CN1961133B - 具有孔径构造的井下工具外壳 - Google Patents

Abstract

一种孔径结构使对于周围套管和对于孔径本身的磨蚀最小，并且在流体注入井中特别有效，在该流体注入井中期望泵送通过具有夹带固体的在长时间段上的大体积流体。优选结构是在井下方向上以喇叭口加宽的细长形状。开口的井下端的特征在于，借助于以圆弧过渡的多个斜面在井下方向上成喇叭口的出口。对于开口构造的其它选择是可想象的。

Description

具有孔径构造的井下工具外壳

技术领域

本发明的领域是用于井下阀或带喷口的流量控制工具的孔径形状，并且更具体地说，是供流体注入井之用的滑套型阀或工具的孔径形状。

背景技术

当在油田的给定区中开采到临界时，支持开采的一种方法是在所涉及区域中的一个位置处把大量流体(诸如水或蒸汽等)注入到注入井中，并且在油田的其它井中取得额外开采量。在注入井中，泵送设备用来把大量流体运到井中，以获得希望的开采量的提高。注入井可具有典型为滑套结构的阀，以便如果希望，则允许一次进入单个区并且依次服务于多个区。这些滑套阀具有带喷口的阀套，其中可使喷口选择性地与它周围的外壳对准。注入井可具有长达15年或更长的使用寿命。在其使用期限的过程中，当单个滑套阀处于打开位置时，可强迫大流体体积和巨大重量的夹带固体通过该阀。不算罕见的是，在这样一种井的寿命中，使用每天约45,000桶的注入率。这可导致在井的寿命期间泵送25千万桶。另外，对于每1000桶约一磅的固体含量，通过这样一种开口泵送的固体量可达250,000磅细砂，该细砂一般小于50微米并且具有大体尖锐和多角的形状，在井的期望寿命中通过敞开喷口泵送。

长时期保持这些速率已经产生了关于在工具中开口磨蚀的担心、尤其是对于周围壳体磨蚀的担心。

在过去，已经进行了与在高速率大体积破碎灌注中使用的转换(crossover)工具有关的其它工作，如在2003年的美国钻探工程师协会(AADE)论文03-NTCE-18中由来自Halliburton Energy Services Inc.的一组工程师报告的那样。在这种用途中，有带有比在流体注入用途中显著更多的固体含量的大流量体积。在这篇论文中试验的结构中，工具本体和滑动套都具有匹配喷口，所述匹配喷口通过只是与工具轴线偏离预定角度地倾斜钻以及在井口方向上钻过工具体和套而创建。这种技术导致当在与工具轴线相垂直的线中观看时的椭圆形开口。孔因为在钻削过程中的倾斜显得在顶部和底部处较窄，并且在井口端和井下端处具有大体平行的斜度，同样由倾斜钻技术生成。尽管对于破碎灌注的大流量和高固体含量报告了积极的结果，但整个流体体积与在注入井的寿命期间使用的流体和固体的体积相比显得小。

作为这些差别的结果，模拟(如CFD，计算流体动力模型或模拟被运行以估计喷口有效性)和现场试验已经导致改进的喷口设计，以使对于周围壳体和对于喷口本身的磨蚀影响最小。生成喷口结构的特征在于，在井下方向上成喇叭口的细长开口。它的特征还可在于，包括斜面或/和曲面的多重倾斜井下出口。本领域的技术人员在阅读了下面出现的对优选实施例和权利要求书的描述后将更容易地认识本发明的这些和其它特征。

发明内容

孔径结构使对于周围壳体和对于孔径本身的磨蚀最小，并且在流体注入井中特别有效，在该流体注入井中期望泵送通过具有夹带固体的在长时间段上的大体积流体。优选结构是在井下方向上以喇叭口加宽的细长形状。开口的井下端的特征在于，借助于以圆弧过渡的多个斜面在井下方向上成喇叭口的出口。对于开口构造的其它选择是可想象的。

根据本发明的一个方面，提供了一种具有孔径构造的井下工具外壳，包括：本体，其适于安装在用于插入井下的管柱中，并且其内具有由弯曲壁限定的通道以及纵向轴线，所述通道用于将具有夹带固体的流体传送至井筒的区域中；穿过所述本体的所述弯曲壁的至少一个未被遮挡的孔径，其用于将所述具有夹带固体的流体传送出所述通道，并且其具有井口端和井下端，以允许流体在压力下流经所述弯曲壁并且不再与所述本体接合；所述孔径随着其从井口端到其井下端延伸而沿着其长度部分成喇叭口变宽。

附图说明

图1是优选实施例的等轴测图；

图2是通过沿图1的线2-2的组件的截面；

图3是在图2中的截面中表示的孔径的平面视图；

图4-7表示是逐渐更好完成的结构，这些结构是对于在图1-3中表示的结构的选择例，但每个代表在性能基础上不如优选实施例有利的结构。

具体实施方式

图1表示在外壳12中的孔径10的外部视图。相容开口位于滑动套(未表示)上，该滑动套借助于已知的工具可在打开位置与闭合位置之间运动。一个或多个组件可以安装在井筒中的单一管柱上，以允许选择为注入目的液体将被泵送入的区域。围绕在图1-3中表示的这种结构的一般是套管(未表示)。流体从孔径10出去，并且进入套管围绕的井筒中。孔径10具有井口端14和井下端16。孔径的数量可改变，以适应预期流量，从而保持在希望范围内的速度。每秒约35-65英尺的范围是优选的。

参照图2和3，能看到孔径10具有细长形状。从内向外看，在图2中，孔径10具有优选地处于45度的斜面18。尽管对于斜面18示出了单个平面，但也有可能使用带有或不带有中间过渡表面的多个斜面。可选择地使用平面和弧形表面的组合，其中圆弧为恒定或变化半径。优选的是，如果用在表面18上，则离井口越远半径越大，从而在本体12的外表面20处曲率将更显著。

在井下端16处，在内表面24与外表面20之间的表面22的优选构造是约55度的初始斜面26，该初始斜面26后接有约一又四分之一英寸半径的弧形段28，该弧形段28后接有约15度的出口斜面30。

图3表示以约10度的恒定角度张开的孔径10，使孔径10靠近井下端16比在井口端14处宽。

尽管这些参数组合代表优选实施例，但其它可能性也在本发明的范围内。作为一个例子，孔径10的形状的特征可以在于，从井口端到井下端喇叭口变宽，而与喇叭口沿直线、圆弧、线和圆弧的组合无关，并且其中圆弧段具有相同或变化的半径。此外，表面能以任何顺序走向布置在内表面20与外表面24之间。单独这种特征而没有图1-3的其它说明特征，从使磨蚀最小的观点出发，将比在图4中表示的简单矩形开口表现好，该矩形开口具有平行边32和34并因此没有一般矩形开口的喇叭口。注意在图4中，井口表面36和井下表面38是平的，并且每个是与工具的轴线垂直地定向的单一斜面。尽管表面36和38实际上表示成具有垂直90度的斜面角度，但它们可通过在井下方向上定向而重新定向以改进性能。尽管10度的喇叭口角度是优选的，但喇叭口角度可以随本体12的直径、孔径10的数量和长度、及容纳控制线(未表示)的需要而改变，所述控制线安装在通过孔径10导向流体的轨迹外。因而设想从约一度至约30度的直锥角度，但是甚至更大的角度也是可能的。通过在井下方向上布置增大角度或逐渐形成弧形、或两者的任意组合，也可增大对于同一喷口在朝向井下方向上的这种喇叭口角度。

除以上讨论的沿长度的喇叭口之外的另一种特征是在下端16处的出口的形状，该另一种特征也可独立并且产生最小化磨蚀的性质。基本的特征是包括多于单个的表面。单一的平直出口表面42表示在图6中。应该注意，尽管在图6中的开口从本体12的内部到外部变宽，如由线44和46指示的那样，但在这个视图中，这些线彼此平行，从而在图6的结构中没有宽度的扩张。因而，仅改进在孔径10的下端16处的出口而不进行描述的其它修改，将产生磨蚀最小化。多于单个表面可由两个平表面实现，使离本体12的内部24最近的表面具有较陡的角度。这种特征在图5中也用比表面48更陡的表面46表明。其它可选择例想象具有线过渡的平表面或不同半径的弧形表面或平表面和弧形表面以任何顺序的组合，并且涉及在弧形表面上的相同或不同半径。可选择地，具有恒定半径的单一圆弧是可能的，并且也设想看着像单一圆弧但实际上是不同半径圆弧的组合。

上端14也可具有对于下端16所概括的相同选择，并且如果这是使用的唯一特征，则它将仍然有助于使磨蚀最小，但是相比较上端自身以上述对于下端16描述的方式进行的类似变化，可能具有较小效果。

当然，更优选的是，在每个孔径中使上端14和下端16具有类似表面，如果不是角度或半径组合，然而在端部处的表面处理不必彼此完全相同。事实上，它们不是如在图2的剖视图中所示。对于端部处理使用两个平面的变型，则初始斜面可在约50至90度的范围中，80度更接近最佳，并且在流动的方向上的最后斜面可在约1至50度之间。

图5-7的结构代表在本发明的范围内的选择例，该选择例表示对细长开口的基本结构的一些不同变更，优选地是矩形，其比现有技术中使用相对于外壳的长轴线保持倾斜的钻进行钻孔表现得还要好。图4是与当前产品类似的基本设计，该设计的不同之处在于具有圆的井口端和井下端而不是平/方形的端部。现有技术Halliburton喷口的特征是，它们要求在下游方向上串联的多个喷口，使喷口尺寸在下游方向上减小。下游减小的喷口尺寸强迫通过井口喷口的更大流量，否则井口喷口将会有显著减小的流动速度。下游喷口否则磨蚀得最多。

以上描述是优选实施例的说明，并且本发明的整个范围由下面呈现的权利要求书确定。

Claims (18)

1.一种具有孔径构造的井下工具外壳，包括：

本体，其适于安装在用于插入井下的管柱中，并且其内具有由弯曲壁限定的通道以及纵向轴线，所述通道用于将具有夹带固体的流体传送至井筒的区域中；

穿过所述本体的所述弯曲壁的至少一个未被遮挡的孔径，其用于将所述具有夹带固体的流体传送出所述通道，并且其具有井口端和井下端，以允许流体在压力下流经所述弯曲壁并且不再与所述本体接合；

所述孔径随着其从井口端到其井下端延伸而沿着其长度部分成喇叭口变宽。

2.根据权利要求1所述的外壳，其中：

所述喇叭口呈恒定变化率。

3.根据权利要求1所述的外壳，其中：

所述喇叭口呈可变变化率。

4.根据权利要求1所述的外壳，其中：

所述喇叭口为以不同角度布置的平表面的组合。

5.根据权利要求1所述的外壳，其中：

所述喇叭口为弧形表面的组合。

6.根据权利要求1所述的外壳，其中：

所述喇叭口为至少一个平表面和至少一个弧形表面的组合。

7.根据权利要求1所述的外壳，其中：

所述孔径的所述井下端还包括在朝向所述井下端的方向上远离所述纵向轴线的第二喇叭口。

8.根据权利要求7所述的外壳，其中：

所述第二喇叭口包括多于一个表面。

9.根据权利要求8所述的外壳，其中：

所述第二喇叭口包括至少一个平表面。

10.根据权利要求8所述的外壳，其中：

所述第二喇叭口包括至少一个弧形表面。

11.根据权利要求9所述的外壳，其中：

所述第二喇叭口包括至少一个弧形表面。

12.根据权利要求8所述的外壳，还包括：

较靠近所述纵向轴线的第一表面，该第一表面相对于所述纵向轴线的角度比离所述纵向轴线较远的第二表面相对于所述纵向轴线的角度更陡。

13.根据权利要求12所述的外壳，其中：

所述第一和第二表面是平的，并且由一弧形表面分隔开。

14.根据权利要求1所述的外壳，其中：

所述孔径的所述井口端还包括在朝向所述井下端的方向上远离所述纵向轴线的第二喇叭口。

15.根据权利要求2所述的外壳，其中：

所述孔径的所述井下端还包括在朝向所述井下端的方向上远离所述纵向轴线的第二喇叭口；

所述第二喇叭口包括多于一个表面。

16.根据权利要求15所述的外壳，其中：

所述孔径的所述井口端还包括在朝向所述井下端的方向上远离所述纵向轴线的第三喇叭口。

17.根据权利要求1所述的外壳，其中：

所述喇叭口处于1-30°的角度。

18.根据权利要求12所述的外壳，其中：

所述第一表面与所述纵向轴线形成50-90°范围内的角度，并且所述第二表面与所述纵向轴线形成1-50°范围内的角度。

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