超疏水性流動(dòng)控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開大體上涉及用于井筒的流動(dòng)控制裝置，并且更具體地說(盡管不一定是排他性地)涉及一種具有可以影響流體流動(dòng)的超疏水性表面的流動(dòng)控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]各種裝置可以被安裝在橫穿含烴地下地層的井中。一些裝置控制在地層與管路(諸如生產(chǎn)或注入管路)之間的流體的流量。這些裝置的實(shí)例是能夠控制進(jìn)入管路中的各種流體的流量的流動(dòng)控制裝置。
【附圖說明】
[0003]圖1是根據(jù)一個(gè)方面的具有螺旋形流動(dòng)控制裝置的井系統(tǒng)的示意圖，所述螺旋形流動(dòng)控制裝置具有可以包括超疏水性材料的功能化表面。
[0004]圖2是根據(jù)一個(gè)方面的圍繞管柱定位的螺旋形流動(dòng)控制裝置的立體圖。
[0005]圖3是根據(jù)一個(gè)方面的圖2的包括超疏水性材料的螺旋形流動(dòng)控制裝置的端視圖。
[0006]圖4是根據(jù)一個(gè)方面的描繪了具有較高濃度的希望流體的流體接觸螺旋形流動(dòng)控制裝置的涂覆有超疏水性材料的內(nèi)壁的實(shí)例的橫截面視圖。
[0007]圖5是根據(jù)一個(gè)方面的描繪了具有較高濃度的不希望流體的流體接觸螺旋形流動(dòng)控制裝置的涂覆有超疏水性材料的內(nèi)壁的實(shí)例的橫截面視圖。
[0008]圖6是根據(jù)一個(gè)方面的在液體的液滴與具有超疏水性材料的固體表面之間的接觸角的實(shí)例的側(cè)視圖。
[0009]圖7是根據(jù)一個(gè)方面的井系統(tǒng)的具有礫石充填的部分的截面視圖，所述礫石充填包括涂覆有超疏水性材料的支撐劑。
【具體實(shí)施方式】
[0010]某些方面和特征涉及具有涂覆有超疏水性材料的表面的流動(dòng)控制裝置，所述裝置能夠控制在地層與管路之間的流體的流量。表面上的超疏水性材料能夠改變與所述表面接觸的流體的速度剖面。例如，具有較高濃度的所需或所希望流體(諸如油)的流體能夠沿著超疏水性涂覆的表面在較高的速度下流動(dòng)。具有較高濃度的不需要或不希望流體(諸如天然氣或水)的流體能夠沿著超疏水性涂覆的表面在較低的速度下流動(dòng)。
[0011]根據(jù)一些方面的流動(dòng)控制裝置可以包括具有管路的螺旋形流動(dòng)控制裝置，所述管路具有涂覆有超疏水性材料的內(nèi)表面。一些流體(諸如油)可以具有高表面張力。與在油和管路的未涂覆內(nèi)表面之間的接觸角相比，高表面張力能夠增加在超疏水性涂覆的內(nèi)表面與油之間的接觸角。與油和未涂覆內(nèi)表面之間的表面接觸相比，增加的接觸角產(chǎn)生油與超疏水性涂覆的內(nèi)表面之間的較少的表面接觸。在超疏水性涂覆的內(nèi)表面與油之間的減少的表面接觸能夠減少沿著超疏水性涂覆的內(nèi)表面流動(dòng)的油所經(jīng)受的摩擦阻力。當(dāng)摩擦阻力減小時(shí)，沿著超疏水性涂覆的內(nèi)表面流動(dòng)的油的速度剖面可以增加。當(dāng)摩擦阻力減小時(shí)，沿著超疏水性涂覆的內(nèi)表面流動(dòng)的具有較高濃度油的流體的速度剖面也可以增加。具有較高濃度油的流體的速度剖面上的增加能夠促進(jìn)通過螺旋形流動(dòng)控制裝置的內(nèi)徑的那種流體(以及因此油)的生產(chǎn)。
[0012]其他流體可以具有比油更低的表面張力。例如，天然氣可以幾乎不具有表面張力。天然氣的低表面張力可以弓I起天然氣的大表面區(qū)域接觸管路的超疏水性涂覆的內(nèi)表面。在天然氣與超疏水性涂覆的內(nèi)表面之間的大表面區(qū)域的接觸可以引起沿著超疏水性涂覆的內(nèi)表面流動(dòng)的天然氣經(jīng)受在其與超疏水性涂覆的內(nèi)表面之間的高摩擦阻力，這可以引起天然氣經(jīng)受較高的流阻。較高的流阻可以降低在超疏水性涂覆的內(nèi)表面上流動(dòng)的天然氣的速度。具有較高濃度天然氣的流體當(dāng)其沿著超疏水性涂覆的內(nèi)表面流動(dòng)時(shí)還可以經(jīng)受速度上的減小。具有較高濃度天然氣的流體的較低速度可以抑制或限制通過螺旋形流動(dòng)控制裝置的流體(以及因此天然氣)的生產(chǎn)。
[0013]其他流體(諸如水)當(dāng)它們流動(dòng)通過螺旋形流動(dòng)控制裝置時(shí)也可以經(jīng)受限制或促進(jìn)。例如，可以改變具有涂覆有超疏水性材料的內(nèi)表面的螺旋形流動(dòng)控制裝置的特征以限制其他流體(諸如水)的流動(dòng)。例如，可以改變螺旋形流動(dòng)裝置的管子的尺寸以更大地限制第一類型的流體(諸如天然氣)并較少地限制第二類型的流體(諸如水或蒸汽)。
[0014]根據(jù)一些方面的流動(dòng)控制裝置可以包括具有涂覆有超疏水性材料的支撐劑的礫石充填組件。與和未涂覆的支撐劑的表面區(qū)域接觸相比，一些流體(諸如油)可以經(jīng)受與支撐劑的超疏水性涂覆的表面的更低的表面區(qū)域接觸。當(dāng)流體穿過涂覆的這些支撐劑朝向生產(chǎn)管路時(shí)，表面區(qū)域接觸上的減少可以引起油的和具有較高濃度油的流體的速度剖面增加。具有較高濃度油的流體的速度上的增加能夠促進(jìn)朝向生產(chǎn)管路的流體的生產(chǎn)。
[0015]與在其他流體(諸如天然氣)和未涂覆支撐劑之間的摩擦阻力相比，所述其他流體可以經(jīng)受在其與支撐劑的超疏水性涂覆的表面之間的摩擦阻力上的增加。當(dāng)流體穿過涂覆的支撐劑朝向生產(chǎn)管路時(shí)，摩擦阻力上的增加可以引起天然氣的和具有較高濃度天然氣的流體的速度剖面減少。具有較高濃度天然氣的流體的速度上的減少可以抑制朝向生產(chǎn)管路的流體的生產(chǎn)。
[0016]超疏水性材料可以是在超過一百五十度的接觸角下防水的材料。超疏水性還可以被稱為荷葉效應(yīng)。超疏水性材料可以包括納米復(fù)合材料。超疏水性材料的實(shí)例可以包括氧化錳聚苯乙烯、氧化鋅聚苯乙烯、沉淀碳酸鈣、碳納米管結(jié)構(gòu)以及基于二氧化硅的納米涂層。
[0017]給出這些說明性實(shí)例來將讀者引至本文所討論的一般主題，并且不意圖限制公開概念的范圍。以下部分參考附圖描述了各種另外的實(shí)施方案和實(shí)例，其中相同的數(shù)字指示相同的元件，并且指向性說明被用于描述說明性實(shí)施方案但是如同所述說明性實(shí)施方案其不應(yīng)當(dāng)被用于限制本發(fā)明。
[0018]圖1描繪了根據(jù)某些方面的具有螺旋形流動(dòng)控制裝置114的井系統(tǒng)100，所述螺旋形流動(dòng)控制裝置114在螺旋形流動(dòng)控制裝置114的內(nèi)壁中包括超疏水性材料。井系統(tǒng)100包括孔，所述孔是延伸穿過各種地球巖層的井筒102。井筒102具有基本豎直部分104和基本水平部分106?；矩Q直部分104和基本水平部分106可以包括在基本豎直部分104的上部部分處膠合的套管柱108?；舅讲糠?06延伸穿過含烴地下地層110。
[0019]管柱112從地面延伸到井筒102中。管柱112可以提供用于地層流體從基本水平部分106行進(jìn)到地面的管道。在鄰近地層110的各種生產(chǎn)層段(interval)中的螺旋形流動(dòng)控制裝置114和生產(chǎn)管狀部116被圍繞管柱112定位。在每個(gè)生產(chǎn)管狀部116的每一側(cè)上是封隔器118，所述封隔器118可以提供管柱112與井筒102的壁之間的流體密封。每一對(duì)鄰近的封隔器118可以限定生產(chǎn)層段。
[0020]螺旋形流動(dòng)控制裝置114可以允許在生產(chǎn)的流體的體積和組成上的控制。流入生產(chǎn)管狀部116的地層流體可以包括超過一種類型的流體，諸如天然氣、油、水、蒸汽和二氧化碳。如本文所使用的“天然氣”意味著在室溫與室壓下以氣相存在和在井下環(huán)境中以液相或氣相存在的烴類(和不同量的非烴類)的混合物。蒸汽和二氧化碳可以被用作引起烴類流體朝向生產(chǎn)管狀部116流動(dòng)的注入流體。地層110中發(fā)現(xiàn)天然氣、油和水。
[0021]根據(jù)一些實(shí)施方案的螺旋形流動(dòng)控制裝置114能夠減少或限制具有較高濃度不希望流體的地層流體的生產(chǎn)，并且能夠促進(jìn)具有較高濃度希望流體的流體的生產(chǎn)。例如，螺旋形流動(dòng)控制裝置114能夠自主地限制或抵制來自生產(chǎn)層段的具有較高濃度不希望流體(諸如天然氣、水或蒸汽)的地層流體的生產(chǎn)。螺旋形流動(dòng)控制裝置114還能夠促進(jìn)來自生產(chǎn)層段的具有較高濃度希望流體(諸如油)的地層流體的生產(chǎn)。例如，螺旋形流動(dòng)控制裝置114在內(nèi)壁上可以包括超疏水性材料，所述超疏水性材料能夠引起螺旋形流動(dòng)控制裝置114基于地層流體的一個(gè)或多個(gè)特性來促進(jìn)或限制地層流體的流動(dòng)。
[0022]盡管圖1描繪了被定位在基本水平部分106中的螺旋形流動(dòng)控制裝置114，但是螺旋形流動(dòng)控制裝置114(和生產(chǎn)管狀部116)可以額外地或替代性地位于基本豎直部分104中。此外，任何數(shù)量(包括一個(gè))的螺旋形流動(dòng)控制裝置114可以普遍地或在每個(gè)生產(chǎn)層段中被用在井系統(tǒng)100中。在其他方面中，螺旋形流動(dòng)控制裝置114可以被定位在更簡(jiǎn)單的井筒中，諸如僅具有基本豎直部分的井筒。螺旋形流動(dòng)控制裝置114可以被定位在裸井環(huán)境中(諸如像圖1中所描繪的那樣)，或者被定位在套管井中。
[0023]圖2描繪了根據(jù)一個(gè)方面的圍繞管柱112定位的螺旋形流動(dòng)控制裝置114的立體圖。螺旋形流動(dòng)控制裝置114包括具有內(nèi)壁122的管路120。內(nèi)壁122可以是任何形狀，包括矩形。內(nèi)壁可以被涂覆有超疏水性材料。管路120沿著管柱112延伸的長(zhǎng)度可以改變。例如，可將圍繞管柱112卷繞的管路120的卷緊密地定位在一起，這樣管路120沿著管柱112的長(zhǎng)度延伸短距離。在另一個(gè)實(shí)例中，可將管路120的卷更遠(yuǎn)地間隔開，這樣管路120沿著管柱112的長(zhǎng)度延伸更大的距離。
[0024]圖3描繪了圖2的包括超疏水性材料124的螺旋形流動(dòng)控制裝置114的端視圖。螺旋形流動(dòng)控制裝置114的管路120的內(nèi)壁122被涂覆有超疏水性材料124。超疏水性材料124能夠覆蓋內(nèi)壁122，或者被嵌入在內(nèi)壁122內(nèi)。超疏水性材料124可以在內(nèi)壁122的整個(gè)圓周部分上，或者僅僅在內(nèi)壁122的部分上。超疏水性材料124可以被絲網(wǎng)印刷或以其他方式覆蓋在內(nèi)壁122上。在一個(gè)方面中，超疏水性材料124被粘附劑或機(jī)械耦合器粘合至內(nèi)壁122。在一個(gè)方面中，超疏水性材料124可以包括納米結(jié)構(gòu)材料，所述納米結(jié)構(gòu)材料沿著內(nèi)壁122的X軸和y軸是均勻的。
[0025]超疏水性材料124能夠允許螺旋形流動(dòng)控制裝置114基于流體的一個(gè)或多個(gè)特性來促進(jìn)或限制流體的流動(dòng)。例如，超疏水性材料124能夠增加超疏水性材料124與具有較高濃度油的流體之間的接觸角，并因此減少表面區(qū)域接觸。具有較高濃度油的流體與超疏水性材料124之間的表面區(qū)域接觸上的減少能夠減少當(dāng)所述流體在內(nèi)壁122上的超疏水性材料上流動(dòng)時(shí)所述流體所經(jīng)受的摩擦阻力。當(dāng)摩擦阻力減小時(shí)，具有較高濃度油的流體當(dāng)其在內(nèi)壁122上的超疏水