專利名稱：當(dāng)流體性能處于選定范圍時(shí)能夠顯著減少流體流動(dòng)的流動(dòng)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上來(lái)說(shuō)涉及用于控制從地下地層到井眼中的開采管柱中的流體流量的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
諸如油和氣這樣的烴類是利用鉆進(jìn)地層的井或井眼從地下地層采收的。在有些情況下，這樣的井眼通常通過(guò)以下方式完井沿著井眼長(zhǎng)度放置套管并臨近各個(gè)開采區(qū)(含烴區(qū))對(duì)套管鉆孔以將流體(例如油和氣)從開采區(qū)抽取到井眼內(nèi)。在其它情況下，井眼可能是裸井。一個(gè)或更多個(gè)流入控制裝置置于井眼中，以控制流體流入井眼中。這些流動(dòng)控制裝置和開采區(qū)通常通過(guò)在它們之間安裝封隔器而彼此分開。從各個(gè)開采區(qū)進(jìn)入井眼的流體被吸入延伸到地面的管道中。所希望的是，沿開采區(qū)具有基本上均勻的流體流動(dòng)。不均勻的排放可能導(dǎo)致出現(xiàn)不希望有的狀況，例如侵入式氣錐或水錐。在采油井的情況下，例如，氣錐會(huì)導(dǎo)致氣體流入井眼內(nèi)，這會(huì)顯著降低采油量。同樣，水錐也會(huì)導(dǎo)致水流入油開采流內(nèi)， 這也會(huì)降低采油量和質(zhì)量。通常在開采區(qū)鉆入偏斜或水平井眼，以由此抽取流體。若干流入控制裝置沿著這樣的井眼間隔放置，以排放地層流體或者將流體注入到地層中。地層流體常常包含油層、油下面的水層以及油上面的氣層。對(duì)于生產(chǎn)井來(lái)說(shuō)，水平井眼典型處于水層上方。油、水和氣的邊界層在水平井的整個(gè)長(zhǎng)度上可能不是均勻的。而且，地層的某些性質(zhì)，例如孔隙度和滲透率，沿著井長(zhǎng)度也可能不是相同的。所以，地層和井眼之間的流體可能不會(huì)均勻地流過(guò)流入控制裝置。對(duì)于生產(chǎn)井眼來(lái)說(shuō)，所希望的是開采流體相對(duì)均勻地流入井眼內(nèi)以及防止水和氣流過(guò)各個(gè)流入控制裝置。已經(jīng)使用了主動(dòng)(active)流動(dòng)控制裝置來(lái)控制流體從地層進(jìn)入井眼。這樣的裝置比較昂貴，并且包括移動(dòng)部件，這些移動(dòng)部件需要維護(hù)，在井眼的壽命期限內(nèi)可能不是非?？煽俊Ｋ?，能夠限制水和氣流入井眼的被動(dòng)(passive)流入控制裝置(“I⑶”)是所希望的。在此，本發(fā)明提供被動(dòng)流入控制裝置，其一方面限制具有不希望的粘度或密度的流體流動(dòng)，另一方面保持具有所希望的粘度或密度的流體的基本上恒定的流動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種用于控制流體在地層與井眼之間流動(dòng)的流動(dòng)控制裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，該流動(dòng)控制裝置可以包括流入?yún)^(qū)域、流通區(qū)域和流出區(qū)域，其中，流通區(qū)域構(gòu)造成當(dāng)流體的粘度或密度處于第一范圍時(shí)，顯著增大壓降，當(dāng)流體的粘度或密度處于第二范圍時(shí)，保持基本恒定的壓降。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述流通區(qū)域可以包括結(jié)構(gòu)流區(qū)域、流入開口和流出開口，其中，對(duì)所述結(jié)構(gòu)流區(qū)域、結(jié)構(gòu)流區(qū)域中的流體流動(dòng)路徑、流體流動(dòng)路徑的彎曲度以及流出開口的尺寸進(jìn)行選擇，使得具有在第一范圍內(nèi)的雷諾數(shù)(“Re”) 的流體的壓力損失系數(shù)(“K”)的值顯著高于具有在第二范圍內(nèi)的雷諾數(shù)的流體。在另一個(gè)方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N制造在井眼中使用的用于控制流體從地層流入井眼的流動(dòng)控制裝置的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法可以包括限定流體流入所述流動(dòng)控制裝置的流量；選擇所述流動(dòng)控制裝置的流通區(qū)域的幾何形狀，對(duì)于所限定的流量，所選擇的幾何形狀足以使得具有在第一范圍內(nèi)的粘度或密度的流體穿過(guò)所述流通區(qū)域的壓降顯著高于具有在第二范圍內(nèi)的粘度或密度的流體；和形成具有所選擇的幾何形狀的流動(dòng)控制裝置。在又一個(gè)方面，本發(fā)明在此提供了一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該可讀介質(zhì)可允許處理器進(jìn)入，且其上嵌入有用于執(zhí)行包含在計(jì)算機(jī)程序中的指令的計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序包括(a)存取用于流動(dòng)控制裝置的流量的指令；(b)存取用于流動(dòng)控制裝置的形成在一管狀元件上的流通區(qū)域的第一幾何形狀的指令，該流通區(qū)域包括入口、出口以及位于入口和出口之間的彎曲路徑，所述彎曲路徑構(gòu)造成在入口和出口之間的流體流動(dòng)中誘導(dǎo)足以減少出口的有效流動(dòng)區(qū)域的湍流，以對(duì)于所限定的流量，使得具有在第一范圍內(nèi)的粘度或密度的流體的穿過(guò)出口的壓降顯著高于具有在第二范圍內(nèi)的粘度或密度的流體；對(duì)應(yīng)于多個(gè)流體粘度或流體密度，基于第一幾何形狀，計(jì)算穿過(guò)出口的壓降的指令；(C)確定所計(jì)算的壓降是否可接受的指令；(d)當(dāng)所計(jì)算的壓降不可接受時(shí)，選擇不同的幾何形狀，利用該不同的幾何形狀，重復(fù)(b)和(C)，直到壓降可接受的指令；和(e)存儲(chǔ)壓降可接受時(shí)的幾何形狀。本發(fā)明更重要特征的例子概述得相當(dāng)寬泛，以便可以更好地理解下述的詳細(xì)說(shuō)明書以及可以領(lǐng)悟?qū)Ρ绢I(lǐng)域做出的貢獻(xiàn)。當(dāng)然，本發(fā)明還具有附加特征，這將在下文描述，其形成了附加于此的權(quán)利要求的主題。


參照下列詳細(xì)說(shuō)明書，并結(jié)合附圖，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將更容易領(lǐng)悟和更好地理解本發(fā)明的有點(diǎn)和其他方面，其中貫穿附圖中所示的幾個(gè)視圖中，同樣的參考標(biāo)記通常表示同樣或類似的元件，以及其中圖I是示例性多區(qū)井眼的示意性正視圖，其具有安裝在其中的開采管柱，該開采管柱包括若干沿著開采管柱長(zhǎng)度放置在選定部位的流入控制裝置；圖2是對(duì)于某種市場(chǎng)上可得到的流動(dòng)控制裝置的與流體粘度有關(guān)的壓降以及對(duì)于用于控制水流過(guò)的流動(dòng)控制裝置的所希望的壓降的曲線圖；圖3是對(duì)于用于控制水流過(guò)的流動(dòng)控制裝置的雷諾數(shù)和壓力損失系數(shù)之間的所希望的關(guān)系的曲線圖；圖4是流動(dòng)控制裝置的立體圖，所述流動(dòng)控制裝置包括顆粒過(guò)濾裝置和依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的被動(dòng)流動(dòng)控制裝置；
圖5顯示了依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例制成的流動(dòng)控制裝置的示例性結(jié)構(gòu)流模式或流動(dòng)通道；圖6是對(duì)于諸如圖5所示的多級(jí)流動(dòng)通道的水流速的模擬結(jié)果流動(dòng)圖；圖7是對(duì)于諸如圖5所示的多級(jí)流動(dòng)通道的粘度為189cP的油流速的模擬結(jié)果流動(dòng)圖；圖8顯示了對(duì)于示例性節(jié)流裝置、螺旋裝置、混合裝置的壓降相對(duì)于粘度的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果以及對(duì)于用于控制水流過(guò)的流動(dòng)控制裝置的所希望的壓降；
圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例制成的流動(dòng)控制裝置的立體圖10顯示了對(duì)于圖9所示的流動(dòng)控制裝置的示例性通道的流體流動(dòng)路徑；
圖11顯示了可以在依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例制成的流動(dòng)控制裝置中使用的流動(dòng)
通道；圖12顯示了可以在依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例制成的流動(dòng)控制裝置中使用的另一個(gè)流動(dòng)通道；圖13顯示了可以在依照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例制成的流入控制裝置中使用的又一個(gè)流動(dòng)通道；和圖14顯示了可以在依照本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例制成的流入控制裝置中使用的再一個(gè)流動(dòng)通道。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及用于控制地層流體在井中流動(dòng)的設(shè)備和方法。本發(fā)明提供了某些附圖并描述了所述設(shè)備和方法的某些實(shí)施例，這些應(yīng)當(dāng)視為對(duì)在此所述的原理的舉例說(shuō)明，并非旨在將本發(fā)明限制于所示和所描述的實(shí)施例。首先參見圖1，圖中顯示了示例性的流體開采系統(tǒng)100，其包括穿過(guò)地殼112鉆入一對(duì)開采區(qū)或儲(chǔ)層114、116的井眼110，期望從所述開采區(qū)或儲(chǔ)層開采烴。所示的井眼110 襯有具有若干穿孔118的套管，所述穿孔穿入并延伸到地層開采區(qū)114、116中，這樣開采的流體可以從開采區(qū)114、116流入井眼110中。所示的示例性井眼110包括豎直區(qū)段I IOa和基本上水平區(qū)段110b。井眼110包括開采管柱(或開采組件)120，所述開采管柱包括從井眼110的地面126處的井頭124向下延伸的管道(也被稱為中心管)122。開采管柱120沿其長(zhǎng)度限定一內(nèi)部軸向孔128。一環(huán)空130限定在開采管柱120與井眼套管之間。開采管柱120具有一偏斜的、基本上水平的部分132，該基本上水平的部分沿著井眼110的偏斜支路IlOb延伸。開采裝置134位于沿開采管柱120的選定部位處。任選地，各開采裝置134 在井眼110內(nèi)由成對(duì)的封隔器裝置136隔離。雖然沿著水平部分132僅僅顯示了兩個(gè)開采裝置134，但是，實(shí)際上，沿著水平部分132可以布置大量這樣的開采裝置。各個(gè)開采裝置134的特征在于開采控制裝置(或流動(dòng)控制裝置)138，其用于控制從開采區(qū)流入開采管柱120中的一種或更多種流體的一個(gè)或更多個(gè)方面。在此所使用的術(shù)語(yǔ) “流體”包括液體、氣體、烴類、多相流體、兩種或更多種流體的混合物、水、和從地表注入的流體(諸如水)。另外，涉及到水的內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)解釋為還包括水基流體；例如鹽水或咸水。依照本發(fā)明的實(shí)施例，流動(dòng)控制裝置138可具有若干個(gè)提供有選擇地操作和控制由此通過(guò)的流體流動(dòng)的可替換構(gòu)造特征。
地下地層一般包含水或鹽水以及油和氣。水可能存在于含油區(qū)下面，氣可能存在于含油區(qū)上面。水平井眼，例如區(qū)段110b，通常鉆入開采區(qū)(例如開采區(qū)116)中，并可以延伸超過(guò)5000英尺的長(zhǎng)度。一旦井眼已經(jīng)開采一段時(shí)間，就會(huì)有水流入流動(dòng)控制裝置138中。 水流入的量和時(shí)間可能隨著開采區(qū)的長(zhǎng)度不同而變化。所希望的是，當(dāng)采出流體中存在選定量的水時(shí)，流動(dòng)控制裝置能夠限制流體流動(dòng)。在一方面，通過(guò)限制含有水的采出流體的流動(dòng)，流動(dòng)控制裝置能夠在開采區(qū)的開采壽命內(nèi)開采更多的油。圖2顯示了對(duì)于不同粘度的流體的某些類型的流入控制裝置的壓降狀況的曲線200。沿著豎直軸線顯示的是穿過(guò)裝置的壓降“Λρ”，沿著水平軸線顯示的是流體粘度 “ μ ”。純水的粘度為lcP，地下地層中存在的大多數(shù)油的粘度在10cP-200cP之間。曲線202 描繪了對(duì)應(yīng)節(jié)流型流入控制裝置的壓降，其中，大部分壓降發(fā)生在節(jié)流口處，壓降為節(jié)流口直徑的函數(shù)。穿過(guò)節(jié)流型流入控制裝置的總壓降大體上是穿過(guò)流入控制裝置中含有的全部節(jié)流口的壓降之和?？梢姡S著流體粘度增加，壓降急劇增大。尤其是，大多數(shù)油的壓降大于水的壓降。曲線204對(duì)應(yīng)于螺旋型流入控制裝置，其中，采出流體沿著管狀元件周圍的較長(zhǎng)的螺旋路徑流動(dòng)。曲線204顯示出水的壓降大于粘度高達(dá)約60cP的流體的壓降。水的壓降和粘度高達(dá)約20cP的流體的壓降都是下降的，粘度大于約20cP時(shí)流體的壓降開始上升。曲線204表明，水存在一定堵塞，粘度超過(guò)20cP的油也存在一定堵塞。曲線206對(duì)應(yīng)于一種混合結(jié)構(gòu)，其包括由彎曲流動(dòng)路徑分開的節(jié)流口。這樣的一種流入控制裝置描述在 2009年4月2日提交的、受讓給本申請(qǐng)的受讓人的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)No. 12/417346中， 該申請(qǐng)整體在此引入作為參考。曲線206表明穿過(guò)該裝置的壓降的變化大于穿過(guò)螺旋型裝置的壓降的變化，進(jìn)一步還表明，壓降持續(xù)下降，直到流體粘度達(dá)到約60cP。這表明，該裝置提供了水堵塞，而且，與螺旋型裝置相比，某些類型的油堵塞較小。與節(jié)流裝置和螺旋裝置相比，對(duì)應(yīng)于曲線206的裝置傾向于更好地防止水流入井眼。曲線202、204和206所示的數(shù)據(jù)是從實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果獲得的。仍然參照?qǐng)D2，所希望的是，提供這樣的流動(dòng)控制裝置，即對(duì)于低粘度流體，例如粘度低于約6cP或IOcP的流體，這種流動(dòng)控制裝置能夠增大壓降，而對(duì)于粘度在超過(guò)約6cP 或IOcP的范圍內(nèi)的流體，這種流動(dòng)控制裝置大體上保持壓降恒定。隨著粘度在這樣的范圍內(nèi)的降低，壓降可呈指數(shù)增加。曲線208顯示了流體流過(guò)流動(dòng)控制裝置的更希望的壓降狀況，其中，對(duì)于粘度在第一范圍內(nèi)的流體，例如粘度低于約10cP，壓降顯著地較大，而對(duì)于粘度在第二范圍的流體，例如約6cP或IOcP之上，壓降大體上保持恒定。圖3顯示了流動(dòng)控制裝置的所希望性能的曲線圖300，其表示為雷諾數(shù)“Re”和壓力損失系數(shù)“K”之間的關(guān)系。沿豎直軸線顯示的是Re，沿水平軸線顯示的是K。雷諾數(shù)Re 是無(wú)量綱的，是慣性力和粘性力之比。流體的Re可表示為Re=慣性力/粘性力Re= ( P · V · dv/dx) / μ · d2v/dx2Re= P VD/ μ這里，ρ是流體密度；V是流動(dòng)體積；v是流體速度；D是流動(dòng)區(qū)域的尺寸，例如開口的直徑；μ是流體的粘度。與諸如油這樣的高粘度流體相比，諸如水這樣的低粘度流體的雷諾數(shù)較高。所以，Re也可以表示為Re=f (密度，粘度，流體速度和表面尺寸)
穿過(guò)流動(dòng)面積A的壓降Dp可以表示為Dp=K · ( P /A2) · V2，這里，A是流動(dòng)面積。壓力損失系數(shù)K是雷諾數(shù)Re的函數(shù)(K=f (Re))。本發(fā)明人已經(jīng)確定，K也是流過(guò)流動(dòng)控制裝置的流體的流動(dòng)路徑的幾何形狀的函數(shù)，并且尤其是流動(dòng)控制裝置內(nèi)的流動(dòng)路徑的彎曲度(tortuosity)的函數(shù)，所以，在流體流動(dòng)中誘導(dǎo)的湍流會(huì)影響不同粘度的流體的壓降，正如后面更詳細(xì)描述的那樣。壓力損失系數(shù)K可以表示為K=f (Re，開口尺寸，彎曲度)。曲線圖300表明流動(dòng)控制裝置對(duì)于雷諾數(shù)大于水的雷諾數(shù)301的流體呈現(xiàn)高的壓力損失系數(shù)K的值(曲線段302所示)是所希望的。曲線圖300還表明對(duì)于雷諾數(shù)小于水的雷諾數(shù)301的情況，具有相對(duì)固定的壓力損失系數(shù)K (如曲線段306所示)是所希望的。 通過(guò)流入控制裝置的流體的整體狀況取決于流體的流變能力。流變能力是若干參數(shù)的函數(shù)，這些參數(shù)包括但不限于流動(dòng)面積、彎曲度、摩擦、流體速度、流體粘度和流體密度。在許多方面，可以計(jì)算或假定流變能力參數(shù)，以提供防止水流動(dòng)的流動(dòng)控制裝置。在此，本發(fā)明利用上述的流體流變學(xué)原理及其他因素，來(lái)提供防止粘度或密度在一個(gè)范圍內(nèi)的流體的流動(dòng)而允許粘度或密度在另一個(gè)范圍內(nèi)的流體的基本上恒定的流動(dòng)的流動(dòng)控制裝置。示例性流動(dòng)控制裝置和制造該裝置的方法參照?qǐng)D4-14進(jìn)行描述?，F(xiàn)在參考圖4，圖中顯示了用于控制流體從儲(chǔ)層流入開采管柱內(nèi)的開采裝置400 的一個(gè)實(shí)施例。所示的該裝置400包括用于減少流體中夾帶的顆粒數(shù)量和尺寸的顆粒控制裝置或過(guò)濾裝置410以及控制地層流體455進(jìn)入井眼的總排放流量的流入控制裝置450。 在一個(gè)實(shí)施例中，過(guò)濾裝置410可以包括放置在管道402周圍的罩412、放置在罩412和管道402之間的過(guò)濾介質(zhì)414、以及布置在過(guò)濾介質(zhì)414和管狀元件418之間的流動(dòng)路徑416。 地層流體流入罩412中，所述罩具有允許地層流體流入過(guò)濾裝置410的穿孔圖案。罩412隔離過(guò)濾裝置410的部件，防止這些部件直接暴露給含有固體顆粒的地層流體和高速流體。 另外，罩412防止大的固體顆粒流動(dòng)進(jìn)入過(guò)濾介質(zhì)414。過(guò)濾介質(zhì)414過(guò)濾較小的固體顆粒，并允許地層流體流入流體流動(dòng)路徑416中，進(jìn)而流入流動(dòng)控制裝置450。下文描述了示例性的流動(dòng)控制裝置。圖5顯示了依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例制成的流動(dòng)控制裝置500的示例性結(jié)構(gòu)流模式。在一個(gè)方面，流動(dòng)控制裝置500可以包括流入?yún)^(qū)域510、流出區(qū)域520和流通區(qū)域530。 流通區(qū)域530可以進(jìn)一步包括一個(gè)或更多個(gè)級(jí)，例如級(jí)530a、530b、530c等等。在流動(dòng)控制裝置500的流動(dòng)構(gòu)型中，地層流體501進(jìn)入流入?yún)^(qū)域510，然后經(jīng)由端口或開口 532a進(jìn)入第一級(jí)530a，并從端口 532b排出而進(jìn)入第二級(jí)530b中。流體從第二級(jí)530b經(jīng)由端口 532c 排出進(jìn)入下一級(jí)530c，然后經(jīng)由端口 532d進(jìn)入流出區(qū)域520。在許多方面，第一級(jí)530a可具有寬度或軸向流動(dòng)距離xl以及高度或徑向距離yl。 第一級(jí)530a的進(jìn)入端口 532a和排出端口 532b之間的偏置量或偏差由hi表不。同樣,后面的級(jí)530b和530c的軸向流動(dòng)距離、徑向距離和排出端口分別用x2、h2和d3以及x3、h3 和d4表示。通過(guò)這些級(jí)的流體路徑由Fpl、Fp2和Fp3表示。顯著的第一壓降Dpl出現(xiàn)于端口 532a。然后流體501沿著彎曲路徑Fpi流動(dòng)，并通過(guò)端口 532b排出。第二壓降Λρ2 出現(xiàn)于端口 532b。同樣，后面的壓降出現(xiàn)于端口 532c以及端口 532d。在一實(shí)施例中，大部分壓降出現(xiàn)于端口。穿過(guò)所述流動(dòng)控制裝置500的壓降近似為各級(jí)的壓降即ΛΡ1、ΛΡ2和Λ p3之和。如前所述，對(duì)于給定的流體類型(粘度、密度等等)和流量，壓降取決于流動(dòng)面積、 流動(dòng)路徑的彎曲度等等。在一個(gè)方面，流動(dòng)控制裝置500中的各級(jí)可以具有相同的結(jié)構(gòu)尺寸。在另一個(gè)方面，可以選擇所述徑向距離、端口偏置量和端口尺寸，以提供所希望的彎曲度，使得壓降成為流體粘度或密度的函數(shù)。在其他方面，這些級(jí)的尺寸也可以是不同的。已經(jīng)確定，依照?qǐng)D5所示的那些方面制成的流動(dòng)控制裝置對(duì)于粘度較低、例如小于IOcP的流體可以提供較高的壓降，而對(duì)于粘度在IOcP之上的范圍的流體可以提供基本恒定的壓降。 一般來(lái)說(shuō)，穿過(guò)一端口、例如端口 532b的壓降是偏置量(h)、軸向距離(X)和端口尺寸(d)的函數(shù)。在一個(gè)方面，其關(guān)系可以為x/h>d/h。在另一個(gè)方面，尺寸h可以是d的4-6倍。圖6是對(duì)于諸如圖5所示的多級(jí)(630a_630g)流動(dòng)控制裝置的水流速的模擬結(jié)果流動(dòng)圖600,其中流跡線根據(jù)速度大小(英尺/每秒(ft/sec))著色。流體的速度隨著流體 601從一級(jí)進(jìn)入下一級(jí)而增加。環(huán)(例如級(jí)632a中的環(huán)640a和640b)表示流體具有較低的速度，因而被認(rèn)為基本上不流過(guò)級(jí)630a。流體601沿著第一級(jí)632a中的彎曲流動(dòng)路徑650a 流動(dòng)，該流動(dòng)路徑包括軸向路徑650a和徑向路徑650b。端口之間的偏置量或偏差為“h”。 然后流體601排出端口 660b。流體路徑650的彎曲度和端口 660b處的相應(yīng)壓降可以通過(guò)軸向距離、徑向距離、偏置量和端口尺寸的組合進(jìn)行控制。因此，在一實(shí)施例中，流動(dòng)控制裝置可以設(shè)計(jì)成通過(guò)選擇相應(yīng)的軸向距離、徑向距離、偏置量和端口尺寸，限制含水流體的流動(dòng)，以使穿過(guò)流動(dòng)控制裝置的壓降明顯。圖7是對(duì)于諸如圖6所示的多級(jí)(630a_630g)流動(dòng)控制裝置，粘度為189cP的油流速的模擬結(jié)果流動(dòng)圖700，其中流跡線根據(jù)速度大小(英尺/每秒(ft/sec))著色。流體的速度隨著流體701從一級(jí)進(jìn)入下一級(jí)而增加。環(huán)(例如級(jí)630a中的環(huán)740a和740b)表示流體具有較低的速度，因而被認(rèn)為基本上不流過(guò)所述級(jí)630a。應(yīng)該注意，與對(duì)于水的環(huán) 640a和640b相比，這些速度環(huán)不是那么劇烈。流體701沿著第一級(jí)630a中的彎曲流動(dòng)路徑750a流動(dòng)，該流動(dòng)路徑包括基本上軸向的第一路徑650a和基本上徑向的第二路徑650b。 所述基本上徑向的第二路徑650b基本上等于偏置距離“h”。然后流體701排出端口 660b。 流體路徑650的彎曲度和端口 660b處的相應(yīng)壓降可以通過(guò)選擇軸向距離、徑向距離、偏置量和端口尺寸的組合進(jìn)行控制。強(qiáng)湍流趨向于形成穿過(guò)裝置端口的高壓降，例如圖7所示。圖8顯示了對(duì)于節(jié)流型裝置、螺旋裝置、混合裝置及諸如圖6和7所示的裝置的相對(duì)于水的壓降的示例性比較表800。相對(duì)于水的百分比壓降變化沿著豎直軸線描繪，流體粘度沿著水平軸線描繪。曲線802對(duì)應(yīng)于節(jié)流型流動(dòng)控制裝置，曲線804對(duì)應(yīng)于螺旋裝置， 曲線806對(duì)應(yīng)于混合裝置，曲線808對(duì)應(yīng)于如圖6和7所示類型的流動(dòng)控制裝置。應(yīng)注意 依照?qǐng)D6和7所述的原理制成的流動(dòng)控制裝置，對(duì)于低粘度流體，例如粘度范圍由附圖標(biāo)記 810a所示的流體(達(dá)到約10cP)，呈現(xiàn)較高的百分比壓降變化，而對(duì)于粘度范圍由附圖標(biāo)記 810b所示的流體(從約IOcP到180cP)，呈現(xiàn)基本恒定的壓降。圖9顯示了依照在此所述的原理制成的被動(dòng)流動(dòng)控制裝置900的實(shí)施例的立體圖。所示的流動(dòng)控制裝置900包括在管狀元件902周圍形成的若干結(jié)構(gòu)流部分920a、920b、 920c和920d，每個(gè)這樣的部分限定流動(dòng)通道或流動(dòng)路徑。各部分可以構(gòu)造成產(chǎn)生預(yù)定壓降，以控制采出流體從地層到井眼管道的流量。為了提供穿過(guò)這樣的部分的選定或規(guī)定的壓降，可以堵塞這些流動(dòng)路徑或部分中的一個(gè)或更多個(gè)(不與另一部分液壓連通)。通過(guò)關(guān)閉為選定流動(dòng)部分而設(shè)置的端口 938，可以控制通過(guò)特定部分的流體流動(dòng)。穿過(guò)裝置900的總壓降是各有效部分產(chǎn)生的壓降之和。結(jié)構(gòu)流部分920a-920d也可以被稱為流動(dòng)通道。為簡(jiǎn)化描述裝置900，參照通道920a描述通過(guò)各個(gè)通道的流動(dòng)控制。所示的通道920a包括流入?yún)^(qū)域910和流出區(qū)域912。地層流體進(jìn)入通道920a至流入?yún)^(qū)域910中，經(jīng)由流出區(qū)域 912從通道排出。通道920a通過(guò)引導(dǎo)流動(dòng)流體穿過(guò)流通區(qū)域930產(chǎn)生壓降，該流通區(qū)域可以包括一個(gè)或更多個(gè)流動(dòng)級(jí)或管路，例如級(jí)932a、932b、932c和932d。各結(jié)構(gòu)流部分可以包括任何所希望數(shù)量的級(jí)。而且，在許多方面，裝置中的各通道可以包括不同數(shù)量的級(jí)。在另一個(gè)方面，各通道或級(jí)可以構(gòu)造成在流入?yún)^(qū)域和流出區(qū)域之間提供獨(dú)立的流動(dòng)路徑。如前所述，通道920a-920d的一些或全部能夠彼此大體上液壓隔離。也就是說(shuō)，穿過(guò)通道和裝置 900的流動(dòng)被認(rèn)為是并聯(lián)而不是串聯(lián)。因而，穿過(guò)一個(gè)通道的流動(dòng)可以被部分或完全堵塞， 而基本上不會(huì)影響穿過(guò)另一個(gè)通道的流動(dòng)。應(yīng)當(dāng)明白，術(shù)語(yǔ)“并聯(lián)”用于功能角度，而不是建議一特定結(jié)構(gòu)或物理構(gòu)造。仍然參照?qǐng)D9，還顯示了流動(dòng)控制裝置900的更多細(xì)節(jié)，該流動(dòng)控制裝置通過(guò)輸送流入流體經(jīng)過(guò)多個(gè)通道920a-920d中的一個(gè)或更多個(gè)而形成壓降。通道920a_920d中的每個(gè)可以沿著基管或芯軸902的壁形成，并包括構(gòu)造成以預(yù)定方式控制流動(dòng)的結(jié)構(gòu)特征。雖然不是必要的，但通道920a-920d可以以并行的方式對(duì)齊，并沿著芯軸902的長(zhǎng)軸縱向布置。各個(gè)通道可具有與井眼管狀流動(dòng)鉆孔402 (圖4)流體連通的一端132以及與分離所述流動(dòng)控制裝置120和地層的環(huán)形空間或環(huán)空流體連通的第二端134 (圖3)。通常，通道 920a-920d可以彼此分開，例如在它們相應(yīng)的流入?yún)^(qū)域和流出區(qū)域之間的區(qū)域中彼此分開。 在實(shí)施例中，通道920a可以布置成曲徑或迷宮結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)形成用于流體流過(guò)的彎曲或迂回的流動(dòng)路徑。在一個(gè)實(shí)施例中，通道922a的各級(jí)932a-932d可以分別包括腔942a-942d。 開口 944a-944d以串聯(lián)方式液壓地連接腔942a_942d。在通道920a的示例性構(gòu)造中，地層流體進(jìn)入流入?yún)^(qū)域910，經(jīng)由端口或開口 944a排出至第一腔942a中。然后流體沿著彎曲路徑952a行進(jìn)，經(jīng)由端口 944b排出至第二腔942b內(nèi)，諸如此類。每個(gè)端口 944a_944d呈現(xiàn)穿過(guò)該端口的一定壓降，該壓降是該端口每個(gè)側(cè)面上的腔的構(gòu)造、與之相聯(lián)的端口之間的偏置量以及各個(gè)端口的尺寸的函數(shù)。上述的分級(jí)式構(gòu)造以及各級(jí)內(nèi)的結(jié)構(gòu)確定了各個(gè)特定腔中的流體流動(dòng)的曲率和摩擦，正如在此所述的。特定通道中的不同級(jí)可以構(gòu)造成提供不同的壓降?；谠诖怂龅脑?、方法及其他實(shí)施例，這些腔可以構(gòu)造成任何所希望的構(gòu)造。圖10顯示了流動(dòng)控制裝置900的四個(gè)示例性通道920a_920d的流體流動(dòng)路徑。為便于說(shuō)明，流動(dòng)控制裝置900以虛線顯示，并且與圖9的管狀描繪相比，為了更好地描繪通道920a-d，以平面的形式“展開”流動(dòng)控制裝置900。這些通道920a-920d中的每一個(gè)在環(huán)空或地層與管狀鉆孔402 (圖4)之間提供分開的、獨(dú)立的流動(dòng)路徑，如流動(dòng)路徑1020a-1020d 所示。而且，在所示的實(shí)施例中，每個(gè)通道920a-920d對(duì)于流動(dòng)的流體提供不同的壓降。通道920a構(gòu)造成對(duì)流體流動(dòng)提供最小量的阻力，從而提供較小的壓降。管路920d構(gòu)造成對(duì)流體流動(dòng)提供最大的阻力，從而提供較大的壓降。管路920b和920c提供的壓降范圍在管路920a和920d提供的那些之間。但是，應(yīng)當(dāng)明白，在其他實(shí)施例中，管路中的兩個(gè)或更多個(gè)可以提供相同的壓降，或者所有管路可提供相同的壓降。如前所述，來(lái)自任何通道的流體流動(dòng)可以或者部分堵塞，或者完全堵塞。因而，通過(guò)有選擇地堵塞通道920a-920d中的一個(gè)或更多個(gè)，可以調(diào)節(jié)穿過(guò)流動(dòng)控制裝置900的流體流動(dòng)。當(dāng)然，可用壓降的變更量隨通道數(shù)量而變化，根據(jù)需要，可以是一個(gè)或更多個(gè)。因而，在實(shí)施例中，流動(dòng)控制裝置900可以提供與穿過(guò)一個(gè)通道的流動(dòng)相關(guān)的壓降，或者提供與穿過(guò)兩個(gè)或更多個(gè)通道的流動(dòng)相關(guān)的復(fù)合壓降。這樣的裝置可以在現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)造，可以沿井眼放置不同構(gòu)造的裝置。另外，在實(shí)施例中，通道920a_920d的表面中的一些或全部可以構(gòu)造成對(duì)流動(dòng)具有特定的摩擦阻力。在有些實(shí)施例中，可以利用紋理、粗糙表面或其他這樣的表面特征來(lái)增大摩擦。作為選擇，通過(guò)使用拋光或光滑表面，可以減小摩擦。在實(shí)施例中，表面可以涂覆增大或減小表面摩擦的材料。此外，基于流動(dòng)材料(例如水或油)的性質(zhì)，可以構(gòu)造涂層來(lái)改變摩擦。例如，所述表面可以涂敷親水材料，這種親水材料吸水以增大對(duì)水流動(dòng)的摩擦阻力，或者可以涂敷疏水材料，這種疏水材料斥水以減少對(duì)水流動(dòng)的摩擦阻力。圖11顯示了示例性通道或流動(dòng)通道1100，其可以在依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例制成的流動(dòng)控制裝置中使用。這種流動(dòng)控制裝置可以包括一個(gè)或更多個(gè)這樣的流動(dòng)通道或通道組合。為了說(shuō)明目的，所示的通道1100包括級(jí)1102a-1102d，每個(gè)級(jí)分別包括腔或流動(dòng)區(qū)域1104a-1104d和相應(yīng)的流出端口或管路1106a_1106d。圖11所示的流體流動(dòng)狀況是水流過(guò)通道1100的模擬結(jié)果。地層流體1101經(jīng)由管路1106a進(jìn)入第一腔1104a，并經(jīng)由管路 1106b排出至腔1104b內(nèi)。第一腔1102a中的流體路徑1120a由腔1102a的筆直區(qū)段1122a 以及管路1106a和1106b之間的偏置量hi限定。壓降出現(xiàn)于管路1106b的開口處。后面的腔中的流動(dòng)路徑由類似的結(jié)構(gòu)參數(shù)限定。這些級(jí)的物理構(gòu)造可以設(shè)計(jì)成對(duì)于粘度或密度在第一范圍內(nèi)的流體(例如含水流體)，提供顯著高的壓降，而對(duì)于在第二范圍內(nèi)的流體(例如所包含的大都是油的流體)，提供基本上恒定的壓降。模擬結(jié)果表明，對(duì)于給定質(zhì)量流量 (體積)的水，穿過(guò)級(jí)1102a-1102c的壓降Λ P大約為在直管區(qū)段中流動(dòng)的水的壓降的4. 88 倍。通過(guò)選擇腔和管路參數(shù)，可以改變壓降的量。區(qū)域1130a-1130d分別顯示了不會(huì)明顯影響穿過(guò)它們的相應(yīng)級(jí)的壓降的區(qū)域。另外，這些腔的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造限定了彎曲度和在流動(dòng)流體中誘導(dǎo)的湍流，限定了這些腔之間各個(gè)端口的有效開口的減少。例如，引起大量湍流的腔由于端口內(nèi)以及端口周圍阻力明顯，可能僅導(dǎo)致端口打開70%而允許流體流動(dòng)。也可以有選擇地控制這種狀況，以產(chǎn)生穿過(guò)各級(jí)的所希望的壓降。圖12顯示了可以在依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例制成的流入控制裝置中使用的流動(dòng)通道1200。為了說(shuō)明目的,所示的通道1200包括級(jí)1202a-1202d,每個(gè)級(jí)分別包括通過(guò)相應(yīng)的管路1206a-1206d耦合的腔1204a_1204d。圖12所示的流體流動(dòng)狀況是水流過(guò)通道1200的模擬結(jié)果。地層流體1201經(jīng)由管路1206a進(jìn)入第一腔1204a，并經(jīng)由管路1206b 排出至腔1204b內(nèi)。第一腔1204a中的流體路徑1220a由腔1204a的彎曲區(qū)段1222a以及管路1106a和1106b之間的偏置量hi限定。壓降出現(xiàn)于各個(gè)管路的流出端口處。后面的每級(jí)1202b-1202d中的流動(dòng)路徑由類似的物理參數(shù)限定。各級(jí)的物理或結(jié)構(gòu)構(gòu)造可以設(shè)計(jì)成對(duì)于粘度或密度在第一范圍的流體(例如含水流體)，提供顯著高的壓降，而對(duì)于粘度或密度在第二范圍的流體(例如大部分為油的流體)，提供基本上恒定的壓降。模擬結(jié)果表明， 對(duì)于給定體積的水流動(dòng)，穿過(guò)級(jí)1202b-1202c的壓降Λρ大約為在直管區(qū)段中流動(dòng)的同樣體積的水的壓降的5. 60倍。通過(guò)選擇各級(jí)參數(shù)，可以改變壓降的量。區(qū)域1230a-1230d對(duì)應(yīng)于不會(huì)明顯引起壓降的區(qū)域。圖13顯示了可以在依照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例制成的流動(dòng)控制裝置中使用的另一個(gè)流動(dòng)通道1300。所示的通道1300為Z形通道，其包括第一基本上筆直的區(qū)段1310、第一成角度或彎曲的區(qū)段1320、第二基本上筆直的區(qū)段1330、第二成角度或彎曲的區(qū)段1340 和第三基本上筆直的區(qū)段1350。圖13所示的流動(dòng)路徑是水流過(guò)區(qū)段1300的模擬結(jié)果。在流動(dòng)通道1300中，在流動(dòng)中誘導(dǎo)的湍流減少了緊鄰各彎曲部的有效流動(dòng)面積。例如，區(qū)域 1360顯示了可以忽略的流體流動(dòng)區(qū)域或死區(qū)，其減少了沿著彎曲部1320的有效流動(dòng)面積。 同樣，相關(guān)的死區(qū)或非流動(dòng)區(qū)域1362減少了緊鄰彎曲部1340的有效流動(dòng)面積，區(qū)域1364 減少了緊鄰彎曲部1340的區(qū)段1350中的流動(dòng)面積。模擬結(jié)果表明，對(duì)于特定實(shí)施例中的水的壓降約為對(duì)于管區(qū)段中的水的壓降的4. 11倍。圖14顯示了流動(dòng)通道1400，其中地層流體1401從流入?yún)^(qū)域1402流入起伏狀或彎曲路徑1410中，所述路徑1410包括第一彎曲部1420。在一個(gè)方面，周圍的環(huán)增加了與彎曲部相切的慣性，這會(huì)增大穿過(guò)第二彎曲部1422的壓降。然后流體在元件1430周圍形成環(huán)， 并經(jīng)由第二彎曲部1422排出?？梢赃x擇彎曲部1420和1422的角度1421和1423，以提供所選擇的壓降，使得對(duì)于粘度或密度在第一范圍的流體(例如含水流體)的穿過(guò)通道1400的總壓降顯著較高，并且對(duì)于粘度或密度在第二范圍的流體(例如大部分為油的流體)的壓降基本上較低且恒定。一個(gè)或更多個(gè)彎曲部可以具有銳角(小于90度)。模擬結(jié)果表明，對(duì)于水，穿過(guò)特定構(gòu)造的通道1400的壓降可以為穿過(guò)直管區(qū)段的壓降的4. 2-5. 02倍。在另一個(gè)方面，在此，本發(fā)明提供一種確定用于流入裝置的一個(gè)或更多個(gè)流動(dòng)通道的構(gòu)造的方法，與對(duì)于粘度或密度在第二范圍的流體的壓降相比，該流入裝置對(duì)于粘度或密度在第一范圍的流體可以提供顯著高的壓降。對(duì)于特定應(yīng)用，限定一組流體參數(shù)，這些參數(shù)可以包括流量或流入裝置所需的總體積、流體的粘度范圍和/或密度范圍等等。然后可以選擇或限定流入裝置的一組初始參數(shù)，例如，這些參數(shù)可以包括下列中的一個(gè)或更多個(gè)級(jí)數(shù)、各級(jí)的表面面積、級(jí)幾何形狀、流動(dòng)端口之間的偏置量、流體在各級(jí)中的軸向行進(jìn)距離、流動(dòng)路徑的彎曲部角度、流動(dòng)路徑的彎曲度等等。利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和模擬模型確定流過(guò)規(guī)定流入控制裝置的壓降與流體粘度相比對(duì)的狀況。也可以執(zhí)行該模擬來(lái)提供通過(guò)各級(jí)的壓降、流體流動(dòng)速度模式、沿著流體路徑的有效流動(dòng)面積的減少等等?？蓪?duì)于所模擬的或所計(jì)算的不同范圍粘度或密度的壓降結(jié)果與所希望的壓降進(jìn)行比較。如果結(jié)果大于可接受值，則改變流動(dòng)控制裝置的一個(gè)或更多個(gè)初始參數(shù)，重復(fù)模擬工序。利用一個(gè)或更多個(gè)流入裝置參數(shù)的新值，可以繼續(xù)該迭代過(guò)程，直到獲得滿意的壓降關(guān)系。作為選擇，在各模擬運(yùn)行結(jié)束時(shí)可確定雷諾數(shù)(Re)和摩擦系數(shù)(K)之間的關(guān)系，以確定流入裝置構(gòu)造，這種流入裝置構(gòu)造對(duì)于不需要的流體、例如水，能夠提供高的壓降，而對(duì)于其他某些流體、例如油， 能夠提供相對(duì)恒定的壓力或?qū)恿??？梢愿鶕?jù)流動(dòng)速度模式，確定沿著流入裝置中流體路徑誘導(dǎo)的湍流的量、沿著端口或彎曲部的有效流動(dòng)面積的減少，等等，并利用所確定的這些因素在各模擬運(yùn)行之前選擇流入裝置的參數(shù)。在此描述的流動(dòng)控制裝置的示例性通道是在管中軸向設(shè)置的通道。但是，這樣的通道及其他依照這里的教導(dǎo)制成的通道可以徑向布置、螺旋布置或沿著任意其他角度布置。另外，這樣的流動(dòng)控制裝置在單個(gè)裝置中可以運(yùn)用不同類型的通道。因而，在一個(gè)方面，在此，本發(fā)明提供了一種用于控制流體在儲(chǔ)層和井眼之間流動(dòng)的設(shè)備，在一個(gè)實(shí)施例中，該設(shè)備可以包括一流通區(qū)域，所述流通區(qū)域構(gòu)造成當(dāng)與該流通區(qū)域有關(guān)的選擇參數(shù)處于第一范圍時(shí)，顯著增加該選擇參數(shù)的值，當(dāng)流體的選定性能處于第二范圍時(shí)，保持選擇參數(shù)的值基本恒定。
在另一個(gè)方面，流動(dòng)控制裝置可包括一流通區(qū)域，所述流通區(qū)域構(gòu)造成，當(dāng)流體的選定性能處于第一范圍時(shí)，顯著增大穿過(guò)流通區(qū)域的壓降，當(dāng)流體的選定性能處于第二范圍時(shí)，基本上保持穿過(guò)流通區(qū)域的壓降恒定。在另一個(gè)實(shí)施例中，流動(dòng)控制裝置可以包括流入?yún)^(qū)域、流通區(qū)域和流出區(qū)域，其中，所述流通區(qū)域構(gòu)造成，當(dāng)流體的粘度或密度處于第一范圍時(shí)，顯著增加壓降，當(dāng)流體的粘度或密度處于第二范圍時(shí)，保持基本恒定的壓降。在一個(gè)方面，所述第一范圍可以包括粘度小于10cP，所述第二范圍可以包括粘度超過(guò)10cP。作為選擇，第一范圍可以包括密度大于8. 33磅每加侖，第二范圍包括密度小于8. 33磅每加侖。在一個(gè)方面，流通區(qū)域可以構(gòu)造成在粘度或密度處于所述第一范圍內(nèi)的流體中誘導(dǎo)選擇量的湍流，以對(duì)于穿過(guò)流通區(qū)域的給定流體流量，提供穿過(guò)流通區(qū)域的所希望的壓降。在另一個(gè)方面，流動(dòng)區(qū)域可包括一結(jié)構(gòu)區(qū)域，所述結(jié)構(gòu)區(qū)域構(gòu)造成經(jīng)由第一端口接收流體，并經(jīng)由第二端口排出所接收的流體，第二端口具有尺寸“d”，該結(jié)構(gòu)區(qū)域具有軸向距離“X”，第一端口和第二端口之間存在偏置量 “h”。在一個(gè)實(shí)施例中，h是d的4-6倍。在另一個(gè)實(shí)施例中,h/x大于d/h。在另一個(gè)實(shí)施例中，流通區(qū)域可以構(gòu)造成包括彎曲路徑。在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種流動(dòng)控制裝置，其可以包括流通區(qū)域，所述流通區(qū)域包括結(jié)構(gòu)流區(qū)域、流入開口和流出開口，其中，選擇所述結(jié)構(gòu)流區(qū)域、流入開口與流出開口之間的結(jié)構(gòu)流區(qū)域中的流體流動(dòng)路徑、流體流動(dòng)路徑的彎曲度以及流出開口的尺寸， 使得與具有處于第二范圍內(nèi)的高Re的流體相比，對(duì)于具有處于第一范圍內(nèi)的低雷諾數(shù) (“Re”)的流體的流體性能系數(shù)(“K”)的值顯著較大。在另一個(gè)方面，提供了一種方法，其可包括限定用于流過(guò)所述流入控制裝置的流體的流量；選擇用于在管狀元件上形成的流通區(qū)域的幾何形狀，該流通區(qū)域包括入口、出口和位于入口和出口之間的流動(dòng)路徑，所述流動(dòng)路徑構(gòu)造成在入口和出口之間的流體流動(dòng)中誘導(dǎo)足以減少出口的有效流動(dòng)區(qū)域的湍流，以對(duì)于所限定的流量，使得具有在第一范圍內(nèi)的粘度或密度的流體的穿過(guò)出口的壓降顯著高于具有在第二范圍內(nèi)的粘度或密度的流體； 和形成具有所選擇的幾何形狀的管狀元件。在又一個(gè)方面，提供了一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其可允許處理器進(jìn)入，用于執(zhí)行嵌入到計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的程序的指令，該程序可以包括(a)存取用于流體流動(dòng)控制裝置的流量的指令；(b)存取用于流入控制裝置的形成在一管狀元件上的流通部分的第一幾何形狀的指令，流通部分包括入口、出口和位于入口和出口之間的彎曲路徑，所述彎曲路徑構(gòu)造成在入口和出口之間的流體流動(dòng)中誘導(dǎo)足以減少出口的有效流動(dòng)區(qū)域的湍流，以對(duì)于所限定的流量，使得具有在第一范圍內(nèi)的粘度或密度的流體的穿過(guò)出口的壓降顯著高于具有在第二范圍內(nèi)的粘度或密度的流體；(C)對(duì)應(yīng)于多個(gè)流體粘度或流體密度，基于第一幾何形狀，計(jì)算穿過(guò)出口的壓降的指令；(d)將所計(jì)算的對(duì)應(yīng)于所述第一范圍和第二范圍的壓降與所希望的值進(jìn)行比較的指令；(e)利用一個(gè)或更多個(gè)另外的幾何形狀，重復(fù)步驟c和d，直到所計(jì)算的壓降在可接受的值之內(nèi)的指令4P(e)存儲(chǔ)具有滿足所希望的值的壓降的幾何形狀的指令。應(yīng)當(dāng)明白，圖1-14旨在僅僅說(shuō)明在此所述的原理和方法的教導(dǎo)，這些原理和方法可以應(yīng)用于設(shè)計(jì)、構(gòu)造和/或利用流入控制設(shè)備。此外，為便于說(shuō)明和描述，上文的描述針對(duì)的是本發(fā)明的特定實(shí)施例。但是，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見的是，在沒有背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行許多修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于控制流體在地層和井眼之間流動(dòng)的流動(dòng)控制裝置，其包括流通區(qū)域，所述流通區(qū)域構(gòu)造成當(dāng)流體的選定性能處于第一范圍時(shí)，顯著增大穿過(guò)流通區(qū)域的壓降，當(dāng)流體的選定性能處于第二范圍時(shí)，保持穿過(guò)流通區(qū)域的壓降基本上恒定。
2.如權(quán)利要求I所述的流動(dòng)控制裝置，其中，該選定性能為粘度，所述第一范圍包括粘度小于約10cP，所述第二范圍包括粘度在約IOcP之上。
3.如權(quán)利要求I所述的流動(dòng)控制裝置，其中，該選定性能為密度，所述第一范圍包括密度大于約8. 33磅每加侖，所述第二范圍包括密度小于約8. 33磅每加侖。
4.如權(quán)利要求I所述的流動(dòng)控制裝置，其中，所述流通區(qū)域包括限定穿過(guò)該流通區(qū)域的壓降的彎曲路徑。
5.如權(quán)利要求4所述的流動(dòng)控制裝置，其中，穿過(guò)所述彎曲路徑的壓降隨流體在所述第一范圍內(nèi)的選定性能而變化。
6.如權(quán)利要求4所述的流動(dòng)控制裝置，其中，所述彎曲路徑包括銳角彎曲部，以及其中，緊鄰該銳角彎曲部的壓降隨流體在所述第一范圍內(nèi)的選定性能的值的改變而改變。
7.如權(quán)利要求I所述的流動(dòng)控制裝置，其中，該流通區(qū)域包括入口和出口之間的偏置量h ;所述出口所具有的尺寸“d” ；以及在所述入口和出口之間的軸向流動(dòng)距離X。
8.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，h是d的4-6倍。
9.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備,其中，h/x大于d/h。
10.如權(quán)利要求I所述的流動(dòng)控制裝置，其中，該流通區(qū)域包括下列之一Z形流體流動(dòng)路徑；S形流體流動(dòng)路徑；以及包括圓形路徑和銳角彎曲部的流體流動(dòng)路徑。
11.一種用于控制流體在地層和井眼之間流動(dòng)的流動(dòng)控制裝置，其包括流通區(qū)域，該流通區(qū)域構(gòu)造成當(dāng)流體的雷諾數(shù)在第一范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，使得流體性能系數(shù)以指數(shù)律地顯著增大，而當(dāng)流體的雷諾數(shù)處于第二范圍時(shí)，使得所述性能系數(shù)保持基本恒定。
12.如權(quán)利要求11所述的流動(dòng)控制裝置，其中，所述第一范圍對(duì)應(yīng)于大部分為水或氣的流體，所述第二范圍對(duì)應(yīng)于大部分為原油的流體。
13.如權(quán)利要求11所述的流動(dòng)控制裝置，其中，所述流通區(qū)域包括多級(jí)，當(dāng)雷諾數(shù)在所述第一范圍變動(dòng)時(shí)，各級(jí)引起流體性能系數(shù)的值的增大。
14.如權(quán)利要求11所述的流動(dòng)控制裝置，其中，所述流通區(qū)域包括位于用于接收流體的入口與用于排出所接收的流體的出口之間的彎曲路徑，其中，所述彎曲路徑基于流體中的水含量或氣含量在流體中誘導(dǎo)湍流，所述湍流改變了緊鄰出口的流體的行進(jìn)有效面積。
15.一種供井眼使用的設(shè)備，其包括防砂裝置，該防砂裝置構(gòu)造成控制地層流體中含有的固體顆粒流過(guò)防砂裝置；和流動(dòng)控制裝置，該流動(dòng)控制裝置構(gòu)造成接收來(lái)自防砂裝置的地層流體，該流動(dòng)控制裝置包括流通區(qū)域，所述流通區(qū)域構(gòu)造成當(dāng)流體的選定性能處于第一范圍內(nèi)時(shí)，使得與該流通區(qū)域有關(guān)的選擇參數(shù)顯著增大，當(dāng)流體的所述選定性能處于第二范圍內(nèi)時(shí)，使得所述選擇參數(shù)的值基本保持恒定。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，所述選擇參數(shù)為下列之一(i)流體的粘度； ( )流體的密度；和(iii)流體的性能系數(shù)。
17.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，所述流通區(qū)域包括位于用于接收流體的入口與用于排出所接收的流體的出口之間的彎曲路徑，其中，所述彎曲路徑基于流體中的水含量或氣含量在流體中誘導(dǎo)湍流，以引起緊鄰所述出口的流體有效流動(dòng)面積的改變。
18.一種開采井眼系統(tǒng)，其包括井眼中的中心管；中心管外面的防砂裝置，該防砂裝置構(gòu)造成控制地層中含有的固體顆粒流入所述中心管；和流動(dòng)控制裝置，該流動(dòng)控制裝置構(gòu)造成接收來(lái)自所述防砂裝置的地層流體，該流動(dòng)控制裝置包括流通區(qū)域，所述流通區(qū)域構(gòu)造成當(dāng)流體的選定性能處于第一范圍內(nèi)時(shí)，使得該流通區(qū)域的選擇參數(shù)的值顯著增大，當(dāng)流體的所述選定性能處于第二范圍內(nèi)時(shí)，使得所述選擇參數(shù)的值基本保持恒定。
19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，選擇參數(shù)為下列之一流體的(i)粘度；(ii )密度jP(iii)性能系數(shù)。
20.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，所述流通區(qū)域包括彎曲路徑，該彎曲路徑基于流體中的水含量或氣含量在流體中誘導(dǎo)湍流，該湍流改變了所述流體穿過(guò)所述彎曲路徑行進(jìn)的有效面積。
全文摘要
本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N用于控制流體從儲(chǔ)層流入井眼中的設(shè)備，在一個(gè)實(shí)施例中，該設(shè)備可以包括一流通區(qū)域，所述流通區(qū)域構(gòu)造成當(dāng)與該流通區(qū)域有關(guān)的選擇參數(shù)處于第一范圍時(shí)，顯著增加該選擇參數(shù)的值，當(dāng)流體的選定性能處于第二范圍時(shí)，所述選擇參數(shù)保持為基本恒定的值。
文檔編號(hào)E21B34/08GK102612589SQ201080051740
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2010年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月2日
發(fā)明者E·G·鮑恩, G·A·加西亞, L·A·加西亞, R·D·拉塞爾, S·巴內(nèi)吉 申請(qǐng)人:貝克休斯公司