CN103998711A - 流体流动控制器 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种能够影响流体流动以进行流体选择的流体流动影响器装置。流体流动影响器装置可影响流入湍流区、例如涡流区的流体，该湍流区具有可通过基于流体的至少一个特性、以不同量值来限制腔的流路中的流体流动的结构。该流体流动控制装置可在自主流体选择器中，例如转向器、涡流引发装置或触须中。该流动影响器装置可基于流体特性来选择流体，该流体特性可包括流体密度、流体速度、流体粘度、以及流体流动的雷诺数。

Description

流体流动控制器

技术领域

本发明大体涉及用于控制流体在地下地层中的钻孔中的流动的装置，更具体地(虽然并非排他性地)涉及能够通过基于流体的一个或多个特性，以不同的量值限制流体流动的装置。

背景技术

各种装置可被安装在贯穿含烃地层的井中。某些装置控制地层和管路(例如生产管或注入管)之间的流体的流速。该装置的一示例是可选择流体或控制各种流体进入管路的流速的自主流体选择器。

自主流体选择器可基于流体的相对粘度在所需和非期望流体之间进行选择。例如，具有较高的非期望流体(例如，水和天然气)浓度的流体可具有特定的粘度，自主流体选择器响应于该粘度而沿一个方向引导非期望流体，以限制该非期望流体进入管路的流速。自主流体选择器包括流量比率控制组件和涡流组件，该涡流组件可用来基于粘度选择流体。流量比率控制组件包括两个通道。每个通道包括细管，这些细管被构造成基于流体的粘度来限制流体流动。例如，第一通道中的一个管可比第二通道中的第二管道更细，且被构造成与具有不同的相对粘度的流体相比，对具有特定的相对粘度的流体限制更多。第二管可对流体提供相对恒定的阻力，而与该流体的粘度无关。

尽管这种自主流体选择器对进行井下期望流体选择而言很有效，但仍期望有其它类型的自主流体选择器，这些其它类型的自主流体选择器可基于相对粘度来选择流体，或基于多于一个的其它流体特性，例如基于流体密度或流体粘度来选择流体。

发明内容

本发明的某些方案和实施例涉及位于腔中的流动影响器装置，该流动影响器装置能够通过基于流体的一个或多个特性，以特定量值限制流体。

一个方案涉及一种流动控制装置，该流动控制装置可被设置在地下地层和井眼中的管路之间。该流动控制装置包括腔和位于该腔中的流动影响器装置。该腔具有出口开口和流路。该流动影响器装置可影响流入湍流区的流体，该湍流区具有基于流体的至少一个特性和该流动影响器装置的结构。该腔可基于湍流区的结构，以不同量值限制流路中的流体流动。

一特征涉及包括流体流动的雷诺数、流体密度、流体速度或流体粘度中的至少两个特性。

另一特征涉及包括入口和第二出口开口的腔。入口位于腔的第一端。第二出口开口位于出口开口和腔的第二端之间。流动影响器装置是转向器，该转向器位于入口和出口开口之间。通过引起流体流入湍流区(该湍流区是涡流区)，且在转向器和腔的第二端之间产生低压区域，流动影响器装置可基于一个或多个特性影响流体朝向出口开口以及朝向第二出口开口流动。

另一特征涉及本身是涡流引发装置的流动影响器装置。所述腔包括端口和隧道。与涡流引发装置相比，该端口被设置成更靠近出口开口。该隧道可从接近涡流区的区域将压力连通式地耦合至该端口。该端口的压力被配置成影响流体进入出口开口的角度。

另一特征涉及连结到腔的壁的涡流引发装置。该涡流引发装置具有正方形的横截面形状、圆柱形的横截面形状或三角形的横截面形状。

另一特征涉及本身为触须(whisker)的流动影响器装置，触须可通过基于一个或多个特性限制在涡流区中流动的流体流量，而允许流体流入湍流区(该湍流区是腔中的涡流区)，并影响流体流到腔中的出口开口。

另一特征涉及能够在第一位置限制流体流动，而在第二位置允许流体流动的流动影响器装置。

另一特征涉及如下流动影响器装置：其能够响应于具有特性的第一值的流体，在第一位置至少部分地限制流体流到出口开口，且响应于具有流体的特性的第二值的流体而移动到第二位置，以允许流体流到出口开口。

另一特征涉及本身是转向器且包括将该转向器与所述腔连结的挠性构件的流动影响器装置。该转向器可引起流体流入散发涡流区。响应于具有特性的第二值的流体，通过耦合至流入散发涡流区的流体，该挠性构件可改变位置。

另一特征涉及包括涡流腔、第一通道、第二通道的腔。所述出口开口位于该涡流腔中。第一通道与该涡流腔流体连通，用于将流体引入该涡流腔的涡流区。第二通道与该涡流腔流体连通，用于将流体引向出口开口。该流动影响器装置是触须，该触须可响应于具有特性的第一值的流体处于第一位置，且响应于具有特性的第二值的流体处于第二位置。

另一特征涉及在第一位置能够限制流体流过第一通道的触须。该触须在第二位置能够允许流体流过第一通道。

另一特征涉及连结到涡流腔的内壁的触须。该触须可限制沿第一方向的流体流动，且可允许沿与第一方向相反的第二方向的流体流动。

另一特征涉及包括叶片元件的涡流腔，该叶片元件被设置成至少部分地围绕出口开口。

另一特征涉及本身是触须的叶片元件。

另一特征涉及连结到叶片元件的壁的触须。

另一特征涉及流路，该流路是由腔的一部分形成的相互交错的流路。所述流动影响器装置是至少部分地延伸至相互交错的流路内的触须。当流体的特性处于第一范围中时，触须可增加相互交错的流路的一部分上的压降，当流体的特性处于第二范围中时，该触须可保持相互交错的流路的至少一部分上的基本上恒定的压降。

另一特征涉及可被设置在井眼中的流动控制装置。该流动控制装置包括位于腔中的流动影响器装置。当流体流动的雷诺数处于第一范围中时，该流动影响器装置可通过影响沿第一方向流动的流体，来控制地层和管道之间的流体流动；当流体流动的雷诺数处于不同于第一范围的第二范围中时，该流动影响器装置可通过影响流体在第二方向上流动，来控制地层和管道之间的流体流动。

另一特征涉及包括出口开口、位于所述腔的第一端的入口、以及位于该出口开口和该腔的第二端之间的第二出口开口的腔。所述流动影响器装置是位于入口和出口开口之间的转向器。该转向器可引起流体流入涡流区，且在该转向器和腔的第二端之间产生低压区域。第一方向朝向出口开口。第二方向朝向第二出口开口。

另一特征涉及本身是涡流引发装置的流动控制装置，该涡流引发装置可引起流体流入涡流区，该涡流区是基于流体流动的雷诺数而被构造的。所述腔包括出口开口、端口以及隧道。与涡流引发装置相比，该端口被设置成更靠近出口开口。隧道可将压力从接近涡流区的区域连通性地耦合至端口。端口处的压力可影响流体沿第一方向或第二方向的流动。第一方向对应于流入出口开口的第一角度。第二方向对应于流入出口开口的第二角度。

另一特征涉及本身是触须的流动影响器装置。第一方向对应于可允许流体流入腔中的涡流区的流路。第二方向对应于可影响流体朝向腔中的出口开口流动而不流入涡流区的第二流路。

另一特征涉及能够基于流体流动的雷诺数，且基于流体密度、流体速度或流体粘度中的至少一个，来控制地层和管道之间的流体流动的流动影响器装置。

所述这些示例性的方案和特征不限制或限定本发明，而是提供示例以帮助理解该申请所公开的发明概念。在回顾整个申请之后，本发明的其它方案、优点以及特征将变得明显。

附图说明

图1为根据本发明的一实施例的具有带有流动影响器装置的流体流动控制装置的井系统的示意图。

图2为根据本发明的一实施例的流体流动控制装置和筛组件的侧面剖视图。

图3为根据本发明的一实施例的包括转向器的流动影响器装置的流体流动控制装置的腔的侧面剖视图。

图4为根据本发明的一实施例的具有转向器和处于限制位置的挠性构件的腔的侧面剖视图。

图5为根据本发明的一实施例的图4的转向器和处于打开位置的挠性构件的侧面剖视图。

图6为根据本发明的一实施例的涡流腔以及具有隧道和涡流引发装置的流动影响器装置的腔的剖面顶视图。

图7为根据本发明的一实施例的涡流腔以及具有两个涡流引发装置和隧道的腔的侧面剖视图。

图8为根据本发明的一实施例的涡流腔以及具有一个涡流引发装置和隧道的腔的侧面剖视图。

图9为根据本发明的一实施例的涡流腔以及包括处于限制位置的触须的流动影响器装置的剖视图。

图10为根据本发明的一实施例的涡流腔以及处于打开位置的图9的触须的剖视图。

图11为根据本发明的一实施例的切换系统以及具有处于各种位置的触须的涡流腔的剖视图。

图12为根据本发明的一实施例的具有带有孔的通道以及带有触须的通道的流动控制装置的剖视图。

图13为根据本发明的一实施例的描述流体流过图12的具有孔的通道以及具有触须的通道的关于流速的压力变化的图。

图14为根据本发明的一实施例的具有处于位于开口中的第一位置的触须的相互交错的流路的剖视图。

图15为根据本发明的一实施例的图14的具有处于第二位置的触须的相互交错的流路的剖视图。

具体实施方式

某些方案和实施例涉及一种流体流动控制装置，其具有可影响流体流入湍流区(例如涡流区或漩涡区)的流动影响器装置，该湍流区具有可用于通过基于流体的至少一个特性、以不同量限制流体流入腔的流路的结构。流体流动控制装置可在自主流体选择器中。流体特性(流动影响器装置可基于该特性来选择流体)的示例包括流体密度、流体速度、流体粘度、以及流体流动的雷诺数。流动影响器装置可为转向器、涡流引发装置或触须。

转向器可用于进行流体分离，其中，分离基于流体的至少一个特性来完成。根据某些实施例，转向器可为可移动式的或不可移动式的，且被设置在位于入口开口和出口开口之间的腔的流体流路中(即该出口开口的上游)。在某些实施例中，例如通过与入口开口相比，转向器被设置成更靠近出口开口，而正好被设置在出口开口的上游。转向器可被构造为引起具有一个或多个特性的流体流入涡流区或具有结构的其它湍流区。流入涡流区的流体可限制流体离开出口开口，或以其它方式减少离开出口开口的流体量)。例如，转向器可引起具有高于特定阈值的雷诺数的流体流入涡流区，该涡流区防止流体通过出口开口离开。腔(转向器位于该腔中)可包括第二出口开口，第二出口开口位于该转向器和出口开口的下游，流体可通过第二出口开口离开该腔。转向器可不引起雷诺数相对低的流体流入涡流区(或该转向器可引起该流体流入具有较少被限定的结构的涡流区)，且较多流体可离开出口开口。根据多个实施例，转向器可具有任何被构造为引起具有一个或多个特性的特定量的、大于特定量的或小于特定量的流体流入涡流区的形状。转向器可被构造成的形状的示例包括三角翼状的构造和可移动的翼。

根据某些实施例，转向器可连结于挠性梁或其它类似的与机械共振频率相关的结构。该梁可被构造为，当流体流入散发涡流区构造，该散发涡流区构造具有类似于或相同于梁的机械共振频率的散发频率(sheddingfrequency，分散频率)时，将转向器从第一位置移动到第二位置。在某些实施例中，梁可被构造为将转向器的位置改变到大于两个的位置。例如，梁可被构造为在第一位置限制流体以低流速流到出口开口，在第二位置允许流体以中间流速流到出口开口，在第三位置限制流体以高流速流到出口开口。

涡流引发装置可用于在流体流动控制装置中基于一个或多个流体特性选择流体。根据某些实施例，涡流引发装置可引起流体流入涡流区，或其它湍流结构。压力可从接近涡流区的区域被传送到比该涡流区更靠近分叉点的端口。分叉点可为流体能够流过的开口，其中，流体进入出口开口的角度可允许该流体被选择。被传送到端口的压力可引起流体根据在该端口处的压力以特定角度流入分叉点。在端口处的压力可根据流入涡流区的流体的一个或多个特性。

例如，当流体流动具有相对高的雷诺数且流入涡流区时，较低的压力从接近该涡流区处被传送到端口。端口处的较低的压力可影响朝向分叉点流动的流体朝向该端口流动，从而基于流体的一个或多个特性，引起流体以特定的角度进入该分叉点，进而允许进行期望流体的选择。当流体流动具有相对低的雷诺数且流入涡流区时，较高的压力从该涡流区的中间、靠近中间或接近该涡流区处被传送到端口。端口处的较高的压力可不影响流体流动或可较少地影响流体朝向该端口流动，从而基于流体的一个或多个特性，引起流体以特定的角度进入该分叉点，以允许进行期望流体的选择。在某些实施例中，压力从可形成涡流区的区域，经由隧道传送到端口，该隧道可以是与腔分开的路径。涡流引发装置可为任何类型的能够被设置于流体流路中且能够引起流体流入涡流区的装置。涡流引发装置的示例包括具有正方形的横截面形状、圆柱形的横截面形状以及三角形的横截面形状的装置。

“触须”是一种细长构件，其能够响应于流体流动而改变位置。触须能够改进自主流体选择器引导流体流动的性能。例如，触须可基于流体密度和/或流体速度控制流体流动。一个或多个触须可被设置于延伸到流体流动控制装置的腔中的流体的流路内。在低流体动量条件下，触须可保持至少部分地限制流体流过流路的位置。在较高流体动量条件下，触须可改变位置，以允许更多流体流过流路。根据某些实施例，触须可通过在一方向上弯曲或折曲以改变位置。根据其它实施例，触须可通过围绕轴线旋转来改变位置。触须的其它示例包括弹簧加载铰接装置。触须可被用在流体流动控制装置中，用于流体选择、流动分离器、背压元件、叶片引导装置、以及表面粗糙度可变元件。在某些实施例中，触须可在相互交错的流路中用于一个或多个上述用途。

在某些实施例中，流动影响器装置位于包括腔的流动控制装置中。具有流动影响器装置的流动控制装置能够控制在地层和管路之间的流体流动。当流体流动的雷诺数处于第一范围中时，流动影响器装置可影响沿第一方向的流体流动，当流体流动的雷诺数处于不同于该第一范围的第二范围中时，流动影响器装置可影响流体流到第二方向上。

这些说明性的示例用于向读者介绍此处所讨论的总体主题，不旨在限制所公开的概念的范围。下面的部分参照附图说明各附加的实施例和示例，其中类似的标记表示类似的元件，定向的说明用于说明示例性的实施例，但(像该示例性的实施例)不应用于限制本发明。

图1示出根据本发明的某些实施例的具有带有流动影响器装置的流体流动控制装置的井系统100。井系统100包括钻孔，即延伸穿过各地球地层的井眼102。井眼102具有基本竖直段104和基本水平段106。基本竖直段104和基本水平段106可包括套管柱108，套管柱108以水泥固结在基本竖直段104的上部。基本水平段106延伸穿过含烃地层110。

管柱112从地面延伸到井眼102内。管柱112可设有用于使地层流体从基本水平段106行进到地面的管道。用于邻近地层110的各生产层段的流动控制装置114和生产管段116被设置在管柱112中。在每个生产管段116的每一侧设置有封隔器118，封隔器118能够提供管柱112和井眼102的壁之间的流体密封。每对邻近的封隔器118可限定一生产层段。

每个生产管段116可具有防砂能力。与生产管段116关联的防砂筛元件或过滤介质可允许流体流过防砂筛元件或过滤介质，但防止尺寸足够大的颗粒物流过该元件或过滤介质。在某些实施例中，可设有防砂筛，防砂筛包括非穿孔的基管，有金属丝盘绕在凸缘上，这些凸缘被设置成圆周式地围绕基管。包括有多个穿孔的防护外罩可被设置成围绕过滤介质的外部。

根据某些实施例，包括流动影响器装置的流动控制装置114能够控制所产出的流体的体积和成分。例如，流动控制装置114可自主地限制或阻止从生产层段产出的地层流体中非期望流体进入，非期望流体例如对于产油操作来说就是水或天然气。如此处所用的，术语“天然气”表示烃类(以及不同数量的非烃类)物质的混合物，该混合物在室温和室压条件下为气相，而在井下环境中为液相和/或气相。

流入生产管段116的地层流体可包括多于一种类型的流体，例如天然气、油、水、蒸汽以及二氧化碳。蒸汽以及二氧化碳可用作注入流体，用以使烃流体朝向生产管段116流动。可在地层110中发现天然气、油以及水。流入生产管段116的那些类型的流体的比例可随时间而变化，且可至少部分地基于地层和井眼102内的条件变化。根据某些实施例，流动控制装置114可减少或限制来自具有较高比例的非期望流体的层段的产出。

当生产层段产出较大比例的非期望流体时，该层段中的流动控制装置114可限制或阻止从该层段产出。产出较大比例的期望流体的其它生产层段可对进入管柱112的产出流有更多贡献。例如，流动控制装置114可包括流动影响器装置，流动影响器装置可基于流体的一个或多个特性来控制流体流速，其中，上述特性根据流体的类型。

尽管图1示出的是位于基本水平段106中的流动控制装置114，但根据本发明的多个实施例，流动控制装置114(以及生产管段116)可额外地或可选地被设置在基本竖直段104中。此外，任何数量的流动控制装置114(包括一个)，可总体地用于井系统100中或用于每个生产层段中。在某些实施例中，流动控制装置114可被设置在更简单的井眼、例如只具有基本竖直段的井眼中。流动控制装置114可被设置在裸眼环境中(例如图1所示)，或被设置在套管井中。

图2示出生产管段116的侧面剖视图，生产管段116包括流动控制装置114和筛组件202。生产管限定有内部通道204，内部通道204可为环空。地层流体可从地层穿过可过滤流体的筛组件202进入内部通道204。地层流体可从内部通道穿过入口206进入流动控制装置114到达腔210的流路208。流动影响器装置212被设置在腔210的流路208中。流动影响器装置212能够引起流路208中的流体流入涡流区内。该涡流区可由腔210用于限制或允许流体经由腔210中的出口开口，以不同量值流过出口214，到达管216的内部区域。涡流区的结构可基于流动影响器装置212的构造以及流体的至少一个特性。尽管图2示出一个出口214，但根据多个实施例，流动控制装置可包括任何数量的出口和/或出口开口。

根据不同的实施例，流动影响器装置可具有多种构造，借助这些构造，该流动影响器装置引起流体流入涡流区。根据不同的实施例，腔也可具有多种构造，这些构造能够使用涡流部以不同量值限制流体流。图3-图12以及图14-图15示出流动影响器装置和/或腔的多个实施例；这些流动影响器装置和/或腔能够基于流体的一个或多个特性，以不同量值限制流体流。

图3示出一流动控制装置的腔302，该流动控制装置具有流路303，在该腔中设有流动影响器装置，该流动影响器装置是转向器304。腔302包括入口306、第一出口开口308以及第二出口开口310。在其它实施例中，腔302不包括第二出口开口310。

转向器304被设置于第一出口开口的上游，即位于入口306和第一出口开口308之间。在某些实施例中，如图3所示，与入口306相比，转向器304被设置成更靠近第一出口开口308。转向器304可连结到腔的内壁、连结到另一组件或漂浮在流体中。转向器304可为任何形状。合适形状的示例包括三角翼。

转向器304可引起流过流路303的流体流入涡流区或其它的湍流结构，例如漩涡区。具有特定的一个或多个特性的流体可流入涡流区内，这样会限制流过第一出口开口308的流体，使得更多的流体流到第二出口开口310。涡流可在转向器304的下游产生低压区域。低压区域可在接近第一出口开口308的区域之间产生压降，这样会限制流体流过第一出口开口308。在某些实施例中，具有不同特性的流体可不流入涡流区内，或可流入弱结构化(weakly structured)的涡流区内，与第二出口开口310相比，更多的流体可流过第一出口开口308。

例如，雷诺数处于第一范围中的流体可流入涡流区内，该涡流区限制流过第一出口开口308。与第一出口开口308相比，更多的流体可流过第二出口开口310。流体可具有量较大的非期望流体。流过第二出口开口310的流体可被提供给另一流体选择器(另一流体选择器对该流体执行另外的流体选择)，或被限制通过生产管产出。雷诺数处于第二范围中的流体流可不流入涡流区内，由此与第二出口开口310相比，更多的流体流过第一出口开口308。该流体可具有量较大的期望流体。

根据某些实施例的转向器可无需使用二极管，而引起流体流入能够用于选择流体的涡流区内。一个二极管可包括多个流路，这些流路通到具有一出口开口的涡流腔；其中，一个流路可引导流体流入涡流腔中的涡流区内，而第二流路可引导流体流向出口开口。尽管在流体选择上同样有效，但根据某些实施例的转向器与用于流体选择的二极管相比，可提供额外的或替代性的选项。例如，二极管可与图3所示的实施例的一个或多个出口开口308、310流体连通，以执行进一步的流体选择。

在某些实施例中，基于引起流体流入涡流区内的转向器，转向器能够限制出口开口。图4和图5示出腔402，其中，转向器404被设置在流路403中。腔402包括入口406、第一出口开口408以及第二出口开口410。转向器404连结到挠性构件412，挠性构件412例如为梁、杆或其它装置。在图4中，转向器404处在限制流体流过第一出口开口408的第一位置。流过流路403的流体可流到第二出口开口410。

挠性构件412可与机械共振频率有关。转向器404可引起从入口406流向第二出口开口410的流体流入散发涡流区内。具有一个或多个特性的流体可流入涡流区内，该涡流区在类似于挠性构件412的机械共振频率的散发频率散发，使得散发涡流的力引起挠性构件412将转向器404从第一位置移动到如图5所示的第二位置。在第二位置，转向器404可允许流过流路403的至少一些流体(至少部分流体)流过第一出口开口408。当具有不同特性的流体流入涡流区内，该涡流区在不同的散发频率散发，且散发频率并不类似于挠性构件412的机械共振频率时，挠性构件412可将转向器404返回到限制流体流过第一出口开口408的第一位置。挠性构件412可被构造为，根据相应类型的流体流过的那个出口开口，响应于流体是具有较大浓度的非期望流体还是具有较大浓度的期望流体，而使转向器移动。

在其它实施例中，具有一个或多个特性的特定量的流体可流入涡道(vortex street)，涡道是在涡流区的右边和左边交替散发的涡流区。挠性构件412可被构造为，响应于流入涡道内的流体而改变位置，且通过改变转向器404的位置来允许流体流过第一出口开口408。

可选地，转向器可处在允许流体流过第一出口开口的第一位置。转向器可引起具有一个或多个特性的特定量的流体流入涡流区，该涡流区引起挠性构件将该转向器从第一位置移动到限制流体流过第一出口开口的第二位置。

根据其它实施例，流动影响器装置可为位于腔中的涡流引发装置，这类涡流引发装置能够利用来自涡流区的压力来影响流体进入出口开口的角度。图6示出流动控制装置的腔502的剖面顶视图，该流动控制装置也包括涡流腔504。腔502包括入口506以及出口开口，该出口开口就是分叉点508。在腔502中设有两个涡流引发装置510、512，每个涡流引发装置能够引起从入口506流到分叉点508的流体流入相应的涡流区内。涡流引发装置510、512可为能够引起流体流入涡流区的任何装置。涡流引发装置510、512的示例包括齿形部、突出部以及呈方形、圆柱形和/或三角形横截面形状的装置。流动控制装置还包括隧道514、516，隧道514、516从压力端口518、520通向端口522；与压力端口518、520相比，端口522被设置成更靠近分叉点508。隧道可以是能够将压力从第一位置传送到第二位置的通道。

由涡流引发装置510、512引起的涡流可接近压力端口518、520形成，使得每个压力端口518、520位于接近相应涡流区的区域中。这些涡流区可在接近涡流区的区域中形成压力差。压力端口518、520可将压力差连通到端口522。端口522处的压力差可影响流体流入分叉点508的角度。

例如，具有一个或多个特性的特定量的流体(例如雷诺数处于特定范围中的流)可在接近每个涡流区的区域中形成相对低的压力。这种相对低的压力可经由隧道514、516连通到端口522。在端口522处相对低的压力可引导流体以一角度流入分叉点508，更多流体以该角度流过两个通道524、526中的一个通道(这两个通道524、526将分叉点508流体地连结至涡流腔504)。具有一个或多个特性的不同量的流体(例如雷诺数处于不同范围中的流体流)可形成高于上述相对低的压力、但与流动控制装置的其它区域中的压力相比仍然可称为低压的压力。此压力可经由隧道514、516连通到端口522。端口522处的压力与上述相对低的压力相比，会较小地影响流动，使得更多流体以不同角度流入分叉点508，且更多流体流过两个通道524、526中的不同通道。

根据流体流入涡流腔504所经由的通道，较多或较少的流体可被限制流过出口528。例如，通过通道524流到涡流腔504的流体可被允许离开出口528，而通过通道526流到涡流腔504的流体可被限制离开出口528。

根据多个实施例，腔可包括任何数量的涡流引发装置和隧道。图7示出腔602的侧面剖视图，腔602包括两个涡流引发装置604、606和一个隧道608。涡流引发装置604、606引起在腔602中流动的流体流入涡流区。流入腔的流体在图7中用箭头示出。涡流引发装置606引起流体流入涡流区，该涡流区可限定接近隧道608中的开口的区域。涡流引发装置604引起流体流入另一涡流区，该另一涡流区可有助于使流体流保持居中地穿过腔602。隧道608可从接近由涡流引发装置606引起涡流的区域(或靠近该区域)，将压力连通到位置接近分叉点612的端口610。根据压力水平，即可根据流体的一个或多个特性，在流体流入分叉点612的位置，流体可被影响而以特定角度进入分叉点，由此可对流体进行选择。例如，在该位置相对低的压力可影响流体以一角度流到具有开口620的涡流腔618，借助该角度可使流过一个通道614的流体多于流过第二通道616的流体。流过通道614的流体可流入涡流腔618，使得较多流体被限制通过开口620离开。流过通道616的流体可流入涡流腔618，使得较多流体被允许通过开口620离开。

图8示出根据一个实施例的腔702，该腔具有一个涡流引发装置704。涡流引发装置704引起进入腔702的流体流入接近一开口的涡流区，该开口通向隧道706，隧道706将压力连通到端口708，端口708处于接近分叉点710的位置。腔中的流路712的宽度被配置成使流体流相对地居中，而不需要另外的涡流引发装置。根据在所述位置的压力水平，亦即可根据流体的一个或多个特性，流体可进入分叉点710，由此可对流体进行选择。例如，在该位置的低压可影响流体流入分叉点710，使得通过通道714流到涡流腔718的流体比通过通道716流到涡流腔718的流体更多(涡流腔718包括开口720)。较多的从通道714流入涡流腔718内的流体可被限制通过开口720离开。较多的从通道716流入涡流腔718内的流体可被允许通过该开口离开。

根据其它实施例，腔不包括隧道。例如，涡流引发装置可引起流体流入处于腔内的特定位置的涡流区。涡流区可在该位置引起压降，而这会影响流体流入分叉点的角度。

根据其它实施例，流动影响器装置可为触须。图9-图10示出腔802，腔802设有位于通向涡流腔808的通道806中的触须804。腔802包括通向涡流腔的第二通道810。触须804可具有各种各样横截面形状的构造。例如，一些触须具有沿着触须的长度恒定的横截面形状，而其它触须具有可变的横截面形状。在某些实施例中，触须具有可变的横截面。例如，触须可在第一端具有小的横截面形状，而在第二端具有较大的横截面形状。

具有一个或多个特性的特定量的流过腔802的流体会撞击触须804，但不引起这些触须改变位置。如图9所示，触须804指引较多的流体流过通向涡流腔808的通道810。流过通道810的流体可被导向位于涡流腔808中的开口812。

具有不同特性(例如处于特定范围中的一个或多个特性)的流体可流过腔802，并在触须804上产生压降。作为响应，触须804可改变位置，如图10所示，以允许流体流过通向涡流腔808的通道806。流过通道806的流体可按照切向角进入涡流腔808，引起流体在涡流区围绕开口812流动，使得较多流体被限制通过开口812离开。

在一实施例中，触须804可用于限制具有较高浓度的非期望流体类型的流体例如水。水可具有处于较高范围中的流体动量(即速度乘以密度)，且引起触须804改变位置(例如在图10中)。较多的水可流过通道806，并以切向角进入涡流腔808，使得水被限制流过开口812。

在其它实施例中，触须可被设置在接近涡流腔808的通道810中，且被构造为响应于流过腔802的期望流体，来改变进入涡流腔808的位置。改变进入涡流腔808的位置的触须可将期望流体在涡流腔808内的旋转减到最小，以引起较多的期望流体流出开口812。当非期望流体流过腔802时，触须可被构造为保持在通道810中的位置，以限制非期望流体流过通道810到达涡流腔808并通过开口812离开。

根据多个实施例，触须可位于流动控制装置中的其它位置和另外的位置。图11示出的流动控制装置包括切换系统902、涡流腔904、以及两个用于使流体流到涡流腔904的通道906、908。触须910被设置于通道908中。触须910可被构造为，响应于具有特定特性的、流过通道908的流体而改变位置。例如，具有较高速度和/或密度的流体可引起触须910改变位置，且允许较多流体从通道908流入涡流腔904。经由通道908进入涡流腔904的流体与经由通道906进入涡流腔904的流体相比，可更多地被限制通过开口912离开。在某些实施例中，触须910可在地层产出大量的非期望流体时，响应于气锥进和/或水锥进限制流体流动。

涡流腔904包括触须914，触须914位于涡流腔904的内表面上。触须914被构造为，基于流体流动的方向和流体的至少一个特性而改变位置。例如，触须914可被设置于一位置，其响应于具有一个或多个特性的特定量的、围绕涡流腔904沿顺时针方向流动的流体，以有限的限制量允许流体流动。触须914可被设置于一位置，其响应于具有一个或多个特性的不同量的、围绕涡流腔904沿逆时针方向流动的流体，较多地限制流体流动，使得流体被较多地影响到达开口912。

涡流腔904包括叶片元件916。叶片元件916可增加流体的旋转速度，例如增加从通道908进入的、围绕涡流腔904流动的流体的旋转速度，并可增加由旋转流体引起的压降。叶片元件916可被构造为，将在涡流腔904中沿逆时针方向流动的流体引导到开口912。触须918可位于叶片元件916上。触须918可基于流体的一个或多个特性和流体流动方向而改变位置。例如，触须918可响应于具有特定特性的、在涡流腔904中沿逆时针方向流动的流体，而处于第一位置(例如图11所示的位置)。处于第一位置的触须918可限制旋转式的流体流动，并影响流体流到开口912。触须918可响应于具有特定的不同特性的、在涡流腔904中沿顺时针方向流动的流体，而处于第二位置。处于第二位置的触须可较少地影响旋转式的流体流动，使得较少的流体通过开口912离开。

触须可被设置于图11所示的流动控制装置的其它位置。例如，触须可被设置于叶片元件916的内壁上，以按需要并基于流体的一个或多个特性来提供对流体或多或少的限制。在某些实施例中，叶片元件916由触须来代替，这些触须例如被构造为，响应于沿逆时针方向流动的流体，在第一位置较少地影响旋转式的流体流动，且响应于沿顺时针方向流动的流体，在第二位置较多地影响旋转式的流体流动。

根据某些实施例，触须可用于控制流体流动以进行流体选择。图12示出流动控制装置的一部分，该流动控制装置从入口到分叉点1006设有两个通道1002、1004。通道1002包括孔1008。孔1008可包括通道1002中的流路的一部分，该部分的直径小于通道1002的其它部分。通道1004包括延伸至通道1004的流路内的触须1010。

响应于流过流动控制装置的低流速的流体，触须1010可限制流体流过通道1004，使得较多流体流过通道1002。响应于具有较高流速的流体，触须1010可改变位置，以较少地限制流体流过通道1004，而使得较多流体流过通道1004。触须1010和孔1008可使流体以较恒定的流速通过流动控制装置的其余部分。

图13是示出流过通道1004的流体的压力变化(ΔP)相对于流速(R)的曲线图，其中，通道1002具有孔1008，而通道1004具有触须1010。在低流速条件下，当该低流速增加时，通道1004的压力变化增加得快于通道1002的压力变化。在高流速条件下，通道1002的压力变化继续增加，而通道1004的压力变化较为恒定。在某些实施例中，对于流过通道1002的流体来说，由于压力变化增加，所以以高速流过通道1004的流体与流过通道1002的流体相比，更有可能流过流动控制装置。

根据其它实施例的触须可用于不同类型的流路，例如相互交错的流路。图14-图15示出相互交错的流路1202的剖视图，这种相互交错的流路可被设置在基于一个或多个特性来选择流体的流动控制装置中。相互交错的流路1202由多个阶段1203a-1203c限定，在多个阶段1203a-1203c之间设有多个开口1204a-1204d。每个开口从邻近的开口被偏置，使得流体以“锯齿形”路径流过相互交错的流路1202，如表示流路的箭头所示。每个开口包括位于其中的触须1206a-1206d。

触须1206a-d可影响具有一个或多个特性的特定量的、以低流速流动(包括以低的压力变化流动)的流体流过相互交错的流路1202，使得相互交错的流路1202对流体流形成较少的阻力。例如，至少某些流体可流过相互交错的流路1202而不流入可限制流体流动的湍流结构例如漩涡区或涡流区。响应于具有一个或多个特性的不同特定量的、以高流速流过(包括以高的压力变化流过)相互交错的流路1202的流体，触须1206a-1206d可偏转至相互交错的流路1202内，这可改变流体流动的流路。流过被改变流路的流体可在相互交错的流路1202中较多地旋转，使得相互交错的流路1202限制流体流动或以其它方式对流体流动形成较多的阻力。例如，流入湍流结构(例如漩涡区或涡流区)的流体较多，就可增加在一个或多个阶段1203a-1203c中流动的流体的压降，使得流入相互交错的流路1202的流体遭受到增加的流阻或流动限制。

根据某些实施例，相互交错的流路也可包括、或替代性地包括位于限定流路的装置的其它部分上的触须。例如，触须1208可位于包括开口1204b且延伸至阶段1203b的流路内的部分上。图14中的触须1208可朝向开口1204c引导流体，而不是朝向所述装置的限定相互交错的流路1202的边缘引导流体。在图14中，触须1208移动位置，以允许较多流体朝向所述装置的限定相互交错的流路1202的边缘流动。

以上对本发明的实施例(包括示例性实施例)的描述仅用于示例和说明，而非旨在将本发明穷举或限制到所公开的具体形式。本发明的许多修改、改动以及用途将为本领域技术人员熟知，而不脱离本发明的范围。

Claims (22)

1.一种流动控制装置，其被构造为设置在地下地层和井眼中的管路之间，所述流动控制装置包括：

腔，具有(i)出口开口和(ii)流路；以及

流动影响器装置，位于所述腔中，所述流动影响器装置被构造为影响流体流入湍流区，所述湍流区具有基于流体的至少一个特性和所述流动影响器装置的结构；其中，所述腔被构造为基于所述湍流区的结构，以不同量值限制所述流路中的流体流动。

2.根据权利要求1所述的流动控制装置，其中，流体的至少一个特性包括下列至少两个：

流体流动的雷诺数；

流体密度；

流体速度；或

流体粘度。

3.根据权利要求1所述的流动控制装置，其中，所述腔包括：

入口，位于所述腔的第一端；以及

第二出口开口，位于所述出口开口和所述腔的第二端之间；

其中，所述流动影响器装置是转向器，所述转向器位于所述入口和所述出口开口之间且被构造为，通过引起流体流入所述湍流区，且在所述转向器和所述腔的所述第二端之间产生低压区域，而基于至少一个特性影响流体流向(i)所述出口开口和(ii)所述第二出口开口，所述湍流区是涡流区。

4.根据权利要求1所述的流动控制装置，其中，所述流动影响器装置是涡流引发装置；

其中，所述腔包括：

端口，被设置成与所述涡流引发装置相比更靠近所述出口开口；以及

隧道，被构造为将压力从接近所述湍流区的区域连通式地耦合至所述端口，所述湍流区是涡流区；

其中，所述端口处的压力被配置成影响流体进入所述出口开口的角度。

5.根据权利要求4所述的流动控制装置，其中，所述涡流引发装置包括：

第一装置，被构造为引起流体流入所述涡流区；以及

第二装置，被构造为引起流体流入第二涡流区；

其中，所述腔还包括：

第二隧道，被构造为将压力从接近所述第二涡流区的第二区域连通性地耦合至所述端口。

6.根据权利要求4所述的流动控制装置，其中，所述涡流引发装置连结到所述腔的壁，所述涡流引发装置具有下列至少其中之一：

正方形的横截面形状；

圆柱形的横截面形状；或

三角形的横截面形状。

7.根据权利要求1所述的流动控制装置，其中，所述流动影响器装置是触须，所述触须被构造为，基于所述至少一个特性，通过影响流体流到所述出口开口的方向，(i)允许流体流入所述湍流区，所述湍流区在所述腔中是涡流区；以及(ii)影响流体流到所述腔中的所述出口开口。

8.根据权利要求1所述的流动控制装置，其中，所述流动影响器装置被构造为，在第一位置限制流体流动，而在第二位置允许流体流动。

9.根据权利要求8所述的流动控制装置，其中，所述流动影响器装置被构造为，在所述第一位置响应于具有所述至少一个特性的第一值的流体，至少部分地限制流体流到所述出口开口，且响应于具有流体的所述至少一个特性的第二值的流体，移动到所述第二位置以允许流体流到所述出口开口。

10.根据权利要求9所述的流动控制装置，其中，所述流动影响器装置是转向器，且包括将所述转向器与所述腔连结的挠性构件；

其中，所述转向器被构造为引起流体流入所述湍流区，所述湍流区是散发涡流区；

其中，所述挠性构件被构造为，响应于具有所述至少一个特性的所述第二值的流体，通过耦合至流入所述散发涡流区的流体而改变位置。

11.根据权利要求8所述的流动控制装置，其中，所述腔包括：

涡流腔，所述出口开口位于所述涡流腔中；

第一通道，与所述涡流腔流体连通，用于将流体引入所述涡流腔的涡流区；以及

第二通道，与所述涡流腔流体连通，用于将流体引向所述出口开口，

其中，所述流动影响器装置是触须，所述触须被构造为，响应于具有所述至少一个特性的第一值的流体处于所述第一位置，且响应于具有所述至少一个特性的第二值的流体处于所述第二位置。

12.根据权利要求11所述的流动控制装置，其中，所述触须在第一位置被构造为限制流体流过所述第一通道；且其中，所述触须在第二位置被构造为允许流体流过所述第一通道。

13.根据权利要求11所述的流动控制装置，其中，所述触须连结到所述涡流腔的壁，所述触须被构造为，沿第一方向限制流体流动，而沿与所述第一方向相反的第二方向允许流体流动。

14.根据权利要求11所述的流动控制装置，其中，所述涡流腔包括至少一个叶片元件，所述至少一个叶片元件被设置成至少部分地围绕所述出口开口。

15.根据权利要求14所述的流动控制装置，其中，所述至少一个叶片元件是所述触须。

16.根据权利要求14所述的流动控制装置，其中，所述触须连结到所述至少一个叶片元件的壁。

17.根据权利要求1所述的流动控制装置，其中，所述流路是由所述腔的至少一部分形成的相互交错的流路；

其中，所述流动影响器装置是触须，所述触须至少部分地延伸至所述相互交错的流路内，所述触须被构造为，当流体的所述至少一个特性处于第一范围中时，增加所述相互交错的流路的至少一部分上的压降，当流体的所述至少一个特性处于第二范围中时，保持所述相互交错的流路的至少一部分上的基本上恒定的压降。

18.一种能够被设置在井眼中的流动控制装置，所述流动控制装置包括：

流动影响器装置，位于腔中，所述流动影响器装置被构造为，当流体流动的雷诺数处于第一范围中时，通过影响沿第一方向的流体流动，来控制地层和管路之间的流体的流动，而当流体流动的雷诺数处于与所述第一范围不同的第二范围中时，通过影响沿第二方向的流体流动，来控制地层和管路之间的流体流动。

19.根据权利要求18所述的流动控制装置，其中，所述腔包括：

出口开口；

入口，位于所述腔的第一端；以及

第二出口开口，位于所述出口开口和所述腔的第二端之间；

其中，所述流动影响器装置是转向器，所述转向器位于所述入口和所述出口开口之间，所述转向器被构造为，引起流体流入湍流区，并在所述转向器和所述腔的所述第二端之间产生低压区域，所述湍流区是涡流区；

其中，所述第一方向朝向所述出口开口，所述第二方向朝向所述第二出口开口。

20.根据权利要求18所述的流动控制装置，其中，所述流动影响器装置是涡流引发装置，所述涡流引发装置被构造为引起流体流入湍流区，所述湍流区是涡流区，所述涡流区具有基于流体流动的雷诺数的结构；

其中，所述腔包括：

出口开口；

端口，与所述涡流引发装置相比，所述端口被设置成更靠近所述出口开口；以及

隧道，被构造为将压力从接近所述涡流区的区域连通性地耦合至所述端口；

其中，所述端口处的压力被配置成影响沿所述第一方向或沿所述第二方向的流体流动，所述第一方向对应于流入所述出口开口的第一角度，所述第二方向对应于流入所述出口开口的第二角度。

21.根据权利要求18所述的流动控制装置，其中，所述流动影响器装置是触须，且所述腔包括出口开口；

其中，所述第一方向对应于一流路，所述流路被构造为允许流体流入湍流区，所述湍流区在所述腔中是涡流区；

其中，所述第二方向对应于第二流路，所述第二流路被构造为影响流体流向所述腔中的所述出口开口而不流入所述涡流区。

22.根据权利要求18所述的流动控制装置，其中，所述流动影响器装置被构造为基于所述雷诺数和下列至少其中之一来控制所述地层和所述管道之间的流体流动：

流体密度；

流体速度；或

流体粘度。