CN104704195B - 使用穿孔器和膜的井下流动控制 - Google Patents

Abstract

一种流动控制组件，可被配置在井眼中且可包括膜，该膜可响应于来自管件的内部区域的压力而被穿透，例如响应于设定压力而被穿透。在膜被穿透之后，流体可从管件的外部的区域流到管件的内部的区域。膜可在封隔器设定操作期间保持关闭且可在封隔器设定操作之后被穿透。

Description

使用穿孔器和膜的井下流动控制

技术领域

一般而言，本发明涉及一种控制地层中的井眼内流动的流体的组件，尤其涉及(虽然不必排他性地)一种包括膜的组件，这些膜可响应于压力而被穿透以允许流体流动。

背景技术

在穿过含烃地层的井中可安装多种装置。一些装置控制流体在地层与管件(比如生产管件和注入管件)之间的流体的流速。这些装置的一个示例是流动控制装置或流入控制装置，所述装置可与同封隔器隔离的生产层段相关联，并且可以通过对流过该装置的流体产生压降来控制流体的生产。

完井组件可与封隔器一起在井下运行。可在管件中引入压力来设定封隔器。在设定封隔器之后，可在组件中产生多个开口或端口以生产流体。

一些组件包括有助于或允许产生用于生产流体的端口的部件。例如，一种组件可包括多个由铝或聚乳酸(PLA)阻塞住的开口，在暴露于引入井眼中(在铝的情况下)或引至井眼的环境中(在聚乳酸的情况下)的酸时，铝或聚乳酸可溶解。然而，PLA塞子可能无法抵抗一定阈值以上的压力。

然而，需要一种组件，其能够允许相对较高的压力来设定封隔器，且随后允许进行流体流动控制。

发明内容

本发明的某些方案是一种流动控制组件，其能够在封隔器设定操作期间提供压力密封，并且能够在膜响应于来自管件的内部区域的设定压力而被穿透后，允许流体流动。

一个方案涉及一种能够设置在井眼中的流动控制组件。该流动控制组件包括膜和穿孔器。膜可提供压力密封并阻止流体流入流动控制组件中。穿孔器可响应于流动控制组件中的超过阈值的设定压力而穿透膜。被穿透的构件构造为在流动控制组件中提供流体流动路径。

另一个方案涉及一种包括膜、穿孔器、和活塞的流动控制组件。膜可提供压力密封并阻止流体在流动控制组件中流动。活塞可引起穿孔器和膜中的至少一者响应于来自管件的内部区域的压力而移动。穿孔器可响应于穿孔器或膜的移动而产生通过膜的流动路径。

另一个方案涉及一种包括管件部、外壳、穿孔器、膜、和活塞的组件。管件部具有管件端口，管件端口可允许压力从管件部的内部区域进入外部区域。外壳在具有管件端口的管件部的外部。外壳包括壳体开口并限定外壳与管件端口之间的流动路径。穿孔器以固定位置配置在流动路径。膜配置在流动路径中。膜可提供压力密封并响应于封隔器设定压力而防止流动路径中的流体流动。活塞配置在流动路径中并联接到膜。活塞能够允许膜响应于阈值以上的压力而朝向穿孔器移动。穿孔器可响应于朝向穿孔器移动的膜而穿透膜。被穿透的膜可允许流体流过流动路径。

这些示例性方案和特征并非意在限制或限定本发明，而是提供示例以帮助理解本申请公开的发明构思。在阅读整个申请之后，本发明的其它多个方案、优点、和特征会是显而易见的。

附图说明

图1是具有多个生产层段的井系统的示意图，在这些层段中是根据本发明的一个方案的流动控制组件；

图2是包括根据本发明的一个方案的穿孔器和膜的流动控制组件的剖视图；

图3是图2的根据本发明的一个方案的流动控制组件在膜被穿透后的剖视图；

图4是根据本发明的另一个方案的流动控制组件的局部剖视图；

图5是图4的根据本发明的一个方案的流动控制组件在膜被穿透后的局部剖视图；

图6是图4的根据本发明的一个方案的流动控制组件在打开流动位置的局部剖视图；

图7是根据本发明的再一个方案的流动控制组件的局部剖视图。

具体实施方式

某些方案和特征涉及一种流动控制组件，该流动控制组件包括膜，该膜可响应于来自管件的内部区域的压力(比如设定压力)而被穿透。在膜被穿透之后，流体能够从管件的外部区域流到管件的内部区域。膜可在封隔器设定操作期间保持封闭，且可在封隔器设定操作之后被穿透。

在一些方案中，流动控制组件包括穿孔器、活塞、和膜。活塞可允许穿孔器或膜至少其中之一响应于某个阈值以上的压力而移动。该移动可导致膜被穿孔器穿透。在压力被释放后，活塞可允许穿孔器和/或膜移动到打开位置，使得流体能够通过管件端口流到管件的内部区域。

在另一个方案中，流动控制组件包括弹簧，弹簧可在膜被穿透后使活塞允许穿孔器和/或膜移动到打开位置。

这些示出的方案和示例用于为读者介绍本文论述的一般主题，而非旨在限制所公开的构思的范围。下文的多个部分参照附图描述了多个附加特征和示例，附图中相似的附图标记表示相似的元件，而方向性的描述用于描述示例性方案，但与示例性方案相似，并非用于限制本发明。

图1描绘了具有根据本发明的某些方案的流动控制组件的井系统100。井系统100包括延伸通过多个地球地层(earthstrata)的孔(即，井眼102)。井眼102具有大致竖直段104和大致水平段106。大致竖直段104和大致水平段106可包括套管柱108，套管柱108在大致竖直段104的上部处被水泥浇筑。大致水平段106延伸通过含烃地层110。

管柱112从井眼102中的地表延伸。管柱112可提供管道以使地层流体从大致水平段106行进到地表。邻近地层110的各个生产层段中的多个生产管状段116定位在管柱112中。在每个生产管段116的每一侧是封隔器118，该封隔器可以在管柱112与井眼102的壁之间提供流体密封。每一对邻近的封隔器118可限定一个生产层段。

一个或多个生产管段116可包括流动控制组件。流动控制组件可包括管柱112中的一个或多个端口且可包括膜，该膜可响应于压力而被穿透以形成流动路径，该流动路径可包括管柱中的端口。

虽然图1描绘了生产管段116，该生产管段可包括位于大致水平段106中的流动控制组件，但根据本发明的各个方案的生产管段116(和流动控制组件)可额外地或替代性地位于大致竖直段104中。而且，在整个井系统100中或在每个生产层段中可使用任何数量的(包括一个)带有流动控制组件的生产管段116。在一些方案中，带有流动控制组件的生产管段116可被配置在更简单的井眼中，比如仅有大致竖直段的井眼。流动控制组件可被配置在裸井眼环境中(如图1中描绘的)或套管井中。

图2至图3以剖视图描绘了根据一个方案的流动控制组件。流动控制组件包括管件部202和外壳204。流动控制组件还包括膜206、穿孔器208、和活塞210，该活塞在管件部202的外壁与外壳204的内壁之间。

管件部202包括管件端口212，管件端口可允许流体在管件部202的内部区域与管件部202的外部区域之间流动。管件端口212还可允许压力进入管件部202的内部区域与管件部202的外部区域之间。

活塞210可由任何材料制成。制作活塞210的材料的一个示例是不锈钢。活塞210可由剪切机构214联接到外壳204。剪切机构214的一个示例是剪切销。活塞210带有多个密封构件216A-216D。密封构件的一个示例是O形环。虽然描绘了四个密封构件，但可以使用任何数量的(包括一个)密封构件。其它方案也可不包括密封构件。

穿孔器208可包括基部218和从基部218延伸的长形构件220。长形构件220可具有穿透膜206的尖端。基部218可联接到外壳204，使得穿孔器208在外壳204中被固定就位。基部218包括多个开口222A-222B，流体可通过这些开口从壳体开口流向管件端口212。根据各个方案的基部可包括任何数量的(包括一个)开口。穿孔器208可由任何材料制造。材料的一个示例是碳化钨。在一些方案中，长形构件220由如碳化物等材料制成，而基部218由不同的材料(比如钢)制成。

膜206可联接到活塞210。在一些方案中，膜206和活塞210为由相同材料制成的一个部件。膜206的一个示例是陶瓷碟。

如图2所示，膜206处于封闭位置，能够阻止流体从壳体开口224流到管件端口212。举例来说，膜206可在封隔器设定操作或其它操作期间阻止流体流动。活塞210可阻止膜206在封隔器设定操作期间响应于压力而被穿透。某个阈值以上的设定压力可通过管件部202的内部区域和管件端口212而被施加到外壳204中的管件部202的外部区域。设定压力在图3中描绘为“ΔP”。如图3中所示，响应于该压力，活塞210可允许膜206朝向穿孔器208移动。剪切机构214可被剪切，使得活塞210的至少一部分与外壳204脱离。穿孔器208可响应于膜206朝向穿孔器208的移动而穿透膜206。

举例来说，长形构件220可破坏膜206或在膜206中形成开口。密封构件216A-216D可保持管件部202中的压力，以允许使用来自管件(管件部202为该管件的一部分)中的压力来打开井眼中的其它流动控制组件管件。然后，如在来自管件中的压力被去除之后，来自壳体开口224的流体流或压力可引起活塞210允许膜206离开穿孔器208，而移动到允许流体从壳体开口224流到管件端口212的位置。举例来说，来自流过开口222A-222B的生产流体的力或压力可使得活塞210允许膜206移动远离穿孔器208，形成流动路径以使流体通过外壳204和管件端口212流入管件部202的内部区域。

根据多个方案的流动控制组件可包括在膜被穿透之后促进流动路径形成的机构。图4至图6以局部剖视图描绘了根据另一个方案的流动控制组件。流动控制组件包括管件部302、外壳304、膜306、穿孔器308、和活塞310。管件部302包括管件端口312。活塞310从穿孔器308的基部314朝向管件端口312延伸且包括停止构件316。停止构件316可在超过某一点之后阻止膜306朝向管件端口312移动。穿孔器308还包括从基部314朝向膜306延伸的长形构件318。基部314可联接到外壳304，使得穿孔器308处于固定位置。

流动控制组件还包括一个机构，即基部314与活塞310的可移动部之间的弹簧320。如图4所示，弹簧320可将活塞310和膜306偏压向管件端口312，使得膜306接触停止构件316。响应于来自管件部302的内部区域的压力，活塞310可允许膜306朝向穿孔器308移动并克服弹簧320的偏压力。如图5所示，长形构件318可穿透膜306以在膜306中形成开口。该开口可为从外壳304的开口通过管件端口312到管件部302的内部区域的流动路径的一部分。

如图6所示，在膜306被穿透之后，弹簧320可将活塞310的可移动部和膜306的任何剩余部分偏压向停止构件316，使得流动控制组件处于充分打开位置。在完全打开位置，流体可流过流动控制组件(包括管件端口312)而不受明显限制。即使来自外壳304的开口的流体的压力不足以移动活塞310和膜306，弹簧320也可将活塞310的可移动部和膜306的任何剩余部分偏压到停止构件316上。

图7描绘了流动控制组件的另一个方案，其中穿孔器402联接到活塞404，并且可响应于从管件部406的内部区域通过管件端口408的压力而移动，以穿透联接到外壳412的膜410。举例来说，膜410可处于固定位置而活塞404可允许穿孔器402响应于某个阈值以上压力而移动。在再一个方案中，根据具体情况，穿孔器402和膜410均可响应于压力或没有压力而移动。

以上描述的本发明的多个方案(包括示出的方案)仅为示意性和描述性目的提出，而非旨在穷尽本发明或将本发明局限在所公开的确切形式中。在不脱离本发明的范围的前提下，其许多改型、适用、和用途对本领域技术人员而言是显而易见的。

Claims (15)

1.一种流动控制组件，构造为配置在井眼中，所述流动控制组件包括：

膜，构造为提供压力密封并阻止所述流动控制组件中的流体流动；以及

穿孔器，用于响应于所述流动控制组件中的超过阈值的设定压力而穿透所述膜，其中被穿透的所述膜构造为在所述流动控制组件中提供流体流动路径；以及

活塞，所述活塞能够响应于所述设定压力而移动，以使所述穿孔器能够穿透所述膜；

其中，所述活塞联接到所述膜，所述膜能够响应于所述设定压力而与所述活塞一起移动，所述穿孔器构造为相对于所述膜处于固定位置。

2.根据权利要求1所述的流动控制组件，还包括：

弹簧构件，构造为在所述穿孔器穿透所述膜之后，使所述活塞移动离开所述穿孔器。

3.根据权利要求1所述的流动控制组件，还包括：

管件部，具有管件端口，所述管件端口构造为在所述管件部限定的内部区域与所述管件部的外部的区域之间提供流体连通；

外壳，在所述管件部外部并包括壳体开口，所述穿孔器和所述膜被配置在所述外壳中且在所述壳体开口与所述管件端口之间，

其中，所述穿孔器包括：

基部，联接到所述外壳，所述基部包括基部开口，所述基部开口构造为允许流体从所述壳体开口流向所述管件端口；以及

长形构件，从所述基部延伸向所述膜。

4.根据权利要求3所述的流动控制组件，还包括弹簧构件，所述弹簧构件被配置在活塞的一部分与所述基部或所述膜至少其中之一之间。

5.根据权利要求3所述的流动控制组件，还包括：

剪切销，在所述穿孔器穿透所述膜之前，将活塞联接到所述外壳；以及

至少一个密封构件，构造为阻止所述外壳中的压力均衡，且使第二流动控制组件能够被设定。

6.根据权利要求1所述的流动控制组件，其中，所述设定压力构造成在封隔器设定压力之后被引入所述井眼，所述穿孔器构造为避免响应于所述封隔器设定压力而穿透所述膜。

7.一种流动控制组件，包括：

膜，构造为提供压力密封并阻止所述流动控制组件中的流体流动；

穿孔器；以及

活塞，引起所述穿孔器或所述膜至少其中之一响应于来自管件的内部区域的压力而移动，所述穿孔器构造为响应于所述穿孔器或所述膜的移动而形成通过所述膜的流动路径，其中，所述活塞联接到所述膜，所述膜能够响应于所述压力而与所述活塞一起移动，所述穿孔器构造为相对于所述膜处于固定位置。

8.根据权利要求7所述的流动控制组件，还包括：

弹簧构件，构造为在所述穿孔器穿透所述膜之后，使所述活塞移动离开所述穿孔器。

9.根据权利要求7所述的流动控制组件，还包括：

管件部，具有管件端口，所述管件端口构造为在所述管件部限定的内部区域与所述管件部的外部的区域之间提供流体连通；

外壳，在所述管件部外部并包括壳体开口，所述穿孔器和所述膜被配置在所述外壳中且在所述壳体开口与所述管件端口之间，

其中，所述穿孔器包括：

基部，联接到所述外壳，所述基部包括基部开口，所述基部开口构造为允许流体从所述壳体开口流向所述管件端口；以及

长形构件，从所述基部延伸向所述膜。

10.根据权利要求9所述的流动控制组件，还包括：

剪切销，在所述穿孔器穿透所述膜之前，将活塞联接到所述外壳；以及

至少一个密封构件，构造为阻止所述外壳中的压力均衡，且使第二流动控制组件能够被设定。

11.根据权利要求9所述的流动控制组件，其中，所述压力构造成在封隔器设定压力之后被引入井眼，所述活塞构造为防止所述穿孔器响应于所述封隔器设定压力而穿透所述膜。

12.一种组件，包括：

管件部，具有管件端口，所述管件端口构造为允许压力从所述管件部的内部区域进入外部区域；

外壳，在具有所述管件端口的管件部的外部，所述外壳包括壳体开口并在所述外壳与所述管件端口之间限定流动路径；

穿孔器，配置在所述流动路径中且处于固定位置；

膜，配置在所述流动路径中，所述膜构造为提供压力密封并阻止流体响应于封隔器设定压力而在所述流动路径中流动；以及

活塞，配置在所述流动路径中并联接到所述膜，所述活塞构造为允许所述膜响应于阈值以上的压力而朝向所述穿孔器移动，所述穿孔器构造为响应于所述膜朝向所述穿孔器移动而穿透所述膜，被穿透的膜构造为允许流体流动通过所述流动路径。

13.根据权利要求12所述的组件，其中，所述穿孔器包括：

基部，联接到所述外壳，所述基部包括基部开口；以及

长形构件，从所述基部延伸。

14.根据权利要求13所述的组件，还包括：

弹簧，配置在所述流动路径中，所述弹簧构造为在所述长形构件穿透所述膜之后，将所述活塞和所述膜的每一者的至少一部分偏压离开所述基部。

15.根据权利要求12所述的组件，还包括：

剪切销，在所述穿孔器穿透所述膜之前，将所述活塞联接到所述外壳；以及

至少一个密封构件，构造为阻止所述外壳中的压力均衡，且使第二流动控制组件能够被设定。