CN105874155B - 改进的工具 - Google Patents

Abstract

一种用于限制通过管道的流量的节流装置，包括具有壁部分的可变形的插入件，壁部分具有内表面和外表面并限定通孔；壁部分具有有助于变形的属性，所述插入件在使用中适于位于插入件支撑体中或附近。该节流装置还包括至少一个压力产生材料部分和至少一个触发器；压力产生材料部分在使用中适于响应于致动信号产生变形力，该变形力在被施加给该插入件的外表面上时使该插入件的壁部分变形，以减小通孔横截面面积。触发器适于产生致动信号/每个致动信号。在使用过程中，当节流装置暴露于通孔内压下时，该插入件与插入件支撑体相结合，充分抵抗由通孔内压而产生在所述插入件的内表面上的作用力，使得由通孔内压而使所述插入件发生的变形受到限制。

Description

改进的工具

技术领域

本发明涉及在井筒中使用的节流装置。具体而言，本发明涉及用于减小井筒直径的节流装置，但不局限于此。

背景技术

用于形成将油气从井下位置传输到地表的井眼的钻井和完井作业存在与烃泄露到周围环境中相关的风险，或在最糟糕情况下、在大灾难(如，爆炸和爆炸所致的丧生)情况下，存在与烃泄露到周围环境中相关的风险。

将安全装置设置在井筒中，可在紧急情况下关闭井或对井进行密封。最常用的安全装置是安装在井口上的防喷器(BOP)。BOP具有多个关闭装置(如，活塞)，它们在要求形成密封件和控制井时聚集在一起。

如果BOP出现故障，或在BOP下方具有缺口，烃可被释放，就难以恢复原状态。

现有技术中已经公开了关闭或限制通过井筒的流体流动的其他方法，如，文献WO2012/058544号中公开的可塌缩的套管装置，该专利文献的内容以引用方式组合在本文中。该文献中所述的装置使用的炸药位于可变形的插入件后面，通过在炸药的作用下使插入件变形而进入井筒，从而减小或限制井筒直径。文献WO'544中所述的可变形的插入件具有足够的强度，足以抵抗井压以防止爆炸材料被压缩。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于限制通过管道的流体流动的节流装置，所述节流装置包括：

可变形的插入件，其具有壁部分，所述壁部分具有内表面和外表面并限定通孔；所述壁部分具有有助于变形的属性，所述可变形的插入件在使用中适于位于插入件支撑体中或插入件支撑体附近；

至少一个压力产生材料部分，其在使用中适于响应于致动信号产生变形力，所述变形力适于在被施加给可变形的插入件外表面上时使可变形的插入件的壁部分变形，以减小通孔横截面面积；和

至少一个触发器，其适于产生所述致动信号/每个致动信号；

其中，使用过程中，当节流装置暴露于通孔内压下时，可变形的插入件与插入件支撑体相结合，充分抵抗由通孔内压产生在可变形的插入件内表面上的作用力，使得由通孔内压而使可变形的插入件产生的变形受到限制。

在本发明的至少一个实施例中，提供了一种在井筒中使用的节流装置，其尤其适用于减小井筒直径，以在紧急情况下限制通过井筒的流体流动。通过提供承受井筒压力产生的大部分作用力(所述作用力作用在可变形的插入件上)的插入件支撑体，设计者能更灵活地确定可变形插入件的机械属性，从而可让设计者能较自由地调整插入件的变形，以实现节流目的。

将能理解到，通孔可具有环形或非环形截面。

节流装置在使用中适于位于管道中。

在至少一个实施例中，所述管道限定管道壁。

在这些实施例中，插入件支撑体可以是管道壁。

在一些实施例中，所述管道可以是用于烃的管道。

烃管道可以是井套管。可选地，烃管道可由诸如防喷器或立管等装置限定。烃管道可以是限定管道的任何装置或管件，烃流经所述管道，或者与烃产物相关的流体可通过所述管道流入井或从井流出。在这些实施例中，可变形的插入件可位于烃管道中，使得烃管道起到插入件支撑体的作用，通孔内压为井压。

可选地，或另外，节流装置还可包括主体。

所述主体适于接收可变形的插入件。

所述主体可限定适于接收可变形的插入件的凹部。

所述主体可限定通孔，该主体的通孔与可变形的插入件的通孔基本相同。

可变形的插入件可附接到所述主体上。

可变形的插入件可在界面处附接到所述主体上。

可变形的插入件可释放地附接到所述主体上。

可变形的插入件可密封地附接到所述主体上。在一些实施例中，一个或更多个密封件可被设置成确保通过管道的流体不绕过可变形的插入件。在可选的实施例中，可变形的插入件可通过与所述主体的接触而形成过盈配合或局部密封。

所述主体可包括主体部分，该主体部分是插入件支撑体。

所述节流装置可限定至少一个压力产生材料存储位置。

所述的至少一个压力产生材料存储位置可以是腔体。

压力产生材料存储位置可以被可变形的插入件的壁部分至少局部限定或完全限定。

可选地，或另外，压力产生材料存储位置在使用中可被插入件支撑体和可变形的插入件限定。

在插入件支撑体是节流装置的主体的一部分时，压力产生材料存储位置可由节流装置的主体单独限定，或由所述主体与可变形的插入件相结合限定。

压力产生材料存储位置可以与可变形的插入件的壁部分保持流体连通。

压力产生材料存储位置可与可变形的插入件的壁部分外表面保持流体连通。

可变形的插入件和/或节流装置的主体可限定至少一个通道，所述通道/每个通道使压力产生材料存储位置和壁部分之间保持流体连通。

所述的至少一个通道可以是凹槽。所述通道/每个通道可沿节流装置的主体和可变形的插入件之间的界面延伸。

所述通道/每个通道可具有一定长度。一个通道的长度可与另一通道的长度不同。

在至少一个实施例中，所述的至少一个压力产生材料部分是可燃的。

在该实施例中，所述压力产生材料部分/每个压力产生材料部分响应于所述致动信号/每个致动信号燃烧。

在该实施例中，压力产生材料的燃烧产生气体，所述气体产生的压力产生变形力，变形力被施加到可变形的插入件外表面上。

所述压力产生材料部分/每个压力产生材料部分中的至少一个是推进剂材料。推进剂材料可以是高氯酸铵或本领域公知的任何其他的合适推进剂材料。

可选地或另外，所述压力产生材料部分/每个压力产生材料部分中的至少一个可以是爆炸材料。爆炸材料可包括高熔点爆炸物(HMX)、环三亚甲基三硝胺(RDX)或本领域公知的任何其他合适的爆炸材料。

在另外的可选实施例或其他实施例中，所述压力产生材料部分/每个压力产生材料部分中的至少一个是氧化剂材料。氧化剂材料可以是高氯酸钾或本领域公知的任何其他合适的氧化剂。

所述的至少一个压力产生材料部分包括多个压力产生材料部分。

在具有多个压力产生材料部分的情况下，至少一个压力产生材料部分响应于第一致动信号可产生变形力，至少一个其他的压力产生材料部分响应于第二致动信号可产生变形力。

第二致动信号可继第一致动信号之后。

可选地或另外，第二致动信号可与第一致动信号同步。

在可选的实施例中，在具有多个压力产生材料部分的情况下，至少一个压力产生材料部分和至少一个另外的压力产生材料部分能够响应于相同的致动信号产生变形力。

将理解到，可以具有任意数量的致动信号，其致动任意数量的压力产生材料部分，致动信号按照任意组合的顺序致动压力产生材料。

变形力适于在可变形的插入件壁部分上产生第一次变形。

节流装置还可包括适于便利于使可变形的插入件发生第二次变形的变形机构。

可变形的插入件的第二次变形是通过旁通支路实现的。

所述旁通支路适于可让通过管道的流体流入由第一次变形产生的空间中，所述空间由可变形的插入件的壁部分和插入件支撑体限定。这种配置可便于由流体施加给可变形的插入件壁部分的外表面上的作用力产生第二次变形，所述第二次变形还进一步减小通孔横截面面积，从而限制流量。在一些实施例中，被限制的流体流量越多，流经旁通支路的流体就越多，从而进一步限制流量。即，变形机构使用被限制的流量来提高限制效果。旁通支路可由第一次变形的作用而打开。

在一些实施例中。当可变形的插入件变形时，旁通支路可被打开。

可选地，或另外，旁通支路可包括关闭件，所述关闭件适于在变形力的作用下破裂。

节流装置还可包括压力释放机构，用于释放使用过程中由压力产生材料产生在可变形的插入件的外表面和插入件支撑体之间的压力。这种配置可让形成在可变形插入件后面的过大压力被释放。这样可防止积聚的压力导致套管过度变形，且不论井压如何可连续关闭。

压力释放机构适于在阈值压力下破裂。

在至少一个实施例中，所述压力释放机构和所述变形机构可以是同一机构。

节流装置还可包括可变形的插入套筒。可变形的插入套筒可位于可变形的插入件的内表面上。

可变形的插入套筒适于在可变形的插入件变形时皱缩。这种配置提高了由已经变形的插入件在皱缩时带来的节流效果，插入件套管由塑料形成，而塑料通过自身形成密封。

根据第二方面，提供了一种用于限制通过管道的流量的方法，所述方法包括以下步骤：

将节流装置设置在管道中，所述管道具有通孔，所述节流装置具有至少一个触发器、至少一个压力产生材料部分、可变形的插入件和插入件支撑体；所述节流装置被设置成，使得在节流装置暴露于通孔内压下时，可变形的插入件与插入件支撑体相结合，充分抵抗由通孔内压产生在可变形的插入件内表面上的作用力，从而，由通孔内压而使可变形的插入件发生的变形受到限制；

致动所述至少一个触发器产生至少一个致动信号，所述致动信号被传递给所述至少一个压力产生材料部分，所述压力产生材料部分/每个压力产生材料部分响应于致动信号产生变形力，所述变形力使可变形的插入件壁部分变形，以减小节流装置通孔横截面面积。

根据本发明的第三方面，提供了一种限制通过井筒的流量的节流装置，所述节流装置包括：

可变形的插入件，其具有壁部分，所述壁部分具有内表面和外表面并限定通孔，所述壁部分具有有助于变形的属性，所述可变形的插入件在使用中适于位于插入件支撑体中或插入件支撑体附近；

至少一个压力产生材料部分，其在使用中适于响应于致动信号产生变形力，所述变形力适于在被施加给可变形的插入件外表面上时使可变形的插入件壁部分变形，以减小通孔横截面面积；和

至少一个触发器，其适于产生所述致动信号/每个致动信号；

其中，在使用中，当节流装置暴露于井压下时，可变形的插入件与插入件支撑体相结合，充分抵抗由井筒内压产生在可变形的插入件内表面上的作用力，从而，由通孔内压而使可变形的插入件发生的变形受到限制。

将能理解到，与第一方面相关的特征同样可适用于第二和第三方面，但是为了简洁起见在此不重复描述。

附图说明

现在将参照附图描述本发明的实施例，附图如下：

图1根据本发明的第一实施例示出了用于限制通过井筒套管的流量的节流装置的截面；

图2是图1中的节流装置的可变形的插入件的平面图；

图3是图1中的节流装置在变形之后的截面图；

图4根据本发明的第二实施例示出了用于限制通过井筒套管的流量的节流装置的截面；

图5是图4中的节流装置的可变形的插入件的平面图；

图6根据第三实施例示出了用于限制通过井筒套管的流量的节流装置的截面；和

图7是图6中的节流装置的可变形的插入件的平面图。

具体实施方式

首先参照图1，根据本发明的第一实施例示出了节流装置的截面，该节流装置总体上用参考数字标记10表示，用于限制通过井筒套管12的流量。节流装置10包括可变形的插入件14，该可变形的插入件具有限定通孔18的壁部分16。可变形的插入件14容装在节流装置主体20内。节流装置主体20的装置主体第一端22以螺纹方式连接到第一套管部分24上，其装置主体第二端26螺纹连接到第二套管部分28上。可变形的插入件14位于装置主体凹部44内，该主体凹部由节流装置主体20的内表面32限定。

可变形的插入件14可由单块316不锈钢制成，包括可变形的壁部分16和可变形的插入件凹壁部分54，可变形的壁部分16具有有助于变形的属性，可变形的插入件凹壁部分54限定外凹部34，该外凹部适于接收为推进剂(高氯酸铵)形式的压力产生材料部分36。压力产生材料部分36在使用过程中适于响应于通过触发器38传递给压力产生材料36的致动信号而产生变形力，所述触发器38容装在由凸缘58形成的空间64中，该凸缘由壳体主体20限定。

压力产生材料部分36响应于致动信号产生的变形力适于使可变形的壁部分16变形，以减小通孔横截面面积40，限制通过通孔18的流量，在适当的时候将对此进行描述。

在图1所示的未变形的配置中，可以看出，插入件壁部分外表面42接触装置主体凹面32，该外表面42的每端由两个O形环密封件84密封。在正常使用情况下，管道12内的井筒压力产生的作用力作用在可变形的插入件14上，可变形的插入件14与起到插入件支撑体作用的装置主体20相结合抵抗所述作用力。主体20达到一定硬度等级，使得主体壁50可完全承受井筒压力，从而，由井筒压力使可变形插入件14产生的变形受到限制。这种配置可让设计者自由调整可变形插入件14的设计和由压力产生材料36导致的变形，以达到所需的节流效果。

将注意到，可变形的插入件凹壁部分54的厚度比可变形的壁部分16要厚得多，压力产生材料部分36存储在凹壁部分54后面。这将确保可变形的插入件凹壁54在井筒压力下变形以关闭外凹部34的情况下，压力产生材料部分36不被该可变形的插入件凹壁54压缩。

可变形的插入件壁部分16限定通孔凹部60，牺牲性聚醚醚酮(PEEK)套筒62位于该通孔凹部60内。套筒62的尺寸设置为使得套筒内表面64与管道12的表面、可变形的插入件凹壁54的表面以及主体14的表面相结合，提供连续的装置内表面66且限定通孔直径44。这种配置可在烃流经管道12时减小对节流装置10的部件的磨损。如下所示，在壁部分16变形期间，套筒62与壁部分16一起变形，通过可变形的插入件62的一部分接触或紧密靠近可变形的插入件62的另一部分来提高通孔18的关闭程度。

现在参照图2，图2是图1的节流装置10的可变形的插入件14的平面图，可以看出，插入件14的外表面42限定多个凹槽(如图1中的虚线所示)。每个凹槽56提供从插入件凹部34至可变形的壁部分16的流动通道。

现在参照图3，图3示出了图1中的节流装置10在变形之后的截面图。在该图中可看出，可变形的插入件14的壁部分16已朝内变形，以减小通孔18的横截面面积。牺牲性套筒62与壁部分16一起皱缩，以通过自身形成密封，进一步限制通孔18。

图3也示出了已经通过壁部分16的变形打开壁部分16上的旁通支路80。旁通支路80可让通过壁部分16的流体在图3中所示的箭头方向上进入由变形而形成的空间82内。流经旁通支路80的流体通过O形密封圈84被密封在空间82内，提高了关闭压力，引起可变形的插入件壁部分16发生第二次变形，从而进一步减小通孔横截面面积，进一步增强节流效果。

现在参照图4和图5，图4根据本发明的第二实施例示出了限制通过井筒套管112的流量的节流装置110的截面，图5是图4的节流装置110的可变形的插入件114的平面图。

图4的节流装置110与图1的节流装置10大部分相同。主要差异可从图5最清楚看出，从图5中将注意到，凹槽156的长度变化。这种配置可让设计者实现使得已变形的可变形插入件114的节流轮廓为特定轮廓的目的。

现在参照图6和图7，图6根据本发明的第三实施例示出了用于限制井筒套管212的喷流的节流装置210的截面，图7是图5中的节流装置210的可变形的插入件214的平面图。在该实施例中，壁部分216的每端上具有凹槽256，该节流装置中存在两个凹部234，且在所述两个凹部内含有两个独立的压力产生材料部分236。在该实施例中，两个独立的压力产生材料部分236在不同时间被触发，以产生另一种可选的变形轮廓。两个压力产生材料部分被触发器238发送给每个压力产生材料部分236的致动信号触发。

在不脱离本发明的范围的情况下，可对上述实施例进行各种改变和改进。例如，第一实施例中的套筒62是聚醚醚酮(PEEK)。可使用任何合适的工程塑料或其他材料，如，陶瓷。另外，装置主体通过螺纹连接方式附接到第一和第二管道上。可使用其他的连接形式，如，过盈配合。

Claims (13)

1.一种用于限制通过管道的流量的节流装置，所述节流装置包括：

可变形的插入件，其具有壁部分，所述壁部分具有内表面和外表面且限定通孔；所述壁部分具有有助于变形的属性，所述可变形的插入件在使用中适于位于插入件支撑体中或插入件支撑体附近；

至少一个压力产生材料部分，该压力产生材料部分在使用中适于响应于致动信号产生变形力，所述变形力适于在被施加给所述可变形的插入件的外表面上时使该可变形的插入件的壁部分变形，以减小通孔横截面面积；和

至少一个触发器，该触发器适于产生所述致动信号；

其中，使用过程中，当所述节流装置暴露于通孔内压下时，该可变形的插入件与所述插入件支撑体相结合，充分抵抗由通孔内压产生在该可变形的插入件的内表面上的作用力，从而使得由通孔内压而使所述可变形的插入件产生的变形受到限制，其中，所述变形力适于在所述可变形的插入件壁部分上产生第一次变形，并且其中所述节流装置包括适于便利于可变形的插入件发生第二次变形的变形机构，

其特征在于，所述可变形的插入件的第二次变形是通过旁通支路实现的。

2.根据权利要求1所述的节流装置，该节流装置在使用中适于位于管道中。

3.根据权利要求2所述的节流装置，其中，所述插入件支撑体是管道壁。

4.根据权利要求1所述的节流装置，该节流装置还包括主体。

5.根据权利要求4所述的节流装置，其中，所述主体适于接收所述可变形的插入件。

6.根据权利要求5所述的节流装置，其中，所述主体限定适于接收所述可变形的插入件的凹部。

7.根据权利要求5所述的节流装置，其中，所述主体限定通孔，该主体所限定的通孔与所述可变形的插入件所限定的通孔基本相同。

8.根据权利要求4所述的节流装置，其中，所述可变形的插入件能够附接到所述主体上。

9.根据权利要求8所述的节流装置，其中，所述可变形的插入件能够在界面处附接到所述主体上。

10.根据权利要求8所述的节流装置，其中，所述可变形的插入件能够释放地附接到所述主体上。

11.根据权利要求8所述的节流装置，其中，所述可变形的插入件能够密封地附接到所述主体上。

12.根据权利要求11所述的节流装置，该节流装置包括一个或更多个密封件，所述密封件被设置成确保通过管道的流体不绕过该可变形的插入件。

13.根据权利要求11所述的节流装置，其中，所述可变形的插入件通过与所述主体的接触而形成过盈配合或局部密封。