專利名稱：用于可調(diào)節(jié)地控制來自地下井的產(chǎn)出流體的流入的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及對來自穿過含烴地層的井的流體生產(chǎn)的控制，并且尤其涉及一 種在地下井壽命期限內(nèi)可調(diào)節(jié)的、用于控制來自地下井的產(chǎn)出流體(production fluid)的 流入的裝置。
背景技術(shù)：
在不對本發(fā)明的范圍構(gòu)成限制的前提下，本文將以從地層中產(chǎn)出流體為例描述本 發(fā)明的背景。在穿越含烴地層的井的完井期間，將產(chǎn)油管和各種裝備安裝在井中以便能夠安全 和有效地產(chǎn)出地層流體。例如，為防止來自松散或疏松的地層的顆粒物的產(chǎn)生，某些完井包 括設(shè)置在期望的生產(chǎn)層段(production interval)附近的一個或多個防砂篩。在其它完井 中，為控制流體流入產(chǎn)油管的流速，一般做法是在管柱內(nèi)安裝一個或多個流體流動控制裝置。近年來，已嘗試在需要防砂的完井內(nèi)使用流體流動控制裝置。盡管通過使用這類 裝置獲得了一些效益，但許多這類裝置的操作復(fù)雜并且可靠性低。另外，已發(fā)現(xiàn)在油井的壽 命期限內(nèi)，當?shù)貙涌萁卟⑶覂訅毫档蜁r，許多這類流體流動控制裝置的流動控制特性 可能不再適合于實現(xiàn)期望的生產(chǎn)目標，尤其是在長的水平層段中更是如此。因此，需要一種流體流動控制裝置來控制需防砂的完井中的地層流體的流入。還 需要這種流體流動控制裝置在各種流動狀態(tài)下可靠。此外，還需要能夠在油井的整個壽命 期限內(nèi)使用的流體流動控制裝置。

發(fā)明內(nèi)容
在此披露的本發(fā)明包括用于控制地層流體的流入的流體流動控制裝置。本發(fā)明的 流體流動控制裝置在各種流動條件下都是可靠的。另外，本發(fā)明的流體流動控制裝置可在 油井的整個壽命期限內(nèi)使用，并且可與過濾介質(zhì)結(jié)合使用，被用作具有流動控制能力的防 砂篩?！矫妫景l(fā)明涉及一種可設(shè)置在井筒內(nèi)的防砂篩。該防砂篩包括具有至少一個 開口的基管，該開口允許流體在基管的外部與基管的內(nèi)部流路之間流動。在基管的外部設(shè) 有過濾介質(zhì)。可致動裝置與至少一個開口可操作地關(guān)聯(lián)?？芍聞友b置可被操作以在初始阻 止流體經(jīng)由至少一個開口流動，并且可被致動以允許流體經(jīng)由至少一個開口流動。在一個 實施例中，可致動裝置是對內(nèi)部流路中的壓力增大到預(yù)定值作出響應(yīng)而被致動的壓力致動 裝置。例如，壓力致動裝置可為破裂片。另一方面，本發(fā)明涉及一種防砂篩，該防砂篩包括具有至少一個開口的基管，該開 口允許流體在基管的外部與基管的內(nèi)部流路之間流動。在基管的外部設(shè)有過濾介質(zhì)。限流 裝置被設(shè)置在過濾介質(zhì)與至少一個開口之間的流體流路中?？芍聞友b置與至少一個開口可 操作地關(guān)聯(lián)。在此實施例中，限流裝置可操作以在從中流過的流體中產(chǎn)生壓降。另外，可致動裝置可被操作以在初始阻止流體經(jīng)由至少一個開口流動，并且可被致動以允許流體經(jīng)由 至少一個開口流動。又一方面，本發(fā)明涉及一種防砂篩，該防砂篩包括具有至少一個開口的基管，該開 口允許流體在該基管的外部與該基管的內(nèi)部流路之間流動。在基管的外部設(shè)有過濾介質(zhì)。 單向閥被設(shè)置在過濾介質(zhì)與至少一個開口之間的流體流路中?？芍聞友b置與至少一個開口 可操作地關(guān)聯(lián)。在該實施例中，單向閥可被操作以允許流體沿下游方向從過濾介質(zhì)流到至 少一個開口、且阻止流體沿上游方向從至少一個開口流到過濾介質(zhì)。另外，可致動裝置可被 操作以在初始阻止流體經(jīng)由至少一個開口流動、且可被致動以允許流體經(jīng)由至少一個開口 流動。另一方面，本發(fā)明涉及一種防砂篩，該防砂篩包括具有至少一個開口的基管，該開 口允許流體在基管的外部與基管的內(nèi)部流路之間流動。在基管的外部設(shè)有過濾介質(zhì)。限流 裝置和單向閥被設(shè)置在過濾介質(zhì)與至少一個開口之間的流體流路中。可致動裝置與至少一 個開口可操作地關(guān)聯(lián)。在此實施例中，限流裝置可被操作為在從中流過的流體中產(chǎn)生壓降， 單向閥可被操作以允許流體沿下游方向從過濾介質(zhì)流到至少一個開口、且阻止流體沿上游 方向從至少一個開口流到過濾介質(zhì)；可致動裝置可被操作以在初始阻止流體經(jīng)由至少一個 開口流動、且可被致動以允許流體經(jīng)由至少一個開口流動。還是在此實施例中，限流裝置可 被設(shè)置在單向閥的上游或下游，或者限流裝置與單向閥可以是整合形成的。另一方面，本發(fā)明涉及一種用于控制來自地下井的產(chǎn)出流體的流入的流動控制裝 置。該流動控制裝置包括管狀構(gòu)件，該管狀構(gòu)件具有允許流體在該管狀構(gòu)件的外部與該管 狀構(gòu)件的內(nèi)部流路之間流動的多個開口。該流動控制裝置還包括可操作地設(shè)置在位于管狀 構(gòu)件外部的流體源與內(nèi)部流路之間的流體流路中的多級限流區(qū)段。限流區(qū)段包括多個限 流裝置，每個限流裝置可被操作以產(chǎn)生壓降，并且每個限流裝置與開口之一關(guān)聯(lián)而在流體 源與內(nèi)部流路之間經(jīng)由相應(yīng)的開口形成多個流路?？芍聞友b置與至少一些開口可操作地關(guān) 聯(lián)。每個可致動裝置在初始阻止流體經(jīng)由相關(guān)的開口流動、且可被致動以允許流體經(jīng)由相 關(guān)的開口流動，以依序地減小流體從流體源流到內(nèi)部流路所經(jīng)歷的壓降。在該流體流動控制裝置的一個實施例中，至少一些限流裝置包括可阻止流體從限 流區(qū)段流到流體源的單向閥。在另一實施例中，該流體流動控制裝置包括在流體源與多級 限流區(qū)段之間設(shè)置于管狀構(gòu)件外部的過濾介質(zhì)。又一方面，本發(fā)明涉及一種防砂篩，該防砂篩包括具有第一開口和第二開口的基 管，這些開口允許流體在基管的外部與基管的內(nèi)部流路之間流動。在基管的外部設(shè)有過濾 介質(zhì)和限流區(qū)段。限流區(qū)段包括第一限流裝置和第二限流裝置，第一限流裝置和第二限流 裝置分別在從中流過的流體中產(chǎn)生第一壓降和第二壓降。第一限流裝置在過濾介質(zhì)與內(nèi)部 流路之間經(jīng)由第一開口提供第一流路。第一和第二限流裝置在過濾介質(zhì)與內(nèi)部流路之間經(jīng) 由第二開口提供第二流路?？芍聞友b置與第一開口可操作地關(guān)聯(lián)?？芍聞友b置可被操作以 在初始阻止流體經(jīng)由第一開口流動，并且可被致動以允許流體經(jīng)由第一開口流動。通過這 種方式，流經(jīng)限流區(qū)段的流體可從第二流路轉(zhuǎn)換到第一流路流動，由此減小與流經(jīng)限流區(qū) 段的流體流動關(guān)聯(lián)的壓降。在防砂篩的一個實施例中，與第二開口可操作地關(guān)聯(lián)的可致動裝置在初始阻止流 體經(jīng)由第二開口流動，并且可被致動以允許流體經(jīng)由第二開口流動。附加地或可替代地，單向閥可與上述限流裝置之一或與上述兩個限流裝置相關(guān)聯(lián)，以阻止流體從限流區(qū)段流到過 濾介質(zhì)。又一方面，本發(fā)明涉及一種防砂篩，該防砂篩包括具有第一開口、第二開口以及第 三開口的基管，這些開口允許流體在基管的外部與基管的內(nèi)部流路之間流動。在基管的外 部設(shè)有過濾介質(zhì)和限流區(qū)段。限流區(qū)段包括第一限流裝置、第二限流裝置以及第三限流裝 置，第一限流裝置、第二限流裝置以及第三限流裝置分別在從中流過的流體中產(chǎn)生第一壓 降、第二壓降以及第三壓降。第一限流裝置在過濾介質(zhì)與內(nèi)部流路之間經(jīng)由第一開口提供 第一流路。第一和第二限流裝置在過濾介質(zhì)與內(nèi)部流路之間經(jīng)由第二開口提供第二流路。 第一、第二以及第三限流裝置在過濾介質(zhì)與內(nèi)部流路之間經(jīng)由第三開口提供第三流路。第 一和第二可致動裝置與第一和第二開口可操作地關(guān)聯(lián)。第一和第二可致動裝置可分別被操 作以在初始阻止流體經(jīng)由第一和第二開口流動、且可分別被致動以允許流體經(jīng)由第一和第 二開口流動。第二可致動裝置可以是對內(nèi)部流路中壓力增大到第一預(yù)定值作出響應(yīng)而被致 動的壓力致動裝置。第一可致動裝置也可以是對內(nèi)部流路中壓力增大到更大的第二預(yù)定值 作出響應(yīng)而被致動的壓力致動裝置。通過這種方式，流經(jīng)限流區(qū)段的流體可從第三流路轉(zhuǎn) 換到第二流路并隨后轉(zhuǎn)換到第一流路流動，從而依序地減小與流經(jīng)限流區(qū)段的流體流動關(guān) 聯(lián)的壓降。在一個實施例中，每個限流裝置還具有與其關(guān)聯(lián)的單向閥，該單向閥阻止流體從 限流區(qū)段流到過濾介質(zhì)。還是在此實施例中，基管可包括第四開口，第四開口允許流體在 基管的外部與基管的內(nèi)部流道之間流動，并形成繞過第一、第二以及第三限流裝置的第四 流路。在這種配置(configuration)下，可致動裝置與第四開口可操作地關(guān)聯(lián)，從而可被操 作以在初始阻止流體經(jīng)由第四開口流動，并且可被致動以允許流體經(jīng)由第四開口而繞過第 一、第二以及第三限流裝置流動。在另一方面，本發(fā)明涉及一種包括大體為管狀的外殼和設(shè)置在外殼內(nèi)的球定位圈 的單向閥。球定位圈具有限定內(nèi)部流道的大體管狀的構(gòu)件。環(huán)形凸緣從管狀構(gòu)件沿徑向向 外延伸，并具有縱向延伸貫穿該環(huán)形凸緣的多個通道。環(huán)形固定凸緣從管狀構(gòu)件沿徑向向 外延伸。多個縱向延伸的軌道相對于管狀構(gòu)件的外表面被設(shè)置并在環(huán)形凸緣與環(huán)形固定凸 緣之間延伸。多個球被設(shè)置在由外殼、管狀構(gòu)件的外表面、環(huán)形凸緣及環(huán)形固定凸緣所限定 的環(huán)形區(qū)域內(nèi)。每個球與上述軌道之一對應(yīng)，使這些球得以被允許在軌道內(nèi)進行縱向運動， 但這些球被阻止在相應(yīng)的軌道外的環(huán)形區(qū)域內(nèi)進行周向運動。在一種配置中，球遠離通道，以允許流體沿第一方向流經(jīng)單向閥。在另一構(gòu)造中， 球的位置相對于通道，以阻止流體沿第二方向經(jīng)由單向閥流動。在一個實施例中，每個軌道沿軌道的縱向長度具有大體均勻的周向?qū)挾取Ｔ诹硪?實施例中，每個軌道在環(huán)形固定凸緣附近的周向?qū)挾缺仍撥壍涝诃h(huán)形凸緣附近的周向?qū)挾?更大。


為了更全面地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點，現(xiàn)請參照結(jié)合附圖對本發(fā)明的詳細說 明，其中，不同附圖中的相應(yīng)的附圖標記表示相應(yīng)的部件，并且附圖中圖1為運用根據(jù)本發(fā)明的多個流體流動控制裝置的井系統(tǒng)的示意圖2為根據(jù)本發(fā)明的流體流動控制裝置的四分之一剖面的局部側(cè)視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的流體流動控制裝置的四分之一剖面的局部側(cè)視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的流體流動控制裝置的四分之一剖面的局部側(cè)視圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的流體流動控制裝置的四分之一剖面的局部側(cè)視圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的流體流動控制裝置的四分之一剖面的局部側(cè)視圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明的流體流動控制裝置的四分之一剖面的局部側(cè)視圖； 圖8為根據(jù)本發(fā)明的流體流動控制裝置的四分之一剖面的局部側(cè)視圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明的流體流動控制裝置的四分之一剖面的局部側(cè)視圖；圖IOA至圖IOE為在根據(jù)本發(fā)明的流體流動控制裝置中使用的限流裝置的不同的 實施例的剖視圖；圖IlA至圖IlF為在根據(jù)本發(fā)明的流體流動控制裝置中使用的單向閥的不同的實 施例的剖視圖；圖12A至圖12C為可在根據(jù)本發(fā)明的流體流動控制裝置中使用的環(huán)形單向閥的一 個實施例的視圖，該環(huán)形單向閥具有從中穿過的多個流路；以及圖13A至圖13C為可在根據(jù)本發(fā)明的流體流動控制裝置中使用的環(huán)形單向閥的另 一實施例的視圖，該環(huán)形單向閥具有從中穿過的多個流路。
具體實施例方式盡管在下文中詳細闡述了本發(fā)明的多個實施例的構(gòu)造和運用，但應(yīng)認識到，本發(fā) 明提供了許多可應(yīng)用的發(fā)明構(gòu)思，這些發(fā)明構(gòu)思可體現(xiàn)在各種各樣的具體環(huán)境下實施。在 此所述具體實施例僅說明構(gòu)造和運用本發(fā)明的具體方式，而非限制本發(fā)明的范圍。首先參照圖1，其中示出了包括實施本發(fā)明原理的多個流體流動控制裝置的井系 統(tǒng)，該井系統(tǒng)被示意性地示出并概括地以附圖標記10表示。在圖示的實施例中，井筒12延 伸穿過各種地層結(jié)構(gòu)(earth strata)。井筒12具有大體上豎直的區(qū)段14，區(qū)段14的上部 安裝有套管柱16。井筒12還具有大體水平的區(qū)段18，區(qū)段18延伸穿過含烴地層20。如圖 所示，井筒12的大體水平的區(qū)段18為裸井。管柱22設(shè)于井筒12內(nèi)并從地表延伸。管柱22形成一條管道，用于使地層流體從 地層20流動到地表。設(shè)在管柱22內(nèi)的是封閉組件24和多個流體流動控制裝置26。通過使 用本發(fā)明的流體流動控制裝置26，能夠?qū)α魉俸彤a(chǎn)出流體的成分進行控制。例如，通過阻塞 (choking)來自整個生產(chǎn)層段的產(chǎn)出，可從整個層段獲得更為均勻的產(chǎn)出曲線(production profile) 0特別地，如果允許從地層20產(chǎn)出而不進行井下阻塞，則大部分進入管柱22中 的產(chǎn)品來自地層20的靠近井的跟部(heel)的部分，而極少來自地層20的靠進井的趾部 (toe)的部分。隨著來自地層20的靠近跟部的部分的所期望獲得的流體枯竭，這種情況可 導(dǎo)致水過早侵入。通過在本發(fā)明的每個流體流動控制裝置26中結(jié)合一個或多個限流裝置，可獲得 沿大體水平的區(qū)段18的整個長度更為均勻的產(chǎn)出曲線。另外，在每個流體流動控制裝置26 內(nèi)有一個以上串聯(lián)的限流裝置的實施例中，由于可隨著時間的推移來調(diào)節(jié)與流體流動控制 裝置26關(guān)聯(lián)的壓降，所以可在油井的壽命期限內(nèi)維持均勻的產(chǎn)出曲線。在圖示的實施例中，每個流體流動控制裝置26不僅提供了流體流動控制能力，還提供了防砂能力。與流體流動裝置26關(guān)聯(lián)的防砂篩構(gòu)件或過濾介質(zhì)被設(shè)計為允許流體從 中流過，但阻止大尺寸的顆粒物從中流過。對本發(fā)明而言，與流體流動控制裝置26關(guān)聯(lián)的 篩構(gòu)件的精確設(shè)計并不是關(guān)鍵性的，只要其被設(shè)計為適于地層流體的特性以及要執(zhí)行的任 何處理操作即可。例如，防砂篩可采用不穿孔的基管，有一根絲纏繞在沿該基管的周向設(shè)置 的多個肋周圍，由此在基管與繞絲之間提供空隙(stand off)?？商娲?，可使用可滲透流 體而限制顆粒的金屬材料作為過濾介質(zhì)，上述金屬材料例如為多層絲網(wǎng)篩，上述多層絲網(wǎng) 篩被燒結(jié)在一起從而構(gòu)成可滲透流體的可滲透流體的絲網(wǎng)篩管。如圖所示，可圍繞過濾介 質(zhì)的外部設(shè)置外護罩，該外護罩有多個從中穿過的穿孔。盡管圖1示出了設(shè)于裸井環(huán)境中的本發(fā)明的流體流動控制裝置，但本領(lǐng)域技術(shù)人 員應(yīng)理解，本發(fā)明的流體流動控制裝置同樣適用于有襯套的井。而且，盡管圖1示出了一系 列流體流動控制裝置，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明的流體流動控制裝置同樣適用于 利用設(shè)在多個相鄰的流體流動控制裝置或流體流動控制裝置組之間的封隔器(packer)或 其它封閉裝置分成多個層段的井。另外，盡管圖1示出本發(fā)明的流體流動控制裝置位于井筒的水平區(qū)段中，但是本 領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明的流體流動控制裝置同樣適用于傾斜的或豎直的井筒。因此， 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，諸如“上”、“下”、“上部”、“下部”、“向上”、“向下”等方向性措辭是 與圖中所示的說明性實施例相關(guān)聯(lián)地使用的，向上的方向朝向相應(yīng)的附圖的頂端，向下的 方向朝向相應(yīng)的附圖的底端。此外，盡管圖1示出本發(fā)明的流體流動控制裝置是包括防砂 篩構(gòu)件的，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明的流體流動控制裝置同樣適用于不需要防砂 的完井。下面參照圖2，其中示出了被有代表性地示出、并概括地以附圖標記100表示的根 據(jù)本發(fā)明的流體流動控制裝置。流體流動控制裝置100可適當?shù)芈?lián)結(jié)到其它類似的流體流 動控制裝置、封閉組件、開采管或其它井下工具以形成如上所述的管柱。流體流動控制裝置 100包括防砂篩區(qū)段102和限流區(qū)段104。防砂篩區(qū)段102包括被設(shè)計為允許流體從中流過 但阻止大尺寸的顆粒物從中流過的、適合的防砂篩構(gòu)件或過濾介質(zhì)，例如，繞絲篩、編織絲 網(wǎng)篩等。在圖示實施例中，圍繞過濾介質(zhì)的外部設(shè)置有具有多個穿孔108的保護外殼106。限流區(qū)段104與防砂篩區(qū)段102串聯(lián)設(shè)置，使得產(chǎn)出流體在進入限流區(qū)段104之 前必須流經(jīng)防砂篩區(qū)段102。限流區(qū)段104包括外殼110。外殼110與基管118限定環(huán)形 室112?；?18包括開口 120，該開口允許流體在基管118的外部與基管118內(nèi)的內(nèi)部流 路122之間流動。開口 120內(nèi)設(shè)有可致動裝置124。在操作中，流體流動控制裝置100在可致動裝置124處于其未致動配置的狀態(tài)下 被安裝在井內(nèi)，在該配置下，流體不能流過流體流動控制裝置100。在特定實施例中，可致 動裝置124可以是對內(nèi)部流路122中的壓力增大到預(yù)定值作出響應(yīng)而被致動的壓力致動裝 置。例如，可致動裝置124可為供一次性使用的破裂片或爆裂片。在這種情況下，破裂片的 薄膜被設(shè)置為在固定的壓力下破壞，因此當薄膜暴露于該壓力下時，經(jīng)由該破裂片的通道 就打開。使用這種破裂片能夠一次性地打開通道但不能再封閉該通道。然而，本領(lǐng)域技術(shù) 人員應(yīng)注意，也可選擇性地使用其它類型的可致動裝置124，這類裝置包括但不限于閥、滑 動套筒、可移動的塞等。另外，可使用其它的致動該裝置或經(jīng)由基管形成連通的方法，這包 括但不限于液壓控制系統(tǒng)、電力致動器、沖壓工具等。一旦可致動裝置124被致動，流體就能夠經(jīng)由開口 120流動，并由此能夠流經(jīng)流體流動控制裝置100。因此，通過將可致動裝置 124致動，可使流體流動控制裝置100從不可流動配置被操作到可流動配置。下面參照圖3，其中示出了被有代表性地示出、并概括地以附圖標記200表示的根據(jù)本發(fā)明的流體流動控制裝置。流體流動控制裝置200可適當?shù)芈?lián)結(jié)到其它類似的流體流 動控制裝置、封閉組件、開采管或其它井下工具以形成如上所述的管柱。流體流動控制裝置 200包括防砂篩區(qū)段202和限流區(qū)段204。防砂篩區(qū)段202包括適合的防砂篩構(gòu)件或過濾 介質(zhì)。在圖示實施例中，圍繞該過濾介質(zhì)的外部設(shè)有具有多個穿孔208的保護外殼206。限流區(qū)段204與防砂篩區(qū)段202串聯(lián)設(shè)置，使得產(chǎn)出流體在進入限流區(qū)段204之 前必須流經(jīng)防砂篩區(qū)段202。限流區(qū)段204包括外殼210。外殼210與基管218限定環(huán)形 室212?；?18包括開口 220，該開口允許流體在基管218的外部與基管218內(nèi)的內(nèi)部流 路222之間流動。開口 220內(nèi)設(shè)有可致動裝置224。限流裝置226還設(shè)有環(huán)形室212。限 流裝置226包括流道228，流道228使從中流過的流體產(chǎn)生壓降。在操作中，流體流動控制裝置200在可致動裝置224處于其未致動配置的狀態(tài)下 被安裝在井內(nèi)。在此配置下，流體不能流過流體流動控制裝置200。一旦可致動裝置224被 致動，流體就能夠經(jīng)由開口 220流動，并由此能夠流經(jīng)流體流動控制裝置200。在此實施例 中，從防砂篩區(qū)段202經(jīng)由開口 220流到內(nèi)部流路222的流體必須流經(jīng)限流裝置226的流道 228。流道228被設(shè)置為使從中流過的流體產(chǎn)生期望的壓降，由此還可控制處于特定的儲層 壓力下的流速。如上所述，當一串流體流動控制裝置200從井的跟部延伸到趾部時，在所有 這些流體流動控制裝置200中產(chǎn)生的適當?shù)膲航祵⒂兄谘貙佣蔚拈L度使產(chǎn)出曲線均衡。盡管限流裝置226被圖示具有管狀流道228，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認識到，也可選 擇性地使用其它類型的限流裝置。例如，除管狀流道(最好參看圖10C)以外，可使用其它 適合的限流裝置，包括孔板(最好參看圖10A)、噴嘴(最好參看10B)、盤繞管(最好參看圖 10D)、螺旋通道(最好參看10E)等。以下參照圖4，其中示出了被有代表性地示出、并概括地以附圖標記300表示的根 據(jù)本發(fā)明的流體流動控制裝置。流體流動控制裝置300可適當?shù)芈?lián)結(jié)到其它類似的流體流 動控制裝置、封閉組件、開采管或其它井下工具以形成如上所述的管柱。流體流動控制裝置 300包括防砂篩區(qū)段302和限流區(qū)段304。防砂篩區(qū)段302包括適合的防砂篩構(gòu)件或過濾 介質(zhì)。在圖示的實施例中，圍繞過濾介質(zhì)的外部設(shè)有具有多個穿孔308的外護罩306。限流區(qū)段304與防砂篩區(qū)段302串聯(lián)設(shè)置，使得產(chǎn)出流體在進入限流區(qū)段304之 前必須流經(jīng)防砂篩區(qū)段302。限流區(qū)段304包括外殼310。外殼310與基管318限定環(huán)形 室312。基管318包括開口 320，該開口允許流體在基管318的外部與基管318內(nèi)的內(nèi)部流 路322之間流動。開口 320內(nèi)設(shè)有可致動裝置324。環(huán)形室312設(shè)有單向閥。單向閥326 防止了當內(nèi)部流路322內(nèi)的壓力超過地層的壓力時(例如當用壓力來致動可致動裝置324 時)流體流入地層的損失。在操作中，流體流動控制裝置300在可致動裝置324處于其未致動配置的狀態(tài)下 被安裝在井內(nèi)。在此配置下，流體不能流過流體流動控制裝置300。一旦可致動裝置324被 致動，流體就能夠經(jīng)由開口 320流動。在此實施例中，通過單向閥326來阻止流體從內(nèi)部流 路322流到地層，這樣就防止了當利用壓力來致動位于該流體流動控制裝置或其它流體流 動控制裝置中的類似的可致動裝置時的流體損失。當致動壓力被釋放時，流體能夠從地層經(jīng)由單向閥326流到內(nèi)部流路322。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在本發(fā)明的流體流動控制裝置的限流區(qū)段中，可適當?shù)?使用各種不同的單向閥配置。例如，可使用彈簧偏壓的環(huán)形套筒(最好參看圖11A)、彈簧偏 壓的球和球座(最好參看圖11B)、樞轉(zhuǎn)門(最好參看11C)、彈簧偏壓的提動閥和閥座(最 好參看圖11D)、可徑向彎曲的彈性構(gòu)件(最好參看 11E)、設(shè)于環(huán)形道槽(race)中的多個浮 球和沿周向隔開的球座(最好參看圖11F)等。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，也可將單向 閥與可致動裝置串聯(lián)地設(shè)置在基管內(nèi)。下面參照圖5，其中示出了被有代表性地示出、并概括地以附圖標記400表示的根 據(jù)本發(fā)明的流體流動控制裝置。流體流動控制裝置400可適當?shù)芈?lián)結(jié)到其它類似的流體流 動控制裝置、封閉組件、開采管或其它井下工具以形成如上所述的管柱。流體流動控制裝置 400包括防砂篩段402和限流段404。防砂篩區(qū)段402包括適合的防砂篩構(gòu)件或過濾介質(zhì)。 在圖示實施例中，圍繞過濾介質(zhì)的外部設(shè)有具有多個穿孔408的外護罩406。限流區(qū)段404與防砂篩區(qū)段402串聯(lián)設(shè)置，使得產(chǎn)出流體在進入限流區(qū)段404之 前必須流經(jīng)防砂篩區(qū)段402。限流區(qū)段404包括外殼410。外殼410與基管418限定環(huán)形 室412?；?18包括開口 420，該開口允許流體在基管418的外部與基管418內(nèi)的內(nèi)部流 路422之間流動。開口 420內(nèi)設(shè)有可致動裝置424。環(huán)形室412設(shè)有限流裝置426。限流 裝置426包括流道428，流道428使從中流過的流體產(chǎn)生壓降。單向閥430在環(huán)形室412內(nèi) 設(shè)置在限流裝置426的下游。單向閥430防止了當內(nèi)部流路422內(nèi)的壓力超過地層的壓力 時(例如當利用壓力來致動可致動裝置424和其它類似的裝置時)流體流入地層的損失。在操作中，流體流動控制裝置400在可致動裝置424處于其未致動配置的狀態(tài)下 被安裝在井內(nèi)。在此配置下，流體不能流過流體流動控制裝置400。一旦可致動裝置424被 致動，流體就能夠經(jīng)由開口 420流動。在此實施例中，單向閥430防止了流體從流路422流 到地層的損失。流體產(chǎn)品能夠從地層經(jīng)由開口 420流到內(nèi)部流路422。這種流體流動必須 流經(jīng)限流裝置426的流道428，流道428被設(shè)置為使從中流過的流體產(chǎn)生期望的壓降，由此 還可控制特定的儲層壓力下流過該流道的流速。如上所述，當一串流體流動控制裝置400 從井的跟部延伸到趾部時，在所有這些流體流動控制裝置400中產(chǎn)生的適當?shù)膲航祵⒂兄?于沿層段的長度使產(chǎn)出曲線均衡。下面參照圖6，其中示出了被有代表性地示出、并概括地以附圖標記500表示的根 據(jù)本發(fā)明的流體流動控制裝置。流體流動控制裝置500可適當?shù)芈?lián)結(jié)到其它類似的流體流 動控制裝置、封閉組件、開采管或其它井下工具以形成如上所述的管柱。流體流動控制裝置 500包括防砂篩區(qū)段502和限流區(qū)段504。防砂篩區(qū)段502包括適合的防砂篩構(gòu)件或過濾 介質(zhì)。在圖示實施例中，圍繞過濾介質(zhì)的外部設(shè)有具有多個穿孔508的外護罩506。限流區(qū)段504與防砂篩區(qū)段502串聯(lián)設(shè)置，使得產(chǎn)出流體在進入限流區(qū)段504之 前必須流經(jīng)防砂篩區(qū)段502。限流區(qū)段504包括外殼510。外殼510與基管518限定環(huán)形 室512?；?18包括開口 520，該開口允許流體在基管518的外部與基管518內(nèi)的內(nèi)部流 路522之間流動。開口 520內(nèi)設(shè)有可致動裝置524。環(huán)形室512設(shè)有限流裝置526。限流 裝置526包括流道528，流道528使從中流過的流體產(chǎn)生壓降。單向閥530被設(shè)置在環(huán)形 室512內(nèi)的限流裝置526的上游。單向閥530防止了當內(nèi)部流路522內(nèi)的壓力超過地層的 壓力時(例如當利用壓力來致動可致動裝置524和其它類似的裝置時)流體流入地層的損失。在操作中，流體流動控制裝置500在可致動裝置524處于其未致動配置的狀態(tài)下被安裝在井內(nèi)。在此配置下，流體不能流過流體流動控制裝置500。一旦可致動裝置524 被致動，流體就能夠經(jīng)由開口 520流動。在此實施例中，通過單向閥530來防止流體從流路 522流到地層的損失。流體產(chǎn)品可從地層經(jīng)由開口 520流到內(nèi)部流路522。這種流體流動 必須流經(jīng)限流裝置526的流道528，流道528被設(shè)置為使從中流過的流體產(chǎn)生期望的壓降， 由此還可控制在特定的儲層壓力下流過該流道的流速。如上所述，當一串流體流動控制裝 置500從井的跟部延伸到趾部時，在所有這些流體流動控制裝置500中產(chǎn)生的適當?shù)膲航?將有助于沿層段的長度使產(chǎn)出曲線均衡。下面參照圖7，其中示出了被有代表性地示出、并概括地以附圖標記600表示的根 據(jù)本發(fā)明的流體流動控制裝置。流體流動控制裝置600可適當?shù)芈?lián)結(jié)到其它類似的流體流 動控制裝置、封閉組件、開采管或其它井下工具以形成如上所述的管柱。流體流動控制裝置 600包括防砂篩區(qū)段602和限流區(qū)段604。防砂篩區(qū)段602包括適合的防砂篩構(gòu)件或過濾 介質(zhì)。在圖示實施例中，圍繞過濾介質(zhì)的外部設(shè)有具有多個穿孔608的外護罩606。限流區(qū)段604與防砂篩區(qū)段602串聯(lián)設(shè)置，使得產(chǎn)出流體在進入限流區(qū)段604之 前必須流經(jīng)防砂篩區(qū)段602。限流區(qū)段604包括外殼610。外殼610與基管618限定環(huán)形 室612?；?18包括開口 620，該開口允許流體在基管618的外部與基管618內(nèi)的內(nèi)部流 路622之間流動。開口 620內(nèi)設(shè)有可致動裝置624。環(huán)形室612設(shè)有限流裝置626。限流 裝置626包括流道628，流道628使從中流過的流體產(chǎn)生壓降。限流裝置626還包括整合的 單向閥630。單向閥630防止了當內(nèi)部流路622內(nèi)的壓力超過地層的壓力時(例如當利用 壓力來致動可致動裝置624和其它類似的裝置時)流體流入地層的損失。在操作中，流體流動控制裝置600在可致動裝置624處于其未致動配置的狀態(tài)下 被安裝在井內(nèi)。在此配置下，流體不能流經(jīng)流體流動控制裝置600。一旦可致動裝置624被 致動，流體就能夠經(jīng)由開口 620流動。在此實施例中，單向閥630防止了流體從流路622流 到地層的損失。流體產(chǎn)品能夠從地層經(jīng)由開口 620流到內(nèi)部流路622。這種流體流動必須 流經(jīng)限流裝置626的流道628，流道628被設(shè)置為使從中流過的流體產(chǎn)生期望的壓降，由此 還可控制特定儲層壓力下流過該流道的流速。如上所述，當一串流體流動控制裝置600從 井的跟部延伸到趾部時，在所有這些流體流動控制裝置600中產(chǎn)生的適當?shù)膲航祵⒂兄?沿層段的長度使產(chǎn)出曲線均衡。下面參照圖8，其中示出了被有代表性地示出、并概括地以附圖標記700表示的根 據(jù)本發(fā)明的流體流動控制裝置。流體流動控制裝置700可適當?shù)芈?lián)結(jié)到其它類似的流體流 動控制裝置、封閉組件、開采管或其它井下工具以形成如上所述的管柱。流體流動控制裝置 700包括防砂篩區(qū)段702和限流區(qū)段704。防砂篩區(qū)段702包括適合的防砂篩構(gòu)件或過濾 介質(zhì)。在圖示的實施例中，圍繞過濾介質(zhì)的外部設(shè)有具有多個穿孔708的外護罩706。限流區(qū)段704與防砂篩區(qū)段702串聯(lián)設(shè)置，使得產(chǎn)出流體在進入限流區(qū)段704之 前必須流經(jīng)防砂篩區(qū)段702。限流區(qū)段704包括外殼710。外殼710與基管718限定環(huán)形室 712?；?18包括開口 720和開口 722，這些開口允許流體在基管718的外部與基管718 內(nèi)的內(nèi)部流路724之間流動。開口 720內(nèi)設(shè)有可致動裝置726，而開口 722內(nèi)設(shè)有可致動裝 置728。環(huán)形室712設(shè)有限流裝置730。限流裝置730包括流道732，該流道使從中流過的流體產(chǎn)生壓降。另外，環(huán)形室712設(shè)有限流裝置734。限流裝置734包括流道736，該流道 使從中流過的流體產(chǎn)生壓降。在特定的操作中，流體流動控制裝置700在可致動裝置726和728處于其未致動 配置的狀態(tài)下被安裝在井內(nèi)。在此配置下，流體不能流經(jīng)流體流動控制裝置700。隨后，可 將井下的可致動裝置726致動，以經(jīng)由該可致動裝置形成流體連通?；蛘?，流體流動控制裝 置700可在可致動裝置726被移除或不可用的狀態(tài)下被安裝在井內(nèi)。在任一種安裝配置中， 一旦流體能夠經(jīng)由開口 720流動，從防砂篩區(qū)段702經(jīng)由開口 720流到內(nèi)部流路724的流 體就必須流經(jīng)限流裝置734和限流裝置730。限流裝置734和限流裝置730均被設(shè)置為在 從中流過的流體中產(chǎn)生期望的壓降，由此還可控制在特定的儲層壓力下經(jīng)由這些限流裝置 的流速。如上所述，當一串流體流動控制裝置700從井的跟部延伸到趾部時，在所有這些流 體流動控制裝置700中產(chǎn)生的適當?shù)膲航祵⒂兄谘貙佣蔚拈L度使產(chǎn)出曲線均衡。隨著儲層變枯竭并且儲層壓力下降，可能不再期望由限流裝置734與限流裝置 730 一起產(chǎn)生壓降。在此實施例中，能夠調(diào)節(jié)與流體流動控制裝置700關(guān)聯(lián)的壓降，以加強 從儲層的最終回收。具體地，當期望減小經(jīng)由流體流動控制裝置700產(chǎn)生的壓降時，可致動 井下的可致動裝置728，以經(jīng)由開口 722形成流體連通。在此配置下，從防砂篩區(qū)段702流 到內(nèi)部流路724的流體此時將繞過限流裝置730并避開與限流裝置730關(guān)聯(lián)的壓降，而流 過限流裝置734和開口 722。因此，通過形成繞過限流裝置730的流體路徑，此實施例能夠 使從該流體路徑流過的流體所經(jīng)歷的壓降減小。下面參照圖9，其中示出了被有代表性地示出、并概括地以附圖標記800表示的根 據(jù)本發(fā)明的流體流動控制裝置。流體流動控制裝置800可適當?shù)芈?lián)結(jié)到其它類似的流體流 動控制裝置、封閉組件、開采管或其它井下工具來形成如上所述的管柱。流體流動控制裝置 800包括防砂篩區(qū)段802和限流區(qū)段804。防砂篩區(qū)段802包括適合的防砂篩構(gòu)件或過濾 介質(zhì)。在圖示實施例中，圍繞過濾介質(zhì)的外部設(shè)有具有多個穿孔808的外護罩806。限流區(qū)段804與防砂篩區(qū)段802串聯(lián)設(shè)置，使得產(chǎn)出流體在進入限流區(qū)段804之 前必須流經(jīng)防砂篩區(qū)段802。限流區(qū)段804包括外殼810。外殼810與基管818限定環(huán)形 室812?；?18包括多個開口 820、822、824、826，這些開口允許流體在基管818的外部與 基管818內(nèi)的內(nèi)部流路828之間流動。開口 820、822、824、826各自內(nèi)部分別設(shè)有可致動裝 置830、832、834、836。環(huán)形室812設(shè)有限流裝置838。限流裝置838包括流道840和整合 的單向閥842，該流道使從中流過的流體產(chǎn)生壓降，該單向閥防止了流體流入地層的損失。 另外，環(huán)形室812設(shè)有限流裝置844。限流裝置844包括流道846和整合的單向閥848，該 流道使從中流過的流體產(chǎn)生壓降，該單向閥防止了流體流入地層的損失。而且，環(huán)形室812 設(shè)有限流裝置850。限流裝置850包括流道852和整合的單向閥854，該流道使從中流過的 流體產(chǎn)生壓降，該單向閥防止了流體流入地層的損失。在特定的操作中，流體流動控制裝置800在可致動裝置830、832、834、836處于其 未致動配置的狀態(tài)下被安裝在井內(nèi)。在此配置下，流體不能流過流體流動控制裝置800。作 為選擇，流體流動控制裝置800可在可致動裝置830被移除或不可用的狀態(tài)下被安裝在井 內(nèi)。在任一種安裝配置中，一旦流體能夠經(jīng)由開口 820流動，從防砂篩區(qū)段802經(jīng)由開口 820流到內(nèi)部流路828的流體就必須流經(jīng)各個限流裝置838、844、850。各個限流裝置均被 設(shè)置為在從中流過的流體中產(chǎn)生期望的壓降，并控制在特定的儲層壓力下經(jīng)由這些限流裝
13置的流速。如上所述，當一串流體流動控制裝置800從井的跟部延伸到趾部時，在所有這些流體流動控制裝置800中產(chǎn)生的適當?shù)膲航祵⒂兄谘貙佣蔚拈L度使產(chǎn)出曲線均衡。隨著儲層變枯竭并且儲層壓力下降，可能不再期望由限流裝置838、844、850產(chǎn)生 壓降。在此實施例中，能夠調(diào)節(jié)與流體流動控制裝置800關(guān)聯(lián)的壓降。具體地，當期望減小 經(jīng)由流體流動控制裝置800產(chǎn)生的壓降時，可致動井下的可致動裝置832，以經(jīng)由開口 822 形成流體連通。這種致動操作可通過使內(nèi)部流路828中的壓力升高到第一預(yù)定值來實現(xiàn)。 在此壓力升高期間，通過單向閥842防止流體流入地層的損失。一旦經(jīng)由開口 822形成連通，從防砂篩區(qū)段802流到內(nèi)部流路828的流體此時即 繞過限流裝置838并避開與限流裝置838關(guān)聯(lián)的壓降而流過限流裝置844、850和開口 822。 因此，此實施例能夠通過形成繞過限流裝置838的流體路徑，而使流過該流體路徑的流體 所經(jīng)歷的壓降減小。隨著儲層進一步變枯竭，可能不再期望由限流裝置844、850產(chǎn)生壓降。在此實施 例中，能夠再次調(diào)節(jié)與流體流動控制裝置800關(guān)聯(lián)的壓降。具體地，當期望減小經(jīng)由流體流 動控制裝置800產(chǎn)生的壓降時，可致動井下的可致動裝置834，以經(jīng)由開口 824形成流體連 通。這種致動操作可通過使內(nèi)部流路828中的壓力升高到第二預(yù)定值來實現(xiàn)。在此壓力升 高期間，通過單向閥848防止流體流入地層的損失。一旦經(jīng)由開口 824形成連通，從防砂篩區(qū)段802流到內(nèi)部流路828的流體此時即 繞過限流裝置838、844并避開與限流裝置838、844關(guān)聯(lián)的壓降而流過限流裝置850和開口 824。因此，此實施例能夠通過形成繞過限流裝置838、844的流體路徑，而使流過該流體路 徑的流體所經(jīng)歷的壓降減小。隨著儲層更進一步變枯竭，可能不再期望由限流裝置850產(chǎn)生壓降。在此實施例 中，能夠進一步調(diào)節(jié)與流體流動控制裝置800關(guān)聯(lián)的壓降。具體地，當期望減小經(jīng)由流體流 動控制裝置800產(chǎn)生的壓降時，可致動井下的可致動裝置836，以經(jīng)由開口 826形成流體連 通。這種致動操作可通過使內(nèi)部流路828中的壓力升高到比第二預(yù)定值更高的第三預(yù)定值 來實現(xiàn)。在此壓力升高期間，通過單向閥854防止流體流入地層的損失。一旦經(jīng)由開口 826形成連通，從防砂篩區(qū)段802流到內(nèi)部流路828的流體此時即 繞過所有的限流裝置并避開與所有的限流裝置關(guān)聯(lián)的壓降而流經(jīng)開口 826。因此，此實施例 能夠通過形成連續(xù)繞過各限流裝置的流體路徑，而使流過該流體路徑的流體所經(jīng)歷的壓降 減小。現(xiàn)參照圖12A至圖12C，其中示出了環(huán)形單向閥的多個視圖；該環(huán)形單向閥具有從 中穿過的多個流路，概括地以附圖標記900表示。環(huán)形單向閥900可在上述的任一種流體 流動控制裝置中，與上述的任一種單向閥(例如圖IlA至圖IlF所示的單向閥)結(jié)合使用 或作為替代件使用。環(huán)形單向閥900包括球定位圈902 (ball cage)，球定位圈902被設(shè)置 在外殼904(例如上述流體流動控制裝置的外殼)內(nèi)。球定位圈902包括大體為管狀的構(gòu) 件906，構(gòu)件906與上述基管的其它部分一起限定一內(nèi)部流道908。球定位圈902包括沿徑 向向外延伸的環(huán)形凸緣910，凸緣910具有多個沿縱向延伸貫穿凸緣910的通道912。如圖 所示，有8個通道912，但在不同的視圖中僅能看到其中一些通道912。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng) 理解，也可采用多于或少于8個的其它數(shù)目的通道。在管狀構(gòu)件906的外表面內(nèi)形成有多個縱向延伸的槽914。每個槽914在周向上對應(yīng)于一個通道912。球定位圈902包括沿徑向向外延伸的環(huán)形固定凸緣916，固定凸緣 916中形成有多個槽口 918。每個槽口 918在周向上對應(yīng)于一個槽914。對應(yīng)的槽口 918和 槽914共同形成軌道920。在每個軌道920內(nèi)設(shè)置有球922。當球定位圈902如圖12A所 示地被設(shè)置在殼體904內(nèi)時，每個球922都被保持在其相應(yīng)的軌道920內(nèi)，因此這些球在環(huán) 形區(qū)域924內(nèi)被允許進行縱向運動、但被阻止越過相應(yīng)的軌道920的寬度而在環(huán)形區(qū)域924 內(nèi)進行周向運動。因此，在球922與通道912之間形成一一對應(yīng)的關(guān)系。在操作中，球922響應(yīng)于通道912與環(huán)形通道926之間的壓差而在軌道920內(nèi)移 動，環(huán)形通道926選擇性地與內(nèi)部流道908流體連通。例如，可以通過與上文就設(shè)置在基 管的開口內(nèi)的可致動裝置(例如基管318的開口 320內(nèi)的可致動裝置324)所描述的方式 相似的方式，來阻止環(huán)形通道926與內(nèi)部流道908之間流體連通。同樣，可通過致動上述可 致動裝置來允許環(huán)形通道926與內(nèi)部流道908之間流體連通。當環(huán)形通道926與內(nèi)部流道 908呈流體連通并且內(nèi)部流道908內(nèi)的壓力小于通道912內(nèi)的壓力時，由于球922遠離通 道912，所以流體可從通道912的上游經(jīng)由單向閥900流到內(nèi)部流道908。當環(huán)形通道926 與內(nèi)部流道908呈流體連通并且內(nèi)部流道908中的壓力大于通道912中的壓力時，由于球 922位于通道912內(nèi)，所以流體不能從內(nèi)部流道908經(jīng)由單向閥900流向通道912。因此， 當在上述流體流動控制裝置的其中之一內(nèi)使用單向閥900時，單向閥900通過選擇性地允 許和阻止流體從中流過而提供可靠的流體控制，防止了流體從內(nèi)部流道908流入地層的損 失，但允許來自地層的產(chǎn)品進入內(nèi)部流道908。盡管軌道920被示出為由位于管狀構(gòu)件906的外表面內(nèi)的槽914和位于環(huán)形固定 凸緣916中的槽口 918形成，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，軌道920也可采用其它的構(gòu)造，這 些構(gòu)造也被視為處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，可采用附連到管狀構(gòu)件906的外表面的沿徑 向向外延伸的縱向軌道或其它結(jié)構(gòu)來形成管狀構(gòu)件906的外表面上的軌道920，以防止相 應(yīng)的球922越過軌道而在環(huán)形區(qū)域924內(nèi)進行周向運動?，F(xiàn)參照圖13A至圖13C，其中示出了環(huán)形單向閥的多個視圖；該環(huán)形單向閥具有從 中穿過的多個流路，概括地以附圖標記950表示。環(huán)形單向閥950可在上述的任一種流體 流動控制裝置中，與上述的任一種單向閥(例如圖11A至圖11F所示的單向閥)結(jié)合使 用或作為替代件使用。環(huán)形單向閥950包括球定位圈952，該球定位圈952被設(shè)置在外殼 954 (例如上述流體流動控制裝置的外殼)內(nèi)。球定位圈952包括大體為管狀的構(gòu)件956， 構(gòu)件956與上述基管的其它部分一起限定一內(nèi)部流道958。球定位圈952包括沿徑向向外 延伸的環(huán)形凸緣960，凸緣960具有多個縱向延伸貫穿凸緣960的通道962。如圖所示，有8 個通道962，但在不同的視圖中僅能看到其中一些通道962。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，也可 以選擇采用多于或少于8個的其它數(shù)目的通道。在管狀構(gòu)件956的外表面內(nèi)形成有多個縱向延伸的槽964。每個槽964在周向上 對應(yīng)于一個通道962。球定位圈952包括沿徑向向外延伸的環(huán)形固定凸緣966，固定凸緣 966中形成有多個槽口 968。每個槽口 968在周向上對應(yīng)于一個槽964。對應(yīng)的槽口 968和 槽964共同形成軌道970。在每個軌道970內(nèi)設(shè)置有球972。當球定位圈952如圖13A所 示地被設(shè)置在殼體954內(nèi)時，每個球972被保持在其相應(yīng)的軌道970內(nèi)，因此這些球在環(huán)形 區(qū)域974內(nèi)被允許進行縱向運動、但在環(huán)形區(qū)域974內(nèi)被阻止越過相應(yīng)的軌道970的寬度 而進行周向運動。因此，在球972與通道962之間形成一一對應(yīng)的關(guān)系。
在操作中，球972響應(yīng)于通道962與環(huán)形通道976之間的壓差而在軌道970內(nèi)移 動，環(huán)形通道976選擇性地與內(nèi)部流道958流體連通。例如，可以通過與上文就設(shè)置在基 管的開口內(nèi)的可致動裝置(例如基管318的開口 320內(nèi)的可致動裝置324)所描述的方式 相似的方式，來阻止環(huán)形通道976與內(nèi)部流道958之間流體連通。同樣，可通過致動上述可 致動裝置來允許環(huán)形通道976與內(nèi)部流道958之間流體連通。當環(huán)形通道976與內(nèi)部流道 958呈流體連通并且內(nèi)部流道958中的壓力小于通道962中的壓力時，由于球972遠離通 道962，所以流體可從通道962的上游經(jīng)由單向閥950流到內(nèi)部流道958。在此實施例中， 軌道970允許球972移動有限的周向距離，由此與上述的單向閥900相比，由于球972不再 處于流體所流經(jīng)的直接流路中，因此減小了經(jīng)由單向閥950達到的流動限制程度。同樣，由 于允許球972在軌道970內(nèi)進行這種有限的周向運動，使球972的磨損減少，而這種磨損可 能降低球972的封閉性能。當環(huán)形通道976與內(nèi)部流道958呈流體連通，并且內(nèi)部流道958 中的壓力大于通道962中的壓力時，由于球972位于通道962內(nèi)，所以流體不能從內(nèi)部流道 958經(jīng)由單向閥950流向通道962。因此，當在上述的流體流動控制裝置其中之一內(nèi)使用單 向閥950時，單向閥950通過選擇性地允許和阻止流體從中流過而提供可靠的流體控制，防 止了流體從內(nèi)部流道958流入地層的損失，但允許來自地層的產(chǎn)品進入內(nèi)部流道958。盡管軌道970被示出為由位于管狀構(gòu)件956的外表面 內(nèi)的槽964和位于環(huán)形固定 凸緣966中的槽口 968形成，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，軌道970也可采用其它的構(gòu)造，這 些構(gòu)造也被視為處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，可采用附連到管狀構(gòu)件956的外表面的沿徑 向向外延伸的縱向軌道或其它結(jié)構(gòu)來形成管狀構(gòu)件956外表面上的軌道970，以防止相應(yīng) 的球972越過軌道而在環(huán)形區(qū)域974內(nèi)進行周向運動。
盡管已參照示例性實施例描述了本發(fā)明，但這種描述不應(yīng)被理解為具有限制性意 義。本領(lǐng)域技術(shù)人員參照以上描述，顯然將預(yù)見到這些示例性實施例與本發(fā)明的其它實施 例的各種變型和組合。因此，所附權(quán)利要求旨在涵蓋任何這類變型或?qū)嵤├?br> 權(quán)利要求
一種防砂篩，包括基管，其具有第一開口和第二開口，所述第一開口和第二開口允許流體在所述基管的外部與所述基管的內(nèi)部流路之間流動；過濾介質(zhì)，其設(shè)置在所述基管外部；限流區(qū)段，其設(shè)置在所述基管外部，所述限流區(qū)段包括第一限流裝置和第二限流裝置，所述第一限流裝置和第二限流裝置分別在從中流過的流體中產(chǎn)生第一壓降和第二壓降，所述第一限流裝置在所述過濾介質(zhì)與所述內(nèi)部流路之間經(jīng)由所述第一開口提供第一流路，所述第一和第二限流裝置在所述過濾介質(zhì)與所述內(nèi)部流路之間經(jīng)由所述第二開口提供第二流路；以及可致動裝置，其與第一開口可操作地關(guān)聯(lián)，所述可致動裝置能夠被操作以在初始阻止流體經(jīng)由所述第一開口流動，并且能夠被致動以允許流體經(jīng)由所述第一開口流動，由此使流體從所述第二流路轉(zhuǎn)換到所述第一流路流動。
2.如權(quán)利要求1所述的防砂篩，其中所述可致動裝置還包括壓力致動裝置，所述壓力 致動裝置對所述內(nèi)部流路中的壓力增大到預(yù)定值作出響應(yīng)而被致動。
3.如權(quán)利要求1所述的防砂篩，還包括與所述第二開口可操作地關(guān)聯(lián)的可致動裝置， 所述可致動裝置能夠被操作以在初始阻止流體經(jīng)由所述第二開口流動，并且能夠被致動以 允許流體經(jīng)由所述第二開口流動。
4.如權(quán)利要求1所述的防砂篩，還包括單向閥，所述單向閥被設(shè)置在所述限流區(qū)段內(nèi)， 用以阻止流體從所述限流區(qū)段流到所述過濾介質(zhì)。
5.如權(quán)利要求1所述的防砂篩其中所述基管具有第三開口，所述第三開口允許流體在所述基管的外部與所述基管的 內(nèi)部流路之間流動；其中所述限流區(qū)段包括第三限流裝置，所述第三限流裝置在從中流過的流體中產(chǎn)生第 三壓降；其中所述第一、第二及第三限流裝置在所述過濾介質(zhì)與所述內(nèi)部流路之間經(jīng)由所述第 三開口提供第三流路；并且其中與所述第二開口可操作地關(guān)聯(lián)的可致動裝置能夠被操作以在初始阻止流體經(jīng)由 所述第二開口流動，并且能夠被致動以允許流體經(jīng)由所述第二開口流動，由此使流體從所 述第三流路轉(zhuǎn)換到所述第二流路流動。
6.如權(quán)利要求5所述的防砂篩，還包括與所述第三開口可操作地關(guān)聯(lián)的可致動裝置， 所述可致動裝置能夠被操作以在初始阻止流體經(jīng)由所述第三開口流動，并且能夠被致動以 允許流體經(jīng)由所述第三開口流動。
7.如權(quán)利要求5所述的防砂篩，其中每個所述限流裝置還包括單向閥，所述單向閥阻 止流體從所述限流區(qū)段流到所述過濾介質(zhì)。
8.如權(quán)利要求5所述的防砂篩其中所述基管具有第四開口，所述第四開口允許流體在所述基管的外部與所述基管的 內(nèi)部流路之間流動，并提供繞過所述第一、第二以及第三限流裝置的第四流路；并且其中與所述第四開口可操作地關(guān)聯(lián)的可致動裝置能夠被操作以在初始阻止流體經(jīng)由 所述第四開口流動，并且能夠被致動以允許流體經(jīng)由所述第四開口流動，由此繞過所述第一、第二以及第三限流裝置。
9.一種用于控制來自地下井的產(chǎn)出流體的流入的流動控制裝置，所述流動控制裝置包括管狀構(gòu)件，其具有允許流體在所述管狀構(gòu)件的外部與所述管狀構(gòu)件的內(nèi)部流路之間流 動的多個開口；多級限流區(qū)段，其可操作地設(shè)置在位于所述管狀構(gòu)件外部的流體源與所述內(nèi)部流路之 間的流體流路中，所述限流區(qū)段包括多個限流裝置，每個限流裝置能夠被操作以產(chǎn)生壓降， 并且每個限流裝置與所述開口之一關(guān)聯(lián)而在所述流體源與所述內(nèi)部流路之間經(jīng)由相應(yīng)的 開口形成多個流路；以及與所述開口中的至少一些開口可操作地關(guān)聯(lián)的可致動裝置，所述可致動裝置在初始阻 止流體經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的開口流動，并且能夠被致動以允許流體經(jīng)由所述相關(guān)聯(lián)的開口流動， 以依序地減小流體從所述流體源流到所述內(nèi)部流路所經(jīng)歷的壓降。
10.如權(quán)利要求9所述的流動控制裝置，其中所述可致動裝置還包括多個壓力致動裝 置，所述壓力致動裝置對所述內(nèi)部流路中的依序增大的預(yù)定的壓力值作出響應(yīng)而依序地被 致動。
11.如權(quán)利要求9所述的流動控制裝置，其中至少一些所述限流裝置還包括阻止流體 從所述限流區(qū)段流到所述流體源的單向閥。
12.如權(quán)利要求9所述的流動控制裝置，還包括在所述流體源與所述多級限流區(qū)段之 間設(shè)置于所述管狀構(gòu)件外部的過濾介質(zhì)。
13.—種可設(shè)置在井筒內(nèi)的防砂篩，所述防砂篩包括基管，所述基管具有至少一個開口，所述至少一個開口允許流體在所述基管的外部與 所述基管的內(nèi)部流路之間流動；過濾介質(zhì)，其設(shè)置在所述基管的外部，所述過濾介質(zhì)選擇性地允許流體從中流過并阻 止預(yù)定尺寸的顆粒從中流過；以及與所述至少一個開口可操作地關(guān)聯(lián)的壓力致動裝置，所述壓力致動裝置能夠被操作為 在初始時阻止流體經(jīng)由所述至少一個開口流動，并能夠作為對在所述內(nèi)部流路中壓力增大 到預(yù)定值的響應(yīng)而被致動以允許流體經(jīng)由所述至少一個開口流動。
14.如權(quán)利要求13所述的防砂篩，其中所述壓力致動裝置還包括破裂片。
15.如權(quán)利要求13所述的防砂篩，還包括限流裝置，所述限流裝置被設(shè)置在位于所述 過濾介質(zhì)與所述至少一個開口之間的流體流路中，所述限流裝置能夠被操作以在從中流過 的流體中產(chǎn)生壓降。
16.如權(quán)利要求13所述的防砂篩，還包括單向閥，所述單向閥被設(shè)置在位于所述過濾 介質(zhì)與所述至少一個開口之間的流體流路中，所述單向閥能夠被操作以允許流體沿下游方 向從所述過濾介質(zhì)流到所述至少一個開口、并阻止流體沿上游方向從所述至少一個開口流 到所述過濾介質(zhì)。
17.如權(quán)利要求1所述的防砂篩，還包括限流裝置和單向閥，所述限流裝置和單向閥被 設(shè)置在位于所述過濾介質(zhì)與所述至少一個開口之間的流體流路中，所述限流裝置能夠被操 作以在從中流過的流體中產(chǎn)生壓降，所述單向閥能夠被操作以允許流體沿下游方向從所述 過濾介質(zhì)流到所述至少一個開口、并阻止流體沿上游方向從所述至少一個開口流到所述過濾介質(zhì)。
18.如權(quán)利要求17所述的防砂篩，其中所述限流裝置在所述單向閥的上游。
19.如權(quán)利要求17所述的防砂篩，其中所述限流裝置在所述單向閥的下游。
20.如權(quán)利要求17所述的防砂篩，其中所述限流裝置與所述單向閥是整合形成的。
21.一種單向閥，包括外殼，其大體為管狀；以及球定位圈，其設(shè)置在所述外殼內(nèi)，所述球定位圈包括大體管狀構(gòu)件，其限定一內(nèi)部流道；環(huán)形凸緣，其從所述管狀構(gòu)件沿徑向向外延伸，并具有縱向延伸貫穿該環(huán)形凸緣的多 個通道；環(huán)形固定凸緣，其從所述管狀構(gòu)件沿徑向向外延伸；多個縱向延伸的軌道，其相對于所述管狀構(gòu)件的外表面被設(shè)置并在所述環(huán)形凸緣與所 述環(huán)形固定凸緣之間延伸；以及多個球，其被設(shè)置在由所述外殼、所述管狀構(gòu)件的外表面、所述環(huán)形凸緣以及所述環(huán)形 固定凸緣所限定的環(huán)形區(qū)域內(nèi)，每個球與所述軌道之一對應(yīng)，使所述球得以在所述軌道內(nèi) 進行縱向運動、但被阻止在相應(yīng)的軌道外的環(huán)形區(qū)域內(nèi)進行周向運動。
22.如權(quán)利要求21所述的單向閥，其中所述球遠離所述通道，以允許流體沿第一方向 經(jīng)由所述單向閥流動。
23.如權(quán)利要求22所述的單向閥，其中所述球的位置相對于所述通道，以阻止流體沿 第二方向經(jīng)由所述單向閥流動。
24.如權(quán)利要求21所述的單向閥，其中每個所述軌道沿所述軌道的縱向長度具有大體 均勻的周向?qū)挾取?br> 25.如權(quán)利要求21所述的單向閥，其中每個所述軌道在所述環(huán)形固定凸緣附近的周向 寬度比該軌道在所述環(huán)形凸緣附近的周向?qū)挾雀蟆?br> 全文摘要
一種流動控制裝置(800)，包括管狀構(gòu)件(818)，其具有允許流體在管狀構(gòu)件(818)的外部與管狀構(gòu)件(818)的內(nèi)部流路(828)之間流動的多個開口(820，822，824，826)；以及多級限流區(qū)段(804)，其可操作地設(shè)置在位于管狀構(gòu)件(818)外部的流體源與內(nèi)部流路(828)之間的流體流路中。限流區(qū)段(804)包括多個限流裝置(838，844，850)，每個限流裝置可操作以產(chǎn)生壓降。與開口(820，822，824，826)可操作地關(guān)聯(lián)的可致動裝置(830，832，834，836)可依序被致動，以允許流體流經(jīng)相關(guān)的開口(820，822，824，826)，以依序地減小流體從流體源流到內(nèi)部流路(828)所經(jīng)歷的壓降。
文檔編號E21B43/08GK101878348SQ200880118224
公開日2010年11月3日 申請日期2008年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者威廉·馬克·理查茲, 讓·馬克·洛佩斯 申請人:哈利伯頓能源服務(wù)公司