CN104246119A - 绕过流动控制装置的设备、系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于井下工具的旁通组件包括：腔室；与腔室流体连通的第一流体端口；与腔室流体连通的第二流体端口；流动限制器，设置在第一流体端口与第二流体端口之间的第一流动路径中；活塞，能够通过第一流体压力的施加而沿第一方向移动；偏置构件；以及抑制构件，设置为靠近活塞。偏置构件使活塞偏置，以沿与第一方向相反的第二方向移动，且抑制构件由活塞响应预定流体压力而沿第一方向的移动进行驱动。活塞沿第二方向到预定位置的移动构造旁通组件，从而使流体流动沿着第二流动路径围绕流动限制器转向。

Description

绕过流动控制装置的设备、系统和方法

技术领域

概括而言，本发明涉及与地下井一同使用的设备和执行的操作，本发明尤其涉及用于管理流入和流出管体的流体的流动控制装置的应用。

背景技术

在不限制本发明范围的前提下，以下将参照从含烃地层生产流体作为示例而描述本发明的背景。

在从地下井中生产烃类期间，需要大体减少或排除从井中生产的水的生产。例如，可能期望从井中生产的流体具有相对较高的烃类的比例，和相对较低的水的比例。在一些情况下，还期望限制来自井中的烃类气体的生产。

另外，在从被井眼穿透的地层的长区段(interval)中生产流体时，已知的是，沿区段平衡流体的生产可导致减少的水和气体“锥进”，和更多的受控制的一致性，从而增大从区段中生产的油的比例和总量。在过去，为了沿区段平衡生产，流入控制装置(ICDs)已经被使用以限制通过ICDs的生产的流体的流动。例如，在长水平井眼中，在井眼的“脚跟部”附近流动的流体可比在井眼的“脚趾部”附近流动的流体受到更多的限制，以抵消水平井的倾向(tendency)从而使在井的“脚跟部”生产的流量大于在井的“脚趾部”生产的流量。

发明内容

在一个实施例中，一种用于在井下工具中使用的旁通组件包括：腔室；与腔室流体连通的第一流体端口；与腔室流体连通的第二流体端口；流动限制器，设置在第一流体端口与第二流体端口之间的第一流动路径中；活塞，能够通过第一流体压力的施加而沿第一方向移动；偏置构件；以及抑制构件，设置为靠近活塞。偏置构件偏置活塞，使活塞沿与第一方向相反的第二方向移动，且抑制构件由活塞响应预定流体压力而沿第一方向的移动进行驱动。活塞沿第二方向到预定位置的移动构造旁通组件，从而使流体流动沿第二流动路径围绕流动限制器转向。

在一个实施例中，一种在井下工具中使用的流动控制装置包括：流动限制件，设置在第一端口与第二端口之间的第一流动路径中；以及旁通机构，构造为能够响应第一压力在第一位置与第二位置之间移动。当旁通机构在第一位置时，第一端口与第二端口之间的第一流动路径被建立，且当旁通机构在第二位置时，第一端口与第二端口之间的第二流动路径被建立。

在一个实施例中，一种绕过流动限制器的方法包括：使流体流经第一端口与第二端口之间的第一流动路径，其中第一流动路径包括流动限制器；响应施加到可动元件的压力而平移可动元件，其中平移可动元件能打开第一端口与第二端口之间的第二流动路径；以及使流体流经第二流动路径。

这些以及其他特征和特性结合附图和权利要求书从以下详细描述中将被更加清晰地理解。

附图说明

以下将参照附图具体描述本文公开的设备、系统和方法，在附图中：

图1是包括多个流动控制装置的井系统的示意图；

图2A是流动控制装置在第一位置的一实施例的剖视图；

图2B是流动控制装置在第二位置的一实施例的剖视图；

图2C是流动控制装置在第三位置的一实施例的剖视图；

图3是包括喷嘴流动限制器的流动控制装置的一实施例的剖视图；

图4是包括U形弯曲流动限制器的流动控制装置的一实施例的剖视图；

图5是包括环形流管流动限制器的流动控制装置的一实施例的剖视图；

图6是包括螺旋流管流动限制器的流动控制装置的一实施例的剖视图；

图7A是流动控制装置的一实施例的剖视图，该流动控制装置包括处于以第一位置示出的J形槽机构形式的抑制构件；

图7B是图7A的流动控制装置的剖视图，该流动控制装置具有以第二位置示出的J形槽机构；

图7C是图7A的流动控制装置的剖视图，该流动控制装置具有以第三位置示出的J形槽机构；

图8是图7A至图7C中示出的J形槽的俯视图；

图9是用于图7A至图7C的J形槽机构的凸起环的实施例的立体图。

具体实施方式

首先应理解，虽然本文公开了一个或多个实施例的示例性实施，所公开的设备、系统和方法可示例性地用于任意数量的当前技术或现有技术。本发明决非限制于下文示出的示例性实施、附图、和技术，而是可在所附权利要求的范围以及其等同物的完全范围内改变。

某些术语在下文的描述和权利要求中通篇使用，以指代特定的特征或构件。附图不一定是按照比例的。本文中的某些特征和构件能以放大的比例示出或以某种示意的形式示出，且为了清晰和简明，可不示出常用元素的一些细节。

除非另有规定，“连接”、“接合”、“联接”、“附接”或其它任何描述元件之间的相互作用的术语的任何形式和用法均不是意图将这些元件之间的关联限制为直接相互作用，所描述的元件之间也可包括间接相互作用。在下文的论述和权利要求中，术语“包含”和“包括”是用于开放式描述，应理解为“包括但不限于”。对上或下的引用是为了描述的目的，其中“上方”、“上部”、“向上”、或“井上”指的是朝向井眼的地面方向，而“下方”、“下部”、“向下”、或“井下”指的是朝向井的末端方向，与油井的方位无关。本文使用的术语“油带”或“产油带”指的是为了处理或生产而指定的井眼的单独的部分，且可以指整个烃类地层或单个地层的单独部分，例如同一地层的水平和/或竖直隔开的多个部分。在阅读下文多个实施例的详细描述并参照附图后，在本发明的帮助下，上述的多种特征以及下文具体描述的其它特征和特性对于本领域技术人员将是显而易见的。

首先参照图1，其中描绘了示例性井系统10，包括具有大致竖直段14与大致水平段16的井眼12、套管18、管柱20、多个隔开的封隔器22和流动控制装置24、以及地层26。

烃类的生产可通过使含有烃类的流体从地层26流出，进入水平节段16，并通过多个流动控制装置24流入管柱20而实现。在该示例中，流动控制装置24提供了对来自地层26的不需要的物质的过滤，并提供了对从地层输入到管柱20中的流体的测量。封隔器22能够通过提供井眼12的外壁与管柱20之间的密封，沿井眼12将每个单独流动控制装置24隔离到不同的油带或区段中。

流经管柱20的流体的摩擦效应会导致设置在水平节段16中的管柱20的井上节段中的流体压力损失增大。该压力损失导致管柱20的设置在水平节段16中的井上节段与地层26之间的压差的增大，压差增大进而导致进入管柱20的井上节段的更高的流速。因此，将每个流体控制装置24隔离允许对每个流体控制装置24的测量能力进行修改，从而导致流入管柱20的每个节段的流量更加均匀。例如，井上的流动控制装置24可包括较大的流动限制件，以抵抗迫使流体进入流动控制装置的更大的压差。

虽然图1描绘了打开且未下套的水平节段16中的多个流动控制装置24，应理解的是这些流动控制装置同样适合用于下套的井眼中。例如，当将处理化学物(例如酸)注入到下套井眼的穿孔中时，这些流动控制装置24和封隔器22可用于流动控制的目的。而且，虽然图1将流动控制装置24描绘为每一个都被封隔器22隔离，应理解的是，任何数量的流动控制装置24可一起形成群组并被封隔器22隔离，而不背离本发明的原理。此外，虽然图1描绘了在水平井眼16中的流动控制装置24，还应理解的是，流动控制装置同样适用于具有其它方向构造的井眼，包括竖直井眼、偏移井眼、斜井眼、多分支井眼等。

在锥进导致的井中的水或气体生产开始之后，有时期望减少ICDs产生的任何流动限制，以使生产最大化。因此，虽然可期望ICDs延迟水或气体的生产开始的时间点，在该时间点之后会需要更高的进入井中的流量，以从周围地层中抽取任何剩余烃类。所以，本文公开了当在井中已经将ICDs安装在井下之后，快速且有效地绕过这些ICDs而不需要物理干预进入井中的设备和方法。

虽然可使用多个机构，应认识到流动控制装置可包括在井下工具中使用的旁通组件，该井下工具可用于如绕过ICD等流动限制件。旁通组件可包括可动元件，可动元件可构造为响应从第二端口输入的第一流体压力的施加而移动。旁通组件还可包括抑制构件，抑制构件构造为抑制可动元件使其不被驱动，直到可动元件被施加阈值以上的预定流体压力。活塞到预定位置的移动，可使流体流动沿第二流动路径围绕流动限制件转向，从而能够绕过流动限制件而不需要机械干涉进入井中。在一个实施例中，第二流动路径可在第一端口与第二端口之间的流体流动中具有较小的压降。因此，旁通组件可构造为使得流体能够沿第一流动路径生产，响应流体压力而使可动元件平移，且其后沿第二流动路径生产流体。类似地，旁通组件可构造为以第一压降生产流体，响应流体压力使可动元件平移，且其后以不同于第一压降的第二压降生产流体。

在一个实施例中，包括旁通组件的多个流动控制装置可与设置在井眼中的多个流动限制件一同使用。在该实施例中，旁通组件中的一个或多个可构造为响应高于阈值的第一压力的施加而驱动可动元件。该一个或多个旁通组件可构造为当维持第一压力时，平移可动元件并阻止流体流经旁通组件。这会使得所有旁通组件能够沿井眼的长度被驱动，直到其后压力下降，且旁通组件重新构造为使流体流动沿第二流动路径围绕流动限制件转向。虽然仅有一部分旁通组件可响应阈值以上的第一压力而驱动，一个或多个额外的旁通组件可响应阈值以上的第二压力而被驱动，其中第二压力大于第一压力。

现在参照图2A，其中描绘了流动控制装置100的一个实施例的剖视图，流动控制装置100适合于作为上文参照图1描述的流动控制装置24使用。概括而言，流动控制装置100包括管道或管状构件102、过滤器104、第一端口106、外壳108、具有流体通道112的流动限制器110、具有第一侧116和第二侧118的活塞114、剪切构件124、以及偏置构件126。

管状构件102包括能够用于井下且能够连通处于高压的流体的任意管状构件。管状构件102形成上文参照图1描述的可被绕过的管柱20的一部分。管状构件102包括内部流体通路102a，流体可通过内部流体通路102a沿井上和井下方向都进行输送，还包括至少一个径向方向的第二端口122，第二端口122延伸穿过管状构件102的壁。

外壳108包括环形构件，该环形构件设置为围绕管状构件102并形成环形腔室108c，外壳108还包括柱形外部108a以及从柱形外部108a径向延伸且固定到管状构件102的外表面的凸缘部108b。外部108a和凸缘108b共同限定外壳108与管状构件102之间的腔室108c。第三端口128提供井眼12与腔室108c之间的流体连通。内部凸缘108d与凸缘108b相对，靠近过滤器104，并且从外部108a径向延伸到腔室108c中，且如下文将更详细描述地限定第一端口106的一部分。

流动限制器110是围绕管状构件102设置的环形构件。在该实施例中，限制器110具有长形的管状部110a和从管状部110a径向延伸的凸缘部110b。管状部110a固定到管状构件102。凸缘部110b的径向最外表面包括凹槽110c，环形密封件120a保持在凹槽110c中。而且在流动限制器110的该实施例中，至少一个流体通道112沿轴向延伸穿过管状部110a。

活塞114是围绕管状构件102设置的另一构件，且适配为与外壳108和管状构件102滑动接合。活塞114包括长形的外部114a、下凸缘部114b、以及与下凸缘部相对的上凸缘部114c。下凸缘部114b从外部114a向内延伸且保持环形密封件120b和120c，环形密封件120b和120c分别密封接合外壳108的内表面和管状构件102的外表面。下凸缘部106b还包括设置为靠近第二端口122的第一侧116和设置为靠近剪切构件124的第二侧118。上凸缘部114c包括面向内部的密封表面，用以与保持在流动限制器110的凹槽110c中的密封件120a密封接合。环形密封件120b和120c将腔室108c划分为两部分，其中一部分包含第一端口106、流动限制器110、第二端口122以及活塞的第一侧116，而另一部分包含剪切构件124、偏置构件126、以及第三端口128。

在该实施例中，剪切构件124是设置在腔室108c中且延伸到管状构件102的壁中的销。剪切构件124位于活塞114的第二侧118与偏置构件126之间。剪切构件124的纵轴线垂直于管状构件102的纵轴线。而且，剪切构件124固定在管状构件102中的孔124a中。

偏置构件126可包括压缩弹簧，该压缩弹簧设置为围绕腔室108c中的管状构件102，且起始时被剪切构件124抑制在压缩状态而不能移动。而且，偏置构件126产生对剪切构件124的偏置力。剪切构件124和偏置构件126设计为使得剪切构件能够经受偏置力而不进行剪断。而且，虽然图2B将偏置构件126描绘为弹簧，任意适当的偏置机构(例如盘簧、扭力弹簧、气弹簧、弹性构件等)均可如本文描述地提供对活塞114的力。

在常规操作期间，当经由井系统生产烃类时，管状构件102中的压力会低于周围地层26中的流体的压力。此时，活塞114设置在图2A示出的第一位置，其中第二侧118作用于剪切构件124且上凸缘部114c与流动限制器110的密封件120a密封接合。在该构造中，由于该压差，建立了流动路径130，其中流体从周围地层进入过滤器104，以去除任何夹带的沙子或其它的岩屑和颗粒中的至少一部分。图2A示出的过滤器104是所谓的“绕丝”型，其中的丝线围绕管道102紧密地螺旋缠绕，每次丝线的缠绕之间的间隔设计为允许流体经过但不允许沙子或大于特定尺寸的其它岩屑经过。也可使用其它类型的过滤器，例如烧结型、网型、预充填型、可膨胀型、狭缝型、穿孔型等。

在过滤后，流体通过第一端口106进入流动控制装置100，然后经过流动限制器110的流体通道112，流体通道112在进入流动限制器的流体与离开流动限制器的流体之间产生压降。由于位于流动限制器上的密封件120a密封了流动限制器110和活塞114的接合表面，沿流动路径130经过的流体被阻止而不能围绕流动限制器110流动或绕过流动限制器110。在离开流动限制器110之后，流体随后沿着流动路径130通过第二端口122且进入管状构件102。流动路径130中的流体被环形密封件120b、120c阻止而不能围绕活塞114流动并且不能流出第三端口128，环形密封件120b、120c设置在活塞上，并且密封接合在活塞114与外壳108之间的表面以及活塞与管状构件102之间的表面。

在该特定实施例中，流动限制器110是柱形流管且具有至少一个贯通通道112，贯通通道112大体平行于流动限制器110的纵轴线延伸且直径基本上小于流动限制器110的轴向长度。流体通道112的细长的孔产生流动限制，导致流经其中的流体的压降。而且，流体通道112的直径和长度可在流动控制装置100安装之前进行调整，以实现所需量的流动限制。虽然图2A示出了具有流管型流动限制器110的流动控制装置100，可使用符合本申请陈述的原理的其它流动限制器设计，如下文所描述的。

再次参照图1，在烃类的生产中的某个时间，为了允许更高的流体流速从周围的地层进入管柱20，可有益地绕过流动控制装置100的流动限制器110。例如，为了延迟从地层26进入管柱20的水或气体生产，通常在起始时需要每个独立的流动控制装置24具有统一流速。一旦井系统10已经开始从地层26生产水或气体，来自流动控制装置24的统一测量的流动的优势减小，并且替代的，为了获取留在地层26中的任何剩余烃类，需要增大流量。因此，为了增大从地层26进入管柱20的流速，会需要用于减少流动控制装置24中的流动限制的器件。

现在参照图2B，流动控制装置100设有旁通机构，旁通机构构造为通过将压力信号引入管状构件102，从而使得流动控制装置能够减轻流动限制(且因而增大流体进入量)。具体来说，管状构件102的内部流体通路102a可被加压，使得管状构件102中的流体压力高于周围地层26中的流体的压力。压力的增大导致流体沿与流动路径132相反的方向流动。流动路径132中的流体从内部流体通路102a通过形成在管状构件102中的第二端口122移动到腔室108c中。流体从那里流入流动限制器110的流体通道112。在那之后，在流动路径132中移动的流体通过穿过过滤器104而离开腔室108c并进入井眼12(图1中示出)。

然而，由于流动限制器110产生的压降，进入流动限制器110的流体的压力高于离开流动限制器的流体的压力。因此，来自经由第二端口122进入腔室108c的流体的压力施加到活塞114的凸缘部114b的第一侧116。这个压力迫使活塞114沿抵靠剪切构件124的第一方向移动，剪切构件124响应剪切力而在预定的力时剪断，该剪切力是通过对管状构件102中的流体加压而产生的且由活塞114施加的。剪切构件124可构造为在施加已知的力时被剪断，这样就可以计算需要对管状构件102中的流体施加的压力的量，所以井系统的操作员会大约知道为了将剪切构件124剪断而必须对管状构件102施加怎样的压力。

在将剪切构件124剪断时，活塞114对偏置构件126施加力。来自进入第二端口122的流体的压力会抵抗(conteract)偏置构件126产生的偏置力，迫使偏置构件进行压缩。由于第三端口128使偏置构件126周围的流体能够逃逸到井眼12中，导致偏置构件126周围的流体不会响应活塞114的轴向移动而提供压力。

虽然剪切构件124已经被剪断，且活塞因此能够沿偏置构件126的方向轴向移动(图2B中描绘的由左到右)，但是流动限制器110与活塞114之间的密封件120a阻止流动路径132中的任何流体围绕流动限制器脱离(deviating)。因此，不存在供管状构件102中的较高压力的流体逃逸的最小阻力路径，迫使设置在管状构件102上的所有流动控制装置100中的剪切构件124剪断。这与通常使用在生产管柱中的流动控制装置中的爆破片有所区别，因为一旦一个流动控制装置中的第一爆破片已经破裂，流体就能够绕过流动限制器，且因此为较高压力的流体提供了最小阻力的路径，阻止了沿生产管柱设置的其它流动控制装置中的爆破片的破裂。

现在参照图2C，在将流动控制装置100的剪切构件124剪断之后，操作员会减少管状构件102中的压力，直到产生压差，其中流动控制装置100周围的地层26的流体中存在较高压力而管状构件102中存在较低压力。管状构件102中的减小的压力导致压力的减小，且因此导致作用于活塞114的第一侧116的力减小。作用于第一侧116的减小的力会被偏置构件126产生的偏置力抵消(offset)。较大的偏置力作用于活塞的第二侧118，迫使活塞沿第二方向朝向流动限制器110轴向移动，且当活塞停留在图2C所示的第二位置时，在流动限制器与活塞114之间产生环形空隙138。

由于管状构件102中的流体的压力减小，导致了第二流动路径134。沿第二流动路径134经过的流体首先进入过滤器104，且通过第一端口106流入流动控制装置100。在此之后，流动路径134中的流体通过形成在活塞114与流动限制器110之间的空隙138围绕流动限制器110流动。之后，流动路径134中的流体被引导通过第二端口122且被导入管状构件102的内部流体通路102a。使流动路径134能够围绕流动限制器110脱离，且在该实施例中使流动路径134能够绕过小直径的流体通道112，对流体的流过提供了具有基本上较大截面积的路径，同时对流动提供较小的限制，且为进入第一端口106的流体与离开第二端口122的流体之间提供较小的压降。因此，通过形成和采用较小限制的流动路径134，与图2A的第一流动路径130相比，可通过流动控制装置100产生来自地层26的较高的流体的流速。

为了进一步示出绕过流动控制装置的系统、方法和工具的多个示例性实施例，以下提供了多个额外的实施例。

参照图3，在流动控制装置300的实施例中，喷嘴302固定到管状构件102。喷嘴302包括用于在经过喷嘴302的流体流动中产生压降的中心孔口304。设置在喷嘴302的凹槽中的密封件120a用于在活塞114的上凸缘114c与喷嘴302之间形成密封。流动控制装置300的操作与上文参照流动控制装置100的描述大致相同。

参照图4，在流动控制装置400的这个实施例中，U形弯曲流动限制器402设置为围绕管状构件102。U形弯曲限制器包括固定到管状构件102的凸缘部402a。U形弯曲限制器402还包括U形弯曲部402c，U形弯曲部402c构造为引起流经U形弯曲部402c的流体中的压降。U形弯曲部402c和凸缘部402a均包括供流体流动经过的中心贯穿通道402b。流动控制装置400的操作与上文参照流动控制装置100的描述大致相同。

参照图5，在流动控制装置500的这个实施例中，环形流管502固定到管状构件102的外周。环形管502包含设置在管504中的固体柱形体502a。流体流动可建立在管504与柱形体502a之间的环空中，而薄的环空导致流体流动中的压降。环形流管还包含保持流动限制器密封件120a的凸缘部502b。流动限制器密封件120a密封接合上凸缘114c，迫使在第一端口106与第二端口122之间流动的任何流体流经环形流管502。流动控制装置500的操作与上文参照流动控制装置100的描述大致相同。

参照图6，在流动控制装置600的实施例中，螺旋流管602固定到管状构件102的外周。螺旋流管602包括缸体602a，该缸体具有在其径向端部附近钻出的螺旋流动路径602c。流体流动可通过螺旋流动路径602c建立，导致流体在流经螺旋流管602时流体中的压降。螺旋流管602还包括容置流动限制器密封件120a的凸缘部602b，流动限制器密封件120a密封接合活塞114的上凸缘114c，因而将流体引导通过螺旋流管602。流动控制装置600的操作与上文参照流动控制装置100的描述大致相同。No.2009/0151925号美国专利申请公开了关于流动限制器300、400、500和600的其它细节，该申请作为整体以援引的方式合并于本文。

参照图2A至图6，上述的剪切构件124作为抑制机构或可释放的闩锁，且阻止活塞114朝向偏置构件126轴向移动，直到活塞引起预定量级的加压将剪切构件124剪断，从而使活塞能够借助偏置构件自由地轴向移动。同样可采用其它可释放闩锁或抑制机构，包括不需要将易碎构件剪断的那些。例如，现在参照图7A，其公开了如流动控制装置700中所采用的另一种类型的抑制机构。具体来说，流动控制装置700中采用的抑制机构是J形槽机构。在该实施例中，不规则形状的J形槽702设置在活塞114的顶表面136中。环704设置在外壳108的壁108a中的槽中且设置为围绕管状构件102。环704被外壳108轴向固定，但能够在外壳108中围绕活塞114自由旋转。径向延伸的凸起部706固定到环704，且设置在槽702的一部分中。由于凸起部706与槽702的外壁之间的接触，凸起部706限制环704能进行的旋转度数。

图8示出活塞114的顶表面136。不规则形状的J形槽702设置在顶表面136中，且凸起部706设置在槽702中。取决于活塞114的位置，凸起部706可在槽702的三个不同位置(第一位置708、第二位置710、以及第三位置712)之间平移。图8示出的方向使得图8的底部轴向邻近偏置构件126(图7A)，且图8的顶部邻近第一端口106(图7A)。图9示出了当环704和凸起部706在流动控制装置700中构造时，环704和凸起部706的形状。

参照图7A，流动控制装置700是以生产状态示出，其中外部压差导致了流动路径130，其中流体从井眼12通过第一端口106进入流动控制装置100，流经流动限制器110，且通过第二端口122进入管状构件102的内部流体通路102a。活塞114占据第一位置，在第一位置，偏置构件126作用于活塞的第二表面118。偏置构件126沿第一端口106的方向对活塞114产生力。然而，由于凸起部706与槽702之间的接触，活塞114被轴向抑制而不能沿第一端口106的方向移动。参照图7A和图8，当活塞114占据该第一位置时，凸起部706占据第一位置708(图8)，且与槽702的外壁接触。由于在外壳壁108a的槽中设置的环704，凸起部706沿轴向固定，所以在第一位置708的凸起部706与槽702的外壁的接合阻止活塞114沿第一端口106的方向进行轴向移动。

第一位置的活塞114提供了上凸缘部114c与流动限制器110的密封件120a之间的密封接合，因此活塞114被抑制而不能沿第一端口106的方向进一步轴向移动。该密封接合迫使流体沿流动路径130流经流动限制器110，在进入第二端口122之前产生压降。

现在参照图7B和图8，为了将活塞114移动到第二位置，井系统操作员将处于高压下的流体从井系统的地表泵入内部流体通路102a，产生内部压差，其中管状构件102的内部流体通路102a中的压力高于管状构件102周围的井眼12中的流体的压力。该内部压差建立了流动路径132，其中流体通过第二端口122进入腔室108c，对活塞114的第一表面116提供压力。该压力提供的力大于偏置构件126产生的反方向的力，并驱动J形槽702机构。该压力可以是预定的，因为可计算内部通路102a中需要多大压力以对活塞114的第一表面116提供胜过偏置构件126产生的偏置力的压力。

现在活塞114在沿偏置构件126的轴向、沿第一端口106的相反方向被强制移动，活塞114可沿偏置构件126的方向自由地轴向滑动，直到凸起部706到达其第二位置710，如图8所示。凸起部706在被活塞114沿偏置构件126的方向轴向移动后，在到达第二位置710时接触到槽702的外壁，并抑制活塞114沿偏置构件126的方向进一步轴向移动。在该第二位置，活塞114的上凸缘部114c保持与流动限制器110的密封件120a的密封接合。

现在参照图7C和图8，为了将活塞114移动到第三位置，井系统的操作员减少管状构件102的内部流体通路102a中的压力，产生外部压差，其中井眼12中的流体的压力高于内部流体通路102a中的流体的压力。外部压差形成了流动路径134，流体通过第一端口106进入流动控制装置700且通过第二端口122离开而进入内部流体通路102a。而且，外部压差驱动J形槽702，将活塞114移动到图7C所示的第三位置。

当凸起部706处于第二位置710时(图8)，虽然活塞114被抑制而不能沿偏置构件126的方向轴向移动，活塞114能够沿第一端口106的方向自由地轴向滑动。外部压差减小作用于活塞114的第一表面116的压力，使得偏置构件126能够沿第一端口106的方向强制活塞114移动。当凸起部706处于第二位置710，活塞114沿第一端口106的方向轴向滑动，将凸起部706置于第三位置712(图8)，其中槽702的外壁阻止活塞114沿第一端口106的方向进行进一步轴向移动。

现在，处于第三位置，上凸缘部114c不再与流动限制器110的密封件120a密封接合，导致了空隙138。沿流动路径134的流体因此可绕过流动限制器110，流经空隙138，且通过第二端口122进入内部流体通路102a。绕过流动限制器110导致流体从井眼12流入内部流体通路102a时，流动路径134中的流体的较小的第二压降。而且由于凸起部706与槽702的外壁之间的相互作用，凸起部706可固定到外壳108且活塞114于是可进行旋转，而非使环704旋转。

在一个实施例中，绕过流动限制器的方法可包括：使流体从第一端口通过第一流动路径流到第二端口，响应压差使一部件从第一位置平移到第二位置，以及使流体从第一端口通过第二流动路径流到第二端口。该方法还可包括使流体从第二端口通过第三流动路径流到第一端口，其中，上述压差是由流经第三流动路径的流体产生的。

在一个实施例中，从井系统生产烃类的另一种方法可包括使流体从地层流入生产管柱的内部通路。在流体进入生产管柱时，流体流经过滤器和ICD，从而在流体进入内部通路时在流体流动中产生压降。在从地层生产流体一段时间后，可将流体从地表泵入生产管柱以产生内部压差等，其中内部通路中的压力高于周围井眼和地层中的压力。该内部压差驱动设置在生产管柱中的每个ICD中的流动限制器的旁路。然而，在另一个实施例中，该内部压差可仅驱动生产管柱中的一部分ICD。在至少一部分ICD已经被驱动之后，生产管柱的内部通路中的压力可降低，以产生外部压差等，其中地层和井眼中的压力高于内部通路中的压力，从而由于旁通机构的驱动，引起流动进入现在可绕过ICD的内部通路。由于绕过设置在ICD中的流动限制器，从地层进入内部通路的流体流动可具有较低的压降。

虽然本文示出并描述了多个特定实施例，本领域技术人员能够在不背离本文的范围和教导的前提下做出多种改型。本文的实施例仅作为示例性而非限制性的描述。本文描述的多种系统、设备和过程的许多变化和改型在本发明的范围内是可行的。例如，不同构件的相对尺寸、不同构件的制造材料、以及其它多种参数均可改变。因此，保护范围不限于本文描述的实施例，而是仅受到所附权利要求的限制，权利要求的范围应包括其主题的所有等同内容。

Claims (20)

1.一种在井下工具中使用的旁通组件，包括：

腔室；

与所述腔室流体连通的第一流体端口；

与所述腔室流体连通的第二流体端口；

流动限制器，设置在所述第一流体端口与所述第二流体端口之间的第一流动路径中；

活塞，能够通过施加第一流体压力而沿第一方向移动；

偏置构件，其中所述偏置构件偏置所述活塞，使所述活塞沿与所述第一方向相反的第二方向移动；以及

抑制构件，设置为靠近所述活塞，其中所述抑制构件由所述活塞响应于预定流体压力沿所述第一方向的移动而被驱动；

其中，通过所述活塞沿所述第二方向到预定位置的移动来构造所述旁通组件，从而使流体流动沿第二流动路径围绕所述流动限制器转向。

2.如权利要求1所述的旁通组件，其中，所述流动限制器在流经所述第一端口与所述第二端口之间的所述流动限制器的流体中产生第一压降。

3.如权利要求2所述的旁通组件，其中，所述流动限制器和所述活塞密封接合，且构造为产生所述第一压降。

4.如权利要求2所述的旁通组件，其中，所述活塞到所述预定位置的移动在所述第一端口和所述第二端口之间的流体流动中产生第二压降，且其中所述第二压降小于所述第一压降。

5.如权利要求2所述的旁通组件，其中，在所述活塞沿所述第一方向的移动期间，所述第一压降被维持。

6.如权利要求1所述的旁通组件，其中，所述活塞能够响应从所述第二端口施加的较低的第二压力而沿所述第二方向移动。

7.一种在井下工具中使用的流动控制装置，包括：

流动限制件，设置在第一端口与第二端口之间的第一流动路径中；以及

旁通机构，构造为能够响应第一压力而在第一位置与第二位置之间移动，

其中，当所述旁通机构在所述第一位置时，所述第一端口与所述第二端口之间的所述第一流动路径被建立，并且

其中，当所述旁通机构在所述第二位置时，所述第一端口与第二端口之间的第二流动路径被建立。

8.如权利要求7所述的流动控制装置，其中，所述流动限制件包括构造为产生螺旋流动路径的流动限制器。

9.如权利要求7所述的流动控制装置，其中，所述流动限制件包括喷嘴。

10.如权利要求7所述的流动控制装置，其中，所述第二流动路径构造为提供比所述第一流动路径提供的压降更低的压降。

11.如权利要求7所述的流动控制装置，其中，所述旁通机构包括：

管道，具有用于输送流体的内部通路；

外壳，设置为围绕所述管道，且在所述外壳与所述管道之间形成腔室，其中所述第一端口提供所述内部通路与所述腔室之间的流体连通，且所述第二部分提供所述腔室与所述外壳的外部之间的流体连通；以及

活塞，设置在所述腔室中，且能够在所述第一位置与所述第二位置之间移动，其中所述活塞将所述腔室划分为第一部分和第二部分。

12.如权利要求11所述的流动控制装置，其中所述旁通机构还包括：

偏置构件，设置在所述腔室的第二部分中；以及

抑制构件，设置为靠近所述活塞。

13.如权利要求11所述的流动控制装置，其中，所述活塞能够移动到从所述第一位置和所述第二位置位移的第三位置，且其中当位于所述第三位置时，所述活塞对所述流动限制件密封。

14.如权利要求12所述的流动控制装置，其中，所述抑制构件是剪切构件，其在预定压力施加到位于所述腔室的第一部分中的活塞的表面时能够被剪断。

15.如权利要求14所述的流动控制装置，其中，所述剪切构件和偏置构件构造为响应将所述剪切构件剪断而在所述活塞上施加朝向所述第二位置的偏置力。

16.如权利要求12所述的流动控制装置，还包括第三端口，当所述活塞压缩所述偏置构件时，所述第三端口提供供流体穿出所述腔室的第二部分的路径。

17.如权利要求12所述的流动控制装置，其中，所述抑制构件包括J形槽机构，所述J形槽机构构造为当预定压力施加到所述腔室的第一部分时，释放所述活塞的轴向移动。

18.一种绕过流动限制器的方法，包括：

使流体流经第一端口与第二端口之间的第一流动路径，其中所述第一流动路径包括流动限制器；

响应施加到可动元件的压力而平移所述可动元件，其中平移所述可动元件打开所述第一端口与所述第二端口之间的第二流动路径；以及

使流体流经所述第二流动路径。

19.如权利要求18所述的方法，还包括使流体流经所述第二端口与所述第一端口之间的第三流动路径。

20.如权利要求19所述的方法，其中，所述压力由流经所述第三流动路径的流体产生。