體經(jīng)過其中。在一個實施例中，通道222a的每ー流動級232a-232d分別包括腔242a_242d。端ロ 244a_244d以串行方式液カ連接所述腔242a-242d。在通道220a的示例性結(jié)構(gòu)中，地層流體進(jìn)入流入?yún)^(qū)域210，然后通過端ロ或孔ロ 244a被排到第一腔242a中。流體然后沿彎曲路徑252a流動，接著通過端ロ 244b排到第二腔242b中，依此類推?？缢龆衰?244a-244d中的每一端ロ均會產(chǎn)生一定壓降，這是位于所述端ロ每側(cè)上的腔體的結(jié)構(gòu)、與此相關(guān)的端ロ之間的偏距以及每個端ロ的尺寸所起到的作用。如文中所述，采用的流動級布置以及各流動級內(nèi)的結(jié)構(gòu)決定了流體在每個具體腔內(nèi)流動的彎曲度和摩擦力。具體通道內(nèi)的不同流動級可被構(gòu)造成提供不同的壓降。根據(jù)本發(fā)明中所述的基本原理、方法和其他實施例可將腔體構(gòu)造成任何所需的結(jié)構(gòu)。在ー些實施例中，多通道流動構(gòu)件200可提供從地層到管形構(gòu)件的多個流動路徑。如下所述，井下可調(diào)式流量控制裝置可被構(gòu)造成能夠調(diào)節(jié)穿過多通道流動構(gòu)件的流動路徑，從而可根據(jù)地層和流體流動特性來定制該裝置。可根據(jù)地層流體成分或其他測量參數(shù)來選擇通道或流動路徑。在一方面，所述流入控制裝置200中的每一流動級可具有相同的結(jié)構(gòu)尺寸。在另一方面，可選擇所述徑向距離、端ロ偏距和端ロ尺寸來提供所需的彎曲度，從而使得壓降為流體粘度或密度的函數(shù)。在一實施例中，對于低粘度流體(粘度最高大致為IOcP)而言，多通道流動構(gòu)件可產(chǎn)生相當(dāng)高的壓降變化百分比，對于粘度相對高的流體(粘度大致為IOcP至ISOcP)而言，多通道流動構(gòu)件產(chǎn)生的壓降基本上保持恒定。盡管所述流入控制裝置200被描述為多通道裝置，但是用于井下可調(diào)式流量控制裝置中的流入控制裝置可包括任何合適的裝置，包括孔型裝置、螺旋型裝置和混合型裝置，但并不局限于所述裝置。
圖3A是井下可調(diào)式流量控制裝置300的等軸視圖，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例該可調(diào)式流量控制裝置位于管形構(gòu)件302上。圖3B是管形構(gòu)件302和可調(diào)式流量控制裝置302的剖視圖。圖3A和3B圖示了可調(diào)式流量控制裝置300處于第一位置，例如將可調(diào)式流量控制裝置300布置在井眼中之前可設(shè)定該第一位置。所示的可調(diào)式流量控制裝置300包括多通道流動構(gòu)件304 (也稱之為流入控制裝置)和設(shè)定裝置305。設(shè)定裝置305的第一位置對應(yīng)于所述多通道流動構(gòu)件304的選定通道。在ー個方面，所述多通道流動構(gòu)件304包括多個流動通道，其中各個通道具有不同的流動阻力。在一個實施例中，每個通道的流動阻カ可被配置為用來限制流入管形構(gòu)件302中的選定流體(如氣體或水)的流動。如文中所述，多通道流動構(gòu)件304被構(gòu)造成能使流體經(jīng)過包括一系列流動級306、流動孔ロ 307和管形構(gòu)件302的通道。在ー些方面，流動孔ロ 307位于管形構(gòu)件302的槽形部分309上，從而，無論孔ロ 307是否被旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件308覆蓋，流體都能從所有孔ロ 307流出。在ー個方面，環(huán)繞所述槽形部分309的外周布置有四個流動孔ロ，它們之間相互間隔90度。旋轉(zhuǎn)式指引、構(gòu)件308包括凹陷部分310，該凹陷部分使得所述流動孔ロ 307暴露出來。所述旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件308包括軌道312 (也稱之為J型槽或?qū)к?和銷314 (也稱之為J型銷或?qū)тN)，所述軌道和銷控制該旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件308的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在ー個方面，多個銷314同所述軌道312 一起定位以保證所述旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件308運(yùn)動過程中的穩(wěn)定性。在ー些方面，軌道312是該旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件上的圖案式開ロ，該旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和軸向運(yùn)動以調(diào)節(jié)經(jīng)過所述流量控制裝置302的流體流量。在一個實施例中，位于管形構(gòu)件302內(nèi)部的元件的軸向運(yùn)動可調(diào)節(jié)所述旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件308，以讓流體流經(jīng)所述多通道流動構(gòu)件304的選定通道。設(shè)定裝置305包括所述旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件308、偏壓構(gòu)件320和導(dǎo)套316，所述的每個構(gòu)件均位于管形構(gòu)件302外部。導(dǎo)套316與所述旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件308相連，該旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件可使管形構(gòu)件302和導(dǎo)套316進(jìn)行附圖標(biāo)記317所示的軸向運(yùn)動，同時各元件分別單獨進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。導(dǎo)套316也連接到偏壓構(gòu)件320 (如彈簧)，該偏壓構(gòu)件在壓縮時可抵抗附圖標(biāo)記317所示的軸向運(yùn)動。在ー個方面，偏壓構(gòu)件320的與導(dǎo)套相対的端部固定連接到管形構(gòu)件302上。在圖示實施例中。導(dǎo)套316與一狹槽中的導(dǎo)銷322相連。該導(dǎo)銷322控制導(dǎo)套316和偏壓構(gòu)件320的軸向運(yùn)動范圍。諸如筒夾324這樣的內(nèi)部構(gòu)件(也稱之為連接構(gòu)件、閉鎖裝置或連接工具)位于管形構(gòu)件300內(nèi)并包括突起326，所述突起被構(gòu)造成可選擇性地嚙合活動套筒328，該活動套筒是導(dǎo)套316的一部分或與該導(dǎo)套相連。活動套筒328也可稱之為連接構(gòu)件。如下所述，在圖4A和4B中，當(dāng)筒夾324在管形構(gòu)件300內(nèi)在附圖標(biāo)記317所示的方向上軸向移動時，突起326可嚙合所述活動套筒328。筒夾324可以是任何合適的構(gòu)件或工具，其被構(gòu)造成在管形構(gòu)件300內(nèi)軸向運(yùn)動并引起可調(diào)式流量控制裝置302運(yùn)動。筒夾324包括由狹槽分隔的軸向構(gòu)件332，其中軸向構(gòu)件332被構(gòu)造成朝管形構(gòu)件302的內(nèi)表面被偏壓或推壓以遠(yuǎn)離該管形構(gòu)件的軸線。因而，纜索工具或連續(xù)油管可用來在管形構(gòu)件302內(nèi)在沿著附圖標(biāo)記317所不的軸向上移動筒夾324。筒夾324可選擇地嚙合管形構(gòu)件302內(nèi)的元件或與其脫離，從而可使得旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件308和可調(diào)式流量控制裝置300的其他元件運(yùn)動。圖4A和4B分別示出了在通道流動位置之間過渡的管形構(gòu)件302和可調(diào)式流量控制裝置300的側(cè)視圖和剖視圖。在ー些方面，可調(diào)式流量控制裝置300可具有任意數(shù)量的流動位置。如圖所示，可調(diào)式流量控制裝置300在圖3A和3B所示位置與圖5A和5B所示位置之間過渡。在一方面，纜索工具或鋼絲工具可用來在附圖標(biāo)記317所示方向上移動筒夾324，其中筒夾324嚙合活動套筒328。筒夾324 —旦嚙合了活動套筒328的內(nèi)部分，該筒夾就使得偏壓構(gòu)件320壓縮并使得旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件308在附圖標(biāo)記317所示方向上運(yùn)動。當(dāng)旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件308在附圖標(biāo)記330所示方向上運(yùn)動時，軌道312就繞銷314運(yùn)動以使得該旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。如圖所示，所述銷位于軌道312的位置400中，旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件308在第一位置和第二位置之間過渡；所述旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件在第一位置和第二位置時，銷314分別位于位置402和404中。筒夾突起326可保持與活動套筒328嚙合，直到突起326被軸向(附圖標(biāo)記318所指示)并向內(nèi)推壓為止，例如通過管形構(gòu)件300內(nèi)側(cè)上的釋放套筒406來推壓所述突起。將突起326從活動套筒328釋放之后，纜索工具繼續(xù)在井下在附圖標(biāo)記330所示方向上移動筒夾324。釋放所述筒夾324會使得偏壓構(gòu)件320張開，從而引起旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件308和導(dǎo)套316在附圖標(biāo)記408所示方向上運(yùn)動到第二位置。第二位置使流體流經(jīng)所述 多通道流動構(gòu)件304的第二通道，此時銷314位于軌道312的位置404中。圖5A和5B分別示出了可調(diào)式流量控制裝置300處于第二位置時的側(cè)視圖和剖視圖。如圖所示，可調(diào)式流量控制裝置300使流體經(jīng)過處于第二位置的多通道流量控制構(gòu)件的通道500。從而，旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件308旋轉(zhuǎn)以防止流體流經(jīng)其他流動通道(包括通道502)。偏壓構(gòu)件320完全張開，從而將導(dǎo)銷322壓動到銷槽的邊界。當(dāng)筒夾324在附圖標(biāo)記330所示方向上運(yùn)動并釋放活動套筒328時，旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件308的銷314移動到軌道312的位置404中。然后旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件308的凹陷部分310被調(diào)整以使得流體從通道500流到流動孔ロ 307。圖3A至5B示出了可調(diào)式流量控制裝置300在兩位置之間的運(yùn)動過程，其中在每個位置都會使得地層流體流經(jīng)多通道流動構(gòu)件304的不同通道、然后流入管形構(gòu)件302中。在ー些方面中，多通道流動構(gòu)件304包括多個通道，這些通道被構(gòu)造成能使選定流體流入管形構(gòu)件302中并限制其他流體流入。纜索工具或其他合適裝置可用來在管形構(gòu)件302內(nèi)移動所述內(nèi)部構(gòu)件或筒夾324，從而調(diào)節(jié)所述可調(diào)式流量控制裝置302。圖3A至5B所示出的過程可根據(jù)需要重復(fù)多次以將可調(diào)式流量控制裝置300設(shè)定到選定位置上。在另ー實施例中，可采用電磁式裝置和/或機(jī)電裝置來調(diào)節(jié)流量控制裝置的位置，其中纜索或鋼絲可傳遞控制信號和動カ以控制流體流入管形構(gòu)件中。圖6A是處于第一位置的管形構(gòu)件602和可調(diào)式流量控制裝置600的一實施例的剖視圖。如圖所示，示出了在移動或調(diào)節(jié)流動路徑進(jìn)入到管形構(gòu)件602中之前的可調(diào)式流量控制裝置600?？烧{(diào)式流量控制裝置600包括多通道流動構(gòu)件604，該多通道流動構(gòu)件包括一系列流動級606。流動級606使得流體通過流動孔ロ 607流入管形構(gòu)件602中。在一個實施例中，多個流動孔ロ 607環(huán)繞管形構(gòu)件600周向布置。設(shè)定裝置605包括帶凹陷部分610的旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件608，所述凹陷部分可選擇性地暴露出ー個流動孔ロ 607。旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件608包括軌道612和銷614，所述軌道和銷協(xié)同地控制旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件608的運(yùn)動。在一方面，可將多個銷614布置在軌道612內(nèi)以保證旋轉(zhuǎn)運(yùn)動期間的穩(wěn)定性。在ー些方面中，軌道612是旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件上的圖案式開ロ，該旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和軸向運(yùn)動以調(diào)節(jié)經(jīng)過可調(diào)式流量控制裝置600的流體流量。設(shè)定裝置605還包括偏壓構(gòu)件620和導(dǎo)套616，它們均位于管形構(gòu)件602外側(cè)。導(dǎo)套616連接到旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件608上，以進(jìn)行軸向運(yùn)動617并且各元件相對于彼此均獨立地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。磁性構(gòu)件618布置在導(dǎo)套616內(nèi)以磁性耦合管形構(gòu)件602內(nèi)部的元件。在一個方面中，多個磁性構(gòu)件618可周向地布置在導(dǎo)套616中。如圖所75,導(dǎo)套616還連接到偏壓構(gòu)件620 (如彈簧)上，該偏壓構(gòu)件在壓縮時抵抗軸向運(yùn)動617。偏壓構(gòu)件620的與導(dǎo)套616相対的端部被固定到管形構(gòu)件602上。如圖所示，銷614位于軌道612的第一端部(或朝著井下的軸向末端)附近。在其他方面，導(dǎo)套616可以是金屬制的或磁化的，從而為管形構(gòu)件600內(nèi)的磁鐵提供耦合力。介入管柱622可用來將磁鐵裝置624向井下輸送到管形構(gòu)件600內(nèi)。磁鐵裝置624可包括合適的電磁體,該電磁體被構(gòu)造成使用電流產(chǎn)生磁場。磁鐵裝置624可產(chǎn)生磁場以與金屬構(gòu)件618進(jìn)行耦合。通過合適的電源626將電流供送到磁鐵裝置624上，該電源可布置在纜索或纏繞管中、布置在纜索或纏繞管上、或靠近纜索或纏繞管布置。當(dāng)介入管柱622在管形構(gòu)件600內(nèi)在方向617上軸向運(yùn)動時，可選擇性地向磁鐵裝置624提供動カ以使導(dǎo)套616運(yùn)動。例如，當(dāng)管柱622在井下在軸向617上運(yùn)動時，磁鐵裝置624可產(chǎn)生磁場來耦合磁性構(gòu)件618，從而使得導(dǎo)套616在軸向617上運(yùn)動。磁鐵裝置624和磁性構(gòu)件618之間的磁性耦合提供了足夠大的強(qiáng)度來保持該耦合，從而，當(dāng)導(dǎo)套616在軸向617上運(yùn)動時可 克服偏壓構(gòu)件620的弾性作用力。在ー個方面中，金屬構(gòu)件614可以是磁鉄，以提供足夠大的力來實現(xiàn)該金屬構(gòu)件和磁鐵裝置624之間的耦合。磁鐵裝置624可包括多個電磁體，這些電磁鐵環(huán)繞該磁鐵裝置周向間隔開，其中每個電磁鐵均被構(gòu)造成與相應(yīng)的金屬構(gòu)件614相耦合。如圖所示，纜索元件和磁鐵裝置624可用來在軸向617上移動導(dǎo)套616和旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件608。另外，磁鐵裝置624在磁性耦合到導(dǎo)套616時在軸向617上的運(yùn)動使得旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件608進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而調(diào)節(jié)了穿過所述多通道流動構(gòu)件604的流動路徑。請注意布置在管形構(gòu)件602 (圖6A-6C)外側(cè)的元件(包括可調(diào)式流量控制裝置600)基本上類似于圖3A-5B所示的對應(yīng)構(gòu)件。具體而言，在ー些方面，圖6A、6B和6C所示內(nèi)容分別對應(yīng)于圖3A、4A和5A所示內(nèi)容。圖示的機(jī)構(gòu)顯示了管形構(gòu)件內(nèi)部的不同裝置或工具，用來調(diào)節(jié)所述可調(diào)式流量控制裝置。在其他實施例中，根據(jù)成本、性能和其他考慮因素，包括多通道流動構(gòu)件604和旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件608的部件可包括適于不同應(yīng)用場合的特定結(jié)構(gòu)和元件。另外，電源626也包括一個或更多個傳感器組件，所述傳感器組件包括進(jìn)行有關(guān)流量、流體成分、流體密度、溫度、壓力、含水量、油氣比率以及震動的測量的傳感器，但并不局限于這些傳感器。在一個實施例中，使用程序和存儲器由處理器來處理這些測量結(jié)果，并可利用基于所述測量結(jié)果的選擇參數(shù)來改變位置和經(jīng)過可調(diào)式流量控制裝置602的流量。圖6B是圖6A所示的管形構(gòu)件602和可調(diào)式流量控制裝置600處于第二位置時的剖視圖。如圖所不，偏壓構(gòu)件620被壓縮在導(dǎo)套616和管形構(gòu)件600之間。相對于圖6A中的位置，旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件608在朝井下方向上沿附圖標(biāo)記617指示的軸向移動，其中銷614位于軌道612的第二端(或沿朝著井口方向的軸向末端)附近。旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件608旋轉(zhuǎn)并同時在第一位置(圖6A)和第二位置(圖6B)之間進(jìn)行軸向運(yùn)動。如圖所示,磁鐵裝置624耦合到金屬構(gòu)件618上。磁性耦合提供了沿附圖標(biāo)記617所指示方向上的作用力，用來克服偏壓構(gòu)件620的弾力來壓縮該偏壓構(gòu)件。所示的可調(diào)式流量控制裝置600處于對進(jìn)入管形構(gòu)件602中流動路徑進(jìn)行調(diào)節(jié)的過程中。在一方面，圖示的第二位置大致在第一流動通道位置(圖6A所示的位置一)和第二流動通道位置(下面的圖6C所示的位置三)的中間。圖6C是管形構(gòu)件602和可調(diào)式流量控制裝置600的剖視圖，該圖中示出了圖6A和6B中的可調(diào)式流量控制裝置處于第三位置上。此時停止使用磁鐵裝置624，從而磁場消失，且該磁鐵裝置與金屬構(gòu)件618脫離。從而，當(dāng)導(dǎo)套616被偏壓構(gòu)件620的作用力推動時，導(dǎo)套616沿方向630退回。當(dāng)旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件608在沿著井身向上的方向而在軸向630上移動時，銷614位于軌道612的第一端(或沿著井身向下的軸向末端)附近。如圖所示，旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件608和可調(diào)式流量控制裝置600位于第二流動通道位置中，從而暴露出凹陷部分610 (未示出)中的流動孔ロ 607。在ー個方面中，在多通道流動構(gòu)件604上設(shè)置四個流動通道或路徑，其中選定通道可與管形構(gòu)件602中的一個或更多個流動孔ロ 607保持流體連通。因而，圖6A-6C所示的位置示出了可調(diào)式流量控制裝置600從第一流動通道位置移動到第二流動通道位置。在一實施例中，圖6A的第一流動通道位置對應(yīng)于圖3A所示的位置。另外，圖6C的第二流動通道位置可對應(yīng)于圖5A所示的位置。圖示的磁鐵裝置624提供了一種設(shè)備，該設(shè)備用于通過使用處理器和程序或通過遠(yuǎn)程使用者來局部地調(diào)節(jié)流體流入所述管形構(gòu)件602，其中該設(shè)備包括更少的可動部件。根據(jù)應(yīng)用場合需要和其他限制條件，處理器和/或程序可布置在井下或在地面上。 圖7是可調(diào)式流量控制裝置700和管形構(gòu)件702的剖視圖。如圖所示，可調(diào)式流量控制裝置700位于第一位置中，在將流量控制裝置700布置在井眼中之前就可設(shè)定該第一位置。所示的流量控制裝置700包括多通道流動構(gòu)件704和設(shè)定裝置705。設(shè)定裝置705的第一位置對應(yīng)于多通道流動構(gòu)件704的選定通道。在ー個方面中，多通道流動構(gòu)件704包括位于流通區(qū)域748中的多個流動通道，其中各個通道具有不同的流動阻力。在井灌注的一個實施例中，每個通道的流動阻カ可被設(shè)計成用來限制選定流體(如氣體或水)從管形構(gòu)件702流入地層的流量。從而，可調(diào)式流量控制裝置700可用于注入井中以將選定量的流體注入地層的選定區(qū)域，其中注入的流體將烴從地層中置換出來。因而，注入的流體使得烴從地層區(qū)域流入附近的井中。如圖所示，多通道流動構(gòu)件704被構(gòu)造成能使流體通過管形構(gòu)件702中的流動孔ロ 707流入選定通道中，該選定通道包括一系列流動級。在ー些方面，流動孔ロ 707位于管形構(gòu)件702的凹槽部分上，從而，無論所述流動孔ロ是否被旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件708覆蓋，流體都能夠從所有流動孔ロ 707流動。在ー個方面，四個流動孔ロ相互之間以90度的間隔沿周向布置。旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件708包括凹陷部分710，該凹陷部分暴露至少ー個流動孔ロ 707。旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件708包括布置在軌道中銷714 (也稱之為J型銷或?qū)тN)以控制旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件708的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在ー些方面，所述軌道是構(gòu)件上的圖案式開ロ(如圖3A、4A和5A所示)，從而使得所述構(gòu)件可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和軸向運(yùn)動以調(diào)節(jié)經(jīng)過流量控制裝置702的流體流量。在一個實施例中，位于管形構(gòu)件702內(nèi)的元件的軸向運(yùn)動可調(diào)節(jié)所述旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件708，以使得來自管形構(gòu)件702的流體(注入流體)通過所述多通道流動構(gòu)件704的選定通道流到地層。設(shè)定裝置705包括旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件708、偏壓構(gòu)件720和導(dǎo)套716，它們均位于管形構(gòu)件702外側(cè)。導(dǎo)套716連接旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件708，旋轉(zhuǎn)式指引構(gòu)件708可使管形構(gòu)件702和導(dǎo)套716進(jìn)行軸向運(yùn)動，同時使這些元件獨立地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。導(dǎo)套716也連接到偏壓構(gòu)件720 (如彈簧)，該偏壓構(gòu)件在壓縮時可抵抗軸向運(yùn)動。在ー個方面，偏壓構(gòu)件720的與所述導(dǎo)套相対的端部固定連接到管形構(gòu)件702上。在圖示的實施例中，導(dǎo)套716與位于狹槽中的導(dǎo)銷722相連。導(dǎo)銷722控制導(dǎo)套716和偏壓構(gòu)件720的軸向運(yùn)動范圍。諸如筒夾724這樣的內(nèi)部構(gòu)件(也稱之為連接構(gòu)件、鎖定裝置或連接工具)布置在管形構(gòu)件702內(nèi)，該內(nèi)部構(gòu)件包括突起726，所述突起被構(gòu)造成可選擇地嚙合活動套筒728，該套筒是導(dǎo)套716的部件或與該導(dǎo)套716連接。因而，圖7所示的可調(diào)式流量控制裝置700可包括與圖3A-5B所示裝置類似的元件，且圖7所示的可調(diào)式流量控制裝置的功能與圖3A-5B所示裝置類似。另外，在注入井應(yīng)用場合，經(jīng)過可調(diào)式流量控制裝置700的流體流動與圖2所示相反，其中，流體從井口流入管形構(gòu)件到達(dá)第一區(qū)域212，然后通過第二區(qū)域210流入地層中。在其他實施例中，可調(diào)式流量控制裝置700使用任何合適的機(jī)構(gòu)來選擇地控制從管形構(gòu)件702流到地層中的流量，例如所述機(jī)構(gòu)是圖6A-6C所示的磁鐵裝置。另外，應(yīng)該理解為應(yīng)用于注入 井中的設(shè)備可使用任何合適的可調(diào)式流量裝置，包括圖2-6C所示的流量裝置。如圖所示，流體從井口處的源(如地表面上的箱)流入管形構(gòu)件702中(如箭頭750所示)，如箭頭752所示通過孔ロ 707而進(jìn)入可調(diào)式流動裝置700的選定通道中，然后如箭頭754所示流入地層中。因而，可調(diào)式流量控制裝置700提供了這樣ー種設(shè)備，其用來控制從注入井管形構(gòu)件702進(jìn)入地層中的流體的量和流量。
應(yīng)該理解為圖1-7 g在僅僅說明在此所述的原理和方法的教導(dǎo)，這些原理和方法可以應(yīng)用于設(shè)計、構(gòu)造和/或利用流入控制設(shè)備。此外，為便于說明和描述，上文的描述針對的是本發(fā)明的特定實施例。但是，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，在沒有背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對上述實施例進(jìn)行許多修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于井下的設(shè)備，包括 流量控制裝置，該流量控制裝置包括流通區(qū)域，該流通區(qū)域被構(gòu)造成在第一流動區(qū)域接收流體、在第二流動區(qū)域排出所接收到的流體； 設(shè)定裝置，該設(shè)定裝置被構(gòu)造成用來將流經(jīng)所述流通區(qū)域的流體流量調(diào)節(jié)至選定的水平，該設(shè)定裝置包括連接構(gòu)件，該連接構(gòu)件被構(gòu)造成連接至ー鎖定裝置，該鎖定裝置適于移動所述連接構(gòu)件，從而使得所述設(shè)定裝置將從流通區(qū)域流出的流體流量改變至所述選定的水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，第一流動區(qū)域包括多個通道，各個通道限定了經(jīng)過所述流通區(qū)域的不同流量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述選定的水平對應(yīng)于(i)由所述流通區(qū)域界定的多個流動路徑中的ー個路徑，以及(ii)由所述設(shè)定裝置選定的流通區(qū)域的流動面積。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的設(shè)備，其中，所述流通區(qū)域通過使用下列結(jié)構(gòu)之一而跨所述流量控制裝置產(chǎn)生壓降孔ロ、螺旋路徑；以及流動路徑，所述流動路徑被構(gòu)造成根據(jù)流體中的水含量或氣體含量來引起湍流。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)定裝置包括導(dǎo)套，所述導(dǎo)套具有導(dǎo)軌和銷，銷在導(dǎo)軌中運(yùn)動以使所述導(dǎo)套旋轉(zhuǎn)，從而選擇流經(jīng)所述流量控制裝置的所需水平的流體流量。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的設(shè)備，其中，沿第一方向移動所述連接構(gòu)件而使得導(dǎo)銷在所述導(dǎo)軌中運(yùn)動，從而使得導(dǎo)套沿第二方向運(yùn)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)定裝置還包括偏壓構(gòu)件，該偏壓構(gòu)件被構(gòu)造成使所述導(dǎo)套沿與第一方向相反的方向運(yùn)動。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的設(shè)備，其中，所述偏壓構(gòu)件是彈簧。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的設(shè)備，其中，所述連接構(gòu)件是下述元件之一(i)能夠從與所述設(shè)定裝置相聯(lián)的管形構(gòu)件內(nèi)部達(dá)到的機(jī)械構(gòu)件；(ii)被構(gòu)造成與磁鐵磁性耦合的磁性元件，所述磁鐵設(shè)置在與所述設(shè)定裝置相聯(lián)的管形構(gòu)件內(nèi)部。
10.一種用于井下的設(shè)備，包括 流量控制裝置，該流量控制裝置被構(gòu)造成接收來自井口源的流體并將所接收到的流體排到地層中； 設(shè)定裝置，該設(shè)定裝置被構(gòu)造成調(diào)節(jié)流經(jīng)所述流量控制裝置的流體流量，該設(shè)定裝置包括連接構(gòu)件；以及 鎖定裝置，該鎖定裝置被構(gòu)造成在所述設(shè)定裝置中運(yùn)動并與所述連接構(gòu)件相連以操作所述設(shè)定裝置，從而調(diào)節(jié)流經(jīng)所述流量控制裝置的流體流量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述流量控制裝置包括多個流通區(qū)域中的一個區(qū)域，每個這種流通區(qū)域會使得從其中流過的流體產(chǎn)生壓降。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)定裝置還被構(gòu)造成允許流體從所述流通區(qū)域中的ー個或更多個流動。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)定裝置包括指引構(gòu)件，該指引構(gòu)件調(diào)節(jié)流經(jīng)所述流入控制裝置的流體流量。
14.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)定裝置包括能夠旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件，該能夠旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件被構(gòu)造成能夠旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)來自所述流入控制裝置的流體流量。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述能夠旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件的線性運(yùn)動使得該能夠旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件旋轉(zhuǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)定裝置包括偏壓構(gòu)件，該偏壓構(gòu)件被構(gòu)造成對所述能夠旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件施加作用力。
17.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的設(shè)備，其中 所述連接構(gòu)件能夠從與所述設(shè)定裝置相聯(lián)的管形構(gòu)件內(nèi)側(cè)達(dá)到； 所述鎖定構(gòu)件被構(gòu)造成從管形構(gòu)件的內(nèi)部連接到所述連接構(gòu)件上。
18.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的設(shè)備，其中，所述連接構(gòu)件是磁性元件，所述鎖定構(gòu)件包括磁鐵，該磁鐵被構(gòu)造成從所述設(shè)定裝置內(nèi)部磁性地耦合所述連接構(gòu)件，從而調(diào)節(jié)來自所述流入控制裝置的流體流量。
19.一種方法,包括 提供流量控制裝置，該流量控制裝置具有流通區(qū)域，該流通區(qū)域被構(gòu)造成在流入?yún)^(qū)域接收地層流體，在流出區(qū)域排出被接收到的流體；以及 將ー設(shè)定裝置連接到所述流量控制裝置上，所述設(shè)定裝置被構(gòu)造成將流經(jīng)所述流通區(qū)域的流體流量調(diào)節(jié)至選定的水平，所述設(shè)定裝置包括連接構(gòu)件，該連接構(gòu)件被構(gòu)造成連接到外部鎖定裝置，該外部鎖定裝置適用于移動所述連接構(gòu)件，從而使得所述設(shè)定裝置將來自所述流通區(qū)域的流體流量改變至所述選定的水平。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，提供流量控制裝置步驟包括在流出區(qū)域提供多個通道，各個通道限定了經(jīng)過所述流通區(qū)域的不同流量。
全文摘要
在一個實施例中提供了一種流量控制裝置，該流量控制裝置包括流通區(qū)域和設(shè)定裝置。流通區(qū)域被構(gòu)造成在流入?yún)^(qū)域接收地層流體、在流出區(qū)域排出接收到的流體；設(shè)定裝置被構(gòu)造成調(diào)節(jié)通過流通區(qū)域流到選定位置的流體流量。設(shè)定裝置包括連接構(gòu)件，連接構(gòu)件被構(gòu)造成連接到外部鎖定裝置，該外部鎖定裝置適于移動所述連接構(gòu)件，從而使得設(shè)定裝置改變從流通區(qū)域流到選定位置的流體流量至選定的水平。
文檔編號E21B43/12GK102667056SQ201080058373
公開日2012年9月12日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者E·J·奧馬利, E·R·彼得森, L·A·加西亞, M·P·科羅納多 申請人:貝克休斯公司