專利名稱：用于防止層間竄流的井下閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地下井完井以及控制產(chǎn)液自包括一次開采井和分支井的井的流動的 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在許多例子中，烴類生產(chǎn)井筒不僅包括鉆入地層中的一次開采井，還包括一個 或多個延伸入一次開采井筒附近的周圍地層的分支井。圖1給出了安裝在具有多個分支 井的井筒中的井筒生產(chǎn)系統(tǒng)10的示例的剖面圖。在這個示例中，一次開采井筒5從表面 延伸并進入地層6內(nèi)的產(chǎn)油層中。井筒5內(nèi)的注水泥的相關(guān)套管7基本上沿著井筒的整 個長度延伸并且也進入地層6。穿過井筒5的側(cè)面且穿過套管7進入周圍地層6形成的穿 孔11，為產(chǎn)液(烴氣或烴液)流入井筒5提供了流體路徑。井筒生產(chǎn)系統(tǒng)10包括同軸地 插入在套管5內(nèi)的完井油管13。完井油管13沿著井筒5的長度向上延伸至井口 14并且 將完井油管中的產(chǎn)液輸送到井口以分配給生產(chǎn)管線16。除了來自地層6的產(chǎn)液以外，分支井筒3、4延伸入相應(yīng)地層8、9中的相應(yīng)產(chǎn)油 層。這些分支井筒3、4也包括使井筒和它們的相關(guān)地層之間流體連通的穿孔11。在圖 1的示例中，來自一次開采井筒5和分支井筒3、4的產(chǎn)液沉積入單根完井油管13中，這 些流體在完井油管13中混合。應(yīng)當(dāng)指出，也存在其它配置，其中向每個產(chǎn)油層提供專用 油管以防止流體在井筒5內(nèi)混雜。安裝專用油管的一個弊端是在井筒內(nèi)存在額外的硬件 以及難以將上述硬件引入并保持在這些獨立回路中。產(chǎn)油層6、8、9可以在變化的壓力下運行或生產(chǎn)。為了防止在完井油管13內(nèi)出 現(xiàn)不平衡的壓力狀況，而在各個相應(yīng)的產(chǎn)油層和完井油管13之間的流體流動路徑中設(shè)置 節(jié)流器18、20、22。節(jié)流器通過調(diào)節(jié)流速和壓力來調(diào)節(jié)流體，以補償這些不同產(chǎn)油層之 間的壓差。在圖1中還示出了接近一次開采井筒5和分支井筒的接合處的封隔器密封件 26，這些封隔器密封件密封了完井油管13和套管5之間的環(huán)面間的流動路徑，并迫使流 體穿過相應(yīng)的節(jié)流器18、20、22流入完井油管13。雖然現(xiàn)有的節(jié)流器或其它流動控制機構(gòu)調(diào)整或調(diào)節(jié)流體流動和流體壓力，但這 些裝置并不限制穿過它們的流向。因此，在生產(chǎn)油管13內(nèi)的壓力可能超過特定的分支井 筒或其相關(guān)的產(chǎn)油層內(nèi)的壓力的情況下，具有更高壓力的油管柱內(nèi)的流體可能通過上述 已知裝置的任一個竄移入產(chǎn)油層。上述情況可能在高壓產(chǎn)油層的流動調(diào)整失敗或者在突 然關(guān)井前未關(guān)閉相應(yīng)的閥時發(fā)生。因為產(chǎn)液從一個層竄移入具有不同壓力的另一個層可 能對具有更低壓力的地層產(chǎn)生有害作用，所以這種情形是不期望發(fā)生的。因此，開發(fā)一 種用于防止產(chǎn)液在具有不同壓力的產(chǎn)油層之間竄流的裝置將是有益的。并且開發(fā)并實施 一種既能防止產(chǎn)液竄流又能調(diào)節(jié)流動的裝置也將是有益的。

發(fā)明內(nèi)容
本文公開的裝置是井下控制閥，其用在設(shè)置在井筒內(nèi)的油管完井管柱中。在一個實施方式中該控制閥包括在其內(nèi)限定了室的外殼、和延伸入室中并在該室內(nèi)具有第一 端的管狀構(gòu)件。該管狀構(gòu)件在室內(nèi)的部分還包括孔，其中該孔穿過該管狀構(gòu)件的側(cè)部形 成，控制閥還包括塞組件。該塞組件包括盤，該盤具有從其延伸的軸，其中該軸同軸地 設(shè)置在所述管狀構(gòu)件的第一端內(nèi)，并且其中所述塞組件響應(yīng)于盤上的壓差能在所述管狀 構(gòu)件內(nèi)往復(fù)滑動。管狀構(gòu)件與相應(yīng)的井下產(chǎn)油層壓力連通。在控制閥的一個操作模式中，塞組件能滑入第一位置，以促使所述軸靠近孔， 從而阻止流體流經(jīng)所述孔。在控制閥的另一操作模式中，塞組件能滑入第二位置，以促 使所述軸遠離所述孔，從而允許流體流經(jīng)所述孔?？蛇x地，在外殼的端部可以形成唇部，其中所述唇部朝著所述外殼的軸線徑向 地向內(nèi)延伸并且所述唇部將所述塞組件保持在室內(nèi)。可以在所述盤上形成第一穿孔，并 在所述唇部上形成相應(yīng)的第二穿孔，其中第一穿孔和第二穿孔基本上對齊，從而提供穿 過所述穿孔從所述室到所述外殼的外部的流動路徑?？梢栽谒龉軤顦?gòu)件上形成額外的 孔。本發(fā)明還包括設(shè)置在具有多于一個產(chǎn)油層的地下井筒內(nèi)的完井系統(tǒng)。完井系統(tǒng) 包括油管柱和控制閥?？刂崎y包括外殼、外殼內(nèi)的室、延伸入所述室中的管狀構(gòu)件、 在所述構(gòu)件位于所述室內(nèi)的部分上穿過構(gòu)件壁形成的孔、和塞，該塞滑動地響應(yīng)于相應(yīng) 的產(chǎn)油層和油管柱內(nèi)的壓力之間的壓差，而同軸地設(shè)置在管狀構(gòu)件的位于所述室內(nèi)的端 部。所述塞構(gòu)造為在油管柱內(nèi)的壓力超過相應(yīng)的產(chǎn)油層壓力時滑動地響應(yīng)至關(guān)閉位 置。所述塞還構(gòu)造為在第一產(chǎn)油層壓力超過油管柱內(nèi)的壓力時滑動地移動到打開位置， 從而允許流體從第一產(chǎn)油層流入所述油管柱?？刂崎y還調(diào)整進入生產(chǎn)管柱的流體流動。 完井系統(tǒng)可以包括第二控制閥。


為了使本發(fā)明的特征、優(yōu)點和目的以及其它方面更加清楚并被更具體地理解， 將參照實施方式對上述簡要概述的本發(fā)明進行更加詳細的描述，這些實施方式例示在附 圖中，而附圖構(gòu)成了說明書的一部分。然而，應(yīng)當(dāng)注意，附圖中僅示出了本發(fā)明的優(yōu)選 實施方式，因此并不被認為是對本發(fā)明的范圍的限制，因為本發(fā)明的范圍還包括其它等 效的實施方式。圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的井生產(chǎn)系統(tǒng)；圖2是控制閥的示例的局部側(cè)視剖面圖；圖3a-圖3e是控制閥的部件的側(cè)視圖和主視圖；圖4a_圖4d示出了根據(jù)本發(fā)明的控制閥的操作模式。
具體實施例方式現(xiàn)在將在下文中通過參考示出了本發(fā)明的實施方式的附圖更加全面地描述本發(fā) 明。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式實現(xiàn)，并不應(yīng)當(dāng)理解為是限定為本文中闡述的 例示實施方式；相反，提供這些實施方式以使本發(fā)明全面、完整，且向本領(lǐng)域技術(shù)人員 充分說明本發(fā)明的范圍。全文中同樣的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
本文描述的裝置和系統(tǒng)用于防止產(chǎn)液在不同產(chǎn)油層之間的竄流或竄移。在一個 實施方式中該裝置包括設(shè)置在生產(chǎn)烴液的地下層和油管完井管柱之間的流動路徑中的控 制閥。該裝置構(gòu)造為允許流體從其相應(yīng)的產(chǎn)油層流入完井管柱，但防止流體從完井管柱 流入相應(yīng)的產(chǎn)油層。如果完井管柱壓力超過了產(chǎn)油層的壓力，那么有可能是因為與所述 完井管柱連通的另一產(chǎn)油層的壓力高于上述第一產(chǎn)油層的壓力。因此，本文公開的控制 閥和裝置具有在同一井筒回路的不同產(chǎn)油層之間的層位封隔功能。現(xiàn)在參照圖2，其示出了根據(jù)本發(fā)明的控制閥30的一個實施方式的局部側(cè)視剖 面圖?？刂崎y30包括大致中空的外殼32，在外殼32中形成有室33。外殼32在其后壁 37上封閉并且通常在相對端打開。管狀構(gòu)件44示出為穿過后壁37延伸進入室33。穿 過管狀構(gòu)件44的壁形成有孔46，從而將管狀構(gòu)件44的內(nèi)部區(qū)域連通于室33。管狀構(gòu)件 44的第一端終止在室33內(nèi)，而構(gòu)件44的第二端(未示出)與地層的相應(yīng)產(chǎn)油層流體連通。 在管狀構(gòu)件44的開放的第一端內(nèi)滑動地設(shè)置有塞組件39。塞組件39 (也在圖 2a中以剖面圖示出)包括帶有軸42的盤38，軸42從盤38的一側(cè)延伸。穿過盤38形成 有穿孔40，穿孔40基本上與盤的軸線平行。在外殼32的開口端形成有唇部34。穿過 所述唇部形成有穿孔36，穿孔36基本上與控制閥30的軸線35平行。在圖2的實施方式 中，示出了盤38的穿孔40基本上與穿孔36對齊。圖3a-圖3c示出了管狀構(gòu)件44的側(cè)視圖和塞組件39部件的側(cè)視圖和主視圖。 現(xiàn)在參照圖3a，以側(cè)視圖示出了管狀構(gòu)件44的一部分，其圖示了穿過管狀構(gòu)件44的壁形 成的穿孔46。在圖3b中示出了軸42的側(cè)視圖；如上所述，軸形成為在管狀構(gòu)件44的環(huán) 形區(qū)域內(nèi)同軸地滑動。在一個實施方式中，軸42可以是從Boston Gear(位于HHayward Street, Quincy, MA 02171，電話 617-328-3300)可獲得的 Boston 軸。圖 3c 圖示了具有 穿孔40的盤38的主視圖，這些穿孔40以離盤38的中心基本相同的徑向距離穿過盤38形 成。圖3d是后壁37的后視圖，其示出了控制閥32具有大致圓筒構(gòu)造的實施方式。圖 3e是控制閥32的剖面部分的立體圖。在這個實施方式中，示出了唇部34具有穿孔36， 這些穿孔36以離唇部34的中心大致相同的徑向距離形成。如上所述，本文所描述的控制閥30主要用在例如圖1中所示的油管完井管柱 內(nèi)。因此，本發(fā)明的范圍包括具有多個控制閥的完井管柱。在一個實施方式中，本文所 描述的控制閥包含在完井管柱中，并被設(shè)置在產(chǎn)油層和完井管柱之間的流動路徑中。因 此每個控制閥30的管狀構(gòu)件44與其相應(yīng)的產(chǎn)油層之間流體連通和壓力連通。而盤的外 表面與完井管柱壓力連通。因此，相應(yīng)的產(chǎn)油層和施加在所述盤的外表面上的完井管柱 壓力之間的壓差或壓力梯度決定了塞組件39的位置。圖4a-圖4d示出了本發(fā)明的控制閥的實施方式的操作順序。圖4a示出了控制 閥30的局部剖面圖，其中塞組件39的位置完全插入在管狀構(gòu)件44內(nèi)。這種配置(本文 也稱為第一位置或關(guān)閉位置)使盤38基本上與管狀構(gòu)件的位于室33內(nèi)的終端齊平。在 關(guān)閉位置，軸42延伸入管狀構(gòu)件44內(nèi)，并位于每個孔46附近。因此，控制閥30的關(guān) 閉位置或第一位置阻止了管狀構(gòu)件的內(nèi)部區(qū)域和室33之間的流體連通和壓力連通。在位 于關(guān)閉位置時，相關(guān)的完井油管柱內(nèi)的壓力超過了管狀構(gòu)件44內(nèi)的壓力，并且也超過了 與管狀構(gòu)件44連通的相應(yīng)的產(chǎn)油層內(nèi)的壓力。
圖4b_圖4d圖示了當(dāng)管狀構(gòu)件44內(nèi)的壓力(也即其相應(yīng)的產(chǎn)油層)超過完井管 柱壓力時的情況，從而促使盤38滑動地遠離管狀構(gòu)件44?，F(xiàn)在參照圖4b，塞組件39從 圖如中示出的位置遠離管狀構(gòu)件44的終端朝向唇部34移動。另外，軸42遠離第一排 穿孔46移動，從而啟動管狀構(gòu)件44的內(nèi)部區(qū)域和室33之間的壓力連通和流體連通。圖 如示出了塞組件39在室33內(nèi)朝著唇部34的進一步移動。最終，如圖4d所示，相應(yīng)產(chǎn) 油層的大于完井管柱內(nèi)部的壓力的壓力完全促使塞組件39與唇部34大致配合接觸。在 這個配置中，可以看到穿孔40基本上與穿孔36對齊。因此在圖4d所示的打開位置或第 二位置，在室33和生產(chǎn)/完井油管柱的內(nèi)部之間存在完全的流體連通和壓力連通。圖4b 和圖4c表示塞組件在打開位置和關(guān)閉位置之間的中間位置。如本文中所圖示和描述的， 控制閥30是響應(yīng)于盤38的兩相對表面間的壓差的被動裝置，并且可以通過上述的滑動動 作在打開位置和關(guān)閉位置之間往復(fù)運動。
在正常操作中并且在油氣層和相關(guān)的井筒的生產(chǎn)模式中，與經(jīng)過所述室的流動 結(jié)合的孔46和穿孔40、36能夠調(diào)整壓降。當(dāng)井筒生產(chǎn)回路除了包括一次開采井筒之外 還包括多個分支生產(chǎn)筒時，調(diào)整流體流動可能是必要的。當(dāng)與井系統(tǒng)的每個生產(chǎn)井筒相 關(guān)地布置時，控制閥30的調(diào)整能力能夠在不妨礙其它分支并筒的生產(chǎn)的情況下調(diào)整完井 油管內(nèi)的壓力。
本發(fā)明的裝置在井的生產(chǎn)被停止了一段時間的情況下也是有益的。在一些例子 中具有多個分支井筒的井可能被關(guān)井以進行“沉析(settleout)”。通過在不調(diào)整或不減 少產(chǎn)油層和完井管柱之間的壓力的情況下通過完井管柱連通所有相互連接的產(chǎn)油層來實 現(xiàn)沉析。這將具有較低壓力的產(chǎn)油層暴露于具有最高壓力的產(chǎn)油層；如果不檢查，會使 高壓層的產(chǎn)液竄移入低壓層。本文中公開的控制閥的實施通過將塞組件推入圖4a中所示 的關(guān)閉位置或第一位置來對上述壓差做出反應(yīng)。處于關(guān)閉位置的控制閥30阻止了高壓流 體竄移入其相應(yīng)的產(chǎn)油層。因此，本文中描述的被動系統(tǒng)相對于現(xiàn)有已知系統(tǒng)具有很大 優(yōu)勢，現(xiàn)有已知系統(tǒng)可能需要在關(guān)井之前手動關(guān)閉閥。而且，因為一些關(guān)井條件發(fā)生時 幾乎沒有或根本沒有警告，所以并不總能實施手動關(guān)閉。
因此，本文公開的本發(fā)明很適于實現(xiàn)前述的目的并得到前述的結(jié)果和優(yōu)點、以 及本發(fā)明本身的其它方面。雖然本文為公開目的給出了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是在 實現(xiàn)期望結(jié)果的具體過程中還存在許多改變。這些改變和其它類似變形是本領(lǐng)域技術(shù)人 員容易想到的，并都包含在本文公開的本發(fā)明的精神以及所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。權(quán)利要求
1.一種井下控制閥，其用于設(shè)置在井筒內(nèi)的油管完井管柱中，該控制閥包括外殼，其內(nèi)限定了室；管狀構(gòu)件，其延伸入所述室中并具有在所述室內(nèi)的第一端；所述管狀構(gòu)件的位于所述室內(nèi)的部分上的孔，其中所述孔穿過所述管狀構(gòu)件的側(cè)部 形成；和塞組件，其包括具有軸的盤，所述軸從所述盤延伸，其中所述軸同軸地設(shè)置在所述 管狀構(gòu)件的第一端內(nèi)，并且其中所述塞組件響應(yīng)于盤上的壓差能在所述管狀構(gòu)件內(nèi)往復(fù)滑動。
2.如權(quán)利要求1所述的控制閥，其中所述塞組件能滑入第一位置以促使所述軸靠近所 述孔，從而阻止流體流經(jīng)所述孔。
3.如權(quán)利要求1所述的控制閥，其中所述塞組件能滑入第二位置以促使所述軸遠離所 述孔，從而允許流體流經(jīng)所述孔。
4.如權(quán)利要求2所述的控制閥，還包括形成在所述外殼的端部的唇部，其中所述唇部 朝著所述外殼的軸線徑向向內(nèi)延伸，其中所述唇部將所述塞組件保持在所述室內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的控制閥，還包括形成在所述盤上的第一穿孔和形成在所述唇部 上的相應(yīng)的第二穿孔，其中所述第一穿孔和第二穿孔大致對齊，以提供通過所述穿孔從 所述室到所述外殼的外部的流動路徑。
6.如權(quán)利要求1所述的控制閥，還包括形成在所述管狀構(gòu)件上的額外的孔。
7.如權(quán)利要求1所述的控制閥，其中所述管狀構(gòu)件與井下產(chǎn)油層壓力連通。
8.如權(quán)利要求1所述的控制閥，其中所述盤包括內(nèi)表面和外表面，其中所述盤的外表 面與所述控制閥的外部空間壓力連通。
9.如權(quán)利要求7所述的控制閥，該控制閥設(shè)置在完井油管柱內(nèi)，其中控制閥調(diào)整從井 下產(chǎn)油層向所述完井油管柱內(nèi)的流動。
10.—種完井系統(tǒng)，其設(shè)置在地下井筒內(nèi)，該井筒具有多于一個的產(chǎn)油層，所述完井 系統(tǒng)包括油管柱；和控制閥，其包括外殼、所述外殼內(nèi)的室、延伸入所述室中的管狀構(gòu)件、在所述構(gòu)件 的位于所述室內(nèi)的部分上穿過所述構(gòu)件的壁形成的孔、和塞，所述塞滑動地響應(yīng)于相應(yīng) 產(chǎn)油層和所述油管柱中的壓力之間的壓差，而同軸地設(shè)置在所述管狀構(gòu)件的位于所述室 內(nèi)的端部。
11.如權(quán)利要求10所述的完井系統(tǒng)，其中所述塞的內(nèi)表面與第一產(chǎn)油層壓力連通。
12.如權(quán)利要求11所述的完井系統(tǒng)，其中所述塞的外表面與油管柱壓力壓力連通。
13.如權(quán)利要求12所述的完井系統(tǒng)，其中所述塞構(gòu)造為在所述油管柱內(nèi)的壓力超過所 述第一產(chǎn)油層壓力時滑動地響應(yīng)至關(guān)閉位置。
14.如權(quán)利要求13所述的完井系統(tǒng)，其中所述第一產(chǎn)油層和所述油管柱之間的壓差足 以使所述油管柱內(nèi)的流體竄移至所述第一產(chǎn)油層。
15.如權(quán)利要求13所述的完井系統(tǒng)，其中在所述第一關(guān)閉位置，所述塞在所述管狀構(gòu) 件內(nèi)滑動到所述孔附近以阻止流體流經(jīng)所述孔。
16.如權(quán)利要求12所述的完井系統(tǒng)，其中所述塞構(gòu)造為在所述第一產(chǎn)油層的壓力超過所述油管柱內(nèi)的壓力時滑動地響應(yīng)至打開位置，以允許流體從所述第一產(chǎn)油層流到所述 油管柱中。
17.如權(quán)利要求16所述的完井系統(tǒng)，其中所述控制閥調(diào)整流體流動壓力。
18.如權(quán)利要求16所述的完井系統(tǒng)，還包括第二控制閥，該第二控制閥包括外殼、位 于所述外殼內(nèi)的室、延伸入所述室中的管狀構(gòu)件、在所述構(gòu)件的位于所述室內(nèi)的部分上 穿過所述構(gòu)件的壁形成的孔，和塞，所述塞滑動地響應(yīng)于第二相應(yīng)產(chǎn)油層和所述油管柱 內(nèi)壓力之間的壓差，而同軸地設(shè)置在所述管狀構(gòu)件的位于所述室內(nèi)的端部。
19.如權(quán)利要求16所述的完井系統(tǒng)，其中在所述第二控制閥中，所述塞的內(nèi)表面與所 述第二產(chǎn)油層壓力連通而所述塞的外表面與所述油管柱壓力連通。
全文摘要
一種用于井下完井油管柱中的流動控制閥，其中該控制閥防止產(chǎn)油層間的竄流。該控制閥包括其中形成有室(33)的外殼(32)、其穿孔的端部設(shè)置于所述外殼內(nèi)的管狀構(gòu)件(44)、以及設(shè)置在所述管狀構(gòu)件的具有穿孔(72)的端部內(nèi)的塞組件(39)。塞組件包括往復(fù)運動地設(shè)置在所述管狀構(gòu)件中的軸(42)。所述管狀構(gòu)件內(nèi)的產(chǎn)液通過所述穿孔流入所述室，并通過形成在盤(38)和外殼內(nèi)的相應(yīng)穿孔流到所述控制閥的外部。當(dāng)完井油管柱內(nèi)的壓力超過產(chǎn)液的壓力時，所述塞會關(guān)閉以防止流體從所述完井油管流至所述管狀構(gòu)件。
文檔編號E21B43/12GK102027191SQ200880107156
公開日2011年4月20日 申請日期2008年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者S·M·阿爾穆巴拉克 申請人:沙特阿拉伯石油公司, 阿拉姆科服務(wù)公司