專利名稱：用于地下井中的串聯(lián)構(gòu)造的可變流動限制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及一種與地下井結(jié)合使用的設(shè)備和執(zhí)行的操作，并且在以下描述的示例中，更具體地提供串聯(lián)構(gòu)造的可變流動限制器。
背景技術(shù)：
在產(chǎn)烴井(hydrocarbon production well)中，能夠調(diào)節(jié)從地層進入井眼內(nèi)的流體流量是非常有益的。這種調(diào)節(jié)可服務(wù)于多種目的，包括防止水或氣錐、最小化產(chǎn)砂量，最小化產(chǎn)水量和/或產(chǎn)氣量、最大化產(chǎn)油量和/或產(chǎn)氣量、在多個帶(zone)之間平衡產(chǎn)量，等
等
在注入井中，典型地期望將水、蒸汽、氣體等均勻地注入多個帶內(nèi)，使得烴通過地層均勻地位移，被注入流體不會過早地突破到生產(chǎn)井眼。因此，調(diào)節(jié)從井眼到地層內(nèi)的流體流量的能力也能夠有益于這些注入井。因此應(yīng)理解，在上述情況下，在控制井中流體流量的技術(shù)領(lǐng)域中的進步是符合期望的，并且這類進步在大量的其他情況下也將是有益的。

發(fā)明內(nèi)容
在以下公開的內(nèi)容中，提供一種可變流阻系統(tǒng)，其為調(diào)節(jié)井中流體流量的技術(shù)領(lǐng)域帶來多種改進。以下一個示例描述的是，通過渦流裝置的流阻取決于流體成分在進入渦流裝置時的旋轉(zhuǎn)。另一示例描述的是，多個渦流裝置是串聯(lián)連接的。在一個方案中，本發(fā)明向本技術(shù)領(lǐng)域提供一種用于地下井中的可變流阻系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括流體成分所流經(jīng)的渦流裝置。流體成分通過渦流裝置的流動的阻力(流體成分通過渦流裝置的流阻)取決于流體成分在渦流裝置的入口處的旋轉(zhuǎn)。在另一方案中，以下描述的可變流阻系統(tǒng)可包括:第一渦流裝置，具有出口 ；以及第二渦流裝置，其從第一渦流裝置的出口接收流體成分。流體成分通過第二渦流裝置的流阻取決于流體成分在第一渦流裝置的出口處的旋轉(zhuǎn)。在又一方案中，可變流阻系統(tǒng)可包括:第一渦流裝置，其引起流體成分在第一渦流裝置的出口處的旋轉(zhuǎn)增大，以響應(yīng)流體成分的速度的增大；以及第二渦流裝置，其從第一渦流裝置的出口接收流體成分。流體成分通過第二渦流裝置的流阻取決于流體成分在第一渦流裝置的出口處的旋轉(zhuǎn)。以下還描述了一種安裝在地下區(qū)域中的井眼內(nèi)的井裝置。在一個示例中，該裝置包括:第一射流二極管(fluid diode),包括限定第一內(nèi)室(interior chamber)的內(nèi)表面、以及自第一內(nèi)室的出口，第一內(nèi)表面可操作以引導(dǎo)流體沿旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)通過該出口 ；以及第二射流二極管，包括第二內(nèi)表面，第二內(nèi)表面限定與出口流體連通的第二內(nèi)室，第二內(nèi)表面可操作以引導(dǎo)流體沿旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，以響應(yīng)接收沿旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)通過出口的流體。以下公開的內(nèi)容還描述了一種控制地下區(qū)域中的井眼內(nèi)的流動的方法。并描述了一個示例，其中，該方法包括通過第一射流二極管和第二射流二極管來傳送流體，第一射流二極管和第二射流二極管處在地下區(qū)域中的井裝置的內(nèi)部與外部之間的流動路徑中。通過第一射流二極管和第二射流二極管來傳送流體，可引起流體沿旋轉(zhuǎn)方向在第一射流二極管內(nèi)旋轉(zhuǎn)并且沿旋轉(zhuǎn)方向在第二射流二極管內(nèi)旋轉(zhuǎn)。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，一旦仔細考慮以下的代表性的示例和附圖的詳細描述，上述的和其他的特征、優(yōu)勢和益處就將是顯而易見的；在多個附圖中，利用相同的附圖標(biāo)記來指代相似的元件。


圖1是能夠體現(xiàn)本發(fā)明的原理的井系統(tǒng)的示意性局部剖視圖；圖2是可用于圖1的井系統(tǒng)中的井篩和可變流阻系統(tǒng)的放大比例的示意性剖視圖；圖3A和圖3B是沿圖2中的線3_3截取的可變流阻系統(tǒng)的一種構(gòu)造的示意性“展開”剖視圖；圖4是可變流阻系·統(tǒng)的另一構(gòu)造的示意性剖視圖；圖5是沿圖4中的線5-5截取的可變流阻系統(tǒng)的示意性剖視圖；圖6A和圖6B是圖4的可變流阻系統(tǒng)的示意性剖視圖，示出由流體成分的特性的改變而引起的流阻的改變。
具體實施例方式圖1代表性地示出了能夠體現(xiàn)本發(fā)明的原理的井系統(tǒng)10。如圖1所示，井眼12具有從套管16向下延伸的大體豎直的未設(shè)套管區(qū)段14，以及延伸通過地層20的大體水平的未設(shè)套管區(qū)段18。管柱(tubularstring)22例如為生產(chǎn)油管管柱(production tubing string),被安裝在井眼12中。多個井篩24、可變流阻系統(tǒng)25和封隔器26在管柱22中互連。封隔器26將在管柱22與井眼區(qū)段18之間徑向地形成的環(huán)空28封堵起來。按這種方式，流體30可經(jīng)由環(huán)空28 (這些環(huán)空位于相鄰的成對的封隔器26之間)的隔離部分而從地層20的多個間隔區(qū)或帶產(chǎn)出。位于每對相鄰的封隔器26之間的井篩24和可變流阻系統(tǒng)25在管柱22中互連。井篩24過濾從環(huán)空28流入管柱22內(nèi)的流體30。可變流阻系統(tǒng)25基于流體的某些特性，來可變地限制流體30進入管柱22的流量。在此請注意，圖中示出的及本說明書描述的井系統(tǒng)10只不過是能夠利用本發(fā)明的原理的許多井系統(tǒng)中的一個示例。應(yīng)清楚地理解，本發(fā)明的原理根本不限于圖中示出的或本說明書描述的井系統(tǒng)10或井系統(tǒng)的部件的任何細節(jié)。例如，包括大體豎直的井眼區(qū)段14或大體水平的井眼區(qū)段18的井眼12并非必須符合本發(fā)明的原理。流體30并非必須僅從地層20產(chǎn)出，在其他示例中，流體可被注入地層，流體可既被注入地層又可從地層產(chǎn)出等。井篩24和可變流阻系統(tǒng)25中的每一個并非必須位于一對相鄰的封隔器26之間。單個可變流阻系統(tǒng)25并非必須與單個井篩24結(jié)合使用?？墒褂萌魏螖?shù)量、設(shè)置方式和/或組合的這些部件。并非任何可變流阻系統(tǒng)25都必須與井篩24 —起使用。例如，在注入操作中，被注入流體可流經(jīng)可變流阻系統(tǒng)，而不流經(jīng)井篩24。井篩24、可變流阻系統(tǒng)25、封隔器26或管柱22的任何其他部件并非必須被置于未設(shè)套管區(qū)段14、18中。根據(jù)本發(fā)明的原理，井眼12中的任何區(qū)段可設(shè)有套管或不設(shè)有套管，管柱22的任何部分可位于井眼的未設(shè)套管區(qū)段或設(shè)有套管的區(qū)段中。因此，應(yīng)清楚地理解，本發(fā)明描述了如何形成和使用某些示例，但本發(fā)明的原理不限于這些示例的任何細節(jié)。而是，利用從本說明書獲得的知識，能夠?qū)⒛切┰響?yīng)用于許多其他示例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，有益的是來自地層20中的每個帶的流體30進入管柱22內(nèi)的流量能夠被調(diào)節(jié)，例如，用以防止地層中的水錐32或氣錐34。井中的流量調(diào)節(jié)的其他用途包括但不限于，平衡來·自多個帶的產(chǎn)出(或?qū)Χ鄠€帶的注入)、最小化不期望流體的產(chǎn)出或注入、最大化期望流體的產(chǎn)出或注入等。以下更充分地描述的可變流阻系統(tǒng)25的示例可通過以下方式來提供這些益處:如果流體速度增大超過選定水平，則增大流阻(例如由此平衡多個帶間的流量、防止水或氣錐等);和/或如果流體粘度降低到選定水平以下，則增大流阻(例如由此限制產(chǎn)油井中諸如水或氣體之類的不期望流體的流量)。如本文使用的，術(shù)語“粘度”用于表示流變屬性中的任一種屬性，包括運動粘度、屈服強度、粘塑性、表面張力、潤濕性等。流體是否是期望流體或不期望流體取決于正在進行的生產(chǎn)或注入操作的目的。例如，如果期望從井中產(chǎn)出油，但不產(chǎn)出水或氣，則油是期望流體，而水和氣是不期望流體。如果期望將蒸汽注入地層內(nèi)，但不注入水，則蒸汽是期望流體，而水是不期望流體。如果流動的是氣，利用常規(guī)技術(shù)很難限制氣的流動，這些常規(guī)技術(shù)通常包含將小直徑的通道、孔口等等插置于氣流中。不幸地，當(dāng)流動的是氣而不是油或另一種流體時，這些裝置能夠增大容積流率(volumetric flow rate),并且能夠?qū)е赂g問題。請注意，在井下的溫度和壓力條件下，烴氣體實際上能夠完全地或者部分地處于液相。因此，應(yīng)理解，當(dāng)本文使用術(shù)語“氣體”時，超臨界相、液相、冷凝相和/或氣相均包括在該術(shù)語的范圍內(nèi)。現(xiàn)在再參考圖2，其代表性地示出了可變流阻系統(tǒng)25之一和井篩24之一的一部分的放大比例的剖視圖。在該示例中，流體成分36 (可包括一種或多種流體，如油和水、液體水和蒸汽、油和氣、氣和水、油、水和氣，等等)流入井篩24內(nèi)，由此被過濾，然后流入可變流阻系統(tǒng)25的入口 38內(nèi)。流體成分可包括一種或多種不期望流體或期望流體。流體成分中可組合有蒸汽和水二者。作為另一示例，流體成分中可組合有油、水和/或氣?；诹黧w成分的一個或多個特性(如粘度、速度、密度等)，流體成分36通過可變流阻系統(tǒng)25的流量受到限制。流體成分36然后從可變流阻系統(tǒng)25經(jīng)由出口 40被排放到管柱22的內(nèi)部。在另一示例中，井篩24可能不與可變流阻系統(tǒng)25結(jié)合使用(例如在注入操作中)，流體成分36可沿反方向流經(jīng)井系統(tǒng)10的多個元件(例如在注入操作中)，單個可變流阻系統(tǒng)可與多個井篩結(jié)合使用，多個可變流阻系統(tǒng)可與一個或更多的井篩一起使用，流體成分可從井中的不同于環(huán)空或管柱的區(qū)域被接收、或被排放到井中的不同于環(huán)空或管柱的區(qū)域內(nèi)，流體成分可在流經(jīng)井篩之前流經(jīng)可變流阻系統(tǒng)，任何其他部件可與井篩和/或可變流阻系統(tǒng)的上游或下游互連等。因此，應(yīng)理解，本發(fā)明的原理根本不限于圖2中示出的并在本說明書中描述的示例的細節(jié)。雖然圖2中示出的井篩24屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的繞絲井篩(wire-wrappedwell screen)類型，但在其他示例中可使用任何其他類型的井篩或多種井篩的組合(如燒結(jié)式的、膨脹式的、預(yù)填充式的、金屬絲網(wǎng)等)。如果期望的話，也可使用額外的部件(例如護罩、分流管、線路、儀器、傳感器、流入控制裝置等)。圖2示出了可變流阻系統(tǒng)25的簡化形式，但在優(yōu)選示例中，如以下更充分地描述的，該系統(tǒng)可包括用于執(zhí)行各種功能的多種通道和裝置。另外，系統(tǒng)25可至少部分地圍繞管柱22沿周向延伸,或者該系統(tǒng)可在管式結(jié)構(gòu)的壁中形成,作為管柱22的一部分而互連。在其他示例中，系統(tǒng)25可不圍繞管柱沿周向延伸或者形成于管式結(jié)構(gòu)的壁中。例如，系統(tǒng)25可在平面結(jié)構(gòu)中形成，等等。系統(tǒng)25可處于被附接到管柱22的單獨殼體中，或者可被定向為使得出口 40的軸線平行于管柱的軸線。系統(tǒng)25可以處于測井管柱(loggingstring)上，或被附接到形狀不是管狀的裝置上。可根據(jù)本發(fā)明的原理，使用任何方向或構(gòu)造的系統(tǒng)25。 現(xiàn)在再參考圖3A和圖3B，其代表性地示出了系統(tǒng)25的一個示例的更詳細的剖視圖。系統(tǒng)25在圖3A和圖3B中被示出為似乎是從其沿周向延伸的構(gòu)造“展開”到大體平面的結(jié)構(gòu)。如上所述,流體成分36經(jīng)由入口 38進入系統(tǒng)25，并經(jīng)由出口 40離開該系統(tǒng)。流體成分36通過系統(tǒng)25的流阻基于流體成分的一個或多個特性而變化。入口 38、出口 40和流動通道42以及流室(flow chamber)44是渦流裝置46的元件，流體成分36通過流動通道42和流室44在入口和出口之間流動，渦流裝置46基于流體成分的特定特性來限制流體成分的流動。流體成分36的旋轉(zhuǎn)式流動在室44中增大，從而例如當(dāng)流體成分的速度增大時、當(dāng)流體成分的粘度增大時、當(dāng)流體成分的密度增大時、和/或當(dāng)流體成分中期望流體對不期望流體的比值降低時，增大對通過該室的流量的限制。如圖3A所示，室44大體呈圓筒形，而且流動路徑42與該室沿切線相交，使得經(jīng)由入口 48進入該室的流體趨于圍繞出口 40順時針流動(如圖3A所示)。旁路通道50在入口38的下游與通道42相交，并且該旁路通道還與室44沿切線相交。然而，經(jīng)由入口 52且通過旁路通道50進入室44的流體趨于圍繞出口 40逆時針流動(如圖3A所示)。在圖3A中，相對的高速度和/或低粘度的流體成分36通過流動通道42從系統(tǒng)入口 38流到流室44。相反，在圖3B中，相對的低速度和/或高粘度的流體成分36通過流動通道42流到室44。在圖3A中，僅有一少部分流體成分36經(jīng)由旁路通道50流到室44。因此，較大部分的流體成分36在室44中旋轉(zhuǎn)，以增大的旋轉(zhuǎn)速度朝向出口 40螺旋行進。請注意，當(dāng)進入入口 38的流體成分的速度增大時，且當(dāng)流體成分的粘度降低時，流體成分36在出口 40處的旋轉(zhuǎn)速度將增大。在圖3B中，實質(zhì)上較大部分的流體成分經(jīng)由旁路通道50流到室44。在本示例中，經(jīng)由入口 48、52進入室44的流量大約相等。這些流量有效地彼此“對消”或者抵消，使得流體成分36在室44中的旋轉(zhuǎn)流量相對地小。應(yīng)理解，由于與在圖3B的示例中的流體成分所采取的更直接的流動路徑相比，在圖3A的示例中流體成分36所采取的更迂回的流動路徑在相同流速下消耗了流體成分的更多能量，因此導(dǎo)致對流動的更大的阻力(流阻)。如果油是期望流體，而水和/或氣是不期望流體，則應(yīng)理解，圖3A和圖3B的可變流阻系統(tǒng)25將在流體成分中期望流體對不期望流體的比值增大時，對流體成分36的流動提供較小的阻力；而在流體成分中期望流體對不期望流體的比值減小時，將對流動提供較大的阻力。由于此示例中的室44呈具有中心出口 40的圓筒形；并且流體成分36 (至少在圖3A中)通過壓力差從入口 44被驅(qū)動到出口，圍繞該室螺旋行進，流體成分隨著其靠近出口而增大速度，所以該室可被稱為“渦流”室。在圖3A和圖3B的結(jié)構(gòu)中，在室44中使用了循環(huán)流動引導(dǎo)結(jié)構(gòu)54。當(dāng)流體成分圍繞出口循環(huán)地流動時，結(jié)構(gòu)54的工作是維持流體成分36圍繞出口 40的循環(huán)流動，或者至少阻礙流體成分朝向出口的向內(nèi)流動。結(jié)構(gòu)54中的開口 56允許流體成分36最終向內(nèi)流到出口 40。
如上所述，在圖3A中示出的是，渦流裝置46處于如下情況:流體成分36的速度增大和/或粘度減小，造成較大比例的流體成分經(jīng)由入口 48流入室44內(nèi)。因此，流體成分36圍繞室44中的出口 40螺旋行進，并且通過渦流裝置46的流阻增大。由于在流體成分36中期望流體對不期望流體的比值相對較低，可造成粘度的減小。在圖3A中，因為流動通道50是以使得大部分流體成分保持在流動通道42中的方式從流動通道42分支出來的，所以相對少的流體成分36經(jīng)由入口 52流入室44內(nèi)。在相對的高速度、高密度和/或低粘度條件下，流體成分36趨于越過流動通道50。在圖3B中，流體成分36的速度已經(jīng)降低和/或流體成分的粘度已經(jīng)增大，結(jié)果是，按比例更多的流體成分從通道42越過，并經(jīng)由通道50流到入口 52。由于在流體成分中期望流體對不期望流體的比值增大，可造成流體成分36的粘度增大。在圖3B中，由于從兩個入口 48、52進入室44內(nèi)的流動是反向的(或者至少流體成分的通過入口 52的流動與通過入口 48的流動相對)，所以它們彼此抵消。因此，流體成分36更直接地流到出口 40，并且通過渦流裝置46的流阻減小，并且流體成分在出口 40處的旋轉(zhuǎn)減小(或者沒有旋轉(zhuǎn))?，F(xiàn)在再參考圖4，其代表性地示出可變流阻系統(tǒng)25的另一構(gòu)造。在此構(gòu)造中，渦流裝置46與兩個附加渦流裝置58、60串聯(lián)使用。雖然圖4中示出三個渦流裝置46、58、60，應(yīng)理解根據(jù)本發(fā)明的原理，任意數(shù)量的渦流裝置可被串聯(lián)連接。渦流裝置46的出口 62對應(yīng)于渦流裝置58的入口，而渦流裝置58的出口 64對應(yīng)于渦流裝置60的入口。流體成分36從系統(tǒng)25的入口 38流到室44，從室44經(jīng)由出口 /入口 62流到渦流裝置58，從出口 /入口 62流到渦流裝置58的渦流室66，從室66經(jīng)由出口 /入口 64流到渦流裝置60，從出口 /入口 64流到渦流裝置60的渦流室68，并且從室68流到系統(tǒng)25的出口 40。渦流裝置58、60中的每一個分別包括兩個通道70、72和通道74、76，這些通道的功能有些類似于渦流裝置46的通道42、50。然而，如以下更充分地描述的，流經(jīng)通道70、72和通道74、76中的每一個的流體成分36的比例在流體成分進入各渦流裝置58、60時基于流體成分的旋轉(zhuǎn)而改變?，F(xiàn)在再參考圖5，其代表性地示出沿圖4中的線5-5所看到的可變流阻系統(tǒng)25的剖視圖。在圖5中，可容易地看到出口 /入口 62和出口 /入口 64在渦流裝置46、58、60之間提供流體連通的方式。在圖5中，還可看到渦流裝置46、58、60以前后方向交替的緊湊方式被“疊置”。然而應(yīng)理解，根據(jù)本發(fā)明的原理，渦流裝置46、58、60可按其他方式布置。現(xiàn)在再參考圖6A和圖6B，其示出了圖4和圖5的可變流阻系統(tǒng)25，其中，相對的低粘度、高密度和/或高速度·的流體成分36流經(jīng)圖6A中的系統(tǒng)，而相對的高粘度、低密度和/或低速度的流體成分流經(jīng)圖6B中的系統(tǒng)。這些示例表明了通過系統(tǒng)25的流阻如何基于流體成分36的特定特性而改變。在圖6A中，在渦流裝置46中出現(xiàn)流體成分36的顯著的螺旋流動(與以上關(guān)于圖3A所描述的螺旋流動類似)。結(jié)果，流體成分36在從室44經(jīng)由出口 /入口 62流到渦流裝置58時顯著地旋轉(zhuǎn)。流體成分36的這種旋轉(zhuǎn)式流動造成與流經(jīng)通道72的流體成分的比例相比，流體成分中有更大的比例流經(jīng)通道70。在通道70、72與出口 /入口 62的交叉處，旋轉(zhuǎn)的流體成分36撞擊在通道70、72的彎曲的壁上的方式造成流經(jīng)每個通道的流體成分在比例上的這
種差異。由于流體成分36中有較大比例經(jīng)由通道70流入渦流裝置58的室66內(nèi)，所以流體成分在室66內(nèi)旋轉(zhuǎn)，這與流體成分通過渦流裝置46的室44螺旋地流動的方式類似。流體成分36通過室66的這種螺旋流動產(chǎn)生流阻，并且流阻隨流體成分在室中的旋轉(zhuǎn)式流動的增大而增大。流體成分36在經(jīng)由出口 /入口 64離開室66時旋轉(zhuǎn)。與流經(jīng)通道76的流體成分的比例相比，流體成分36的這種旋轉(zhuǎn)式流動導(dǎo)致更大比例的流體成分流經(jīng)通道74。與渦流裝置58的以上描述相似，在通道74、76的與出口 /入口 64交叉處的通道74、76的彎曲的壁上，旋轉(zhuǎn)的流體成分36撞擊的方式導(dǎo)致流經(jīng)每個通道的流體成分的比例中的這種差異。由于流體成分36中有較大的比例經(jīng)由通道74流入渦流裝置60的室68內(nèi)，所以流體成分在室68內(nèi)旋轉(zhuǎn)，這與流體成分通過渦流裝置58的室66螺旋地流動的方式類似。流體成分36通過室68的這種螺旋流動產(chǎn)生流阻，并且流阻隨流體成分在室中的旋轉(zhuǎn)式流動的增大而增大。因此，在圖6A中相對的高速度和/或低粘度的流體成分36的條件下，旋轉(zhuǎn)式流動和流阻在渦流裝置46、58、60中的每一個渦流裝置中增大，使得總流阻遠遠大于僅通過單個渦流裝置46來提供的流阻。另外，通過渦流裝置58、60的室66、68的旋轉(zhuǎn)式流動是由于流體成分36在出口 /入口 62、64中的每一個處的旋轉(zhuǎn)式流動造成的。在圖6B中，相對的高粘度和/或低速度的流體成分36流經(jīng)系統(tǒng)25。請注意，流體成分36在室44、66、68中的每一個室中的旋轉(zhuǎn)式流動顯著地減少，因此流體成分通過這些室的流阻也顯著地減少。因此，與在圖6A中相對的低粘度和/或高速度的流體成分的流阻相比，在圖6B中相對的高粘度和/或低速度的流體成分36的流阻大幅減小。請注意，以上描述的系統(tǒng)25的任何構(gòu)造的任何特征均可包含在該系統(tǒng)的任何其他構(gòu)造中，因此應(yīng)理解，這些特征并非為系統(tǒng)的任何一個特定的構(gòu)造所專有。系統(tǒng)25能夠被用在任何類型的井系統(tǒng)中(例如，不僅被用在井系統(tǒng)10中)，并且用于通過各種井操作來實現(xiàn)多種目的，這些井操作包括但不限于注入、增產(chǎn)處理(stimulation)、完井、開采、證實(conformance)、鉆井操作，等等。應(yīng)理解，對于井中流動控制技術(shù)領(lǐng)域來說，圖4-圖6B中示出的系統(tǒng)25是重大的進步。通過將渦流裝置46、58、60串聯(lián)連接，并且通過當(dāng)流體成分從一個渦流裝置流到下一個渦流裝置時響應(yīng)于流體成分的旋轉(zhuǎn)來阻止流體成分的流動，能夠顯著地增大流體成分36經(jīng)過系統(tǒng)25的流阻。以上公開的本發(fā)明向本領(lǐng)域提供了一種在地下井中使用的可變流阻系統(tǒng)25。系統(tǒng)25可包括渦流裝置58或60，流體成分36通過渦流裝置流動。對流體成分36通過渦流裝置58或60的流阻取決于流體成分36在渦流裝置58的入口 62或渦流裝置60的入口 64處的旋轉(zhuǎn)。流體成分36通過渦流裝置58或60的流阻能夠增大，以響應(yīng)流體成分36在渦流裝置58的入口 62或渦流裝置60的入口 64處的旋轉(zhuǎn)的增大。流體成分36在入口 62或64處的旋轉(zhuǎn)能夠增大，以響應(yīng)流體成分36的粘度的減小。流體成分36在入口 62或64處的旋轉(zhuǎn)能夠增大，以響應(yīng)流體成分36的速度的增 大。流體成分36在入口 62或64處的旋轉(zhuǎn)能夠增大，以響應(yīng)流體成分36中的期望流體對不期望流體的比值的減小。渦流裝置58的出口 64可包括另一渦流裝置60的入口 64。渦流裝置60的入口64可包括另一渦流裝置58的出口 64。渦流裝置58可至少包括第一通道70和第二通道72，第一通道70和第二通道72從另一渦流裝置46的出口 62接收流體成分36。流經(jīng)各自的第一通道70和第二通道72的流體成分36的比例差值取決于流體成分36在出口 62處的旋轉(zhuǎn)。流經(jīng)第一通道70和第二通道72的流體成分36的比例差值可增大，以響應(yīng)流體成分36的速度的增大。流體成分36在渦流室66中的旋轉(zhuǎn)增大，以響應(yīng)流經(jīng)第一通道70和第二通道72的流體成分36的比例差值的增大。以上公開的本發(fā)明還描述了一種可變流阻系統(tǒng)25，其可包括:第一渦流裝置46，具有出口 62 ;以及第二渦流裝置58，其從第一渦流裝置46的出口 62接收流體成分36。流體成分36通過第二渦流裝置58的流阻可取決于流體成分36在第一渦流裝置46的出口 62處的旋轉(zhuǎn)。流體成分36在出口 62處的旋轉(zhuǎn)可增大，以響應(yīng)流體成分36的粘度的減小、響應(yīng)流體成分36的速度的增大、和/或響應(yīng)流體成分36中期望流體對不期望流體的比值的減小。流體成分36通過第二渦流裝置58的流阻可增大，以響應(yīng)流體成分36在第一渦流裝置46的出口 62處的旋轉(zhuǎn)的增大。第二渦流裝置58的出口 64可包括第三渦流裝置60的入口 64。第二渦流裝置58可至少包括第一通道70和第二通道72，第一通道70和第二通道72從第一渦流裝置46的出口 62接收流體成分36。流經(jīng)各自的第一通道70和第二通道72的流體成分36的比例差值取決于流體成分36在第一渦流裝置46的出口 62處的旋轉(zhuǎn)。流經(jīng)第一通道70和第二通道72的流體成分36的比例差值可增大，以響應(yīng)流體成分36的速度的增大。流體成分36在第二渦流裝置58的渦流室66中的旋轉(zhuǎn)可增大，以響應(yīng)流經(jīng)第一通道70和第二通道72的流體成分36的比例差值的增大。以上公開的本發(fā)明還描述了一種可變流阻系統(tǒng)25，其可包括:第一渦流裝置46，其造成流體成分36在第一渦流裝置46的出口 62處的旋轉(zhuǎn)增大，以響應(yīng)流體成分36的速度的增大；以及第二渦流裝置58，其從第·一渦流裝置46的出口 62接收流體成分36。流體成分36通過第二渦流裝置58的流阻可取決于流體成分36在第一渦流裝置46的出口 62處的旋轉(zhuǎn)。請注意，渦流裝置46、58、60可屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的射流“二極管”的類型。本發(fā)明提供一種安裝在地下區(qū)域中(例如地層20中)的井眼12內(nèi)的井裝置(例如可變流阻系統(tǒng)25)，井裝置可包括:第一射流二極管(例如渦流裝置46)，其包括限定第一內(nèi)室44的第一內(nèi)表面80(見圖4和圖5)、以及自第一內(nèi)室44的出口 62,第一內(nèi)表面80可操作以引導(dǎo)流體(例如流體成分36)沿旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)通過出口 62 ;以及第二射流二極管(例如渦流裝置58)，其包括第二內(nèi)表面82，第二內(nèi)表面限定與出口 62流體連通的第二內(nèi)室66，第二內(nèi)表面82可操作以引導(dǎo)流體(例如流體成分36)沿旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，以響應(yīng)接收沿旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)通過出口 62的流體。第二射流二極管可包括入口(在圖4到圖6B的示例中，室58的入口與室44的出口 62相同)，此入口可操作以直接地從出口 62接收流體36。第二內(nèi)室66可包括:筒形室66、從入口 62到筒形室66的第一流動通道70、以及從入口 62到筒形室66的第二流動通道72。第二內(nèi)表面82可操作以將流體36的大部分引導(dǎo)到第一流動通道70，以響應(yīng)接收沿旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)通過入口 62的流體36。第一內(nèi)表面80可操作以引導(dǎo)流體36沿圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸線84的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，并且第二內(nèi)表面82可操作以引導(dǎo)流體36沿圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸線86的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。第一旋轉(zhuǎn)軸線84可平行于第二旋轉(zhuǎn)軸線86。第一射流二極管46和第二射流二極管58可在井裝置(例如可變流阻系統(tǒng)25)的內(nèi)部與外部之間流體連通。第一射流二極管46和第二射流二極管58可在內(nèi)部與外部之間流體連通，以將生產(chǎn)流體36從井裝置25的外部傳送至井裝置25的內(nèi)部。井裝置25可包括完井管柱(completion string) 22的區(qū)段。第一射流二極管45和第二射流二極管58可在內(nèi)部與外部之間連通，以將注入流體36從井裝置25的內(nèi)部傳送至井裝置25的外部。井裝置25可包括工作管柱22的區(qū)段。出口 62可包括第一出口 62，第一射流二極管46還可包括第一入口 38，第一內(nèi)表面80可包括第一側(cè)周緣表面80和第一相對端表面88,這些第一相對端表面88之間的最大距離可小于第一相對端表面88的最大尺寸，并且第一側(cè)周緣表面80可操作以引導(dǎo)來自第一入口 38的流動圍繞第一出口 62旋轉(zhuǎn)。第二射流二極管58可包括第二入口 62，第二入口可操作以直接地從第一出口 62接收流體36，第二內(nèi)表面82可包括第二側(cè)周緣表面82和第二相對端表面90，這些第二相對端表面90之間的最大距離可小于第二相對端表面90的最大尺寸，并且第二側(cè)周緣表面82可操作以引導(dǎo)來自第二入口 62的流動圍繞第二出口 64旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明提供一種控制地下區(qū)域20中的井眼12內(nèi)的流動的方法，此方法可包括:在地下區(qū)域20中的井裝置25的內(nèi)部與外部之間的流動路徑中，通過第一射流二極管46和第二射流二極管58來傳送流體36。通過第一射流二極管46和第二射流二極管58來傳送流體36，能夠引起流體36沿旋轉(zhuǎn)方向在第一射流二極管46內(nèi)旋轉(zhuǎn)并且沿旋轉(zhuǎn)方向在第二射流二極管58內(nèi)旋轉(zhuǎn)。流體36可包括生產(chǎn)流體或注入流體。通過第一射流二極管46和第二射流二極管58來傳送流體36，可基于流動特性來控制流體36在內(nèi)部與外部之間流動的阻力。這種特性可包括粘度、速度或密度中的至少一個。通過第二射流二極管58的流阻可至少部分地基于由第二射流二極管58從第一射流二極管46接收的進入流的特性。 應(yīng)理解，以上描述的多種示例可用于多種方向，例如傾斜、顛倒、水平、豎直等，并用于多種構(gòu)造，而不背離本發(fā)明的原理。圖中示出的多個實施例僅作為本發(fā)明的原理的有效應(yīng)用的示例來示出和描述，本發(fā)明不限于這些實施例的任何具體細節(jié)。當(dāng)然，在仔細考慮以上對代表性實施例的描述之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解，對這些具體實施例可進行許多更改、添加、替換、刪減以及其他改變，并且這些改變處于本發(fā)明的原理的范圍內(nèi)。因此，前述詳細描述應(yīng)清楚地理解為僅作為說明和示例給出，本發(fā)明的精神和范圍僅由所附權(quán)利要求書及其等價物限定。
權(quán)利要求
1.一種在地下區(qū)域中的井眼內(nèi)安裝的井裝置，包括: 第一射流二極管，包括: 第一內(nèi)表面，其限定第一內(nèi)室；以及 自所述第一內(nèi)室的出口，所述第一內(nèi)表面可操作以弓I導(dǎo)流體沿旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)通過所述出口；以及 第二射流二極管，包括: 第二內(nèi)表面，其限定與所述出口流體連通的第二內(nèi)室，所述第二內(nèi)表面可操作以引導(dǎo)流體沿所述旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，以響應(yīng)接收沿旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)通過所述出口的流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井裝置，其中，所述第二射流二極管包括入口，所述入口可操作以直接地從所述出口接收流體；而且所述第二內(nèi)室包括: 筒形室； 從所述入口到所述筒形室的第一流動通道；以及 從所述入口到所述筒形室的第二流動通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的井裝置，其中，所述第二內(nèi)表面可操作以將流體的大部分引導(dǎo)到所述第一流動通道，以響應(yīng)接收沿旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)通過所述入口的流體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井裝置，其中，所述第一內(nèi)表面可操作以引導(dǎo)流體沿圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn) 方向旋轉(zhuǎn)，并且所述第二內(nèi)表面可操作以引導(dǎo)流體沿圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的井裝置，其中，所述第一旋轉(zhuǎn)軸線平行于所述第二旋轉(zhuǎn)軸線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井裝置，其中，所述第一射流二極管和所述第二射流二極管在所述井裝置的內(nèi)部與外部之間流體連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的井裝置，其中，所述第一射流二極管和所述第二射流二極管在所述內(nèi)部與所述外部之間流體連通，以將生產(chǎn)流體從所述井裝置的外部傳送至所述井裝置的內(nèi)部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的井裝置，其中，所述井裝置包括完井管柱的區(qū)段。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的井裝置，其中，所述第一射流二極管和第二射流二極管在所述內(nèi)部與所述外部之間流體連通，以將注入流體從所述井裝置的內(nèi)部傳送至所述井裝置的外部。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的井裝置，其中，所述井裝置包括工作柱的區(qū)段。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井裝置，其中，所述出口包括第一出口，所述第一射流二極管還包括第一入口，所述第一內(nèi)表面包括第一側(cè)周緣表面和多個第一相對端表面，所述多個第一相對端表面之間的最大距離小于所述多個第一相對端表面的最大尺寸，并且所述第一側(cè)周緣表面可操作以引導(dǎo)來自所述第一入口的流動圍繞所述第一出口旋轉(zhuǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的井裝置，其中，所述第二射流二極管還包括第二入口，所述第二入口可操作以直接地從所述第一出口接收流體，所述第二內(nèi)表面包括第二側(cè)周緣表面和多個第二相對端表面，所述多個第二相對端表面之間的最大距離小于所述多個第二相對端表面的最大尺寸，并且所述第二側(cè)周緣表面可操作以引導(dǎo)來自所述第二入口的流動圍繞所述第二出口旋轉(zhuǎn)。
13.—種控制地下區(qū)域中的井眼內(nèi)的流動的方法，包括:在地下區(qū)域中的井裝置的內(nèi)部與外部之間的流動路徑中，通過第一射流二極管和第二射流二極管傳送流體；通過所述第一射流二極管和所述第二射流二極管傳送流體，引起流體沿旋轉(zhuǎn)方向在所述第一射流二極管內(nèi)旋轉(zhuǎn)并且沿旋轉(zhuǎn)方向在所述第二射流二極管內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，流體包括生產(chǎn)流體。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，流體包括注入流體。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，通過所述第一射流二極管和所述第二射流二極管流體的傳送，基于流動的特性來控制流體在所述內(nèi)部與所述外部之間流動的阻力。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述特性包括粘度、速度和密度中的至少一個。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，通過所述第二射流二極管的流阻至少部分地基于由所述第二射 流二極管從所述第一射流二極管接收的進入流的特性。
全文摘要
本發(fā)明提供用于地下井中的串聯(lián)構(gòu)造的可變流動限制器、井裝置、以及控制地下區(qū)域中的井眼內(nèi)的流動的方法，該井裝置可包括第一射流二極管，具有限定第一內(nèi)室的第一內(nèi)表面以及自內(nèi)室的出口，且第一內(nèi)表面可操作以引導(dǎo)流體沿旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)通過出口；以及第二射流二極管，具有限定與出口流體連通的第二內(nèi)室的第二內(nèi)表面，第二內(nèi)表面可操作以引導(dǎo)流體沿旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，以響應(yīng)接收沿旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)通過出口的流體?？刂频叵聟^(qū)域中的井眼內(nèi)的流動的方法可包括在井中的井裝置的內(nèi)部與外部之間的流動路徑中通過兩個或更多個射流二極管來傳送流體。通過射流二極管來傳送流體可引起流體沿相同的旋轉(zhuǎn)方向在射流二極管內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
文檔編號E21B43/12GK103225494SQ20131003204
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月27日
發(fā)明者賈森·D·戴克斯特拉 申請人:哈利伯頓能源服務(wù)公司