CN104011322A - 具有临时性密封物质的井下流体流控制系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种井下流体流控制系统(100)。所述井下流体流控制系统(100)包括具有内部流动路径(134)的控流部件(122)，临时性密封物质(136)设置在内部流动路径(134)内。在所述井下流体流控制系统(100)的在井中的安装期间，临时性密封物质(136)防止流体流通过控流部件(122)，这防止内部流动路径(134)的堵塞或阻塞。在安装之后，临时性密封物质(136)在暴露于井中的水时降解，这允许流体流通过控流部件(122)和因此流体流控制系统(100)的正确操作。

Description

具有临时性密封物质的井下流体流控制系统及其使用方法

技术领域

本发明大体上涉及与在地下井中进行的操作相结合使用的设备，并且具体地涉及具有临时性密封物质的井下流体流控制系统及其使用方法。

背景技术

将参照从例如含烃地下地层生产流体来描述本发明的背景，但这不限制本发明的范围。

在穿过含烃地下地层的井的完井期间，生产油管和各种完井设备被安装在井中以实现地层流体的安全和有效生产。例如，为了防止来自未固结的或松散地固结的地下地层的颗粒材料的生产，某些完井包括邻近一个或多个所需生产层段定位的一个或多个防砂筛管组件。在其它完井中，为了控制生产流体进入生产油管的流动或注入流体离开生产油管的流动，通常的作法是在油管管柱内安装一个或多个控流装置。

最近，已经进行尝试，以在需要控砂的完井内利用流体控流装置。例如，在某些防砂筛管中，在生产流体流过过滤介质之后，流体被导向到控流部段内。控流部段可包括一个或多个控流部件，例如流量管、喷嘴、迷宫等。通常，通过这些控流筛管的生产流量在安装之前通过控流部件的数量和设计来固定。

然而，已经发现，在这样的控流筛管的安装期间，控流部件可能由于井筒中钻探泥浆或其它流体或碎屑的存在而变得堵塞或阻塞。如果这样的堵塞剂变得卡在控流筛管的控流部件中，那么该控流部件的控流能力可能被削弱。此外，如果这样的堵塞剂变得卡在控流筛管的多个控流部件中，那么整个筛管单根可能是无用的。

因此，出现了对操作用于控制地层流体的流入和/或注入流体的流出的井下流体流控制系统的需求。此外，出现对可结合到控流筛管的这样的井下流体流控制系统的需求。此外，出现对在安装期间不易变得堵塞或阻塞的井下流体流控制系统的需求。

发明内容

本文所公开的本发明包括用于控制地层流体的流入和/或注入流体的流出的井下流体流控制系统。此外，本发明的井下流体流控制系统可操作而结合到控流筛管中。此外，本发明的井下流体流控制系统在安装期间不易变得堵塞或阻塞。

在一个方面，本发明涉及井下流体流控制系统。该井下流体流控制系统包括具有内部流动路径的控流部件。临时性密封物质设置在内部流动路径内。临时性密封物质防止流体流通过控流部件。

在一个实施例中，临时性密封物质为可降解的聚合物，例如，多糖、甲壳质、脱乙酰壳多糖、蛋白质、脂族聚酯、聚丙交酯、聚乙交酯、聚(ε-己内酯)、聚羟基丁酸酯、聚(酸酐)、脂族聚碳酸酯、聚原酸酯、聚氨基酸、聚环氧乙烷或聚磷腈。在另一个实施例中，临时性密封物质为聚乳酸、聚丙交酯的立体异构体或聚苯基丙交酯。在又一个实施例中，临时性密封物质在暴露于井中的水源时降解。例如，水源可以是水合有机或无机化合物。水源可以在将井下流体流控制系统定位在井中之前存在于井中，或者水源可以在将井下流体流控制系统定位在井中之后被引入井中。

在另一方面，本发明涉及控流筛管。控流筛管包括基管，基管具有内部通路、无孔管部段和有孔部段。过滤介质定位在基管的无孔管部段周围。壳体定位在基管周围以限定在过滤介质和内部通路之间的流体路径。至少一个控流部件设置在所述流体路径内。控流部件具有内部流动路径。临时性密封物质设置在内部流动路径内。临时性密封物质防止流体流通过控流部件，直到临时性密封物质在暴露于井中的水源时降解为止。

在又一方面，本发明涉及井下流体流控制方法。该方法包括：提供包括控流部件的井下流体流控制系统，控流部件具有内部流动路径，在内部流动路径内设置有临时性密封物质，以防止流体流通过控流部件；将井下流体流控制系统定位在井中；以及使临时性密封物质降解，从而允许流体流通过控流部件。该方法也可包括使临时性密封物质暴露于井中的水以使临时性密封物质降解，或者使临时性密封物质暴露于井中升高的温度以使临时性密封物质降解。

附图说明

为了更完全地理解本发明的特征和优点，现在参考本发明的详细描述和附图，其中不同图中的对应数字指代对应部分，并且其中：

图1是根据本发明的一个实施例的操作多个井下流体流控制系统的井系统的示意图；

图2A-2B是具体化在本发明的控流筛管中的井下流体流控制系统的连续的轴向部段的四分之一剖视图；

图3是根据本发明的一个实施例的控流筛管的井下流体流控制系统的俯视图，其中外部壳体被移除；

图4是根据本发明的一个实施例的井下流体流控制系统的俯视图，该图描绘为处于安装构型，而控流部件的外部元件被移除；以及

图5是根据本发明的一个实施例的井下流体流控制系统的俯视图，该图描绘为处于喷射或生产构型，而控流部件的外部元件被移除。

具体实施方式

虽然在下文详细讨论本发明的各种实施例的制作和使用，但应当理解，本发明提供可在各种特定语境中体现的许多可应用的发明概念。本文中讨论的特定实施例仅仅是示例性地说明制作和使用本发明的特定方式，并且不限制本发明的范围。

首先参看图1，图中描绘了包括具体实施了本发明的原理的多个井下流体流控制系统的井系统，其被示意性地示出和大体上标示为10。在图示实施例中，井筒12延伸通过各种地层。井筒12具有大体上竖直的部段14，在其上部内具有用水泥固定的套管柱16。井筒12还具有延伸通过含烃地下地层20的基本上水平的部段18。如图所示，井筒12的大体上水平的部段18是裸眼井。

油管管柱22定位在井筒12内并且从表面延伸。油管管柱22提供用于使地层流体从地层20行进到表面的导管。在其下端处，油管管柱22联接到已装入井筒12的完井管柱，并且将完井层段分成邻近地层20的各个生产层段。完井管柱包括多个流体流控制系统24，每个流体流控制系统定位在一对封隔器26之间，封隔器26在完井管柱和井筒12之间提供流体密封，从而限定生产层段。在图示实施例中，流体流控制系统24起到将颗粒物质从生产流体流中滤除的作用。此外，每个流体流控制系统24具有控流部段，该控流部段可操作用于在井操作的生产阶段期间控制生产流体流的流动，并且也可操作用于在井操作的处理阶段期间控制注入流体流的流动。

如下文更详细地说明的，控流部段包括具有内部流动路径的控流部件。内部流动路径优选地包括相对窄的通道，该通道被设计成提供所需的生产和注入流控制。在下入和安装期间，随着完井管柱被降下和移动进入井筒12内的所需位置，钻探泥浆或其它井筒流体中的固体颗粒或其它碎屑通常可能流过控流部件，导致控流部件的堵塞或阻塞的可能性。在本发明中，临时性密封物质设置在控流部件的内部流动路径内，这防止流体流通过控流部件，并且因此防止其堵塞或阻塞。

尽管图1描绘了在裸眼井环境中的本发明的流体流控制系统，但本领域的技术人员应当理解，本发明同样地很适合在套管井中使用。另外，尽管图1描绘了在每个生产层段中有一个流体流控制系统，但本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的原理的情况下，在生产层段内可采用多个本发明的流体流控制系统。此外，尽管图1描绘了本发明的流体流控制系统在井筒的水平部段中，但本领域的技术人员应当理解，本发明同样地很适合在具有其它方向构型的井中使用，这些井包括竖直井、斜井(deviatedwell)、斜直井(slanted well)、多分支井等。因此，本领域的技术人员应当理解，诸如上方、下方、上部、下部、向上、向下、左、右、井上、井下等的方向性术语的使用与附图中所描绘的示意性实施例相关，向上方向为朝向对应附图的顶部，而向下方向朝向对应附图的底部，井上方向朝向井的地表，而井下方向朝向井的底部。

接下来参看图2A-2B，图中描绘了根据本发明的流体流控制系统的连续的轴向部段，其代表性地示出和大体上标示为100。流体流控制系统100可以适当地联接到其它类似的流体流控制系统、生产封隔器、定位短管、生产管或其它井下工具，以形成如上所述的完井管柱。流体流控制系统100包括基管102，基管102具有无孔管部段104和有孔部段106，有孔部段106包括多个生产端口108。定位在无孔管部段104的井上部分周围的是筛管元件或过滤介质112，例如，绕丝筛管、编织丝网筛管、预充填筛管(prepackedscreen)或类似部件，其带有或不带有定位在其周围的外护套，被设计用以允许流体流过，但防止预定尺寸的颗粒物质流过。然而，本领域的技术人员应当理解，本发明不一定具有与其相关联的过滤介质，因此，与流体流控制系统100相关联的过滤介质的精确设计对于本发明不是关键的。

定位在过滤介质112的井下方位的是筛管接口壳体114，其与基管102形成环空116。牢固地连接到筛管接口壳体114的井下端的是控流壳体118。在其井下端处，控流壳体118牢固地连接到支撑组件120，支撑组件120牢固地联接到基管102。流体流控制系统100的部件的各种连接可以以任何合适的方式进行，包括焊接、螺纹连接等以及通过使用诸如销、定位螺钉等的紧固件。尽管已将管状构件的特定布置描述和描绘为形成流体流控制系统100，但本领域的技术人员应当理解，可以使用其它数量和布置的管状构件。

定位在支撑组件120和控流壳体118之间的是多个控流部件122，在图2B中只能看到其中一个。在图示实施例中，控流部件122以90度的间隔围绕基管102周向分布，使得提供了四个控流部件122。尽管已描述和描绘了控流部件122的特定布置，但本领域的技术人员应当理解，可以使用其它数量和布置的控流部件122。例如，可以使用更多或更少数量的以均匀或不均匀的间隔沿周向分布的控流部件。附加地或替代地，控流部件122可以沿基管102纵向分布。

在图示实施例中，每个控流部件122由内控流元件124和外控流元件126形成。内控流元件124具有开口128，开口128与基管102的开口108中的一个对齐。尽管已描绘和描述了两件式控流部件，但本领域的技术人员将认识到，本发明的控流部件可由均小于或大于两个的不同数量的元件形成，包括单一元件设计。在图示实施例中，在基管102和控流壳体118之间形成环形区域130。此外，基管102包括内流动路径132。如下文更详细地讨论的，在内控流元件124和外控流元件126之间形成有内部流动路径134。根据通过控流部件122的所需流动特性，内部流动路径134可包括相对窄的通道，其可能在完井管柱的下入和安装期间易于被井筒固体或碎屑堵塞或阻塞。为了防止这种结果，本发明利用设置在内部流动路径134内的临时性密封物质136来防止流体流在完井管柱的下入和安装期间通过控流部件122。此外，图示实施例包括在控流部件122和控流壳体118之间的区域138中的临时性密封物质136，其在完井管柱的下入和安装之前和期间提供对控流部件122的增加的保护。尽管临时性密封物质136被描绘和描述为设置在内部流动路径134和间隙138内，但本领域的技术人员应当注意的是，临时性密封物质136也可根据需要设置在过滤介质112之内或之上，以临时防止流体流通过其中或在基管102内，或者防止这两种情况。

接下来参看图3，流体流控制系统100的控流部段被代表性地示出。在图示部分中，支撑组件120牢固地联接到基管102。支撑组件120可操作以接纳和支撑四个控流部件122。图示的控流部件122每个由内控流元件124和外控流元件126形成，在内控流元件124和外控流元件126之间形成流体流动路径134(参见图2B)。支撑组件120围绕基管102定位，使得开口128将与基管102的开口108周向地且纵向地对齐(参见图2B)。支撑组件120包括多个通道，用于在控流部件122和环形区域130之间导向流体流。具体而言，支撑组件120包括多个纵向通道142和多个周向通道144。纵向通道142和周向通道144一起提供通路，以用于在控流部件122的流体端口146和环形区域130之间的流体流。

接下来参看图4，流体流控制系统100的控流部段代表性地示出为在井操作的安装阶段期间。在图示示例中，外控流元件已从控流部件122中的一个移除，以有助于本发明的描述。如图所示，控流部件122每个由内控流元件124和外控流元件126形成。控流部件122各自具有流体流动路径134，其包括一对流体端口146、涡旋室148和开口128。此外，控流部件122具有在涡旋室148中的多个流体导向器150。在涡旋室148还设有临时性密封物质136，其可以在液体或浆料状态下被注入控流部件122中，然后被允许硬化成填充涡旋室148的固体。在包括流体流控制系统100的完井管柱的下入和安装期间，临时性密封物质136阻塞流体流通过控流部件122。

在包括流体流控制系统100的完井管柱安装之后，临时性密封物质136在暴露于地下井环境时降解。例如，临时性密封物质136而在暴露于井中的高温下的水时可能降解。在一个实施例中，临时性密封物质136为可降解的聚合物，例如，多糖、甲壳质、脱乙酰壳多糖、蛋白质、脂族聚酯、聚丙交酯、聚乙交酯、聚(ε-己内酯)、聚羟基丁酸酯、聚(酸酐)、脂族聚碳酸酯、聚原酸酯、聚氨基酸、聚环氧乙烷或聚磷腈中的一种或多种。临时性密封物质136可包括增塑剂、聚乳酸、聚丙交酯或聚苯基丙交酯。

临时性密封物质136可以在存在水合有机或无机化合物固体的情况下降解，该固体可由流体流控制系统100携带或作为完井管柱的一部分，使得在安装之后在井中可得到水源。例如，水合的有机或无机化合物可设置在过滤介质112中或由过滤介质112承载。或者，诸如水溶液的水源可在安装之后经由完井管柱的内部被递送至临时性密封物质136。作为另一替代方案，诸如钻探泥浆或其它井筒流体或地层水中的井中已有的水源可用来使临时性密封物质136降解。

一旦临时性密封物质136已被降解和从涡旋室148移除，如在图5中最清楚地看到的，控流部件122就可以进行其控流操作。例如，在井操作的处理阶段期间，可将来自地表的处理流体在基管102的内流动路径132中向井下泵送(参见图2A-2B)。处理流体接着通过开口128进入控流部件122并且穿过涡旋室148，在涡旋室中，所需的流动阻力被施加到流体流，以实现所需的穿过其中的压降和流量。在图示示例中，进入涡旋室148的处理流体在通过流体端口146离开之前主要在涡旋室148内沿径向方向行进，而几乎不在涡旋室144内盘旋，并且不经历相关联的摩擦和离心损失。因此，穿过控流部件122的注入流体几乎不遭受阻力，并且相对不受阻碍地穿过其中，从而能够以比生产情景中低得多的压降来实现高得多的流量。流体接着行进到基管102和控流壳体118之间的环形区域130中，然后进入环空116并穿过过滤介质112，以注入周围地层中。

作为另一示例，在井操作的生产阶段期间，流体从地层通过流体流控制系统100流入生产油管中。生产流体在由过滤介质112(如存在)过滤之后流入环空116中。流体接着在进入控流部段之前行进到基管102和控流壳体118之间的环形区域130中。流体接着进入控流部件122的流体端口146中，并且穿过涡旋室148，在涡旋室，所需的流动阻力被施加到流体流，以实现所需的穿过其中的压降和流量。在图示示例中，进入涡旋室148的生产流体主要沿切向方向行进，并且在最终通过开口128离开之前将借助于流体导向器150而围绕涡旋室148盘旋。围绕涡旋室148盘旋的流体将经受摩擦损失。此外，切向速度产生阻碍径向流动的离心力。因此，穿过控流部件122的生产流体遭遇显著的阻力。然后，流体通过开口128被排放到基管102的内流动路径132，以便生产到地表。尽管已描绘和描述了通过控流部件122的特定流体流动路径134，但本领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明的原理的情况下，根据诸如所需流量、所需压降、生产流体的类型和组成等的因素，控流部件内的流体流动路径可具有备选设计。

虽然本发明已参照示例性实施例进行了描述，但这种描述并非意图在限制性意义上被理解。在参考描述之后，本发明的示例性实施例以及其它实施例的各种修改和组合对于本领域的技术人员将显而易见。因此，希望所附权利要求书涵盖任何此类修改或实施例。

Claims (24)

1.一种井下流体流控制系统，包括：

控流部件，所述控流部件具有内部流动路径；以及

临时性密封物质，所述临时性密封物质设置在所述内部流动路径内，所述临时性密封物质防止流体流通过所述控流部件。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述临时性密封物质还包括可降解的聚合物。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述可降解的聚合物选自如下物质所组成的组：多糖、甲壳质、脱乙酰壳多糖、蛋白质、脂族聚酯、聚丙交酯、聚乙交酯、聚(ε-己内酯)、聚羟基丁酸酯、聚(酸酐)、脂族聚碳酸酯、聚原酸酯、聚氨基酸、聚环氧乙烷和聚磷腈。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述临时性密封物质还包括聚乳酸。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述临时性密封物质还包括聚丙交酯的立体异构体。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述临时性密封物质还包括聚苯基丙交酯。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述临时性密封物质在暴露于井中的水源时降解。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述水源包含水合的有机或无机化合物。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述水源在将所述井下流体流控制系统定位在所述井中之前存在于所述井中。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述水源在将所述井下流体流控制系统定位在所述井中之后被引入所述井中。

11.一种用于定位在地下井中的控流筛管，所述控流筛管包括：

基管，所述基管具有内部通路、无孔管部段和有孔部段；

过滤介质，所述过滤介质定位在所述基管的所述无孔管部段周围；

壳体，所述壳体定位在所述基管周围，在所述过滤介质和所述内部通路之间形成流体路径；

至少一个控流部件，所述控流部件设置在所述流体路径内，所述控流部件具有内部流动路径；以及

临时性密封物质，所述临时性密封物质设置在所述内部流动路径内，所述临时性密封物质防止流体流通过所述控流部件，直到所述临时性密封物质在暴露于所述井中的水源时降解为止。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述临时性密封物质还包括可降解的聚合物。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述可降解的聚合物选自如下物质所组成的组：多糖、甲壳质、脱乙酰壳多糖、蛋白质、脂族聚酯、聚丙交酯、聚乙交酯、聚(ε-己内酯)、聚羟基丁酸酯、聚(酸酐)、脂族聚碳酸酯、聚原酸酯、聚氨基酸、聚环氧乙烷和聚磷腈。

14.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述临时性密封物质还包括聚乳酸。

15.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述临时性密封物质还包括聚丙交酯的立体异构体。

16.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述临时性密封物质还包括聚苯基丙交酯。

17.一种在地下井中安装井下流体流控制系统的方法，所述方法包括：

提供包括控流部件的所述井下流体流控制系统，所述控流部件具有内部流动路径，临时性密封物质设置在所述内部流动路径内以防止流体流通过所述控流部件；

将所述井下流体流控制系统定位在所述井中；以及

使所述临时性密封物质降解，从而允许流体流通过所述控流部件。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，使所述临时性密封物质降解还包括使所述临时性密封物质暴露于所述井中的水。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，使所述临时性密封物质降解还包括使所述临时性密封物质暴露于所述井中升高的温度。

20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述临时性密封物质还包括可降解的聚合物。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述可降解的聚合物选自如下物质所组成的组：多糖、甲壳质、脱乙酰壳多糖、蛋白质、脂族聚酯、聚丙交酯、聚乙交酯、聚(ε-己内酯、聚羟基丁酸酯、聚(酸酐)、脂族聚碳酸酯、聚原酸酯、聚氨基酸、聚环氧乙烷和聚磷腈。

22.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述临时性密封物质还包括聚乳酸。

23.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述临时性密封物质还包括聚丙交酯的立体异构体。

24.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述临时性密封物质还包括聚苯基丙交酯。