CN105934560A - 对通过井工具串的流量的调节 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种流量限制工具，其可以包括：封壳装置，其具有准许流量通过所述工具的位置，在一个位置处，流动通路向所述流量打开且所述封壳装置阻挡流量通过另一流动通路，且在另一位置处，两个通路均向所述流量打开；以及偏置装置，其响应于流动速率小于预定水平而使所述封壳装置移位到前一位置。井工具串可以包括：定向工具，其间歇性准许流量通过所述工具串的壁以经由穿过所述工具串的流动通路中的压力脉冲传输定向数据；以及流量限制工具，其当流量的流动速率小于预定水平时准许所述流量通过一个流动面积，且当所述流动速率增加时准许流量通过较大的流动面积。

Description

对通过井工具串的流量的调节

技术领域

本公开一般来说是关于结合地下井使用的设备和执行的操作，且在下文描述的一个实施例中更具体来说提供对通过井工具串的流量的调节。

背景技术

近来在井中的套管/衬管旋转定向方面的进步允许进行压力脉冲遥测，以经由经过编码的负压力脉冲将定向数据传送到地面。然而，在套管/衬管的内部与外部之间需要压力差，以便产生压力脉冲。出于此原因及其它原因，在调节通过井工具串的流量的领域中持续地需要进步。无论是否使用压力脉冲遥测在负压力脉冲上编码定向数据来使套管/衬管旋转定向，这些进步都可以是有用的。

附图说明

图1是可以体现本公开的原理的井系统和相关联方法的代表性局部横截面图。

图2是可以在图1的系统和方法中使用并且可以体现本公开的原理的流量限制工具的放大比例代表性横截面图。

图3是流量限制工具在其增加流量面积构造中的代表性横截面图。

具体实施方式

图1中代表性地说明可以体现本公开的原理的用于井的系统10和相关联方法。然而应当清楚地了解，系统10和方法仅是本公开的原理在实践中的应用的一个实施例，且广泛多种其它实施例是可能的。因此，本公开的范围完全不限于在此描述和/或在图中描绘的系统10和方法的细节。

在图1实施例中，井工具串12定位于井筒14中。井工具串12是形成用于井筒14的保护性衬里的套管或衬管管柱16的一部分。

在此实施例中，工具串12包含定向工具18、窗接合部20和流量限制工具22。定向工具18和流量限制工具22用以使窗接合部20的预成形窗24旋转地或在方位角上定向，使得可以在所需方向上穿过窗钻制分支或横向井筒26。在此实施例中，在钻制横向井筒26之前封闭窗24(例如，使用相对容易钻制或铣磨穿过的材料，例如铝和/或复合材料等等)。

如图1中描绘，主要或母体井筒14是垂直的，且分支或横向井筒26是倾斜的或偏离垂直的。然而，在其它实施例中，井筒14可以是水平的或倾斜的，和/或井筒26可以是水平的或垂直的。井筒14可以是另一井筒(未图示)的分支或横向井筒。因此，应当清楚了解，本公开的范围不限于如图1中描绘或在此描述的系统10和方法的任何具体细节。

定向工具18可以是如下类型：选择性地准许和阻止通过所述工具的壁28的流动，从而在纵向延伸穿过套管或衬管管柱16的流动通路32中产生压力脉冲30。可以用定向数据来编码这些压力脉冲30，并且可以在远程位置(例如，使用压力传感器在地面位置处)检测这些压力脉冲30。

可以在远程位置从检测到的压力脉冲30解码定向数据，从而使人员能够检验窗24是否在所需定向上，或者确定应当如何旋转套管或衬管管柱16以便实现所需定向。可以实时地(在正安装管柱16时)执行此解码。

图1实施例中的定向工具18包含定向传感器34(例如，陀螺仪、三轴加速度计、重力传感器等等)、控制器/致动器36和阀38。控制器/致动器36响应于由定向传感器34进行的测量而操作阀38，使得在压力脉冲30上编码测量值(定向数据)。

在图1实施例中，压力脉冲30是负压力脉冲，因为它们包括流动通路32中的流体压力的相对短的减小。通过打开阀38来减小流动通路32中的流体压力，从而允许流体流40向外通过定向工具18的壁28中的开口42。

用于在系统10中使用的合适定向工具是由Aberdeen，UnitedKingdom的Intelligent Well Controls销售的套管定向工具(COT)。然而，在不脱离本公开的原理的情况下可以使用其它定向工具。

为了打开阀38以在流动通路32中产生流体压力的足够减小以便在远程位置检测，流动通路中的流体压力应当充分大于管柱16外部的流体压力。为此目的，工具串12包含定位于定向工具18的下游(相对于流40)的流量限制工具22。

虽然图1中将流量限制工具22描绘为从定向工具18与窗接合部20相对，但在其它实施例中，流量限制工具可以在定向工具与窗接合部之间，流量限制工具可以与定向工具和/或窗接合部组合等等。因此，本公开的范围不限于井工具串12的各种元件的任何具体布置、构造或建构。

流量限制工具22限制流40，从而增加流量限制工具上游的流动通路32中的压力。在通过流量限制工具22之后，流40退出管柱16的底部(未图示)，且经由形成于管柱与井筒14之间的环面44返回到地面。

当管柱16在井筒14中适当定向时(例如，窗24面朝所需横向井筒26的方向)，需要在井筒14中胶结管柱。在胶结操作期间，优选地基本上不限制通过通路32的流，因为不需要维持从管柱16的内部到外部的压力差。另外，在胶结操作期间需要通过流量限制工具22的较大流动面积，使得可以在希望的地方迅速地放置胶结物。

为此目的(减少对流量的限制)，流量限制工具22能够响应于流动速率的增加而增加通过工具的可变流量限制器46的流动面积。另外，可以使可变流量限制器46复位，使得如果流动速率充分减小，那么将再次增加对流量的限制。这防止在定向操作之前或在定向操作期间的意外(或甚至有意的)流动速率增加不可逆地减少对通过流量限制工具22的流量的限制。

另外，可变流量限制器46可以由相对容易可钻制的材料(例如，铝、复合材料等等)制成。以此方式，在胶结操作结束之后，可以方便地钻制穿过流量限制工具22。

现在另外参见图2和3，代表性地说明流量限制工具22的更详细的放大比例横截面图。流量限制工具22可以在图1的系统10和方法中使用，或者可以在其它系统和方法中使用。

在图2和3的实施例中，可变流量限制器46包含在外部壳体组合件48内。如图2和3中描绘，封壳装置50、保持装置52和截头圆锥形楔54一体式形成，且以可往复运动方式安置于内部壳体56中。内部壳体56包括偏置装置58和带端口结构60。

封壳装置50具有两个位置，在所述位置处封壳装置阻挡(参见图2)或准许(参见图3)流40通过穿过结构60形成的流动通路62。在封壳装置50的两个位置处，准许流40纵向通过流动通路32(所述流动通路纵向延伸穿过流量限制工具22)。

在图2中描绘的位置处，流40无法通过通路62的流动面积，且因此与图3中描绘的位置相比，可用于纵向通过工具22的流动的总面积减少。因此，与图3中的情况相比，图2中对流量的限制增加。

在图2的位置处，仅流动面积f1可用于流40。在图3的位置处，额外流动面积f2可用于流40。因此，在图2中总可用流动面积是f1，但在图3中总可用流动面积是f1+f2。

为了使封壳装置50从图2的位置移位到图3的位置，增加流40的流动速率。由于通过封壳装置50的流动面积f1在此实施例中是通路32的最少可用流动面积，因此跨越封壳装置导致压力差。

此压力差使封壳装置50向下(如在图2中观看)朝向图3的位置偏置。保持装置52将封壳装置50保持于其在图2的位置处，直到流动速率大于预定水平。

在图2和3的实施例中，保持装置52包括多个弹性筒夹64。筒夹64中的每一者具有径向放大的突出部66，所述突出部以可释放方式接合形成于内部壳体56中的环形凹部68。

突出部66和凹部68被构造成使得随着作用于封壳装置50上的偏置力由于通过流动面积f1的流40而增加，筒夹64径向向内越来越多地变形。当超过预定流动速率时，筒夹64充分变形，使得突出部66不再与凹部68接合，且封壳装置50可以通过偏置力移位到图3的位置。

虽然在此描述且在图中说明保持装置52包括弹性筒夹64和凹部68，但将了解，可以替代地使用其它类型的保持装置。举例来说，可以使用扣环。因此，本公开的范围不限于任何特定类型的保持装置的使用。

在图3的位置处，准许流40通过穿过封壳装置50的一般管状的套筒72形成的开口70。流40随后可以通过通路62到达流量限制工具22下方的通路32。

应注意，楔54关于封壳装置50从图2的位置到图3的位置的移位造成形成于内部壳体56上的多个弹性筒夹74径向向外变形。因为变形的筒夹74在图3的位置处由楔54的圆锥形外表面54a向外支撑，所以由筒夹施加在楔上的偏置力使楔和封壳装置50朝向图2的位置纵向偏置。

因此，由于通过流动面积f1的流40而施加在封壳装置50上的纵向偏置力必须大于由筒夹74施加在楔54上的纵向偏置力，以便将封壳装置维持在图3的位置处。如果流动速率减小到低于预定水平，那么由筒夹74施加在楔54上的纵向偏置力将超过由于通过流动面积f1的流40而施加在封壳装置50上的偏置力，且封壳装置将移位回到图2的位置。

以此方式，流量限制工具22可以被“复位”，使得通过工具的总流动面积再次仅为f1，且对流40的限制增加。如果需要随后减小对流40的限制，那么可以再次增加流动速率，以便使封壳装置50移位到图3的位置。因此，通过分别减小和增加流动速率，可以方便地且重复地增加和减小对流40的限制。

虽然在此描述且在图中描绘偏置装置58包括作用于楔54的圆锥形外表面54a上的弹性筒夹74，但将了解，可以使用其它类型的偏置装置。举例来说，可以使用压缩弹簧或拉伸弹簧。因此，本公开的范围不限于任何特定类型的偏置装置的使用。

虽然上文将流量限制工具22描述为在其中窗接合部20旋转定向于井筒14中的操作中使用，但本公开的范围不限于流量限制工具用于任何特定目的的使用。其它类型的设备(例如导向斜具等等)可以使用流量限制工具22在井中定向，且流量限制工具完全不必在旋转定向操作中使用。

现在可以完全了解，以上公开提供调节通过井工具串的流量的技术的显著进步。在上文描述的实施例中，通过分别增加和减小流40的流动速率可以重复地增加和减小通过流量限制装置22的流动面积。

在一个方面中，通过以上公开对本领域提供用于在地下井中使用的流量限制工具22。在一个实施例中，流量限制工具22可以包括：封壳装置50，其以可往复运动方式在其中准许流40纵向通过流量限制工具22的第一与第二位置之间可移位。在第一位置(参见图2)中，第一流动通路32向流40打开，且封壳装置50阻挡流40通过第二流动通路62。在第二位置(参见图3)中，第一流动通路32和第二流动通路62向流40打开。偏置装置58响应于流40的流动速率减小到小于第一预定水平而使封壳装置50移位到第一位置。

流量限制工具22还可以包括保持装置52，其将封壳装置50以可释放方式保持于第一位置处。保持装置52可以响应于流动速率增加到大于第二预定水平而准许封壳装置50从第一位置移位到第二位置。

保持装置52可以包括至少一个弹性筒夹64。偏置装置58可以包括至少一个弹性筒夹74。

封壳装置50可以包括套筒72，且在第二位置处流40可以通过套筒72的壁(例如，经由开口70)。

偏置装置58可以径向向外围绕连接到封壳装置50的一般圆锥形的外表面54a。

通过以上公开还对本领域提供井工具串12。在一个实施例中，井工具串12可以包括：定向工具18，其选择性准许和阻止工具串12的内部与外部之间的流体连通，且从而经由纵向延伸穿过井工具串12的流动通路32中的多个压力脉冲30传输定向数据；以及流量限制工具22，其当流40的流动速率小于第一预定水平时准许流40通过第一流动面积f1，且当流动速率大于第二预定水平时准许流40通过大于第一流动面积f1的第二流动面积f1+f2。

流量限制工具22可以当流动速率从高于第一预定水平减小到低于第一预定水平时准许流量通过第一流动面积f1，但不通过第二流动面积f1+f2。

上文还描述在井中定向井工具串12的方法。在一个实施例中，所述方法可以包括：使流体以一流动速率流动通过所述井工具串12，流量限制工具22限制通过所述井工具串12的流量且从而产生从所述井工具串12的内部到外部的压力差，定向工具18选择性准许和阻止通过所述井工具串12的壁28的流体连通且从而编码定向数据；增加所述流动速率且从而增加通过所述流量限制工具22的流动面积；以及随后在仍准许流量通过所述流量限制工具22的同时减小所述流动速率且从而减小通过所述流量限制工具22的所述流动面积。

增加所述流动面积的步骤可以包含抵抗由偏置装置58施加的偏置力使封壳装置50移位。使所述封壳装置50移位的步骤可以包含使所述偏置装置58的至少一个筒夹74变形。

减小所述流动面积的步骤可以包含将封壳装置50保持在其中流动通路62被所述封壳装置50阻挡的位置处。保持所述封壳装置50的步骤可以包含接合保持装置52的至少一个弹性筒夹64。

虽然上文已经描述各种实施例，其中每一实施例具有某些特征，但是应当了解，一个实施例的特定特征不必专门与所述实施例一起使用。而是，上文描述和/或在图中描绘的任何特征都可以与任何实施例组合，以补充或代替那些实施例的任何其它特征。一个实施例的特征不与另一实施例的特征互斥。而是，本公开的范围涵盖任何特征的任何组合。

虽然上文描述的每一实施例包含某一特征组合，但是应当了解，不必使用实施例的所有特征。而是，可以使用上文描述的任何特征，而不需要也使用任何其它特定的一个或多个特征。

应当了解，在不脱离本公开的原理的情况下，本文描述的各种实施方案可以在各种定向上使用，例如倾斜、倒转、水平、垂直等等，以及在各种构造中使用。仅将所述实施方案描述为本公开的原理的有用应用，本公开不限于这些实施方案的任何具体细节。

在代表性实施例的以上描述中，为了在参考附图时的方便而使用方向性术语(例如，“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等等)。然而应当清楚了解，本公开的范围不限于本文描述的任何特定方向。

在本说明书中以非限制性意义使用术语“包含”、“包括”和类似术语。举例来说，如果将系统、方法、设备、装置等等描述为“包含”某一特征或元件，那么所述系统、方法、设备、装置等等可以包含所述特征或元件，且也可以包含其它特征或元件。类似地，术语“包括”被视为意味着“包括但不限于”。

当然，本领域的技术人员在对本公开的代表性实施方案的以上描述的谨慎考虑后将容易了解到，可以对具体实施方案做出许多修改、添加、代替、删除和其它改变，且这些改变是本公开的原理预期的。举例来说，被公开为单独形成的结构在其它实施例中可以一体式形成，且反过来也是如此。因此，前述详细描述应当清楚理解为仅借助于图示和实施例而给出，本发明的精神和范围仅受到权利要求书及其等效物的限制。

Claims (20)

1.一种用于在地下井中使用的流量限制工具，所述流量限制工具包括：

封壳装置，其以可往复运动方式在其中准许流量纵向通过所述流量限制工具的第一位置与第二位置之间可移位，在所述第一位置处，第一流动通路向所述流量打开且所述封壳装置阻挡所述流量通过第二流动通路，且在所述第二位置处，所述第一流动通路和所述第二流动通路向所述流量打开；以及

偏置装置，其响应于所述流量的流动速率减小到小于第一预定水平而使所述封壳装置移位到所述第一位置。

2.如权利要求1所述的流量限制工具，其进一步包括保持装置，所述保持装置将所述封壳装置以可释放方式保持于所述第一位置处。

3.如权利要求2所述的流量限制工具，其中所述保持装置响应于所述流动速率增加到大于第二预定水平而准许所述封壳装置从所述第一位置移位到所述第二位置。

4.如权利要求2所述的流量限制工具，其中所述保持装置包括至少一个弹性筒夹。

5.如权利要求1所述的流量限制工具，其中所述偏置装置包括至少一个弹性筒夹。

6.如权利要求1所述的流量限制工具，其中所述封壳装置包括套筒，且在所述第二位置处所述流量通过所述套筒的壁。

7.如权利要求1所述的流量限制工具，其中所述偏置装置径向向外围绕连接到所述封壳装置的一般圆锥形的外表面。

8.一种井工具串，包括：

定向工具，其选择性准许和阻止所述井工具串的内部与外部之间的流体连通，且从而经由纵向延伸穿过所述井工具串的流动通路中的多个压力脉冲传输定向数据；以及

流量限制工具，其当流量的流动速率小于第一预定水平时准许所述流量通过第一流动面积，且当所述流动速率大于第二预定水平时准许所述流量通过大于所述第一流动面积的第二流动面积。

9.如权利要求8所述的井工具串，其中所述流量限制工具当所述流动速率从高于所述第一预定水平减小到低于所述第一预定水平时准许流量通过所述第一流动面积，但不通过所述第二流动面积。

10.如权利要求8所述的井工具串，其中所述流量限制工具包括封壳装置，所述封壳装置以可往复运动方式在第一位置与第二位置之间可移位，在所述第一位置处，第一流动通路向所述流量打开且所述封壳装置阻挡所述流量通过第二流动通路，且在所述第二位置处，所述第一流动通路和所述第二流动通路向所述流量打开。

11.如权利要求10所述的井工具串，其中所述流量限制工具进一步包括偏置装置，所述偏置装置响应于所述流动速率减小到小于所述第一预定水平而使所述封壳装置移位到所述第一位置。

12.如权利要求11所述的井工具串，其中所述偏置装置包括至少一个弹性筒夹。

13.如权利要求10所述的井工具串，其中所述流量限制工具进一步包括保持装置，所述保持装置将所述封壳装置以可释放方式保持于所述第一位置处。

14.如权利要求13所述的井工具串，其中所述保持装置响应于所述流动速率增加到大于所述第二预定水平而准许所述封壳装置从所述第一位置移位到所述第二位置。

15.如权利要求13所述的井工具串，其中所述保持装置包括至少一个弹性筒夹。

16.一种在井中定向井工具串的方法，所述方法包括：

使流体以一流动速率流动通过所述井工具串，流量限制工具限制通过所述井工具串的流量且从而产生从所述井工具串的内部到外部的压力差，定向工具选择性准许和阻止通过所述井工具串的壁的流体连通且从而编码定向数据；

增加所述流动速率且从而增加通过所述流量限制工具的流动面积；以及

随后在仍准许流量通过所述流量限制工具的同时减小所述流动速率且从而减小通过所述流量限制工具的所述流动面积。

17.如权利要求16所述的方法，其中增加所述流动面积包括抵抗由偏置装置施加的偏置力使封壳装置移位。

18.如权利要求17所述的方法，其中使所述封壳装置移位包括使所述偏置装置的至少一个筒夹变形。

19.如权利要求16所述的方法，其中减小所述流动面积包括将封壳装置保持在其中流动通路被所述封壳装置阻挡的位置处。

20.如权利要求19所述的方法，其中保持所述封壳装置包括接合保持装置的至少一个弹性筒夹。