CN109964003B - 具有压力平衡活塞的流量控制装置 - Google Patents

Abstract

一种防砂筛组件，包括基管和流量控制装置，所述流量控制装置定位在用于流体的流动路径内，所述流动路径在所述基管的外部与内部之间延伸。所述流量控制装置包括外壳，所述外壳限定从所述流动路径接收所述流体的入口和将所述流体排放回到所述流动路径中的出口，并且活塞腔室限定在所述外壳中以使所述入口与所述出口流体地连通。压力平衡活塞定位在所述活塞腔室内并且可在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中阻止所述入口与所述出口之间的流体流动，在所述第二位置中促进所述入口与所述出口之间的流体流动。致动器使所述压力平衡活塞在关闭位置与打开位置之间移动，并且电子器件模块可通信地联接到所述流量控制装置以操作所述致动器。

Description

具有压力平衡活塞的流量控制装置

背景技术

在烃生产井中，调节地层流体从地下地层进入穿透所述地下地层的井筒中的流动通常是有益的。各种原因或目的可能使这种调节成为必需，包括例如阻止水和/或气体锥进，使水和/或气体产量最小化，使砂产量最小化，使石油产量最大化，平衡来自各个地下区的产量，均衡各个地下区中的压力等等。

许多装置可用于调节地层流体的流动。这些装置中的一些对于不同类型的地层流体是无差别的，并且可简单地用作“看门人”，用于调节对井筒管道(诸如生产油管)的内部的进入。这类看门人装置可以是简单的开/关阀，或者它们可被计量以在连续的流速范围内调节流体流动。用于调节地层流体的流动的其他类型的装置可在不同类型的地层流体之间实现至少一定程度的区分。这类装置可包括例如管状限流器、喷嘴型限流器、自主流入控制装置、非自主流入控制装置、端口、曲折路径、其组合等。

附图说明

以下附图被包括来示出本公开的某些方面，并且不应被视作排他性实施方案。所公开的主题能够在不脱离本公开的范围的情况下在形式和功能上进行相当多的修改、改变、组合和等效物。

图1是可采用本公开的原理的井系统的示意图。

图2是示例性防砂筛组件的横截面示意图。

图3是图2的流量控制装置的示例性实施方案的等轴测视图。

图4A和图4B是图3的流量控制装置的部分横截面顶视图。

图5是图2的流量控制装置的另一个示例性实施方案的等轴测视图。

图6A和图6B是图5的流量控制装置的部分横截面顶视图。

图7是图2的井下发电机的示例性实施方案的示意图。

图8是图2的井下发电机的另一个示例性实施方案的示意图。

图9是图2的井下发电机的另一个示例性实施方案的示意图。

具体实施方式

本公开涉及井下流体流动的调节，并且更具体地，涉及具有流量控制装置的防砂筛组件，所述流量控制装置使用压力平衡活塞和相关联的致动器来调节流体流动的产生。

本文所述的实施方案论述了被设计为力平衡式流量控制器的流量控制装置，其包括平衡活塞组件，所述平衡活塞组件可致动以调节沿着延伸到基管的内部的流动路径的流体流动。即使当流量控制装置仅部分地关闭时，平衡活塞组件操作以平衡流量控制装置内的液压力。因此，平衡活塞组件使致动流量控制装置所需的致动器的功率和尺寸要求最小化。有利地，致动器的最小功率和尺寸要求允许平衡活塞组件基于磁耦合而移位，这消除了对动态密封的需要。本文所述的流量控制装置可减少或完全阻止不期望的井筒流体(诸如水)的产生。虽然现有技术要么是被动的，要么在控制流动之前需要流体来开始生产，但是本文所述的防砂筛组件包括传感器，所述传感器监测流体并且可通信地联接到流量控制装置。因此，当井接近其使用寿命时，传感器数据允许流量控制装置减缓生产，从而防止见水。

图1是根据一个或多个实施方案的可采用本公开的原理中的一个或多个的示例性井系统100的示意图。如图所描绘，井系统100包括井筒102，所述井筒102延伸穿过各个地球地层并且具有基本垂直区段104，所述基本垂直区段104过渡到基本水平区段106。垂直区段104的一部分可具有胶结在其中的套管柱108，并且水平区段106可延伸穿过含烃地下地层110。在一些实施方案中，水平区段106可以是未完成的并且另外表征为井筒102的“裸眼”区段。然而，在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，套管108可延伸到水平区段106中。

生产油管柱112可定位在井筒102内并且从表面位置(未示出)(诸如地球表面)延伸。生产油管112提供了用于从地层110抽取的流体行进到表面位置以进行生产的管道。完井管柱114可联接到生产油管112的下端或以其他方式形成生产油管112的下端的一部分并且布置在水平区段106内。完井管柱114邻近地下地层110将井筒102分成各个生产层段。为实现这一目的，如图所描绘，完井管柱114可包括沿着生产油管112的各部分彼此轴向地偏移的多个防砂筛组件116。每个筛组件116可定位在一对井筒封隔器118之间，所述井筒封隔器118在完井管柱114与井筒102的内壁之间提供流体密封，从而限定离散的生产层段。

防砂筛组件116中的一个或多个还可包括流量控制装置120，所述流量控制装置120用来限制或以其他方式调节流体122进入完井管柱114中并且因此进入生产油管112中的流动。在操作中，每个防砂筛组件116的主要功能是：从源自地层110的生产流体流中过滤颗粒物质，使得不会向表面产生颗粒和其他细粒。此外，如下文更详细地描述，流量控制装置120可以是可致动的并且另外可操作以调节流体122进入完井管柱114中的流动。

从每个生产层段调节流体122进入完井管柱114中的流动可有利于阻止地下地层110中的水锥进124或气体锥进126。流体122的流动调节的其他用途包括但不限于平衡来自多个生产层段的产量，使不期望的流体的产量最小化，使期望的流体的产量最大化等。本文所述的流量控制装置120通过提供力平衡式流量控制器来实现这样的益处，所述力平衡式流量控制器调节流体122从地下地层110到完井管柱114的内部的流动。

应注意，尽管图1将防砂筛组件116描绘为布置在井筒102的裸眼部分中，但是本文设想了其中防砂筛组件116中的一个或多个布置在井筒102的加套部分内的实施方案。而且，尽管图1描绘了布置在每个生产层段中的单个防砂筛组件116，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可在特定生产层段内部署任意数量的防砂筛组件116。此外，尽管图1描绘了由封隔器118分离的多个生产层段，但是可使用具有对应数量的封隔器118的任意数量的生产层段。在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，可从完井层段完全省略封隔器118。

此外，虽然图1将防砂筛组件116描绘为布置在井筒102的水平区段106中，但是防砂筛组件116同样非常适合于在垂直区段104或井筒102的偏离的、倾斜的、多边的或其任意组合的部分中使用。诸如上方、下方、上、下、向上、向下、左、右、井上、井下等方向性术语的使用是关于说明性实施方案使用的，如它们在附图中所描绘，向上方向是朝向对应的附图的顶部，并且向下方向是朝向对应的附图的底部，井上方向是朝向井的表面，并且井下方向是朝向井的趾部。

图2是根据一个或多个实施方案的示例性防砂筛组件200的横截面示意图。防砂筛组件200(下文称为“筛组件200”)可与图1的防砂筛组件116中的任一个相同或类似，并且因此可在井系统100(图1)中使用。筛组件200可包括基管202或以其他方式绕基管202布置，所述基管202限定一个或多个开口或流动端口204，所述一个或多个开口或流动端口204促进基管202的内部206与周围的地下地层110之间的流体连通。基管202形成完井管柱114(图1)的一部分，并且可联接到生产油管112(图1)或形成生产油管112(图1)的整体延伸部。

如图所示，筛组件200还可包括绕基管202的外部延伸的砂筛208。砂筛208和其各种部件用作过滤介质，所述过滤介质被设计成允许来源于地层110的流体210从中流动穿过，但阻止预定尺寸的颗粒物质流入。

如图所示，砂筛208通常可在绕基管202布置在第一端或井口端处的上端环212a与绕基管202布置在第二端或井下端处的下端环212b之间延伸。上端环212a和下端环212b在基管202与砂筛208的相对的轴向端部之间提供机械接口。然而，在一个或多个实施方案中，可省略下端环212b，并且砂筛208可能可替代地在基管202的井下端处直接联接到基管202。每个端环212a、212b可由诸如13铬、304L不锈钢、316L不锈钢、420不锈钢、410不锈钢、

825、铁、黄铜、铜、青铜、钨、钛、钴、镍、其组合等金属形成。此外，每个端环212a、212b可通过焊接、钎焊、螺纹连接、机械紧固、其组合等固定到基管202的外表面。

砂筛208可以是流体多孔的颗粒限制装置，其由多层丝网制成，所述多层丝网被扩散粘结或烧结在一起以形成流体多孔丝网筛。然而，在其他实施方案中，砂筛208可具有多层编织网状丝线材料，其具有均匀的孔结构和基于地层110的性质确定的受控孔径。例如，合适的编织网筛可包括但不限于，平纹席型编织、斜纹席型编织、反向席型编织、其组合等。然而在其他实施方案中，砂筛208可包括单层丝网、未粘结在一起的多层丝网、单层绕丝、多层绕丝等，其可能与或可能不与排流层一起操作。本领域技术人员将容易认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，若干其他网状设计同样适合。此外，在一些实施方案中，砂筛208可由割缝衬管或其他类型的井下过滤装置代替。

如图所示，砂筛208可从基管202径向偏移较短距离，使得环圈214径向限定在砂筛208与基管202之间。环圈214形成用于流体210进入基管202的内部206的流动路径的一部分。更特别地，用于流体210的流动路径从地层110延伸，穿过砂筛208，穿过限定在基管202中的流动端口204，并且进入内部206中，以通过例如生产油管112(图1)生产到表面位置。因此，用于流体210的流动路径包括前述路径或路线的任意部分。

筛组件200还可包括流量控制装置216，所述流量控制装置216定位在流动路径内并且配置来接收进入基管202之前的流体210的流动。在一些实施方案中，如图所示，流量控制装置216可定位在限定在上端环212a中的通道或导管218内或包括在筛组件200中的另一个部分(未示出)中。根据本公开，并且如下文更详细地描述，流量控制装置216可包括力平衡式流量控制器，所述力平衡式流量控制器包括压力平衡活塞，所述压力平衡活塞可致动以调节流体210沿着流动路径的流动。即使当流量控制装置216仅部分地关闭时，压力平衡活塞能够平衡流量控制装置216内的液压力。因此，压力平衡活塞使在打开位置与关闭位置之间致动流量控制装置216所需的致动器的功率和尺寸要求最小化。此外，致动器的最小功率和尺寸要求允许压力平衡活塞基于磁耦合而移位，这消除了对动态密封的需要。

筛组件200还可包括被配置来监测并操作流量控制装置216的电子器件模块220。因此，流量控制装置216可被可通信地(有线或无线地)联接到电子器件模块220。在一些实施方案中，如图所示，电子器件模块220可联接到上端环212a或固定在上端环212a内。然而，在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，电子器件模块220可在另一个位置处包括在筛组件200中。

电子器件模块220可包括例如用于操作流量控制装置216(以及必要时，筛组件200的其他部件)的计算机硬件和/或软件。计算机硬件可包括处理器222，所述处理器222被配置来执行存储在非暂时性计算机可读介质上的一个或多个指令序列、编程立场或代码，并且可包括例如通用微处理器、微控制器、数字信号处理器、或任何相似的合适装置。在一些实施方案中，电子器件模块220还可包括电源224，所述电源224向流量控制装置216(以及必要时，筛组件200的其他部件)提供电力以进行操作。电源224可包括但不限于一个或多个电池、燃料电池、基于核能的发电机、流致振动功率采集器，或其任意组合。

在一个或多个实施方案中，可从电子器件模块220省略电源224，并且可从包括在筛组件200中的井下发电机226获得操作流量控制装置216(以及必要时，筛组件200的其他部件)所需的电力。在所示出的实施方案中，井下发电机226在流量控制装置216的下游定位在流动路径内，并且另外被配置来接收流体210的流动。在至少一个实施方案中，井下发电机226可包括横流式涡轮机组件，并且如图所示，可定位在限定在上端环212a中的腔228内。可替代地，在不脱离本公开的范围的情况下，井下发电机226可在上端环212a外部布置在流动路径中或布置在沿着流动路径的任意点处。

如下文将更详细地描述，井下发电机226可包括横向涡轮机和相关联的发电机。横向涡轮机可包括多个转子叶片，所述多个转子叶片被配置来从流动路径接收流体210并且将流体210的动能转换成在发电机中生成电力的旋转能。生成的电力可被传送到电子器件模块220以用于功率调节和整流，或者可另外直接提供给流量控制装置216(以及必要时，筛组件200的其他部件)。

筛组件200还可包括传感器模块230和双向通信模块232，这两个模块各自可通信地(有线或无线地)联接到电子器件模块220以使得能够向/从电子器件模块220传送数据和/或控制信号。然而，在一些实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，传感器模块230可直接联接到通信模块232。电源224可用来给传感器模块230和通信模块232中的一者或两者供电，但是井下发电机26可被可替代地用来提供所需的电力。虽然在图2中描绘为分开布置在筛组件200的相对的轴向端部处，但是传感器模块230和通信模块232可被可替代地定位成彼此相邻或者可形成单个模块或部件。

传感器模块230可被配置成在筛组件200的操作期间监测或以其他方式测量各种井筒参数，从而获得测量数据。传感器模块230还可包括用来与电子器件模块220(或通信模块232)通信以提供测量数据的一个或多个传输器和接收器。在至少一个实施方案中，传感器模块230可被配置来监测源自地下地层110的流体210的物理和化学性质。因此，传感器模块230可包括各种传感器，包括但不限于放射性传感器(例如，伽马、中子和质子)、声波发射器和接收器、电磁电阻率传感器、声波或声学传感器、自我/自发电位传感器、核磁共振测井传感器、温度传感器、压力传感器、pH值传感器、密度传感器、粘度传感器、化学成分传感器(例如，能够确定流体210的化学构成并且另外能够比较不同流体的化学成分的传感器)、流速传感器等。

通信模块232可被可通信地(有线或无线地)联接到电子器件模块220，以使得能够向/从电子器件模块220传送数据或控制信号。通信模块232还可被可通信地联接到井表面位置(有线或无线地)，以使得能够在操作期间向/从表面位置传送数据或控制信号。因此，通信模块232可包括一个或多个传输器和接收器，例如以促进与地面位置的双向通信。因此，在井表面位置处的井操作员可获知筛组件200的实时操作状况，并且可能够向流量控制装置216发送命令信号以在需要时调整并且以其他方式调节流体210的流动。

在一个示例中，传感器模块230可被配置来监测地层110中前进的水前端并且获得关于水前端的位置和/或流速的测量数据。传感器模块230可将测量数据传输给电子器件模块220以进行处理。在一些实施方案中，电子器件模块220可将测量数据传达给通信模块232以传输给井表面位置处的井操作员以供考虑。作为响应，井操作员可通过通信模块232向电子器件模块220发送一个或多个命令信号，以命令流量控制装置216调整操作。然而，在其他实施方案中，电子器件模块220可从传感器模块230接收测量数据并且被编程来自主地调节流量控制装置216的操作以使不期望的流体210的产生最小化。例如，当测量数据超过测量的预定操作阈值时，电子器件模块220可被编程来致动流量控制装置216，从而限制不期望的流体210的流入。在其他实施方案中，传感器模块230可将测量数据直接发送到通信模块232以传输给井操作员以供考虑。在这类实施方案中，如果需要或有必要，井操作员可用命令信号作出响应以调整流量控制装置216的操作。

图3是根据一个或多个实施方案的图2的流量控制装置216的示例性实施方案的等轴测视图。如图所示，流量控制装置216可包括外壳302，所述外壳302具有第一端304a和与第一端304a相对的第二端304b。端盖306可在每个端部304a、304b处联接到外壳302并且是可移除的以允许操作员接近流量控制装置216的内部部件。虽然在图3中描绘为大体矩形形状，但是在不脱离本公开的范围的情况下，外壳302可能可替代地展现其他形状，诸如多边形或圆柱形形状。

外壳302限定入口308a，所述入口308a与限定在外壳302内的活塞腔室310流体地连通。入口308a可被配置来接收来自导管218(图2)并且另外在流量控制装置216的上游的流体210的流动，如图2的筛组件200中所示。外壳302还限定出口308b，所述出口308b与活塞腔室310流体地连通。通过出口308b离开流量控制装置216的流体210可在流量控制装置216的下游进入导管218，如图2的筛组件200中所示。

压力平衡活塞312可移动地定位在活塞腔室310内并且可在第一或关闭位置与第二或打开位置之间移动，在所述第一或关闭位置中压力平衡活塞312基本上阻止入口308a与出口308b之间的穿过活塞腔室310的流体流动，在所述第二或打开位置中促进围绕压力平衡活塞312和穿过活塞腔室310的流体流动。可利用致动器314使压力平衡活塞312在关闭位置与打开位置之间移动，所述致动器314至少部分地定位在限定在外壳302内的致动器腔室316内。如下文所述，致动器314可被可操作地联接到压力平衡活塞312，使得致动器314在致动器腔室316内的轴向移动对应地使压力平衡活塞312在活塞腔室310内移动。如本文所使用，术语“可操作地联接”是指两个组成部分之间的直接或间接联接的接合。

致动器314可包括线性致动器，诸如但不限于机械致动器(例如，活塞和螺线管、螺纹致动器、轮轴致动器、凸轮致动器等)、液压致动器、气动致动器、压电致动器、机电致动器(例如，驱动齿轮箱的带刷或无刷马达)、线性马达，伸缩线性致动器、其任意组合、或任意低力(即，低功率消耗)线性致动器。致动器314可通过一个或多个引线318(示出两个)可通信地联接到电子器件模块220(图2)，以促进功率和信号传送。

图4A和图4B是图3的流量控制装置216的部分横截面顶视图。图4A示出处于关闭位置的压力平衡活塞312，并且图4B示出在活塞腔室310内移动至打开位置的压力平衡活塞312。如图所示，压力平衡活塞312可包括活塞杆402，所述活塞杆402具有第一端404a和与第一端404a相对的第二端404b。在第一端404a处或附近，压力平衡活塞312可包括与第二活塞头406b轴向地间隔开的第一活塞头406a，并且每个活塞头联接到活塞杆402或以其他方式形成活塞杆402的整体部分。

活塞腔室310可限定第一扼流点408a和与第一扼流点408a轴向地间隔开的第二扼流点408b。在所示出的实施方案中，第一扼流点408a和第二扼流点408b各自提供活塞腔室310的直径减小部分，所述直径减小部分被配置成当压力平衡活塞312处于关闭位置时径向接合第一活塞头406a和第二活塞头406b。因此，第一活塞头406a和第二活塞头406b可沿着活塞杆402彼此轴向地间隔开，以与第一扼流点408a和第二扼流点408b轴向地对齐。

第一活塞头406a和第二活塞头406b展现类似的横截面流动面积，并且尺寸可被设定成当压力平衡活塞312处于关闭位置时分别密封地接合第一扼流点408a和第二扼流点408b。然而，在一些实施方案中，第一活塞头406a和第二活塞头406b的尺寸可被设定成当压力平衡活塞312处于关闭位置时允许分别经过第一扼流点408a和第二扼流点408b的少量流体泄漏。应注意，第一活塞头406a和第二活塞头406b可展现类似的横截面流动面积，但可能或可能不完全相等，诸如将通过严格的加工公差实现的情况。相反，第一活塞头406a和第二活塞头406b的横截面流动面积可能由于损坏或制造的不一致而变化。在一些应用中，例如，第一活塞头406a和第二活塞头406b的横截面流动面积可在彼此的10％公差范围内，但在不脱离本公开的范围的情况下，可能可替代地在小于或大于10％的公差范围内。

在一些实施方案中，第一活塞头406a和第二活塞头中的一者或两者可展现矩形横截面面积。在这类实施方案中，矩形横截面面积可以是狭长的以提供另外的流体摩擦，因为较长的矩形横截面将允许活塞头406a、406b与对应的扼流点408a、408b之间的较大间隙。然而，在其他实施方案中，如图4A的放大视图中所示，第一活塞头406a和第二活塞头406b可展现具有锥形表面410的横截面面积，所述锥形表面410从每个活塞头406a、406b的上游侧向下游侧并且另外朝向出口308b成角度。因此，与下游侧相比，第一活塞头406a和第二活塞头406b可在上游侧展现更大的直径。这可被证明有利于帮助清除在操作期间可循环穿过活塞腔室310的砂和其他碎屑。在一些实施方案中，活塞头406a、406b与对应的扼流点408a、408b之间的间隙可由定位在活塞头406a、406b中的一者或两者的外径上或定位在扼流点408a、408b中的一者或两者的内径上的弹性体或塑料密封件(诸如O形环或塑料密封件)填充。

压力平衡活塞312还可包括一个或多个随动件磁体412。在所示出的实施方案中，随动件磁体412可定位在活塞杆402的第二端404b处或附近。如图所示，压力平衡活塞312包括五个随动件磁体412，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可能可替代地包括多于或少于五个。随动件磁体412可紧固到活塞杆402，诸如在上下线性轴承414之间轴向地固定到活塞杆402。当在关闭位置与打开位置之间致动压力平衡活塞312时，线性轴承414可接合活塞腔室310的内壁并且帮助促进压力平衡活塞312的轴向平移而不会有阻碍。在一些实施方案中，线性轴承414可包括尼龙轴承，但可能可替代地包括

或碳化物轴承，这可被证明在耐腐蚀性和/或耐磨性方面是有利的。

如图所示，通往活塞腔室310的入口308a分离并且以其他方式分裂成第一分支416a和第二分支416b。第一分支416a在第一扼流点408a的上游与活塞腔室310连通，并且第二分支416b在第二扼流点408b的上游与活塞腔室310连通。当压力平衡活塞312处于关闭位置时，如图4A所示，通过入口308a进入流量控制装置216的流体210分离到第一分支416a和第二分支416b中，并且分别撞击在第一活塞头406a和第二活塞头406b的上游端上。撞击在第一活塞头406a的上游端上的流体210横跨第一活塞头406a生成压差，从而在图4A至图4B中向右推动压力平衡活塞312。撞击在第二活塞头406b的上游端上的流体横跨第二活塞头406b生成压差，从而在图4A至图4B中向左推动压力平衡活塞312。由于第一活塞头406a和第二活塞头406b的横截面流动面积基本上类似，因此作用在每个活塞头406a、406b上的液压力也基本上类似。另外，由于撞击在活塞头406a、406b上的流动路径处于相反的方向，因此作用在压力平衡活塞312上的净液压力为零。因此，将仅需要最小的轴向力来使压力平衡活塞312移动到打开位置。

致动器314可被可操作地联接到压力平衡活塞312，使得致动器314在致动器腔室316内的轴向移动对应地使压力平衡活塞312在活塞腔室310内移动。更具体地，致动器314可包括致动器杆418，所述致动器杆418在致动器腔室316内纵向地延伸并且联接到一组或多组驱动磁体420。在所示出的实施方案中，驱动磁体420被描绘为包括在第一驱动磁体腔室616a内纵向地延伸的第一组驱动磁体420a和在第二驱动磁体腔室616b内纵向地延伸的第二组驱动磁体420b。

第一组驱动磁体420a和第二组驱动磁体420b可利用联接件424(诸如可操作以延伸到第一驱动磁体腔室422a和第二驱动磁体腔室422b中的双叉联接件)联接到致动器杆418。如图所示，第一驱动磁体腔室422a和第二驱动磁体腔室422b限定在活塞腔室310的相对的横向侧上并且彼此按角度间隔开180°。此外，第一驱动磁体腔室422a和第二驱动磁体腔室422b从活塞腔室310偏移，使得外壳302的壁426插入活塞腔室310与第一驱动磁体腔室422a和第二驱动磁体腔室422b之间。壁426将致动器314以及第一组驱动磁体420a和第二组驱动磁体420b与流动穿过活塞腔室310的流体210隔离，并且因此阻止通常包括在流体210中的灰尘和碎屑损坏或不利地影响致动器314以及第一组驱动磁体420a和第二组驱动磁体420b。

第一组驱动磁体420a和第二组驱动磁体420b可被配置成磁耦合到随动件磁体412。因此，第一组驱动磁体420a和第二组驱动磁体420b在第一驱动磁体腔室422a和第二驱动磁体腔室422b内的任何轴向移动对应地使随动件磁体412在活塞腔室310内移动。因此，使致动器314致动将导致压力平衡活塞312移动。随动件磁体412和驱动磁体420可包括任何相互吸引的磁性材料，包括但不限于永磁体，诸如铝镍钴磁体或稀土磁体(例如，钕磁体和钐钴磁体)。在至少一个实施方案中，在随动件磁体412与第一组驱动磁体420a和第二组驱动磁体420b之间的磁耦合可布置为海尔贝克阵列。

虽然十个磁体被示出为包括在每一组驱动磁体420a、420b中，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可能可替代地采用多于或少于十个磁体。此外，虽然在图4A至图4B中描绘了两组驱动磁体420a、420b，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可采用多于或少于两组(包括仅一组)。然而，当使用多组驱动磁体420a、420b时，它们可绕随动件磁体412等距地间隔开，以平衡在操作期间可由线性轴承414承受的摩擦力。更特别地，驱动磁体420在随动件磁体412上产生磁性侧推力，所述磁性侧推力可推动线性轴承414与活塞腔室310的内壁接合。通过使用各对或多组等距地间隔开的驱动磁体420a、420b，减小或消除了随动件磁体412上的轴承摩擦，如果流体210随时间推移影响线性轴承414的表面粗糙度，那么这可能是有利的。

现在提供图4A至图4B中所示的流量控制装置216的示例性操作。流体210可从入口308a处的上游位置进入流量控制装置216并且朝向活塞腔室310流动。流体210的流动分离到第一分支416a和第二分支416b中，并且分别朝向第一活塞头406a和第二活塞头406b的上游端流动。当压力平衡活塞312处于关闭位置时，如图4A所示，流体210撞击在第一活塞头406a和第二活塞头406b的相应的上游端上，并且从而在活塞腔室310内在相反的轴向方向上横跨活塞头406a、406b生成平衡的液压差。因此，没有净液压力作用在压力平衡活塞312上。

然后可使致动器314致动以使压力平衡活塞312朝向打开位置移动，如图4B所示。在使致动器314致动后，在图4A至4B中向左拉动致动器杆418，这分别在第一驱动磁体腔室422a和第二驱动磁体腔室422b内在相同方向上对应地拉动第一组驱动磁体420a和第二组驱动磁体420b。由于第一组驱动磁体420a和第二组驱动磁体420b磁耦合到随动件磁体412，因此当第一组驱动磁体420a和第二组驱动磁体420b向左移动时，随动件磁体412对应地在活塞腔室310内向左移动，这使压力平衡活塞312在相同方向上移动。使压力平衡活塞312向左移动使活塞头406a、406b移动，从而与第一扼流点408a和第二扼流点408b脱离并且以其他方式远离第一扼流点408a和第二扼流点408b，这允许流体210绕过扼流点408a、408b并且朝向出口308b流动。即使当压力平衡活塞312仅部分地关闭/打开时，压力平衡活塞312上的力也是平衡的。通过出口308b离开流量控制装置216的流体210可在流量控制装置216的下游进入导管218(图2)，如图2的筛组件200中所示。

由于压力平衡活塞312通过第一分支416a和第二分支416b液压地平衡，因此使压力平衡活塞312移动所需的轴向力或载荷大大最小化。这允许随动件磁体412与第一组驱动磁体420a和第二组驱动磁体420b之间的磁耦合成为一种使压力平衡活塞312移动的可行且有效的选择。此外，使用磁耦合消除了对动态密封的需要，所述动态密封在长时间暴露于腐蚀性和磨蚀性井下流体下时可能失效。此外，由于使压力平衡活塞312移位所需的轴向力减小，与常规的井下阀致动器相比，致动器314的尺寸可更小和/或另外消耗更少的功率。

虽然图4A至图4B中的流量控制装置216的操作示出致动器314使致动器杆418向左移动，从而在相同方向上拉动第一组驱动磁体420a和第二组驱动磁体420b以及随动件磁体412，但是这一方向仅是举例。在其他实施方案中，例如，致动器314可能可替代地使致动器杆418在图4A至图4B中向右移动，以使压力平衡活塞312从关闭位置移动至打开位置。因此，如上所述，方向术语(诸如左和右)的使用仅仅是关于说明性实施方案使用的，如它们在附图中所描绘。方向术语“左”和“右”的使用可被可替代地表征为“第一方向”和“第二方向”，其中第一方向与第二方向相反。

图5是根据一个或多个实施方案的图2的流量控制装置216的另一个示例性实施方案的等轴测视图。图5中所示的实施方案在某些方面可与图3的实施方案类似，并且因此可参照图3的实施方案最清楚地理解图5中所示的实施方案，其中相同的数字表示(不再详细描述的)相同的元件或部件。如图所示，流量控制装置216可包括外壳502，所述外壳502具有第一端504a和与第一端504a相对的第二端504b。端盖506可在每个端部504a、504b处联接到外壳502并且是可移除的以允许操作员接近流量控制装置216的内部部件或区域。

外壳502限定入口508a，所述入口508a与限定在外壳502内的活塞腔室510流体地连通。然而，与图3中所示的实施方案的入口308a不同，入口508a在外壳510的第二端504b处穿过端盖506轴向地限定。入口508a接收来自导管218(图2)并且另外在流量控制装置216的上游的流体210的流动，如图2的筛组件200中所示。外壳502还限定出口508b，所述出口508b与活塞腔室510流体地连通。然而，与图3所示的实施方案的出口308b不同，出口508b包括从活塞腔室510朝向外壳502的底部穿过外壳502限定的狭槽。因此，流体210通过入口508a轴向地进入外壳502，但是通过活塞腔室510和出口508b从外壳502的底部径向地离开。通过出口508b离开的流体210可在流量控制装置216的下游进入导管218，如图2的筛组件200中所示。

压力平衡活塞512可移动地定位在活塞腔室510内并且可在第一或关闭位置与第二或打开位置之间移动，在所述第一或关闭位置中压力平衡活塞512基本上阻止入口508a与出口508b之间的穿过活塞腔室510的流体流动，在所述第二或打开位置中促进围绕压力平衡活塞512和穿过活塞腔室510的流体流动。可利用致动器314使压力平衡活塞512在关闭位置与打开位置之间移动，所述致动器314至少部分地定位在限定在外壳502内的致动器腔室316内。

图6A和图6B是图5的流量控制装置216的部分横截面顶视图。图6A示出处于关闭位置的压力平衡活塞512，并且图6B示出在活塞腔室510内移动到打开位置的压力平衡活塞512。活塞腔室510可提供并且以其他方式限定入口腔室602a和出口腔室602b，并且压力平衡活塞512可移动地定位在出口腔室602b内。入口腔室602a可从入口508a轴向地延伸到外壳502中，并且出口腔室602b可限定在外壳502内，所述出口腔室602b基本上平行于入口腔室602a并且通过第一分支604a和第二分支604b流体地联接到入口腔室602a。第一分支610a和第二分支610b是限定在外壳502中的流动通路或导管，所述流动通路或导管促进入口腔室602a与出口腔室602b之间的流体连通。

压力平衡活塞512可包括活塞杆606，所述活塞杆606具有第一端608a和与第一端608a相对的第二端608b。压力平衡活塞512可包括在第一端608a处或附近的第一活塞头610a和在第二端608b处或附近的第二活塞头610b。第一活塞头610a和第二活塞头610b可联接到活塞杆606或以其他方式形成活塞杆606的整体部分。在所示出的实施方案中，第一活塞头610a和第二活塞头610b使用一个或多个机械紧固件(例如，螺纹螺母)机械地固定到活塞杆606。

活塞腔室510的出口腔室602b可限定第一扼流点612a和与第一扼流点612a轴向地间隔开的第二扼流点612b。第一扼流点612a在第一分支604a与出口508b之间轴向地延伸，并且第二扼流点612b在第二分支604b与出口508b之间轴向地延伸。当第一活塞头610a和第二活塞头610b分别与第一扼流点612a和第二扼流点612b重叠(即，轴向地位于第一扼流点612a和第二扼流点612b内)时，压力平衡活塞512将被认为处于关闭位置。因此，第一活塞头610a和第二活塞头610b可沿着活塞杆606彼此轴向地间隔开，以同时与第一扼流点612a和第二扼流点612b轴向地对齐。

第一活塞头610a和第二活塞头610b展现类似的横截面流动面积，并且尺寸可被设定成当压力平衡活塞512处于关闭位置时分别密封地接合第一扼流点612a和第二扼流点612b。然而，在一些实施方案中，第一活塞头610a和第二活塞头610b的尺寸可被设定成当压力平衡活塞512处于关闭位置时允许分别经过第一扼流点612a和第二扼流点612b的少量流体泄漏。虽然第一活塞头610a和第二活塞头610b可展现类似的横截面流动面积，但可能或可能不完全相等，诸如将通过严格的加工公差实现的情况。相反，第一活塞头610a和第二活塞头610b的横截面流动面积可能由于损坏或制造的不一致而变化。在一些应用中，例如，第一活塞头610a和第二活塞头610b的横截面流动面积可在彼此的10％公差范围内，但在不脱离本公开的范围的情况下，可能可替代地可在小于或大于10％的公差范围内。

在一些实施方案中，第一活塞头610a和第二活塞头中的一者或两者可展现矩形横截面面积。然而，在其他实施方案中，如图所示，第一活塞头610a和第二活塞头610b可以是锥形的并且另外朝向出口508b成角度。因此，与下游侧相比，第一活塞头610a和第二活塞头610b中的每一个的上游侧可展现更大的直径。这可被证明有利于帮助清除在操作期间可循环穿过活塞腔室510的砂和其他碎屑。

一个或多个随动件磁体614可定位在活塞杆606上并且轴向地插入第一活塞头610a和第二活塞头610b之间。在所示出的实施方案中，压力平衡活塞512包括七个随动件磁体614，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可能可替代地包括多于或少于七个。随动件磁体614可紧固到活塞杆606，诸如在上下线性轴承414之间轴向地固定到活塞杆606。当在关闭位置与打开位置之间致动压力平衡活塞512时，线性轴承414可接合活塞腔室510(即，出口腔室602b)的内壁并且帮助促进压力平衡活塞512的轴向平移而不会有阻碍。

第一分支604a在第一扼流点612a的上游与活塞腔室510(即，出口腔室602b)连通，并且第二分支604b在第二扼流点612b的上游与活塞腔室510(即，出口腔室602b)连通。当压力平衡活塞512处于关闭位置时，如图6A所示，通过入口508a进入流量控制装置216的流体210分离到第一分支610a和第二分支610b中，并且分别撞击在第一活塞头610a和第二活塞头610b的上游端上。撞击在第一活塞头610a的上游端上的流体210横跨第一活塞头610a生成压差，从而在图6A至图6B中向右推动压力平衡活塞512。撞击在第二活塞头610b的上游端上的流体横跨第二活塞头610b生成压差，从而在图6A至图6B中向左推动压力平衡活塞512。由于第一活塞头610a和第二活塞头610b的横截面流动面积基本上类似，因此作用在压力平衡活塞512上的液压载荷同样是平衡的，使得没有净液压力作用在压力平衡活塞512上。因此，将仅需要最小的轴向力来使压力平衡活塞512移动到打开位置。

致动器314可被可操作地联接到压力平衡活塞512，使得致动器杆418在致动器腔室316内的轴向移动对应地使压力平衡活塞512在活塞腔室510(即，出口腔室602b)内移动。更具体地，致动器314包括一个或多个驱动磁体420，所述一个或多个驱动磁体420联接到致动器杆418并且可在驱动磁体腔室616内移动。在所示出的实施方案中，驱动磁体腔室616和致动器腔室316是连续的并且另外彼此同轴。此外，驱动磁体腔室616从活塞腔室510(即，出口腔室602b)偏移，使得外壳502的壁618插入活塞腔室510(即，出口腔室602b)与驱动磁体腔室616之间。这可能有利于将致动器314和一个或多个驱动磁体420与流动穿过活塞腔室510的流体210隔离。

一个或多个驱动磁体420可被配置成磁耦合到随动件磁体614。因此，一个或多个驱动磁体420在驱动磁体腔室616内的任何轴向移动对应地使随动件磁体614在活塞腔室510(即，出口腔室602b)内移动，这使压力平衡活塞512移动。因此，使致动器314致动将导致压力平衡活塞512移动。在至少一个实施方案中，在随动件磁体614与一个或多个驱动磁体420之间的磁耦合可布置为海尔贝克阵列。

虽然四个磁体被示出为包括在一个或多个驱动磁体420中，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可能可替代地采用多于或少于四个磁体。此外，虽然在图6A和图6B中描绘了仅一组驱动磁体420，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可采用多于一组驱动磁体。随动件磁体614和一个或多个驱动磁体420可包括任何相互吸引的磁性材料，包括但不限于永磁体，诸如铝镍钴磁体或稀土磁体(例如，钕磁体和钐钴磁体)。

现在提供图6A至图6B中所示的流量控制装置216的示例性操作。流体210可从入口508a处的上游位置进入流量控制装置216并且朝向活塞腔室510流动。流体210的流动分离到第一分支610a和第二分支610b中，并且分别朝向第一活塞头610a和第二活塞头610b的上游端流动。当压力平衡活塞512处于关闭位置时，如图6A所示，流体210撞击在第一活塞头610a和第二活塞头610b的上游端上，并且在活塞腔室510(即，出口腔室602b)内在相反的轴向方向上横跨活塞头610a、610b生成平衡的液压差。因此，没有净液压力作用在压力平衡活塞512上。

然后可使致动器314致动以使压力平衡活塞512朝向打开位置移动，如图6B所示。在使致动器314致动时，使致动器杆418在图6A至图6B中向右移动，这对应地使一个或多个驱动磁体420在驱动磁体腔室616内在相同方向上移动。由于一个或多个驱动磁体420磁耦合到随动件磁体614，因此当移动一个或多个驱动磁体420向右移动时，随动件磁体614对应地在活塞腔室510(即，出口腔室602b)内向右移动，这使压力平衡活塞512在相同方向上移动。使压力平衡活塞512向右移动使活塞头610a、610b移动，从而与第一扼流点612a和第二扼流点612b脱离并且以其他方式远离第一扼流点612a和第二扼流点612b，这使出口508b暴露并且允许流体210绕过扼流点612a、612b并且流动到出口508b中。即使当压力平衡活塞512仅部分地关闭/打开时，压力平衡活塞512上的液压力也是平衡的。通过出口508b离开流量控制装置216的流体210可在流量控制装置216的下游进入导管218(图2)，如图2的筛组件200中所示。

虽然图6A至图6B中的流量控制装置216的操作示出致动器314使致动器杆418向右移动，从而使一个或多个驱动磁体420和随动件磁体412在相同方向上移动，但是这一方向仅是举例。在其他实施方案中，例如，致动器314可能可替代地使致动器杆418在图6A至图6B中向左移动，以使压力平衡活塞312从关闭位置移动到打开位置。因此，如上所述，方向术语(诸如左和右)的使用仅仅是关于说明性实施方案使用的，如它们在附图中所描绘。方向术语“左”和“右”的使用可能可替代地表征为“第一方向”和“第二方向”，其中第一方向与第二方向相反。

图7是根据一个或多个实施方案的图2的井下发电机226的示例性实施方案的示意图。井下发电机226可被表征为横流式涡轮机，所述横流式涡轮机被配置成从流动路径704接收流体702的流动并且将流体702的动能和势能转换成生成电力的旋转能。流动路径704可以是例如图2中所示的导管218的一部分。

井下发电机226可包括横向涡轮机706，所述横向涡轮机706具有绕其设置并且被配置来接收流体702的多个叶片708。当流体702撞击在叶片708上时，推动横向涡轮机706绕旋转轴线710旋转。与需要轴向流体流动和平行于涡轮机的旋转轴线的另外的流体流动的常规井下发电涡轮机不同，井下发电机226中的流体702垂直于横向涡轮机706的旋转轴线710。因此，与轴流式涡轮机组件相比，在给定的流速下生成更多的动力。

在撞击到叶片708上之前，流体702可穿过在横向涡轮机706的上游布置在流动路径704内的喷嘴712。喷嘴712增加流体702的动能，这导致来自井下发电机226的动力输出增加。横向涡轮机706横向于(即，横跨)叶片708接收流体702，并且流体702流动穿过横向涡轮机706，如虚线箭头A所指示。当流体702流动穿过横向涡轮机706时，推动叶片708使横向涡轮机706绕旋转轴线710旋转，从而在相关联的发电机(未示出)中发电。图7的横向涡轮机706被描绘为横流式涡轮机，但可能可替代地是接收垂直于其旋转轴线的流体流动的任何其他类型的涡轮机。

图8描绘根据一个或多个实施方案的图2的井下发电机226的另一个示例性实施方案的示意图。图8的井下发电机226包括可操作地联接到发电机804的横向涡轮机802。图8的横向涡轮机802被描绘为水轮式涡轮机并且可包括多个叶片806，所述多个叶片806绕横向涡轮机802设置并且被配置成从流动路径810接收流体808的流动并将流体808的动能转换成生成电力的旋转能。流动路径810可包括喷嘴812，所述喷嘴812增加流体808在撞击到叶片806上之前的动能。

横向涡轮机802可被可操作地联接到转子814，所述转子814绕旋转轴线816旋转。转子814可延伸到发电机804中，并且可包括设置在其上以便与其一起旋转的多个磁体818。发电机804还可包括定子820和定位在定子820上的一个或多个磁性拾波器或线圈绕组822。一个或多个电引线824可从线圈绕组822延伸到功率调节单元826，诸如包括在图2的电子器件模块220中的功率调节单元。如图所示，功率调节单元可包括功率存储装置828和整流器电路830，所述功率存储装置828和整流器电路830操作来存储和递送稳定的电源供应以便由负载(诸如流量控制装置226(图2)、传感器模块230(图2)或通信模块232(图2))使用。

在所示出的实施方案中，发电机804放置在流体808中并且以其他方式暴露于流体808。线圈绕组822和引线824可用导磁材料(诸如聚合物、金属、陶瓷、弹性体或环氧树脂)封装或密封，以保护线圈绕组822和引线824免受潜在的流体污染，所述潜在的流体污染否则可导致这些部件腐蚀或降解。将理解，将发电机804放置在流体808中消除了对转子814周围的动态密封(这可能最终磨损掉)的需要，或者对磁耦合器(这可能在发电机804的长期操作中引入耐久性问题)的需要。然而，在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，可采用动态密封。

在示例性操作中，横向涡轮机802横向于(即，横跨)叶片806接收流体808，并且流体808流动穿过横向涡轮机802。当流体808撞击在叶片806上时，推动横向涡轮机802绕旋转轴线816旋转，从而对应地使定位在转子814上时的磁体818旋转。线圈绕组822将转子814的旋转运动转换成电流832形式的电能。然后电流322横穿延伸到功率调节单元826的引线824以进行存储和整流。

图9描绘根据一个或多个实施方案的图2的井下发电机226的另一个示例性实施方案的示意图。图2的井下发电机226可在某些方面类似于图8的井下发电机226，并且因此参考图8的井下发电机226最清楚地理解图2的井下发电机226，其中相同的数字表示(不再详细描述的)相同的元件或部件。类似于图8的井下发电机226，图9的井下发电机226包括横向涡轮机802、发电机804和叶片806，所述叶片806绕横向涡轮机802设置并且用于从流动路径810接收流体808并将流体808的动能转换成生成电力的旋转能。喷嘴812定位在流动路径810内，以增加流体808在撞击到叶片806上之前的动能。

然而，与图8的井下发电机226不同，图9的井下发电机226的横向涡轮机802可被表征为佩尔顿水轮机或斜击式涡轮机，并且图9的井下发电机226的发电机804通常可定位在横向涡轮机802内，这降低了横向涡轮机组件400的轴向高度。更特别地，如图所示，横向涡轮机802可联接到转子814以绕旋转轴线816旋转，并且多个磁体818可设置或以其他方式定位在横向涡轮机802上以便与其一起旋转。定子820可至少部分地延伸到由横向涡轮机802限定的毂902中，并且磁性拾波器或线圈绕组822可定位在毂902内以与磁体818相互作用。将理解，与图8的发电机804相比，这个实施方案允许发电机804具有非常短的轴向长度。

图9的井下发电机226的操作可基本上类似于图8的井下发电机226的操作，并且因此将不再描述。被配置来接收垂直于涡轮机的旋转轴线的流体流动的任意类型或配置的涡轮机可适用于本文所描述的实施方案中的任一个。例如，在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，还可使用弗朗西斯或乔瓦尔涡轮机。

本文公开的实施方案包括：

A.一种防砂筛组件，所述防砂筛组件包括：基管，所述基管限定内部和一个或多个流动端口，所述一个或多个流动端口促进所述基管的所述内部与外部之间的流体连通；流量控制装置，所述流量控制装置定位在用于流体的流动路径内，所述流动路径在所述基管的所述外部与所述内部之间延伸，所述流量控制装置包括：外壳，所述外壳限定从所述流动路径接收所述流体的入口和将所述流体排放回所述流动路径中的出口；活塞腔室，所述活塞腔室限定在所述外壳中并且使所述入口与所述出口流体地连通；压力平衡活塞，所述压力平衡活塞定位在所述活塞腔室内并且可在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中阻止所述入口与所述出口之间的穿过所述活塞腔室的流体流动，在所述第二位置中促进所述入口与所述出口之间的流体流动；以及致动器，所述致动器可操作地联接到所述压力平衡活塞，以使所述压力平衡活塞在关闭位置与打开位置之间移动。所述防砂筛组件还包括电子器件模块，所述电子器件模块可通信地联接到所述流量控制装置以操作所述致动器，从而通过所述控制装置调节所述流体流动。

B.一种方法，其包括：邻近地下地层将基管定位在井筒内，所述基管具有内部、外部和一个或多个流动端口，所述一个或多个流动端口是穿过所述基管限定的，以促进所述内部与所述外部之间的流体连通；将流体吸入在所述基管的所述外部与所述内部之间延伸的流动路径中并且使所述流体流动到流量控制装置中，所述流量控制装置定位在所述流动路径内并且包括：外壳，所述外壳限定从所述流动路径接收所述流体的入口和将所述流体排放回所述流动路径中的出口；活塞腔室，所述活塞腔室限定在所述外壳中并且使所述入口与所述出口流体地连通；压力平衡活塞，所述压力平衡活塞定位在所述活塞腔室内并且包括活塞杆以及第一活塞头和第二活塞头，所述第一活塞头和第二活塞头联接到所述活塞杆并彼此轴向地间隔开；以及致动器，所述致动器可操作地联接到所述压力平衡活塞。所述方法还包括利用可通信地联接到所述流量控制装置的电子器件模块通过所述流量控制装置调节流体流动，其中调节流体流动包括操作所述致动器以使所述压力平衡活塞在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中阻止所述入口与所述出口之间的穿过所述活塞腔室的流体流动，在所述第二位置中促进所述入口与所述出口之间的流体流动。

实施方案A和B中的每一个可具有任意组合的以下附加要素中的一个或多个：要素1：其中所述压力平衡活塞包括活塞杆以及第一活塞头和第二活塞头，所述第一活塞头和第二活塞头联接到所述活塞杆并且彼此轴向地间隔开，并且其中所述流量控制装置还包括：第一分支，所述第一分支从所述入口延伸并且在设置在所述活塞腔室中的第一扼流点的上游与所述活塞腔室连通；以及第二分支，所述第二分支从所述入口延伸并且在设置在所述活塞腔室中并与所述第一扼流点轴向地偏移的第二扼流点的上游与所述活塞腔室连通，其中当所述压力平衡活塞处于所述关闭位置时，所述第一活塞头和所述第二活塞头分别与所述第一扼流点和所述第二扼流点轴向地对齐。要素2：其中所述第一扼流点和所述第二扼流点各自提供所述活塞腔室的直径减小部分。要素3：其还包括：一个或多个随动件磁体，所述一个或多个随动件磁体联接到所述活塞杆；以及一个或多个驱动磁体，所述一个或多个驱动磁体定位在限定在所述外壳中的驱动磁体腔室内并且可操作地联接到所述致动器的致动器杆，其中所述一个或多个随动件磁体磁耦合到所述一个或多个驱动磁体，使得所述一个或多个驱动磁体在所述驱动磁体腔室内的轴向移动对应地使所述压力平衡活塞在所述活塞腔室内移动。要素4：其中所述一个或多个驱动磁体包括：第一组驱动磁体，所述第一组驱动磁体在第一驱动磁体腔室内纵向地延伸；以及第二组驱动磁体，所述第二组驱动磁体在第二驱动磁体腔室内纵向地延伸，其中所述第一组驱动磁体和所述第二组驱动磁体各自在联接件处联接到所述致动器杆并且各自磁耦合到所述一个或多个随动件磁体。要素5：其中所述外壳的壁插入所述活塞腔室与所述驱动磁体腔室之间，使得所述驱动磁体腔室与所述活塞腔室隔离。要素6：其中所述一个或多个随动件磁体联接到轴向地位于所述第一活塞头与所述第二活塞头之间的所述活塞杆。要素7：其中所述第一活塞头和所述第二活塞头中的一者或两者展现具有锥形表面的横截面面积，所述锥形表面从上游侧向下游侧成角度。要素8：其还包括井下发电机，所述井下发电机定位在所述流动路径内以生成电力。要素9：其中所述井下发电机可通信地联接到所述电子器件模块或所述流量控制装置中的至少一个。要素10：其中所述井下发电机包括横流式涡轮机组件。要素11：其还包括传感器模块，所述传感器模块可通信地联接到所述电子器件模块并且包括用于获得对应于所述流体的测量数据的一个或多个传感器。要素12：其还包括通信模块，所述通信模块可通信地联接到所述电子器件模块和井表面位置，以向/从所述电子器件模块和所述井表面位置传送数据和/或控制信号。

要素13：其中使所述流体流动到所述流量控制装置中包括：使所述流体流动到第一分支中，所述第一分支从所述入口延伸并且在设置在所述活塞腔室中的第一扼流点的上游与所述活塞腔室连通；以及使所述流体流动到第二分支中，所述第二分支从所述入口延伸并且在设置在所述活塞腔室中并与所述第一扼流点轴向地偏移的第二扼流点的上游与所述活塞腔室连通，其中当所述压力平衡活塞处于所述关闭位置时，所述第一活塞头和所述第二活塞头分别与所述第一扼流点和所述第二扼流点轴向地对齐。要素14：其中一个或多个随动件磁体联接到所述活塞杆，并且一个或多个驱动磁体定位在限定在所述外壳中的驱动磁体腔室内并且可操作地联接到所述致动器的致动器杆，并且其中操作所述致动器包括：将所述一个或多个随动件磁体磁耦合到所述一个或多个驱动磁体，以及使所述一个或多个驱动磁体在所述驱动磁体腔室内轴向地移动，从而使所述压力平衡活塞在所述活塞腔室内移动。要素15：其还包括：利用定位在所述流动路径内的井下发电机生成电力；以及向所述电子器件模块和所述流量控制装置中的至少一个提供所述电力。要素16：其还包括：利用可通信地联接到所述电子器件模块的传感器模块监测所述流体的物理或化学性质；从所述传感器模块向所述电子器件模块提供测量数据；以及基于所述测量数据操作所述流量控制装置。要素17：其中向所述电子器件模块提供所述测量数据还包括：利用可通信地联接到所述电子器件模块和井表面位置的通信模块向所述井表面位置传输所述测量数据；从所述井表面位置向所述通信模块传输命令信号；以及将所述命令信号传达给所述电子器件模块以响应于所述命令信号操作所述流量控制装置。要素18：其中向所述电子器件模块提供所述测量数据还包括：利用所述电子器件模块处理所述测量数据；当所述测量数据超过测量的预定操作阈值时，自主地调节所述流量控制装置的操作。

作为非限制性示例，适用于A、B和C的示例性组合包括：要素1与要素2；要素1与要素3；要素3与要素4；要素3与要素5；要素3与要素6；要素8与要素9；要素8与要素10；要素13与要素14；要素16与要素17；以及要素16与要素18。

因此，所公开的系统和方法较好地适合于获得所提到的目标和优点以及本发明固有的那些目标和优点。以上公开的具体实施方案只是说明性的，因为本公开的教义可以对受益于本文中的教义的本领域技术人员显而易见的不同但等效的方式进行修改和实践。此外，除非以下权利要求书中有所描述，否则并不意图对本文示出的构造或设计的细节进行限制。因此，很明显，以上公开的具体例示性实施方案可被改变、组合或修改，并且所有此类变化被视为存在于本公开的范围内。本文说明性公开的系统和方法可在缺少本文未特定公开的任何要素和/或本文所公开的任何任选要素的情况下得以适当实践。虽然组合物和方法在“包括(comprising)”、“含有”或“包括(including)”各种组分或步骤方面来描述，但是组合物和方法还可“基本上由各种组分和步骤组成”或“由各种组分和步骤组成”。以上公开的所有数字和范围均可发生一定量的变化。每当公开具有下限和上限的数字范围时，就明确公开了落在所述范围内的任何数字和任何所包括的范围。具体地，本文所公开的值的每个范围(形式为“约a至约b”，或等效地“大约a至b”，或等效地“大约a-b”)应理解为阐述涵盖在值的较宽范围内的每个数字和范围。另外，除非专利权人另外明确并清楚地定义，否则权利要求书中的术语具有其平常、普通的意义。此外，如权利要求书中所用的不定冠词“一个/种(a/an)”在本文中定义为意指引入的一个或多于一个的要素。如果本说明书和可以引用方式并入本文的一个或多个专利或其他文件中存在词语或术语用法的任何矛盾，那么应采用与本说明书一致的定义。

如本文所用，在一系列项目之前的短语“至少一个”，以及用于分开所述项目中的任何一个的术语“和”或“或”整体地修改列表，而不是所述列表中的每一个成员(即，每个项目)。短语“至少一个”允许包括项目中的任一个的至少一个、和/或项目的任何组合的至少一个、和/或项目中的每一个的至少一个的意义。以举例的方式，短语“A、B和C中的至少一个”或“A、B或C中的至少一个”各自指代只有A、只有B、或只有C；A、B和C的任何组合；和/或A、B和C中的每一个的至少一个。

Claims (19)

1.一种防砂筛组件，其包括：

基管，所述基管限定内部和一个或多个流动端口，所述一个或多个流动端口促进所述基管的所述内部与外部之间的流体连通；

流量控制装置，所述流量控制装置定位在用于流体的流动路径内，所述流动路径在所述基管的所述外部与所述内部之间延伸，所述流量控制装置包括：

外壳，所述外壳限定从所述流动路径接收所述流体的入口和将所述流体排放回所述流动路径中的出口；

活塞腔室，所述活塞腔室限定在所述外壳中并且使所述入口与所述出口流体地连通；

压力平衡活塞，所述压力平衡活塞定位在所述活塞腔室内并且可在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中阻止所述入口与所述出口之间的穿过所述活塞腔室的流体流动，在所述第二位置中促进所述入口与所述出口之间的流体流动；以及

致动器，所述致动器可操作地联接到所述压力平衡活塞，以使所述压力平衡活塞在关闭位置与打开位置之间移动；以及

电子器件模块，所述电子器件模块可通信地联接到所述流量控制装置以操作所述致动器，从而通过所述控制装置调节所述流体流动；

第一分支，所述第一分支从所述入口延伸并且在设置在所述活塞腔室中的第一扼流点的上游与所述活塞腔室连通；以及

第二分支，所述第二分支从所述入口延伸并且在设置在所述活塞腔室中并与所述第一扼流点轴向地偏移的第二扼流点的上游与所述活塞腔室连通，

其中所述压力平衡活塞包括第一活塞头和第二活塞头，且当所述压力平衡活塞处于所述关闭位置时，所述第一活塞头和所述第二活塞头分别与所述第一扼流点和所述第二扼流点轴向地对齐。

2.如权利要求1所述的防砂筛组件，其中所述压力平衡活塞还包括活塞杆，所述第一活塞头和第二活塞头联接到所述活塞杆并且彼此轴向地间隔开。

3.如权利要求2所述的防砂筛组件，其中所述第一扼流点和所述第二扼流点各自提供所述活塞腔室的直径减小部分。

4.如权利要求2所述的防砂筛组件，其还包括：

一个或多个随动件磁体，所述一个或多个随动件磁体联接到所述活塞杆；以及

一个或多个驱动磁体，所述一个或多个驱动磁体定位在限定在所述外壳中的驱动磁体腔室内并且可操作地联接到所述致动器的致动器杆，

其中所述一个或多个随动件磁体磁耦合到所述一个或多个驱动磁体，使得所述一个或多个驱动磁体在所述驱动磁体腔室内的轴向移动对应地使所述压力平衡活塞在所述活塞腔室内移动。

5.如权利要求4所述的防砂筛组件，其中所述一个或多个驱动磁体包括：

第一组驱动磁体，所述第一组驱动磁体在第一驱动磁体腔室内纵向地延伸；以及

第二组驱动磁体，所述第二组驱动磁体在第二驱动磁体腔室内纵向地延伸，其中所述第一组驱动磁体和所述第二组驱动磁体各自在联接件处联接到所述致动器杆并且各自磁耦合到所述一个或多个随动件磁体。

6.如权利要求4所述的防砂筛组件，其中所述外壳的壁插入所述活塞腔室与所述驱动磁体腔室之间，使得所述驱动磁体腔室与所述活塞腔室隔离。

7.如权利要求4所述的防砂筛组件，其中所述一个或多个随动件磁体联接到轴向地位于所述第一活塞头与所述第二活塞头之间的所述活塞杆。

8.如权利要求1所述的防砂筛组件，其中所述第一活塞头和所述第二活塞头中的一者或两者展现具有锥形表面的横截面面积，所述锥形表面从上游侧向下游侧成角度。

9.如权利要求1所述的防砂筛组件，其还包括井下发电机，所述井下发电机定位在所述流动路径内以生成电力。

10.如权利要求9所述的防砂筛组件，其中所述井下发电机可通信地联接到所述电子器件模块或所述流量控制装置中的至少一个。

11.如权利要求9所述的防砂筛组件，其中所述井下发电机包括横流式涡轮机组件。

12.如权利要求1所述的防砂筛组件，其还包括传感器模块，所述传感器模块可通信地联接到所述电子器件模块并且包括用于获得对应于所述流体的测量数据的一个或多个传感器。

13.如权利要求1所述的防砂筛组件，其还包括通信模块，所述通信模块可通信地联接到所述电子器件模块和井表面位置，以向/从所述电子器件模块和所述井表面位置传送数据和/或控制信号。

14.一种用于调节流体流动的方法，其包括：

邻近地下地层将基管定位在井筒内，所述基管具有内部、外部和一个或多个流动端口，所述一个或多个流动端口是穿过所述基管限定的，以促进所述内部与所述外部之间的流体连通；

将流体吸入在所述基管的所述外部与所述内部之间延伸的流动路径中并且使所述流体流动到流量控制装置中，所述流量控制装置定位在所述流动路径内并且包括：

外壳，所述外壳限定从所述流动路径接收所述流体的入口和将所述流体排放回所述流动路径中的出口；

活塞腔室，所述活塞腔室限定在所述外壳中并且使所述入口与所述出口流体地连通；

压力平衡活塞，所述压力平衡活塞定位在所述活塞腔室内并且包括活塞杆以及第一活塞头和第二活塞头，所述第一活塞头和第二活塞头联接到所述活塞杆并且彼此轴向地间隔开，其中所述压力平衡活塞在打开位置、部分打开位置、或关闭位置是压力平衡的；以及

致动器，所述致动器可操作地联接到所述压力平衡活塞；以及利用可通信地联接到所述流量控制装置的电子器件模块通过所述流量控制装置调节流体流动，

其中调节流体流动包括操作所述致动器以使所述压力平衡活塞在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中阻止所述入口与所述出口之间的穿过所述活塞腔室的流体流动，在所述第二位置中促进所述入口与所述出口之间的流体流动，而且

其中使所述流体流动到流量控制装置中包括：

使所述流体流动到第一分支中，所述第一分支从所述入口延伸并且在设置在所述活塞腔室中的第一扼流点的上游与所述活塞腔室连通；以及

使所述流体流动到第二分支中，所述第二分支从所述入口延伸并且在设置在所述活塞腔室中并与所述第一扼流点轴向地偏移的第二扼流点的上游与所述活塞腔室连通，

其中当所述压力平衡活塞处于所述关闭位置时，所述第一活塞头和所述第二活塞头分别与所述第一扼流点和所述第二扼流点轴向地对齐。

15.如权利要求14所述的方法，其中一个或多个随动件磁体联接到所述活塞杆，并且一个或多个驱动磁体定位在限定在所述外壳中的驱动磁体腔室内并且可操作地联接到所述致动器的致动器杆，并且其中操作所述致动器包括：

将所述一个或多个随动件磁体磁耦合到所述一个或多个驱动磁体；以及

使所述一个或多个驱动磁体在所述驱动磁体腔室内轴向地移动，从而使所述压力平衡活塞在所述活塞腔室内移动。

16.如权利要求14所述的方法，其还包括：

利用定位在所述流动路径内的井下发电机生成电力；以及

向所述电子器件模块和所述流量控制装置中的至少一个提供所述电力。

17.如权利要求14所述的方法，其还包括：

利用可通信地联接到所述电子器件模块的传感器模块监测所述流体的物理或化学性质；

从所述传感器模块向所述电子器件模块提供测量数据；以及

基于所述测量数据操作所述流量控制装置。

18.如权利要求17所述的方法，其中向所述电子器件模块提供所述测量数据还包括：

利用可通信地联接到所述电子器件模块和井表面位置的通信模块向所述井表面位置传输所述测量数据；

从所述井表面位置向所述通信模块传输命令信号；以及

将所述命令信号传达给所述电子器件模块以响应于所述命令信号操作所述流量控制装置。

19.如权利要求17所述的方法，其中向所述电子器件模块提供所述测量数据还包括：

利用所述电子器件模块处理所述测量数据；以及

当所述测量数据超过测量的预定操作阈值时，自主地调节所述流量控制装置的操作。

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