CN112513416A - 流体注入阀 - Google Patents

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Abstract

一种流体注入阀，该流体注入阀包括：阀体，该阀体包括具有第一开口的第一端部、具有第二开口的第二端部、外表面和内表面，该内表面限定在该第一端部和该第二端部之间延伸的流体通路；座，该座沿着该流体通路布置；限流装置，该限流装置选择性地邻接该座；偏压构件，该偏压构件布置在该流体通路中并邻接该限流装置；推动该限流装置抵靠该座；偏压元件，该偏压元件具有推动该偏压构件抵靠该限流装置的偏压力；以及磁体，该磁体功能性地连接到该偏压元件，该磁体克服该偏压力选择性地迫使该偏压构件从该限流装置轴向向外。

Description

流体注入阀
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年7月24日提交的美国专利申请号16/043655的权益，该申请全文以引用方式并入本文。
背景技术
在资源探测和回收工业中，可出于各种目的将各种流体引入工具、地层和/或地层流体中。在一些情况下，采用注入装置来引入流体。注入装置可包括活塞，该活塞被推动抵靠限流装置(诸如搁置在座上的止回球)。止回球由弹簧保持抵靠该座。流体以足以克服弹簧力的压力被引导到活塞处，从而使止回球离位以暴露孔口。这种布置通常被称为浮动活塞阀。
浮动活塞阀具有若干缺点。考虑到需要克服弹簧力，在各种压力下形成恒定流量是具有挑战性的。此外，活塞公差、座公差和弹簧力通常导致关闭流体流动的延迟。阀关闭的延迟导致昂贵的注入流体损失。另外，浮动活塞式阀易于磨损和腐蚀。因此，工业将接受浮动活塞阀的替代方案。
发明内容
一种流体注入阀，所述流体注入阀包括：阀体，所述阀体包括具有第一开口的第一端部、具有第二开口的第二端部、外表面和内表面，所述内表面限定在所述第一端部和所述第二端部之间延伸的流体通路；座，所述座沿着所述流体通路布置；限流装置，所述限流装置选择性地邻接所述座；偏压构件，所述偏压构件布置在所述流体通路中并邻接所述限流装置；推动所述限流装置抵靠所述座；偏压元件，所述偏压元件具有推动所述偏压构件抵靠所述限流装置的偏压力；以及磁体，所述磁体功能性地连接到所述偏压元件，所述磁体克服所述偏压力选择性地迫使所述偏压构件从所述限流装置轴向向外。
一种资源探测和回收系统，所述资源探测和回收系统包括：第一系统，所述第一系统限定地表系统；第二系统，所述第二系统限定地下系统，所述第二系统包括管柱；流体注入阀，所述流体注入阀由所述管柱支撑并且与所述第一系统可操作地连接，所述流体注入阀包括：阀体，所述阀体包括具有第一开口的第一端部、具有第二开口的第二端部、外表面和内表面，所述内表面限定在所述第一端部和所述第二端部之间延伸的流体通路；座，所述座沿着所述流体通路布置；限流装置，所述限流装置选择性地邻接所述座；偏压构件，所述偏压构件布置在所述流体通路中并邻接所述限流装置；推动所述限流装置抵靠所述座；偏压元件，所述偏压元件具有推动所述偏压构件抵靠所述限流装置的偏压力；以及磁体，所述磁体功能性地连接到所述偏压元件，所述磁体克服所述偏压力选择性地迫使所述偏压构件从所述限流装置轴向向外。
附图说明
以下描述不应被认为以任何方式进行限制。参考附图，相同元件以相同附图标记表示：
图1描绘了根据示例性实施方案的包括流体注入阀的资源探测和回收系统；
图2描绘了根据示例性实施方案的一方面的流体注入阀的截面侧视图；并且
图3示出了根据示例性实施方案的一方面的图2的流体注入阀的一部分。
具体实施方式
本文所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述以参照附图举例而非限制的方式呈现。
根据示例性实施方案的资源探测和回收系统在图1中大体以10示出。资源探测和回收系统10应被理解为包括钻井操作、完井、资源开采和回收、CO2封存等。资源探测和回收系统10可以包括第一系统14，该第一系统在一些环境下可以采取可操作地并以流体方式连接到第二系统18的地表系统16的形式，该第二系统在一些环境下可以采取地下系统的形式。
第一系统14可包括控制系统23，该控制系统可向一个或多个井下操作提供功率，监测一个或多个井下操作，与一个或多个井下操作通信和/或激活一个或多个井下操作，如本文将讨论的。地表系统16可包括附加系统，诸如泵、流体储存系统、起重机等(未示出)。第二系统18可包括管柱30，该管柱延伸到形成于地层36中的井筒34中。管柱30可由一系列互连的离散管或由可采取连续管材形式的单个管形成。井筒34包括可由地层36的表面或在所示实施方案中由套管40限定的环形壁38。应当理解，井筒34也可包括开孔构型。
根据图2和图3所示的示例性实施方案，流体注入阀50由管柱30支撑。流体注入阀50包括阀体54，该阀体具有第一端部56、第二端部57和在它们之间延伸的中间部分59。中间部分59限定阀体54的外表面61和内表面63。内表面63限定在第一端部56和第二端部57之间延伸的流体通路65。
第一端部56限定第一开口或入口68，并且第二端部57限定第二开口或出口70。第一连接器71布置在第一端部56处，并且第二连接器72布置在第二端部57处。第一连接器71可限定流体递送连接器，并且第二连接器72可限定流体排放连接器。突起74可从内表面63径向向内延伸。突起74包括第一侧面78和相对的第二侧面79。开口82延伸穿过限定流体通道84的突起74。突起74可围绕内表面63环形延伸，从而限定环形突起(未单独标记)。
根据示例性方面，座96靠近突起74的第一侧面78定位在流体通道84中。密封件98可围绕座96延伸并且与内表面63接合。座96包括与流体通道84以流体方式连接的通道100。通道100被示出为包括锥形边缘104，该锥形边缘接纳限流装置107，该限流装置可采取插塞、镖等的形式并且可操作以阻止流体流过开口82。在所示的实施方案中，限流装置采取止回球109的形式。
进一步根据示例性方面，偏压构件113选择性地作用在限流装置104上。偏压构件113可以采取将限流装置104推动到座96上的镖115的形式。偏压构件113包括与流体通道84以流体方式连接的中心导管117。偏压构件113还包括第二端部区段121和邻接限流装置104的第一端部区段120。第一端部区段120包括多个开口122，当限流装置107能够移动离开座96时，该多个开口可以接纳通过流体通道84的流体。
偏压元件130作用在偏压构件113上，从而将限流装置107推动到座96上。偏压元件130可采取弹簧134的形式，该弹簧具有围绕偏压构件113缠绕的多个线圈138。因此，在示例性方面，偏压元件130采取螺旋弹簧的形式。当然，偏压元件130可采用多种形式。偏压元件130被设计成向偏压构件113施加选定的力。选定的力可通过引入到第一端部56中的选定的流体压力来克服。更具体地，处于选定的压力的流体可以作用在限流装置104上并使其与偏压元件130分离。以这种方式，一定量的流体可从第二端部57通过。
进一步根据示例性实施方案，流体注入阀50包括促进限流装置104快速关闭的关闭机构142。关闭机构142包括作用在偏压构件113上的磁体144。磁体144迫使偏压元件113抵靠限流装置。在实施方案中，磁体144包括第一磁体部分147和第二磁体部分149。
第一磁体部分147可采取布置在突起74的第一侧面78和座96之间的正磁极154的形式。第二磁体部分149可采取布置在突起74的第二侧面79处并且围绕第一端部区段120延伸的负磁极156的形式。第一磁体部分147和第二磁体部分149可采取稀土磁体的形式。然而，应当理解，磁体144可采用多种形式，包括可选择性控制的电磁体。处于或高于选定的压力的流体可以作用在限流装置107上并使其与偏压元件130和磁体144分离。当流体压力下降到选定的水平以下时，磁体144和偏压元件130两者迫使偏压构件113推动限流装置104抵靠座96。磁体144提供增加的响应速度，从而确保一旦流体压力下降到选定的水平以下，最小流体离开流体注入装置50。
此时，应当理解，示例性实施方案提供了用于将选定量的流体引入到地下系统中的注入器。通过使用磁体和弹簧两者来关闭注入器，可对引入到地下系统中的选定量的流体进行更大的控制。此外，磁体允许使用具有比常规注入器中所需的力更小的力的弹簧。另外，磁体和弹簧的组合的使用还允许注入器具有比常规注入器更短的轴向长度，这部分地是由于使用了更软的弹簧。
下面示出了前述公开的一些实施方案：
实施方案1：一种流体注入阀，所述流体注入阀包括：阀体，所述阀体包括具有第一开口的第一端部、具有第二开口的第二端部、外表面和内表面，所述内表面限定在所述第一端部和所述第二端部之间延伸的流体通路；座，所述座沿着所述流体通路布置；限流装置，所述限流装置选择性地邻接所述座；偏压构件，所述偏压构件布置在所述流体通路中并邻接所述限流装置；推动所述限流装置抵靠所述座；偏压元件，所述偏压元件具有推动所述偏压构件抵靠所述限流装置的偏压力；以及磁体，所述磁体功能性地连接到所述偏压元件，所述磁体克服所述偏压力选择性地迫使所述偏压构件从所述限流装置轴向向外。
实施方案2：根据任一项前述实施方案所述的流体注入阀，其中所述偏压构件包括布置在所述限流装置处的第一开口和朝向所述第二端部延伸的导管，所述导管包括第二开口。
实施方案3：根据任一项前述实施方案所述的流体注入阀，其中所述偏压元件包括围绕所述偏压构件延伸的螺旋弹簧。
实施方案4：根据任一项前述实施方案所述的流体注入阀，所述流体注入阀还包括：突起，所述突起从所述内表面径向向内延伸，所述突起限定流体通道。
实施方案5：根据任一项前述实施方案所述的流体注入阀，其中所述座布置在所述突起的第一侧面上。
实施方案6：根据任一项前述实施方案所述的流体注入阀，其中所述偏压构件和所述偏压元件布置在所述突起的相对的第二侧面上。
实施方案7：根据任一项前述实施方案所述的流体注入阀，其中所述磁体布置在所述突起处。
实施方案8：根据任一项前述实施方案所述的流体注入阀，其中所述磁体包括布置在所述突起的所述第一侧面上的第一磁体部分和布置在所述突起的所述第二侧面上的第二磁体部分。
实施方案9：根据任一项前述实施方案所述的流体注入阀，其中所述第一磁体部分布置在所述座和所述突起的所述第一侧面之间。
实施方案10：根据任一项前述实施方案所述的流体注入阀，其中所述突起包括环形突起。
实施方案11：根据任一项前述实施方案所述的流体注入阀，其中所述磁体包括稀土磁体。
实施方案12：一种资源探测和回收系统，所述资源探测和回收系统包括：第一系统，所述第一系统限定地表系统；第二系统，所述第二系统限定地下系统，所述第二系统包括管柱；流体注入阀，所述流体注入阀由所述管柱支撑并且与所述第一系统可操作地连接，所述流体注入阀包括：阀体，所述阀体包括具有第一开口的第一端部、具有第二开口的第二端部、外表面和内表面，所述内表面限定在所述第一端部和所述第二端部之间延伸的流体通路；座，所述座沿着所述流体通路布置；限流装置，所述限流装置选择性地邻接所述座；偏压构件，所述偏压构件布置在所述流体通路中并邻接所述限流装置；推动所述限流装置抵靠所述座；偏压元件，所述偏压元件具有推动所述偏压构件抵靠所述限流装置的偏压力；以及磁体，所述磁体功能性地连接到所述偏压元件，所述磁体克服所述偏压力选择性地迫使所述偏压构件从所述限流装置轴向向外。
实施方案13：根据任一项前述实施方案所述的资源探测和回收系统，所述资源探测和回收系统还包括：突起，所述突起从所述内表面径向向内延伸，所述突起限定流体通道。
实施方案14：根据任一项前述实施方案所述的资源探测和回收系统，其中所述座布置在所述突起的第一侧面上。
实施方案15：根据任一项前述实施方案所述的资源探测和回收系统，其中所述偏压构件和所述偏压元件布置在所述突起的相对的第二侧面上。
实施方案16：根据任一相前述实施方案所述的资源探测和回收系统，其中所述磁体布置在所述突起处。
实施方案17：根据任一项前述实施方案所述的资源探测和回收系统，其中所述磁体包括布置在所述突起的所述第一侧面上的第一磁体部分和布置在所述突起的所述第二侧面上的第二磁体部分。
实施方案18：根据任一项前述实施方案所述的资源探测和回收系统，其中所述第一磁体部分布置在所述座和所述突起的所述第一侧面之间。
实施方案19：根据任一项前述实施方案所述的资源探测和回收系统，其中所述突起包括环形突起。
实施方案20：根据任一项前述实施方案所述的资源探测和回收系统，其中所述磁体包括稀土磁体。
在描述本发明的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)，术语“一个”、“一种”和“该”以及类似指代的使用应被解释为涵盖单数和复数，除非在本文另外指明或与上下文明显地矛盾。此外，应当指出的是，本文的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用来将一个元素与另一个元素区分开。与数量结合使用的修饰语“约”包含所陈述的值并且具有由上下文决定的含义(例如，其包括与特定数量的测量相关联的误差度)。
本公开的教导内容可用于多种井操作。这些操作可涉及使用一种或多种处理剂来处理地层、地层中驻留的流体、井筒、和/或井筒中的设备，诸如生产管材。处理剂可以是液体、气体、固体、半固体、以及它们的混合物的形式。例示性的处理剂包括但不限于压裂液、酸、蒸汽、水、盐水、防腐剂、粘固剂、渗透性调节剂、钻井泥浆、乳化剂、破乳剂、示踪剂、流动性改进剂，等等。例示性的井操作包括但不限于水力压裂、增产、示踪剂注入、清洁、酸化、蒸汽注入、注水、固井，等等。
虽然已参考一个或多个示例性实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可作出各种改变并且可用等同物代替其元件。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可作出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教导内容。因此，预期的是，本发明不限于作为设想用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本发明将包括落入权利要求书的范围内的所有实施方案。另外，在附图和具体实施方式中，已公开了本发明的示例性实施方案，并且尽管已采用了特定术语，但除非另外指明，否则它们仅以一般性和描述性意义使用，而非出于限制的目的，否则本发明的范围因此并不限于此。

Claims (15)

1.一种流体注入阀(50)，包括：
阀体(54)，所述阀体包括具有第一开口(68)的第一端部(56)、具有第二开口(70)的第二端部(57)、外表面(61)和内表面(63)，所述内表面限定在所述第一端部(56)和所述第二端部(57)之间延伸的流体通路(84)；
座(96，98)，所述座沿着所述流体通路(84)布置；
限流装置(107)，所述限流装置选择性地邻接所述座(96，98)；
偏压构件(113)，所述偏压构件布置在所述流体通路(84)中并邻接所述限流装置(107)；推动所述限流装置(107)抵靠所述座(96，98)；
偏压元件(130)，所述偏压元件具有推动所述偏压构件(113)抵靠所述限流装置(107)的偏压力；和
磁体(144)，所述磁体功能性地连接到所述偏压元件(130)，所述磁体(144)克服所述偏压力选择性地迫使所述偏压构件(113)从所述限流装置(107)轴向向外。
2.根据权利要求1所述的流体注入阀(50)，其中所述偏压构件(113)包括布置在所述限流装置(107)处的第一开口(68)和朝向所述第二端部(57)延伸的导管，所述导管包括第二开口(70)。
3.根据权利要求1所述的流体注入阀(50)，其中所述偏压元件(130)包括围绕所述偏压构件(113)延伸的螺旋弹簧(134)。
4.根据权利要求1所述的流体注入阀(50)，所述流体注入阀还包括：突起(74)，所述突起从所述内表面(63)径向向内延伸，所述突起(74)限定流体通道(84)。
5.根据权利要求4所述的流体注入阀(50)，其中所述座(96，98)布置在所述突起(74)的第一侧面上。
6.根据权利要求5所述的流体注入阀(50)，其中所述偏压构件(113)和所述偏压元件(130)布置在所述突起(74)的相对的第二侧面(79)上。
7.根据权利要求6所述的流体注入阀(50)，其中所述磁体(144)布置在所述突起(74)处。
8.根据权利要求7所述的流体注入阀(50)，其中所述磁体(144)包括布置在所述突起(74)的所述第一侧面(78)上的第一磁体部分(147)和布置在所述突起(74)的所述第二侧面(79)上的第二磁体部分(149)。
9.根据权利要求8所述的流体注入阀(50)，其中所述第一磁体部分(147)布置在所述座(96，98)和所述突起(74)的所述第一侧面(78)之间。
10.根据权利要求4所述的流体注入阀(50)，其中所述突起(74)包括环形突起。
11.根据权利要求1所述的流体注入阀(50)，其中所述磁体(144)包括稀土磁体。
12.一种资源探测和回收系统(10)，包括：
第一系统(14)，所述第一系统限定地表系统(16)；
第二系统(18)，所述第二系统限定地下系统，所述第二系统(18)包括管柱(30)；
流体注入阀(50)，所述流体注入阀由所述管柱(30)支撑并且与所述第一系统(14)可操作地连接，所述流体注入阀(50)包括：
阀体(54)，所述阀体包括具有第一开口(68)的第一端部(56)、具有第二开口(70)的第二端部(57)、外表面(61)和内表面(63)，所述内表面限定在所述第一端部(56)和所述第二端部(57)之间延伸的流体通路(84)；
座(96，98)，所述座沿着所述流体通路(84)布置；
限流装置(107)，所述限流装置选择性地邻接所述座(96，98)；
偏压构件(113)，所述偏压构件布置在所述流体通路(84)中并邻接所述限流装置(107)；推动所述限流装置(107)抵靠所述座(96，98)；
偏压元件(130)，所述偏压元件具有推动所述偏压构件(113)抵靠所述限流装置(107)的偏压力；和
磁体(144)，所述磁体功能性地连接到所述偏压元件(130)，所述磁体(144)克服所述偏压力选择性地迫使所述偏压构件(113)从所述限流装置(107)轴向向外。
13.根据权利要求12所述的资源探测和回收系统(10)，所述资源探测和回收系统还包括：突起(74)，所述突起从所述内表面(63)径向向内延伸，所述突起(74)限定流体通道(84)。
14.根据权利要求13所述的资源探测和回收系统(10)，其中所述磁体(144)包括布置在所述突起(74)的第一侧面(78)上的第一磁体部分(147)和布置在所述突起(74)的第二侧面(79)上的第二磁体部分(149)。
15.根据权利要求12所述的资源探测和回收系统(10)，其中所述磁体(144)包括稀土磁体。
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