JP2014531536A - 自動制御式流入制御デバイス - Google Patents

Abstract

流入制御デバイスは、地表面下の流体貯留層から生成管列の中への流体の流れの割合を制御する。流入制御デバイスは、貯留層流体から粒子状物質を除去するための粒子スクリーンと、少なくとも２つの流れ制限器とを含む。流れ制限器は、流入制御デバイスの周囲に両側上に位置付けられ、隔離された流体通路によって接続される。流れ制限器は、貯留層流体が油に対する高い水またはガスの比率を有するとき、貯留層流体の流れの割合を制限する。流入制御デバイスはまた、貯留層における流体圧力に応じて貯留層流体について圧力降下を発生させる少なくとも１つの圧力降下デバイスを含む。流入制御デバイスはまた、貯留層流体の流れが遮断されることを可能にする絞り装置と、流入制御デバイスが孔内の適所にある間に清浄にされる粒子スクリーンと、を含む。

Description

この出願は、２０１１年９月１６日に出願され「Ｓｅｌｆ‐Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｉｎｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｄｅｖｉｃｅ」と題された同時係属中の米国仮出願第６１／５３５，８０２号への優先権と利益を主張するものであり、その仮出願は、ここで参照によって本明細書に組み込まれる。

本発明は、一般に、坑井生成デバイスに関するものであり、特に、自動制御式流入制御デバイスに関するものである。

いくつかの坑井仕上げは、貯留層を水平に貫通する側線を使用する。これらの水平坑井区分は、垂直坑井の周りの局所的な範囲ではなく貯留層から流体を生成するために、全般的に同じ高さで貯留層を通って延びる。側線は、垂直線と側線の接合点におけるヒール部から側線の端部における先端部まで延びる。水平坑井穴プロファイルに沿う流体は、側部にすべて沿って生成管の中へ流れることになる。しかしながら、ヒール部の中へ流れる流体は、先端部からの流れを封鎖することになり、貯留層プロファイル全体から表面までの流体の生成を妨げる。代わりに、生成された流体の大部分は、ヒール部の周りの形成範囲から引き出されることになる。これは、円錐化に導く可能性がある。円錐化は、多すぎる貯留層の生成が坑井の単一ゾーンから発生する場合、円錐形の貯留層流体の移動前部、すなわち、所望された貯留層流体と所望されていない貯留層流体との境界のことを言う。貯留層流体が形成物から生成される際、水などの周辺の流体は、生成された範囲の中へ流れることになる。生成された流体の流れの割合が高すぎる場合、水は、所望された流体が生成された流体に替わり得る前にその範囲を埋めることになる。側部坑井において、ヒール部だけにおける生成は、水をヒール部における形成物の中に引き入れることになる。ヒール部が水を生成する際、それは、先端部からの形成流体を封鎖することになる。これらの状況において、流入制御デバイス（ＩＣＤ）は、形成物から貯留層流体を生成するより均一な生成プロファイルを作り出し、円錐化を防止するために、ヒール部からの貯留層流体の流れや形成物の他の高圧力範囲を制限するために使用される。

流入制御デバイスは、圧力差を作り出すために制限された通路を通して流体を押し出すことによって、流れを制限する。この圧力差は、流入制御デバイスを取り囲む貯留層における圧力によって克服されなければならない。貯留層圧力が高い場合、圧力は、流入制御デバイス圧力差を克服することになり、表面に生成されることになる。生成が流入制御デバイスの周りの貯留層における圧力降下をもたらす際、貯留層圧力は、流入制御デバイス圧力差をもはや克服しないことになり、貯留層圧力が増加するまでその範囲からの生成を制限する。貯留層形成は、流入制御デバイスが孔の中へ敷設する前に検査され、流入制御デバイスは、流入制御デバイスが配置される貯留層の特定ゾーンに対しての圧力に適応させるために、敷設の前に調節される。これらの流入制御デバイスは、長い生成期間に所望された生成プロファイルを維持することが困難であり、貯留層圧力降下の際に結局は完全に生成を止める。これを克服するために、いくつかの流入制御デバイスは、貯留層圧力変化に適応させるために流入制御デバイスが圧力差を変動させることを可能にする機構を含む。これらの流入制御デバイスは、表面から流体圧力を供給する流体圧式パイプラインで作動する流体圧式の制御機能を使用する。これらの流入制御デバイスは、流体圧式パイプラインを動かし、表面からそれを監視するために必要な特殊機器に起因して、使用することが著しくより高価である。

加えて、多くの流入制御デバイスは、流入制御デバイスを通る貯留層流体の、流体の流れの割合を能動的に制限することと、流れにおいて大量のガスまたは大量の水を有する貯留層流体の流れを調節することができない。それ故、坑井の一部がガスまたは水を生成し始める場合、流入制御デバイスは、表面に生成された流体における水またはガスの割合を制限するように流れを更に制限することができない。いくつかの流入制御デバイスは、これらの状況に適応するために表面から操作され得る機器を含むが、流体圧式の圧力調節機器に類似して、流入制御デバイスは、水やガスの制限機能を実行するために高価な流体圧式または電気式パイプラインを必要とする。これらの流入制御デバイスはまた、坑井のどの部分が水やガスを生成しているかを判断するために広範囲にわたる高価な検査過程を必要とする。なお更に、いくつかの流入制御デバイスは、貯留層内で変動する流体密度に応答するデバイスを使用して水やガスの流れを制限する手段を含む。次いで、これらのデバイスは、流体の流れを制限するための対応するノズルと結合する必要がある。しかしながら、これらのデバイスの多くは、特定の知られた密度条件の範囲外ではうまく動作することができず、それ故、予測された貯留層流体密度にかなりの変動がある場合には、デバイスは、水やガスの流れを適切に制限することができない。典型的には、これらのデバイスは、水またはガスの制限にだけ適応し得るが、両方の制限には適応し得ない。

流入制御デバイスの使用によって直面する別の問題は、特に開口孔の生成過程を使用する坑井形成における、フィルタ材の目詰まりである。流入制御デバイスが使用される際、粒子状物質は、フィルタ上に蓄積し、貯留層から流入制御デバイスおよび生成管の中への流体の流れを封鎖する。流入制御デバイスによって直面する更に別の問題は、所定の条件下で流入制御デバイスを通る貯留層流体の流れを妨げるために、表面における操作員によって流入制御デバイスが絞り戻され得ない、もしくは遮断され得ないことである。従って、上記の先行技術の問題を克服する流入制御デバイスが望ましいであろう。

これらのおよび他の問題は、概ね解決されるか回避され、技術的利点は、自動制御式流入制御デバイスと、そのデバイスを使用するための方法とを提供する本発明の好適な実施形態によって、概ね達成される。

本発明のある実施形態に従って、地表面下の流体貯留層から生成管列（ｓｔｒｉｎｇ）の中への流体の流れを制御するための流入制御デバイスが開示される。流入制御デバイスは、軸を有する中央穴を画定する管状部材を含み、管状部材の上流および下流端部は生成管列に連結し得る。複数の通路が、管状部材の壁に形成される。流入制御デバイスは、流体を受け入れるために管状部材の外部に導く複数の通路への上流入口を含む。各通路は、流体の密度に応じて流れ制限器を通る流れを制限するために、選択されたおよび異なる密度の浮遊素子を備える少なくとも２つの流れ制限器を有する。流入制御デバイスは、流れ制限器の流出物と流体連通して各通路内に位置付けられた少なくとも１つの圧力降下デバイスを含み、圧力降下デバイスは、貯留層流体の圧力に基づいて、流れている流体に圧力差を作り出すための圧力ピストンを有する。圧力降下デバイスの流出物は、中央穴と連通して流入流体ポートの中に流れる。

本発明の別の実施形態に従って、地表面下の流体貯留層から表面への生成のための生成管列の中への流体の流れを制御するための流入制御デバイスが開示される。流入制御デバイスは、管状部材の壁に形成された複数の通路を備える、軸を有する中央穴を画定する管状部材を含む。各通路の終端部が通路の先頭部から１８０度であるように、各通路は管状部材を部分的に取り囲む。流入制御デバイスはまた、油に対する高い水の比率および油に対する高いガスの比率を有する貯留層流体の流れを制限するために、各流れ制限器内に位置付けられ選択されたおよび異なる密度の浮遊部材を有する少なくとも２つの流れ制限器を含む。対応する流れ制限器の少なくとも１つが流入制御デバイスの最も高い高さにあり、対応する流れ制限器の少なくとも１つが流入制御デバイスの最も低い高さにあるように、複数の通路のうちのある通路は、垂直に向けられる。少なくとも１つの圧力降下デバイスは、流れ制限器の流出物と流体連通して各通路内に位置付けられる。圧力降下デバイスは、貯留層流体圧力に応じて圧力ピストンを用いて流れている流体内に圧力差を作り出す。圧力降下デバイスの流出物は、中央穴と連通して流入流体ポートの中に流れる。圧力作動型絞り装置は、表面における生成管列に印加される流体圧力に応じて複数の通路から中央穴の中への流体の流れを制限するために、圧力降下デバイスの下流に位置付けられる。フィルタ材は、流入制御デバイスの上流端部近くの管状部材によって画定された環状開口内に位置付けられ、フィルタ材は、地表面下の流体貯留層と複数の通路との間の流体連通を可能にする。流入制御デバイスはまた、流入制御デバイスの上流端部上に位置付けられ、フィルタ材を清浄にするために中央穴からフィルタ材への流体連通を可能にするように、中央穴内の圧力に応じて作動可能である圧力作動型部材を含む。

本発明の更に別の実施形態に従って、流入制御デバイスを用いて地表面下の貯留層から流体を生成するための方法が開示される。方法は、少なくとも１つの流入制御デバイスを生成管列に連結し、生成管列を坑井穴の中へ敷設する。次いで、方法は、生成管列の敷設の間に流入制御デバイスを通る貯留層流体の流れを妨げるために、流体圧力を管列に印加する。次いで、方法は、油に対する高い水の比率および油に対する高いガスの比率を有する貯留層流体の流れを制限し、また、流入制御デバイスを用いて貯留層流体の流れの割合を制御する間に、貯留層流体が流入制御デバイスを通って生成管列の中に流れることを可能にするために、生成管列から流体圧力を除去する。貯留層流体の流れの実質的な遮断が起こる場合には、方法は、流入制御デバイスを通り、貯留層の中への流体の流れを生じさせるために、敷設の間に印加された流体圧力よりも大きな流体圧力を生成管列に印加する。次いで、方法は、貯留層流体の生成を継続するために流体圧力を除去する。

開示された実施形態の利点は、それらが、貯留層流体の流れを減らし、複数の生成ゾーン、特に同じ高さにおけるものにわたって、均衡のとれた生成プロファイルを維持するように、圧力降下を作り出すために使用され得る流入制御デバイスを提供することである。開示された流入制御デバイスは、貯留層圧力に応じて圧力差を変動させることによって変動する貯留層圧力に適応する。なお更に、開示された実施形態は、貯留層流体内のそれらの物質の比率に基づいて大量の水またはガスを有する生成流体の流れを制限することになる。加えて、開示された実施形態は、貯留層流体の流れから固体粒子状物質を除去することになる。開示された実施形態は、孔内の適所にある間に、粒子を除去し、流入制御デバイスの洗浄を可能にする過程を含む。これは、他の流入制御デバイスと比較して、閉塞または封鎖に関する問題をより少なくするとともに、流入制御デバイスの寿命をより長くすることを可能にする。

本発明の特徴、利点および対象、ならびに明らかになるであろう他のものが達成される手法が、より詳細に理解され得るように、上記で簡単に要約された本発明のより詳細な説明は、本明細書の一部を形成する添付図面において例示されるそれの実施形態を参照にして得られ得る。しかしながら、図面は本発明の好適な実施形態だけを例示することと、従って、本発明は他の同様に効果的な実施形態を許容し得るように、それの範囲を制限するものとみなされないこととに留意する。

本発明のある実施形態に係る生成坑井の一部の概略表現である。

本発明のある実施形態に係る生成過程の間の流入制御デバイスの概略側断面図である。

生成過程の間に図２Ａの流入制御デバイスを通る流体の流れの概略表現である。

補修または逆流洗浄過程の間に図２Ａの流入制御デバイスを通る流体の流れの概略表現である。

本発明のある実施形態に従って、それぞれ、３Ａ‐３Ａ線および３Ｂ‐３Ｂ線に沿って得られた図２Ａの流れ制限器デバイスの断面図である。 本発明のある実施形態に従って、それぞれ、３Ａ‐３Ａ線および３Ｂ‐３Ｂ線に沿って得られた図２Ａの流れ制限器デバイスの断面図である。

図３Ａおよび図３Ｂの３Ｃ‐３Ｃ線に沿って得られた図３Ａおよび図３Ｂの断面図である。

図３Ｃの、それぞれ、下流ポーティング壁および上流ポーティング壁の前面図である。 図３Ｃの、それぞれ、下流ポーティング壁および上流ポーティング壁の前面図である。

予測される貯留層流体の生成の間の図３Ａ〜図３Ｃの流れ制限器の部分の概略図である。 予測される貯留層流体の生成の間の図３Ａ〜図３Ｃの流れ制限器の部分の概略図である。 予測される貯留層流体の生成の間の図３Ａ〜図３Ｃの流れ制限器の部分の概略図である。 予測される貯留層流体の生成の間の図３Ａ〜図３Ｃの流れ制限器の部分の概略図である。 予測される貯留層流体の生成の間の図３Ａ〜図３Ｃの流れ制限器の部分の概略図である。

油に対する高いガスの比率の貯留層流体の生成の間の図３Ａ〜図３Ｃの流れ制限器の部分の概略図である。 油に対する高いガスの比率の貯留層流体の生成の間の図３Ａ〜図３Ｃの流れ制限器の部分の概略図である。 油に対する高いガスの比率の貯留層流体の生成の間の図３Ａ〜図３Ｃの流れ制限器の部分の概略図である。 油に対する高いガスの比率の貯留層流体の生成の間の図３Ａ〜図３Ｃの流れ制限器の部分の概略図である。 油に対する高いガスの比率の貯留層流体の生成の間の図３Ａ〜図３Ｃの流れ制限器の部分の概略図である。

油に対する高い水の比率の貯留層流体の生成の間の図３Ａ〜図３Ｃの流れ制限器の部分の概略図である。 油に対する高い水の比率の貯留層流体の生成の間の図３Ａ〜図３Ｃの流れ制限器の部分の概略図である。 油に対する高い水の比率の貯留層流体の生成の間の図３Ａ〜図３Ｃの流れ制限器の部分の概略図である。 油に対する高い水の比率の貯留層流体の生成の間の図３Ａ〜図３Ｃの流れ制限器の部分の概略図である。 油に対する高い水の比率の貯留層流体の生成の間の図３Ａ〜図３Ｃの流れ制限器の部分の概略図である。

本発明のある実施形態に係る図２Ａの圧力降下デバイスの端面図である。

図１９の２０‐２０線に沿って得られた図２Ａの圧力降下デバイスの断面図である。

それぞれ、図２０の２１‐２１線および２２‐２２線に沿って得られた図２Ａの圧力降下デバイスの断面図である。 それぞれ、図２０の２１‐２１線および２２‐２２線に沿って得られた図２Ａの圧力降下デバイスの断面図である。

圧力降下デバイスの使用の動作ステップを例示する図２Ａの圧力降下デバイスの断面図である。 圧力降下デバイスの使用の動作ステップを例示する図２Ａの圧力降下デバイスの断面図である。 圧力降下デバイスの使用の動作ステップを例示する図２Ａの圧力降下デバイスの断面図である。 圧力降下デバイスの使用の動作ステップを例示する図２Ａの圧力降下デバイスの断面図である。

流れ制限過程の動作ステップを例示する図２Ａの圧力降下デバイスの詳細断面図である。 流れ制限過程の動作ステップを例示する図２Ａの圧力降下デバイスの詳細断面図である。

孔の中へ敷設する過程における図１の流入制御デバイスの断面図である。

補修過程における図１の流入制御デバイスの断面図である。

補修過程の間の圧力降下デバイスの動作ステップを例示する図３０の圧力降下デバイスの断面図である。

次に、本発明は、本発明の実施形態を例示する添付図面を参照にして、以下により十分に記載されることになる。しかしながら、この発明は、多くの異なる形態に具体化され得、本明細書に明記される例示された実施形態に制限されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が完璧で完全であろうように、また、当業者に発明の範囲を十分に伝えることになるように、提供される。同じ番号は全体を通して同じ要素のことを言い、プライム記号は、使用される場合には、代替の実施形態または位置における類似要素を示す。

以下の記述において、多数の具体的な詳細が、本発明の完璧な理解を与えるように明記される。しかしながら、本発明がそのような具体的な詳細なしに実施され得ることは当業者に自明であろう。更に、大部分の場合、坑井の穴あけ、貯留層の検査、坑井仕上げ、および同様のものに関する詳細は、そのような詳細が、本発明の完全な理解を得るために必要であるとみなされず、当業者の技量の範囲内にあるとみなされるので、省略されている。

図１を参照すると、坑井システム１１は、ケーシング列１５を用いて少なくとも部分的に完成された坑井穴１３を含む。例示された実施形態では、坑井穴１３は、ヒール部１８と、坑井穴１３から水平に延びる先端部２０とを有する側部１７を含む。坑井穴１３は、セメント層９で適所にセメントで固められたケーシング列１５を用いて取り付けられ得る。セメント層９は、ケーシング１５を保護し得、隔離バリアとして働く。側部１７は、示されるようにケーシングから出され得る。あるいは、側部１７は、ケーシング列１５と類似したケーシング列で完成されてもよい。生成管列１９は、ケーシング列１５および側部１７内で吊り下げられる。生成管列１９とケーシング列１５との間の環部内に配置された生成パッカー７は、ケーシング列１５の端部の下で生成管列１９を隔離し得る。生成列１９は、以下により詳細に記載されるように、側部１７を取り囲む形成物から生成管１９の中への流体の制御された流れを助けるために、流入制御デバイス２１を含み得る（それのうちの３つが示される）。例示された実施形態では、各流入制御デバイス２１は、開口孔パッカー５によって分離したゾーン内に隔離され、それのうちの２つが示される。生成管１９は、生成管１９の穴の中への貯留層流体の直接的な流れを妨げるために、先端部２０で閉じられ得、あるいは生成管１９の上流端部上にパッカーを含み得る。図１において破線で示される代替の実施形態では、坑井穴１３は、側部１７を含み得ず、坑井穴１３’の終端部まで垂直に延びることになる。ケーシング列１５’は、流入制御デバイス２１’を有する、坑井穴１３’および生成管１９’の終端部まで延び得、水平部分を含まないことになるが、示されるような垂直式の手法で坑井を完成することになる。

図２Ａを参照すると、流入制御デバイス２１が側断面図に示される。流入制御デバイス２１は、管状部材２３の下げ孔端部における、すなわち、側部１７の先端部２０により近い、ネジ付きピン接続部２５と、管状部材２３の上げ孔端部における、すなわち、側部１７のヒール部１８により近い、ネジ付き枠接続部２７とを有する管状部材２３であり得る。管状部材２３は、外径２９を有し、軸３３を有する中央穴３１を画定する。流体、例えば貯留層流体、穴あけ用流体、清浄用流体、または同様のものなどが中央穴３１を通って循環され得るように、生成管１９は、ネジ付き接続部２５、２７において管状部材２３に連結し得る。

円錐形端部３７を有する管状筺体３５は管状部材２３を取り囲む。円錐形端部３７は、流体が管状部材２３の外径２９に沿って管状筺体３５の中に流れ得ないように、管状部材２３の外径２９において管状部材２３に接合することになる。分離した構成要素として本明細書に記載されたが、管状筺体３５および管状部材２３は、単体として形成された一体化した構成要素であってもよい。管状筺体３５は、管状筺体３５の両端部において管状筺体３５の外径上に位置付けられた環状支え３９を含む。支え３９は、環部が流入制御デバイス２１の周りに維持され得るように、ケーシング列１５（図１）または坑井穴１７（図１）の内径と接触することになる。管状筺体３５は、管状部材２３と管状筺体３５との間に環部４１を形成するように、外径２９よりも大きな内径を有することになる。管状筺体３５は、環部４１と流体連通する環状凹部または開口４３を画定し得る。フィルタ材４５は、ケーシング列１５または側部１７内の流体がフィルタ材４５を通って環部４１の中に流れ得るように、環状開口４３内に位置付けられることになる。選択された媒材が、側部１７から環部４１の中への所望されていない粒子状物質の流れを妨げるという前提で、フィルタ材４５は、ワイヤスクリーンまたは同様のものなどの任意の適切な媒材の種類であり得る。

環部４１は、管状筺体３５内に形成された流体通路を通って中央穴３１と連通し得る。例示された実施形態では、流体洗浄ポート４７は、ネジ付きピン接続部２５に最も近く位置付けられ、中央穴３１から環部４１の中に延びる。流体洗浄ポート４７は、以下により詳細に記載されるように、流体が、中央穴３１から環部４１の中に、また所定の条件下でフィルタ材４５を通って流れ得るように、開口４３と管状筺体３５の円錐形端部３７との間に位置付けられ得る。流体洗浄ポート４７は環状の流れ通路であり、圧縮性円盤４９が、流体洗浄ポート４７内に位置付けられ得る。圧縮性円盤４９は、以下により詳細に記載されるように、中央穴３１と環部４１との間の流体連通を可能にするために、所定の流体圧力にさらされるときに圧縮性円盤４９が圧縮し得るように、適切な材料で形成された環状部材である。

例示された実施形態では、環部４１は、流体収集チャンバ５１を画定し得る。流体収集チャンバ５１は、流体洗浄ポート４７の反対側の開口４３およびフィルタ材４５に最も近い環状チャンバである。流体は、側部１７からフィルタ材４５を通って、流体収集チャンバ５１の中に流れ得る。複数の隔離された通路５３は、流体収集チャンバ５１から、流体洗浄ポート４７の反対側のおよび枠端部接続部２７に最も近いピストン流体ポート５５まで延び得る。例示された実施形態では、８個の通路５３が使用されるが、当業者は、流入制御デバイス２１が中に配置される坑井の性質次第で、より多くのまたはより少ない通路５３が使用され得ることを理解するであろう。代替の実施形態では、１２個の通路５３が使用される。各通路５３は、隣接の通路５３から管状部材２３の周辺の周りに等距離に間隔を置かれることになる。各通路５３は、流体収集チャンバ５１内の流体が流れ制限器５７を通って流れ得るように、流体収集チャンバ５１に最も近い通路５３内に位置付けられた２個の流れ制限器５７を含むことになる。次いで、圧力降下デバイス５９は、流れ制限器５７を通って流れる流体が圧力降下デバイス５９の中に流れ得るように、流れ制限器５７に最も近い通路５３内に位置付けられることになる。次いで、圧力降下デバイス５９を通って流れる流体は、管流入ポート６１から中央穴３１の中に流れ得る。ピストン６３は、圧力降下デバイス５９から流れる流体の流体流れ経路において通路５３内に位置付けられることになる。ピストン６３は、中央穴３１に入るように圧力降下デバイス５９からの流体の流れを可変的に可能にするか妨げるために移動し得る。ピストン流体ポート５５は、管流入ポート６１を通る流体の流れを妨げるためにピストン６３の移動を作動させるように、圧力降下デバイス５９の反対側のピストン６３と中央穴３１との間の流体連通を可能にする。

図２Ｂに示されるように、生成段階の間、側部１７（図１）を取り囲む貯留層からの流体は、流体４６によって示されるように流入制御デバイス２１を通って流れ得る。流体は、流入制御デバイス２１の中へフィルタ材４５を通り過ぎることになる。以下により詳細に記載されるように、そこで、流体は、上流および下流流れ制限器５７を通って誘導されることになる。流れ制限器５７を通って流れた後、流体は、圧力降下デバイス５９を通って誘導されることになる。以下により詳細に記載されるように、圧力降下デバイス５９から、流体は、中央穴３１の中に流れ得る。図２Ｃを参照すると、補修または逆流洗浄段階の間、流体は、流体４８によって示されるように、生成管列１９（図１）を下って流入制御デバイス２１の中央穴３１の中に循環され得る。以下により詳細に記載されるように、ピストン６３は、中央穴３１から圧力降下デバイス５９と下流および上流流れ制限器５７の中への流体４８の流れを妨げることになる。流体４８は、圧力円盤４９を作動するための十分な流体圧力を有することになる。次いで、流体４８は、以下により詳細に記載されるように、圧力円盤４９を通って、また、フィルタ材４５を通って、流入制御デバイス２１を取り囲む形成物の中に流れ得る。

図３Ａを参照すると、８つの通路５３Ａから５３Ｈまでが示される。通路５３は、各通路を通過する流体が管状部材２３の周りに少なくとも部分的に流れるように、管状部材２３を部分的に取り囲む。孔の中への敷設時、少なくとも１つの通路５３は、図３Ａに示されるように、流入制御デバイス２１の最も高い高さ、すなわち１２時の位置に、位置付けられることになる。同様に、少なくとも１つの通路５３は、図３Ａに示されるように、流入制御デバイス２１の最も低い高さ、すなわち６時の位置に、位置付けられることになる。図３Ｂに示されるように、各通路の終端部は、流体収集チャンバ５１におけるそれぞれの通路５３の先頭部から１８０度である（図２Ａ）。図３Ｃに示されるように、流れ制限器５７は、通路５３のそれぞれの端部上に位置付けられる。例えば、例示された実施形態の８つの通路は、本明細書において、通路５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄ、５３Ｅ、５３Ｆ、５３Ｇ、および５３Ｈと呼ばれる。通路５３Ａは、流体収集チャンバ５１に最も近い通路５３Ａ内に流れ制限器５７Ａ’を含むことになる。例示された実施形態では、流れ制限器５７Ａ’は、図３Ａに示されるように表面に最も近い位置または１２時の位置を占めることになる。流れ制限器５７Ａ’’はまた、圧力降下デバイス５９に最も近い通路５３Ａ内に位置することになる（図２Ａ）。流れ制限器５７Ａ’’は、図３Ｂに示されるように表面に最も遠い位置または６時の位置を占めることになる。同様に、通路５３Ｅは、流体収集チャンバ５１に最も近い通路５３Ｅ内に流れ制限器５７Ｅ’を含むことになる。流れ制限器５７Ｅ’は、図３Ａに示されるように表面に最も遠い位置または６時の位置を占めることになる。流れ制限器５７Ｅ’’はまた、圧力降下デバイス５９に最も近い通路５３Ｅ内に位置することになる（図２Ａ）。流れ制限器５７Ｅ’は、図３Ａに示されるように表面に最も近い位置または１２時の位置を占めることになる。流入制御デバイス２１は、少なくとも１つの通路５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄ、５３Ｅ、５３Ｆ、５３Ｇ、および５３Ｈが、最も高い位置、すなわち、１２時の位置を占めることになり、少なくとも１つが、最も低い位置、すなわち、６時の位置を占めることになるように、側部１７において配置されることになる。

図３Ｃを参照すると、各流れ制限器５７は、上流チャンバ６５および下流チャンバ６７を含む。上流ボール６９は、上流チャンバ６５内に位置付けられ、下流ボール７１は、下流チャンバ６７内に位置付けられる。ポート７５を有する上流ポーティング壁７３は、下流チャンバ６７から上流チャンバ６５を分離し、ポート７９を有する下流ポーティング壁７７は、通路５３における次の動作から下流チャンバ６７を分離する。図３Ｄに示されるように、下流ポーティング壁７７は、下流チャンバ６７を通る流体の流れがポート７９を通ってだけ起こり得るように、下流チャンバ６７の断面範囲に等しい範囲を有する隔壁であり得る。同様に、図３Ｅに示されるように、上流ポーティング壁７３は、上流チャンバ６５を通る流体の流れがポート７５を通ってだけ起こり得るように、上流チャンバ６５の断面範囲に等しい範囲を有する隔壁であり得る。

各通路５３における流れ制限器５７の各組は、図４〜図８に関して記載されるように動作し得る。図４に示されるように、ボール６９、７１が管状部材２３の周辺の周りに移動し得ないように、各流れ制限器５７は、上流および下流ボール６９、７１の直径に実質的に等しい幅を有する。図３Ｃに示されるように、ボール６９、７１は管状部材２３の外径２９の方に（図１）または管状筺体３５の内径の方に径方向に移動し得る。加えて、ボール６９、７１は、軸３３と一致して軸方向に移動し得る（図１）。以下により詳細に記載されるように、上流ボール６９および下流ボール７１の周囲の移動を制限することによって、油に対する高い水の比率および油に対する高いガスの比率の流体の効果的な除去が、中央穴３１の中に通過することから制限される。上流ボール６９は、形成貯留層における油の密度よりも小さな密度を有し、上流ボール６９が貯留層油に浮遊することを可能にする。下流ボール７１は、形成貯留層における油の密度と同じである密度を有し、下流ボール７１が貯留層油に浮遊しないことも沈まないことも可能にする。上流ボール６９および下流ボール７１の実際の密度は、流入制御デバイス２１が使用されることになる特定の坑井についての検査データに基づいて選択されることになる。

図５および図６は、主に、油に対する低いまたは最小限の水およびガスの比率を有する貯留層油である生成流れ（ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｆｌｏｗ）において、流れ制限器５７Ａ’および５７Ａ’’をそれぞれ例示する。流れ制限器５７Ａ’および５７Ａ’’は、５７Ａ’および５７Ａ’’がそれぞれ、図３Ａ〜図３Ｃに例示されるように、最も高いおよび最も低い流れ制限器５７であるように、側部１７（図１）内に位置付けられることになる。当業者は、流れ制限器５７Ｅ’’の動作は、流れ制限器５７Ａ’の動作と類似することになることと、流れ制限器５７Ｅ’の動作は、流れ制限器５７Ａ’’の動作と類似することになることとを理解するであろう。図５および図６に例示されるように、また、図４〜図１８に適用可能なように、上流ポーティング壁７３は、上流ボール６９の直径の２倍に等しい高さを有する。上流ポーティング壁７３におけるポート７５は、中央穴３１に最も近い流れ制限器５７の部分から径方向に外側に延びる上流ポーティング壁７３の部分が、上流ボール６９の直径に等しい高さを有するように、位置付けられることになる。下流ポーティング壁７７は、下流ボール７１の直径の２倍に等しい高さを有する。下流ボール７１が管状筺体３５および下流ポーティング壁７７と接触するときにポート７９の中心が下流ボール７１の中心と整合することになるように、下流ポーティング壁７７内のポート７９は、管状筺体３５に最も近く位置付けられることになる。

図４、図５および図６に例示されるように、流れ制限器５７Ａ’および５７Ａ’’を通って流れる流体が油に対する低いガスの比率および油に対する低い水の比率を有するとき、貯留層流体の密度よりも少ない密度を有する上流ボール６９Ａ’および６９Ａ’’が浮遊することになり、下流ボール７１Ａ’および７１Ａ’’は、流体と混合することになる。図４を参照すると、上流ボール６９Ａは、流体の流れによって上流ポーティング壁７３に対して押し込まれることになる。下流ボール７１Ａは、貯留層油内で混合することになり、浮遊することも沈むこともない。下流チャンバを通る流体の流れは、乱流またはわずかに非安定的であり得る。そのような流体の流れの割合において、下流ボール７１Ａの密度は、ボールが、下流ポーティング壁７７Ａにおけるポート７９Ａを封鎖するために移動することではなくて下流チャンバ６７Ａ内を転がることと移動することとを可能にする。図５を参照すると、上流ボール６９Ａ’は、管状筺体３５および上流ポーティング壁７３Ａ’と接触する位置に浮遊することになる。この位置において、上流ボール６９Ａ’は、上流ポーティング壁７３Ａ’におけるポート７５Ａ’を部分的に封鎖することになり、貯留層油の部分的な流れを可能にする。下流ボール７１Ａ’は、貯留層油内で混合することになる。貯留層油は、下流ボール７１Ａ’によって抑制されない下流ポーティング壁７７Ａ’のポート７９Ａ’を通って流れ得る。図６を参照すると、上流ボール６９Ａ’’は、管状筺体３５および上流ポーティング壁７３Ａ’’と接触する位置に浮遊することになる。この位置において、上流ボール６９Ａ’’は、上流ポーティング壁７３Ａ’’におけるポート７５Ａ’’を封鎖しないことになり、上流ボール６９Ａ’’によって抑制されない貯留層油の流れを可能にする。下流ボール７１Ａ’’は、貯留層油内で混合することになる。貯留層油は、下流ボール７１Ａ’’によって抑制されない下流ポーティング壁７７Ａ’’のポート７９Ａ’’を通って流れ得る。

図７および図８は、流入制御デバイス２１が側部１７に取り付けられるときに流入制御デバイス２１の最も高いおよび最も低い位置を占めない、例示的な流れ制限器５７、例えば流れ制限器５７Ｂ、５７Ｃ、５７Ｄ、５７Ｆ、５７Ｇ、および５７Ｈなどを例示する。例示されるように、油に対する低いガスの比率および油に対する低い水の比率を有する貯留層油の流れにおいて、上流ボール６９および下流ボール７１の両方は、上流ボール６９が上流ポーティング壁７３におけるポート７５を封鎖するように、また、下流ボール７１が下流ポーティング壁７７におけるポート７９を封鎖するように、流体の流れによって運ばれることになり、例示された実施形態では流れ制限器５７Ｂ、５７Ｃ、５７Ｄ、５７Ｆ、５７Ｇ、および５７Ｈを通る流体の流れを妨げる。それ故、示されるように、油に対する低いガスの比率および油に対する低い水の比率を有する流体の流れにおいて、流れ制限器５７Ａと５７Ｅだけが、流れ制限器５７を通る流体の流れを可能にすることになる。

図９〜図１３は、油に対する高いガスの比率を有する貯留層からの流体の流れにおける流れ制限器５７の動作を例示する。図９に例示されるように、油に対する高いガスの比率を有する流体の流れは、それぞれ、上流ポーティング壁７３Ａおよび下流ポーティング壁７７Ａに対して、上流ボール６９Ａおよび下流ボール７１Ａを移動させることになる。図１０を参照すると、油に対する高いガスの比率の貯留層流体よりも大きな密度を有する上流ボール６９Ａ’および下流ボール７１Ａ’は、沈むことになる。流体の流れは、管状部材２３および上流ポーティング壁７３Ａ’と接触する位置に上流ボール６９Ａ’を運ぶことになる。この位置において、上流ボール６９Ａ’は、上流ポーティング壁７３Ａ’のポート７５Ａ’を通る流れを抑制しないことになる。同様に、流体の流れは、管状部材２３および下流ポーティング壁７７Ａ’と接触する位置に下流ボール７１Ａ’を運ぶことになる。この位置において、下流ボール７１Ａ’は、下流ポーティング壁７７Ａ’のポート７９Ａ’を通る流れを抑制しないことになる。

図１１を参照すると、油に対する高いガスの比率の貯留層流体よりも大きな密度を有する上流ボール６９Ａ’’および下流ボール７１Ａ’’は、沈むことになる。流体の流れは、管状筺体３５および上流ポーティング壁７３Ａ’’と接触する位置に上流ボール６９Ａ’’を運ぶことになる。この位置において、上流ボール６９Ａ’’は、上流ポーティング壁７３Ａ’’のポート７５Ａ’’を通る流れを部分的に抑制することになる。同様に、流体の流れは、管状筺体３５および下流ポーティング壁７７Ａ’’と接触する位置に下流ボール７１Ａ’’を運ぶことになる。この位置において、下流ボール７１Ａ’’は、下流ポーティング壁７７Ａ’’のポート７９Ａ’’を通る流れを妨げることになる。

図１２および図１３は、流入制御デバイス２１が側部１７に取り付けられるとき流入制御デバイス２１の最も高いおよび最も低い位置を占めない、例示的な流れ制限器５７、例えば流れ制限器５７Ｂ、５７Ｃ、５７Ｄ、５７Ｆ、５７Ｇ、および５７Ｈなどを例示する。例示されるように、油に対する高いガスの比率を有する貯留層油の流れにおいて、上流ボール６９および下流ボール７１の両方は、上流ボール６９が上流ポーティング壁７３におけるポート７５を封鎖するように、また、下流ボール７１が下流ポーティング壁７７におけるポート７９を封鎖するように、流体の流れによって運ばれることになり、例示された実施形態では、流れ制限器５７Ｂ、５７Ｃ、５７Ｄ、５７Ｆ、５７Ｇ、および５７Ｈを通る流体の流れを妨げる。それ故、例示された実施形態では、油に対する高いガスの比率を有する流体の流れにおいて、流れ制限器５７を通る流体の流れは、流入制御デバイス２１の最も低い流れ制限器５７の位置における流れ制限器５７Ａ’’および５７Ｅ’によって妨げられることになる。

図１４〜図１８は、油に対する高い水の比率を有する貯留層からの流体の流れにおける流れ制限器５７の動作を例示する。図１４に例示されるように、油に対する高い水の比率を有する流体の流れは、それぞれ、上流ポーティング壁７３Ａおよび下流ポーティング壁７７Ａに対して、上流ボール６９Ａおよび下流ボール７１Ａを移動させることになる。図１５を参照すると、油に対する高い水の比率の貯留層流体よりも少ない密度を有する上流ボール６９Ａ’および下流ボール７１Ａ’は浮遊することになる。流体の流れは、管状筺体３５および上流ポーティング壁７３’Ａと接触する位置に上流ボール６９Ａ’を運ぶことになる。この位置において、上流ボール６９Ａ’は、上流ポーティング壁７３Ａ’のポート７５Ａ’を通る流れを部分的に抑制することになる。同様に、流体の流れは、管状筺体３５および下流ポーティング壁７７Ａ’と接触する位置に下流ボール７１Ａ’を運ぶことになる。この位置において、下流ボール７１Ａ’は、下流ポーティング壁７７Ａ’のポート７９Ａ’を通る流れを妨げることになる。

図１６を参照すると、油に対する高い水の比率の貯留層流体よりも少ない密度を有する上流ボール６９Ａ’’および下流ボール７１Ａ’’は、浮遊することになる。流体の流れは、管状部材２３および上流ポーティング壁７３Ａ’’と接触する位置に上流ボール６９Ａ’’を運ぶことになる。この位置において、上流ボール６９Ａ’’は、上流ポーティング壁７３Ａ’’のポート７５Ａ’’を通る流れを抑制しないことになる。同様に、流体の流れは、管状部材２３および下流ポーティング壁７７Ａ’’と接触する位置に下流ボール７１Ａ’’を運ぶことになる。この位置において、下流ボール７１Ａ’’は、下流ポーティング壁７７Ａ’’のポート７９Ａ’’を通る流れを抑制しないことになる。

図１７および図１８は、流入制御デバイス２１が側部１７に取り付けられるとき流入制御デバイス２１の最も高いおよび最も低い位置を占めない、例示的な流れ制限器５７、例えば流れ制限器５７Ｂ、５７Ｃ、５７Ｄ、５７Ｆ、５７Ｇ、および５７Ｈなどを例示する。例示されるように、油に対する高い水の比率を有する貯留層油の流れにおいて、上流ボール６９および下流ボール７１の両方は、上流ボール６９が上流ポーティング壁７３におけるポート７５を封鎖するように、また、下流ボール７１が下流ポーティング壁７７におけるポート７９を封鎖するように、流体の流れによって運ばれることになり、例示された実施形態では流れ制限器５７Ｂ、５７Ｃ、５７Ｄ、５７Ｆ、５７Ｇ、および５７Ｈを通る流体の流れを妨げる。それ故、例示された実施形態では、油に対する高い水の比率を有する流体の流れにおいて、流れ制限器５７を通る流体の流れは、流入制御デバイス２１の流れ制限器５７の最も高い位置に位置する流れ制限器５７Ａ’および５７Ｅ’’によって妨げられることになる。

図１９を参照すると、圧力降下デバイス（ＰＤＤ）５９の端面図が示される。流れ制限器５７の各組を通って流れる流体が、分離したＰＤＤ５９の中に流れることになるように、ＰＤＤ５９は、流れ制限器５７の下流の各通路５３に位置することになる。図１９に示されるように、管状筺体３５および管状部材２３は、流体がＰＤＤ５９の外部の周りに流れ得ないように、ＰＤＤ５９に対して実質的に封止され得る。ＰＤＤ５９は、ＰＤＤ筺体８１、流体流出ポート８３、および圧力均等化ポート８５を含み得る。

図２０〜図２２を参照すると、圧力均等化ポート８５は、ロッド筺体８７の内部との流体連通を可能にする。ロッド筺体８７は、シャフトチャンバ８９およびピストンヘッドチャンバ９１を有する流体チャンバを画定する。シャフトチャンバ８９は、ピストンヘッドチャンバ９１の直径よりも小さい直径を有することになる。ピストンシャフト９５がシャフトチャンバ８９内に位置付けられ、ピストンヘッド９７がピストンヘッドチャンバ９１内に位置付けられるように、ピストンシャフト９５およびピストンヘッド９７を有する圧力ピストン９３は、ロッド筺体８７内に位置付けられ得る。圧力ピストン９３は、示されるようにＴ形状を有し得る。例示された実施形態において、圧力ピストン９３は、貯留層水の密度よりも大きな密度を有する非金属性材料で形成される。当業者は、圧力ピストン９３が以下に記載されるように動作するという前提で、圧力ピストン９３が他の材料でおよび異なる構成で形成され得ることを理解するであろう。

ピストンシャフト９５は、ピストンヘッドチャンバ９１における流体がピストンシャフト９５の周りにシャフトチャンバ８９の中に流れ得ないように、シャフトチャンバ８９に対して移動可能に封止し得る。通路５３は、流れ制限器５７から流れる流体がピストンヘッドチャンバ９１の中へ流れ得るように、ピストンヘッドチャンバ９１の端部と流体連通していることになる。ピストンヘッドチャンバ９１は、ピストンヘッドチャンバ９１と、ＰＤＤ筺体８１とロッド筺体８７との間に形成された環部９９との間の流体連通を可能にする、複数のポート１０１を含むことになる。環部９９は、流体流出ポート８３と流体連通し得る。ピストンヘッド９７は、ピストンヘッドチャンバ９１の内径に実質的に等しい外径を有する。ピストンヘッド９７は、複数のポート１０１の１つ以上を通る流体の流れを抑制するように、ピストンヘッドチャンバ９１内を移動し得る。圧力ピストン９３の移動は、ピストンシャフト９５およびピストンヘッド９７の長さによって部分的に影響を及ぼされる。以下により詳細に記載されるように、ピストンシャフト９５および／またはピストンヘッド９７の長さの増加は、通路５３から流れる流体が、流入生成ポート６１まで流れるために移動する必要がある圧力ピストン９３の大きさを増加することになる。複数のポート１０１を通る流れは、流体がそのポートを通って自由に流れることができる当該ポート１０１の数に基づいて変動する圧力差を作り出す。それ故、複数のポート１０１は、流入流体ポート６１の中への流れの割合を減らす。ピストンシャフトチャンバ８９内の流体は、圧力均等化ポート８５を通って流入流体ポート６１と流体連通し得る。ＰＤＤフィルタ材１０３は、ピストンシャフトチャンバ８９の中への粒子状物質の移動を妨げるために、圧力均等化ポート８５内に位置付けられ得る。

ＰＤＤ５９は、図２３〜図２６に関して以下に記載されるように動作し得る。流入制御デバイス２１（図２Ａ）が側部１７（図１）内の位置に敷設されるとき、圧力ピストン９３は、図２５に例示された位置にあることになる。通路５３からの流体の流れは、複数のポート１０１を通って制限されるか妨げられることになる。圧力ピストン９３は、貯留層油の流れの圧力に応じて移動することになる。図２３に示されるように、油に対する低いガスの比率、油に対する低い水の比率、および低い圧力の貯留層油の流れを有する貯留層油の流れにおいて、圧力ピストン９３は、複数のポート１０１の一部だけが通路５３から環部９９の中への流体の自由な流れを可能にするように、複数のポート１０１を過ぎて部分的に移動することになる。それ故、生成流れは、貯留層における流体圧力が減らされるときに減らされ、貯留層の特定ゾーンからの過剰生成と関連付けられた円錐化を妨げることを助ける。図２４に示されるように、油に対する低いガスの比率、油に対する低い水の比率を有する貯留層油の流れ、および高い圧力の貯留層油の流れにおいて、圧力ピストン９３は、複数のポート１０１の大部分が通路５３から環部９９の中への流体の自由な流れを可能にするように、複数のポート１０１を過ぎて移動することになる。それ故、生成流れは、貯留層における流体圧力が増加したときにより少なく減らされ、十分な貯留層圧力によって保証されるときに流体の流れの増加を可能にする。

図２５に示されるように、油に対する低いガスの比率、油に対する高い水の比率を有する貯留層油の流れ、および低い圧力の貯留層油の流れにおいて、圧力ピストン９３は、流体がピストンヘッド９７とピストンヘッドチャンバ９１との間隙において複数のポート１０１を通ってだけ流れ得るように（図２２）、無視できる程度に移動することになる。それ故、生成流れは、貯留層における流体圧力が減らされ、流入制御デバイス２１の周りのゾーンが相当量の水を生成するときに、厳重に制限され、表面に生成される水の量を更に制限する。図２６に示されるように、油に対する低いガスの比率、油に対する高い水の比率を有する貯留層油の流れ、および高い圧力の貯留層油の流れにおいて、圧力ピストン９３は、複数のポート１０１の一部だけが通路５３から環部９９の中への流体の自由な流れを可能にするように、複数のポート１０１を過ぎて部分的に移動することになる。それ故、貯留層における流体圧力が増加したときに生成流れは減らされるものの、予測された量の水よりも大きなものを生成し、貯留層からの水の生成を減らすのを助ける。開示された実施形態では、圧力ピストン９３は、油に対する高い水の比率の貯留層流体の密度よりも大きな密度を有する。それ故、それは、貯留層流体が油に対する高い水の比率を有するときに圧力ピストン９３を移動させるために著しくより多くの圧力を必要とすることになる。圧力ピストン９３がロッド筺体８７内を移動する際、シャフトチャンバ８９内の流体は、通路５３から離れる圧力ピストン９３の移動を妨げることになるシャフトチャンバ８９の過圧を妨げるために圧力均等化ポート８５を通って流れ得る。同様に、シャフトチャンバ８９内の流体は、圧力ピストン９３が通路５３の方へ移動する際にシャフトチャンバ８９内の真空状態の生成を妨げるために、圧力均等化ポート８５を通って流れ得る。圧力ピストン９３は、以下により詳細に記載される手法で、流入制御デバイス２１の動作の間にいつでも、図２５に例示された位置に再び置かれ得る。

次に図２７を参照すると、流体流出ポート８３を通る流体の流れは、ＰＤＤ５９の下流にある、ピストン６３によって制限され得る。ピストン６３は、流入流体ポート６１に最も近い第１の端部１０５と、ピストン流体ポート５５に最も近い第２の端部１０７とを有し得る。流体流出ポート８３は、ピストン６３の第１の端部１０５の反対側の流入流体ポート６１において終端する。以下に記載されるように、ピストン６３は、第１の端部１０５が、ＰＤＤ５９からの流体の流れを妨げるために流体流出ポート８３と接触し得るように、移動可能である。ピストン付勢バネ１０９は、ピストン６３の第１の端部１０５と流体流出ポート８３に最も近い管状筺体３５の反対側に向いている壁との間に位置付けられる。例示された実施形態では、流体が、ＰＤＤ５９から流体流出ポート８３を通って流入流体ポート６１の中に、次いで、表面への生成のために中央穴３１の中に流れ得るように、ピストン付勢バネ１０９は、図２７に示される位置までピストン６３を付勢する。ピストン６３の第１の端部１０５が、対応する流体流出ポート８３と接触しているときに、ピストン６３が、それぞれの流れ通路５３を通る流れを妨げ得るように、ピストン６３は、対応する円筒状チャンバ内に位置付けられた円筒状部材であり得る。これらの実施形態では、分離したピストン６３は、各流れ通路５３と一致することになる。代替の実施形態では、ピストン６３が、同時に全ての流れ通路５３を通る流れを妨げ得るように、ピストン６３は、対応する環状チャンバ内に位置付けられた環状部材であり得る。

図２８を参照すると、流体は、流体がピストン流体ポート５５の中に流れることになるように、表面から加圧され得る。流体は、流体流出ポート８３に対してピストン６３を移動させるピストン６３の第２の表面１０７に作用することになり、ＰＤＤ５９から流入流体ポート６１の中への流体の流れを封鎖する。ピストン付勢バネ１０９は、圧縮することになる。流体圧力が中央穴３１から除去されるとき、ピストン付勢バネ１０９は、ＰＤＤ５９の流体流出ポート８３を通って流れる貯留層流体圧力と共に、流入流体ポート６１から外へピストン６３を移動させることになり、表面への貯留層流体の生成を可能にする。

図２９は、流入制御デバイス２１を用いて実現され得る孔の中へ敷設する過程、広げる（ｒｅａｍ）過程、または循環過程を例示する。図２９に関して記載されたような過程は、側部１７（図１）内の適所に流入制御デバイス２１を取り付ける間に行われ得るものである。図２９の孔の中へ敷設する過程の間、流体は、生成管１９を通って表面から中央穴３１の下方へ循環されることになる。流体は、ピストン６３を図２８の位置まで移動するのに十分な圧力で循環されることになり、中央穴３１からＰＤＤ５９、流れ制限器５７およびフィルタ材４５を通る循環流体の流れを妨げる。図２９の有効な実施形態において中央穴３１を通って循環された流体圧力は、圧力円盤４９を作動するのに必要な圧力よりも少ない圧力を有することになる。それ故、圧力円盤４９は、中央穴３１から流体洗浄ポート４７の中への流体の流れを妨げることになる。

生成過程の間、図２Ａに示されるように、流体圧力は、中央穴３１に印加されないことになる。貯留層流体は、フィルタ材４５を通って、流体収集チャンバ５１の中に流れることを可能にされることになる。流体収集チャンバ５１から、流体は、流体通路５３の中に流れることになる（図３Ａ〜図３Ｃ）。例示された実施形態では、通路５３Ａは、側部１７内の表面に最も近い点にあるように、位置付けられることになる（図１）。貯留層流体は、通路５３を通って、それぞれの流れ制限器５７の中に流れることになる。流れ制限器５７は、油に対する高いガスの比率および油に対する高い水の比率の貯留層流体の流れが、流れ制限器５７を通過することを防止するか制限するために、図４〜図１８に関して上記したように動作することになる。流れ制限器５７を通って流れることを可能にされた貯留層流体は、次いで、ＰＤＤ５９の中へ流れることになる。そこで、各ＰＤＤ５９は、側部１７（図１）の全体にわたって均衡のとれた生成プロファイルを作り出すことを助けるために、図１９〜図２６に関して上記したように、変動する圧力差を作り出すことになる。貯留層からの流体の生成が始まった後はいつでも、圧力ピストン９３（図２９）は、図２９に関して上記した手法で、生成列１９に流体圧力を印加することによって図２９の孔の中への敷設位置に再び置かれ得る。印加された流体圧力は、流出ポート８３の近くまでピストン６３を作動させることになる。しかしながら、ピストン６３は、圧力均等化ポート８５を通る流体圧力の流れを防止しないことになる。それ故、流体圧力は、ピストンシャフト９５に印加され得、圧力ピストン９３を図２５に例示された位置まで移動させる。

図２Ａの生成過程の間、生成検層動作が、流入制御デバイス２１が配置される坑井間隔の基準線機能を確立するために行われ得る。坑井生成が著しく、また、不意に逸脱するとき、付加的な生成検層動作が、どの坑井間隔が不十分に機能しているかを判断するために行われ得る。間隔が一旦確認されると、補修過程が実行され得る。あるいは、生成列１９の全体と、その上に取り付けられた流入制御デバイス２１の全体は、同じ動作において洗浄され得る。図３０を参照すると、補修または掃除過程が示される。補修過程の間、洗浄流体、例えば酸性塩水のような酸洗浄物などが、中央穴３１に供給され、孔の中への敷設過程の間に印加された流体圧力よりも大きい流体圧力まで上げられることになる。例えば、圧力円盤４９を作動するのに必要な流体圧力は、図２Ａの生成過程の間の中央穴３１内の流体圧力を上回る、約１，５００ポンド毎平方インチであり得る。更に、圧力円盤４９を作動するのに必要な流体圧力は、図２９の孔の中への敷設過程または循環過程の間に、中央穴３１内の流体圧力を上回る、約１，０００ポンド毎平方インチであり得る。

洗浄流体は、流入流体ポート６１を通るＰＤＤ５９および流れ制限器５７の中への洗浄流体の流れを妨げるために、図３１に関して上記したようなピストン６３を移動させることになる。洗浄流体の流体圧力は、洗浄流体が、流体洗浄ポート４７の中へ流れ得るように、圧力円盤４９を径方向に外側に圧縮させることになる。次いで、洗浄流体は、流体洗浄ポート４７を通って、またフィルタ材４５を通って、貯留層の中へ流れ得る。それ故、フィルタ材４５内にひっかかった可能性がある任意の粒子状物質は、フィルタ材４５を通る流体が逆流することによって除去され得る。ある実施形態では、例えば坑井穴が炭酸塩貯留層を貫通する場合、炭酸塩材料でできた粒子が洗浄流体によって溶解され得るように、洗浄流体は酸性洗浄流体を含む。圧力円盤４９および洗浄ポート４７を通って供給される洗浄流体圧力はまた、流体収集チャンバ５１および通路５３に供給され得る。この手法において、ＰＤＤ５９はまた、流れ制限器５７を通る洗浄流体圧力を受け得る。それ故、ＰＤＤ５９の圧力ピストン９３は、流れ制限器５７を通るピストンヘッド９７における洗浄流体圧力と、流入流体ポート６１における圧力均等化ポート８５を通るピストンシャフト９５における洗浄流体圧力とを受け得る。ピストンヘッド９７は、ピストンシャフト９５よりも大きな表面範囲であって、洗浄流体圧力にさらされる表面範囲を有し得、それ故、圧力ピストン９３は、図３０の補修動作の間に図３１の位置まで移動し得る。この手法においてＰＤＤ５９を開けることによって、洗浄流体圧力が生成管１９から除去されるとき、貯留層の中に押された洗浄流体は、流入制御デバイス２１を通って中央穴３１の中に逆流し得る。これは、生成管１９の外へ洗浄流体が循環されることを可能にすることになる。次いで、圧力円盤４９の起動圧力よりも少ない流体圧力が、上記したような生成動作についての図２５の位置までＰＤＤ５９を戻すように表面から供給され得る。ある実施形態では、分離した動作媒材、例えばコイル状の管などは、上記したような生成動作についての図２５の位置までＰＤＤ５９を置くように流体圧力を供給し得る。

水平坑井仕上げに関して例示され記載されたが、当業者は、開示された流入制御デバイス２１は図１に描写されたものなどの垂直坑井仕上げに使用され得ることを理解するであろう。流入制御デバイス２１は、図２〜図３０に関して上記したように一般に動作し得、一方で、重力の付加的で制限的な影響を相殺するための付加的な貯留層圧力を要求する。

従って、開示された実施形態は、先行技術の実施形態に比べて非常に多くの利点をもたらす。例えば、開示された実施形態は、貯留層流体の流れを減らすように、圧力降下を作り出すために、また、複数の生成ゾーン、特に同じ高さにおけるそれらのものにわたって均衡のとれた生成プロファイルを維持するために、使用され得る流入制御デバイスを提供する。開示された流入制御デバイスは、貯留層圧力に応じて圧力差を変動させることによって、変動する貯留層圧力に適応する。なお更に、開示された実施形態は、貯留層流体内のそれらの物質の比率に基づいて、大量の水またはガスを有する生成流体の流れを制限することになる。加えて、開示された実施形態は、貯留層流体の流れから固体粒子状物質を除去することになる。開示された実施形態は、孔内の適所にある間に、粒子を除去し、流入制御デバイスの洗浄を可能にする過程を含む。これは、他の流入制御デバイスに比較して、粘性油または重油をより良く取り扱うことと、閉塞または封鎖に関する問題をより少なくするとともに流入制御デバイスの寿命をより長くすることとを可能にする。なお更に、開示された実施形態は、操作員が、付加的な流体圧式または電気式の機器やパイプラインを必要とせずに表面からデバイスを開閉することを可能にする。

本発明は、多くの形態や実施形態を取り得ることが理解される。従って、いくつかの変形は、発明の趣旨または範囲から逸脱することなく上記においてなされ得る。それ故、それの好適な実施形態のうちのいくつかを参照にして本発明を記載したので、開示された実施形態は、事実上、限定するものではなく例示的なものであることと、広範囲の変形、修正、変更、および置換が上記開示において意図され、いくつかの場合において、本発明のいくつかの特徴は、他の特徴の対応する使用を用いずに利用され得ることとに留意する。多くのそのような変形および修正は、好適な実施形態の上記の説明の検討に基づいて当業者によって自明かつ望ましいものとみなされ得る。従って、添付された特許請求の範囲が広く、また、発明の範囲と一致する手法で解釈されることが適切である。

Claims (20)

1. 地表面下の流体貯留層から生成管列への流体の流れを制御するための流入制御デバイスであって、
   軸を有する中央穴を画定する管状部材であって、当該管状部材の上流および下流端部は前記生成管列に連結し得る、管状部材と、
   前記管状部材の壁に形成された複数の通路と、
   流体を受け入れるために前記管状部材の外部に導く前記複数の通路に対する上流入口と、
   前記流体の密度に応じて流れ制限器を通る流れを制限するために、選択されたおよび異なる密度の浮遊素子を備える、少なくとも２つの当該流れ制限器を有する各通路と、
   前記流れ制限器の流出物と流体連通した各通路内に位置付けられた少なくとも１つの圧力降下デバイスであって、前記貯留層の流体圧力に基づいて流れている前記流体内に圧力差を作り出すための圧力ピストンを有する、圧力降下デバイスと、を備え、
   前記圧力降下デバイスの流出物は、前記中央穴と連通して流入流体ポートの中に流れる、流入制御デバイス。
2. 前記流入制御デバイスの上流端部近くの前記管状部材によって画定された環状開口内に位置付けられたフィルタ材を更に備え、前記フィルタ材は、前記地表面下の流体貯留層と前記上流入口との間の流体連通を可能にし、前記流入制御デバイスの中への粒子状物質の流れを制限する、請求項１に記載の流入制御デバイス。
3. 圧力作動型部材は、前記管状部材の前記壁内に位置付けられ、前記フィルタ材から粒子を除去するために前記中央穴から前記フィルタ材への流体連通を可能にするように、前記中央穴内の圧力に応じて作動可能である、請求項２に記載の流入制御デバイス。
4. 各通路の終端部が前記通路の先頭部から１８０度であるように、前記複数の通路の各通路は、前記管状部材を部分的に取り囲み、
   前記少なくとも２つの流れ制限器は、油に対する高い水の比率および油に対する高いガスの比率を有する貯留層流体の流れを制限するために各通路内に位置付けられる、請求項１に記載の流入制御デバイス。
5. 前記複数の通路における少なくとも１つの通路は、垂直に向けられた先頭部および垂直に向けられた終端部を有し、
   前記少なくとも２つの流れ制限器の少なくとも１つは、前記流入制御デバイスの最も高い高さにあり、
   前記少なくとも２つの流れ制限器の少なくとも１つは、前記流入制御デバイスの最も低い高さにある、請求項４に記載の流入制御デバイス。
6. 前記流れ制限器は、前記浮遊部材の径方向および軸方向の移動を可能にし、前記浮遊部材の周囲の移動を制限する、請求項１に記載の流入制御デバイス。
7. 絞り装置は、表面から前記生成列に印加される流体圧力に応じて前記流入流体ポートを通る流体の流れを絞るために、前記複数の通路に最も近く位置付けられる、請求項１に記載の流入制御デバイス。
8. 前記管状部材を取り囲む管状筺体を更に備え、
   前記管状筺体の内径は、前記管状筺体と前記管状部材との間の環部を画定し、
   前記複数の通路、前記少なくとも２つの流れ制限器、および前記圧力降下デバイスは、前記環部内に形成される、請求項１に記載の流入制御デバイス。
9. 前記圧力降下デバイスは、
   圧力降下デバイス筺体の軸に沿う複数のポート、上流端部における開口、および下流端部における圧力均等化ポートを有する、当該圧力降下デバイス筺体を備え、
   前記圧力降下デバイス筺体は、前記圧力降下デバイス筺体と前記管状部材との間に圧力降下デバイス環部を画定し、前記圧力降下デバイス環部は、前記流入流体ポートと流体連通し、
   前記圧力ピストンは、前記圧力降下デバイス筺体内に位置付けられ、
   前記圧力ピストンは、前記複数のポートの一部を露出し、前記流入流体ポートの中を通過する貯留層流体の流れを制限するために、前記開口における前記流体圧力および前記圧力均等化ポートにおける流体圧力に応じて移動する、請求項１に記載の流入制御デバイス。
10. 前記開口を通って流れる前記貯留層流体が予測された油に対するガスの比率および油に対する水の比率ならびに低い圧力を有する場合には、前記圧力ピストンは、貯留層流体が前記圧力降下デバイス環部の中および前記流入流体ポートの中に流れることを可能にするために、前記圧力降下デバイス筺体における前記複数のポートの一部を露出するように、部分的に移動することになり、
    前記開口を通って流れる前記貯留層流体が予測された油に対するガスの比率および油に対する水の比率ならびに高い圧力を有する場合には、前記圧力ピストンは、貯留層流体が、前記圧力降下デバイス環部の中におよび前記流入流体ポートを通って流れることを可能にするために、前記圧力降下デバイス筺体における前記複数のポートの大部分を露出するように、移動することになり、
    前記開口を通って流れる前記貯留層流体が、予測された油に対する水の比率より高いものおよび低い圧力を有する場合には、前記圧力ピストンは、無視できる程度に移動することになり、前記複数のポートが前記圧力降下デバイス筺体における前記開口を通る流体の流れを実質的に封鎖し、
    前記開口を通って流れる前記貯留層流体が、予測された油に対する水の比率より高いものおよび高い圧力を有する場合には、前記圧力ピストンは、貯留層流体が、前記圧力降下デバイス環部の中におよび前記流入流体ポートを通って流れることを可能にするために、前記圧力降下デバイス筺体における前記複数のポートの一部を露出するように、部分的に移動することになる、請求項９に記載の流入制御デバイス。
11. 地表面下の流体貯留層から表面に生成するための生成管列の中への流体の流れを制御するための流入制御デバイスであって、
    軸を有する中央穴を画定する管状部材と、
    前記管状部材の壁に形成された複数の通路であって、
    各通路の終端部が前記通路の先頭部から１８０度であるように、各通路が前記管状部材を部分的に取り囲む、複数の通路と、
    油に対する高い水の比率および油に対する高いガスの比率を有する貯留層流体の流れを制限するために、各流れ制限器内に位置付けられ選択されたおよび異なる密度の浮遊部材を有する、少なくとも２つの流れ制限器であって、
    対応する前記流れ制限器の少なくとも１つが前記流入制御デバイスの最も高い高さにあり、対応する前記流れ制限器の少なくとも１つが前記流入制御デバイスの最も低い高さにあるように、前記複数の通路のうちのある通路は、垂直に向けられる、少なくとも２つの流れ制限器と、
    前記流れ制限器の流出物と流体連通して各通路内に位置付けられ、前記貯留層流体の圧力に応じて圧力ピストンを用いて前記流れる流体に圧力差を作り出すための少なくとも１つの圧力降下デバイスであって、
    前記圧力降下デバイスの流出物は、前記中央穴と連通して流入流体ポートの中に流れる、少なくとも１つの圧力降下デバイスと、
    前記表面における前記生成管列に印加される流体圧力に応じて前記複数の通路から前記中央穴の中への流体の流れを制限するために、前記圧力降下デバイスの下流に位置付けられた圧力作動型絞り装置と、
    前記流入制御デバイスの上流端部近くの前記管状部材によって画定された環状開口内に位置付けられたフィルタ材であって、前記表面下の流体貯留層と前記複数の通路との間の流体連通を可能にする、フィルタ材と、
    前記流入制御デバイスの上流端部上に位置付けられ、前記フィルタ材を清浄にするために前記中央穴から前記フィルタ材への流体連通を可能にするように、前記中央穴内の圧力に応じて作動可能である、圧力作動型部材と、を備える、流入制御デバイス。
12. 前記複数の通路の各通路における前記少なくとも２つの流れ制限器は、互いに直列にある上流流れ制限器および下流流れ制限器を備え、
    前記上流流れ制限器は、前記通路の前記先頭部における前記流体の収集チャンバに最も近く、前記下流流れ制限器は前記通路の前記終端部に最も近く、
    前記流体貯留層が、油に対する高いガスの比率および油に対する高い水の比率の少なくとも１つを有する場合には、前記上流流れ制限器および前記下流流れ制限器の少なくとも１つは、前記貯留層流体の前記密度に応じて貯留層流体の流れを制限することになる、請求項１１に記載の流入制御デバイス。
13. 各流れ制限器は、
    上流チャンバおよび下流チャンバと、
    前記上流チャンバを前記下流チャンバから分離する上流ポーティング壁であって、上流ポートを画定する、上流ポーティング壁と、
    前記下流チャンバを前記通路から分離する下流ポーティング壁であって、下流ポートを画定する、下流ポーティング壁と、
    前記上流チャンバ内に位置付けられたより軽い密度の上流部材と、
    前記下流チャンバ内に位置付けられたより重い密度の下流部材と、を備え、
    前記上流および下流チャンバは、前記上流および下流部材の径方向ならびに軸方向の移動を可能にし、前記上流および下流部材の周囲の移動を制限し、
    前記上流および下流部材は、油に対する高いガスの比率および油に対する高い水の比率を有する流体の流れを制限するために、それぞれ、前記上流ポーティング壁ポートおよび前記下流ポーティング壁ポートと結合するように、前記流れ制限器を通過する前記流体の密度に応じて移動する、請求項１１に記載の流入制御デバイス。
14. 前記上流部材が前記上流ポーティング壁および前記管状部材と接触するときに前記上流ポートの外縁が前記上流部材の中心と一致することになるように、前記上流ポートは、前記管状部材の外径に最も近く位置付けられ、
    前記下流部材が前記下流ポーティング壁および前記管状部材に接触するときに前記下流ポートの中心が前記下流部材の中心と一致することになるように、前記下流ポートは、前記管状部材の前記外径に最も近く位置付けられる、請求項１３に記載の流入制御デバイス。
15. 前記貯留層流体が、予測された油に対するガスの比率および油に対する水の比率を有する場合には、前記上流部材は、前記貯留層流体において浮遊することになり、前記下流部材は、前記貯留層流体において浮遊することも沈むこともなく、
    前記貯留層流体が、予測された油に対するガスの比率よりも高いものを有する場合には、前記上流部材および前記下流部材は、前記貯留層流体において沈むことになり、
    前記貯留層流体が、予測された油に対する水の比率よりも高いものを有する場合には、前記上流部材および前記下流部材は、前記貯留層流体において沈むことになる、請求項１３に記載の流入制御デバイス。
16. 前記圧力降下デバイスは、
    圧力降下デバイス筺体の軸に沿う複数のポート、上流端部における開口、および下流端部における圧力均等化ポートを有する、当該圧力降下デバイス筺体を備え、
    前記圧力降下デバイス筺体は、前記圧力降下デバイス筺体と前記管状部材との間の圧力降下デバイス環部を画定し、前記圧力降下デバイス環部は、前記流入流体ポートと流体連通しており、
    前記圧力ピストンは、前記圧力降下デバイス筺体内に位置付けられ、
    前記圧力ピストンは、前記複数のポートの一部を露出し、前記流入流体ポートの中を通過する貯留層流体の流れを制限するように、前記開口における前記流体圧力および前記圧力均等化ポートにおける流体圧力に応じて移動する、請求項１１に記載の流入制御デバイス
17. 前記開口を通って流れる前記貯留層流体が、予測された油に対するガスの比率および油に対する水の比率ならびに低い圧力を有する場合には、前記圧力ピストンは、貯留層流体が、前記圧力降下デバイス環部の中および前記流入流体ポートの中に流れることを可能にするために、前記圧力降下デバイス筺体における前記複数のポートの一部を露出するように部分的に移動することになり、
    前記開口を通って流れる前記貯留層流体が、予測された油に対するガスの比率および油に対する水の比率ならびに高い圧力を有する場合には、前記圧力ピストンは、貯留層流体が、前記圧力降下デバイス環部の中におよび前記流入流体ポートを通って流れることを可能にするために、前記圧力降下デバイス筺体における前記複数のポートの大部分を露出するように移動することになり、
    前記開口を通って流れる前記貯留層流体が、予測された油に対する水の比率より高いものおよび低い圧力を有する場合には、前記圧力ピストンは、無視できる程度に移動することになり、前記圧力降下デバイス筺体における前記開口を通る流体の流れに対して前記複数のポートを実質的に封鎖し、
    前記開口を通って流れる前記貯留層流体が、予測された油に対する水の比率より高いものおよび高い圧力を有する場合には、前記圧力ピストンは、貯留層流体が、前記圧力降下デバイス環部の中におよび前記流入流体ポートを通って流れることを可能にするために、前記圧力降下デバイス筺体における前記複数のポートの一部を露出するように、部分的に移動することになる、請求項１６に記載の流入制御デバイス。
18. 前記絞り装置は、
    ピストン流体ポートと流体連通した下流端部、および前記流入流体ポートと流体連通した上流端部を有するピストンを備え、
    前記ピストンは、前記少なくとも１つの圧力降下デバイスから前記流入流体ポートの中への流体の流れを可能にするおよび妨げるために、前記生成列に印加される流体圧力に応じて絞られていない位置と絞られた位置との間で移動可能である、請求項１１に記載の流入制御デバイス。
19. 流入制御デバイスを用いて地表面下の貯留層から流体を生成するための方法であって、
    （ａ）少なくとも１つの流入制御デバイスを生成管列に連結するステップと、
    （ｂ）前記生成管列を坑井穴の中へ敷設するステップと、
    （ｃ）前記生成管列の中へ敷設する間に前記流入制御デバイスを通る貯留層流体の流れを妨げるために、前記管列に流体圧力を印加するステップと、
    （ｄ）油に対する高い水の比率および油に対する高いガスの比率を有する貯留層流体の流れを制限し、前記流入制御デバイスを用いて前記貯留層流体の前記流れの割合を制御する間に、貯留層流体が前記流入制御デバイスを通って前記生成管列の中に流れることを可能にするために、前記生成管列から流体圧力を除去するステップと、
    （ｅ）貯留層流体の流れの実質的な遮断が起こる場合には、前記流入制御デバイスを通るおよび前記貯留層の中への流体の流れを生じさせるために、敷設の間に印加された前記流体圧力よりも大きな流体圧力を前記生成管列に印加するステップと、
    （ｆ）貯留層流体の生成を継続するために、前記流体圧力を除去するステップと、を含む、方法。
20. ステップ（ｅ）は、
    前記流入制御デバイスの環部を通る貯留層流体の流れを封鎖する絞られた位置にピストンを移動するために、前記ピストンに流体圧力を印加することと、
    圧縮性円盤を圧縮するために、また、前記流入制御デバイスの流体洗浄ポートであって、前記流入制御デバイスのフィルタ材と流体連通している流体洗浄ポートを通る流体の流れを可能にするために、前記円盤に流体圧力を印加することと、
    前記流入制御デバイスの中への前記貯留層流体の流れを封鎖する粒子状物質を除去するために、前記生成管、前記流体洗浄ポート、および前記フィルタ材を通して洗浄流体を循環させることと、を更に含む、請求項１９に記載の方法。

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