油管壓力操作的井下流體流量控制系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】油管壓力操作的井下流體流量控制系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]無(wú)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明大致涉及結(jié)合在地下井中執(zhí)行的操作利用的設(shè)備，且尤其涉及一種利用油管壓力來(lái)致動(dòng)井下流量控制裝置的井下流體流量控制系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]在不限制本發(fā)明的范圍的情況下，作為實(shí)例，將參考從含油氣的地下地層產(chǎn)生流體描述其背景。在橫穿含油氣地下地層的井的完井期間，生產(chǎn)油管和各種完井設(shè)備被安裝在井中來(lái)實(shí)現(xiàn)地層流體的安全和高效生產(chǎn)。例如，為了防止從疏松或松散固結(jié)的地下地層產(chǎn)生顆粒物質(zhì)，某些完井包括定位為鄰近期望生產(chǎn)層段的一個(gè)或更多個(gè)防砂篩總成。在其它完井中，為了控制進(jìn)入生產(chǎn)油管的生產(chǎn)流體的流速，慣常的做法是在油管柱內(nèi)安裝一個(gè)或更多個(gè)流量控制裝置。
[0005]已嘗試在需要防砂的完井內(nèi)利用流體流量控制裝置。例如，在某些防砂篩總成中，在生產(chǎn)流體流動(dòng)穿過過濾介質(zhì)之后，將流體引導(dǎo)至流量控制段。流量控制段可包括一個(gè)或更多個(gè)流量控制組件，諸如流管、噴嘴、迷宮式組件或類似組件。通常，在安裝前固定穿過流量控制篩的生產(chǎn)流阻或流速。
[0006]但是，已發(fā)現(xiàn)，由于在井壽命內(nèi)地層壓力的變化和地層流體組成的變化，可能期望調(diào)整流入控制裝置的流量控制特性。此外，對(duì)于某些完井，期望調(diào)整流入控制裝置的流量控制特性而無(wú)需修井。
[0007]因此，已出現(xiàn)對(duì)可操作以控制地層流體的流入的井下流體流量控制系統(tǒng)的需要。此外，已出現(xiàn)對(duì)可被并入流量控制篩中的這種井下流入控制裝置的需要。此外，已出現(xiàn)對(duì)可操作以在井的生產(chǎn)剖面隨時(shí)間而變化時(shí)，調(diào)整流量特性而無(wú)需修井的這種井下流入控制裝置的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]一種井下流量控制系統(tǒng)利用油管壓力操作的閥門來(lái)選擇性地打開及關(guān)閉跨系統(tǒng)的流體流量。所述油管壓力操作的閥門包括響應(yīng)于油管壓力的活塞和響應(yīng)于活塞移動(dòng)的閥門元件。所述閥門元件可響應(yīng)于所述活塞移動(dòng)而旋轉(zhuǎn)地、縱向地或旋轉(zhuǎn)及縱向地移動(dòng)。所述閥門可在關(guān)閉位置與至少一個(gè)打開位置之間移動(dòng)。所述活塞和閥門元件可諸如通過單向棘輪可釋放地附接。所述閥門元件可為旋轉(zhuǎn)閥門，其可由J形槽機(jī)構(gòu)操作以響應(yīng)于所述活塞元件的移動(dòng)而旋轉(zhuǎn)至多個(gè)位置。裝置的其它元件可包括臨時(shí)固持機(jī)構(gòu)，諸如夾頭總成、剪切銷和類似物?？尚D(zhuǎn)閥門元件可無(wú)終止地旋轉(zhuǎn)，允許閥門裝置的重復(fù)打開和關(guān)閉。裝置響應(yīng)于油管壓力且無(wú)需修井。裝置可結(jié)合防砂篩總成、額外流量控制總成等使用。
【附圖說明】
[0009]為了更全面理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)參考本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】以及附圖，其中不同圖中的相應(yīng)數(shù)字指代相應(yīng)部分，且其中:
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的操作多個(gè)井下流入控制裝置的井系統(tǒng)的示意圖；
[0011]圖2A至圖2B是實(shí)施為第一構(gòu)造中的本發(fā)明的流量控制篩的井下流入控制裝置的連續(xù)軸向段的四分之一截面圖；
[0012]圖3A至圖3E是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的流入控制裝置的示例性實(shí)施方案的示意橫截面部分圖；和
[0013]圖4A至圖4C是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的流入控制裝置的示例性實(shí)施方案的示意橫截面部分圖。
[0014]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解諸如上方、下方、上、下、向上、向下和類似術(shù)語(yǔ)的方向術(shù)語(yǔ)的使用是參考說明性實(shí)施方案如其在圖中描繪般使用，向上方向朝向相應(yīng)圖的頂部，且向下方向朝向相應(yīng)圖的底部。在情形并非如此及術(shù)語(yǔ)用于指示所需定向的情況下，說明書中將陳述或進(jìn)行此類澄清。
【具體實(shí)施方式】
[0015]雖然下文詳細(xì)討論本發(fā)明的各種實(shí)施方案的制作和使用，但是應(yīng)了解本發(fā)明提供許多可應(yīng)用的發(fā)明概念，其可實(shí)施于多種具體背景中。本文中討論的具體實(shí)施方案僅說明制作及使用本發(fā)明的具體方式，且不限制本發(fā)明的范圍。
[0016]參考圖1，描繪井系統(tǒng)，其具有定位在流量控制篩中實(shí)施本發(fā)明的原理的多個(gè)井下流體流量控制系統(tǒng)，其一般標(biāo)注為10。在圖示的實(shí)施方案中，井筒12延伸穿過各種地層。井筒12具有大體上垂直段14，其上部分中固接套管柱16。井筒12還具有大體上水平段18，其延伸穿過含油氣地下地層20。如圖示，井筒12的大體上水平段18是開孔。
[0017]定位在井筒12內(nèi)且從地面延伸的是油管柱22。油管柱22提供導(dǎo)管供地層流體從地層20行進(jìn)至地面，及供注入流體從地面行進(jìn)至地層20。在其下端，油管柱22耦合至已被安裝在井筒12中的完井管柱，且將完井層段劃分為鄰近地層20的各種生產(chǎn)層段。完井管柱包括多個(gè)流量控制篩24，其每個(gè)定位在被描繪為封隔器26的一對(duì)環(huán)形屏障之間，所述封隔器26提供完井管柱與井筒12之間的流體密封，由此界定生產(chǎn)層段。在圖示的實(shí)施方案中，流量控制篩24發(fā)揮將顆粒物質(zhì)過濾出生產(chǎn)流體流的功能。每個(gè)流量控制篩24還具有流量控制段，所述流量控制段可操作來(lái)控制穿過其中的流體流量。例如，流量控制段可操作以在井操作的生產(chǎn)階段期間控制生產(chǎn)流體流的流量。替代地或此外，流量控制段可操作以在井操作的處理階段控制注入流體流的流量。如下文更詳細(xì)說明，流量控制段可操作以在地層壓力降低以使期望流體(諸如油)的生產(chǎn)最大化時(shí)控制生產(chǎn)流體的流入，而無(wú)需在井壽命內(nèi)的修井。此外，系統(tǒng)利用如本文中公開的操作者控制、油管壓力致動(dòng)的流入控制裝置。即，系統(tǒng)可單獨(dú)或結(jié)合自主流量控制系統(tǒng)使用操作者控制的流入控制裝置。在兩者結(jié)合使用的情況下，生產(chǎn)管柱的流量特性將響應(yīng)于流體特性的改變而自主改變，但是操作者仍可使用油管壓力變化打開、關(guān)閉及調(diào)節(jié)流入。
[0018]盡管圖1描繪在開孔環(huán)境中的本發(fā)明的流量控制篩，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解本發(fā)明同樣非常適用于套管井。此外，盡管圖1描繪每個(gè)生產(chǎn)層段中一個(gè)流量控制篩，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解任意數(shù)量的本發(fā)明的流量控制篩可部署在生產(chǎn)層段內(nèi)或不包括生產(chǎn)層段的完井層段內(nèi)，而不脫離本發(fā)明的原理。此外，盡管圖1描繪在井筒的水平段中的本發(fā)明的流量控制篩，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解本發(fā)明同樣非常適用于具有其它方向構(gòu)造的井，包括垂直井、偏斜井、傾斜井、分支井和類似井。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解諸如上方、下方、上、下、向上、向下、左、右、井上、井下和類似術(shù)語(yǔ)的方向術(shù)語(yǔ)的使用是參考說明性實(shí)施方案如其在圖中描繪般使用，向上方向朝向相應(yīng)圖的頂部，且向下方向朝向相應(yīng)圖的底部，井上方向朝向井的地面且井下方向朝向井的底部。此外，盡管圖1描繪流量控制篩中的操作者控制的流入控制裝置，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解本發(fā)明的操作者控制的流入控制裝置無(wú)需與流量控制篩相關(guān)或作為完井管柱的部分。例如，操作者控制的流入控制裝置可被可操作地安置在鉆柱內(nèi)用于鉆桿測(cè)試，安置在注入管柱內(nèi)用于井處理等。
[0019]接下來(lái)參考圖2A至圖2B，其中描繪被代表性地圖示且一般標(biāo)注為100的根據(jù)本發(fā)明的流量控制篩的連續(xù)軸向段。流量控制篩100可適當(dāng)?shù)伛詈现疗渌愃屏髁靠刂坪Y、生產(chǎn)封隔器、定位螺紋接口、生產(chǎn)管或其它井下工具以形成如上文描述的完井管柱。流量控制篩100包括基管102，所述基管102具有無(wú)孔管段104和有孔段106，所述有孔段106包括多個(gè)生產(chǎn)端口 108和多個(gè)旁通端口 110。圍繞無(wú)孔管段104的井上部分定位30的是篩元件或過濾介質(zhì)112，諸如繞線篩、紡織網(wǎng)篩、預(yù)填篩或類似篩，其有或無(wú)圍繞其定位的外罩，其被設(shè)計(jì)來(lái)允許流體流動(dòng)穿過其中，但是阻止預(yù)定大小的顆粒物質(zhì)流動(dòng)穿過其中。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，本發(fā)明無(wú)需具有與其相關(guān)的過濾介質(zhì)，因此，過濾介質(zhì)的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)對(duì)于本發(fā)明而言并不關(guān)鍵。
[0020]定位在過濾介質(zhì)112井下方向的是篩界面外殼114，其與基管102形成環(huán)隙116。可固定地連接至篩界面外殼114的井下端的是流量控制外殼118，其與基管102形成環(huán)隙120。在其井下端，流量控制外殼118可固定地連接至支撐總成122，所述支撐總成122可固定地耦合至基管102。流量控制篩100的組件的各種連接可以任意適當(dāng)方式制作，包括10焊接、螺紋接合和類似方式，以及通過使用諸如銷、固定螺釘和類似物的緊固件。
[0021]定位在流量控制外殼118內(nèi)，流量控制篩100具有流量控制段，其包括多個(gè)流量控制組件124和旁通段126。在圖示的實(shí)施方案中，流量控制組件124按120°間隔繞基管102圓周分布，使得提供三個(gè)流量控制組件124，如圖3中最佳所見，其中流量控制外殼118已被移除。盡管已描述流量控制組件124的特定配置，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，可使用其它數(shù)量和配置的流量控制組件124。例如，可使用均勻或非均勻間隔的更多或更少數(shù)量的圓周分布流量控制組件124。此外或替代地，流量控制組件124可沿著基管102縱向分布。如圖示，流量控制組件124各由內(nèi)流量控制元件128和外流量控制元件130形成，在圖3中外流量控制元件從流量控制組件124之一中移除25以協(xié)助描述本發(fā)明。流量控制組件124各具有流體流徑132，其包括一對(duì)流體端口 134、渦流室136和端口 140。此外，流量控制組件124具有渦流室136中的多個(gè)導(dǎo)流件142。
[0022]流量控制組件124可操作以控制在任一方向上穿過其中的流體流量，且可具有方向相依流阻，其中生產(chǎn)流體在穿過流量控制組件124時(shí)可能經(jīng)歷比注入流體大的壓降。例如，在井操作的處理階段期間，可