CN104329062A - 允许流体在井筒中的筛管内部和管子外部流动的设备和方法 - Google Patents

允许流体在井筒中的筛管内部和管子外部流动的设备和方法 Download PDF

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Abstract

允许流体在井筒中的筛管内部和管子外部流动的设备和方法。在一些实施例中，公开了一种允许流体在设置在井筒中的至少一个筛管的内部和管子跨度的外部流动的设备，所述设备包括至少一条用于进入至少一个筛管的流体的流路。该流路从一个或多个筛管沿着管子的外部延伸到达至少一个期望的进入管子的进入口，而至少基本上不会它们之间的任何点进入。

Description

允许流体在井筒中的筛管内部和管子外部流动的设备和方法
本申请是中国专利申请No.200910253061.8(申请日：2009年9月29日；发明名称：允许流体在井筒中的筛管内部和管子外部流动的设备和方法)的分案申请。
技术领域
本发明通常涉及用于地下井的流体流动系统。在一些实施例中，本发明涉及能够允许通过筛管过滤的流体沿着设置在井筒中的管子的外部流到接近位于管子端部的管子入口点的系统、设备和方法。
背景技术
在地下的烃类回收操作，有些情况下保证流体在井下组件内沿着管子跨度的外部连通。例如，在循环砂砾填充操作过程中，通常期望在位于或接近管子的底部通过一个或多个流体入口点回收砂砾传送流体。尽管如此，传送流体通常初始地通过位于沿着一定长度的管子设置的筛管进入井下组件，从而要求流体能够随后沿着管子的外部流动到期望的一个或多个入口点。
各种挑战给实现流体在井筒中沿着管子跨度(span)的外部的有效流动增加了难度。在上述砂砾填充环节，可能难于引导经过筛管过滤的传送流体沿着管子的外部到达筛管的向下钻进方向上(downhole)的期望的管子入口点。例如，沿着管组件的长度包括流入端口或装置(例如流入控制装置(ICD))可能阻止流体隔离(从管子的内部)或阻止沿着期望的路径流动。作为另一个例子，井筒的方向(例如非竖直井或井部段)可能阻碍流体在期望路径上流动的能力。此处使用的词语“非竖直井”包括水平、横向、倾斜、偏斜、定向的或类似的井。在水平井中使用具有ICD的系统的特定环节中，例如，砂砾填充运送流体的自由循环返回会很困难或不可能完成，从而防止完成阿尔法/贝塔波(alpha/betawave)填充。在这种情况下，井不会被砂砾完全填充，这将导致在生产中出现问题。
由此，需要这样的用于地下流体流动系统的设备、系统和方法，其具有一个或多个下述属性、能力或特征：允许流体在井下组件内沿着设置在井筒中的管子跨距的外部流通；允许流体在井下组件内以任意方向沿着管子跨距的外部流通；允许筛管过滤的流体沿着一定长度的管子的外部至少基本上无限制地通过至少一个流入控制装置到达接近管子端部的指定管子进入点；允许流体从井筒通过至少一个筛套在指定的进入点进入管子，而至少基本上没有从它们之间进入管子；允许在砂砾填充操作中通过一个或多个位于或接近管子底部的流体进入点而回收砂砾传送流体；允许在不需要冲管的情况下在砂砾填充操作中通过一个或多个位于或接近管子底部的流体进入点回收砂砾传送流体；允许在非竖直井中在砂砾填充操作中有效地自由循环返回砂砾填充运送流体；允许使用ICD型筛管组件的非竖直井中阿尔法/贝塔波砂砾填充；或它们的任意组合。
应该理解为上述实施例、特征和/或优点仅用于说明目的，而不限制所附权利要求或其它专利申请或要求本发明的优先权的专利的范围或主题内容。由此，所附权利要求或任何相关申请或专利的权利要求都不应该被上述描述或介绍限制成针对、包括或排除引用的实施例、特征和/或优点，除非且仅仅在特定权利要求中清楚地声明的范围。
发明内容
在一些实施例中，本发明涉及用于允许流体在设置在井筒内的至少一个筛管内部和管子段外部流动的设备。该设备包括管组件，其具有上部、下部和在其间延伸的筒部。该上部和下部以及筒部沿着管组件的纵向轴线设置。至少一个入口形成在管组件的下部并允许流体在筒部和管组件的外部之间流体连通。至少第一筛管与井筒流体流通并且至少部分且同心地环绕至少部分管组件。该筛管沿着管组件的纵向轴线设置在入口上方。
在这些实施例中，至少第一端口形成于管组件中入口上方的位置。第一端口允许流体在筒部和管组件的外部之间流通。至少第一ICD在第一端口上方至少部分且同心地环绕至少部分管组件，并且沿着管组件的纵向轴线设置在第一筛管上端和一个或多个入口之间的位置。至少一条用于进入筛管的流体的流路沿着管组件的筒部外部至少部分地沿着其纵向轴线延伸。该流路至少基本上与一个或多个端口流体隔离并从第一筛管延伸到入口。流体能够至少基本上无限制地在一个或多个筛管和一个或多个入口之间流动，至少基本上没有从它们之间进入管组件的筒部。
本发明的实施例涉及用于在砂砾填充操作过程中允许流体流进设置在井筒中的流体流动系统的设备。该设备包括管组件，其具有上端和下端以及至少一个允许流体在管组件内部和外部之间流体连通的端口。第一ICD在至少一个端口上方至少部分地环绕至少部分管组件延伸。至少一个筛管在整个第一ICD上环绕至少部分管组件延伸。该筛管围绕管组件形成环面。环面包括设置于筛管和第一ICD之间的间隙。至少一个入口在一个或多个筛管和管组件的下端之间并形成在管组件中。入口与环面和管组件的内部进行流体流通。在不需要冲管的情况下，流体可以从井筒通过一个或多个筛管进入并通过环面，通过至少部分环绕第一ICD和一个或多个端口的间隙并通过一个或多个入口进入管组件。
在多个实施例中，本发明涉及在砂砾填充操作过程中允许流体流入设置在井筒中的流体流动系统的设备。管组件具有上端和下端以及至少一个允许流体在管组件内部和外部之间流通的端口。第一ICD在至少一个端口上方至少部分环绕至少部分管组件延伸。该第一ICD包括至少一个用于控制流体通过端口的流动限制机构。该第一ICD还包括至少一条旁路，通过该旁路流体可以至少基本绕流动限制机构和端口流动。
这些实施例中，至少一个筛管在邻近第一ICD处环绕至少部分管组件延伸。该筛管形成环绕管组件的环面。该环面与第一ICD的旁路流体连通。至少一个入口低于第一ICD和一个或多个筛管形成在管组件中并最接近其下端。该入口与环面、旁路和管组件内部的流体流通。在不需要冲管的情况下，流体可以从井筒通过一个或多个筛管进入并通过环面和旁路并通过入口进入管组件。
本发明的多个实施例涉及用于允许通过筛套过滤的流体沿着具有多个ICD并设置在井筒内的一定长度的管子流到指定的接近管子端部的管子进入点的系统。该管组件包括上端、下端和在上端、下端之间延伸的筒部。至少一个入口形成在最接近管组件的下端部处并允许流体在筒部和管组件的外部之间流通。至少一个闭合元件可选择性地操作用以打开和关闭一个或多个入口。
这些实施例中，至少第一和第二轴向对齐的筛管组件中的每个都包括至少一个筛套和基管。管组件的筒部通过每个基管延伸。每个筛套至少部分同心环绕至少部分与其相联的基管。每个基管包括至少一个形成在其中的端口。端口能够允许流体在筒部和管组件的外部之间流通，并且设置在入口上方。至少第一和第二ICD设置在至少一个入口上方。每个ICD与至少一个端口相联并能够控制其中流体的流动。
还是在这些实施例中，至少一个流体连通组件设置在第一和第二筛管组件之间，与第一和第二筛管的流体连通并且流体地与管组件的筒部隔离。至少一条流路沿着筛套的内部和基管的外部延伸到一个或多个入口。流路通过流体连通组件并以至少基本与端口流体隔离的流过或绕过ICD。当入口打开时，流路允许流体从井筒通过一个或多个筛套和一个或多个入口进入管组件的筒部，而且至少基本上不会从其间进入筒部。
本发明的实施例涉及允许沙砾填充围绕设置在井筒内的管组件的基本整个井筒环面的方法。这些方法涉及使用具有至少一个可关闭入口的管组件。该管组件还包括至少一个筛管和至少一个设置在入口和管组件上端之间的ICD。至少一条流路延伸并允许流体在每个筛管和至少一个位于管组件的筒部外部的入口之间流通。流路至少基本绕开一个或多个ICD的流动限制机构。
现在根据实施例的方法，在形成阿尔法波的过程中，在一个或多个入口打开时，来自井筒的砂砾传送流体被允许通过一个或多个筛管并进入一个或多个流路。该筛管过滤的砂砾传送流体被允许流入管组件的筒部外部的一个或多个流路进入一个或多个入口并允许通过一个或多个入口进入筒部。在阿尔法波形成之后，在贝塔波形成的过程中，来自井筒的砂砾传送流体被允许通过一个或多个筛管并进入一个或多个流路。筛管过滤的砂砾传送流体被允许进入管组件外部的一个或多个流路到达一个或多个入口并被允许通过一个或多个入口进入筒部。在指定的时间，一个或多个入口可以关闭，以例如允许形成流体从井筒通过一个或多个筛管进入用于通过至少一个另外的进入端口受控进入管组件的ICD。
据此，本发明包括能够改进地下流体流动技术的特征和优点。考虑下面对多个实施例的详细描述和根据附图，本发明的上述特征和优点以及附加的特征和益处对本领域的技术人员易于理解。
附图说明
以下附图是本说明书的一部分，这些附图包括在此用于举例说明对本发明的各个实施例的某些方面，并且在下文中详细描述中引用这些附图：
图1是根据本发明的实施例的设置在示例性井筒中的流体流动系统的一部分的局部截面视图；
图2是图1实施例的流体流动系统的一部分的放大截面视图；
图3是根据本发明另一个实施例的流体流动系统的一部分的局部截面视图；
图4是在示例性的砂砾填充操作的初始阶段过程中，图1实施例的流体流动系统的局部截面视图；
图5是图4实施例的流体流动系统的一部分的放大截面视图；以及
图6是在示例性的砂砾填充操作后续阶段的过程中，图4的实施例的流体流动系统的局部截面视图。
具体实施方式
考虑下面对本发明的多个示例性实施例的详细描述并参照附图，本发明的特征和优点以及附加的特征和益处对本领域技术人员将来说更加明显。应该理解，这里对示例性实施例的描述以及附图并不限制所附权利要求或者任何专利的权利要求、或者要求本申请的优先权的专利申请的权利要求。相反，本发明意在于覆盖了落入权利要求范围内的所有改进、等同和替换。在不脱离本发明的构思和范围的前提下，可以对特定实施例以及公开的细节作出许多改变。
在优选实施例的图示和描述中，相同或相似元件以相同或同一附图标记表示，或者它们自身在附图中是明显的。附图不一定成比例，为了更加清楚和简明，附图中的特定特征和特定视图在尺寸上可能被成比例夸大显示或示意性地示出。
在本说明书此处和全文各个部分(和标题)使用的词语“发明”、“本发明”和它们的变形并不表示发明或任何特定的一项或多项权利要求的每个可能实施例的发明。由此，每个这样提及的主题内容不应因为仅仅这样提及而被认为对发明或任意特定的一项或多项权利要求的每个实施例或部分是必须的。此外，应该注意的是，此处和所附属权利要求涉及的单一时态的组成部分和特征不应限制本发明为唯一一个这样的组成部分或特征，而应该解释为一个或多个，这样可以适应并满足各种特定的条件。
开始参考图1，一种能够允许流体沿着管子跨度的外部流动的流体流动系统10，其在图1中示出为设置在土制构造15中形成或邻近土制构造15形成的井筒14中。在这个实施例中，井筒14是具有土制壁面16的非竖直、洞口开放的井。井筒环面18形成在土制壁面16和流体流动系统10之间。然而，井筒14并不局限于这种特定的布置和方向。例如，井筒14可以是竖直的，并且具有套管。此外，井筒14决不限制本发明。
所示的流体流动系统10包括管组件20，该管组件20包括一个或多个管元件25，并且通常具有上部21、下部22和至少一个在所述上部21和下部22之间延伸的筒部26。筒部26允许一个或多个从地面上进行的井下操作，例如，流体传输、油/气回收和工具配置，这是进一步已知的。管组件20的上部21和下部22以及筒部26沿着管组件20的纵向轴线28布置。
至少一个入口46设置在示例性的管组件20的下部22中，并且至少一个端口24形成在管组件20中并且位于一个或多个入口46的上方。一个或多个入口46以及一个或多个端口24能够允许流体在筒部26和管组件20的外部23之间流通，随后将对此进一步描述，以使之更加清楚。
仍然参考图1的示例，至少一个筛管34至少部分同心地环绕管组件20的至少一部分，并且沿着管组件20的纵向轴线28布置在位于一个或多个入口46上方的一个或多个相应的位置上。如进一步可知的那样，筛管34通常用作进入管组件20的流体的过滤介质。例如，在很多应用中，筛管34有助于防止的沙子、砾石和其他泥浆微粒、碎片和/或其它物质从井筒14进入管组件20。筛管34可以具有任意适合的结构、配置、操作和其他细节。例如，如进一步可知的那样，筛管34可以具有多层优质型(premium-type)筛管35、金属丝包裹或标准筛管(未示出)或任何其他布置。
在所示实施例中，至少一个流入控制装置30与管组件20接合，并且至少一个端口24形成在其中。在这个实施例中，ICD30在端口24的上方同心环绕组件20的一部分。ICD30沿着管组件20的纵向轴线28布置在位于一个或多个入口46的上方的位置上。
如进一步可知的那样，ICD30典型地用于烃类生产操作过程中，以限制、控制或影响经由所接合的一个或多个端口24流入管组件20的筒部26的地层流体(formation fluid)的流入。ICD30通常包括至少一个进入ICD30的流入孔32和至少一个流动限制机构31，以影响通过端口24的流体流量。如进一步可知的那样，流动限制机构31可以包括，例如至少一个盘旋流路、轮廓布置(profilearrangement)、可张开或可膨胀元件、可调节节流或阀装置(例如能够远程控制的套筒组件)或它们的组合。然而，本发明和所附权利要求并不局限于上述任何细节。如此处和所附权利要求所使用的那样，术语“流入控制装置”和它的变形包括布置在筒部和管子外部之间并以某些方式影响筒部和管子外部之间的流动的任何的一个或多个装置、特征、元件或机构。
更多关于各种示例性流入控制装置和它们的结构、操作和其他细节的的信息可以在以下可公开获取的文献中找到，这些文献包括但不限于：2007年11月28日提交的美国专利申请号11/946,638，名称为“Flow Restriction Apparatusand Methods”，其与本专利具有共同权利人；Richards等人的美国专利申请公开号NO.US2007/0246407，于2007年10月25日公开并且名称为“Inflow ControlDevice for Sand Control Screens”；1995年7月25日授权的给Brekke等人的美国专利号5,435,393，名称为“Procedure and Production Pipe for Production ofOil or Gas From an Oil or Gas Restriction”；1999年4月27日授权的Conn的美国专利号5,896,928，名称为“Flow Restriction Device for Use in ProductionWells”，以及2006年9月5日授权给Boe等人的美国专利号6,112,815，其名称为“Inflow Regulation Device for a Production Pipe for Production of Oil orGas From an Oil and/or Gas Reservoir”；Jody Augustine等人发表的SPE103195，名称为“World’s First Gravel Packed Uniform Inflow ControlCompletion”(Copyright2006，Society of Petroleum Engineers)；阿拉伯-美国石油公司ICD的Equalizer Type Completion的技术说明，日期为2006年10月4日，名称为“Technical Parameters for ICD(Equalizer)Production System”；以及由Kristian Brekke和S.C.Lien在SPE Drilling and Completion的1994年9月颁发表的文章，其名称为“New,Simple Completion Methods for HorizontalWells Improve Production Performance in High-Permeability This Oil Zones)”，在此引用所有这些的全部内容作为参考。应该注意的是，包含在上述任何资料或其他任何资料中的任何内容都不作为对本发明的限制。
应当理解，上述所有描述的组成部件和特征都可以具有任何适合的或期望的结构、配置、元件、操作和其他细节，所有这些都不以任何方式限制本发明，除非并且仅仅在任何特定的所附权利要求中或者关于任何特定的所附权利要求作出明确的说明。
仍然参照根据本发明的图1的实施例，在流体流动系统10内在筒部26的外部23上设置有至少一个流路48，以允许一个或多个筛管34和一个或多个入口46之间的流体连通。所示的流路48通常从所示最左边的筛管36的上端37延伸到入口46。当额外的筛管(未示出)被包括在管组件20中并位于筛管36的井身上行方向(uphole)时，流路48类似地从第一个井身上行方向筛管延伸到一个或者多个入口46。因而，根据本发明，流体在筒部26的外部至少基本上能够在筛管34和一个或多个入口46之间流动。
一个或多个流路48可以延伸通过任何期望数量和类型的元件，只要流体在筒部26的外部能够至少基本上在一个或多个筛管34和一个或多个入口46之间流动即可。在图1的特定视图中，示例性流体流动系统10示出为包括：第一筛管组件60和第二筛管组件62；允许流体在第一筛管组件60和第二筛管组件62之间流通的流体连通接合器或组件70；以及能够选择性打开和关闭入口46的阀组件80。应当理解的是，所例示的布置并不必然地表示完整的流体流动系统10，该流体流动系统10还可以包括其它各种元件。例如，流路48可以沿着多于两个筛管组件以及多个相关的流体连通组件而延伸。
在这个实施例中，每个筛管组件60、62均包括基管66、至少一个筛管34和至少一个ICD30。每个基管66包括至少一个端口24和形成组件20的筒部26的一部分的内部空间68。在这个实施例中，ICD30环绕至少一个端口24，并且筛管34环绕相关的ICD30。组件环面40示出为形成在每个筛管34和邻近的基管66之间。环面40包括设置在筛管34和邻近的ICD30之间的间隙44(见图2)。组件环面40和间隙44是所示流路48的一部分。因而，在这个实施例中，当入口46打开时，流过任一组件环面40的流体能够至少基本上经由间隙44绕相应的ICD30流动并进入入口46。
筛管34和ICD30可以设置于任何其它适合的构造中。例如，见图3，所示的ICD30没有被筛管34围绕，而是示出为沿着管组件20的纵向轴线28夹在第一筛管组件60的筛管34和流体连通组件70之间。这种特殊的布置中，ICD30布置在第一筛管组件60的向下钻进方向(downhole)或第一筛管组件60的下面，并且布置在所例示的流体连通组件70的井身上行方向或所例示的流体连通组件70的上方。在其它实施例中，ICD30可以位于流体连通组件70的向下钻进方向。此外，系统10可以包括筛管34、ICD30和流体连通组件70沿着管组件20的纵向轴线28的任意布置。
仍然参照图3的实施例，该实施例中的ICD30包括与邻近环面40流体流通的旁路50。旁路50围绕流入孔32和ICD30的流动限制机构31延伸，并且是系统10的流路48的一部分。流体可以由此在流路48中从第一筛管组件60和第二筛管组件62流到入口46，而不从它们之间通过端口24进入管组件20。
返回到图1的特定布置，当包括流体连通组件70时，该流体连通组件70可以具有任何适合的形式、结构、元件、配置、操作和其它细节。在所示的实施例中，流体连通组件70布置在第一筛管组件60和第二筛管组件62之间。组件70提供至少一个管道72，该管道72流体地连接相邻的组件环面40，并且与相应的基管66的内部空间68流体地相隔离。
在示出的实施例中，流体连通组件70包括密封接合在基管66中并接近基管66的相邻端部67的套筒73(见例如图4)。所示的套筒73在接近每个基管66的端部67处环绕至少一个形成在该每个基管66(或相关的元件)中的通路76，并且与相对应的组件环面40流体流通。因而，在该实施例中，流路48经由基管66(或相关的元件)中的通路76和由流体连通组件70形成的管道72在第一筛管组件60和第二筛管组件62的组件环面40之间延伸。接合部78示出为围绕形成在筛管组件60、62之间的接合处的外部延伸。然而，本发明并不局限于流体连通组件70的这一特定结构。此外，还可以不包括流体连通组件70。用于在多筛管结构的筛管或其他元件之间连通流体的任何其它机构或特征都可以使用。
用于本发明的流体连通组件的更多细节和实施例在各种可公开获得的文献中被描述并图示，这些文献包括但不限于：本权利人BJ Services公司的手册，名称为“Screen Communication System Product Information”；以及，2002年6月18日授权给Walker等人的美国专利号6,405,800，其名称为“Method andApparatus for Controlling Fluid Flow in a Well”，并且具有与本专利相同的共同权利人，它们的全部内容通过参考而结合于此。
仍然参照图1的实施例，当包含阀组件80时，该阀组件80可以具有任何适合的形式、结构、元件、配置、操作和其它细节。所示的阀组件80接合到第二筛管组件62的下端部，并包括与相邻的组件环面40流体流通的至少一个管道84。阀组件80还示出为具有与第二筛管组件62的内部空间68流体流通的内部区域86。因而，该示例性阀组件80的内部区域86与基管66的内部空间68一起形成管组件20的筒部26的一部分。所示的系统10的入口46形成在阀组件80中，并且流体地接合管道84和内部区域86。由此流体可以至少在组件环面40之间基本上不受限制地经由管道84和入口46而流动进入示例性管组件20的筒部26。
在该实施例中，阀组件80还包括能够选择性地在入口46上运动的闭合元件88。闭合元件88在某些操作中是有用的，例如，当期望对流路48增压时关闭入口46，以及允许采出液从地层15进入流入控制装置30的流入孔32和端口24。
所示的闭合元件88是个滑动套筒90，该滑动套筒90可以相对于入口46在打开和关闭位置之间以任意适合方式运动。例如，滑动套筒90可以通过使用插入到筒部26中的机械移动工具或冲管(未示出)而运动，并以可以如进一步可知的那样操作。然而，闭合元件88可以具有其它任何适合的形式、配置和操作。例如，闭合元件88可以是球阀或其它类型的阀、机构或液压地、电动地、电子地或其它方式致动的其它特征。由此，本发明并不受到闭合元件88的结构、元件、配置、操作和其它细节的限制。此外，可以不包括闭合元件88，并且入口46可以采用任何适当的方式选择性地关闭或堵塞(如果期望)。
仍然参见图1，所示的阀组件80还包括至少一个筛管元件90，该至少一个筛管元件90至少部分地环绕阀组件80的外围同心地延伸，并且与管道84流体流通。这该实施例中，筛管元件90为金属丝缠绕的筛管组件92，但是该筛管元件可以具有其它任意适合的形状。由此，流体可以直接从井筒环面18通过筛管元件90而流入阀组件80并经由管道84和入口46进入所示的管组件20的筒部26中。然而，也可以不包括筛管元件90。
在其它实施例中，阀组件80可以不包括分离元件，但是可以与第二筛管组件60或其它元件成整体。例如，入口46可以直接形成在第二筛管组件60中或直接形成在系统10的最下面的管状元件25中或直接形成在焊接到管组件20的另一个元件中，并且闭合元件88可以与之结合。此外，可以不包括阀组件80。
另一个单独的方面中，本发明包括允许通过至少一个筛管过滤的流体在设置在井筒的管子的筒部外部在管子跨度的期望位置处流入到管子入口点。现在结合图1的流体流动系统10与图4－6所示的在循环砂砾填充操作过程中回收砂砾填充传送流体来描述方法的实施例。
然而，应该理解的是，实施这个示例性方法或本发明或所附权利要求的其它方法并不需要所例示的系统10。任意适合的元件都可以使用。此外，本发明并不局限于下面描述的特定方法，而是包括根据本发明的原理的允许流体沿着设置在井筒中的管子跨距的外部在流体流动系统内流动的任何方法。此外，本发明的设备、方法和系统并不局限于在砂砾填充操作中使用，而是可以用于涉及在管子管子内部和井筒之间任一方向上的流体流通(其中要求流体沿着管子跨距的外部流动)的任何情况。在某些情况下可以使用本发明的其它一些实施例包括油井增产措施(well stimulation)、钻孔清洗和破碎挤压。
参考图4所示的实施例，在通常的砂砾填充操作中，包括但不限于砂砾94和传送流体的砂浆通过管线在或靠近井筒14的跟部(未示出)或高位于生产区上方的另一个期望的位置处提供到井筒环面18中，如进一步可知的那样。在图4的井筒14中，井筒的“跟部”是所示的最左边的筛管36的上端部37的左侧的某个位置。
砂浆插入的过程中，浆中的砂砾94通常在井筒环面18中沿管组件20的外部沉淀，该沉淀从井筒14的跟部附近开始，并沿着管组件20的外部朝着井筒14的趾部(未示出)在井筒14中在向下钻进方向上进行。在该实施例中，所例示的井筒14的“趾部”是指阀组件80的右侧。砂砾集结或堆积有时称为在本文中也称为阿尔法波(alpha wave)96，并且可以例如填充井筒环面18宽度的大约3/4。图4中示出了阿尔法波96在井筒14中向下行进。典型地，阿尔法波96通常沿着管组件20的长度持续堆积到接近管组件20底端部的期望位置，例如在阀组件80处。
仍然参照图4，根据本发明的实施例，由于阿尔法波96形成，如箭头98所指示的那样，砂砾传送流体能够基本上通过一个或多个筛管34(和一个或者多个筛管元件90，如果包括的话)流入到管组件20。如进一步可知的那样，筛管34、90通常防止砂砾、沙石和其它微粒或物质进入系统10。在传送流体进入筛管34(和筛管组件90)之后，如箭头99所指示的那样，该传送流体能够基本上通过流路48沿着管组件20的筒部26的外部23流动。该传送流体然后通过打开的一个或多个入口46进入筒部26，而至少基本上没有在任何中间位置进入筒部26。
在该特定实施例中，流路48包括第一和第二筛管组件60、62的组件环面40、相应的间隙44(见例如图5)和管道72、84。如图5所示，间隙44作为流路48的一部分提供了用于传送流体的通道，该通道至少基本上绕开了ICD30的一个或多个流动限制机构31和端口24。例如，间隙44的宽度可以远大于ICD30的一个或多个流入孔32(例如图4)的宽度，从而允许间隙44作为用于当入口46打开时流动通过组件环面40的流体的阻力最小的路径。作为另一个实施例，流体进入ICD30的一个或多个流入孔32可能要求增压，当入口46打开时可以避免上述要求。然而，任何其它适当的条件、元件、特征或机构都可以用于促进或确保所期望的流体在流路48中流动，而不经过ICD30的流动限制机构31或端口24。
在该实施例中，不需要冲管(未示出)或其它元件来帮助堵塞端口24或进入筒部26的其它中间进入点，或者以其它方式促进流体沿着管元件25的外部23流到入口46。在经过一个或多个入口46之后，如箭头100所指示的那样，传送流体随后可以向上进入筒部26并到达地面(未示出)或其它期望位置。
现在参考图6的示例性图示，如进一步可知的那样，如果期望在形成阿尔法波96之后利用砂砾94基本上填充井筒环面18的宽度的剩余部分，可以向井筒14连续地供给砂浆。砂浆中的砂砾94然后开始在阿尔法波96的顶部上沉淀在井筒环面18中，该沉淀在井筒14的趾部(未示出)或其他通常阿尔法波96的结束位置附近开始，形成砂砾94的第二堆积或贝塔波(beta wave)102。
仍然参照图6，根据该实施例，由于形成贝塔波102，如箭头104所指示的那样，砂浆中的传送流体能够通过阿尔法波96流动并通过筛管34(和一个或多个筛管元件90，当包括时)进入所示的流体流动系统10。然后，与上文中关于图4和5所示的阿尔法波96所描述的类似，筛管34和筛管元件90内的传送流体能够如箭头99所指示的那样基本上无限制地通过流路48，到达打开的一个或多个入口46并进入筒部26。贝塔波102由此能够在井筒14的跟部(未示出)的方向上在井筒14中向上行进，以潜在地覆盖整个阿尔法波96，并基本上填充井筒环面18宽度的剩余部分。
在传送流体充分进入井筒26之后(或任意其它时间)，可以关闭或堵塞入口46，例如通过致动闭合元件88。这可能是符合期望的，例如为了用于生产或其它操作而允许ICD30成为进入筒部26的有效(active)流入口。
应该注意的是，在其它用途中，可能期望流体以相反的方向从管组件20的筒部26通过流路48而流到井筒环面18。因而，本发明并不局限于流入到筒部26中。
因而，本发明的优选实施例具有优于现有技术的优点，并且很好地实现了本发明的一个或多个目的。然而，本发明并不需要每一个上述元件，并且不需要按照上述方式运作，也决不限于上述实施例、操作方法、变量、数值或数值范围。上述元件中、特征和过程中的一个或多个可以在任意适合的构造中使用，而不包含其它这样的元件、特征和过程。此外，本发明包括本文中没有具体说明的附加特征、性能(capability)、功能、方法、使用和用途，但是这些附加特征、性能、功能、方法、使用和用途可以从本说明书、附图和权利要求中清楚地得知。
落入所附权利要求的范围的上述或权利要求中限定的方法以及任何其它方法都能够以任意期望的适当顺序实施，并且不一定局限于这里描述的或所附权利要求中列出的任何顺序。此外，本发明的方法并不一定要求使用这里示出并描述的特定实施例，而是可以采用元件的任何其它适当结构、形式和配置等同地实施。
虽然已经示出并描述了本发明的典型实施例，但是如专利申请人所预期的那样，在不背离本发明的精神或教导以及所附权利要求的范围的前提下，本发明的系统、设备和方法的多种变形、改进和/或变化(例如在元件中，构造和操作的细节、部件的配置和/或使用方法)都是可能的，并且可能由本领域技术人员做出或使用。此外，本文中所说明或附图中示出的内容应解释为示例性的，并且本发明和所附权利要求的范围不应当局限于本文描述和示出的实施例。

Claims (26)

1.一种用于在砂砾填充操作过程中允许流体流入到设置在井筒中的流体流动系统中的设备，所述设备包括：
管组件，所述管组件具有上端部和下端部以及至少一个端口，所述至少一个端口允许所述管组件的内部和外部之间流体流通；
第一流入控制装置，所述第一流入控制装置在至少一个所述端口上方至少部分地环绕所述管组件的至少一部分延伸，所述第一流入控制装置具有一长度；
至少一个筛管，所述至少一个筛管在整个所述第一流入控制装置上方环绕所述管组件的至少一部分延伸，所述至少一个筛管围绕所述管组件而形成环面，所述环面包括设置于所述至少一个筛管和所述第一流入控制装置之间的间隙，所述间隙沿着所述第一流入控制装置的长度延伸；
至少一个入口，所述至少一个入口在所述至少一个筛管和所述管组件的下端部之间形成于所述管组件中，所述至少一个入口与所述管组件的内部和所述环面流体连通，
其中，流体能够从所述井筒通过所述至少一个筛管流入并通过所述环面、通过所述间隙、以及通过所述至少一个入口进入所述管组件，而不需要冲管；以及
其中，所述第一流入控制装置包括旁路，从而至少一条流路包括所述至少一个流入控制装置的所述旁路。
2.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括与所述至少一个入口相接合的至少一个阀，所述至少一个阀能够选择地堵塞所述至少一个入口。
3.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括至少第一和第二所述筛管和至少第一和第二所述流入控制装置，每个所述第一筛管和第二筛管形成一个相应的所述环面，其中，进入所述第一筛管或第二筛管的流体流到所述至少一个入口，而不会在第一筛管和第二筛管之间的某个位置处进入所述管组件的内部，所述设备还包括设置在所述第一筛管和第二筛管之间的流动连通组件，所述流动连通组件具有至少一个管道，所述至少一个管道与所述至少两个环面流体连通。
4.一种允许砂砾对围绕设置在井筒中的管组件的基本上整个井筒环面进行填充的方法，所述砂砾填充包括阿尔法波填充和贝塔波填充，所述管组件包括紧邻所述管组件的底端部设置并与所述管组件的筒部流体连通的至少一个能够闭合的入口、设置在所述入口和所述管组件的上端部之间的至少一个筛管和至少一个流入控制装置，以及至少一条流路，所述至少一条流路从所述筛管到管组件的所述入口围绕所述流入控制装置的流动限制机构在所述管组件的外部延伸，所述方法包括：
打开所述至少一个入口；
在形成阿尔法波的过程中，允许砂砾传送流体从所述井筒通过所述至少一个筛管并进入所述至少一条流路；
允许经过筛管过滤的所述砂砾传送流体在围绕至少一个流入控制装置的所述至少一条流路中流到所述至少一个入口；
允许经过筛管过滤的砂砾传送流体通过所述至少一个入口进入所述管组件的所述筒部；
在阿尔法波形成之后，在贝塔波形成的过程中，允许砂砾传送流体从所述井筒通过至少一个筛管并进入所述至少一条流路；
允许经过筛管过滤的砂砾传送流体在围绕至少一个流入控制装置的所述至少一条流路中流到至少一个入口；
允许经过筛管过滤的砂砾传送流体通过所述至少一个入口进入所述管组件的所述筒部；
关闭所述至少一个入口，由此地层流体随后从所述井筒通过至少一个筛管进入所述至少一个流入控制装置，所述至少一个流入控制装置用于控制通过至少一个其他进入端口进入所述管组件；以及
其中，所述流入控制装置包括旁路，从而所述至少一条流路包括所述至少一个流入控制装置的所述旁路。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，经过筛管过滤的砂砾传送流体不受限制地通过所述至少一条流路流入所述至少一个入口。
6.根据权利要求5所述的方法，所述方法还包括：允许将砂砾传送流体回收到所述管组件的内部，而不使用冲管。
7.一种用于允许流体在设置在井筒中的至少一个筛管的内部和管子跨度的外部流动的设备，所述设备包括：
管组件，所述管组件具有上部、下部和在所述上部和所述下部之间延伸的筒部，所述上部和所述下部以及所述筒部沿着所述管组件的纵向轴线设置；至少一个入口，所述至少一个入口形成于所述管组件的所述下部中，所述至少一个入口包括至少一个阀，所述至少一个阀能选择性地允许所述管组件的外部和所述筒部之间的流体连通；
至少一个第一筛管，所述第一筛管与所述井筒流体连通，并且至少部分地且同心地环绕所述管组件的至少一部分，所述至少一个筛管沿着所述管组件的所述纵向轴线设置在位于所述至少一个入口上方的位置处，所述第一筛管具有上端部和下端部；
至少一个第一端口，所述第一端口形成在所述管组件中并位于所述至少一个入口上方的位置处，所述第一端口允许所述管组件的外部和所述筒部之间流体连通；
至少一个第一流入控制装置，所述第一流入控制装置在所述第一端口上至少部分地且同心地环绕所述管组件的至少一部分，并且沿着所述管组件的所述纵向轴线设置；
用于流体进入所述至少一个筛管的至少一条流路，所述至少一条流路沿着所述管组件的所述筒部的外部从所述第一筛管到所述至少一个入口至少部分地沿着所述管组件的所述纵向轴线延伸；
其中，所述至少一个流入控制装置包括旁路，由此所述至少一条流路包括所述至少一个流入控制装置的所述旁路。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述阀包括至少一个闭合元件，所述闭合元件能够在至少一个打开位置和至少一个关闭位置之间运动，用于控制流体流过所述至少一个入口。
9.根据权利要求7所述的设备，其中，所述至少一条流路构造成允许流体从所述至少一个筛管通过所述至少一个入口无限制地流入所述筒部。
10.根据权利要求7所述的设备，其中，所述设备还包括至少第一和第二所述筛管以及至少第一和第二所述流入控制装置，其中进入所述第一筛管或第二筛管的流体流入到所述至少一个入口，而不会在所述第一筛管和第二筛管之间的某个位置处进入所述管组件的所述筒部，并且所述设备还包括设置在所述第一筛管和第二筛管之间的流动连通组件，所述流动连通组件具有至少一个管道，其中所述至少一条流路包括所述至少一个流动连通组件的所述至少一个管道。
11.根据权利要求7所述的设备，其中，所述管组件包括至少第一管元件和第二管元件，其中所述管组件的所述上部包括所述第一管元件，并且所述管组件的所述下部包括所述第二管元件，所述设备还包括设置在所述第一管元件和所述第二管元件之间的至少一个流动连通组件，其中所述流路延伸通过所述流动连通组件而不会进入所述管组件的所述筒部。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述至少一个入口形成在所述第二管元件中。
13.根据权利要求11所述的设备，其中，所述设备还包括与所述第二管元件接合的阀组件，其中所述至少一个入口形成于所述阀组件中，所述阀组件包括内部区域，所述内部区域与所述至少一个入口和所述管组件的所述筒部流体连通。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述阀组件包括至少一个筛管元件，所述至少一个筛管元件至少部分地且同心地环绕所述内部区域，并与所述内部区域流体连通，其中，流体能够通过所述至少一个筛管组件从所述井筒进入所述内部区域。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述阀组件包括至少一个闭合元件，所述至少一个闭合元件用于打开和关闭所述至少一个入口。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述至少一个闭合元件包括至少一个滑动套筒。
17.一种用于在砂砾填充操作过程中允许流体流入到设置在井筒中的流体流动系统中的设备，所述设备包括：
管组件，所述管组件具有上端部和下端部以及多个端口，所述端口允许所述管组件的内部和外部之间流体流通；
至少第一流入控制装置和第二流入控制装置，所述第一流入控制装置和第二流入控制装置在所述多个端口上至少部分地环绕所述管组件的至少一部分延伸，所述第一流入控制装置和第二流入控制装置包括至少一个流动限制机构，以控制流体通过所述多个端口的流动；
其中，至少一个流入控制装置包括旁路，至少一条流路包括所述至少一个流入控制装置的所述旁路；
至少第一筛管和第二筛管，所述第一筛管和第二筛管在所述第一流入控制装置和第二流入控制装置的附近环绕所述管组件的至少一部分延伸，所述第一筛管和第二筛管形成环绕所述管组件的环面，所述环面与所述第一流入控制装置和第二流入控制装置的所述旁路流体连通；以及
至少一个入口，所述至少一个入口在所述第一流入控制装置和第二流入控制装置和所述第一筛管和第二筛管的下面形成于所述管组件中，所述至少一个入口与至少一个所述环面、所述管组件的内部和至少一条所述旁路流体连通，
位于第一筛管和第二筛管之间的流动连通组件，所述流动连通组件具有与所述环面流体连通的至少一个管道；
其中，流体从所述井筒通过所述第一筛管和第二筛管、流入并通过所述环面和所述旁路、并通过所述至少一个入口而流入所述管组件，而不需要冲管；其中，进入所述第一筛管或第二筛管的流体流到所述至少一个入口，而不在所述第一筛管和第二筛管之间的位置处进入所述管组件内部。
18.根据权利要求17所述的设备，所述设备还包括与所述至少一个入口相接合的至少一个阀，所述至少一个阀能够选择地堵塞所述至少一个入口。
19.一种用于设置在井筒中的设备，所述设备包括：
管组件，所述管组件包括内部管状筒部、入口以及端口；
所述入口包括至少一个阀，所述至少一个阀能选择性地允许所述管组件的外部和所述管状筒部之间的流体连通；
筛管，所述筛管至少部分地且同心地环绕所述管组件的至少一部分；
所述端口允许所述管组件的外部和所述管状筒部之间流体连通；
流入控制装置，所述流入控制装置在所述端口的上方至少部分地且同心地环绕所述管组件的至少一部分；
其中，所述流入控制装置包括旁路，由此所述至少一条流路包括所述至少一个流入控制装置的所述旁路；以及
用于进入筛管的流体的至少一条流路，其包括所述旁路，并且沿着所述管组件的外部从所述筛管延伸到所述入口。
20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述阀包括至少一个闭合元件，所述至少一个闭合元件能够在至少一个打开位置和至少一个关闭位置之间运动，用于控制流体流过所述至少一个入口。
21.根据权利要求19所述的设备，其中，所述至少一条流路构造成允许流体从所述筛管通过所述至少一个入口无限制地流入所述筒部。
22.根据权利要求19所述的设备，其中，所述设备还包括至少第一和第二所述筛管以及至少第一和第二所述流入控制装置，其中进入所述第一筛管或第二筛管的流体流入到所述入口，而不会在所述第一筛管和第二筛管之间的某个位置处进入所述管组件的所述筒部，并且所述设备还包括设置在所述第一筛管和第二筛管之间的流动连通组件，所述流动连通组件具有至少一个管道，其中所述至少一条流路包括所述流动连通组件的所述至少一个管道。
23.一种用于设置在井筒中的设备，所述设备包括：
管组件，所述管组件包括内部管状筒部、入口以及端口；
所述入口允许所述管组件的外部和所述管状筒部之间的流体连通；
筛管，所述筛管至少部分地且同心地环绕所述管组件的至少一部分；
所述端口允许所述管组件的外部和所述管状筒部之间流体连通；
流入控制装置，所述流入控制装置在所述端口的上方至少部分地且同心地环绕所述管组件的至少一部分；
其中，所述流入控制装置包括旁路，至少一条流路包括所述至少一个流入控制装置的所述旁路；以及
用于进入所述至少一个筛管的流体的所述至少一条流路包括所述旁路，并且沿着所述管组件的外部从所述筛管延伸到所述入口；
其中，所述管组件包括至少第一管元件和第二管元件，其中所述管组件的所述上部包括所述第一管元件，并且所述管组件的所述下部包括所述第二管元件，所述设备还包括设置在所述第一管元件和所述第二管元件之间的至少一个流动连通组件，其中所述流路延伸通过所述流动连通组件而不会进入所述管组件的所述筒部。
24.根据权利要求23所述的设备，其中，所述阀包括至少一个闭合元件，所述至少一个闭合元件能够在至少一个打开位置和至少一个关闭位置之间运动，用于控制流体流过所述入口。
25.根据权利要求23所述的设备，其中，所述至少一条流路构造成允许流体从所述筛管通过所述至少一个入口无限制地流入所述筒部。
26.根据权利要求23所述的设备，其中，所述设备还包括至少第一和第二所述筛管以及至少第一和第二流入控制装置，其中进入所述第一筛管或第二筛管的流体流入到所述入口，而不会在所述第一筛管和第二筛管之间的某个位置处进入所述管组件的所述筒部，并且所述设备还包括设置在所述第一筛管和第二筛管之间的流动连通组件，所述流动连通组件具有至少一个管道，其中所述至少一条流路包括所述流动连通组件的所述至少一个管道。
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