包含具有橋形網(wǎng)絡的流體模塊的井下流體流控制系統(tǒng)及其用法
【專利摘要】一種井下流體流控制系統(tǒng),包括流體模塊(150),所述流體模塊(150)具有主流路(152)、閥(162)和橋形網(wǎng)絡。所述閥(162)具有允許流體流過所述主流路(152)的第一位置和限制流體流過所述主流路(152)的第二位置。所述橋形網(wǎng)絡具有第一分支流路(163)和第二分支流路(164),分別與所述主流路(152)具有一個共同的流入口(166,168)和共同的流出口(170,172),并且各包括兩個流體流阻流器(174,176,180,182)和位于所述兩個流體流阻流器(174,176,180,182)之間的壓力輸出端(178,184)。在操作中,所述第一分支流路(163)的壓力輸出端(178)和所述第二分支流路(164)的壓力輸出端(184)之間的壓力差將所述閥(162)在所述第一位置和所述第二位置之間切換。
【專利說明】包含具有橋形網(wǎng)絡的流體模塊的井下流體流控制系統(tǒng)及其用法
【技術領域】
[0001]本申請總體上涉及與在地下井中進行的操作結合使用的設備,尤其涉及一種包含具有橋形網(wǎng)絡的流體模塊的井下流體流控制系統(tǒng)和方法,其可操作以控制地層流體的流入和注入流體的流出。
【背景技術】
[0002]在不限制本申請的范圍的情況下,作為示例,參照從含油氣的地層開采流體來描述其【背景技術】。
[0003]在貫穿含油氣地層的完井期間,在井中安裝開采管道和各種完井設備以實現(xiàn)安全高效地開采地層流體。例如,為了防止從未固結或松散固結的地層開采顆粒物,某些完井包括定位在接近所需的開采層段(production interval)或多個開采層段處的一個或多個防砂篩選組件。在其它完井中,為控制開采流體進入開采管道的流量,通常的做法是在管柱內安裝一個或多個流量控制裝置。
[0004]已嘗試在要求防砂的完井內利用流體流控制裝置。例如,在某些防砂篩選組件中,在開采的流體流過過濾介質之后,流體被引導到流量控制區(qū)段。所述流量控制區(qū)段可以包括諸如流管、噴嘴、迷宮管(labyrinths)等的一個或多個流量控制部件。通常,由于這些流量控制部件的數(shù)量和設計,因此在安裝前通過這些流量控制篩的開采流量是固定的。
[0005]然而,已經(jīng)發(fā)現(xiàn),由于在井的壽命期間地層壓力的改變和地層流體成分的改變,所以可能需要調節(jié)流量控制區(qū)段的流量控制特性。此外,對于某些完井,諸如具有許多開采層段的長水平完井,可能需要單獨控制開采流體進入每個開采層段的流入。此外,在一些完井中,可能需要調節(jié)流量控制區(qū)段的流量控制特性而無需修井(well intervention)。
[0006]因此,需要一種流量控制篩,其在需要控砂的完井中可操作以控制地層流體流入。還需要一種流量控制篩,其可操作以單獨控制來自多個開采層段的開采流體的流入。另外,由于開采到特定層段的流體的成分隨時間改變,所以需要一種流量控制篩,其可操作以控制開采流體的流入而無需修井。
【發(fā)明內容】
[0007]本申請包括一種用于在需要控砂的完井中控制流體開采的井下流體流控制系統(tǒng)。此外,本申請的井下流體流控制系統(tǒng)可操作以在開采進入特定層段的流體的成分隨時間改變時獨立地控制進入多個開采層段的開采流體的流入而無需修井。
[0008]在一個方案中,本申請涉及一種井下流體流控制系統(tǒng)。所述井下流體流控制系統(tǒng)包括:流體模塊,包括具有第一分支流路和第二分支流路的橋形網(wǎng)絡,每個分支流路包括至少一個流體流阻流器和壓力輸出端。所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路之間的壓力輸出端之間的壓力差能夠操作以通過所述流體模塊控制流體流。
[0009]在一個實施例中,所述第一分支流路和所述第二分支流路分別包括至少兩個流體流阻流器。在此實施例中,每個分支流路的所述壓力輸出端可以位于所述兩個流體流阻流器之間。而且,在此實施例中,每個分支流路的所述兩個流體流阻流器可以對諸如流體粘性、流體密度、流體成分等的流體性質具有不同的反應。在某些實施例中,所述第一分支流路和所述第二分支流路可以各與主流路具有共同的流體入口和共同的流體出口。在這種實施例中,所述主流路和所述分支流路之間的流體流量比可以在約5比I至約20比I之間,并優(yōu)選大于10比I。
[0010]在一個實施例中,所述流體模塊還可以包括具有第一位置和第二位置的閥。在所述第一位置中,所述閥能夠操作以允許流體流過所述主流路。在所述第二位置中,所述閥能夠操作以禁止流體流過所述主流路。在此實施例中,所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路的壓力輸出端之間的壓力差能夠操作以在所述第一位置和所述第二位置之間切換所述閥。在一些實施例中,所述流體模塊可以具有注入模式和開采模式,在所述注入模式中,由注入流體的流出而產(chǎn)生的、所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路的壓力輸出端之間的壓力差將所述閥切換至打開所述主流路,在所述開采模式中,由開采流體的流入而產(chǎn)生的、所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路的壓力輸出端之間的壓力差將所述閥切換至關閉所述主流路。
[0011]在其它實施例中,所述流體模塊可以具有第一開采模式和第二開采模式,在所述第一開采模式中,由期望的流體的流入而產(chǎn)生的、所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路的壓力輸出端之間的壓力差將所述閥切換至打開所述主流路,在所述第二開采模式中,由不期望的流體的流入而產(chǎn)生的、所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路的壓力輸出端之間的壓力差將所述閥切換至關閉所述主流路。在任何這些實施例中,所述流體流阻流器可以選自由以下構成的群組:噴嘴、渦流室、流管、流體選擇器和矩陣室。
[0012]在另一方案中,本申請涉及一種流量控制篩。所述流量控制篩包括,具有內部通道的基管、無孔區(qū)段和有孔區(qū)段。過濾介質圍繞所述基管的無孔區(qū)段而定位。外殼圍繞所述基管而定位,在所述過濾介質和所述內部通道之間限定流體流路。至少一個流體模塊布置在所述流體流路內。所述流體模塊包括具有第一分支流路和第二分支流路的橋形網(wǎng)絡,每個分支流路包括至少一個流體流阻流器和壓力輸出端,使得所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路之間的壓力輸出端之間的壓力差能夠操作以通過所述流體模塊控制流體流。
[0013]在另一方案中,本申請涉及一種井下流體流控制系統(tǒng)。所述井下流體流控制系統(tǒng)包括主流路、閥和橋形網(wǎng)絡。所述閥具有允許流體流過所述主流路的第一位置和限制流體流過所述主流路的第二位置。所述橋形網(wǎng)絡具有第一分支流路和第二分支流路,所述第一分支流路和所述第二分支流路各與所述主流路具有共同的流體入口和共同的流體出口,并且各包括兩個流體流阻流器和位于所述兩個流體流阻流器之間的壓力輸出端。所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路的壓力輸出端之間的壓力差能夠操作以在所述第一位置和所述第二位置之間切換所述閥。
[0014]在又一方案中,本申請涉及一種井下流體流控制方法。所述方法包括:將流體流控制系統(tǒng)放置在井下的目標位置處,所述流體流控制系統(tǒng)包括流體模塊,所述流體模塊具有主流路、閥和橋形網(wǎng)絡,所述橋形網(wǎng)絡具有第一分支流路和第二分支流路,所述第一分支流路和所述第二分支流路各與所述主流路具有共同的流體入口和共同的流體出口,并且各包括兩個流體流阻流器和位于所述兩個流體流阻流器之間的壓力輸出端;通過所述流體模塊開采期望的流體;在所述第一分支流路和所述第二分支流路的所述壓力輸出端之間產(chǎn)生第一壓力差,所述第一壓力差將所述閥朝向允許流體流過所述主流路的第一位置偏置;通過所述流體模塊開采不期望的流體;以及在所述第一分支流路和所述第二分支流路的所述壓力輸出端之間產(chǎn)生第二壓力差,所述第二壓力差將所述閥從所述第一位置朝向限制流體流過所述主流路的第二位置偏置。
[0015]所述方法還可以包括響應于開采含有至少預定量的期望的流體的地層流體而將所述閥向所述第一位置偏置,響應于開采含有至少預定量的不期望的流體的地層流體而將所述閥從所述第一位置切換到所述第二位置,或者發(fā)送信號到地表,指示所述閥從所述第一位置切換到所述第二位置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]為了更完整地理解本申請的特征和優(yōu)點,現(xiàn)在參照結合附圖對本申請的詳細描述,其中不同附圖中對應的附圖標記表示對應的部件,并且附圖中:
[0017]圖1是根據(jù)本申請的實施例操作多個流量控制篩的井系統(tǒng)的示意圖;
[0018]圖2A至圖2B是根據(jù)本申請的實施例在流量控制篩中實現(xiàn)的、井下流體流控制系統(tǒng)的、連續(xù)軸向區(qū)段的四分之一剖視圖;
[0019]圖3是根據(jù)本申請的實施例、去除外殼的流量控制篩的、流量控制區(qū)段的俯視圖;
[0020]圖4A至圖4B是在第一和第二操作配置中,根據(jù)本申請的實施例的流體模塊的示意圖;
[0021]圖5A至圖5B是在第一和第二操作配置中,根據(jù)本申請的實施例的流體模塊的示意圖;
[0022]圖6A至圖6B是在第一和第二操作配置中,根據(jù)本申請的實施例的流體模塊的示意圖;以及
[0023]圖7A至圖7F是根據(jù)本申請的各種實施例在流體模塊中使用的流體流阻流器的示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面詳細討論如何實現(xiàn)和使用本申請的各種實施例,同時應當理解的是,本申請?zhí)峁┝丝梢栽诙喾N特定情境下實施的許多可應用的申請概念。本文所討論的具體實施例僅僅說明實現(xiàn)和使用本申請的特定方法,不限定本申請的范圍。
[0025]首先參考圖1,其中示出了體現(xiàn)本申請原理的井系統(tǒng),其包括位于體現(xiàn)本申請原理的流量控制篩中的多個井下流體流控制系統(tǒng),該井系統(tǒng)示意性示出并概括性地指定為10。在所示的實施例中,井筒12貫穿各種巖層。井筒12具有大致豎直的區(qū)段14,其上部接合套管柱16。井筒12還具有大致水平的區(qū)段18,區(qū)段18貫穿含油氣的地層20。如圖所示,井筒12的大致水平區(qū)段18是裸眼井(open hole)。
[0026]管柱22位于井筒12內并從地表延伸。管柱22提供用于地層流體從地層20行進到地表的管道和用于注入流體從地表行進到地層20的管道。管柱22在其下端聯(lián)接到已安裝在井筒12中的完井管柱,并將完井層段分隔成鄰近地層20的多個開采層段。完井管柱包括多個流量控制篩24,其中每個流量控制篩24位于被示為封隔器26的一對環(huán)形障礙物之間,封隔器26在完井管柱和井筒12之間提供流體密封,由此限定開采層段。在所示的實施例中,流量控制篩24起到從開采流體流中過濾顆粒物的功能。每個流量控制篩24還具有流量控制區(qū)段,該流量控制區(qū)段可操作以控制流過其中的流體流。
[0027]例如,在井作業(yè)的開采階段中,該流量控制區(qū)段可為可操作的以控制開采流體流的流量??蛇x地或額外地,在井作業(yè)的處理階段中,該流量控制區(qū)段可為可操作的以控制注入流體流的流量。如下面更加詳細地描述,優(yōu)選地,在井的壽命中,在開采到特定層段的流體的成分隨時間改變時,該流量控制區(qū)段控制開采流體進入每個開采層段的流入而無需修井,以便使期望的流體(例如石油)的開采最大化,而使不期望的流體(例如水或氣體)的開采最小化。
[0028]盡管圖1示出本申請的流量控制篩在裸眼井環(huán)境中,但是本領域技術人員應當理解的是,本申請同樣適于使用在套管井中。而且,盡管圖1示出每個開采層段中一個流量控制篩,但是本領域技術人員應當理解的是,在開采層段中可以布置任何數(shù)量的本申請的流量控制篩而不偏離本申請的原理。此外,盡管圖1示出本申請的流量控制篩在井筒的水平區(qū)段中,但是本領域技術人員應當理解的是,本申請同樣適于使用在具有其它方向配置的井中,包括直井、斜井(deviated well)、斜直井(slanted well)、多分支井等。因此,本領域技術人員應當理解的是,諸如上方、下方、上部、下部、向上、向下、左、右、井上、井下等的方向性術語的使用與附圖中所描繪的示意性實施例相關,向上方向為朝向對應附圖的頂部,而向下方向朝向對應附圖的底部,井上方向朝向井的地表,而井下方向朝向井的底部。此夕卜,盡管圖1示出與流量控制篩相關聯(lián)的流量控制部件為管柱,但是本領域技術人員應當理解的是,本申請的流量控制部件無需與流量控制篩相關聯(lián)或被布置為管柱的一部分。例如,可以布置可移除地插入管柱的中心或管柱的偏心部(side pocket)的一個或多個流量控制部件。
[0029]接下來參照圖2A至圖2B,其中示出根據(jù)本申請的流量控制篩的連續(xù)軸向區(qū)段,代表性地被示出且概括性地被指定為100。流量控制篩100可以適當?shù)芈?lián)接到其它類似的流量控制篩、開采封隔器、坐放短節(jié)(landing nipple)、開采管或其它井下工具,以形成如上所述的完井管柱。流量控制篩100包括基管102,具有無孔區(qū)段104以及有孔區(qū)段106,有孔區(qū)段106包括多個開采口 108。圍繞無孔區(qū)段104的井上部而定位的是過濾元件或過濾介質112,諸如繞絲過濾篩、編織絲網(wǎng)篩和預裝篩等,具有或不具有位于其周圍的外護罩,設計為允許流體從中流過但阻止預定大小的顆粒物從其中流過。然而,本領域技術人員應當理解的是,本申請無需具有與其關聯(lián)的過濾介質,因此,過濾介質的確切設計不是本申請的關鍵。
[0030]位于過濾介質112的井下的是篩接口外殼114,篩接口外殼114與基管102 —起形成環(huán)形體116。牢固地連接到篩接口外殼114的井下端部的是流量控制外殼118。在流量控制外殼118的井下端部,流量控制外殼118牢固地連接到支撐組件120,支撐組件120牢固地連接到基管102。流量控制篩100的部件的各種連接可以以任何適當?shù)姆绞竭M行,包括焊接、螺紋等以及通過使用諸如銷釘、螺釘?shù)鹊木o固件。位于支撐組件120和流量控制外殼118之間的是多個流體模塊122,其中只有一個流體模塊在圖2B中可見。在所示的實施例中,流體模塊122圍繞基管102以120度的間隔沿周向分布,從而設置三個流體模塊122。盡管描述了特定布置的流體模塊122,但是本領域技術人員應當理解的是,可以使用其它數(shù)量和布置的流體模塊122。例如,可以使用更多或更少數(shù)量的以均勻或不均勻的間隔周向分布的流量控制部件。額外地或可選地,流體模塊122可以沿基管102縱向分布。
[0031]如下面更詳細討論的,流體模塊122可為可操作的以控制流體通過其在任一方向上的流量。例如,在井作業(yè)的開采階段中,流體從地層通過流量控制篩100流入開采管道。在被過濾介質112過濾之后,如果存在開采流體,則開采流體流入環(huán)形體116。然后,流體在進入流量控制區(qū)段(下面進一步描述)之前行進到在基管102和流量控制外殼118之間的環(huán)形區(qū)域130中。然后,流體進入流體模塊122的一個或多個入口,在流體模塊122中取決于開采流體的成分而產(chǎn)生所需的流量操作。例如,如果開采出的是期望的流體,則允許流過流體模塊122。如果開采出的是不期望的流體,則限制或大致上禁止流過流體模塊122。在開采出期望的流體的情況下,流體通過開口 108排到基管102的內部流路132,以開采到地表。
[0032]作為另一示例,在井作業(yè)的處理階段中,可以將處理流體在基管102的內部流路132中從地表泵送到井下。因為通常希望以比預期開采流量高得多的流量注入處理流體,所以本申請能夠無修井地打開注入流路,并在開采開始時無修井地關閉該注入流路。在這種情況下,處理流體通過開口 108進入流體模塊122,在流體模塊122產(chǎn)生期望的流量操作并且打開注入流路。然后,流體在進入環(huán)形體116并流過過濾介質112之前行進到在基管102和流量控制外殼118之間的環(huán)形區(qū)域130中,以注入到周圍的地層中。當開采開始時,并且流體從環(huán)形區(qū)域130進入流體模塊122時,產(chǎn)生所需的流量操作并且關閉注入流路。在某些實施例中,在注入操作中,流體模塊122可以用于完全旁路過濾介質112。
[0033]接下來參照圖3,其代表性地示出流量控制篩100的流量控制區(qū)段。在所示的區(qū)段中,支撐組件120牢固地連接到基管102。支撐組件120可操作以接納和支撐三個流體模塊122。所示的流體模塊122可以由任何數(shù)量的部件形成,并且包括多種流體流阻流器(下面更詳細地描述)。支撐組件120圍繞基管102而定位,使得在開采過程中從流體模塊122排出的流體可以與基管102的開口 108 (參見圖2B)周向和縱向對準。支撐組件120包括多個通道,用于引導流體模塊122和環(huán)形區(qū)域130之間的流體流動。具體而言,支撐組件120包括多個縱向通道134和多個周向通道136。縱向通道134和圓周通道136 —同在流體模塊122的開口 138和環(huán)形區(qū)域130之間提供流體流動的流路。
[0034]下面參照附圖4A至圖4B,其中示出在打開和關閉操作位置的本申請的流體模塊的示意圖,流體模塊概括性地被指定為150。流體模塊150包括具有入口 154和出口 156的主流路152。主流路152提供用于通過流體模塊150輸送流體的主流路。在所示的實施例中,一對流體流阻流器158、160位于主流路152內。流體流阻流器158、160可以是任何合適的類型,諸如下面所描述的,并且用于在流過主流路152的流體中產(chǎn)生確保流體模塊150的適當操作所需的壓降。
[0035]閥162相對于主流路152定位,使得閥162具有允許流體流過主流路152的第一位置(如在圖4A中最清楚地看到)和禁止流體流過主流路152的第二位置(如在圖4B中最清楚地看到)。在所示的實施例中,閥162是壓力操作梭閥。盡管閥162被示為梭閥,但是本領域技術人員應當理解的是,包括滑套、球閥、擋板閥等的其它類型的壓力操作閥可以替代性地用于本申請的流體模塊。此外,盡管閥162被示為具有兩個位置,即打開和關閉位置,但是本領域技術人員應當理解的是,在本申請的流體模塊中操作的閥可以替代性地具有不同流體阻流級別的兩個打開位置,或多于兩個位置,諸如打開位置、一個或多個阻流位置以及關閉位置。
[0036]流量控制模塊150包括具有兩個分支流路163、164的橋形網(wǎng)絡。在所示的實施例中,分支流路163具有來自主流路152的入口 166。類似地,分支流路164具有來自主流路152的入口 168。分支流路163具有進入主流路152的出口 170。類似地,分支流路164具有進入主流路152的出口 172。如圖所示,分支流路163、164與主流路152流體連通,然而,本領域技術人員將認識到,分支流路163、164可以可選地沿除主流路152外的流路分接(tap),或者直接分接到流體模塊150的一個或多個入口和出口。在任何這樣的配置中,只要分支流路163、164和主流路152直接或間接地共享相同的壓力源(諸如井筒壓力和管道壓力)或者流體連接,則認為分支流路163、164具有與主流路共同的流體入口和共同的流體出口。應指出的是,流過主流路152的流體流通常遠大于流過分支流路163、164的流體流。例如,主流路152和分支流路163、164之間的流體流的比例可以在約5比I至約20比I之間,優(yōu)選大于10比I。分支流路163具有串聯(lián)定位的兩個流體流阻流器174、176,其間具有壓力輸出端178。類似地,分支流路164具有串聯(lián)定位的兩個流體流阻流器180、182,其間具有壓力輸出端184。
[0037]來自壓力輸出端178的壓力經(jīng)由流路186傳送到閥162。來自壓力輸出端184的壓力經(jīng)由流路188傳送到閥162。因此,如果壓力輸出端184處的壓力高于壓力輸出端178處的壓力,則閥162被偏置到打開位置,如從圖4A最清楚地看到?;蛘撸绻麎毫敵龆?78處的壓力高于壓力輸出端184處的壓力則閥162被偏置到關閉位置,如從圖4B最清楚地看到。
[0038]由于各種流體流阻流器174、176、180、182中的流量阻力和相關聯(lián)的壓降的差,而在壓力輸出端178、184之間產(chǎn)生壓力差。如圖所示,橋形網(wǎng)絡可以為具有兩個平行分支,每個分支具有串聯(lián)的、其間具有輸出端的兩個流體流阻流器。此配置模擬通用的惠斯登電橋電路。利用這種配置,可以選擇流體流阻流器174、176、180、182,使得期望的流體(例如石油)流過流體模塊150而在壓力輸出端178、184之間產(chǎn)生將閥162偏置到打開位置的壓力差,而不期望的流體(例如水或氣體)流過流體模塊150而在壓力輸出端178、184之間產(chǎn)生將閥162偏置到關閉位置的壓力差。
[0039]例如,可以選擇流體流阻流器174、176、180、182,使得它們的流量阻力會改變或使得它們的流量阻力取決于流過它們的流體的性質,諸如流體粘性、流體密度、流體成分、流體速度、流體壓力等。在上述示例中,石油是期望的流體,水或氣體是不期望的流體,流體流阻流器174、182可以是噴嘴,如圖7A所示,并且流體流阻流器176、178可以是渦流室,如圖7B所示。在這種配置中,當期望的流體石油流過分支流路163時,在作為噴嘴的流體流阻流器174中經(jīng)歷的壓降大于在作為渦流室的流體流阻流器176中所經(jīng)歷的壓降。類似地,當期望的流體流過分支流路164時,在作為渦流室的流體流阻流器180中經(jīng)歷的壓降低于在作為噴嘴的流體流阻流器182中所經(jīng)歷的壓降。由于具有共同的流體入口和共同的流體出口因而經(jīng)過每個分支流路163、164的總壓降必須相同,所以壓力輸出端178、184處的壓力不同。在這種情況下,壓力輸出端178處的壓力小于壓力輸出端184處的壓力,于是將閥162偏置到圖4A中所不的打開位置。
[0040]此外,在該配置中,當不期望的流體水或氣體流過分支流路163時,在作為噴嘴的流體流阻流器174中經(jīng)歷的壓降低于在作為渦流室的流體流阻流器176中所經(jīng)歷的壓降。類似地,當不期望的流體流過分支流路164時,在作為渦流室的流體流阻流器180中經(jīng)歷的壓降大于在作為噴嘴的流體流阻流器182中所經(jīng)歷的壓降。由于具有共同的流體入口和共同的流體出口因而經(jīng)過每個分支流路163、164的總壓降必須相同,所以壓力輸出端178、184處的壓力不同。在這種情況下,壓力輸出端178處的壓力大于壓力輸出端184處的壓力,于是將閥162偏置到圖4B中所示的關閉位置。
[0041]雖然描述了特定的流體流阻流器位于流體模塊150中作為流體流阻流器174、176、180、182,但是應清楚理解的是,其它類型的流體流阻流器和流體流阻流器的組合可以用于通過流體模塊150獲得對流體的流量控制。例如,如果石油是期望的流體,而水是不期望的流體,則流體流阻流器174、182可以包括流管,如圖7C所示,或其它曲折路徑流體流阻流器,而流體流阻流器176、178可以是渦流室,如圖7B所示,或具有其它構造的流體二極管。在另一示例中,如果石油是期望的流體而氣體是不期望的流體,則流體流阻流器174、182可以是矩陣室,如圖7D所示,其中腔室含有珠或其它阻流過濾物質,并且流體流阻流器176、178可以是渦流室,如圖7B所示。在又一示例中,如果油或氣體是期望的流體而水是不期望的流體,則流體流阻流器174、182可以是包括當接觸油氣時膨脹的物質的流體選擇器,如圖7E所示,而流體流阻流器176、178可以是包括當接觸水時膨脹的物質的流體選擇器,如圖7F所示??蛇x地,本申請的流體流阻流器可以包括響應于其它刺激因素諸如pH值、離子濃度等可膨脹的物質。
[0042]盡管圖4A至圖4B被示為在每個分支流路中具有相同類型但相反順序的流體流阻流器,但是本領域技術人員應當理解的是,可以存在在壓力輸出端之間產(chǎn)生所需的壓力差的流體流阻流器的其它配置,并應視為在本申請的范圍之內。而且,盡管圖4A至圖4B被示為在每個分支流路中具有兩個流體流阻流器,但是本領域技術人員應當理解的是,可以存在在壓力輸出端之間產(chǎn)生所需的壓力差的具有多于兩個或少于兩個的其它配置,并應視為在本申請的范圍之內。
[0043]接下來參照圖5A至圖5B,其中示出在打開和關閉操作位置的本申請的流體模塊的示意圖,流體模塊概括性地被指定為250。流體模塊250包括具有入口 254和出口 256的主流路252。主流路252提供用于通過流體模塊250輸送流體的主流路。在所示的實施例中,一對流體流阻流器258、260位于主流路252內。閥262相對于主流路252定位,使得閥262具有允許流體流過主流路252的第一位置(如在圖5A中最清楚地看到)和禁止流體流過主流路252的第二位置(如在圖5B中最清楚地看到)。在所示的實施例中,閥262是由彈簧264偏置到打開位置的壓力操作梭閥。
[0044]流量控制模塊250包括具有兩個分支流路266、268的橋形網(wǎng)絡。在所示的實施例中,分支流路266具有來自主流路252的入口 266。類似地,分支流路268具有來自主流路252的入口 272。分支流路266具有進入主流路252的出口 274。類似地,分支流路268具有進入主流路252的出口 276。分支流路266具有串聯(lián)定位的兩個流體流阻流器278、280,其間具有壓力輸出端282。分支流路268具有壓力輸出端284。來自壓力輸出端282的壓力經(jīng)由流路286傳送到閥262。來自壓力輸出端284的壓力經(jīng)由流路288傳送到閥262。因此,如果從壓力輸出端284產(chǎn)生的彈簧力和壓力的組合高于從壓力輸出端282產(chǎn)生的壓力,則閥262被偏置到打開位置,如從圖5A最清楚地看到?;蛘撸绻麖膲毫敵龆?82產(chǎn)生的壓力高于從壓力輸出端284產(chǎn)生的彈簧力和壓力的組合,則閥262被偏置到關閉位置,如從圖5B最清楚地看到。
[0045]由于流體流阻流器278、280中的流量阻力和相關聯(lián)的壓降的差而在壓力輸出端282、284之間產(chǎn)生壓力差。利用此配置,可以選擇流體流阻流器278、280,使得期望的流體(例如石油)流過流體模塊250而在壓力輸出端282、284之間產(chǎn)生的壓力差與彈簧力一起將閥262偏置到如圖5A所示的打開位置。類似地,不期望的流體(例如水或氣體)流過流體模塊250而在壓力輸出端282、284之間產(chǎn)生的壓力差足以克服彈簧力并將閥262偏置到如圖5B所示的關閉位置。
[0046]接下來參照圖6A至6B,其中示出在打開和關閉操作位置的本申請的流體模塊的示意圖,流體模塊概括性地指定為350。流體模塊350包括具有一對入口 354/出口 356的主流路352。主流路352提供用于通過流體模塊350輸送流體的主流路。在所示的實施例中,一對流體流阻流器358、360位于主流路352內。閥362相對于主流路352定位,使得閥362具有允許流體流過主流路352的第一位置(如在圖6A中最清楚地看到)和禁止流體流過主流路352的第二位置(如在圖6B中最清楚地看到)。在所示的實施例中,閥362是壓力操作梭閥。
[0047]流量控制模塊350包括具有兩個分支流路366、368的橋形網(wǎng)絡。在所示的實施例中,分支流路366具有與主流路352相連的一對入口 370/出口 374。類似地,分支流路368具有與主流路352相連的一對入口 372/出口 376。分支流路266具有流體流阻流器378和壓力輸出端380。分支流路368具有流體流阻流器382和壓力輸出端384。來自壓力輸出端380的壓力經(jīng)由流路386傳送到閥362。來自壓力輸出端384的壓力經(jīng)由流路388傳送到閥362。因此,如果從壓力輸出端384產(chǎn)生的壓力高于從壓力輸出端380產(chǎn)生的壓力,則閥362被偏置到打開位置,如從圖6A最清楚地看到?;蛘?,如果從壓力輸出端380產(chǎn)生的壓力高于從壓力輸出端384產(chǎn)生的壓力,則閥362被偏置到關閉位置,如從圖6B最清楚地看到。
[0048]由于通過流體流阻流器378、382產(chǎn)生的流量阻力和相關聯(lián)的壓降而在壓力輸出端380、384之間產(chǎn)生壓力差。利用此配置,如圖6A中的箭頭所示,從管柱的內部通過流體模塊350進入地層的注入流體在壓力輸出端380、384之間產(chǎn)生將閥362偏置到打開位置的壓力差。然而,在開采過程中,如圖6B中的箭頭所示,通過流體模塊350流入油管柱的內部的地層流體在壓力輸出端380、384之間產(chǎn)生將閥362偏置到關閉位置的壓力差。以這種方式,注入流體通過流體模塊350的流量可以顯著地大于開采過程中地層流體的流量。
[0049]如本領域技術人員應理解的,在平行橋形網(wǎng)絡的兩個分開的分支上使用串聯(lián)的不同流體流阻流器的組合,使得當流體從中行進時,能夠在橋形網(wǎng)絡上在所選擇的位置產(chǎn)生壓力差。然后,可以使用該壓力差進行井下工作,諸如切換上述閥。
[0050]此外,雖然本申請的流體模塊被描述為用于開采流體的流入控制裝置和用于注入流體的流出控制裝置,但是本領域技術人員應當理解的是,本申請的流體模塊可選地操作為用于其它井下工具的致動器,其致動其它井下工具所需的力可以很大。在這種實施例中,通過流體模塊的分支流路的流體流可以用來切換最初阻斷流體模塊的主流路的閥。一旦主流路打開,則流過主流路的流體流可以用來在其它井下工具上進行工作。
[0051]在某些設施中,諸如具有大量開采層段的長水平完井,當致動本申請的流體模塊時,需要發(fā)送信號到地表。如果本申請的流體模塊由于開采流體的成分從主要為石油改變成主要為水因而從打開配置切換到關閉配置,則例如,流體模塊的致動還可以觸發(fā)發(fā)送到地表的信號。在一個實現(xiàn)中,每個流體模塊的致動可以觸發(fā)釋放獨特的示蹤物質隨開采流體輸送到地表。在到達地表時,該示蹤物質被識別并觸發(fā)釋放該示蹤物質的流體模塊相關聯(lián),使得可以確定竄水的位置。
[0052]雖然已參照示意性實施例描述了本申請,但是本描述無意以限制性意義進行解釋。通過參照本描述,各種修改和示意性實施例的組合以及本申請的其它實施例對于本領域技術人員將是顯而易見的。因此,旨在使所附權利要求涵蓋任何這種的修改或實施例。
【權利要求】
1.一種井下流體流控制系統(tǒng),包括: 流體模塊,包括具有第一分支流路和第二分支流路的橋形網(wǎng)絡,每個分支流路包括至少一個流體流阻流器和壓力輸出端; 其中,所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路的壓力輸出端之間的壓力差能夠操作以通過所述流體模塊控制流體流。
2.根據(jù)權利要求1所述的流量控制系統(tǒng),其中所述第一分支流路和所述第二分支流路分別包括至少兩個流體流阻流器。
3.根據(jù)權利要求2所述的流量控制系統(tǒng),其中每個分支流路的所述壓力輸出端位于所述兩個流體流阻流器之間。
4.根據(jù)權利要求2所述的流量控制系統(tǒng),其中每個分支流路的所述兩個流體流阻流器對流體粘性具有不同的反應。
5.根據(jù)權利要求2所述的流量控制系統(tǒng),其中每個分支流路的所述兩個流體流阻流器對流體密度具有不同的反應。
6.根據(jù)權利要求1所述的流量控制系統(tǒng),其中所述第一分支流路和所述第二分支流路分別與主流路具有共同的流體入口和共同的流體出口。
7.根據(jù)權利要求6所述的流量控制系統(tǒng),其中所述主流路和所述分支流路之間的流體流量比在約5比I至約20比I之間。
8.根據(jù)權利要求6所述的流量控制系統(tǒng),其中所述主流路和所述分支流路之間的流體流量比大于10比I。
9.根據(jù)權利要求6所述的流量控制系統(tǒng),其中所述流體模塊還包括: 閥,具有第一位置和第二位置,在所述第一位置中,所述閥能夠操作以允許流體流過所述主流路,在所述第二位置中,所述閥能夠操作以禁止流體流過所述主流路, 并且其中所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路的壓力輸出端之間的壓力差能夠操作以在所述第一位置和所述第二位置之間切換所述閥。
10.根據(jù)權利要求9所述的流量控制系統(tǒng),其中所述流體模塊具有注入模式和開采模式, 在所述注入模式中,由注入流體的流出而產(chǎn)生的、所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路的壓力輸出端之間的壓力差將所述閥切換至打開所述主流路, 在所述開采模式中,由開采流體的流入而產(chǎn)生的、所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路的壓力輸出端之間的壓力差將所述閥切換至關閉所述主流路。
11.根據(jù)權利要求9所述的流量控制系統(tǒng),其中所述流體模塊具有第一開采模式和第二開采模式, 在所述第一開采模式中,由期望的流體的流入而產(chǎn)生的、所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路的壓力輸出端之間的壓力差將所述閥切換至打開所述主流路, 在所述第二開采模式中,由不期望的流體的流入而產(chǎn)生的所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路的壓力輸出端之間的壓力差將所述閥切換至關閉所述主流路。
12.根據(jù)權利要求1所述的流量控制系統(tǒng),其中所述流體流阻流器選自由以下構成的群組:噴嘴、渦流室、流管、流體選擇器和矩陣室。
13.一種流量控制篩, 包括:基管,具有內部通道; 過濾介質,圍繞所述基管定位; 外殼,圍繞所述基管定位,在所述過濾介質和所述內部通道之間限定流體流路;以及 至少一個流體模塊,設置在所述流體流路內,所述流體模塊包括具有第一分支流路和第二分支流路的橋形網(wǎng)絡,每個分支流路包括至少一個流體流阻流器和壓力輸出端,使得所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路的壓力輸出端之間的壓力差能夠操作以通過所述流體模塊控制流體流。
14.根據(jù)權利要求13所述的流量控制篩,其中所述流體流阻流器選自由以下構成的群組:噴嘴、渦流室、流管、流體選擇器和矩陣室。
15.根據(jù)權利要求13所述的流量控制篩,其中所述第一分支流路和所述第二分支流路分別與主流路具有共同的流體入口和共同的流體出口, 其中所述第一分支流路和所述第二分支流路分別包括兩個流體流阻流器,其中每個分支流路的所述壓力輸出端位于所述兩個流體流阻流器之間, 并且所述流體模塊還包括閥,所述閥具有允許流體流過所述主流路的第一位置和限制流體流過所述主流路的第二位置。
16.根據(jù)權利要求15所述的流量控制篩,其中所述流體模塊具有第一開采模式和第二開米模式, 在所述第一開采模式中,由期望的流體的流入而產(chǎn)生的、所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路的壓力輸出端之間的壓力差將所述閥切換至打開所述主流路, 在所述第二開采模式中,由不期望的流體的流入而產(chǎn)生的、所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路的壓力輸出端之間的壓力差將所述閥切換至關閉所述主流路。
17.一種井下流體流控制系統(tǒng),包括: 流體模塊,包括: 主流路; 閥,具有允許流體流過所述主流路的第一位置和限制流體流過所述主流路的第二位置;以及 具有第一分支流路和第二分支流路的橋形網(wǎng)絡,所述第一分支流路和所述第二分支流路分別與所述主流路具有共同的流體入口和共同的流體出口,并且分別包括兩個流體流阻流器和位于所述兩個流體流阻流器之間的壓力輸出端, 其中所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路的壓力輸出端之間的壓力差能夠操作以在所述第一位置和所述第二位置之間切換所述閥。
18.根據(jù)權利要求17所述的流量控制系統(tǒng),其中每個分支流路的所述兩個流體流阻流器對流體粘性具有不同的反應。
19.根據(jù)權利要求17所述的流量控制系統(tǒng),其中每個分支流路的所述兩個流體流阻流器對流體密度具有不同的反應。
20.根據(jù)權利要 求17所述的流量控制系統(tǒng),其中所述流體模塊具有第一開采模式和第二開采模式, 在所述第一開采模式中,由期望的流體的流入而產(chǎn)生的、所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路的壓力輸出端之間的壓力差將所述閥切換至打開所述主流路,在所述第二開采模式中,由不期望的流體的流入而產(chǎn)生的、所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路的壓力輸出端之間的壓力差將所述閥切換至關閉所述主流路。
21.根據(jù)權利要求17所述的流量控制系統(tǒng),其中所述流體流阻流器選自由以下構成的群組:噴嘴、渦流室、流管、流體選擇器和矩陣室。
22.—種井下流體流控制方法,包括: 將流體流控制系統(tǒng)放置在井下的目標位置處,所述流體流控制系統(tǒng)包括流體模塊,所述流體模塊具有主流路、閥和橋形網(wǎng)絡,所述橋形網(wǎng)絡具有第一分支流路和第二分支流路,所述第一分支流路和所述第二分支流路分別與所述主流路具有共同的流體入口和共同的流體出口,并且分別包括兩個流體流阻流器和位于所述兩個流體流阻流器之間的壓力輸出端; 通過所述流體模塊開采期望的流體; 在所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路的壓力輸出端之間產(chǎn)生第一壓力差,所述第一壓力差將所述閥朝向允許流體流過所述主流路的第一位置偏置; 通過所述流體模塊開采不期望的流體;以及 在所述第一分支流路的壓力輸出端和所述第二分支流路的壓力輸出端之間產(chǎn)生第二壓力差,所述第二壓力差將所述閥從所述第一位置朝向限制流體流過所述主流路的第二位置偏置。
23.根據(jù)權利要求22所述的方法,其中通過所述流體模塊開采期望的流體還包括: 開采含有至少預定量的期望的流體的地層流體。
24.根據(jù)權利要求22所述的方`法,其中通過所述流體模塊開采不期望的流體還包括: 開采含有至少預定量的不期望的流體的地層流體。
25.根據(jù)權利要求22所述的方法,還包括: 發(fā)送信號到地表,指示所述閥從所述第一位置切換到所述第二位置。
【文檔編號】E21B34/06GK103764939SQ201280041339
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年8月5日 優(yōu)先權日:2011年8月25日
【發(fā)明者】M·L·夫瑞普, 賈森·D·戴克斯特拉, 約翰·查理·加諾, 盧克·威廉·霍爾德曼 申請人:哈利伯頓能源服務公司