CN104011325A - 压力脉冲-初始流动限制器旁通系统 - Google Patents

Abstract

一种在地下井中可变地限制流动的方法，其可包括：阻止通过管柱的侧壁的流动；以及随后响应传输的预定压力信号，选择性地打开一装置。该装置的打开基本上使通过管柱侧壁的流动的阻力减少。用于地下井的流动限制器系统可包括：流动限制器，其阻止通过该系统的流动；压力传感器；以及初始关闭的装置，其响应该传感器检测到的预定压力信号而打开，并由此允许旁通绕过该流动限制器的流动。

Description

压力脉冲-初始流动限制器旁通系统

技术领域

本发明大体涉及一种与地下井结合执行的操作及所利用的设备，且在一个下述实例中，更具体地提供一种流动限制器旁通系统，其响应远程传输的压力脉冲进行操作。

背景技术

人们经常希望限制从被井眼穿透的一个或多个生产层段进入管柱内的流动。然而，在未来某日可能又会希望停止限制进入管柱内的流动，使得进入管柱内的流动相对地不受限制。

由于这个原因及其它原因，应认识到，在地下井中可变地限制流动的技术领域中，持续地需要多种改进方案。

发明内容

在本说明书中提供了多种系统和方法，其为在地下井中可变地限制流动的技术带来了多个改进方案。以下描述了一个实例，其中，当期望不再限制流动时(或至少基本上减少对流动的限制时)，在流动限制器周围的旁通流路被打开。以下还描述了另一实例，其中，在流动最初被流动限制器限制之后，旁通流路被打开。

以下还描述了一种在地下井中可变地限制流动的方法。在一个实例中，该方法可包括：阻止通过管柱的侧壁的流动；以及随后响应传输的预定压力信号，选择性地打开一装置。该装置的打开基本上使通过管柱的侧壁的流动的阻力减少。

以下还描述了一种用于地下井的流动限制器系统。在一个实例中，该系统可包括：流动限制器，其阻止通过该系统的流动；压力传感器；以及最初关闭的装置，其响应该传感器检测到的预定压力信号而打开，并由此允许旁通绕过该流动限制器的流动。

根据对下文中本发明和附图的代表性实施例的详细描述的仔细考虑，这些和其它的特征、优点和益处对本领域技术人员而言将会是显然的，在附图中，相似的元件在不同图中以相同的附图标记示出。

附图说明

图1示出了一种井系统和相关方法的代表性局部剖视图，其能够体现本发明的原理。

图2示出了可变流动限制器系统的按比例放大的代表性剖视图，该系统可以用于图1的井系统和方法中。

图3示出了可变流动限制器系统的另一个实例的代表性局部剖视图。

图4示出了可变流动限制器系统的又一个实例的代表性局部剖视图。

图5示出了可变流动限制器系统的再一个实例的代表性局部剖视图。

具体实施方式

图1中代表性示出的是用于井的系统10和相关方法，其能够体现本发明的原理。如图1所示，系统10中的井眼12具有从套管16向下延伸的大体竖直无套管段14，以及贯穿地层20的大体水平无套管段18。

管柱22(例如生产管柱)被安装于井眼12中。在管柱22中，多个井筛24、可变流动限制器系统25和封隔器26相连。

封隔器26封闭环空28，该环空径向地形成在管柱22和井眼段18之间。如此，可从地层20的多个间隔或层段，经由位于相邻的多对封隔器26之间的环空28的隔离部分来产出流体30。

每一对相邻封隔器26之间设置有井筛24和可变流动限制器系统25，井筛24和可变流动限制器系统25在管柱22中相连。井筛24过滤从环空28流入管柱22内的流体30。可变流动限制器系统25最初限制进入管柱22内的流体30的流动。

在此应注意，井系统10仅是作为能够利用本发明原理的多种井系统的一个实例，如图中示出且在本说明书中描述的。应当清楚地理解，本发明的原理完全不限于图中示出的或在此描述的井系统10或其中部件的任何细节。

例如，并非为了符合本发明的原理，井眼12必须包括大体竖直井眼段14或大体水平井眼段18。流体30并非必须仅从地层20产出，这是因为在其它实例中，流体可被注入至地层内、流体也可既被注入地层又从地层产出、等等。

并非井筛24和可变流动限制器系统25中的每一个必须位于每一对相邻封隔器26之间。也并非必须以单个的可变流动限制器系统25与单个的井筛24结合使用。可以使用任何数量、设置和/或组合方式的这些部件。

并非任何可变流动限制器系统25必须与井筛24一起使用。例如，在注入操作中，注入流体可以通过可变流动限制器系统25流动，而不流经井筛24。

井筛24、可变流动限制器系统25、封隔器26或管柱22的任何其它部件并非必须被设置于井眼12的无套管段14、18中。井眼12的任何区段可下套管或不下套管，且管柱22的任何部分可被设置于井眼的无套管段或套管段中，而符合本发明的原理。

因此应当清楚地理解，本发明描述了如何产生并运用特定实例，但本发明的范围不限于那些实例的任何细节。相反，利用从本发明获取的知识，那些原理可应用于多种其它实例。

本领域技术人员将会认识，能够调节流体30从地层20的每一层段至管柱22内的流动，例如以此防止地层中的水锥(water coning)32或气锥(gasconing)34，这会是有利的。调节井中流动的其它用途包括但不限于平衡来自(或注入至)多个层带的产品、将不期望流体的产出量或注入量减至最小、将期望流体的产出量或注入量增至最大，等等。

以下更充分地描述可变流动限制器系统25的多个实例，其通过限制流动，能够提供上述这些益处(例如由此平衡多个层带间的流动、防止水锥或气锥、限制产油井中例如水或气之类不期望流体的流动，等等)。然而，当不再希望限制流体30的流动时，可将一个或多个平行的旁通流路打开，由此允许流体相对自由地流至(或流出)管柱22中。

现在再参考图2，其代表性地示出可变流动限制器系统25的一个实例的比例放大的剖视图。在该实例中，流体30在流至系统25的外壳36内之前流经井筛24，并由此被过滤。

被保护于外壳36中的是一个或多个通常呈管状的流动限制器38，这些流动限制器限制流体30通过外壳的流动。如果需要的话，也可使用其它类型的流动限制器(例如孔板、弯曲流路、涡流室等等)。本发明的范围不限于流动限制器的任何具体类型、数量或组合方式。

流动限制器38形成多段流路40，这些流路在系统25的外侧上的环空28至内部流动通道42之间延伸，该内部流动通道通过井筛24和系统25的基管44纵向地延伸。基管44可被设置为用于管柱22中的互连，在该情况下，流动通道42也将通过管柱纵向地延伸。

可打开的装置46最初关闭附加流路48，附加流路48与流路40并联。流路40、48为“并联”的，因为这两个流路可各自被用来将流体30从一处引导至另一处，但流体无需在流经一个流路前先流经另一流路(即这些流路不是串连的)。

在图2所示实例中，装置46处在位于外壳36内的基管44中。然而，本发明的范围不限于装置46的任何具体位置。

在装置46被打开之前，经过流路48的流动被阻止。可以使用任何技术打开流路48(例如打开阀门、燃烧某种材料、混合多种材料、等等)。以下描述几种打开流路48的方式，但应清楚地理解，本发明的范围不限于打开流路的任何具体方式。

当流路48被打开时，流体30能够相对不受限制地从井筛24经过流路流动，并流至通道42中。因此，在系统25的内部和外部之间的流动基本上不会被流动限制器38限制，不过因为流动限制器与流路48并联，所以还是会有某种经过这些限制器的流动。然而，这种经过限制器38的流动在装置46被打开后将会达到最小，这是因为流体30将会趋向于较多地流经较少限制的流路48(即阻力最小的路径)。

在图2所示实例中，流路48被形成为贯穿基管44的壁。然而，如果需要的话，其它部位也可用于流路48。

装置46可以包含阀。如果需要的话，可使用电动阀，例如美国专利申请公开号第2010/0175867号(在此通过引用并入该美国专利申请全文)中所描述的任何阀。

系统25还包括压力传感器50。在图2中，传感器50被设置成使得其能够检测通道42中的压力。通过这种方式，预定压力信号可从远程位置(例如地球表面、海底设施、或井中的其它位置等)经由通道42被传输至系统25。在其它实例中，传感器50可被设置成检测环空28或其它井下区域中的压力。

在一个实例中，压力信号可包括多个压力脉冲，这些压力脉冲具有预定的能级、持续时间、数量、频率、振幅、相位、间隔等等。如果需要的话，可以使用任何类型的压力脉冲。

当传感器50检测到预定压力信号时，装置46打开，由此允许流体30通过流路48流动，从而旁通绕过流动限制器38。如上所述，这基本上减少了流体30在管柱22的内部和外部之间流动的限制。

系统25中可设置有控制模块(未示出)，该控制模块例如包括可编程处理器、存储器、供电电源(例如电池井下发电机等等)。该控制模块可以接收来自传感器50的测量值，并且当传感器检测到预定压力信号时(例如当传感器的测量值与存储于控制模块的存储器中的预定模式匹配时等等)，处理器可以使装置46被致动(例如，通过闭合由此连接电源的装置开关等)。

注意，在其它实例中可以不使用控制模块。例如，装置46可响应预定压力信号(例如具有特定振幅、持续时间、频率等的压力信号)而被致动，而不适用单独的控制模块。

在图3中代表性地示出系统25的另一实例，其中，装置46包括射孔弹，当传感器50检测到压力信号时，射孔弹对基管44进行射孔以形成流路48。因此，在装置46被引爆之前，旁通流路48并不存在。

射孔弹包括可燃材料52(例如像HMX、HNS、RDX等的炸药)，当可燃材料被引燃时形成贯穿基管44的流路48。作为另一个实例，材料52可包含铝热剂，铝热剂在燃烧时产生大量热量，由此形成贯穿基管44的流路48。

在图4中代表性地示出系统25的又一实例。在该实例中，装置46包括具有套筒54的阀，该阀最初阻止通过多个流路48的流动。

装置46还包括反应物材料56、58，反应物材料56、58最初由屏障部60隔开。当传感器50检测到预定压力信号时，屏障部60被牺牲，由此允许材料56、58彼此接触。

材料56、58之间的这种接触使装置46的活塞62上的压差增大，从而引起套筒54向上移位(如图4中所示)，由此打开流路48。材料56、58可包含任何当彼此接触时使装置46中的压力增大或温度提高的材料。

在图5中代表性地示出系统25的一部分，其中，装置46呈阀的形式，此阀当压力传感器50检测到预定压力信号60(例如一系列预定压力脉冲等)时打开。传感器50连接至控制器66，该控制器由电源68(例如电池、井下发电机等)供电。控制器66响应传感器50所检测到的信号64，使得阀式装置46致动而打开。

适用于图5的系统25中的阀，在上述美国专利申请公开号第2010/0175867号中有所描述。如果需要的话，可将任何类型的阀用于系统25中的装置46。

在以上描述的系统25的任何其它实例中，控制器66和电源68可用于致动装置46。然而，根据本发明的原理，也可以使用其它工具来控制操作装置46。

现在可充分认识到，以上公开的本发明内容对于在井中可变地限制流动的技术提供了显著的改进方案。上述的系统25允许方便地改变通过系统的流阻(例如系统的内部和外部之间的流阻)。在上述实例中，例如可通过由远程位置传输压力信号64来实现这种改变，而无需介入井内。

以上描述了一种可变地限制地下井中的流动的方法。在一个实例中，该方法可包括：阻止经过管柱22的侧壁的流动，且随后响应被传输的预定压力信号64，选择性地打开装置46。打开装置46基本上使通过管柱22的侧壁的流动的阻力(流阻)减少。

流动基本上可响应装置46的打开，而旁通绕过流动控制器38。

该方法也可以包括检测压力信号64的压力传感器50。

该装置46可包括阀、射孔弹、可燃材料、和/或多种材料，该多种材料响应这些材料彼此接触而增大装置中的压力。

流动可在井中管柱22的内部和外部之间进行。流动可从井筛24到达管柱22的内部。装置46可接收来自井筛24的流体30。

压力信号64可包括多个压力脉冲。

以上还描述了一种用于地下井的流动限制器系统25。在一个实例中，系统25可包括：流动限制器38，阻止通过系统25的流动；压力传感器50；以及最初关闭的装置46，其响应传感器50所检测到的预定压力信号64而打开，且由此允许旁通绕过流动限制器38的流动。

虽然以上描述了多个不同的实例，且每个实例具有特定特征，但应理解，一个实例的具体特征并非必须专门地仅用于该实例。反之，以上所描述的和/或图示的多个特征中的任一个特征可与多个实例中的任一个实例结合，以补充或替代这些实例中的任何其他特征。一个实例的特征与另一个实例的特征并不是互相排斥的。反之，本发明的范围包含多个特征中的任何特征的任何组合。

虽然以上所述的每个实例包括多个特征的一定组合，但应理解，并非必须使用一个实例中的所有特征。反之，可以使用上述多个特征中的任一个，而不使用任何其它某一个或多个特征。

应当理解，本说明书中所描述的不同实施例可被用于各种方向(例如倾斜、颠倒、水平、竖直方向等等)且用于各种设置，而不偏离本发明的原理。所述实施例仅仅作为本发明原理的有效应用的实例，并不限于这些实施例的任何具体细节。

在以上对代表性的实例描述中，为方便起见参照附图使用了方位术语(例如“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等等)。然而，应当清楚地理解，本发明的范围不限于在此描述的任何具体方位。

术语“包括”、“包含”、“含有”、“由……组成”和类似术语在本说明书中是在非限定意义上使用的。例如，若一个系统、方法、设备、装置等被描述为“包含”某个特征或元件，则该系统、方法、设备、装置等可包括该特征或元件，并且也可包括其它特征或元件。相似地，术语“包括”应被认为意味着“包括但不限于”。

当然，本领域技术人员根据对以上所述的本发明代表性实施例的仔细考虑，易于认识到可以对具体实施例进行许多修正、添加、替代、删除和其它改变，且借助本发明的原理可设想这样的改变。因此，前述细节描述应被清楚地理解仅是以说明和实例的方式给出的，本发明的核心和范围仅限于所附权利要求及其等同方案。

Claims (21)

1.一种用于地下井的流动限制器系统，所述系统包括：

流动限制器，其阻止通过所述系统的流动；

压力传感器；以及

初始关闭的装置，其响应所述传感器检测到的预定压力信号而打开，并由此允许旁通绕过所述流动限制器的流动。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述压力信号包括多个压力脉冲。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述流动限制器允许通过所述系统的流动。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，流动在井中管柱的内部与外部之间进行。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述装置包括阀。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述装置包括射孔弹。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述装置包括可燃材料。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述装置包括多种材料，所述多种材料响应所述多种材料彼此的接触，而增大所述装置中的压力。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述流动限制器接收来自井筛的流体。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述装置接收来自所述井筛的流体。

11.一种在地下井中可变地限制流动的方法，所述方法包含：

阻止通过管柱的侧壁的流动；以及

随后响应传输的预定压力信号，选择性地打开一装置，所述装置的打开基本上使通过所述管柱的侧壁的流动的阻力减少。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，流动响应所述装置的打开，而基本上旁通绕过一流动限制器。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括检测压力信号的压力传感器。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述装置包括阀。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，流动在所述井中的所述管柱的内部和外部之间进行。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述装置包括射孔弹。

17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述装置包括可燃材料。

18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述装置包括多种材料，所述多种材料响应所述多种材料彼此的接触，而增大所述装置中的压力。

19.根据权利要求11所述的方法，其中，流动从井筛到达所述管柱的内部。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述装置接收来自所述井筛的流体。

21.根据权利要求11所述的方法，其中，所述压力信号包括多个压力脉冲。