具有對(duì)局部井狀態(tài)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制系統(tǒng)具有對(duì)局部井狀態(tài)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。該系統(tǒng)包括可操作地定位在井筒內(nèi)的管式鉆柱。環(huán)形屏障定位在管式鉆柱和井筒之間，以隔離第一和第二區(qū)域。流體流動(dòng)控制裝置定位在每個(gè)區(qū)域內(nèi)。運(yùn)行與第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置可操作地相連的流動(dòng)管，以在第一區(qū)域內(nèi)的流體流動(dòng)控制裝置和第二區(qū)域之間建立起連通，從而第一區(qū)域和第二區(qū)域之間的壓差可操作來致動(dòng)第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置從第一運(yùn)行構(gòu)造轉(zhuǎn)變到第二運(yùn)行構(gòu)造。
【專利說明】具有對(duì)局部井狀態(tài)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明總的涉及結(jié)合在地下井中進(jìn)行操作所用的設(shè)備，尤其是涉及向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法具有對(duì)于局部井狀態(tài)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，以控制地層流體的流入和注入流體的流出。
【背景技術(shù)】
[0002]不限制本發(fā)明的范圍，【背景技術(shù)】將參照從具有碳?xì)浠衔锏牡叵碌貙由a(chǎn)流體來進(jìn)行描述。
[0003]在完成橫向于具有碳?xì)浠衔锏牡叵碌貙拥木倪^程中，生產(chǎn)管和各種完井設(shè)備安裝在井中，以便進(jìn)行安全和有效的地層流體生產(chǎn)。例如，為了控制生產(chǎn)流體的流入，普遍的做法是在管式鉆柱內(nèi)安裝一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)控制裝置。該流動(dòng)控制裝置可包括一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)控制部件，諸如是流動(dòng)管、噴嘴、迷宮式密封件等。一般地，在安裝之前，流過這些流動(dòng)控制裝置的生產(chǎn)流量根據(jù)流動(dòng)控制部件的數(shù)量和設(shè)計(jì)予以固定。
[0004]然而，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，由于地層壓力和地層流體成分隨井的壽命而發(fā)生變化，因此可希望調(diào)整流動(dòng)控制裝置的流動(dòng)控制特征。此外，對(duì)于某些完井，諸如是具有許多生產(chǎn)間隔的長(zhǎng)而水平的完井，可要求獨(dú)立地控制流入各個(gè)生產(chǎn)間隔內(nèi)的生產(chǎn)流體的流入流。此外，在某些完井中，希望調(diào)整流動(dòng)控制裝置的流動(dòng)控制特征而無需對(duì)井進(jìn)行干預(yù)。
[0005]因此，需要有改進(jìn)的流動(dòng)控制系統(tǒng)，其可進(jìn)行操作來控制地層流體的流入。還需要如此的流動(dòng)控制系統(tǒng)，其可進(jìn)行操作獨(dú)立地控制來自多個(gè)生產(chǎn)間隔的生產(chǎn)流體的流入，并當(dāng)?shù)貙訅毫蛄黧w成分隨時(shí)間變化時(shí)，可進(jìn)行操作來控制生產(chǎn)流體的流入而無需對(duì)井進(jìn)行干預(yù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]這里披露的本發(fā)明包括向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法具有對(duì)局部井狀態(tài)作動(dòng)態(tài)響應(yīng)以控制地層流體流入和注入流體流出。此外，當(dāng)?shù)貙訅毫蛄魅胩囟ㄩg隔內(nèi)生產(chǎn)流體成分隨時(shí)間變化時(shí)，可操作本發(fā)明的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制系統(tǒng)和方法，以獨(dú)立地控制生產(chǎn)流體流入多個(gè)生產(chǎn)間隔，無需對(duì)井實(shí)施干預(yù)。
[0007]在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制系統(tǒng)。該向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制系統(tǒng)包括可操作而定位在井筒內(nèi)的管式鉆柱。環(huán)形屏障定位在管式鉆柱和井筒之間，以隔離第一和第二區(qū)域。流體流動(dòng)控制裝置定位在每個(gè)區(qū)域內(nèi)。運(yùn)行與第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置可操作地相連的流動(dòng)管，以在第一區(qū)域內(nèi)的流體流動(dòng)控制裝置和第二區(qū)域之間建立起連通，從而第一區(qū)域和第二區(qū)域之間的壓差可操作來致動(dòng)第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置從第一運(yùn)行構(gòu)造轉(zhuǎn)變到第二運(yùn)行構(gòu)造。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，第一運(yùn)行構(gòu)造處于打開位置，而第二運(yùn)行構(gòu)造處于關(guān)閉位置。在另一實(shí)施例中，第一運(yùn)行構(gòu)造處于關(guān)閉位置，而第二運(yùn)行構(gòu)造處于打開位置。在另一實(shí)施例中，第一運(yùn)行構(gòu)造處于打開位置，而第二運(yùn)行構(gòu)造處于限制位置。在某些實(shí)施例中，流動(dòng)管延伸通過至少一個(gè)環(huán)形屏障。在某些實(shí)施例中，可操作地與第二區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置相連的流動(dòng)管延伸通過至少一個(gè)環(huán)形屏障，以在第二區(qū)域內(nèi)的流體流動(dòng)控制裝置和第一區(qū)域之間建立起連通，從而第一區(qū)域和第二區(qū)域之間的壓差可操作來致動(dòng)第二區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置從第一運(yùn)行構(gòu)造轉(zhuǎn)變到第二運(yùn)行構(gòu)造。
[0009]在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法。該方法包括隔離第一和第二區(qū)域，每個(gè)區(qū)域具有定位在其中的流體流動(dòng)控制裝置，建立起第二區(qū)域內(nèi)流體流動(dòng)控制裝置和第一區(qū)域之間的連通，使流體流過第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置，在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間產(chǎn)生壓差，并響應(yīng)于壓差來致動(dòng)第二區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置從第一運(yùn)行構(gòu)造轉(zhuǎn)變到第二運(yùn)行構(gòu)造。
[0010]該方法還可包括在管式鉆柱和井筒之間安裝環(huán)形屏障，使流動(dòng)管延伸通過至少一個(gè)環(huán)形屏障，將流體從管式鉆柱的內(nèi)部通過第一區(qū)域注入到地層，執(zhí)行第一區(qū)域的酸激勵(lì)，執(zhí)行地層中的破裂操作，改變流體粘度或致動(dòng)第二區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置從關(guān)閉位置轉(zhuǎn)變到打開位置。
[0011]在另一方面，本發(fā)明涉及向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法。該方法包括隔離井筒內(nèi)的第一和第二區(qū)域，每個(gè)區(qū)域具有定位在其中的流體流動(dòng)控制裝置，建立起第一區(qū)域內(nèi)流體流動(dòng)控制裝置和第二區(qū)域之間的連通，使流體流過第一區(qū)域和第二區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置，在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間產(chǎn)生壓差，并響應(yīng)于壓差來致動(dòng)第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置從第一運(yùn)行構(gòu)造轉(zhuǎn)變到第二運(yùn)行構(gòu)造。
[0012]該方法還可包括在管式鉆柱和井筒之間安裝環(huán)形屏障，使流動(dòng)管延伸通過至少一個(gè)環(huán)形屏障，將流體從地層通過第一區(qū)域和第二區(qū)域生產(chǎn)入管式鉆柱內(nèi)部，在第一區(qū)域內(nèi)從生產(chǎn)要求的流體過渡到生產(chǎn)不希望的流體，增大生產(chǎn)出的流體通過第一區(qū)域的流量，改變通過第一區(qū)域產(chǎn)出的流體粘度，致動(dòng)第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置從打開位置轉(zhuǎn)變到限制位置，或致動(dòng)第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置從打開位置轉(zhuǎn)變到關(guān)閉位置。
[0013]在另一方面，本發(fā)明涉及向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法。該方法包括隔離井筒內(nèi)的第一和第二區(qū)域，每個(gè)區(qū)域具有定位在其中的流體流動(dòng)控制裝置，建立起第一區(qū)域內(nèi)流體流動(dòng)控制裝置和第二區(qū)域之間的連通，建立起第二區(qū)域內(nèi)流體流動(dòng)控制裝置和第一區(qū)域之間的連通，將流體從管式鉆柱通過第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置注入到地層，在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間產(chǎn)生壓差，并響應(yīng)于壓差來打開第二區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置并關(guān)閉第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]為了更完整地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)參照本發(fā)明的詳細(xì)描述并連同附圖，附圖中，不同圖中的對(duì)應(yīng)附圖標(biāo)記表示對(duì)應(yīng)的零件，附圖中:
[0015]圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的運(yùn)行流體流動(dòng)控制系統(tǒng)的井系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)處于處理操作的第一階段過程中；
[0016]圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的運(yùn)行流體流動(dòng)控制系統(tǒng)的井系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)處于處理操作的第二階段過程中；
[0017]圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的運(yùn)行流體流動(dòng)控制系統(tǒng)的井系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)處于處理操作的第三階段過程中；
[0018]圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的運(yùn)行流體流動(dòng)控制系統(tǒng)的井系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)處于處理操作的最后階段過程中；
[0019]圖5是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的運(yùn)行流體流動(dòng)控制系統(tǒng)的井系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)處于生產(chǎn)操作的過程中；以及
[0020]圖6是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的運(yùn)行流體流動(dòng)控制系統(tǒng)的井系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)處于生產(chǎn)操作的以后階段過程中。
【具體實(shí)施方式】
[0021]盡管下面詳細(xì)討論本發(fā)明各種實(shí)施例的制作和使用，但應(yīng)該認(rèn)識(shí)到本發(fā)明提供許多適用的發(fā)明理念，它們可實(shí)施在許多特殊的情形中。這里討論的特殊實(shí)施例僅是說明制作和使用本發(fā)明的特殊方式，并不界限本發(fā)明的范圍。
[0022]首先參照?qǐng)D1，圖中示出包括實(shí)施本發(fā)明原理的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制系統(tǒng)的井系統(tǒng)，其示意地顯示并總的用附圖標(biāo)記10表示。在所示的實(shí)施例中，井筒12延伸通過各種地層。井筒12具有基本上垂直的部分14，其上部具有注水泥于其中的套管鉆柱16。井筒12還具有基本上水平的部分18，其延伸通過含有碳?xì)浠衔锏牡叵碌貙?0。如圖所示，井筒12的基本上水平的部分18是裸眼井。
[0023]定位在井筒12內(nèi)并從地面延伸的是管式鉆柱22。該管式鉆柱22對(duì)地層流體提供導(dǎo)管，使其從地層20移動(dòng)到地面上，以及該導(dǎo)管用于注入流體，使其從地面移動(dòng)到地層20。在其下端，管式鉆柱22偶聯(lián)到完井鉆柱24，其已經(jīng)安裝在井筒12內(nèi)并將完井的間隔劃分為各種生產(chǎn)間隔。標(biāo)示為區(qū)域1、區(qū)域2、區(qū)域3、…區(qū)域N — I和區(qū)域N。完井鉆柱24包括多個(gè)標(biāo)識(shí)為F⑶1、F⑶2、F⑶3、F⑶N-1和F⑶N的流動(dòng)控制裝置，其中，F(xiàn)⑶I對(duì)應(yīng)于區(qū)域1，F(xiàn)⑶2對(duì)應(yīng)于區(qū)域2，以及依`此類推。各個(gè)流動(dòng)控制裝置圖示為定位在一對(duì)環(huán)形屏障26之間，環(huán)形屏障延伸在完井鉆柱24和井筒12之間，由此隔離生產(chǎn)間隔。如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“環(huán)形屏障”可指本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)技術(shù)人員熟知的任何合適的壓力屏障，包括但不限于:生產(chǎn)封隔器、可充氣封隔器、可膨脹封隔器等，以及還指諸如沙礫充填或其它井筒填料材料之類的材料，這些材料的運(yùn)作在其間提供壓差，由此隔離井筒內(nèi)的各個(gè)區(qū)域。環(huán)形屏障可以提供也可不提供管式鉆柱和井筒之間的完全密封。
[0024]在所示實(shí)施例中，流動(dòng)控制裝置可用作多種功能。例如，流動(dòng)控制裝置的功能可起作過濾介質(zhì)，諸如絲包裹網(wǎng)、編織絲網(wǎng)、預(yù)制濾網(wǎng)等，其周圍帶有或不帶有定位的外罩，其設(shè)計(jì)成允許流體流過其中，但阻止預(yù)定規(guī)格的顆粒物質(zhì)流過其中。此外，流動(dòng)控制裝置的功能可起作流入流的控制裝置，在井生產(chǎn)的生產(chǎn)階段期間調(diào)節(jié)生產(chǎn)流體流的流動(dòng)，或者起作流出流的控制裝置，在井生產(chǎn)的處理階段期間控制注入流體流的流動(dòng)，或是兩者兼有?？墒褂昧鲃?dòng)控制裝置內(nèi)相同的或不同的部件來實(shí)現(xiàn)流入流和流出流的控制，這樣，可實(shí)現(xiàn)理想的流量。例如，可要求具有比通過流動(dòng)控制裝置所要求的生產(chǎn)率高的注入率，在該情形中，可使用不同的注入閥和生產(chǎn)閥，或可使用比生產(chǎn)閥多的注入閥。正如下文中要詳細(xì)解釋的，當(dāng)在系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行并根據(jù)本發(fā)明的方法時(shí)，流動(dòng)控制裝置還操作而動(dòng)態(tài)地響應(yīng)于局部井狀態(tài)，以控制地層流體的流入流或通過井筒各個(gè)區(qū)域注入流體的流出流。應(yīng)該指出的是，通過流動(dòng)控制裝置內(nèi)相同的或不同的部件，可執(zhí)行生產(chǎn)或注入操作過程中流入流或流出流控制的功能，以及動(dòng)態(tài)地響應(yīng)于井筒狀態(tài)的功能。
[0025]例如，可使用流體限制器來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)或注入操作過程中對(duì)流入流或流出流的控制，限制器諸如是噴嘴、流動(dòng)管、迷宮式密封件或其它蜿蜒路徑的流動(dòng)限制器，以及渦流腔室或其它射流二極管、含有限制流體流動(dòng)的填料材料、諸如珠子或流體選擇器材料的基質(zhì)腔，當(dāng)與碳?xì)浠衔?、水或諸如PH、離子濃度等的激勵(lì)物接觸時(shí)這樣的材料會(huì)膨脹?？墒褂酶鞣N閥來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)井筒狀態(tài)的功能，各種閥諸如滑閥、柱塞閥、速度閥或類似的閥。替代地，可通過諸如扼流器或其它無限可變閥組件的同樣部件，來執(zhí)行生產(chǎn)或注入操作過程中對(duì)流入流或流出流的控制以及對(duì)井筒狀態(tài)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
[0026]仍參照?qǐng)D1，每個(gè)流動(dòng)控制裝置與一個(gè)或多個(gè)相鄰區(qū)域連通，例如，流體地連通，流體壓力連通等。具體來說，F(xiàn)⑶I可操作地與流動(dòng)管28相連，提供通過一個(gè)環(huán)形屏障26與區(qū)域2的上游連通。如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“流動(dòng)管”應(yīng)指任何能夠提供連通路徑的介質(zhì)，諸如是流體或壓力連通的路徑，介于流動(dòng)控制裝置和另一區(qū)域之間。例如，流動(dòng)管可以是控制管線或處于管式鉆柱和延伸通過一個(gè)或多個(gè)環(huán)形屏障的井筒之間環(huán)腔中的其它管子。替代地，流動(dòng)管可以是圍繞管式鉆柱的同心管子，這些管子延伸通過和較佳地定位在一個(gè)或多個(gè)環(huán)形屏障內(nèi)部。流動(dòng)管可提供流動(dòng)控制裝置和另一區(qū)域之間的沒有阻礙的連通路徑，或流動(dòng)管可包括閥門、活塞或其它流動(dòng)控制器或壓力操作裝置。在所示的實(shí)施例中，F(xiàn)CD2可操作地與流動(dòng)管30相連，提供通過一個(gè)環(huán)形屏障26的與區(qū)域I的下游連通。還有，F(xiàn)⑶2可操作地與流動(dòng)管32相連，提供通過一個(gè)環(huán)形屏障26的與區(qū)域3的上游連通。F⑶3可操作地與流動(dòng)管34相連，提供通過一個(gè)環(huán)形屏障26的與區(qū)域2的下游連通。還有，F(xiàn)⑶3可操作地與流動(dòng)管36相連，提供通過一個(gè)環(huán)形屏障26的上游連通。F⑶N-1可操作地與流動(dòng)管38相連，提供通過一個(gè)環(huán)形屏障26的下游連通。還有，F(xiàn)⑶N-1可操作地與流動(dòng)管40相連，提供通過一個(gè)環(huán)形屏障26的與區(qū)域N的上游連通。F⑶N可操作地與流動(dòng)管42相連，提供通過一個(gè)環(huán)形屏障26的與區(qū)域N-1的下游連通。即使圖1示出了通過流動(dòng)管與一個(gè)或多個(gè)相鄰區(qū)域連通的各個(gè)流動(dòng)控制裝置，但本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)技術(shù)人員要理解到，本發(fā)明的流動(dòng)控制裝置可替代地或附加地與一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)處區(qū)域連通，這些遠(yuǎn)處區(qū)域不鄰近于流動(dòng)控制裝置運(yùn)行的區(qū)域。
[0027]即使圖1示出了處于裸眼井環(huán)境中的本發(fā)明的流動(dòng)控制裝置，但本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)技術(shù)人員應(yīng)理解到，本發(fā)明同樣很好地適用于有套管的井中。還有，即使圖1示出每個(gè)生產(chǎn)間隔內(nèi)一個(gè)流動(dòng)控制裝置，但本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)技術(shù)人員應(yīng)理解到，任何數(shù)量的流動(dòng)控制裝置可配置在生產(chǎn)間隔內(nèi)，而不會(huì)脫離本發(fā)明的原理。此外，即使圖1示出了本發(fā)明流動(dòng)控制系統(tǒng)位于井筒的水平部分內(nèi)，但本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)技術(shù)人員應(yīng)理解到，本發(fā)明同樣很好地適用于具有其它方向構(gòu)造的井中，包括垂直井、偏轉(zhuǎn)井、斜井、多側(cè)向井等。因此，本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)技術(shù)人員應(yīng)理解到，諸如以上、以下、上、下、向上、向下、左、右、向上鉆進(jìn)、向下鉆進(jìn)等的方向性術(shù)語(yǔ)的使用，是相對(duì)于圖中所示的說明性實(shí)施例來使用的，向上方向是朝向?qū)?yīng)圖中的頂部，而向下方向是朝向?qū)?yīng)圖中的底部，向上鉆進(jìn)(沿井身向上)方向是朝向井的地面，而向下鉆進(jìn)(沿井身向下)是朝向井的趾部。
[0028]現(xiàn)將參照?qǐng)D1-4來描述對(duì)局部井狀態(tài)有動(dòng)態(tài)響應(yīng)的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制系統(tǒng)的操作。在圖1中，圖示為完井鉆柱24的管式鉆柱已經(jīng)位于井筒12內(nèi)。多個(gè)環(huán)形屏障26已經(jīng)配置，它們隔離多個(gè)區(qū)域；即，區(qū)域1-區(qū)域N。各個(gè)區(qū)域包括流體流動(dòng)控制裝置F⑶1-F⑶-N，其通過流動(dòng)管28-42與一個(gè)或多個(gè)其它區(qū)域流體地連通。圖1示出處理操作的第一階段，其中，F(xiàn)CDl處于打開位置中，而FCD2-FCDN全都處于關(guān)閉位置中，這樣，用箭頭示出的處理流體引導(dǎo)流出完井鉆柱24外，通過F⑶I和區(qū)域I流入地層20內(nèi)。所示處理操作可以是酸處理、液壓破裂操作或其它需要泵的操作，泵送流體向下通過管式鉆柱流入生產(chǎn)區(qū)域或地層內(nèi)。
[0029]當(dāng)處理流體通過區(qū)域I泵送到地層20內(nèi)時(shí)，區(qū)域I內(nèi)的壓力Pl將隨局部井狀態(tài)變化而改變。例如，在酸處理過程中，區(qū)域I內(nèi)的壓力Pi起初處于高于儲(chǔ)層壓力的高壓下，因?yàn)檫^濾塊或其它井筒的損壞將對(duì)流入井筒地面處的地層內(nèi)的處理流體流動(dòng)造成阻力。當(dāng)酸處理移去區(qū)域I內(nèi)的過濾塊時(shí)，壓力Pl將隨流入地層內(nèi)阻力的減小而減小。作為另一實(shí)例，在某些破裂操作中，區(qū)域I內(nèi)壓力Pi起初處于高于儲(chǔ)層壓力的高壓下，因?yàn)榇罅刻幚砹黧w被泵送到地層內(nèi)而形成和支持打開液壓破裂。當(dāng)破裂停止傳播，或發(fā)生砂堵時(shí)，壓力Pi將增加。同樣地，在其它的破裂操作中，區(qū)域I內(nèi)的壓力Pi起初處于高于儲(chǔ)層壓力的高壓下，因?yàn)榇罅刻幚砹黧w被泵送到地層內(nèi)而形成和支持打開液壓破裂。例如，當(dāng)處理流體的成分從高粘度凝膠變化到低粘度的流體時(shí)，壓力Pl將隨著流入地層內(nèi)流動(dòng)阻力的減小而減小。在各個(gè)這些處理的情形中，壓力Pi隨時(shí)間而改變，并具有預(yù)期的壓力征兆。
[0030]在所示的實(shí)施例中，由于通過流動(dòng)管30經(jīng)環(huán)形屏障26的流體連通，由區(qū)域2內(nèi)的F⑶2看到區(qū)域I內(nèi)的這些壓力變化。根據(jù)處理操作過程中的預(yù)期壓力征兆，流體壓力Pl可發(fā)送到FCD2內(nèi)活塞、滑動(dòng)套筒或其它操作機(jī)構(gòu)的合適側(cè)。FCD2內(nèi)活塞、滑動(dòng)套筒或其它操作機(jī)構(gòu)的另一側(cè)可看到區(qū)域2的壓力P2，其是最初儲(chǔ)層的壓力。Pl和P2之間的壓差因此提供能源來操作FCD2，從第一操作構(gòu)造轉(zhuǎn)變到第二操作構(gòu)造。根據(jù)所執(zhí)行的操作和將壓力Pl和P2發(fā)送到F⑶2，此時(shí)，Pl經(jīng)歷希望的壓力增大或減小，壓差形成在Pl和P2之間，這樣，在所示的實(shí)施例中，F(xiàn)CD2從關(guān)閉位置轉(zhuǎn)變到打開位置，如圖2清晰地所示。
[0031]根據(jù)處理操作所要求的輸出，一旦F⑶2打開，F(xiàn)⑶I可保持打開，或較佳地F⑶I可關(guān)閉。在所示實(shí)施例中，由于通過流動(dòng)管28經(jīng)環(huán)形屏障26的流體連通，由區(qū)域I內(nèi)的F⑶I看到區(qū)域2內(nèi)的壓力P2。根據(jù)處理操作過程中的預(yù)期壓力征兆，流體壓力P2可發(fā)送到FCDl內(nèi)操作機(jī)構(gòu)的合適側(cè)，F(xiàn)CDl的另一側(cè)較佳地看到區(qū)域I的壓力PI。Pl和P2之間的壓差因此提供能源來操作F⑶I，從第一操作構(gòu)造轉(zhuǎn)變到第二操作構(gòu)造，在此情形中，使F⑶I從打開位置轉(zhuǎn)換到關(guān)閉位置，如圖2清晰地所示。較佳地，在關(guān)閉FCDl之前打開FCD2。這可使用時(shí)間延遲電路來實(shí)現(xiàn)，諸如計(jì)量流體來調(diào)節(jié)FCDl的關(guān)閉速度。一旦FCDl關(guān)閉，它可使用彈簧、夾頭或其它鎖定組件被機(jī)械地偏置或鎖定在關(guān)閉位置中，或它可通過系統(tǒng)內(nèi)的壓力，諸如是管子壓力，偏置到關(guān)閉位置。
[0032]處理操作然后在區(qū)域2內(nèi)繼續(xù)，壓力P2隨時(shí)間而變化，預(yù)期的壓力征兆依賴于正在執(zhí)行的處理操作。由于通過流動(dòng)管34經(jīng)環(huán)形屏障26的流體連通，由區(qū)域3內(nèi)的F⑶3看到區(qū)域2內(nèi)的壓力變化。根據(jù)處理操作過程中的預(yù)期壓力征兆，流體壓力P2可發(fā)送到FCD3內(nèi)操作機(jī)構(gòu)的合適側(cè)，另一側(cè)較佳地可看到區(qū)域3的壓力P3，其是最初儲(chǔ)層的壓力。P2和P3之間的壓差因此提供能源來操作FCD3，從其關(guān)閉位置轉(zhuǎn)變到打開位置，如圖3清晰地所
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[0033]根據(jù)處理操作所要求的輸出，一旦F⑶3打開，F(xiàn)⑶2可保持打開，或較佳地F⑶2可關(guān)閉。在所示實(shí)施例中，由于通過流動(dòng)管32經(jīng)環(huán)形屏障26的流體連通，由區(qū)域2內(nèi)的F⑶2看到區(qū)域3內(nèi)的壓力P3。根據(jù)處理操作過程中的預(yù)期壓力征兆，流體壓力P3可發(fā)送到FCD2內(nèi)操作機(jī)構(gòu)的合適側(cè)，另一側(cè)較佳地看到區(qū)域2的壓力P2。P2和P3之間的壓差因此提供能源來操作F⑶2，從其打開位置轉(zhuǎn)變到關(guān)閉位置，如圖3清晰地所示。較佳地，在關(guān)閉F⑶2之前打開F⑶3，而F⑶2固定在關(guān)閉位置中。
[0034]該過程可以步進(jìn)的方式向上鉆進(jìn)地進(jìn)行，以達(dá)到所要求的處理目標(biāo)，直到井筒12的最后區(qū)域被處理為止，如圖4清晰地所示，其中，F(xiàn)⑶N打開以讓處理流體如箭頭所示地進(jìn)入?yún)^(qū)域N，所有其它的流動(dòng)控制裝置都關(guān)閉。在處理操作完成之后，根據(jù)區(qū)域內(nèi)順序的壓差變化，每個(gè)先前關(guān)閉的流動(dòng)控制裝置可運(yùn)行至打開位置。例如，當(dāng)產(chǎn)出流體進(jìn)入到區(qū)域N時(shí)，壓力PN下降到儲(chǔ)層壓力之下。由于通過流動(dòng)管40經(jīng)環(huán)形屏障26的流體連通，由區(qū)域N-1內(nèi)的TODN-1看到區(qū)域N內(nèi)的該壓力變化。流體壓力PN可發(fā)送到TODN-1內(nèi)操作機(jī)構(gòu)的合適側(cè)，另一側(cè)較佳地看到區(qū)域N-1的壓力PN-1。PN和PN-1之間的壓差可用作為能源來操作FCDN-1，從其關(guān)閉位置轉(zhuǎn)變到打開位置。該過程可以步進(jìn)的方式向下鉆進(jìn)地進(jìn)行，直到所有區(qū)域打開而進(jìn)行生產(chǎn)為止。
[0035]現(xiàn)將參照?qǐng)D5-6來描述對(duì)局部井狀態(tài)有動(dòng)態(tài)響應(yīng)的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制系統(tǒng)的另一種操作。在圖5中，圖示為完井鉆柱24的管式鉆柱已經(jīng)位于井筒12內(nèi)。多個(gè)環(huán)形屏障26已經(jīng)配置，它們隔離多個(gè)區(qū)域；即，區(qū)域1-區(qū)域N。各個(gè)區(qū)域包括流體流動(dòng)控制裝置F⑶1-F⑶-N，其通過流動(dòng)管28-42與一個(gè)或多個(gè)其它區(qū)域流體地連通。圖5示出生產(chǎn)操作，其中，每個(gè)流動(dòng)控制裝置處于打開位置中，使得由箭頭所示的生產(chǎn)流體通過各個(gè)流動(dòng)控制裝置和各個(gè)區(qū)域流入完井鉆柱24內(nèi)。
[0036]在生產(chǎn)操作過程中，F(xiàn)⑶1-F⑶N內(nèi)的流入流控制部件將要調(diào)節(jié)和平衡通過各個(gè)區(qū)域的生產(chǎn)率。然而，在某些情形中，流入流控制部件可能不調(diào)節(jié)和平衡生產(chǎn)率，或由于流過某一區(qū)域流量的變化，或流入某一區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)流體成分的變化，可要求將一個(gè)或多個(gè)區(qū)域生產(chǎn)的流體關(guān)閉起來或高度限制其生產(chǎn)。例如，如果要求在井系統(tǒng)內(nèi)生產(chǎn)的流體是油，且一個(gè)或多個(gè)區(qū)域開始生產(chǎn)諸如氣體或水那樣不希望的流體，則本發(fā)明的流體流動(dòng)控制系統(tǒng)可動(dòng)態(tài)地響應(yīng)于該局部的井狀態(tài)。由于油的粘度一般地高于氣體或水的粘度，當(dāng)油通過地層遷移到井筒時(shí)其所經(jīng)受的壓降大于水或氣體經(jīng)受的壓降。這樣，當(dāng)水或氣體生產(chǎn)到區(qū)域內(nèi)時(shí)，該區(qū)域內(nèi)的壓力大于生產(chǎn)油的區(qū)域內(nèi)的壓力。同樣地，如果流入某一區(qū)域的流量由于地層內(nèi)裂溝而增大，則地層內(nèi)該低阻力的區(qū)域可導(dǎo)致早期水或氣體的生產(chǎn)。這樣，當(dāng)油從地層內(nèi)高滲透性的區(qū)域生產(chǎn)到某一區(qū)域時(shí)，該區(qū)域內(nèi)的壓力大于通過地層正常滲透性區(qū)域生產(chǎn)油的區(qū)域內(nèi)的壓力。在各個(gè)這些生產(chǎn)情形中，可使用各種區(qū)域內(nèi)的壓差來控制生產(chǎn)。
[0037]在所示的實(shí)施例中，如果流量或流體成分變化已經(jīng)導(dǎo)致區(qū)域2內(nèi)壓力高于區(qū)域I或區(qū)域3，或高于兩者，則由于通過流動(dòng)管30、32經(jīng)環(huán)形屏障26的流體連通，區(qū)域2內(nèi)的F⑶2可看見這些壓差。流體壓力Pl或P3可發(fā)送到F⑶2內(nèi)活塞、滑動(dòng)套筒或其它操作機(jī)構(gòu)的合適側(cè)，F(xiàn)⑶2內(nèi)活塞、滑動(dòng)套筒或其它操作機(jī)構(gòu)的另一側(cè)看到區(qū)域2的壓力P2。Pl和P2或P3和P2之間的壓差因此提供能源來操作FCD2，從第一操作構(gòu)造轉(zhuǎn)變到第二操作構(gòu)造。例如，當(dāng)壓差達(dá)到預(yù)定水平時(shí)，可操作F⑶2從其打開位置到扼流位置，或F⑶2可操作而從其打開位置到關(guān)閉位置，如圖6清楚地所示。較佳地，F(xiàn)⑶2然后固定在關(guān)閉位置中。在全部的井筒系統(tǒng)中無干預(yù)地繼續(xù)該過程，因?yàn)樯a(chǎn)流體的流量或成分在各種區(qū)域內(nèi)變化，壓差提供能量來關(guān)閉要求的流動(dòng)控制裝置。應(yīng)該指出的是，操作各種流動(dòng)控制裝置所需的壓差在不同區(qū)域內(nèi)可以不同，并可預(yù)先選擇或預(yù)定。
[0038]盡管已經(jīng)參照所示實(shí)施例描述了本發(fā)明，但該描述無意被認(rèn)為是有限制的含義。本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)技術(shù)人員在參照該描述后，將會(huì)明白所示實(shí)施例的各種修改和組合以及本發(fā)明的其它實(shí)施例。因此，附后的權(quán)利要求書意欲包括任何如此的修改或?qū)嵤├?br> 【權(quán)利要求】
1.一種向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法，該方法包括: 隔離井筒中的第一和第二區(qū)域，每個(gè)區(qū)域具有定位在其中的流體流動(dòng)控制裝置； 建立起第二區(qū)域內(nèi)流體流動(dòng)控制裝置和第一區(qū)域之間的連通； 使流體流過第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置； 在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間產(chǎn)生壓差；以及 響應(yīng)于壓差來致動(dòng)第二區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置從第一運(yùn)行構(gòu)造轉(zhuǎn)變到第二運(yùn)行構(gòu)造。
2.如權(quán)利要求1所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法，其特征在于，隔離井筒中的第一和第二區(qū)域還包括:在管式鉆柱和井筒之間安裝環(huán)形屏障。
3.如權(quán)利要求2所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法，其特征在于，建立起第二區(qū)域內(nèi)流體流動(dòng)控制裝置和第一區(qū)域之間的連通還包括:延伸流動(dòng)管通過至少一個(gè)環(huán)形屏障。
4.如權(quán)利要求1所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法，其特征在于，使流體流過第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置還包括:將流體從管式鉆柱內(nèi)部通過第一區(qū)域注入到地層內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法，其特征在于，使流體流過第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置還包括:執(zhí)行第一區(qū)域的酸激勵(lì)。
6.如權(quán)利要求1所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法，其特征在于，使流體流過第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置還包括:執(zhí)行地層中的破裂操作。
7.如權(quán)利要求1所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法，其特征在于，在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間產(chǎn)生壓差還包括:改變流體的粘度。
8.如權(quán)利要求1所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法，其特征在于，致動(dòng)第二區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置從第一運(yùn)行構(gòu)造轉(zhuǎn)變到第二運(yùn)行構(gòu)造還包括:致動(dòng)第二區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置從關(guān)閉位置轉(zhuǎn)變到打開位置。
9.一種向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法，該方法包括: 隔離井筒內(nèi)的第一和第二區(qū)域，每個(gè)區(qū)域具有定位在其中的流體流動(dòng)控制裝置； 建立起第一區(qū)域內(nèi)流體流動(dòng)控制裝置和第二區(qū)域之間的連通； 使流體流過第一區(qū)域和第二區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置； 在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間產(chǎn)生壓差；以及 響應(yīng)于壓差來致動(dòng)第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置從第一運(yùn)行構(gòu)造轉(zhuǎn)變到第二運(yùn)行構(gòu)造。
10.如權(quán)利要求9所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法，其特征在于，隔離井筒中的第一和第二區(qū)域還包括:在管式鉆柱和井筒之間安裝環(huán)形屏障。
11.如權(quán)利要求10所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法,其特征在于,建立起第一區(qū)域內(nèi)流體流動(dòng)控制裝置和第二區(qū)域之間的連通還包括:延伸流動(dòng)管通過至少一個(gè)環(huán)形屏障。
12.如權(quán)利要求9所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法，其特征在于，使流體流過第一區(qū)域和第二區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置還包括:將流體從地層通過第一區(qū)域和第二區(qū)域生產(chǎn)入管式鉆柱內(nèi)部。
13.如權(quán)利要求12所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法，其特征在于，在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間產(chǎn)生壓差還包括:在第一區(qū)域內(nèi)，從生產(chǎn)需要的流體過渡到生產(chǎn)不需要的流體。
14.如權(quán)利要求12所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法，其特征在于，在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間產(chǎn)生壓差還包括:增大通過第一區(qū)域生產(chǎn)的流體的流量。
15.如權(quán)利要求12所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法，其特征在于，在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間產(chǎn)生壓差還包括:改變通過第一區(qū)域生產(chǎn)的流體的粘度。
16.如權(quán)利要求9所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法，其特征在于，致動(dòng)第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置從第一運(yùn)行構(gòu)造轉(zhuǎn)變到第二運(yùn)行構(gòu)造還包括:致動(dòng)第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置從打開位置轉(zhuǎn)變到限制位置。
17.如權(quán)利要求9所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法，其特征在于，致動(dòng)第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置從第一運(yùn)行構(gòu)造轉(zhuǎn)變到第二運(yùn)行構(gòu)造還包括:致動(dòng)第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置從打開位置轉(zhuǎn)變到關(guān)閉位置。
18.一種向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法，該方法包括: 隔離井筒內(nèi)的第一和第二區(qū)域，每個(gè)區(qū)域具有定位在其中的流體流動(dòng)控制裝置； 建立起第一區(qū)域內(nèi)流體流動(dòng)控制裝置和第二區(qū)域之間的連通； 建立起第二區(qū)域內(nèi)流體流動(dòng)控制裝置和第一區(qū)域之間的連通； 將流體從管式鉆柱通過第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置注入到地層； 在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間產(chǎn)生壓差；以及 響應(yīng)于壓差來打開第二區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置，并關(guān)閉第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置。
19.如權(quán)利要求18所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法，其特征在于，隔離井筒中的第一和第二區(qū)域還包括:在管式鉆柱和井筒之間安裝環(huán)形屏障。
20.如權(quán)利要求18所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法，其特征在于，將流體從管式鉆柱通過第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置注入到地層還包括:執(zhí)行第一區(qū)域的酸激勵(lì)。
21.如權(quán)利要求18所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制方法，其特征在于，將流體從管式鉆柱通過第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置注入到地層還包括:執(zhí)行地層內(nèi)的破裂操作。
22.—種向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制系統(tǒng),包括: 管式鉆柱，所述管式鉆柱可操作地定位在井筒內(nèi)； 多個(gè)環(huán)形屏障，所述多個(gè)環(huán)形屏障能定位在管式鉆柱和井筒之間，以隔離第一和第二區(qū)域； 流體流動(dòng)控制裝置，所述流體流動(dòng)控制裝置定位在每個(gè)區(qū)域內(nèi)；以及 流動(dòng)管，所述流動(dòng)管與第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置可操作地相連，所述流動(dòng)管在第一區(qū)域內(nèi)的流體流動(dòng)控制裝置和第二區(qū)域之間建立起連通，從而第一區(qū)域和第二區(qū)域之間的壓差可操作來致動(dòng)第一區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置從第一運(yùn)行構(gòu)造轉(zhuǎn)變到第二運(yùn)行構(gòu)造。
23.如權(quán)利要求22所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，流動(dòng)管延伸通過至少一個(gè)環(huán)形屏障。
24.如權(quán)利要求22所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，第一運(yùn)行構(gòu)造是打開位置，而第二運(yùn)行構(gòu)造是關(guān)閉位置。
25.如權(quán)利要求22所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，第一運(yùn)行構(gòu)造是關(guān)閉位置，而第二運(yùn)行構(gòu)造是打開位置。
26.如權(quán)利要求22所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，第一運(yùn)行構(gòu)造是打開位置，而第二運(yùn)行構(gòu)造是限制位置。
27.如權(quán)利要求22所述的向下鉆進(jìn)流體流動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括流動(dòng)管，所述流動(dòng)管與第二區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置可操作地相連，所述流動(dòng)管延伸通過至少一個(gè)環(huán)形屏障，以在第二區(qū)域內(nèi)的流體流動(dòng)控制裝置和第一區(qū)域之間建立起連通，從而第一區(qū)域和第二區(qū)域之間的壓差可操作來致動(dòng)第二區(qū)域的流體流動(dòng)控制裝置從第一運(yùn)行構(gòu)造轉(zhuǎn)變到第二運(yùn) 行構(gòu)造。
【文檔編號(hào)】E21B21/08GK103688013SQ201180072462
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月29日
【發(fā)明者】J·C·加諾, L·W·霍爾德曼, M·L·夫瑞普, J·D·戴克斯特拉 申請(qǐng)人:哈里伯頓能源服務(wù)公司