CN103348097A - 井管滤网中变化的网孔大小 - Google Patents
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Abstract
一种方法可包括对井管滤网施加磁场，由此，改变流体通过井管滤网所流经的孔的大小。井管滤网可包括磁性形状记忆材料，其尺寸响应于施加的磁场而变化。可响应于磁性形状记忆材料的尺寸变化来改变对通过井管滤网的流动限制。
Description
技术领域
本发明总的涉及结合地下井管所使用的设备和所实施的操作，具体地说，在以下所述的实例中，提供井管滤网中变化的网孔大小。
背景技术
用井管滤网来实施某些操作会是有利的。因此，在行内需要改进用井管滤网进行的操作。
发明内容
在以下的发明内容中，提供井管系统、方法和井管滤网，它们对利用井管滤网的井管操作技术带来改进。以下描述一个实例，其中，通过井管滤网的流动阻力可以改变。以下还描述另一个实例，其中，物质可有选择地从井管滤网中释放。
在一个方面，本发明向本领域提供一种方法，该方法可包括对井管滤网施加磁场，由此改变网孔的大小，流体经该网孔而流过井管滤网。
在另一个方面，本发明向本领域提供一种井管滤网，其可包括磁性形状记忆材料，该材料的尺寸响应于所施加的磁场而改变。可响应于磁性形状记忆材料尺寸的变化，来改变对流过井管滤网的流动限制。
仔细阅读以下对代表性实例的详细描述和附图，本技术领域内技术人员将会明白上述的和其它的特征、优点和益处，在附图中，类似的元件在各图中使用相同的附图标记表示。
附图说明
图1是井系统和相关方法的示意的局部剖视图，该井系统和方法可按本发明的原理实施。
图2是井管滤网的比例放大的局部剖切的示意立面图，该井管滤网可用于图1的井系统和方法中。
图3是井系统的另一放大比例的示意性剖视图。
图4是井系统的另一示意性的剖视图。
图5是其中带有磁性工具的井管滤网的示意性的剖视图。
图6和7是磁性形状记忆材料的另一放大比例的剖视图。
图8是该方法的示意性流程图。
图9和10是该方法的的示意性流程图。
具体实施方式
图1中示意性地示出的是井系统10以及相关方法的实例，该井系统及方法可按本发明原理实施。在井系统10中，井筒14的大致垂直部分12具有内衬其上部的井框16，以及井筒14的大致水平部分18穿透地层20。
管状钻具组22（诸如生产用的管状钻具组、盘管、接续的或连续的管子等）安装在井筒14内。一系列的井管滤网24和垫座26沿着管状钻具组22在井筒14的部分18内交替地互连。
垫座26将管状钻具组22和井筒14之间径向形成的环面28密封起来。这样，约束流体30在管状钻具组22和特定的划分开的区域之间或地层20的间隔之间流动。
在某些情形中（诸如蒸汽淹没、水淹、气体驱动、地热、激励、断裂、顺从等的操作），可将流体30注入地层20中。在其它的情形中（诸如在碳氢化合物生产、地热等的操作），可从地层20中获取流体30。在还有其它的情形中，流体30可交替地注入地层20和从地层20中提取出来（诸如在循环的蒸汽注入或“气喘（huff and puff）”操作等）。
从地层20中生产流体30，可在各个区域或间隔处进行调节，以便平衡生产，防止出现水锥32或气锥34。例如，通过改变各个井管滤网24的磁性形状记忆材料中孔的大小，则使流体30通过井管滤网24的流动可变化地受到限制。
在其它的实例中，磁性形状记忆材料可用来有选择地将物质释放到井筒14内，或释放到流体30的流束中等。物质可保持在磁性形状记忆材料的孔中，直到通过例如孔的打开、溶解或其它方式散开该物质等方式使其释放。
物质可用来阻止通过孔的流动、用来处理井（例如，将泥块溶解、调整地层20的流动特性等）、用来处理流体30（例如，防止沉淀物形成在流体中）、用来减小腐蚀、用来防止在表面上形成有害流体（例如，用于防止形成硫化氢等的生物杀灭剂）、用来识别从中产出流体的间隔或区域（例如，该物质可包括标记物，诸如染料或放射性材料等），等等。任何类型的物质都可用于井管滤网24，以与本发明的原理保持一致。
在井系统10的一个特征中，磁场可方便地施加到井中的任何一个井管滤网24，由此，改变磁性形状记忆材料的孔的大小。孔大小的改变可用来改变通过井管滤网24的流动阻力；释放先前保持在在孔中的物质；允许流过井管滤网；阻止流过井管滤网等。
然而，应该清楚地理解到，井系统10和相关的方法在这里描述为仅是各种井系统和方法中的一个实例，其可从本发明的原理中获益。因此，本发明的原理绝不局限于井系统10的细节，它们是这里所述或附图中所示的任何其它实例。
现在另外再参照图2，图中示意地示出井管滤网24中的一个的放大比例的局部剖切图。在该视图中，可清楚地看到，该实例包括大致管形的底部管36，该底部管具有穿过其侧壁的开口38，以允许流体30在环面28与底部管和管状钻具组22的内部流动通道40（图2中不可见，见图3）之间流动。
井管滤网24还包括大致管状的套筒42，该套筒包括磁性形状记忆材料44。磁性形状记忆材料44重叠在开口38上，于是，流过井管滤网24（例如，流动通道40和环面28之间）的流体30也流过该材料的孔。
过滤器或其它的外罩46在外面重叠在套筒42上。如图中所示，外罩46包括金属丝缠绕而成的过滤器，但如果需要的话，也可采用打孔的外套筒或其它类型的外罩。在其它的实例中，可不使用外罩46。
如图2所示，磁性形状记忆材料44定位在底部管36和外罩46之间。然而，在其它的实例中，磁性形状记忆材料44可以另外的方式定位（例如，定位在底部管内，底部管侧壁内，重叠在过滤器或其它结构上等）。因此，应该清楚地理解到，本发明的原理不局限于图中所示和文中所述的井管滤网结构的具体实例。
在图3中，示意性地示出井管滤网24放大比例的剖视图。在该图中，可清楚地看到流体30向内和/或向外流过井管滤网的方式。
注意，当流体在环面28和流动通道40之间流动时，流体30流过磁性形状记忆材料44。在下面所述的实例中，流体30流过磁性形状记忆材料44的孔。通过对磁性形状记忆材料44施加磁场，可改变孔的大小。然而，在其它的实例中，流体30可不流过该材料的孔。
现在另外再参照图4，图中示意地示出将磁场施加到井管滤网之后的井管滤网24。磁性形状记忆材料44的结构已响应于所施加的磁场而改变。
磁性形状记忆材料44结构的变化可用来改变对流体30通过井管滤网24流动的阻力，以从材料中释放物质、处理井筒14、处理地层20、处理流体30、打开或关闭井管滤网而让流体流过井管滤网、或用于其它的目的。
现在另外再参照图5，图中示意地示出井管滤网24流动通道40中的磁性工具48。该工具48用于将一个或多个磁场M1、M2施加到井管滤网24，由此改变磁性形状记忆材料44的结构。
当将磁场施加到磁性形状记忆材料上时，磁性形状记忆材料改变形状。具体来说，当磁性形状记忆材料暴露于磁场时，材料的形状改变。当去除该磁场时，磁性形状记忆材料将保持其已改变的形状。然而，如果另一正交于第一磁场定向的磁场暴露于该材料，则材料将回复到其原来形状。
用作井管滤网24中的磁性形状记忆材料44的合适材料是：由镍-锰-镓合金制成的磁性形状记忆泡沫材料。2009年由国家科学基金会出版的一篇文章描述了该类型的金属磁性形状记忆泡沫材料，该文章题为“金属形状记忆泡沫材料显示对磁场的巨大响应”。Müllner，Peter等人发表在材料科学论坛，vol.635，pp.119-124（Trans Tech Publications，Switzerland，2010）的文章描述了另一磁性形状记忆泡沫材料，题为“镍-锰-镓泡沫材料研究的最近发展”，。然而，应该清楚地理解到，可使用其它类型的磁性形状记忆材料，以与本发明的原理保持一致。
磁性形状记忆材料44没有必要是金属合金，或是将材料做成发泡材料。磁性颗粒可嵌入在塑料或其它材料内。可使用带有磁性或可磁化组分、陶瓷等的任何类型的复合材料，只要该材料具有（或可被“训练”或其它方式变化而拥有）磁性形状记忆特性。
磁性工具48可在任何时候用来施加正交磁场M1、M2中的任一个。例如，可在于井筒14中安装井管滤网24之前和/或之后，施加磁场M1、M2或它们中的任一个。
磁性工具48可以是井管滤网24的一部分（例如，可滑动的套筒，其可有选择地转移，由此对磁性形状记忆材料44施加磁场等）。替代地，例如，通过金属线、光滑线、电线、盘管等，将磁性工具48单独地传输到井管滤网24。磁性工具48可下落和/或流动通过通道40。
磁性工具48可具有任何适于位移或通过井管滤网24的形状。磁性工具48可包括杆、标枪、套筒或任何其它类型的结构。
磁场M1、M2可由永磁体、电磁铁或任何其它的磁能源产生。可通过切换到电磁铁上、使磁约束材料变形、将磁性形状记忆材料44定位在磁铁附近或通过任何其它方法来施加磁场M1、M2。
施加的磁场强度可变化，由此改变磁性形状记忆材料44中的变化量。还可变化所施加的磁场的方向，以改变磁性形状记忆材料44中的变化量。
现在另外再参照图6，图中示意地示出磁性形状记忆材料44的放大比例的剖视图。在该视图中，可以看到磁性形状记忆材料44中包括许多孔50。
每个孔50具有尺寸s，该尺寸诸如是高度、宽度、流动面积等。无需所有的孔50具有相同的尺寸s。
在图6中，磁性形状记忆材料44显示为孔尺寸s相对较小的结构。而在图7中，由于磁场施加到磁性形状记忆材料44上，孔尺寸s增大。
图7中增大的孔尺寸的结构可减小流体30通过孔50的流动阻力。对于横贯井管滤网24的给定的压差，图7的材料44的结构将允许流体30有比图6的结构更大的流量。
在图6结构中，物质52保持在孔50内。物质52显示为呈图6中的固体形式，但不同地也可包括凝胶、泡沫、涂层、流体、液体等，与本发明的原理保持一致。
当孔尺寸s增加为如图7所示结构时，物质52被释放，由此，允许增加的流体30流过孔50。物质52可完全地阻止流体30流过图6结构中的孔，而物质的释放则可允许流体流过孔。在其它的实例中，即使流体30不流过孔，物质52也可从孔中释放。
物质52可包括井处理物质，例如，其作用可溶解内衬井筒14的泥块，或改变地层20的流动特性（例如，通过增加地层的渗透性等）。
物质52可包括用于流体30的处理剂，例如，可减少流体中的沉淀物；减小乳化、或减少有害流体的形成（例如，硫化氢等）。
安装井管滤网时，物质52可阻塞流体流过井管滤网24，同时仍允许流体流过通道40，由此防止井管滤网堵塞。在井管滤网24安装好之后，物质52可被释放，以允许流体30流过井管滤网。
物质52可以各种方式释放。增加孔50的尺寸s可允许物质52实体性地通过孔。当孔52的尺寸s增大时，物质52可更容易地被溶解或以其它方式散开。流体30自身可使物质52溶解或散开。
注意，当孔的尺寸s减小时，物质52不必存在于孔50内。孔尺寸s的这种减小可用来不断增强地限制通过井管滤网24的流动，而物质52不存在于材料44中。
现在另外再参照图8，可在井系统10中执行的方法54的实例以流程图的形式示意地图示在图中。当然，方法54可在其它井系统执行，以与本发明原理保持一致。
在方法54的步骤56中，将井管滤网24安装在井筒14中。在安装时，孔尺寸s可处于其增加或减小的结构中。在安装之前，可将磁场施加到井管滤网24，以使孔50达到要求的尺寸s。
在步骤58，将磁场施加到井管滤网24。可使用上述的工具48来施加磁场，或可使用任何其它施加磁场的装置。
在步骤60，孔尺寸s响应于所施加的磁场而变化。例如，该变化可以是孔尺寸s的增大，以减小对通过井管滤网24流动的限制、完全地阻止通过井管滤网的流动、从孔50中释放物质52等。
现在另外再参照图9，以流程图的形式示意地示出方法54的另一形式实例。在该形式中，在将井管滤网24安装在井筒14中之前，先在孔50被放大的同时将物质52放置在孔50内。
在步骤62，孔50打开或相对地放大，以使物质52可放置在其中。如果需要的话，可将磁场施加到材料44上，以增大孔50的尺寸s。
在步骤64，将物质52（诸如井或流体的处理剂、孔堵塞的物质等）放置在孔50内。物质52可借助于任何装置放置在孔50内，例如，使物质流到孔内并随后允许物质固定在其中、将固体物质定位在孔中等。
在步骤66，将磁场施加到材料44上。这减小孔尺寸s。
在步骤68，由于孔尺寸s减小，物质52保留在孔50中。
在步骤70，将井管滤网安装在井中。
在步骤72，将磁场施加到材料44上。这增大孔50的尺寸s，由此，允许物质52从孔中释放。然而，该步骤是可供选择的，因为如上所述物质52可从孔50中释放（例如，通过溶解等）而不增大孔尺寸s。
该方法54的还有的另一形式示意地以流程图形式图示在图10中。在该形式中，随着流体30交替地注入地层和从地层中产出，孔尺寸s交替地增大和减小，该地层20处于循环的蒸汽注入运行中。
在步骤74，将井管滤网24安装在井中。孔50可在此时放大或减小。
在步骤76，蒸汽经放大的孔50而被注入地层20内。如果尚未放大的话，则孔50最好在蒸汽流过井管滤网24之前放大。
在步骤78，将磁场施加到井管滤网24。这减小孔尺寸s，并较佳地阻止从地层20接受的流入管状钻具组22内的流动或至少使之为最小，因为流体流将热能传递到地层。
在步骤80，流体30通过孔50而从地层20中产出，孔50按照需要减小，用来过滤流体、可变地限制流体通过井管滤网的流动等。
在步骤82，将磁场施加到井管滤网24，由此增大孔尺寸s，以准备作另一循环的蒸汽注入。重复步骤76-82，以便交替地将蒸汽注入地层20内和从地层中产出流体。
以上描述的各种形式的方法54表明，本发明的原理不局限于仅有的一个或几个特殊实例的具体细节。相反，本发明的原理适用于范围很广的各种不同方法。
在某些实例中，本发明向业内提供方法54，其可包括将磁场施加到井管滤网24，由此改变流体30流过井管滤网24的孔50的尺寸s。
孔50可形成在井管滤网24的磁性形状记忆材料44内。
磁场可施加到井中的井管滤网24。
在将井管滤网24安装到井中之前，可将磁场施加到井管滤网24。
物质52可响应于磁场的施加而从孔50中释放。
物质52可包括井处理剂。
物质52可在释放前阻塞通过孔50的流动。
物质52可通过溶解而被释放。
物质52可通过散开而被释放。
在将井管滤网24安装在井筒14之后，将磁场施加到井管滤网24，可增大和/或减小孔50的尺寸。
将磁场施加到井管滤网24可包括交替地增大和减小孔50的尺寸s。
当孔50的尺寸s增大时，流体30可沿一个方向流过井管滤网24，而当孔50的尺寸s减小时，流体30可沿相反方向流过井管滤网24。
施加磁场可关闭孔50，由此阻止流体30流过孔50。
施加磁场可打开孔50，由此允许流体30流过孔50。
施加磁场可包括使磁场M1定向为正交于先前施加到井管滤网24的另一磁场M2。
施加磁场可包括沿如下方向定向磁场M1，该方向不同于先前施加到井管滤网24的另一磁场M2。不同的方向不必是正交于先前施加磁场M2的方向。
施加磁场可包括可变地限制流体30通过井管滤网24的流动。
以上的公开的发明还描述了井管滤网24。井管滤网24可包括磁性形状记忆材料44，其尺寸可响应于所施加的磁场而变化。响应于磁性形状记忆材料44的尺寸变化，可改变对流体通过井管滤网24的流动的限制。该尺寸不一定是磁性形状记忆材料44的外尺寸或总体大小，而是可以为如孔50的尺寸s。
流过井管滤网24的流体30也可流过磁性形状记忆材料44的孔50。
井管滤网24可包括孔50中的物质52。物质52可包括井处理剂。物质52可堵塞通过孔50的流动。物质52可在井中溶解和/或散开。
尺寸可以是磁性形状记忆材料44的孔尺寸s。将磁场施加到井管滤网24可增大和/或减小孔尺寸s。将磁场施加到井管滤网24可交替地增大和减小孔尺寸s。
应该理解到，以上描述的各种实例可使用在诸如倾斜、倒置、水平、垂直等的各种定向上和各种结构中，而不会脱离本发明的原理。图中所示的各个实施例仅图示和描述为本发明原理的有用应用的实例而已，它们不局限于这些实施例的任何具体细节。
当然，本技术领域内技术人员在仔细阅读以上对代表性实施例的描述后，将会容易地认识到，可对这些具体实施例作出各种修改、添加、替代、删除和其它的变化，如此的变化都纳入在本发明原理的范围之内。因此，以上详细的描述可以清楚地被理解为仅是借助于图示和实例给出的，本发明的精神和范围仅由附后的权利要求书和其等价物予以限定。
Claims (28)
1.一种方法，该方法包括：
对井管滤网施加磁场，由此，改变流体流过井管滤网所经过的孔大小。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述孔形成在井管滤网的磁性形状记忆材料中。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁场施加到井中的井管滤网上。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在将井管滤网安装到井中之前，将所述磁场施加到井管滤网上。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，响应于所施加的磁场，从孔中释放物质。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述物质包括井处理剂。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述物质在被释放之前阻塞通过孔的流动。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述物质通过溶解而被释放。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述物质通过散开而被释放。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在将井管滤网安装在井筒内之后，对井管滤网施加磁场来增加孔的尺寸。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在将井管滤网安装在井筒内之后，对井管滤网施加磁场来减小孔的尺寸。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对井管滤网施加磁场包括交替地增加和减小孔的尺寸。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，当孔尺寸增加时，流体沿一个方向流过井管滤网，而当孔尺寸减小时，流体沿相对的方向流过井管滤网。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，磁场的施加使孔关闭，由此，阻止流体流过孔。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，磁场的施加使孔打开，由此，允许流体流过孔。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，磁场的施加包括将该磁场定向成正交于先前施加到井管滤网的另一磁场。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，磁场的施加包括将该磁场定向成正交于先前施加到井管滤网的另一磁场。
18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，磁场的施加包括可变地限制流体通过井管滤网的流动。
19.一种井管滤网，其包括：
磁性形状记忆材料，该磁性形状记忆材料的尺寸响应于所施加的磁场而改变，以及
其中，响应于磁性形状记忆材料的尺寸变化，改变对通过井管滤网的流动限制。
20.如权利要求19所述的井管滤网，其特征在于，流过井管滤网的流体流过磁性形状记忆材料的孔。
21.如权利要求20所述的井管滤网，其特征在于，还包括孔中的物质。
22.如权利要求21所述的井管滤网，其特征在于，所述物质包括井处理剂。
23.如权利要求21所述的井管滤网，其特征在于，所述物质阻塞通过孔的流动。
24.如权利要求21所述的井管滤网，其特征在于，所述物质可在井中溶解。
25.如权利要求21所述的井管滤网，其特征在于，所述物质可在井中散开。
26.如权利要求19所述的井管滤网，其特征在于，所述尺寸是磁性形状记忆材料的孔尺寸，且其中，对井管滤网施加磁场使孔的尺寸增加。
27.如权利要求19所述的井管滤网，其特征在于，所述尺寸是磁性形状记忆材料的孔尺寸，且其中，对井管滤网施加磁场使孔的尺寸减小。
28.如权利要求19所述的井管滤网，其特征在于，所述尺寸是磁性形状记忆材料的孔尺寸，且其中，对井管滤网施加磁场使孔的尺寸交替地增加和减小。
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