對通過井工具串的流量的調(diào)節(jié)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是關(guān)于一種流量限制工具，其可以包括：封殼裝置，其具有準許流量通過所述工具的位置，在一個位置處，流動通路向所述流量打開且所述封殼裝置阻擋流量通過另一流動通路，且在另一位置處，兩個通路均向所述流量打開；以及偏置裝置，其響應(yīng)于流動速率小于預(yù)定水平而使所述封殼裝置移位到前一位置。井工具串可以包括：定向工具，其間歇性準許流量通過所述工具串的壁以經(jīng)由穿過所述工具串的流動通路中的壓力脈沖傳輸定向數(shù)據(jù)；以及流量限制工具，其當(dāng)流量的流動速率小于預(yù)定水平時準許所述流量通過一個流動面積，且當(dāng)所述流動速率增加時準許流量通過較大的流動面積。
【專利說明】
對通過井工具串的流量的調(diào)節(jié)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開一般來說是關(guān)于結(jié)合地下井使用的設(shè)備和執(zhí)行的操作，且在下文描述的一個實施例中更具體來說提供對通過井工具串的流量的調(diào)節(jié)。
【背景技術(shù)】
[0002]近來在井中的套管/襯管旋轉(zhuǎn)定向方面的進步允許進行壓力脈沖遙測，以經(jīng)由經(jīng)過編碼的負壓力脈沖將定向數(shù)據(jù)傳送到地面。然而，在套管/襯管的內(nèi)部與外部之間需要壓力差，以便產(chǎn)生壓力脈沖。出于此原因及其它原因，在調(diào)節(jié)通過井工具串的流量的領(lǐng)域中持續(xù)地需要進步。無論是否使用壓力脈沖遙測在負壓力脈沖上編碼定向數(shù)據(jù)來使套管/襯管旋轉(zhuǎn)定向，這些進步都可以是有用的。
【附圖說明】
[0003]圖1是可以體現(xiàn)本公開的原理的井系統(tǒng)和相關(guān)聯(lián)方法的代表性局部橫截面圖。
[0004]圖2是可以在圖1的系統(tǒng)和方法中使用并且可以體現(xiàn)本公開的原理的流量限制工具的放大比例代表性橫截面圖。
[0005]圖3是流量限制工具在其增加流量面積構(gòu)造中的代表性橫截面圖。
【具體實施方式】
[0006]圖1中代表性地說明可以體現(xiàn)本公開的原理的用于井的系統(tǒng)10和相關(guān)聯(lián)方法。然而應(yīng)當(dāng)清楚地了解，系統(tǒng)10和方法僅是本公開的原理在實踐中的應(yīng)用的一個實施例，且廣泛多種其它實施例是可能的。因此，本公開的范圍完全不限于在此描述和/或在圖中描繪的系統(tǒng)10和方法的細節(jié)。
[0007]在圖1實施例中，井工具串12定位于井筒14中。井工具串12是形成用于井筒14的保護性襯里的套管或襯管管柱I6的一部分。
[0008]在此實施例中，工具串12包含定向工具18、窗接合部20和流量限制工具22。定向工具I8和流量限制工具22用以使窗接合部20的預(yù)成形窗24旋轉(zhuǎn)地或在方位角上定向，使得可以在所需方向上穿過窗鉆制分支或橫向井筒26。在此實施例中，在鉆制橫向井筒26之前封閉窗24(例如，使用相對容易鉆制或銑磨穿過的材料，例如鋁和/或復(fù)合材料等等)。
[0009]如圖1中描繪，主要或母體井筒14是垂直的，且分支或橫向井筒26是傾斜的或偏離垂直的。然而，在其它實施例中，井筒14可以是水平的或傾斜的，和/或井筒26可以是水平的或垂直的。井筒14可以是另一井筒(未圖示)的分支或橫向井筒。因此，應(yīng)當(dāng)清楚了解，本公開的范圍不限于如圖1中描繪或在此描述的系統(tǒng)10和方法的任何具體細節(jié)。
[0010]定向工具18可以是如下類型:選擇性地準許和阻止通過所述工具的壁28的流動，從而在縱向延伸穿過套管或襯管管柱16的流動通路32中產(chǎn)生壓力脈沖30。可以用定向數(shù)據(jù)來編碼這些壓力脈沖30，并且可以在遠程位置(例如，使用壓力傳感器在地面位置處)檢測這些壓力脈沖30。
[0011]可以在遠程位置從檢測到的壓力脈沖30解碼定向數(shù)據(jù)，從而使人員能夠檢驗窗24是否在所需定向上，或者確定應(yīng)當(dāng)如何旋轉(zhuǎn)套管或襯管管柱16以便實現(xiàn)所需定向?？梢詫崟r地(在正安裝管柱16時)執(zhí)行此解碼。
[0012]圖1實施例中的定向工具18包含定向傳感器34(例如，陀螺儀、三軸加速度計、重力傳感器等等)、控制器/致動器36和閥38?？刂破?致動器36響應(yīng)于由定向傳感器34進行的測量而操作閥38，使得在壓力脈沖30上編碼測量值(定向數(shù)據(jù))。
[0013]在圖1實施例中，壓力脈沖30是負壓力脈沖，因為它們包括流動通路32中的流體壓力的相對短的減小。通過打開閥38來減小流動通路32中的流體壓力，從而允許流體流40向外通過定向工具18的壁28中的開口 42。
[0014]用于在系統(tǒng)10中使用的合適定向工具是由Aberdeen，Uni ted Kingdom的Intelligent Well Controls銷售的套管定向工具(COT)。然而，在不脫離本公開的原理的情況下可以使用其它定向工具。
[0015]為了打開閥38以在流動通路32中產(chǎn)生流體壓力的足夠減小以便在遠程位置檢測，流動通路中的流體壓力應(yīng)當(dāng)充分大于管柱16外部的流體壓力。為此目的，工具串12包含定位于定向工具18的下游(相對于流40)的流量限制工具22。
[0016]雖然圖1中將流量限制工具22描繪為從定向工具18與窗接合部20相對，但在其它實施例中，流量限制工具可以在定向工具與窗接合部之間，流量限制工具可以與定向工具和/或窗接合部組合等等。因此，本公開的范圍不限于井工具串12的各種元件的任何具體布置、構(gòu)造或建構(gòu)。
[0017]流量限制工具22限制流40，從而增加流量限制工具上游的流動通路32中的壓力。在通過流量限制工具22之后，流40退出管柱16的底部(未圖示)，且經(jīng)由形成于管柱與井筒14之間的環(huán)面44返回到地面。
[0018]當(dāng)管柱16在井筒14中適當(dāng)定向時(例如，窗24面朝所需橫向井筒26的方向)，需要在井筒14中膠結(jié)管柱。在膠結(jié)操作期間，優(yōu)選地基本上不限制通過通路32的流，因為不需要維持從管柱16的內(nèi)部到外部的壓力差。另外，在膠結(jié)操作期間需要通過流量限制工具22的較大流動面積，使得可以在希望的地方迅速地放置膠結(jié)物。
[0019]為此目的(減少對流量的限制)，流量限制工具22能夠響應(yīng)于流動速率的增加而增加通過工具的可變流量限制器46的流動面積。另外，可以使可變流量限制器46復(fù)位，使得如果流動速率充分減小，那么將再次增加對流量的限制。這防止在定向操作之前或在定向操作期間的意外(或甚至有意的)流動速率增加不可逆地減少對通過流量限制工具22的流量的限制。
[0020]另外，可變流量限制器46可以由相對容易可鉆制的材料(例如，鋁、復(fù)合材料等等)制成。以此方式，在膠結(jié)操作結(jié)束之后，可以方便地鉆制穿過流量限制工具22。
[0021]現(xiàn)在另外參見圖2和3，代表性地說明流量限制工具22的更詳細的放大比例橫截面圖。流量限制工具22可以在圖1的系統(tǒng)10和方法中使用，或者可以在其它系統(tǒng)和方法中使用。
[0022]在圖2和3的實施例中，可變流量限制器46包含在外部殼體組合件48內(nèi)。如圖2和3中描繪，封殼裝置50、保持裝置52和截頭圓錐形楔54—體式形成，且以可往復(fù)運動方式安置于內(nèi)部殼體56中。內(nèi)部殼體56包括偏置裝置58和帶端口結(jié)構(gòu)60。[0023 ]封殼裝置50具有兩個位置，在所述位置處封殼裝置阻擋(參見圖2)或準許(參見圖3)流40通過穿過結(jié)構(gòu)60形成的流動通路62。在封殼裝置50的兩個位置處，準許流40縱向通過流動通路32 (所述流動通路縱向延伸穿過流量限制工具22)。
[0024]在圖2中描繪的位置處，流40無法通過通路62的流動面積，且因此與圖3中描繪的位置相比，可用于縱向通過工具22的流動的總面積減少。因此，與圖3中的情況相比，圖2中對流量的限制增加。
[0025]在圖2的位置處，僅流動面積Π可用于流40。在圖3的位置處，額外流動面積f2可用于流40。因此，在圖2中總可用流動面積是f I，但在圖3中總可用流動面積是f I+f2。
[0026]為了使封殼裝置50從圖2的位置移位到圖3的位置，增加流40的流動速率。由于通過封殼裝置50的流動面積fl在此實施例中是通路32的最少可用流動面積，因此跨越封殼裝置導(dǎo)致壓力差。
[0027]此壓力差使封殼裝置50向下(如在圖2中觀看)朝向圖3的位置偏置。保持裝置52將封殼裝置50保持于其在圖2的位置處，直到流動速率大于預(yù)定水平。
[0028]在圖2和3的實施例中，保持裝置52包括多個彈性筒夾64。筒夾64中的每一者具有徑向放大的突出部66，所述突出部以可釋放方式接合形成于內(nèi)部殼體56中的環(huán)形凹部68。
[0029]突出部66和凹部68被構(gòu)造成使得隨著作用于封殼裝置50上的偏置力由于通過流動面積f I的流40而增加，筒夾64徑向向內(nèi)越來越多地變形。當(dāng)超過預(yù)定流動速率時，筒夾64充分變形，使得突出部66不再與凹部68接合，且封殼裝置50可以通過偏置力移位到圖3的位置。
[0030]雖然在此描述且在圖中說明保持裝置52包括彈性筒夾64和凹部68，但將了解，可以替代地使用其它類型的保持裝置。舉例來說，可以使用扣環(huán)。因此，本公開的范圍不限于任何特定類型的保持裝置的使用。
[0031]在圖3的位置處，準許流40通過穿過封殼裝置50的一般管狀的套筒72形成的開口70。流40隨后可以通過通路62到達流量限制工具22下方的通路32。
[0032]應(yīng)注意，楔54關(guān)于封殼裝置50從圖2的位置到圖3的位置的移位造成形成于內(nèi)部殼體56上的多個彈性筒夾74徑向向外變形。因為變形的筒夾74在圖3的位置處由楔54的圓錐形外表面54a向外支撐，所以由筒夾施加在楔上的偏置力使楔和封殼裝置50朝向圖2的位置縱向偏置。
[0033]因此，由于通過流動面積fl的流40而施加在封殼裝置50上的縱向偏置力必須大于由筒夾74施加在楔54上的縱向偏置力，以便將封殼裝置維持在圖3的位置處。如果流動速率減小到低于預(yù)定水平，那么由筒夾74施加在楔54上的縱向偏置力將超過由于通過流動面積fl的流40而施加在封殼裝置50上的偏置力，且封殼裝置將移位回到圖2的位置。
[0034]以此方式，流量限制工具22可以被“復(fù)位”，使得通過工具的總流動面積再次僅為fl，且對流40的限制增加。如果需要隨后減小對流40的限制，那么可以再次增加流動速率，以便使封殼裝置50移位到圖3的位置。因此，通過分別減小和增加流動速率，可以方便地且重復(fù)地增加和減小對流40的限制。
[0035]雖然在此描述且在圖中描繪偏置裝置58包括作用于楔54的圓錐形外表面54a上的彈性筒夾74，但將了解，可以使用其它類型的偏置裝置。舉例來說，可以使用壓縮彈簧或拉伸彈簧。因此，本公開的范圍不限于任何特定類型的偏置裝置的使用。
[0036]雖然上文將流量限制工具22描述為在其中窗接合部20旋轉(zhuǎn)定向于井筒14中的操作中使用，但本公開的范圍不限于流量限制工具用于任何特定目的的使用。其它類型的設(shè)備(例如導(dǎo)向斜具等等)可以使用流量限制工具22在井中定向，且流量限制工具完全不必在旋轉(zhuǎn)定向操作中使用。
[0037]現(xiàn)在可以完全了解，以上公開提供調(diào)節(jié)通過井工具串的流量的技術(shù)的顯著進步。在上文描述的實施例中，通過分別增加和減小流40的流動速率可以重復(fù)地增加和減小通過流量限制裝置22的流動面積。
[0038]在一個方面中，通過以上公開對本領(lǐng)域提供用于在地下井中使用的流量限制工具
22。在一個實施例中，流量限制工具22可以包括:封殼裝置50，其以可往復(fù)運動方式在其中準許流40縱向通過流量限制工具22的第一與第二位置之間可移位。在第一位置(參見圖2)中，第一流動通路32向流40打開，且封殼裝置50阻擋流40通過第二流動通路62。在第二位置(參見圖3)中，第一流動通路32和第二流動通路62向流40打開。偏置裝置58響應(yīng)于流40的流動速率減小到小于第一預(yù)定水平而使封殼裝置50移位到第一位置。
[0039]流量限制工具22還可以包括保持裝置52，其將封殼裝置50以可釋放方式保持于第一位置處。保持裝置52可以響應(yīng)于流動速率增加到大于第二預(yù)定水平而準許封殼裝置50從第一位置移位到第二位置。
[0040]保持裝置52可以包括至少一個彈性筒夾64。偏置裝置58可以包括至少一個彈性筒夾74。
[0041 ] 封殼裝置50可以包括套筒72，且在第二位置處流40可以通過套筒72的壁(例如，經(jīng)由開口 70)。
[0042]偏置裝置58可以徑向向外圍繞連接到封殼裝置50的一般圓錐形的外表面54a。
[0043]通過以上公開還對本領(lǐng)域提供井工具串12。在一個實施例中，井工具串12可以包括:定向工具18，其選擇性準許和阻止工具串12的內(nèi)部與外部之間的流體連通，且從而經(jīng)由縱向延伸穿過井工具串12的流動通路32中的多個壓力脈沖30傳輸定向數(shù)據(jù)；以及流量限制工具22，其當(dāng)流40的流動速率小于第一預(yù)定水平時準許流40通過第一流動面積fl，且當(dāng)流動速率大于第二預(yù)定水平時準許流40通過大于第一流動面積Π的第二流動面積fl+f 2。
[0044]流量限制工具22可以當(dāng)流動速率從高于第一預(yù)定水平減小到低于第一預(yù)定水平時準許流量通過第一流動面積Π，但不通過第二流動面積fl+f2。
[0045]上文還描述在井中定向井工具串12的方法。在一個實施例中，所述方法可以包括:使流體以一流動速率流動通過所述井工具串12，流量限制工具22限制通過所述井工具串12的流量且從而產(chǎn)生從所述井工具串12的內(nèi)部到外部的壓力差，定向工具18選擇性準許和阻止通過所述井工具串12的壁28的流體連通且從而編碼定向數(shù)據(jù);增加所述流動速率且從而增加通過所述流量限制工具22的流動面積；以及隨后在仍準許流量通過所述流量限制工具22的同時減小所述流動速率且從而減小通過所述流量限制工具22的所述流動面積。
[0046]增加所述流動面積的步驟可以包含抵抗由偏置裝置58施加的偏置力使封殼裝置50移位。使所述封殼裝置50移位的步驟可以包含使所述偏置裝置58的至少一個筒夾74變形。
[0047]減小所述流動面積的步驟可以包含將封殼裝置50保持在其中流動通路62被所述封殼裝置50阻擋的位置處。保持所述封殼裝置50的步驟可以包含接合保持裝置52的至少一個彈性筒夾64。
[0048]雖然上文已經(jīng)描述各種實施例，其中每一實施例具有某些特征，但是應(yīng)當(dāng)了解，一個實施例的特定特征不必專門與所述實施例一起使用。而是，上文描述和/或在圖中描繪的任何特征都可以與任何實施例組合，以補充或代替那些實施例的任何其它特征。一個實施例的特征不與另一實施例的特征互斥。而是，本公開的范圍涵蓋任何特征的任何組合。
[0049]雖然上文描述的每一實施例包含某一特征組合，但是應(yīng)當(dāng)了解，不必使用實施例的所有特征。而是，可以使用上文描述的任何特征，而不需要也使用任何其它特定的一個或多個特征。
[0050]應(yīng)當(dāng)了解，在不脫離本公開的原理的情況下，本文描述的各種實施方案可以在各種定向上使用，例如傾斜、倒轉(zhuǎn)、水平、垂直等等，以及在各種構(gòu)造中使用。僅將所述實施方案描述為本公開的原理的有用應(yīng)用，本公開不限于這些實施方案的任何具體細節(jié)。
[0051]在代表性實施例的以上描述中，為了在參考附圖時的方便而使用方向性術(shù)語(例如，“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等等)。然而應(yīng)當(dāng)清楚了解，本公開的范圍不限于本文描述的任何特定方向。
[0052]在本說明書中以非限制性意義使用術(shù)語“包含”、“包括”和類似術(shù)語。舉例來說，如果將系統(tǒng)、方法、設(shè)備、裝置等等描述為“包含”某一特征或元件，那么所述系統(tǒng)、方法、設(shè)備、裝置等等可以包含所述特征或元件，且也可以包含其它特征或元件。類似地，術(shù)語“包括”被視為意味著“包括但不限于”。
[0053]當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在對本公開的代表性實施方案的以上描述的謹慎考慮后將容易了解到，可以對具體實施方案做出許多修改、添加、代替、刪除和其它改變，且這些改變是本公開的原理預(yù)期的。舉例來說，被公開為單獨形成的結(jié)構(gòu)在其它實施例中可以一體式形成，且反過來也是如此。因此，前述詳細描述應(yīng)當(dāng)清楚理解為僅借助于圖示和實施例而給出，本發(fā)明的精神和范圍僅受到權(quán)利要求書及其等效物的限制。
【主權(quán)項】
1.一種用于在地下井中使用的流量限制工具，所述流量限制工具包括: 封殼裝置，其以可往復(fù)運動方式在其中準許流量縱向通過所述流量限制工具的第一位置與第二位置之間可移位，在所述第一位置處，第一流動通路向所述流量打開且所述封殼裝置阻擋所述流量通過第二流動通路，且在所述第二位置處，所述第一流動通路和所述第二流動通路向所述流量打開；以及 偏置裝置，其響應(yīng)于所述流量的流動速率減小到小于第一預(yù)定水平而使所述封殼裝置移位到所述第一位置。2.如權(quán)利要求1所述的流量限制工具，其進一步包括保持裝置，所述保持裝置將所述封殼裝置以可釋放方式保持于所述第一位置處。3.如權(quán)利要求2所述的流量限制工具，其中所述保持裝置響應(yīng)于所述流動速率增加到大于第二預(yù)定水平而準許所述封殼裝置從所述第一位置移位到所述第二位置。4.如權(quán)利要求2所述的流量限制工具，其中所述保持裝置包括至少一個彈性筒夾。5.如權(quán)利要求1所述的流量限制工具，其中所述偏置裝置包括至少一個彈性筒夾。6.如權(quán)利要求1所述的流量限制工具，其中所述封殼裝置包括套筒，且在所述第二位置處所述流量通過所述套筒的壁。7.如權(quán)利要求1所述的流量限制工具，其中所述偏置裝置徑向向外圍繞連接到所述封殼裝置的一般圓錐形的外表面。8.一種井工具串，包括: 定向工具，其選擇性準許和阻止所述井工具串的內(nèi)部與外部之間的流體連通，且從而經(jīng)由縱向延伸穿過所述井工具串的流動通路中的多個壓力脈沖傳輸定向數(shù)據(jù)；以及 流量限制工具，其當(dāng)流量的流動速率小于第一預(yù)定水平時準許所述流量通過第一流動面積，且當(dāng)所述流動速率大于第二預(yù)定水平時準許所述流量通過大于所述第一流動面積的第二流動面積。9.如權(quán)利要求8所述的井工具串，其中所述流量限制工具當(dāng)所述流動速率從高于所述第一預(yù)定水平減小到低于所述第一預(yù)定水平時準許流量通過所述第一流動面積，但不通過所述第二流動面積。10.如權(quán)利要求8所述的井工具串，其中所述流量限制工具包括封殼裝置，所述封殼裝置以可往復(fù)運動方式在第一位置與第二位置之間可移位，在所述第一位置處，第一流動通路向所述流量打開且所述封殼裝置阻擋所述流量通過第二流動通路，且在所述第二位置處，所述第一流動通路和所述第二流動通路向所述流量打開。11.如權(quán)利要求10所述的井工具串，其中所述流量限制工具進一步包括偏置裝置，所述偏置裝置響應(yīng)于所述流動速率減小到小于所述第一預(yù)定水平而使所述封殼裝置移位到所述第一位置。12.如權(quán)利要求11所述的井工具串，其中所述偏置裝置包括至少一個彈性筒夾。13.如權(quán)利要求10所述的井工具串，其中所述流量限制工具進一步包括保持裝置，所述保持裝置將所述封殼裝置以可釋放方式保持于所述第一位置處。14.如權(quán)利要求13所述的井工具串，其中所述保持裝置響應(yīng)于所述流動速率增加到大于所述第二預(yù)定水平而準許所述封殼裝置從所述第一位置移位到所述第二位置。15.如權(quán)利要求13所述的井工具串，其中所述保持裝置包括至少一個彈性筒夾。16.一種在井中定向井工具串的方法，所述方法包括: 使流體以一流動速率流動通過所述井工具串，流量限制工具限制通過所述井工具串的流量且從而產(chǎn)生從所述井工具串的內(nèi)部到外部的壓力差，定向工具選擇性準許和阻止通過所述井工具串的壁的流體連通且從而編碼定向數(shù)據(jù)； 增加所述流動速率且從而增加通過所述流量限制工具的流動面積；以及隨后在仍準許流量通過所述流量限制工具的同時減小所述流動速率且從而減小通過所述流量限制工具的所述流動面積。17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中增加所述流動面積包括抵抗由偏置裝置施加的偏置力使封殼裝置移位。18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中使所述封殼裝置移位包括使所述偏置裝置的至少一個筒夾變形。19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中減小所述流動面積包括將封殼裝置保持在其中流動通路被所述封殼裝置阻擋的位置處。20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中保持所述封殼裝置包括接合保持裝置的至少一個彈性筒夾。
【文檔編號】E21B47/09GK105934560SQ201480063981
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2014年2月24日
【發(fā)明人】W·S·倫肖
【申請人】哈里伯頓能源服務(wù)公司