專利名稱：控制井中的流的制作方法
控制井中的流技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明通常涉及控制井中的流。
背景技術(shù)：
在井下環(huán)境中，存在許多涉及控制流的應(yīng)用。例如，典型的井 下完井可包括油/水分離器，其接收生產(chǎn)的井產(chǎn)流體混合物，并將混合 物分成相應(yīng)的水和油流。該水流可被重新引導(dǎo)入井中，并且為此目的， 井下系統(tǒng)可被設(shè)計用于通常建立水被引導(dǎo)回井中的速度的目的。
控制井下環(huán)境中的流的傳統(tǒng)方法涉及使用有損設(shè)備，諸如節(jié)流 口或其它節(jié)流裝置。例如，使用基于井下液力參數(shù)隨著時間的流逝相對 恒定的假設(shè)的簡單液力計算，可確定經(jīng)過設(shè)備的流動通路的尺寸。然 而，當(dāng)液力系統(tǒng)的一部分的壓力和/或流特征改變時，由于計算的尺寸 不再正確，整個流平衡可被擾亂。
因此，存在對控制井中的流的更好方法的持續(xù)需求。 發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的實施例中，可與井一起使用的技術(shù)包括提供井下設(shè) 備，并調(diào)節(jié)提供到設(shè)備的流的比率。
在本發(fā)明的另一實施例中，可與并一起使用的系統(tǒng)包括連通通路，其位于井中以接受流。系統(tǒng)的控制器調(diào)節(jié)流的比率。
通過下述附圖、說明書和權(quán)利要求，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將變得明顯。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的控制井中流的技術(shù)的流程框 圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)的示意圖，調(diào)節(jié)由單一輸入流 產(chǎn)生的井中流。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)的示意圖，調(diào)節(jié)由多輸入流產(chǎn)生的井中流。
圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的基于文氏管流分離控制器的示 意圖。
圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的基于機(jī)械反饋的流分離控制器 的示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的井的示意圖。
具體實施方式
根據(jù)這里描述的本發(fā)明的實施例，井中環(huán)境中的流通過調(diào)節(jié)流 的比率控制。因此，這種方法克服了傳統(tǒng)的井下液力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)，其 中基于假設(shè)井下流速、壓力等不發(fā)生變化，設(shè)計節(jié)流口尺寸和其它液 壓參數(shù)。更具體地說，參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的技術(shù)10 可包括在井中提供(方框14)液壓系統(tǒng)，其包括連通通路以連通 流。該流的比率經(jīng)調(diào)節(jié)(方框16)以便比率相對恒定，并且對液壓系 統(tǒng)中的壓力和/或流變化不敏感。
作為更具體的實例，圖2顯示了系統(tǒng)30,以根據(jù)本發(fā)明的一 些實施例調(diào)節(jié)井中的流。該系統(tǒng)30包括兩個交叉聯(lián)接的液壓流控制子 系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)根據(jù)入口流40產(chǎn)生的出口流60和70。更具體地說， 入口流40 (通過導(dǎo)管34連通)被分成兩個中間流42和46，分別通 過導(dǎo)管44和48連通到流控制器50 (用于中間流46的流控制器 50a，和用于中間流42的流控制器50b)。利用流控制器50b的中間 流42的控制產(chǎn)生出口流60;并且利用流控制器50a的中間流46的 控制產(chǎn)生出口流70。
流傳感器54a和54b分別被聯(lián)接以感應(yīng)流46和42，并在另 一流通路中提供對流控制器50的正反饋。采用這種方式，基于由流傳 感器54b感應(yīng)的出口流60，流控制器50a控制出口流70。類似地， 基于由流傳感器54a感應(yīng)的出口流70，流控制器50b控制出口流60。由于由這種控制方案提供的正反饋，響應(yīng)感應(yīng)出口流60中的增加，流控制器50a增加出口流70。類似地，響應(yīng)感應(yīng)出口流70中增 加，流控制器50b增加了出口流60。
雖然圖2顯示了與單個入口流一起使用的控制方案，根據(jù)本發(fā) 明的其它實施例，類似的控制方案可用于控制由平行入口流產(chǎn)生的流的 比率。更具體地說，圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的這種系統(tǒng) 76的實施例。如圖3所示，該系統(tǒng)76接收平行入口流78。該系統(tǒng) 76例如可包含無源(被動)設(shè)備74，調(diào)節(jié)響應(yīng)平行入口流78產(chǎn)生的 結(jié)果出口流80，以便出口流80的比率相對恒定。因此，對于兩個 出口流Ql禾n Q2，系統(tǒng)76通常保持如下關(guān)系e'/e2"， 公式i其中"k"表示常量。
作為更具體的實例，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，被動(無源) 設(shè)備74 (參見圖3)可以是文氏管或孔板機(jī)構(gòu)。作為一個實例，圖4 顯示了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的被動、基于文氏管的流分離控制器 100。參照圖4,流分離控制器100在入口 105處接收單一入口流 104 (對于這個實例)。該入口流104流經(jīng)文氏管110的主流通路，以 在出口 107處產(chǎn)生相應(yīng)的出口流108。該文氏管110包括吸力入口 115，其響應(yīng)經(jīng)文氏管110的主流通路的流，施加相對活塞120的吸 力。由經(jīng)文氏管110的主流通路的流導(dǎo)致的吸力導(dǎo)致活塞120以對抗 由彈簧140施加并打開經(jīng)流通路117的流的相反力。接著，該流通路 117與入口 105連通。因此，對于經(jīng)文氏管110的給定流，經(jīng)通路 117的流體連通打開，以在流分配器100的另一出口 131處產(chǎn)生相應(yīng) 的出口流。當(dāng)出口流108增加時，這導(dǎo)致在吸力管線115處吸力的相 應(yīng)增加，以進(jìn)一步打開通路117，以進(jìn)一步增加出口流130。因此，該 流分離控制器100提供正反饋，用于調(diào)節(jié)出口流108禾Q 130的比率 到相對恒定的目的。
應(yīng)該指出該流分離控制器100在圖4顯示，并且在這里描 述，僅為了描述根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的無源流分配器或流分離控制 器的目的，其可用于井下環(huán)境中。根據(jù)本發(fā)明的其它實施例，可使用其它被動(無源)或非無源流分離控制器。
參照圖5，作為另一實例，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，系統(tǒng) 150使用兩種容積式(positive displacement)設(shè)備160，用于調(diào)節(jié)兩種 出口流180的比率的目的。通常，容積式設(shè)備160每個包括翼片或渦 輪，其響應(yīng)接收的入口流152旋轉(zhuǎn)。由于容積式設(shè)備160之間的機(jī)械 聯(lián)接170，通過來自其它設(shè)備160的正反饋，移位設(shè)備的旋轉(zhuǎn)部分地 受控。因此，經(jīng)容積式設(shè)備160之一的增加流導(dǎo)致在另一容積式設(shè)備 160中流的相應(yīng)增加。
在這里公開的流控制器系統(tǒng)可以具有許多井下應(yīng)用。作為特定 實例，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，流控制系統(tǒng)可用于井下油和水分離的 目的。該基本原理是通過將一定比例水從混合物分離并將水再噴射進(jìn)入 井下處置區(qū)域的設(shè)備，取得產(chǎn)出流體(油/水混合物，典型地具有80+ %的水)并泵送產(chǎn)出流體。作為更具體的實例，圖6顯示了井200， 其包括根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的流分離控制器244。
如圖6所示，井200包括位于下部封隔器240和水處理區(qū)260 下方的生產(chǎn)區(qū)220，水處理區(qū)260位于下部封隔器240與上部封隔器 241之間。井200的泵222接收生產(chǎn)井流體混合物221，其包括油和 水。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，該泵222生產(chǎn)輸出流230，經(jīng)過進(jìn)入可 以是水力旋流器的油/水分離器234。該水力旋流器234產(chǎn)生兩種流 水流和油流。
沒有油和水流的比率的合適調(diào)節(jié)，會出現(xiàn)幾個問題。例如，如 果水生產(chǎn)的量增加超過期望，水被重新噴射入處理區(qū)260的速度(比 率)必須增加，以避免將水采到井200的表面。如果水生產(chǎn)明顯小于 預(yù)期，油可能被噴射進(jìn)入這個處理區(qū)260。因此，通過控制油和水流的 比率，水去除的效率和油生產(chǎn)過程得以最大化。
如圖6所示，流分離控制器244產(chǎn)生水流270，其經(jīng)導(dǎo)管 250連通進(jìn)入處理區(qū)260;和經(jīng)導(dǎo)管或生產(chǎn)套管215，流分離控制器 244也產(chǎn)生油流217到表面。
總之，流分離控制器的總目標(biāo)在于在井下環(huán)境中將流分離比率 保持在某一恒定比率。該流分離控制器感應(yīng)流或壓力的變化，并響應(yīng)以保持流分離比率。這種布置以與設(shè)計液壓系統(tǒng)形成對比基于假設(shè)(但 可能不準(zhǔn)確)的流分離的模型；使用有損節(jié)流口以強(qiáng)制某種流分離；或 將設(shè)備放置在使水去除最大化的系統(tǒng)中。后面的方法可能比使用流分離 控制更復(fù)雜，由于這種方法可能需要用于水的傳感器和對流速控制闊的 反饋。
當(dāng)在井下環(huán)境中使用流分離控制器時，出現(xiàn)了幾個實際問題， 既有普通的也有具體應(yīng)用。該設(shè)備是無源的(即，不需要外部能量)。 因此，為了影響流分離，必須進(jìn)行工作，并且這由流測量設(shè)備中的損失 引起(如果使用文氏管，能夠較小)，并且在必須節(jié)流的流控制器更是 這樣(如作為典型的部分關(guān)閉閥顯著)。該設(shè)備必須取得的控制越多， 損失就越大。因此，抑制反壓力梯度的明顯流分離將產(chǎn)生經(jīng)過設(shè)備的最 高壓降。
該流分離控制器可具有運(yùn)動部件，以限制流，并且因此，井下 環(huán)境固體的存在可能出現(xiàn)挑戰(zhàn)，并且可能排除容積式流控制器。由于經(jīng) 過流傳感器和流控制器的流速較高，固體還可能是液力類型流控制器的 問題。通常，使用幾米每秒(m/s)的流速，以取得液壓反饋中充分的 液壓力。流速的上邊界可能受到諸如腐蝕和高流量抑制運(yùn)動部件的勢能 等因素限制。
根據(jù)流控制器的CD對比流速特征，該設(shè)備可具有有限動態(tài)范 圍，但單個設(shè)備可能能夠覆蓋10: 1范圍的流分離和流之一的下游壓力 的變化。
其它挑戰(zhàn)可源于使用油/水分離器下游的流分離控制器，它可以 是重力類型、水力旋流器或旋轉(zhuǎn)旋流器。首先，關(guān)于兩個分離流的壓力 可以不必相同，并且第二，兩個流的密度可能不同。不同入口壓力可能 在用于管線的一條或兩條中的流控制器的設(shè)計中被補(bǔ)償，或者如果差較 小，作為流控制器中的補(bǔ)償，或作為壓力管線中的有損設(shè)備(例如固定 節(jié)流口)。
使用液壓控制器涉及具有與密度的平方根成比例的性能的流傳 感器。因此， 一條或兩條管線的密度的不同和變化影響了控制，但如果 存在初始液體屬性的一些知識，初始設(shè)置點可建立以實現(xiàn)最初的條件，并且平方根減小了對這種效果的靈敏性。在這種配置中，富油管線的流 傳感器作用于富水管線的流控制器，并且反之亦然，所以存在兩條管線 之間的密度差的復(fù)合作用。
雖然本發(fā)明已關(guān)于有限數(shù)目的實施例進(jìn)行了描述，本領(lǐng)域的技 術(shù)人員利用這種公開，將從中認(rèn)識到許多修改和變化。期望的是所附 權(quán)利要求覆蓋所有這些修改和變動，由于落入本發(fā)明的真實精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括以下步驟將井下設(shè)備提供到井中以接受流；和調(diào)節(jié)井中的流的比率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)節(jié)的動作包括 將流分配器提供在井中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)節(jié)的動作包括 將流的比率調(diào)節(jié)成相對恒定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)節(jié)的動作包括 調(diào)節(jié)流的比率，以便所述比率實質(zhì)獨立于調(diào)節(jié)發(fā)生點的下游的壓力。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)節(jié)的動作包括-從單個輸入流產(chǎn)生所述流。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)節(jié)流的比率的動作包括 基于多個輸入流調(diào)節(jié)比率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中提供的動作包括 提供至少一個水力旋流器以接受所述流的至少一個。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中提供的動作包括-提供導(dǎo)管以將所述流中的至少一個連通到井的表面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中提供的動作包括 提供至少一個導(dǎo)管以將所示流中的至少一個噴射進(jìn)入井內(nèi)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述流由流體分離器提供。
11. 一種可與井一起使用的系統(tǒng)，包括 連通通路，位于井中以連通流；和 控制器，以調(diào)節(jié)所述流的比率。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述控制器包括流分配器。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述連通通路的至少 一條將所述流的至少一個連通到井的表面。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括 井下設(shè)備，以將所述流的至少一個提供到控制器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述井下設(shè)備適合將 至少兩個流提供到井下設(shè)備。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述調(diào)節(jié)器包括機(jī)械 操作器以調(diào)節(jié)所述流的比率。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述控制器包括文氏 管，以調(diào)節(jié)所述流的比率。
18. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述連通通路包括 第一連通通路，將從所述井產(chǎn)生的井產(chǎn)流體連通到所述井的表面；和第二連通通路，將從所述井產(chǎn)生的水連通返回進(jìn)入所述井。
全文摘要
一種技術(shù)包括在井中和井中的井下提供設(shè)備，調(diào)節(jié)提供到該設(shè)備的流的比率。
文檔編號E21B34/06GK101275459SQ200810086258
公開日2008年10月1日 申請日期2008年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月27日
發(fā)明者加里·M·歐迪埃 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司