CN114080487A

CN114080487A - 用于井下阀的扼流系统

Info

Publication number: CN114080487A
Application number: CN202080049586.4A
Authority: CN
Inventors: D·H·布朗
Original assignee: Baker Hughes Oilfield Operations LLC
Current assignee: Baker Hughes Oilfield Operations LLC
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2022-02-22
Anticipated expiration: 2040-06-29
Also published as: AU2020309495A1; US10907444B1; WO2021007059A1; NO20220038A1; AU2020309495B2; BR112022000090A2; CN114080487B; US20210010347A1

Abstract

一种用于井下阀的扼流系统，该扼流系统包括第一管状件，该第一管状件具有外表面、内表面和延伸穿过外表面和内表面的第一流孔口。第二管状件相对于第一管状件可移位地布置在内表面的径向内侧。第二管状件包括第二流孔口，该第二流孔口与第一流孔口选择性地对准。包括扼流开口的扼流构件定位在第一管状件与第二管状件之间。该扼流构件相对于第一管状件和第二管状件选择性地可移位和可旋转。扼流致动器与扼流构件轴向对准并且定位在第一管状件与第二管状件之间。该扼流致动器选择性地可移位以使该扼流构件脱离并使扼流开口相对于第一流孔口和第二流孔口旋转。

Description

用于井下阀的扼流系统

背景技术

在资源回收行业，采用阀来控制从例如环形物流入管状件的流动路径中的流量。阀可允许地层流体流向地面系统以进行收集、测试和/或处理。在某些装置中，扼流圈或限流器可与阀结合使用。扼流圈围绕阀延伸并且相对于阀固定。扼流圈包括选定的开口几何形状，该开口几何形状根据阀位置来暴露阀的不同部分。

可通过向一个或多个致动器施加压力来打开或关闭阀。每次阀从打开位置移位到关闭位置时，都会发生相对于扼流圈的旋转。因此，设置期望的扼流圈需要阀的多个打开和关闭操作。阀的每个打开和关闭操作都会对阀密封件施加压力，需要较长的致动行程，例如，整个阀开口必须相对于阀入口和扼流圈移动。此外，扼流圈的任何调整都需要阀在打开位置与关闭位置之间循环。因此，本行业将欢迎扼流系统，该扼流系统允许设置独立于阀的扼流位置。

发明内容

公开了一种用于井下阀的扼流系统，该扼流系统包括第一管状件，该第一管状件具有外表面、内表面和延伸穿过外表面和内表面的第一流孔口。第二管状件相对于第一管状件可移位地布置在内表面的径向内侧。第二管状件包括第二流孔口，该第二流孔口与第一流孔口选择性地对准。包括扼流开口的扼流构件定位在第一管状件与第二管状件之间。扼流构件相对于第一管状件和第二管状件选择性地可移位和可旋转。扼流致动器与扼流构件轴向对准并且定位在第一管状件与第二管状件之间。扼流致动器选择性地可移位以使扼流构件脱离并使扼流开口相对于第一流孔口和第二流孔口旋转。

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具有扼流系统的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图1的阀和扼流系统的剖视图；

图3A描绘了根据示例性实施方案的一方面的图2的阀和扼流系统的扼流构件和扼流致动器；

图3B描绘了根据示例性实施方案的一方面的图3A的扼流构件与扼流致动器之间的界面；

图4描绘了根据示例性实施方案的另一方面的阀和扼流系统的剖视图；

图5描绘了根据示例性实施方案的另一方面的图4的阀和扼流系统的扼流构件和扼流致动器；

图6描绘了根据示例性实施方案的又一方面的图4的阀和扼流系统的扼流构件和扼流致动器。

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和图2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可包括第一系统14，该第一系统在一些环境下可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采取井下系统的形式。

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。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可采取多个互连管状件、盘管等的形式。井筒34包括环形壁38，该环形壁可由地层36的表面限定。此外，应当理解，井筒34可包括套管管状件(未示出)。管柱30可支撑阀45，该阀包括一个或多个第一流孔口48。

参考图2和图3A，阀45包括第一管状件54和布置在第一管状件54内的第二管状件56。第一管状件54包括外表面60和内表面62。多个扼流支撑元件66从内表面62径向向内突出。第二管状件56包括外表面部分70和限定流动路径74的内表面部分72。在第二管状件56中形成多个第二流孔口(其中一个以78示出)。第二管状件56在第一管状件54内可轴向移位，使得第二流孔口78可与第一流孔口48选择性地对准。

在一个实施方案中，阀45包括扼流构件84，该扼流构件被选择性地定位成确定第二流孔口78的所选择的尺寸。在一个实施方案中，扼流构件84包括第一轴向端部86、第二轴向端部87和在该第一轴向端部与该第二轴向端部之间延伸的中间部分89。中间部分89包括多个扼流开口(其中一个扼流开口以92示出)，该多个扼流开口的形状被配置为选择性地确定第二流孔口78的尺寸。第一轴向端部86包括多个齿元件94，该多个齿元件与扼流致动器96配合来使扼流构件84旋转。也就是说，如本文将讨论的，扼流构件84被选择性地旋转，使得扼流开口92暴露出更多或更少的第二流孔口78，以在流孔口48与流动路径74之间实现期望的流速。

在一个实施方案中，扼流致动器96包括第一端部98和第二端部99。多个致动器元件102从第一端部98轴向向外突出。环形密封件105可布置在第二端部99的轴向外侧。如图3B所示，多个致动器元件102中的每个致动器元件在多个扼流支撑元件66中的相邻扼流支撑元件之间延伸，并且包括终端部分108，该终端部分具有成角度表面部分110。多个扼流支撑元件66中的每个扼流支撑元件包括终端区段115，该终端区段具有成角度表面区段117。每个成角度表面部分110和成角度表面区段117对准以形成扼流支撑表面120。此外，每个成角度表面部分110和成角度表面区段117包含与由齿元件94限定的角度互补的角度。

在一个实施方案中，可经由环形密封件105向扼流致动器96施加压力。该压力致使扼流致动器96轴向移位，使得致动元件作用于齿元件94，从而使扼流构件84从扼流支撑元件113脱离。致动元件102推动扼流构件84贴靠弹簧124。成角度表面部分110与齿元件94之间的相互作用致使扼流构件84旋转并改变第二流孔口78的开口程度。可释放压力，从而允许弹簧124推动扼流构件84回到扼流支撑元件113上。每次施加压力都会通过一个齿元件94使扼流构件84脱离并旋转，以便进一步改变第二流孔口78的开口程度。

参考图4和图5，其中在描述根据示例性实施方案的另一方面的第一管状件140时，各视图中的对应部件用类似的参考标号表示。第一管状件140包括外表面142和内表面144。在内表面144中形成扼流支撑件146。扼流支撑件146包括多个扼流支撑元件(其中一个扼流支撑元件以148示出)，该多个扼流支撑元件各自具有成角度表面区段150。另外，多个引导元件(其中一个引导元件以151示出)从内表面144径向向内突出。

扼流致动器154布置在内表面144的径向内侧并且与扼流构件84基本上轴向对准。扼流致动器154包括第一端部157和第二端部158。环形密封件105布置在第二端部158的轴向外侧。多个致动器元件160从第一端部157轴向向外延伸。多个致动器元件160中的每个多个致动器元件包括终端部分166，该终端部分具有成角度表面部分168。成角度表面部分168可包括一个或多个成角度表面。在一个实施方案中，多个引导元件151中的每个引导元件布置在多个致动器元件160中的对应致动器元件之间。引导元件151防止扼流致动器154旋转。

在一个实施方案中，可经由环形密封件105向扼流致动器154施加压力。该压力致使扼流致动器154轴向移位，使得致动元件作用于齿元件94，从而使扼流构件84从扼流支撑元件148脱离。致动元件160推动扼流构件84贴靠弹簧124。成角度表面部分168与齿元件94之间的相互作用致使扼流构件84旋转并改变第二流孔口78的开口程度。可释放压力，从而允许弹簧124推动扼流构件154回到扼流支撑件146的扼流支撑元件148上。每次施加压力都会通过一个齿元件94使扼流构件84脱离并旋转，以便进一步改变第二流孔口78的开口程度。

现在参考图6，其中在描述根据示例性实施方案的又一方面的扼流致动器180时，各视图中的对应部件用类似的参考标号表示。扼流致动器180包括第一端部182和第二端部183。环形密封件105布置在第二端部183的轴向外侧。多个致动器元件185从第一端部182轴向向外延伸。多个致动器元件185中的每个多个致动器元件包括终端部分191，该终端部分具有成角度表面部分193。在一个实施方案中，多个致动器元件185中的每个致动器元件是柔性的。也就是说，多个致动器元件185中的每个致动器元件可在被推动成与扼流构件84接触时周向地偏转以调整第二流孔口78的开口程度。

此时，应当理解，示例性实施方案描述了一种包括独立扼流圈的阀。也就是说，扼流圈与阀的打开和关闭解耦。以此方式，可减少阀的总轴向长度。此外，不管扼流圈的位置如何，都可操作阀。也就是说，代替打开和关闭阀来设置扼流圈，可向扼流系统应用多个压力应用来设置所选择的开口程度。一旦确定了所选择的开口程度，就可打开阀。以此方式，流可在地层36与流动路径74之间不间断地穿过。

实施方案1.一种用于井下阀的扼流系统，该扼流系统包括：第一管状件，该第一管状件包括外表面、内表面和延伸穿过该外表面和该内表面的第一流孔口；第二管状件，该第二管状件相对于第一管状件可移位地布置在内表面的径向内侧，该第二管状件包括第二流孔口，该第二流孔口与第一流孔口选择性地对准；扼流构件，该扼流构件包括扼流开口，该扼流开口定位在第一管状件与第二管状件之间，该扼流构件相对于第一管状件和第二管状件选择性地可移位和可旋转；和扼流致动器，该扼流致动器与扼流构件轴向对准并且定位在第一管状件与第二管状件之间，该扼流致动器选择性地可移位以使扼流构件脱离并使扼流开口相对于第一流孔口和第二流孔口旋转。

实施方案2.根据任一先前实施方案所述的扼流系统，该扼流系统进一步包括：回位弹簧，该回位弹簧被定位成使扼流构件偏向扼流致动器。

实施方案3.根据任一先前实施方案所述的扼流系统，其中该回位弹簧围绕第二管状件延伸。

实施方案4.根据任一先前实施方案所述的扼流系统，其中该扼流致动器包括第一端部、第二端部和从第一端部轴向向外延伸的多个致动器元件。

实施方案5.根据任一先前实施方案所述的扼流系统，该扼流系统进一步包括：多个扼流支撑元件，该多个扼流支撑元件设置在第一管状件的内表面处。

实施方案6.根据任一先前实施方案所述的扼流系统，其中该多个致动器元件中的每个致动器元件在多个扼流支撑元件中的相邻扼流支撑元件之间延伸。

实施方案7.根据任一先前实施方案所述的扼流系统，其中该多个致动器元件中的每个致动器元件包括终端部分，该终端部分包括成角度表面部分，并且该多个扼流支撑元件中的每个扼流支撑元件包括终端区段，该终端区段包括成角度表面区段。

实施方案8.根据任一先前实施方案所述的扼流系统，其中该多个致动器元件中的每个致动器元件的成角度表面部分与该多个扼流支撑元件中的每个扼流支撑元件的成角度表面区段中的对应成角度表面区段选择性地对准以形成扼流支撑表面。

实施方案9.根据任一先前实施方案所述的扼流系统，其中该扼流构件包括第一轴向端部和相对的第二轴向端部，该相对的第二轴向端部包括多个齿元件，该多个齿元件与扼流支撑表面选择性地接合。

实施方案10.根据任一先前实施方案所述的扼流系统，其中该多个致动器元件布置在多个扼流支撑元件的径向内侧。

实施方案11.根据任一先前实施方案所述的扼流系统，该扼流系统进一步包括：多个引导元件，该多个引导元件从第一管状件径向向内延伸，该多个引导元件中的每个引导元件在多个致动元件中的相邻致动元件之间延伸。

实施方案12.根据任一先前实施方案所述的扼流系统，其中该多个致动器元件中的每个致动器元件包括终端部分，该终端部分包括成角度表面部分，该成角度表面部分具有一个或多个成角度表面。

实施方案13.根据任一先前实施方案所述的扼流系统，其中该多个致动器元件中的每个致动器元件是周向可变形的。

实施方案14.根据任一先前实施方案所述的扼流系统，其中该多个致动器元件中的每个致动器元件包括终端部分，该终端部分包括成角度端部部分。

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。

术语“约”和“基本上”旨在包括，基于在提交申请时可用的设备，与特定数量的测量相关联的误差度。例如，“约”和/或“基本上”可包括给定值的土8％或5％、或2％的范围。

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

1.一种用于井下阀的扼流系统，包括：

第一管状件(54)，所述第一管状件包括外表面(60)、内表面(62)和延伸穿过所述外表面(60)和所述内表面(62)的第一流孔口(48)；

第二管状件(56)，所述第二管状件相对于所述第一管状件(54)可移位地布置在所述内表面(62)的径向内侧，所述第二管状件(56)包括第二流孔口(78)，所述第二流孔口与所述第一流孔口(48)选择性地对准；

扼流构件(154)，所述扼流构件包括扼流开口(92)，所述扼流开口定位在所述第一管状件(54)与所述第二管状件(56)之间，所述扼流构件(154)相对于所述第一管状件(54)和所述第二管状件(56)选择性地可移位和可旋转；和

扼流致动器(96)，所述扼流致动器与所述扼流构件(154)轴向对准并且定位在所述第一管状件(54)与所述第二管状件(56)之间，所述扼流致动器(96)选择性地可移位以使所述扼流构件(154)脱离并使所述扼流开口(92)相对于所述第一流孔口(48)和所述第二流孔口(78)旋转。

2.根据权利要求1所述的扼流系统，所述扼流系统进一步包括：回位弹簧(124)，所述回位弹簧被定位成使所述扼流构件(154)偏向所述扼流致动器(96)。

3.根据权利要求2所述的扼流系统，其中所述回位弹簧(124)围绕所述第二管状件(56)延伸。

4.根据权利要求1所述的扼流系统，其中所述扼流致动器(96)包括第一端部(157)、第二端部(158)和从所述第一端部(157)轴向向外延伸的多个致动器元件(160)。

5.根据权利要求4所述的扼流系统，所述扼流系统进一步包括：多个扼流支撑元件(66)，所述多个扼流支撑元件设置在所述第一管状件(54)的所述内表面(62)处。

6.根据权利要求5所述的扼流系统，其中所述多个致动器元件(160)中的每个致动器元件在所述多个扼流支撑元件(66)中的相邻扼流支撑元件之间延伸。

7.根据权利要求6所述的扼流系统，其中所述多个致动器元件(160)中的每个致动器元件包括终端部分(108)，所述终端部分包括成角度表面部分，并且所述多个扼流支撑元件(66)中的每个扼流支撑元件包括终端区段(115)，所述终端区段包括成角度表面区段(117)。

8.根据权利要求7所述的扼流系统，其中所述多个致动器元件(160)中的每个致动器元件的所述成角度表面部分与所述多个扼流支撑元件(66)中的每个扼流支撑元件的所述成角度表面区段(117)中的对应成角度表面区段选择性地对准以形成扼流支撑表面(120)。

9.根据权利要求8所述的扼流系统，其中所述扼流构件(154)包括第一轴向端部(86)和相对的第二轴向端部(87)，所述相对的第二轴向端部(87)包括多个齿元件(94)，所述多个齿元件与所述扼流支撑表面(120)选择性地接合。

10.根据权利要求5所述的扼流系统，其中所述多个致动器元件(160)布置在所述多个扼流支撑元件(66)的径向内侧。

11.根据权利要求10所述的扼流系统，所述扼流系统进一步包括：多个引导元件(66)，所述多个引导元件从所述第一管状件(54)径向向内延伸，所述多个引导元件(66)中的每个引导元件在所述多个致动元件(160)中的相邻致动元件之间延伸。

12.根据权利要求10所述的扼流系统，其中所述多个致动器元件(160)中的每个致动器元件包括终端部分(108)，所述终端部分包括成角度表面部分(110)，所述成角度表面部分具有一个或多个成角度表面(117)。

13.根据权利要求10所述的扼流系统，其中所述多个致动器元件(160)中的每个致动器元件是周向可变形的。

14.根据权利要求13所述的扼流系统，其中所述多个致动器元件(160)中的每个致动器元件包括终端部分(108)，所述终端部分包括成角度端部部分。