CN104066923B - 流动限制器系统和限制地下井中流动的方法 - Google Patents

Abstract

一种可变地限制地下井中流动的方法可包括：阻止流动通过第一流动路径；以及然后，有选择地打开压力屏障，该压力屏障先前阻止通过另一流动路径的流动。第一和第二流动路径被构造用于平行流。一种用于地下井的流动限制器系统可包括：至少两个构造用于平行流的流动路径；阻止通过一个流动路径的流动的流动限制器；以及阻止通过另一个流动路径的流动的压力屏障。该压力屏障有选择地打开以允许流动通过第二流动路径。

Description

流动限制器系统和限制地下井中流动的方法

技术领域

本发明总的涉及结合地下井使用的设备和执行的操作，在以下描述的一个实例中，具体来说，本发明提供了不需要对井干预的流动限制器旁路系统。

背景技术

人们经常希望从由井筒穿透的一个或多个生产区域将流动限制到管形钻柱内。然而，要在将来的日子停止对流入管形钻柱的流动的限制可能变得是希望的，于是，流入管形钻柱内的流动相对地是不受限制的。

出于该原因和其它原因，将会认识到，在可变地限制地下井中流动的技术领域内，持续不断地需要各种改进。

发明内容

在本发明中，提供对可变地限制地下井中流动的技术领域带来各种改进的系统和方法。下面描述一个实例，其中，当希望不再限制流动(或至少基本上减小对流动的限制)时，围绕流动限制器的旁路流动路径被打开。下面描述另一个实例，其中，在流动限制器首先限制了流动之后，旁路流动路径被打开。

本发明对本技术领域提供可变地限制地下井中流动的方法。在一个实例中，该方法可包括阻止流动通过流动路径；然后，有选择地打开压力屏障，该压力屏障先前阻止通过另一流动路径的流动。诸流动路径被构造用于平行流。

下面还描述用于地下井的流动限制器系统。在一个实例中，该系统可包括至少两个构造用于平行流的流动路径、阻止通过一个流动路径的流动的流动限制器，以及阻止通过另一流动路径的流动的压力屏障。该压力屏障有选择地打开以允许流动通过第二流动路径。

本技术领域内技术人员在仔细考虑下面对本发明代表性实施例的详细描述和附图后，将会明白上述的和其它的特征、优点和益处，附图中，类似的元件在各个图中使用相同的附图标记来表示。

附图说明

图1是可体现本发明原理的井系统和相关方法的代表性的局部剖视图。

图2是可用于图1的井系统和方法的可变流动限制器系统的放大比例的代表性剖视图。

图3是可变流动限制器系统的另一实例的代表性剖视图。

图4是可变流动限制器系统的另一实例的代表性剖视图。

图5是沿图4中线5-5截取的可变流动限制器系统的另一放大比例的代表性剖视图。

图6是可变流动限制器系统的另一实例的代表性剖视图。

图7-9是可用于可变流动限制器系统的压力屏障的实例的代表性剖视图。

具体实施方式

图1中代表性地示出了用于井中的系统10以及可体现本发明原理的相关方法。如图1所示，系统10中的井筒12具有大致垂直的未加外壳的部分14，其从外壳16向下延伸，以及延伸通过地层20的大致水平的未加外壳部分18。

管形钻柱22(诸如生产用管形钻柱)安装在井筒12内。多个井筛网24、可变流动限制器系统25和封隔器26互联在管形钻柱22内。

封隔器26密封住管形钻柱22和井筒部分18之间径向地形成的环腔28。这样，可通过相邻成对的封隔器26之间环腔28的隔绝部分，从地层20的多个间隔或区域中生产出流体30。

定位在各个相邻对的封隔器26之间，井筛网24和可变流动限制器系统25互联在管形钻柱22内。井筛网24过滤从环腔28流入管形钻柱22内的流体30。可变流动限制器系统25首先限制流入管形钻柱22内的流体30的流动。

在这一点上，应该指出的是，附图中图示的井系统10在这里被描述为仅是各种井系统的一个实例，其中，可利用到本发明的原理。应该清楚地理解到，本发明原理根本不限于井系统10或图中所示的或文中描述的部件的任何细节。

例如，对于包括大致垂直井筒部分14或大致水平井筒部分18的井筒12来说，不一定要保持与本发明原理相一致。流体30不一定仅仅从地层20生产出，因为在其它实例中，流体可注入地层内，流体可既注入地层内且又从地层生产出等。

对于每个井筛网24和可变流动限制器系统25不必要让其定位在每个相邻对的封隔器26之间。对于单个可变流动限制器系统25来说，不必要让其结合单个井筛网24来使用。可采用任何数量的这些部件、这些部件的布置和/或组合。

对于任何可变流动限制器系统25来说，不一定要让其与井筛网24一起使用。例如，在注入操作中，注入的流体可流过可变流动限制器系统25，而不也流过井筛网24。

对于井筛网24、可变流动限制器系统25、封隔器26或管形钻柱22的任何其它部件，不一定要让它们定位在井筒12的未加外壳部分14、18内。井筒12的任何部分可加外壳或不加外壳，管形钻柱22的任何部分可定位在井筒的未加外壳或加外壳的部分内，以保持与本发明原理相一致。

因此，应该清楚地理解到，本发明的披露描述了如何编制和使用某些实例，但本发明的范围不限于这些实例的任何细节。相反，这些原理可适用于使用从本发明获得的知识的各种实例中。

本技术领域内技术人员将会明白到，能够调节从地层20各个区域流入管形钻柱22内流体30的流量，以防止地层内出现水锥32或气锥34，这样做是有益的。井中流量调节的其它用途包括但不限于：平衡来自于(或注入到)多个区域的生产、使不需要的流体生产或注入减到最少、使理想流体的生产或注入增到最大等。

下文更加完整描述的可变流动限制器系统25的实例可提供这些益处，其通过限制流动(例如，由此平衡诸区域中的流动，防止形成水锥或气锥，限制油生产井中诸如水或气体之类不理想流体的流动等)来提供益处。然而，当不再希望限制流体30的流动时，可打开一个或多个平行的旁路流动路径，由此允许流体相对不受限制地流入(或流出)管形钻柱22。

现另外地参照图2，图中代表性地示出了可变流动限制器系统25的一个实例放大比例的剖视图。在该实例中，流体30流过筛网24，并在流入系统25的外壳36内之前，由此过滤了流体30。

固定在外壳36内的是一个或多个大致管形的流动限制器38，它们限制流体30流过外壳的流动。如果需要的话，也可使用其它类型的流动限制器(诸如孔板、蜿蜒的流动路径、湍流腔室等)。本发明范围不限于流动限制器的任何特殊类型、数量或组合。

流动限制器38形成流动路径40的各个部分，在系统25外部上的环腔28之间延伸到纵向地延伸通过筛网24和系统25的基管44的内部流动通道42。基管44可构造成用来在管形钻柱22内互连，在该情形中，流动通道42也将纵向地延伸通过管形钻柱。

压力屏障46封闭住平行于流动路径40的附加的流动路径48。流动路径40、48是“平行”的含义在于，它们各可用于将流体30从一个地方传导到另一个地方，但流体在流过另一个地方之前不一定流过一个地方(即，流动路径不是串联的)。

在图2的实例中，一组压力屏障46位于外壳36内的基管44中，另一组压力屏障位于筛网24的基管中。然而，在实践中只有其中一组可被使用，应该清楚地理解到，本发明范围不限于压力屏障46的任何特殊部位。

通过流动路径48的流动被阻止，直到压力屏障46被打开为止。打开流动路径48的任何技术都可被使用(例如，溶解或降解塞子、碎裂该塞子、使烟火材料氧化、打开阀门等)。下面描述打开流动路径48的几种方法，但应该清楚地理解到，本发明范围不限于打开流动路径的任何特殊方法。

当流动路径48打开时，流体30可相对不受限制地从井筛网24流过流动路径并流入通道42内。因此，系统25内部和外部之间的流动基本上不受流动限制器38限制，但由于流动限制器与流动路径48平行，所以将有某些流动流过限制器。然而，该流过流动限制器38的流动会是最小的流量，因为流体30将趋于更多地流过较少限制(例如，最小阻力的路径)的流动路径48。

在图2的实例中，流动路径48形成为通过基管44的壁。然而，如果需要的话，也可使用流动路径48的其它部位。

在图3中，图中示意地示出了系统25的另一实例，其中，流动路径48包括形成在外壳36和外部套筒50之间的环形空间。压力屏障46定位在外壳36内，阻止流体30从井筛网24流过流动路径48。

在图4和5中，压力屏障46定位在外壳36的上端内。在该实例中，流动路径40、48几何上平行(它们在外壳内全都纵向地延伸)，并且在外壳36内彼此圆周地偏离。

在图6中，图中代表性地示出在许多方面类似于图3的实例。在图6实例中，单一环形的压力屏障46定位成堵塞流过外壳36和套筒50之间环形空间的流动。

代表性地图示在图7-9中的是，可用于流动限制器系统25内的各种不同类型的压力屏障46。这些图表明本发明范围不限于系统25内任何特殊类型压力屏障的使用。

在图7中，压力屏障46呈塞子54的形式，塞子包括可溶的或其它形式可降解的材料52。例如，铝可通过与酸接触而溶解，多乳酸可通过与温度提高的水接触而溶解，无水硼可通过与水接触而降解等。任何类型的可溶性或可降解性材料可根据需要用于塞子54中。

如美国专利No.7699101中所描述的，塞子54可通过电流作用而溶解，本文以参见方式引入该专利的全部内容。电流可施加到塞子54上，如果需要的话，加快或减慢塞子的电流作用的溶解。

在图8中，压力屏障46呈爆破圆盘或其它易碎屏障56的形式。易碎屏障56阻塞流过流动路径48的流动，直到预定的压差施加到屏障上，由此致使屏障破裂。按照需要，可使用任何类型的易碎屏障。

在图9中，压力屏障46呈阀58的形式，当预定信号60从发送器62传送到系统25的接收器或传感器64上时，阀58便打开。信号60可以是任何类型的信号(例如，射频、声音、电磁、磁性、化学的信号等)。

传感器64连接到控制器66，由电源68(例如，电池、向下钻进发电机等)向控制器66供电。控制器66致使阀58响应于传感器64探测到的信号60致动而打开。

用于图9的系统25中的合适的阀在美国专利出版物No.2010-0175867中已有描述，本文以参见方式引入该专利的全部内容。按照需要，任何类型的阀可用于系统25中的压力屏障46。

发送器62可被传送到紧靠系统25，例如，通过将发送器封闭在标枪内、有线工具或下落、下降或其它方式位移通过通道42到达系统的其它结构70来传送该发送器。替代地，如果需要的话，信号60可从远处部位(诸如地球表面或井中其它部位)传送。

现在可以完全地认识到，以上披露的发明对可变地限制井中流动的技术领域提供了显著的进步。以上描述的系统25允许方便地改变流过系统的流动阻力(例如，系统内部和外部之间)。在上述实例中，可作出该种变化而不干预到井中。然而，如果需要的话，在其它实例中也可使用干预。

以上描述了可变地限制地下井中流动的方法。在一个实例中，该方法可包括：阻止流动流过第一流动路径40；以及然后有选择地打开先前阻止通过第二流动路径48的流动的压力屏障46。第一和第二流动路径40、48构造成用于平行流。

流动限制器38可允许通过第一流动路径40的流动。

第一和第二流动路径40、48可在井中的管形钻柱22的内部和外部之间传导流动。

第一和第二流动路径40、48可从井筛网24接受流体30。

压力屏障46可包括阀58、可溶性塞子54、可降解的塞子54和/或易碎屏障56。

选择性的打开可包括响应于施加的预定压差来碎裂易碎的屏障56。

选择性的打开可包括通过塞子54与酸接触来溶解塞子54。

选择性的打开可包括通过塞子54与提高温度下的水接触来溶解塞子54。

选择性的打开可包括响应于传送到系统25的传感器64的信号60来打开压力屏障46。该信号60可包括射频信号。

以上还描述了用于地下井中的流动限制器系统25。该系统25可包括构造成用于平行流的至少第一和第二流动路径40、48；阻止通过第一流动路径40的流动的流动限制器38；以及阻止通过第二流动路径48的流动的压力屏障46。压力屏障46有选择地打开，以允许通过第二流动路径48的流动。

尽管以上描述了各种实例，每个实例具有某些特征，但应该理解到，对于一个实例的某一特征来说，不一定要排外地用于该实例中。相反，添加于或替代于这些实例的任何其它特征，以上描述和/或附图中所示的任何特征还可与任何的实例相组合。一个实例的特征与另一实例的特征彼此不排斥。相反，本发明范围包括任何特征的任何组合。

尽管上述每个实例包括特征的某些组合，但应该理解到，一个实例的所有特征不一定要被用到。相反，可使用上述的任何特征，也可不使用任何其它的特殊特征或多个特征。

应该理解到，本文描述的各种实施例可用于各种定向，诸如倾斜的、倒置的、水平的、垂直的等，并可用于各种构造中，而不会脱离本发明的原理。实施例的描述仅是作为本发明原理的有用应用的实例，不限于这些实施例的任何特殊细节。

在以上对代表性实例的描述中，方向性术语(诸如“以上”、“以下”、“上面”、“下面”等)的使用只是为了涉及附图描述的方便。然而，应该清楚地理解到，本发明范围不限于文中所述的任何特殊方向。

术语“包括”、“包括(单数形式)”、“包含”、“包含(单数形式)”以及类似术语在本说明书内用于非限制性的含义。例如，如果系统、方法、装置、器具等被描述为“包括”某些特征或元件，则系统、方法、装置、器具等可包括该特征或元件，并还可包括其它的特征和元件。同样地，术语“包含”被认为意指“包括但不限于”。

当然，本技术领域内技术人员在仔细考虑上述对本发明代表性实施例的描述之后，会容易地认识到，对于具体的实施例可作出许多修改、添加、替代、省略和其它的改变，如此的改变都可由本发明原理构思出来。因此，上述详细描述应被清楚地理解为仅是借助于图示和示例给出的，本发明的精神和范围仅由附后权利要求书和其等价物来予以限定。

Claims (23)

1.一种用于地下井的流动限制器系统，该系统包括：

构造用于平行流的至少第一和第二流动路径，所述第一和第二流动路径在形成于基管和围绕着所述基管的套筒之间的环形空间中延伸，其中所述第一和第二流动路径纵向地穿过所述环形空间延伸相等的距离；

在所述基管和所述套筒之间径向地形成的外壳，其中所述第一流动路径穿过所述外壳而形成，且所述第二流动 路径的至少一部分在所述套筒和所述外壳之间径向地形成；

固定在所述外壳内并阻止通过第一流动路径的流动的流动限制器；以及

阻止通过第二流动路径的流动的压力屏障，该压力屏障能有选择地打开以允许流动通过第二流动路径。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流动限制器允许通过第一流动路径的流动。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一和第二流动路径在井中的管形钻柱的内部和外部之间传导流动。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压力屏障包括易碎的屏障，所述易碎的屏障响应于施加的预定压差而碎裂。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压力屏障包括可溶性塞子。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述塞子响应于与酸的接触而溶解。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压力屏障包括可降解的塞子。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压力屏障响应于传送到系统的传感器的信号而打开。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述信号包括射频信号。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一和第二流动路径从筛网接受流体。

11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压力屏障包括阀。

12.一种可变地限制地下井中流动的方法，该方法包括：

阻止流动通过第一流动路径；以及

然后，有选择地打开压力屏障，该压力屏障先前阻止通过第二流动路径的流动，所述第一和第二流动路径被构造用于平行流，其中，所述第一和第二流动路径在形成于基管和围绕所述基管的套筒之间的环形空间中延伸，所述第一和第二流动路径纵向地穿过所述环形空间延伸相等的距离，其中，固定在外壳内的流动限制器阻止通过第一流动路径的流动；以及其中，所述第二流动路径的至少一部分径向地在所述套筒和所述外壳之间，并相对于所述基管从所述流动限制器径向地向外。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述压力屏障包括阀。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，流动限制器允许通过所述第一流动路径的流动。

15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一和第二流动路径在井中的管形钻柱的内部和外部之间传导流动。

16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述压力屏障包括易碎的屏障，且其中，所述有选择地打开包括响应于施加的预定压差来碎裂所述易碎的屏障。

17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述压力屏障包括可溶性塞子。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述有选择地打开包括通过酸与塞子接触来溶解所述塞子。

19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述有选择地打开包括通过在升高的温度下让水与塞子接触来溶解所述塞子。

20.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述压力屏障包括可降解的塞子。

21.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述有选择地打开包括响应于传送到系统的传感器的信号来打开所述压力屏障。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述信号包括射频信号。

23.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一和第二流动路径从筛网接受流体。