CN117157450A - 用于在井下环境中使用的增材制造浮子 - Google Patents
用于在井下环境中使用的增材制造浮子 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117157450A CN117157450A CN202180096825.6A CN202180096825A CN117157450A CN 117157450 A CN117157450 A CN 117157450A CN 202180096825 A CN202180096825 A CN 202180096825A CN 117157450 A CN117157450 A CN 117157450A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- float
- fluid
- base material
- outer portion
- fluid flow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims abstract description 44
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 290
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 115
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 76
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 22
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 239000006261 foam material Substances 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 10
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 10
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 10
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 3
- JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N benzene-1,4-diol;bis(4-fluorophenyl)methanone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1.C1=CC(F)=CC=C1C(=O)C1=CC=C(F)C=C1 JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 3
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 3
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 3
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 2
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- -1 steam Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 1
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920004738 ULTEM® Polymers 0.000 description 1
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 1
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000007745 plasma electrolytic oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920001652 poly(etherketoneketone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 229920002725 thermoplastic elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K33/00—Floats for actuation of valves or other apparatus
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B34/00—Valve arrangements for boreholes or wells
- E21B34/06—Valve arrangements for boreholes or wells in wells
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B34/00—Valve arrangements for boreholes or wells
- E21B34/06—Valve arrangements for boreholes or wells in wells
- E21B34/08—Valve arrangements for boreholes or wells in wells responsive to flow or pressure of the fluid obtained
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/02—Subsoil filtering
- E21B43/08—Screens or liners
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/12—Methods or apparatus for controlling the flow of the obtained fluid to or in wells
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/34—Arrangements for separating materials produced by the well
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
- F16K31/18—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid actuated by a float
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
- F16K31/18—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid actuated by a float
- F16K31/20—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid actuated by a float actuating a lift valve
- F16K31/22—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid actuated by a float actuating a lift valve with the float rigidly connected to the valve
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/14—Obtaining from a multiple-zone well
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
- Pens And Brushes (AREA)
- Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
- Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
- Containers And Packaging Bodies Having A Special Means To Remove Contents (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
在一个方面，提供了一种与流体流动控制装置一起使用的浮子。在至少一个方面，所述浮子包括流体不可渗透的外部和具有定位在所述流体不可渗透的外部内的一个或多个空腔的基底材料，所述基底材料使用增材制造工艺而形成。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年6月21日提交的标题为“ADDITIVE MANUFACTURED FLOATS FORUSE IN A DOWNHOLE ENVIRONMENT”的美国申请序列号17/353,125的优先权，所述申请与本申请共同转让，并通过援引以其全文并入本文。
背景技术
有时从井场表面向井下钻探井眼数百至数千英尺，以获取碳氢化合物资源。在某些井作业(诸如生产作业)期间，从地层提取某些流体(诸如碳氢化合物资源的流体)，其中碳氢化合物资源的流体流入运输工具的一个或多个段(诸如生产油管段)中，并且通过生产油管，上井至表面。在生产作业期间，在提取碳氢化合物资源的流体时，其他类型的流体(诸如水)有时也会流入生产油管段中。
发明内容
现在结合附图参考以下描述，在附图中：
图1示出了井系统的示意性侧视图，其中流入控制装置被部署在井筒中；
图2示出了图1的流入控制装置的一个实施例的横截面视图；
图3示出了在某些实施例中类似于图2的流体流动控制装置的流体流动控制装置的横截面视图；
图4A至图4E示出了根据本公开的一个或多个实施例设计、制造和操作的多种不同浮子(例如桨形浮子)的横截面视图，这些浮子可以与图3的流体流动控制装置一起使用；
图5示出了根据本公开的一个或多个实施例设计、制造和操作的流体流动控制装置的可替代实施例的横截面视图；
图6A至图6E示出了根据本公开的一个或多个实施例设计、制造和操作的多种不同浮子(例如桨形浮子)的横截面视图，这些浮子可以与图5的流体流动控制装置一起使用；
图7示出了根据本公开的一个或多个实施例设计、制造和操作的流体流动控制装置的可替代实施例的横截面视图；
图8示出了根据本公开的一个或多个实施例设计、制造和操作的取向依赖性流入控制装置；
图9示出了装置的展开视图(360°)，该装置包括围绕基管(未示出)外部的周边等距分布的四个取向依赖性流入控制装置；以及
图10A至图10E示出了根据本公开的一个或多个实施例设计、制造和操作的多种不同浮子(例如桨形浮子)的横截面视图，这些浮子可以与图7的流体流动控制装置一起使用。
具体实施方式
在随后的附图和描述中，在整个说明书和附图中，相似的部件通常分别用相同的附图标记进行标记。所绘制的附图不一定是按比例的。为了清楚和简明起见，本公开的某些特征可能以按比例夸大或以略微示意性的形式示出，并且可能未示出某些元件的一些细节。本公开可以以不同形式的实施例来实施。
详细描述并在附图中示出了具体实施例，应当理解，本公开被认为是本公开的原理的范例，并且不旨在将本公开限制于本文所展示和描述的内容。应充分认识到，本文所讨论的实施例的不同教导可以被单独采用或以任何合适的组合采用以产生期望的结果。
除非另有说明，否则术语“连接”、“接合”、“联接”、“附接”或描述元件之间相互作用的任何其它相似术语的使用并不意味着将相互作用限制为元件之间的直接相互作用并且还可以包含所描述的元件之间的间接相互作用。除非另有说明，否则使用术语“向上”、“上部”、“朝上”、“井上”、“上游”或其它类似术语应被解释为远离井的底部、末端，而不管井筒取向；同样地，术语“向下”、“下部”、“朝下”、“井下”或其它相似术语的使用应被解释为通常朝向井的底部、末端，而不管井筒取向。上述术语中的任何一个或多个术语的使用不应被解释为表示沿着完全竖直的轴的位置。在一些情况下，靠近井的末端的部分可以是水平的或者甚至稍微向上指向。除非另有说明，否则术语“地层”的使用应被解释为涵盖暴露的土地下面的区域和被诸如海洋或淡水等水域覆盖的土地下面的区域两者。
本公开在很大程度上涉及流体流动控制装置和井下浮子。在至少一个实施例中，流体流动控制装置包括入口端口和出口端口。至少在该实施例中，流体流动控制装置还包括定位在入口端口与出口端口之间的浮子。浮子可操作以在允许流体流动穿过出口端口的打开位置与限制流体流动穿过出口端口的关闭位置之间移动。如本文所提及的，打开位置是浮子不限制流体流动穿过出口端口的浮子位置，而关闭位置是浮子限制流体流动穿过出口端口的浮子位置。在一些实施例中，浮子朝向出口端口径向向内漂移以从打开位置移动到关闭位置，并且远离出口端口径向向外漂移以从关闭位置移动到打开位置。在一些实施例中，浮子朝向出口端口径向向外漂移以从打开位置移动到关闭位置，并且远离出口端口径向向内漂移以从关闭位置移动到打开位置。如本文所引用的，径向向内意味着朝向中心(诸如中心轴)径向漂移，而径向向外意味着远离中心(诸如远离中心轴)漂移。
在一些实施例中，浮子周向地(诸如围绕端口的流动路径周向地)从第一位置漂移到第二位置以从打开位置移动到关闭位置，并且从第二位置漂移到第一位置以从关闭位置移动到打开位置。在一些实施例中，浮子线性地从第一位置漂移到第二位置以从打开位置移动到关闭位置，并且线性地从第二位置漂移到第一位置以从关闭位置移动到打开位置。在又另一个实施例中，浮子被容纳在流体能够在其中自由移动的壳体内，浮子可操作以从第一位置浮动到第二位置，以从打开位置移动到关闭位置，并且从第二位置下沉到第一位置以从关闭位置移动到打开位置。在一些实施例中，浮子打开以允许密度小于阈值密度的某些类型的流体(诸如油和其他类型的碳氢化合物资源)流动穿过出口端口，并且限制密度大于或等于阈值密度的其他类型的流体(诸如水和钻井流体)流动穿过出口端口。
本公开至少部分地基于需要在井下环境中使用低密度浮子的认知。本公开还认知到，这样的井下环境经历极端的静水压力、高温、各种刺激性化学物质，并且通常需要长的使用寿命，并且对于密度低于1.3比重(sg)的井下组件没有良好的解决方案。至少部分地基于前述认知，本公开首次认识到前述问题的解决方案是使用增材制造工艺来制造井下浮子，但是基于使用井下现场验证的材料。本公开已经认识到，可以通过在结构中留下空腔(例如，空隙)来获得较低的密度。这些空腔可以定制，以降低部件的净密度，同时为部件提供应对极端静水压力的强度。
在至少一个实施例中，增材制造的PEEK浮子可与密度自主流入控制装置(ICD)一起使用。通常，浮子的密度需要介于油与水之间(例如，分别为0.75sg和1.0sg)或介于气体与液体之间(例如，分别为0.1sg和0.75sg)。通过采用增材制造工艺，同时使用天然密度高于水的材料(在某些实施例中天然密度为至少1.3sg)，这些浮子可以获得该范围内的净密度。这还允许快速定制部件形状、密度及其重心位置。
虽然上面的示例是关于PEEK进行讨论的，但是可以使用许多不同的材料和组合物。在至少一个实施例中，可以使用诸如PEEK、PEI、ABS、PLA、尼龙、PEKK、Ultem、聚酰胺、热塑性弹性体等的热塑性塑料。在至少一个其他实施例中，可以使用包括树脂和环氧树脂的热固性材料。在至少一个其他实施例中，金属是增材制造的，例如像铝、钛、镁等。
在又另一个实施例中，材料可以是用于安装期间临时流体选择的可降解材料，诸如PLA、PGA或聚苯乙烯。在又另一个实施例中，材料可以是材料的组合物，诸如添加了小(例如，短切)纤维、碳颗粒、金属粉末等。此外，增材制造的部件可以被涂覆，诸如用金属涂层或等离子电解氧化涂层等。该涂层可以应用在与增材制造工艺不同的工艺中，或者可替代地应用在相同的工艺中。
因此，增材制造的密封浮子可以提供小于1.3sg的净密度。增材制造允许人们快速改变形状、调整重心并快速调整最终的净密度。增材制造部件允许在浮子内部包括内部支撑结构，以提供较低的密度(由于空隙)和高抗压强度，以支撑静水压力。增材制造的浮子被设计用于在各种井下流体中下沉和漂浮，诸如：天然气、石油、水/盐水和泥浆。浮子可用于阻塞或疏通井下流动控制装置中的流动路径。浮子可以是自由浮动的、铰接的、滑动的或任何其他使用其浮力或浮力和机械优势的组合来打开或关闭流动路径的机械装置。
现在转向附图，图1示出了井系统100的示意性侧视图，其中流入控制装置120A-120C被部署在井筒114中。如图1所示，井筒114从井102的表面108延伸至或穿过地层126。可以提供吊钩138、缆绳142、滑车(未示出)和提升机(未示出)以将输送装置116下降到井102中。如本文所引用的，输送装置116是任何管道、管状物或流体导管，包括但不限于钻杆、生产油管、套管、连续油管及其任何组合。输送装置116提供用于从地层126提取的流体行进至表面108的导管。在一些实施例中，输送装置116附加地提供用于将流体输送到井下并注入到地层126中的导管(诸如在注入作业中)。在一些实施例中，输送装置116耦接至布置在井102的水平段内的生产油管。在图1的实施例中，输送装置116和生产油管由相同的油管表示。
在井口106处，入口导管122耦接至流体源120以穿过井下输送装置116提供流体。例如，在钻井作业、水力压裂作业以及注入作业期间分别将钻井液、压裂液和注入液泵送到井下。在图1的实施例中，流体穿过输送装置116循环到井102中并返回表面108。为此，分流器或出口导管128可以连接至井口106处的容器130以提供从井筒114的流体返回流动路径。输送装置116和出口导管128还形成流体通道，用于诸如碳氢化合物资源的流体在生产作业期间向上井流动。
在图1的实施例中，输送装置116包括位于邻近地层126的不同生产层段的生产管段118A-118C。在一些实施例中，封隔器(未示出)定位在生产管段118A-118C的左侧和右侧，以定义生产层段并在相应的生产管段118A、118B或118C与井筒114的壁之间提供流体密封。生产管段118A-118C包括流入控制装置120A-120C(ICD)。流入控制装置控制从生产层段流入生产管段(例如118A)的流体的体积或成分。例如，由生产管段118A定义的生产层段产生多于一种类型的流体成分，诸如油、水、蒸汽、二氧化碳和天然气的混合物。当生产层段正在生产较高比例的不期望的流体成分(诸如水)时，流体地耦接到生产管段118A的流入控制装置120A减少或限制流体流入生产管段118A，这允许生产更高比例的期望流体成分(例如，油)的其他生产层段对井102的表面108处的采出流体贡献更多，使得采出流体具有更高比例的期望流体成分。在一些实施例中，流入控制装置120A-120C是自主流入控制装置(AICD)，其基于流体密度允许或限制流体流入生产管段118A-118C，而不需要井操作员来自井表面的信号。
尽管前述段落描述了在生产期间利用流入控制装置120A-120C，但在一些实施例中，在其他类型的井作业期间也利用流入控制装置120A-120C来控制流动穿过输送装置116的流体。此外，虽然图1描绘了具有流入控制装置120A-120C的每个生产管段118A-118C，但是在一些实施例中，并非每个生产管段118A-118C都具有流入控制装置120A-120C。在一些实施例中，生产管段118A-118C(和流入控制装置120A-120C)位于除了井102的基本水平段之外或作为井102的基本水平段替代的基本垂直段中。此外，任何数量的具有流入控制装置120A-120C的生产管段118A-118C(包括一个)被部署在井102中。在一些实施例中，具有流入控制装置120A-120C的生产管段118A-118C被设置在较简单的井筒(诸如仅具有基本上垂直的段的井筒)中。在一些实施例中，流入控制装置120A-120C被设置在套管井中或裸眼环境中。
在至少一个实施例中，流入控制装置120A-120C中的一个或多个装置包括根据本公开设计、制造和操作的一个或多个浮子。根据至少一个实施例，一个或多个浮子包括流体不可渗透的外部，以及具有定位在流体不可渗透的外部内的一个或多个空腔的基底材料。根据本公开的一个实施例，基底材料是使用增材制造工艺形成的。如本文所用，短语“流体不可渗透的”旨在表示外部的渗透性小于0.1毫达西(millidarcy)。本文使用的短语“增材制造工艺”旨在涵盖在计算机控制下沉积、连接或固化材料以创建三维物体的所有工艺，其中材料被添加在一起(诸如塑料、液体或粉末颗粒熔合在一起)，通常是逐层进行。在至少一个实施例中，基底材料、流体不可渗透的外部、或基底材料和流体不可渗透的外部两者包括比重为至少1.3sg的材料。
图2示出了图1的流入控制装置120A的一个实施例的横截面视图。在图2所描述的实施例中，流入控制装置120A包括耦接至流体流动控制装置202的钻井工具的流入管200。尽管词语“管状物”在本公开中用于指某些组件，但是那些组件具有任何合适的形状，包括非管状形状。流入管200向流体流动控制装置202提供流体。在一些实施例中，流体从井系统中的生产层段或从另一位置提供。在图2的实施例中，流入管200终止于入口端口205处，入口端口205提供进入流体流动控制装置202的流体连通路径。在一些实施例中，入口端口205是流体流动控制装置202的壳体201中的开口。
第一流体部分从入口端口205流向旁通端口210。第一流体部分推压从可旋转组件208向外延伸的翅片212，以使可旋转组件208旋转，从而围绕轴线(诸如中心轴线203)旋转。可旋转组件208围绕轴线203的旋转在定位在可旋转组件208内的浮子(未示出，但包括使用增材制造工艺设计和制造的浮子)上产生力。在经过可旋转组件208之后，第一流体部分经由旁通端口210离开流体流动控制装置202。第一流体部分从旁通端口210流动穿过旁通管230至切向管216。第一流体部分流动穿过切向管216，如虚线箭头218所示，进入涡流阀220。在图2的实施例中，第一流体部分至少部分地由于第一流体部分进入涡流阀220的角度而围绕涡流阀220的外周旋转。力作用在第一流体部分上，最终导致第一流体部分流入涡流阀220的中心端口222。然后第一流体部分从中心端口222流到别处，诸如作为生产流体流到井表面。
同时，来自入口端口205的第二流体部分经由可旋转组件208中的孔(例如，可旋转组件208的翅片212之间的孔)流入可旋转组件208。如果第二流体部分的密度高，则浮子移动到关闭位置，这防止第二流体部分流到出口端口207，而是导致第二流体部分流出旁通端口210。如果第二流体部分的密度低(例如，如果第二流体部分主要是油或天然气)，则浮子移动到打开位置，该打开位置允许第二流体部分流出出口端口207并进入控制管224。以这种方式，流体流动控制装置202基于流体的密度自主地引导流体流动穿过不同的路径。控制管224将第二流体部分连同第一流体部分经由更直接的流体路径(如虚线箭头226所示并由管228定义)引导至涡流阀220的中心端口222。到中心端口222的更直接的流体路径允许第二流体部分更直接地流入中心端口222，而不首先围绕涡流阀220的外周旋转。如果大部分流体沿着由虚线箭头218定义的路径进入涡流阀220，则流体在流动穿过中心端口222离开之前将趋于旋转并且将具有高流体阻力。如果大部分流体沿着由虚线箭头226定义的路径进入涡流阀220，则流体将倾向于流动穿过中心端口222排出而不旋转，并且将具有最小的流动阻力。
在一些实施例中，上述概念通过可旋转组件208的旋转而得到增强。通常，浮子产生的浮力较小，因为较低密度流体与较高密度流体之间的密度差通常较小，并且仅存在少量(例如，5毫牛顿)重力作用于这种密度差异。这使得流体流动控制装置202对取向敏感，这导致浮子卡在打开位置或关闭位置。然而，可旋转组件208的旋转在浮子上产生力(例如，向心力或离心力)。该力充当人工重力，远高于自然作用于密度差的小重力。这允许流体流动控制装置202基于流体的密度更可靠地在打开位置与关闭位置之间切换。这还使得流体流动控制装置202以对取向不敏感的方式执行，因为由可旋转组件208产生的力比自然产生的重力大得多。
在一些实施例中，流体流动控制装置202沿虚线箭头226所示的更直接的路径或沿虚线箭头218所示的切向路径引导流体。在一个或多个这样的实施例中，流体流动控制装置202是否沿虚线箭头226或虚线箭头218所示的路径引导流体取决于流体的成分。以这种方式引导流体导致涡流阀220中的流体阻力基于流体的成分而改变。
在一些实施例中，流体流动控制装置202与任何类型的阀兼容。例如，虽然图2包括涡流阀220，但是在其他实施例中，涡流阀220被替换为其他类型的流体阀，包括具有可移动阀元件的阀，诸如速率控制生产阀。此外，在一些实施例中，流体控制装置202作为阀中的压力感测模块运行。
图3是在某些实施例中类似于图2的流体流动控制装置200的流体流动控制装置300的横截面视图。现在参考图3，流体流动控制装置300包括定位在流体流动控制装置300的壳体301内的可旋转组件308。流体流动控制装置300还包括入口端口305，其为诸如但不限于碳氢化合物资源、井筒流体、水和其他类型的流体的流体提供流体通道以流入壳体301。流体控制装置300还包括出口端口310，其为流体提供流体流动路径以流出流体流动控制装置300，诸如流至图2的涡流阀220。流入壳体301的一些流体还与可旋转组件308接触，其中由流到可旋转组件308上的流体产生的力使可旋转组件308围绕轴线303旋转。在一些实施例中，流动穿过入口端口305的流体推压翅片(包括耦接到可旋转组件308的翅片312)，其中流体作用在翅片上的力使可旋转组件308围绕轴线303旋转。三个浮子304A-304C定位在可旋转组件308内并且分别通过铰链340A-340C连接至可旋转组件308，其中每个铰链340A、340B和340C提供相应浮子304A、304B和304C相对于可旋转组件308在打开位置与关闭位置之间的移动。在一些实施例中，每个浮子304A、304B和304C在打开位置与关闭位置之间的移动可基于旋转组件308中的流体的流体密度。
在一些实施例中，浮子304A-304C在打开位置与关闭位置之间的来回移动通过将每个相应的浮子304A、304B或304C铰接在其铰链340A、340B或340C上来实现。在一些实施例中，每个铰链340A、340B和340C包括安装到可旋转组件308并且分别至少部分地穿过浮子304A、304B和304C的枢轴杆(未示出)。在一些实施例中，代替安装到可旋转部件308的枢轴杆，每个浮子304A、304B和304C具有契合到可旋转组件308的凹部中以用作铰链的凸块延伸部。在一些实施例中，浮子304A-304C被配置为响应于在入口端口305处引入的流体(包括水、碳氢化合物气体和/或碳氢化合物液体的混合物)的平均密度的变化而从打开位置和关闭位置来回移动。例如，浮子304A-304C可响应于来自入口端口305的流体主要是水或泥浆而从打开位置移动到关闭位置，其中浮子组件可响应于来自入口端口305的流体主要是碳氢化合物(诸如石油或天然气)而从关闭位置移动到打开位置。
在图3的实施例中，可旋转组件308包括三个流体路径342A-342C，其提供入口端口305与出口端口307之间的流体连通。此外，每个流体路径342A、342B和342C分别流体地连接至腔室302A、302B和302C。此外，每个浮子304A、304B和304C分别被设置在腔室302A、302B和302C中，使得浮子304A、304B或304C从打开位置漂移到关闭位置限制分别流动穿过对应流体路径342A、342B或342C，而浮子304A、304B或304C从关闭位置到打漂移开位置允许流体流动穿过对应的流体路径342A、342B或342C。在一些实施例中，浮子304A、304B或304C分别基于腔室302A、302B或302C中的流体的密度而允许或限制流体分别流动穿过流体路径342A、342B或342C。虽然图3示出了分别定位在三个腔室302A-202C中的三个浮子304A-304C，在一些实施例中，定位在不同数量的腔室中的不同数量的浮子被放置在可旋转组件308中。此外，虽然图3示出了三个流体路径342A-342C，在一些实施例中，可旋转组件308包括将入口端口305流体连接至出口端口307的不同数量的流体路径。此外，虽然图3示出了分别定位在三个腔室302A-202C中的三个浮子304A-304C，在一些实施例中，定位在不同数量的腔室中的不同数量的浮子被放置在可旋转组件308中。此外，虽然图3示出了三个流体路径342A-342C，在一些实施例中，可旋转组件308包括将入口端口305流体连接至出口端口307的不同数量的流体路径。
在所示实施例中，浮子304A-304C中的一个或多个浮子的至少一部分已经使用增材制造工艺形成。在图3所示的实施例中，浮子304A-304C中的每个浮子的整体均已使用增材制造工艺形成。例如，浮子304A-304C中的每个浮子包括围绕一个或多个空腔定位在其中的基底材料的流体不可渗透的外部，流体不可渗透的外部和基底材料已经使用增材制造工艺形成。然而，在其他实施例中，仅使用增材制造工艺形成基底材料，而使用另一种不同的制造工艺添加流体不可渗透的外部。使用增材制造工艺，浮子304A-304C的净密度可以被具体定制，例如定制为油与水之间的净比重值。此外，当使用天然密度大于油和水的材料时，例如使用天然密度为至少1.3sg的材料，可以定制净密度。
图4A至图4E示出了根据本公开的一个或多个实施例设计、制造和操作的多种不同浮子(例如桨形浮子)404A-404E的横截面视图，这些浮子可以与图3的流体流动控制装置300一起使用。例如，浮子404A-404E中的每个浮子可被配置为通过过围绕铰接点旋转而在打开位置与关闭位置之间来回移动。
不同浮子404A-404E中的每个浮子或者不同浮子404A-404E中每个浮子的至少一部分已经使用前述的增材制造工艺形成。具体地，已经采用增材制造工艺来提供具有高特定净密度(例如，浮子的所有相关联部分的组合密度)的浮子404A-404E。在至少一个实施例中，已经采用增材制造工艺来提供高于期望流体的第一密度并且低于不期望流体的第二密度的净密度。在另一个实施例中，已经采用增材制造工艺来提供高于不期望流体的第一密度并且低于期望流体的第二密度的净密度。在至少一个其他实施例中，基底材料和/或流体不可渗透的外部的天然密度大于第一密度或第二密度。例如，基底材料和/或流体不可渗透的外部的自然密度可以是1.3sg或更大。
最初参照图4A，示出了根据本公开的一个或多个实施例设计、制造和操作的浮子404A的一个实施例。浮子404A包括流体不可渗透的外部410。在至少一个实施例中，流体不可渗透的外部410提供气密密封。本文所用的术语“气密”旨在包括在高达至少70巴(例如约1000psi)并且在一些实施例中高达至少700巴(例如约10000psi)以及温度超过50℃(例如，约120°F)以及在温度超过175℃(例如，超过约350°F)的其他情况下保持气密和/或液密的密封件。
浮子404A附加地包括基底材料420，其具有定位在流体不可渗透的外部410内的一个或多个空腔430A。如上所述，在至少一个实施例中，基底材料420和可选的流体不可渗透的外部410使用增材制造工艺形成。在示出的实施例中，基底材料420包括多个单独的空腔430A，在某些示例中，其是四个或更多个单独的空腔。在图4A的实施例中，多个单独的空腔430A是多个球形空腔。此外，图4A的实施例的多个单独的空腔430A是即使不是完全相似形状或相似尺寸，也是基本上相似形状和/或相似尺寸的空腔430A。在所示实施例中，多个单独的空腔430A可以附加地是基本上等间隔开的空腔，并且可选地是基本上等距分布的空腔。如本文所使用的关于形状、尺寸、间隔和分布的术语“基本上”旨在包括精确形状、尺寸或间隔的正(+)或负(-)百分之十。在其他实施例中，使用多种尺寸的空腔430A以便允许更多的开放空间。
进一步图4A的实施例，基底材料420包括第一材料并且流体不可渗透的外部410包括第二材料。如图4A所示，第一材料和第二材料可以是相同的材料。在可替代实施例中，第一材料和第二材料是不同的材料。
在至少一个实施例中，多个单独的空腔430A填充有空气。在又另一个实施例中，多个单独的空腔430A填充有除空气之外的另一种流体(例如，气体和/或液体)。例如，多个单独的空腔430A可填充惰性气体，诸如氮气、二氧化碳(CO2)、氩气等。在其他实施例中，多个单独的空腔可以填充有惰性流体以及其他流体。
现在转向图4B，示出了根据本公开的另一个实施例设计、制造和操作的浮子404B的可替代实施例。浮子404B在许多方面与图4A的浮子404A类似。因此，相似的附图标记已用于指示相似的(如果不相同)的特征。浮子404B在很大程度上与浮子404A的不同之处在于，浮子404B采用多个纵向成形空腔430B。在图4B的实施例中，多个纵向成形的空腔430B基本上等距间隔开并且基本上等距分布。
现在转向图4C，示出了根据本公开的另一个实施例设计、制造和操作的浮子404C的可替代实施例。浮子404C在许多方面与图4B的浮子404B类似。因此，相似的附图标记已用于指示相似的(如果不相同)的特征。浮子404C在很大程度上与浮子404B的不同之处在于，浮子404C采用多个纵向成形的空腔430C，这些空腔等距地间隔开，但是集中在一起以改变浮子404C的重心。例如，其中浮子404B的重心将基本上位于浮子404B的宽度和高度的中点处，浮子404C的重心将位于浮子404C的宽度的中点的左侧。
现在转向图4D，示出了根据本公开的另一个实施例设计、制造和操作的浮子404D的可替代实施例。浮子404D在许多方面与图4C的浮子404C类似。因此，相似的附图标记已用于指示相似的(如果不相同)的特征。浮子404D在很大程度上与浮子404C的不同之处在于，浮子404D采用梯度间隔开的多个纵向成形空腔430C。同样，梯度间隔可用于改变浮子404D的重心位置。在该实施例的扩展中，浮子的内部可以包括格子。
现在转向图4E，示出了根据本公开的另一个实施例设计、制造和操作的浮子404E的可替代实施例。浮子404E在许多方面与图4A的浮子404A类似。因此，相似的附图标记已用于指示相似的(如果不相同)的特征。浮子404E在很大程度上与浮子404A的不同之处在于，浮子404E采用泡沫结构420作为其基底材料。
转向图5，示出了根据本公开的一个或多个实施例设计、制造和操作的流体流动控制装置500的可替代实施例的横截面视图。流体流动控制装置500在许多方面类似于图3的流体流动控制装置300。因此，相似的附图标记已用于指示相似的(如果不相同)的特征。流体流动控制装置500在很大程度上与流体流动控制装置300的不同之处在于流体流动控制装置500不采用可旋转组件308。可替代地，流体流动控制装置500采用单个桨形浮子504。至少在所示的实施例中，单个桨形浮子504可操作以例如基于壳体301内的流体的密度在打开位置与关闭位置之间滑动(例如，在一个实施例中线性滑动)。
图6A至图6E示出了根据本公开的一个或多个实施例设计、制造和操作的多种不同浮子(例如桨形浮子)604A-604E的横截面视图，这些浮子可以与图6的流体流动控制装置500一起使用。例如，浮子604A-604E中的每个浮子可被配置为在打开位置与关闭位置之间来回滑动(例如，线性滑动)。
不同浮子604A-604E中的每个浮子或者不同浮子604A-604E中每个浮子的至少一部分已经使用前述的增材制造工艺形成。具体地，已经采用增材制造工艺来提供具有高特定净密度(例如，浮子的所有相关联部分的组合密度)的浮子604A-604E。在至少一个实施例中，已经采用增材制造工艺来提供高于期望流体的第一密度并且低于不期望流体的第二密度的净密度。在至少一个其他实施例中，基底材料和/或流体不可渗透的外部的天然密度大于第一密度或第二密度。例如，基底材料和/或流体不可渗透的外部的自然密度可以是1.3sg或更大。
最初参照图6A，示出了根据本公开的一个或多个实施例设计、制造和操作的浮子604A的一个实施例。浮子604A包括流体不可渗透的外部610。浮子604A附加地包括基底材料620，其具有定位在流体不可渗透的外部610内的一个或多个空腔630A。如上所述，在至少一个实施例中，基底材料620和可选的流体不可渗透的外部610使用增材制造工艺形成。在所示的实施例中，基底材料620包括多个单独的空腔630A。例如，在图6A的实施例中，多个单独的空腔630A是多个球形空腔。此外，图6A的实施例的多个单独的空腔630A是即使不是完全相似形状或相似尺寸，也是基本上相似形状和/或相似尺寸的空腔630A。在所示实施例中，多个单独的空腔630A可以附加地是基本上等间隔开的空腔，并且可选地是基本上等距分布的空腔。
进一步图6A的实施例，基底材料620包括第一材料并且流体不可渗透的外部610包括第二材料。如图6A所示，第一材料和第二材料可以是相同的材料。在可替代实施例中，第一材料和第二材料是不同的材料。
现在转向图6B，示出了根据本公开的另一个实施例设计、制造和操作的浮子604B的可替代实施例。浮子604B在许多方面与图6A的浮子604A类似。因此，相似的附图标记已用于指示相似的(如果不相同)的特征。浮子604B在很大程度上与浮子604A的不同之处在于，浮子604B采用多个纵向成形空腔630B。在图6B的实施例中，多个纵向成形的空腔630B基本上等距间隔开并且基本上等距分布。
现在转向图6C，示出了根据本公开的另一个实施例设计、制造和操作的浮子604C的可替代实施例。浮子604C在许多方面与图6B的浮子604B类似。因此，相似的附图标记已用于指示相似的(如果不相同)的特征。浮子604C在很大程度上与浮子604B的不同之处在于，浮子604C采用多个纵向成形的空腔630C，这些空腔等距地间隔开，但是集中在一起以改变浮子604C的重心。例如，其中浮子604B的重心将基本上位于浮子604B的宽度和高度的中点处，浮子604C的重心将位于浮子604C的宽度的中点的左侧。
现在转向图6D，示出了根据本公开的另一个实施例设计、制造和操作的浮子604D的可替代实施例。浮子604D在许多方面与图6C的浮子604C类似。因此，相似的附图标记已用于指示相似的(如果不相同)的特征。浮子604D在很大程度上与浮子604C的不同之处在于，浮子604D采用梯度间隔开的多个纵向成形空腔630C。同样，梯度间隔可用于改变浮子604D的重心位置。
现在转向图6E，示出了根据本公开的另一个实施例设计、制造和操作的浮子604E的可替代实施例。浮子604E在许多方面与图6A的浮子604A类似。因此，相似的附图标记已用于指示相似的(如果不相同)的特征。浮子604E在很大程度上与浮子604A的不同之处在于，浮子604E采用泡沫结构620作为其基底材料。
转向图7，示出了根据本公开的一个或多个实施例设计、制造和操作的流体流动控制装置700的可替代实施例的横截面视图。流体流动控制装置700在许多方面类似于图3的流体流动控制装置300。因此，相似的附图标记已用于指示相似的(如果不相同)的特征。流体流动控制装置700在很大程度上与流体流动控制装置300的不同之处在于流体流动控制装置700不采用可旋转组件308。可替代地，流体流动控制装置700采用单个球形浮子704。至少在所示实施例中，单个球形浮子704可操作以当其密度小于期望流体的流体密度时向上浮以关闭流体出口307，或者当其密度大于期望流体的流体密度时向下沉以打开流体出口307。显然，流体流动控制装置700可以颠倒，使得当球体704的密度大于期望流体的流体密度时，球体704限制流体出口307。
图8示出了根据本公开的一个或多个实施例设计、制造和操作的取向依赖性流入控制装置800；在图8的实施例中，多个流体流动控制装置700A-700E被堆叠以帮助解决当流体流动控制装置700定位在井下管上时可能存在的某些取向问题。多个流体流动控制装置700A-700E还可以用于基于多于两种的不同密度来区分流体流。
图9示出了装置900的展开视图(360°)，该装置包括围绕基管(未示出)外部的周边等距分布的四个取向依赖性流入控制装置800A-800D；以及在图9中，参考指示x和x’彼此连接，以及参考指示y和y’彼此连接。四个取向依赖性流入控制装置800A-800D中的每个装置与对应的密度控制阀流体连通以形成密度控制阀系统。四个取向依赖性流入控制装置800A-800D中的每个装置的取向由g矢量指示，其中指示+应被理解为处于进入附图的方向，向下的箭头处于垂直向下的方向，·为朝向图外的方向，并且向上箭头为垂直向上方向。
图10A至图10E示出了根据本公开的一个或多个实施例设计、制造和操作的多种不同浮子(例如球形浮子)1004A-1004E的横截面视图，这些浮子可以与图7的流体流动控制装置700一起使用。例如，浮子1004A-1004E中的每个浮子可被配置为在打开位置与关闭位置之间来回浮动和/或下沉。
不同浮子1004A-1004E中的每个浮子或者不同浮子1004A-1004E中每个浮子的至少一部分已经使用前述的增材制造工艺形成。具体地，已经采用增材制造工艺来提供具有高特定净密度(例如，浮子的所有相关联部分的组合密度)的浮子1004A-1004E。在至少一个实施例中，已经采用增材制造工艺来提供高于期望流体的第一密度并且低于不期望流体的第二密度的净密度。在至少一个其他实施例中，基底材料和/或流体不可渗透的外部的天然密度大于第一密度或第二密度。例如，基底材料和/或流体不可渗透的外部的自然密度可以是1.3sg或更大。
最初参照图10A，示出了根据本公开的一个或多个实施例设计、制造和操作的浮子1004A的一个实施例。浮子1004A包括流体不可渗透的外部1010。浮子1004A附加地包括基底材料1020，其具有定位在流体不可渗透的外部1010内的一个或多个空腔1030A。如上所述，在至少一个实施例中，基底材料1020和可选的流体不可渗透的外部1010使用增材制造工艺形成。在所示的实施例中，基底材料1020包括多个单独的空腔1030A。例如，在图10A的实施例中，多个单独的空腔1030A是多个球形空腔。此外，图10A的实施例的多个单独的空腔1030A是即使不是完全相似形状或相似尺寸，也是基本上相似形状和/或相似尺寸的空腔1030A。在所示实施例中，多个单独的空腔1030A可以附加地是基本上等间隔开的空腔，并且可选地是基本上等距分布的空腔。
进一步图10A的实施例，基底材料1020包括第一材料并且流体不可渗透的外部1010包括第二材料。如图10A所示，第一材料和第二材料可以是相同的材料。在可替代实施例中，第一材料和第二材料是不同的材料。
现在转向图10B，示出了根据本公开的另一个实施例设计、制造和操作的浮子1004B的可替代实施例。浮子1004B在许多方面与图10A的浮子1004A类似。因此，相似的附图标记已用于指示相似的(如果不相同)的特征。浮子1004B在很大程度上与浮子1004A的不同之处在于，浮子1004B采用两个或更多个(例如，三个或更多个)不同尺寸的空腔1030B。
现在转向图10C，示出了根据本公开的另一个实施例设计、制造和操作的浮子1004C的可替代实施例。浮子1004C在许多方面与图10A的浮子1004A类似。因此，相似的附图标记已用于指示相似的(如果不相同)的特征。浮子1004C在很大程度上与浮子1004A的不同之处在于，浮子1004C采用多个纵向成形的空腔1030C。在图10B的实施例中，多个纵向成形的空腔1030C基本上等距间隔开并且基本上等距径向分布。
现在转向图10D，示出了根据本公开的另一个实施例设计、制造和操作的浮子1004D的可替代实施例。浮子1004D在许多方面与图10C的浮子1004C类似。因此，相似的附图标记已用于指示相似的(如果不相同)的特征。浮子1004D在很大程度上与浮子1004C的不同之处在于，浮子1004D采用多个纵向成形的空腔1030D，这些空腔等距地间隔开，但是集中在一起以改变浮子1004D的重心。例如，其中浮子1004C的重心将基本上位于浮子1004C的宽度和高度的中点(例如，球体的中点)，浮子1004D的重心将低于浮子1004D的宽度和高度的中点(例如，低于球体的中点)。
现在转向图10E，示出了根据本公开的另一个实施例设计、制造和操作的浮子1004E的可替代实施例。浮子1004E在许多方面与图10A的浮子1004A类似。因此，相似的附图标记已用于指示相似的(如果不相同)的特征。浮子1004E在很大程度上与浮子1004A的不同之处在于，浮子1004E采用泡沫结构1020作为其基底材料。
本文所公开的各方面包含：
A.一种与流体流动控制装置一起使用的浮子，该浮子包括：1)流体不可渗透的外部；以及2)基底材料，其具有定位在流体不可渗透的外部内的一个或多个空腔，该基底材料使用增材制造工艺而形成。
B.一种流体流动控制装置，该流体流动控制装置包括：1)入口端口；2)出口端口；3)定位在入口端口与出口端口之间的浮子，该浮子可在允许流体流过出口端口的打开位置与限制流体流过出口端口的关闭位置之间移动，该浮子包括：a)流体不可渗透的外部；以及b)基底材料，其具有定位在流体不可渗透的外部内的一个或多个空腔，该基底材料使用增材制造工艺而形成。
C.一种用于制造流体流动控制装置的方法，该方法包括：1)使用增材制造工艺而形成浮子的至少一部分，该浮子包括：a)流体不可渗透的外部；以及b)基底材料，其具有定位在流体不可渗透的外部内的一个或多个空腔；以及2)将浮子定位在入口端口与出口端口之间，浮子可在允许流体流过出口端口的打开位置与限制流体流过出口端口的关闭位置之间移动。
D.一种井系统，该井系统包括：1)穿过地下地层形成的井筒；2)定位在井筒内的管柱；3)耦接至管柱的流体流动控制装置，该流体流动控制装置包括：a)可操作以接收来自地下地层的流体的入口端口；b)可操作以将流体传送至管柱的出口端口；以及c)定位在入口端口与出口端口之间的浮子，该浮子可在允许流体流过出口端口到达管柱的打开位置与限制流体流过出口端口到达管柱的关闭位置之间移动，浮子包括：i)流体不可渗透的外部；以及ii)基底材料，其具有定位在流体不可渗透的外部内的一个或多个空腔，该基底材料使用增材制造工艺而形成。
方面A、方面B、方面C和方面D可以具有以下附加要素中的一个或多个要素的组合：要素1：其中流体不可渗透构件和具有一个或多个空腔的基底材料具有高于期望流体的第一密度并且低于不期望流体的第二密度的净密度。要素2：其中基底材料包括第一材料并且流体不可渗透的外部包括第二材料。要素3：其中第一材料和第二材料是不同的材料。要素4：其中第一材料和第二材料是相同的材料。要素5：其中具有一个或多个空腔的基底材料是使用增材制造工艺形成的泡沫材料。要素6：其中流体不可渗透的外部形成球形浮子。要素7：其中流体不可渗透的外部形成桨形浮子。要素8：其中基底材料具有定位在流体不可渗透的外部内的四个或更多个基本上等距间隔开的空腔。要素9：其中基底材料具有定位在流体不可渗透的外部内的四个或更多个梯度间隔开的空腔，以改变浮子的重心。要素10：其中基底材料具有定位在流体不可渗透的外部内的四个或更多个基本上等尺寸的空腔。要素11：其中流体不可渗透的外部在具有一个或多个空腔的基底材料周围形成气密密封。要素12：其中使用增材制造工艺形成浮子的至少一部分包括将流体不可渗透的外部和基底材料的净密度调整为高于期望流体的第一密度并且低于不期望流体的第二密度。
本申请所涉及的领域的技术人员将理解，可以对所描述的实施例进行其它和另外的添加、删除、取代和修改。
Claims (21)
1.一种与流体流动控制装置一起使用的浮子，包括：
流体不可渗透的外部；以及
基底材料，其具有定位在所述流体不可渗透的外部内的一个或多个空腔，所述基底材料使用增材制造工艺而形成。
2.根据权利要求1所述的浮子，其中流体不可渗透构件和具有所述一个或多个空腔的所述基底材料具有高于期望流体的第一密度并且低于不期望流体的第二密度的净密度。
3.根据权利要求1所述的浮子，其中所述基底材料包括第一材料并且所述流体不可渗透的外部包括第二材料。
4.根据权利要求3所述的浮子，其中所述第一材料和所述第二材料是不同的材料。
5.根据权利要求3所述的浮子，其中所述第一材料和所述第二材料是相同的材料。
6.根据权利要求1所述的浮子，其中具有一个或多个空腔的所述基底材料是使用所述增材制造工艺形成的泡沫材料。
7.根据权利要求1所述的子，其中所述流体不可渗透的外部形成球形浮子。
8.根据权利要求1所述的子，其中所述流体不可渗透的外部形成桨形浮子。
9.根据权利要求1所述的浮子，其中所述基底材料具有定位在所述流体不可渗透的外部内的四个或更多个基本上等距间隔开的空腔。
10.根据权利要求1所述的浮子，其中所述基底材料具有定位在所述流体不可渗透的外部内的四个或更多个梯度间隔开的空腔，以改变所述浮子的重心。
11.根据权利要求1所述的浮子，其中所述基底材料具有定位在所述流体不可渗透的外部内的四个或更多个基本上等尺寸的空腔。
12.根据权利要求1所述的浮子，其中所述流体不可渗透的外部在具有所述一个或多个空腔的所述基底材料周围形成气密密封。
13.一种流体流动控制装置，包括：
入口端口；
出口端口；
定位在所述入口端口与所述出口端口之间的浮子，所述浮子可在允许流体流动穿过所述出口端口的打开位置与限制流体流动穿过所述出口端口的关闭位置之间移动，所述浮子包括：
流体不可渗透的外部；以及
基底材料，其具有定位在所述流体不可渗透的外部内的一个或多个空腔，
所述基底材料使用增材制造工艺而形成。
14.根据权利要求13所述的流体流动控制装置，其中所述流体不可渗透构件和具有所述一个或多个空腔的所述基底材料具有高于期望流体的第一密度并且低于不期望流体的第二密度的净密度。
15.根据权利要求13所述的流体流动控制装置，其中具有一个或多个空腔的所述基底材料是使用所述增材制造工艺形成的泡沫材料。
16.根据权利要求13所述的流体流动控制装置，其中所述流体不可渗透的外部形成球形浮子或桨形浮子。
17.根据权利要求13所述的流体流动控制装置，其中所述基底材料具有定位在所述流体不可渗透的外部内的四个或更多个基本上等尺寸的空腔。
18.根据权利要求13所述的流体流动控制装置，其中所述流体不可渗透的外部在具有所述一个或多个空腔的所述基底材料周围形成气密密封。
19.一种用于制造流体流动控制装置的方法，包括：
使用增材制造工艺形成浮子的至少一部分，所述浮子包括：
流体不可渗透的外部；以及
基底材料，其具有定位在所述流体不可渗透的外部内的一个或多个空腔；以及
将所述浮子定位在入口端口与出口端口之间，所述浮子可在允许流体流动穿过所述出口端口的打开位置与限制流体流动穿过所述出口端口的关闭位置之间移动。
20.根据权利要求19所述的方法，其中使用增材制造工艺形成浮子的至少一部分包括将所述流体不可渗透的外部和所述基底材料的净密度调整为高于期望流体的第一密度并且低于不期望流体的第二密度。
21.一种井系统，包括：
井筒，其穿过地层形成；
管柱，其定位在所述井筒内；
流体流动控制装置，其耦合到所述管柱，所述流体流动控制装置包括：
入口端口，其可操作以接收来自所述地层的流体；
出口端口，其可操作以将所述流体传送至所述管柱；以及
定位在所述入口端口与所述出口端口之间的浮子，所述浮子可在允许流体流动穿过所述出口端口到达所述管柱的打开位置与限制流体流动穿过所述出口端口到达所述管柱的关闭位置之间移动，所述浮子包括：
流体不可渗透的外部；以及
基底材料，其具有定位在所述流体不可渗透的外部内的一个或多个空腔，所述基底材料使用增材制造工艺而形成。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/US2021/038290 WO2022271149A1 (en) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | Additive manufactured floats for use in a downhole environment |
| US17/353,125 US11892096B2 (en) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | Additive manufactured floats for use in a downhole environment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117157450A true CN117157450A (zh) | 2023-12-01 |
Family
ID=84490190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202180096825.6A Pending CN117157450A (zh) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | 用于在井下环境中使用的增材制造浮子 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11892096B2 (zh) |
| CN (1) | CN117157450A (zh) |
| AU (1) | AU2021452757A1 (zh) |
| BR (1) | BR112023021785A2 (zh) |
| CA (1) | CA3215861A1 (zh) |
| GB (1) | GB2619483A (zh) |
| NO (1) | NO20231070A1 (zh) |
| WO (1) | WO2022271149A1 (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US12104455B2 (en) | 2022-03-25 | 2024-10-01 | Halliburton Energy Services, Inc. | Low-density ceramic floats for use in a downhole environment |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7290606B2 (en) | 2004-07-30 | 2007-11-06 | Baker Hughes Incorporated | Inflow control device with passive shut-off feature |
| US20080041580A1 (en) | 2006-08-21 | 2008-02-21 | Rune Freyer | Autonomous inflow restrictors for use in a subterranean well |
| NO334657B1 (no) | 2012-11-21 | 2014-05-12 | Acona Innovalve As | Apparat og fremgangsmåte for å styre en fluidstrøm i eller inn i en brønn |
| BR112017015415B1 (pt) * | 2015-02-17 | 2022-03-15 | Halliburton Energy Services, Inc | Ferramenta de subsuperfície, aparelho e método para controlar o fluxo de um fluido em um sistema de poço |
| US10378303B2 (en) * | 2015-03-05 | 2019-08-13 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Downhole tool and method of forming the same |
| EP3377302A4 (en) * | 2015-11-17 | 2019-07-10 | Cook, Timothy, H. | LOW DENSITY SUB-MARINE ISOLATION AND FLOTTABILITY MATERIAL AND METHOD OF MANUFACTURE |
| NO341993B1 (en) | 2016-10-27 | 2018-03-12 | Acona Innovalve As | An apparatus and a method for controlling fluid flow in, into or out of a well, and an orientation means for orienting the apparatus |
| AU2017436084B2 (en) | 2017-10-17 | 2023-04-20 | Halliburton Energy Services, Inc. | Density-based fluid flow control device |
| US11543049B2 (en) * | 2018-01-05 | 2023-01-03 | Halliburton Energy Services, Inc. | Density-based fluid flow control devices |
| NO344014B1 (en) | 2018-02-13 | 2019-08-19 | Innowell Solutions As | A valve and a method for closing fluid communication between a well and a production string, and a system comprising the valve |
| US11506016B2 (en) * | 2020-04-20 | 2022-11-22 | Baker Hughes Oilfield Operations Llc | Wellbore system, a member and method of making same |
-
2021
- 2021-06-21 US US17/353,125 patent/US11892096B2/en active Active
- 2021-06-21 NO NO20231070A patent/NO20231070A1/en unknown
- 2021-06-21 BR BR112023021785A patent/BR112023021785A2/pt unknown
- 2021-06-21 AU AU2021452757A patent/AU2021452757A1/en active Pending
- 2021-06-21 CA CA3215861A patent/CA3215861A1/en active Pending
- 2021-06-21 GB GB2314764.8A patent/GB2619483A/en active Pending
- 2021-06-21 WO PCT/US2021/038290 patent/WO2022271149A1/en active Application Filing
- 2021-06-21 CN CN202180096825.6A patent/CN117157450A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20220403714A1 (en) | 2022-12-22 |
| GB2619483A (en) | 2023-12-06 |
| WO2022271149A1 (en) | 2022-12-29 |
| BR112023021785A2 (pt) | 2023-12-26 |
| US11892096B2 (en) | 2024-02-06 |
| CA3215861A1 (en) | 2022-12-29 |
| NO20231070A1 (en) | 2023-10-06 |
| GB202314764D0 (en) | 2023-11-08 |
| AU2021452757A1 (en) | 2023-10-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11543049B2 (en) | Density-based fluid flow control devices | |
| US11493145B2 (en) | Density-based fluid flow control device | |
| US5181571A (en) | Well casing flotation device and method | |
| EP2383430B1 (en) | Method and apparatus for controlling fluid flow using moveable flow diverter assembly | |
| CA2632182C (en) | Apparatus for autofill deactivation of float equipment and method of reverse cementing | |
| US20190063182A1 (en) | Flow Control System for Use in a Subterranean Well | |
| BRPI0606105B1 (pt) | Reverse output valve and method for operating a reverse out valve | |
| US20140209318A1 (en) | Gas lift apparatus and method for producing a well | |
| WO2008081169A1 (en) | Ball operated back pressure valve | |
| US11530596B2 (en) | Fluid flow control devices and downhole floats | |
| CN117157450A (zh) | 用于在井下环境中使用的增材制造浮子 | |
| EP0489816A1 (en) | Well casing flotation device and method | |
| US12104455B2 (en) | Low-density ceramic floats for use in a downhole environment | |
| US20230304377A1 (en) | Low-density floats including one or more hollow ceramic shells for use in a downhole environment | |
| US12055011B2 (en) | Fluid tight float for use in a downhole environment | |
| US11649686B2 (en) | Fluid flow control devices and methods to reduce overspeed of a fluid flow control device | |
| US20220403727A1 (en) | Downhole production system with flow diverter for gas separation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |