CN1349586A - 用于控制井眼内的液体流动的井下装置 - Google Patents
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Abstract
一种控制通过一个油和/或气生产井的液流的井下装置,它包括一个包含一个电磁场或其它东西激励敏感的凝胶和一个对应于凝胶和可变形的腔室的体积增加而关闭的液流通道。
Description
背景技术
本发明涉及一种用于控制流过一个烃液生产井的液体流动的井下装置。
存在多种装置以用于控制井眼内液体的流动。这些装置基本上包括一个阀体，该阀体可以对应于一个电子或者液压马达的激励而打开或者关闭一个流体通道。
由于液体压力和穿过井下阀的压差通常很高，因此需要使用大功率的电子或者液压马达，这些大功率的电子或者液压马达占用狭小井眼内的较大空间，并且需要使用较高功率和较高电压或者高压电子或者液压功率供给管线。
本发明的目的就是提供一种用于控制烃生产井中井下液体控制的装置，该装置结构紧凑，操作时不需要较高电压或者高压功率供给管线。
技术方案
根据本发明的井下装置包括：一个含有激励敏感凝胶的可变形腔，该凝胶的体积随着选定的物理激励参数的变化而变化；和一个液体流通道，该液体流通道随可变形腔或者至少一部分凝胶的体积增加而关闭。
作为优选的方式，凝胶是一个电磁场敏感凝胶，如果某个强度的电磁场施加到该凝胶上，该凝胶释放水；而在无电磁场时，该凝胶吸收水；其中，该装置装配有一个电磁场发射器，该电磁场发射器适用于给凝胶施加一个选定强度的电磁场。
合适的电磁场敏感凝胶包括聚丙烯酰胺和聚甲基丙烯酸(polymethylacrylic acid)凝胶。这种类型的电磁场敏感凝胶为美国专利5100933、国际申请WO9202005和日本专利第2711119中的类型。这些现有技术公开的电磁场敏感凝胶可以有用于多种用途，例如象着色剂或者药物的微胶囊、机械或者化学存储器或者开关、传感器、激励器、变频器、存储器、可控释放系统和选择性泵。
这些公知的应用限于表面设备并且适用于较小的在可控环境中作业的机械装置中。
但是，本申请人惊奇地发现，这种凝胶可以应用于在井眼高压和高温环境下作业的井下流动控制装置。该凝胶可以由每厘米可变形腔长度0.5-50伏特的电磁场激励，因此，和机械阀相比所需要的功率较小，并且该磁场可以由井下蓄电池、电池、发电机和/或通过油井管壁传递而产生。
作为优选的方式，凝胶充填在一个柔性包囊(bladder)内，它对应于可变形腔内至少一部分凝胶的体积的增加而封闭液体流通道。
作为合适的形式，柔性包囊为超环状(toroidal)，并且包围油和/或气生产井的流入区内的生产衬管的一个小口；其中，柔性包囊中的凝胶可以被诱激而膨胀，从而对应于探测到通过该小口流入到井眼内的水而密封该小口。
作为另外一种形式，柔性包囊为超环状，并设置在一个环形空间内；所述的环形空间位于两个同轴的生产管线部分之间，而上述生产管线部分的壁在靠近该环形空间一端处均有开孔，因此，这些开孔对应于包囊内的至少一部分凝胶体积的增加而封闭，并且对应于包囊内的至少一部分凝胶体积的减少而打开。
已经观察到，国际申请WO97/0330公开了一种钻井组合物，该组合物包括一种非两性聚电解质(non-polyampholite)聚合物和凝胶，这些聚合物和凝胶根据环境的激励而改变它们的水化状态。
这种已知的钻井组合物选择性地封隔井眼周围的地层的孔隙，因此与井眼外的地层处理有关，与此相反的是，本发明涉及一种设置在井眼内的井下流动控制装置。
最佳实施例
本发明将参照附图进行详细描述，这些附图包括：
附图1A表示根据本发明的一个装置，其中，一个充填凝胶的包囊处于开启位置；
图1B表示图1A中的装置，其中，充填凝胶的包囊关闭液体通道；
图2A表示根据本发明的另外一个实施例的装置，该装置处于开启位置；
图2B表示图2A中的装置，该装置处于关闭位置；
图3A表示根据本发明的另外一个实施例的装置，该装置处于开启位置；
图3B表示图3A中的装置，该装置处于关闭位置；
图4A和4B是图3A和3B中的装置的三维俯视图，带有少许的修改；
图5表示根据图4A和4B中的装置位于一个油井管内的横截面示意图；以及
图6是附图5中的油井管的三维视图，其中装入了多个根据本发明的装置。
参照附图1A和1B，提供一个油和/或气生产井1，该生产井横穿过一个含油和/或气地层2。
一个衬管3为井眼提供一个衬套；衬管3上的孔眼10允许油和/或气从周围地层流动到井眼1中。
一个套筒4利用一对可膨胀封隔器5而以可以取出的方式固定在井眼衬管3内。
套筒4包括一个环形空间6，该环形空间6形成在套筒4的内壁8和外壁8之间，从附图的右侧观看，该环形空间6处套筒4的内壁和外壁都包括孔眼9。
充填凝胶包囊11设置在该环形空间6内。该包囊11包括两个由挡板12分开的部件11A和11B。挡板12允许水渗透但是不允许包囊11中的电磁场敏感凝胶13渗透。
套筒4装备有可充电蓄电池14和一个电能接收器和/或发射器装置15，这些装置适用于分别给包囊的第一部件11A和第二部件11B施加一个电磁场。
在图1A中，电磁场施加到第一部件11A上，水从凝胶13中挤出穿过挡板12被挤出到第二部件11B内，该第二部件内的凝胶13吸收水。结果，包囊11被推向该图的右侧而封闭孔眼9，因此阻止流体流入到套筒4的内部。压力平衡管线17允许包囊的第一部件11A和第二部件11B穿过环形空间6自由移动。
在图1B中，电磁场被施加到第二部件11B上，然后水从第二部件11B的凝胶13被挤出到第一部件11A内，因此包囊11向左移动从而允许井眼液体从地层2穿过孔眼9和10流入井眼1内。
图2表示一个基本上类似于图1中的装置的一个装置，其中，类似的附图标记表示类似的部件，不同之处在于，在包囊中设置两个水渗透性挡板12A和12B：两者之间具有一个自由水体16，以使得两个部件11A和11B之间的水能够容易地移动。
图2A表示装置处于开启位置而图2B表示装置处于关闭位置。
参考附图3A和3B，表示根据本发明的装入到一个油井管的一个开口内的井下液体流动控制装置的另外一个实施例，如图6所示。
图3A表示装置30处于开启位置，因此允许液体如箭头31所示流动到井眼内。
该装置30包括一个盘形壳体32，其中包括一个盘形空腔33。
一个超环状包囊34安装在壳体32内，因此包囊34内的一个中央开口与壳体32内的中央液体流通道36对齐。一个砂网37设置在液体流通道36的入口处以防止砂子和其它固体颗粒流动到井眼内。
包囊34由泡沫超环状体38包围，泡沫38内的孔内充满水。泡沫38还含有小的室或者颗粒，这些室和颗粒之间充填有膨胀性气体。包囊34充填有电磁场敏感凝胶39，并且该包囊34具有一个圆柱形外壁40，该外壁40允许水渗透但不允许凝胶39通过。
一个电子线圈41装入到泡沫38的体内。线圈41形成电子电路42的一部分，该电子电路42包括一个电子开关43和一个可就地充电电池形式的电源44。该电池可以由穿过油井管壁的低压电流和/或由一个井下发电机(未示出)供电，所述的发电机由一个小的风扇或者涡轮机驱动，而该风扇或者涡轮机本身则由穿过井眼的液体流动进行旋转。
在图3A中，开关43为开启状态，从而使得没有电流流过线圈41。结果没有电磁场施加到凝胶39上，并且凝胶将释放水，这些水流过包囊34的水渗透性外壁40并且由泡沫38吸收。这导致凝胶38收缩从而使得包囊34向着包囊的柱形外壁40收缩，因此形成一个中央开口35，液体可以穿过该开口流动到井眼内，如图中的箭头31所示。
在图3B中，开关43被关闭，从而使得电子线圈41诱导产生一个电磁场给凝胶39。结果，凝胶39将通过包囊34的柱形外壁40吸收来自泡沫38的水。这导致凝胶39膨胀，因此包囊34膨胀从而关闭中央液体流通道36。
开关43可以连接到一个井下传感器(未示出)，如果探测到水的流入，该传感器将关闭开关。传感器还形成一个传感器装置的一部分，该传感器装置监测一定范围内的参数，并且连接到一个数据处理单元，该数据处理单元可以编程以优化从油藏中开采烃液的生产作业。
图4A和4B表示根据本发明的装置的一个实施例，其中，壳体50具有一个长圆形或者椭圆形。如图4A所示，在这种情况下，利用一对水渗透性挡板53，充填凝胶包囊51与一对含水泡沫52分隔开来。中央液体流通道可以为圆柱形或者椭圆形，并且包括一个砂网54。电子线圈(未示出)安装在壳体50内。
附图5是图4A、4B中的装置的一个剖面图，该装置装入在油井管55的壁内。图6是图5中的油井管55的三维立体图，其中嵌入有如图4A、4B和5所示的一对流入控制装置。
如图6所示的装置的壳体50相对于油井管沿纵向定向，从而允许壳体50基本上为平的形状，简化了壳体50的制造过程。
应该能够理解，充填凝胶包囊可以具有一个水渗透性壁，该水渗透性壁与井眼液体接触并允许凝胶吸收来自井眼液体的水和将水释放到井眼液体中。在这种情况下包囊的壁应该为水渗透性的，但是对于凝胶和所产生的油和/或气是非渗透性的。
应该能够理解，可以用另外一个激励敏感凝胶例如象温度敏感凝胶代替电磁场敏感凝胶，并且用另外的一个可变形的腔例如象一个圆柱形腔代替包囊，在该腔内对应于凝胶体积的变化，凝胶促使一个活塞上下移动。
Claims (10)
1.一个井下装置，用于控制流过一个烃液生产井的液体流动，该装置包括一个可变形腔，该可变形腔包括一个激励敏感凝胶，该激励敏感凝胶的体积可以随着选定的物理激励参数的变化而变化；该装置还包括一个液体流通道，液体流通道对应于至少一部分凝胶和可变形腔的体积的增加而关闭。
2.根据权利要求1所述的装置，其中凝胶是一个电磁场敏感凝胶，如果某个强度的电磁场施加到该凝胶上，该凝胶释放水；而在无电磁场时，该凝胶吸收水；其中，该装置装配有一个电磁场发射器，该电磁场发射器适合给凝胶施加一个选定强度的电磁场。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，凝胶从由聚丙烯酰胺和聚甲基丙烯酸凝胶构成的组中选择。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，凝胶充填在一个柔性包囊内，该包囊对应于可变形腔内至少一部分凝胶的的体积的增加而封闭液体流通道。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，柔性包囊为超环状，并且包围油和/或气生产井的流入区内的生产衬管的一个小口；其中，柔性包囊中的凝胶可以被激发而膨胀，从而对应于探测到通过该小口流入到井眼内的水而密封该小口。
6.根据权利要求4所述的装置，其中，柔性包囊为超环状，并设置在一个环形空间内；所述的环形空间位于两个同轴的生产管线部分之间，而生产管线在靠近该环形空间一端处均开射孔，因此，这些开孔对应于包囊内的至少一部分凝胶体积的增加而封闭，以及对应于包囊内的至少一部分凝胶体积的减少而打开。
7.根据权利要求5所述的装置，其中，柔性包囊包括两个部件，这两个部件至少由一个挡板分隔；该挡板对凝胶是非渗透性的，但是至少对水是部分渗透性的。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述的至少一个挡板由一种材料制成，当一个电磁场施加到挡板上时该材料对水是渗透性的，而当没有电磁场施加到挡板上时该材料对水是非渗透性的。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述的至少一个挡板分隔柔性包囊的两个部件，每一个部件均包括根据权利要求2或者3所述的凝胶；该装置包括一个或者多个电磁场源，该电磁场源适合于在可变形腔和/或挡板的一个部件上有选择地施加电磁场。
10.根据权利要求7所述的装置，其中，柔性包囊包括两个充填凝胶包囊部件，这两个部件由一对凝胶非渗透性挡板分隔，而这对凝胶非渗透性挡板由一所述的腔的一个含有水的中间段分隔。
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