繞過流動控制裝置的設(shè)備、系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種用于井下工具的旁通組件包括：腔室；與腔室流體連通的第一流體端口；與腔室流體連通的第二流體端口；流動限制器，設(shè)置在第一流體端口與第二流體端口之間的第一流動路徑中；活塞，能夠通過第一流體壓力的施加而沿第一方向移動；偏置構(gòu)件；以及抑制構(gòu)件，設(shè)置為靠近活塞。偏置構(gòu)件使活塞偏置，以沿與第一方向相反的第二方向移動，且抑制構(gòu)件由活塞響應(yīng)預(yù)定流體壓力而沿第一方向的移動進(jìn)行驅(qū)動。活塞沿第二方向到預(yù)定位置的移動構(gòu)造旁通組件，從而使流體流動沿著第二流動路徑圍繞流動限制器轉(zhuǎn)向。
【專利說明】繞過流動控制裝置的設(shè)備、系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]概括而言，本發(fā)明涉及與地下井一同使用的設(shè)備和執(zhí)行的操作，本發(fā)明尤其涉及用于管理流入和流出管體的流體的流動控制裝置的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]在不限制本發(fā)明范圍的前提下，以下將參照從含烴地層生產(chǎn)流體作為示例而描述本發(fā)明的背景。
[0003]在從地下井中生產(chǎn)烴類期間，需要大體減少或排除從井中生產(chǎn)的水的生產(chǎn)。例如，可能期望從井中生產(chǎn)的流體具有相對較高的烴類的比例，和相對較低的水的比例。在一些情況下，還期望限制來自井中的烴類氣體的生產(chǎn)。
[0004]另外，在從被井眼穿透的地層的長區(qū)段(interval)中生產(chǎn)流體時(shí)，已知的是，沿區(qū)段平衡流體的生產(chǎn)可導(dǎo)致減少的水和氣體“錐進(jìn)”，和更多的受控制的一致性，從而增大從區(qū)段中生產(chǎn)的油的比例和總量。在過去，為了沿區(qū)段平衡生產(chǎn)，流入控制裝置(KDs)已經(jīng)被使用以限制通過ICDs的生產(chǎn)的流體的流動。例如，在長水平井眼中，在井眼的“腳跟部”附近流動的流體可比在井眼的“腳趾部”附近流動的流體受到更多的限制，以抵消水平井的傾向(tendency)從而使在井的“腳跟部”生產(chǎn)的流量大于在井的“腳趾部”生產(chǎn)的流量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個(gè)實(shí)施例中，一種用于在井下工具中使用的旁通組件包括:腔室；與腔室流體連通的第一流體端口 ；與腔室流體連通的第二流體端口 ；流動限制器，設(shè)置在第一流體端口與第二流體端口之間的第一流動路徑中；活塞，能夠通過第一流體壓力的施加而沿第一方向移動；偏置構(gòu)件；以及抑制構(gòu)件，設(shè)置為靠近活塞。偏置構(gòu)件偏置活塞，使活塞沿與第一方向相反的第二方向移動，且抑制構(gòu)件由活塞響應(yīng)預(yù)定流體壓力而沿第一方向的移動進(jìn)行驅(qū)動。活塞沿第二方向到預(yù)定位置的移動構(gòu)造旁通組件，從而使流體流動沿第二流動路徑圍繞流動限制器轉(zhuǎn)向。
[0006]在一個(gè)實(shí)施例中，一種在井下工具中使用的流動控制裝置包括:流動限制件，設(shè)置在第一端口與第二端口之間的第一流動路徑中；以及旁通機(jī)構(gòu)，構(gòu)造為能夠響應(yīng)第一壓力在第一位置與第二位置之間移動。當(dāng)旁通機(jī)構(gòu)在第一位置時(shí)，第一端口與第二端口之間的第一流動路徑被建立，且當(dāng)旁通機(jī)構(gòu)在第二位置時(shí)，第一端口與第二端口之間的第二流動路徑被建立。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，一種繞過流動限制器的方法包括:使流體流經(jīng)第一端口與第二端口之間的第一流動路徑，其中第一流動路徑包括流動限制器；響應(yīng)施加到可動元件的壓力而平移可動元件，其中平移可動元件能打開第一端口與第二端口之間的第二流動路徑；以及使流體流經(jīng)第二流動路徑。
[0008]這些以及其他特征和特性結(jié)合附圖和權(quán)利要求書從以下詳細(xì)描述中將被更加清晰地理解。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]以下將參照附圖具體描述本文公開的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，在附圖中:
[0010]圖1是包括多個(gè)流動控制裝置的井系統(tǒng)的示意圖；
[0011]圖2A是流動控制裝置在第一位置的一實(shí)施例的剖視圖；
[0012]圖2B是流動控制裝置在第二位置的一實(shí)施例的剖視圖；
[0013]圖2C是流動控制裝置在第三位置的一實(shí)施例的剖視圖；
[0014]圖3是包括噴嘴流動限制器的流動控制裝置的一實(shí)施例的剖視圖；
[0015]圖4是包括U形彎曲流動限制器的流動控制裝置的一實(shí)施例的剖視圖；
[0016]圖5是包括環(huán)形流管流動限制器的流動控制裝置的一實(shí)施例的剖視圖；
[0017]圖6是包括螺旋流管流動限制器的流動控制裝置的一實(shí)施例的剖視圖；
[0018]圖7A是流動控制裝置的一實(shí)施例的剖視圖，該流動控制裝置包括處于以第一位置示出的J形槽機(jī)構(gòu)形式的抑制構(gòu)件；
[0019]圖7B是圖7A的流動控制裝置的剖視圖，該流動控制裝置具有以第二位置示出的J形槽機(jī)構(gòu)；
[0020]圖7C是圖7A的流動控制裝置的剖視圖，該流動控制裝置具有以第三位置示出的J形槽機(jī)構(gòu)；
[0021]圖8是圖7A至圖7C中示出的J形槽的俯視圖；
[0022]圖9是用于圖7A至圖7C的J形槽機(jī)構(gòu)的凸起環(huán)的實(shí)施例的立體圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]首先應(yīng)理解，雖然本文公開了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的示例性實(shí)施，所公開的設(shè)備、系統(tǒng)和方法可示例性地用于任意數(shù)量的當(dāng)前技術(shù)或現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明決非限制于下文示出的示例性實(shí)施、附圖、和技術(shù)，而是可在所附權(quán)利要求的范圍以及其等同物的完全范圍內(nèi)改變。
[0024]某些術(shù)語在下文的描述和權(quán)利要求中通篇使用，以指代特定的特征或構(gòu)件。附圖不一定是按照比例的。本文中的某些特征和構(gòu)件能以放大的比例示出或以某種示意的形式示出，且為了清晰和簡明，可不示出常用元素的一些細(xì)節(jié)。
[0025]除非另有規(guī)定，“連接”、“接合”、“聯(lián)接”、“附接”或其它任何描述元件之間的相互作用的術(shù)語的任何形式和用法均不是意圖將這些元件之間的關(guān)聯(lián)限制為直接相互作用，所描述的元件之間也可包括間接相互作用。在下文的論述和權(quán)利要求中，術(shù)語“包含”和“包括”是用于開放式描述，應(yīng)理解為“包括但不限于”。對上或下的引用是為了描述的目的，其中“上方”、“上部”、“向上”、或“井上”指的是朝向井眼的地面方向，而“下方”、“下部”、“向下”、或“井下”指的是朝向井的末端方向，與油井的方位無關(guān)。本文使用的術(shù)語“油帶”或“產(chǎn)油帶”指的是為了處理或生產(chǎn)而指定的井眼的單獨(dú)的部分，且可以指整個(gè)烴類地層或單個(gè)地層的單獨(dú)部分，例如同一地層的水平和/或豎直隔開的多個(gè)部分。在閱讀下文多個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)描述并參照附圖后，在本發(fā)明的幫助下，上述的多種特征以及下文具體描述的其它特征和特性對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。
[0026]首先參照圖1，其中描繪了示例性井系統(tǒng)10，包括具有大致豎直段14與大致水平段16的井眼12、套管18、管柱20、多個(gè)隔開的封隔器22和流動控制裝置24、以及地層26。
[0027]烴類的生產(chǎn)可通過使含有烴類的流體從地層26流出，進(jìn)入水平節(jié)段16，并通過多個(gè)流動控制裝置24流入管柱20而實(shí)現(xiàn)。在該示例中，流動控制裝置24提供了對來自地層26的不需要的物質(zhì)的過濾，并提供了對從地層輸入到管柱20中的流體的測量。封隔器22能夠通過提供井眼12的外壁與管柱20之間的密封，沿井眼12將每個(gè)單獨(dú)流動控制裝置24隔離到不同的油帶或區(qū)段中。
[0028]流經(jīng)管柱20的流體的摩擦效應(yīng)會導(dǎo)致設(shè)置在水平節(jié)段16中的管柱20的井上節(jié)段中的流體壓力損失增大。該壓力損失導(dǎo)致管柱20的設(shè)置在水平節(jié)段16中的井上節(jié)段與地層26之間的壓差的增大，壓差增大進(jìn)而導(dǎo)致進(jìn)入管柱20的井上節(jié)段的更高的流速。因此，將每個(gè)流體控制裝置24隔離允許對每個(gè)流體控制裝置24的測量能力進(jìn)行修改，從而導(dǎo)致流入管柱20的每個(gè)節(jié)段的流量更加均勻。例如，井上的流動控制裝置24可包括較大的流動限制件，以抵抗迫使流體進(jìn)入流動控制裝置的更大的壓差。
[0029]雖然圖1描繪了打開且未下套的水平節(jié)段16中的多個(gè)流動控制裝置24，應(yīng)理解的是這些流動控制裝置同樣適合用于下套的井眼中。例如，當(dāng)將處理化學(xué)物(例如酸)注入到下套井眼的穿孔中時(shí)，這些流動控制裝置24和封隔器22可用于流動控制的目的。而且，雖然圖1將流動控制裝置24描繪為每一個(gè)都被封隔器22隔離，應(yīng)理解的是，任何數(shù)量的流動控制裝置24可一起形成群組并被封隔器22隔離，而不背離本發(fā)明的原理。此外，雖然圖1描繪了在水平井眼16中的流動控制裝置24，還應(yīng)理解的是，流動控制裝置同樣適用于具有其它方向構(gòu)造的井眼，包括豎直井眼、偏移井眼、斜井眼、多分支井眼等。
[0030]在錐進(jìn)導(dǎo)致的井中的水或氣體生產(chǎn)開始之后，有時(shí)期望減少I⑶s產(chǎn)生的任何流動限制，以使生產(chǎn)最大化。因此，雖然可期望ICDs延遲水或氣體的生產(chǎn)開始的時(shí)間點(diǎn)，在該時(shí)間點(diǎn)之后會需要更高的進(jìn)入井中的流量，以從周圍地層中抽取任何剩余烴類。所以，本文公開了當(dāng)在井中已經(jīng)將I⑶s安裝在井下之后，快速且有效地繞過這些I⑶s而不需要物理干預(yù)進(jìn)入井中的設(shè)備和方法。
[0031]雖然可使用多個(gè)機(jī)構(gòu)，應(yīng)認(rèn)識到流動控制裝置可包括在井下工具中使用的旁通組件，該井下工具可用于如繞過ICD等流動限制件。旁通組件可包括可動元件，可動元件可構(gòu)造為響應(yīng)從第二端口輸入的第一流體壓力的施加而移動。旁通組件還可包括抑制構(gòu)件，抑制構(gòu)件構(gòu)造為抑制可動元件使其不被驅(qū)動，直到可動元件被施加閾值以上的預(yù)定流體壓力?；钊筋A(yù)定位置的移動，可使流體流動沿第二流動路徑圍繞流動限制件轉(zhuǎn)向，從而能夠繞過流動限制件而不需要機(jī)械干涉進(jìn)入井中。在一個(gè)實(shí)施例中，第二流動路徑可在第一端口與第二端口之間的流體流動中具有較小的壓降。因此，旁通組件可構(gòu)造為使得流體能夠沿第一流動路徑生產(chǎn)，響應(yīng)流體壓力而使可動元件平移，且其后沿第二流動路徑生產(chǎn)流體。類似地，旁通組件可構(gòu)造為以第一壓降生產(chǎn)流體，響應(yīng)流體壓力使可動元件平移，且其后以不同于第一壓降的第二壓降生產(chǎn)流體。
[0032]在一個(gè)實(shí)施例中，包括旁通組件的多個(gè)流動控制裝置可與設(shè)置在井眼中的多個(gè)流動限制件一同使用。在該實(shí)施例中，旁通組件中的一個(gè)或多個(gè)可構(gòu)造為響應(yīng)高于閾值的第一壓力的施加而驅(qū)動可動元件。該一個(gè)或多個(gè)旁通組件可構(gòu)造為當(dāng)維持第一壓力時(shí)，平移可動元件并阻止流體流經(jīng)旁通組件。這會使得所有旁通組件能夠沿井眼的長度被驅(qū)動，直到其后壓力下降，且旁通組件重新構(gòu)造為使流體流動沿第二流動路徑圍繞流動限制件轉(zhuǎn)向。雖然僅有一部分旁通組件可響應(yīng)閾值以上的第一壓力而驅(qū)動，一個(gè)或多個(gè)額外的旁通組件可響應(yīng)閾值以上的第二壓力而被驅(qū)動，其中第二壓力大于第一壓力。
[0033]現(xiàn)在參照圖2A，其中描繪了流動控制裝置100的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖，流動控制裝置100適合于作為上文參照圖1描述的流動控制裝置24使用。概括而言，流動控制裝置100包括管道或管狀構(gòu)件102、過濾器104、第一端口 106、外殼108、具有流體通道112的流動限制器110、具有第一側(cè)116和第二側(cè)118的活塞114、剪切構(gòu)件124、以及偏置構(gòu)件126。
[0034]管狀構(gòu)件102包括能夠用于井下且能夠連通處于高壓的流體的任意管狀構(gòu)件。管狀構(gòu)件102形成上文參照圖1描述的可被繞過的管柱20的一部分。管狀構(gòu)件102包括內(nèi)部流體通路102a，流體可通過內(nèi)部流體通路102a沿井上和井下方向都進(jìn)行輸送，還包括至少一個(gè)徑向方向的第二端口 122，第二端口 122延伸穿過管狀構(gòu)件102的壁。
[0035]外殼108包括環(huán)形構(gòu)件，該環(huán)形構(gòu)件設(shè)置為圍繞管狀構(gòu)件102并形成環(huán)形腔室108c，外殼108還包括柱形外部108a以及從柱形外部108a徑向延伸且固定到管狀構(gòu)件102的外表面的凸緣部108b。外部108a和凸緣108b共同限定外殼108與管狀構(gòu)件102之間的腔室108c。第三端口 128提供井眼12與腔室108c之間的流體連通。內(nèi)部凸緣108d與凸緣108b相對，靠近過濾器104，并且從外部108a徑向延伸到腔室108c中，且如下文將更詳細(xì)描述地限定第一端口 106的一部分。
[0036]流動限制器110是圍繞管狀構(gòu)件102設(shè)置的環(huán)形構(gòu)件。在該實(shí)施例中，限制器110具有長形的管狀部IlOa和從管狀部IlOa徑向延伸的凸緣部110b。管狀部IlOa固定到管狀構(gòu)件102。凸緣部IlOb的徑向最外表面包括凹槽110c，環(huán)形密封件120a保持在凹槽IlOc中。而且在流動限制器110的該實(shí)施例中，至少一個(gè)流體通道112沿軸向延伸穿過管狀部IlOa0
[0037]活塞114是圍繞管狀構(gòu)件102設(shè)置的另一構(gòu)件，且適配為與外殼108和管狀構(gòu)件102滑動接合?；钊?14包括長形的外部114a、下凸緣部114b、以及與下凸緣部相對的上凸緣部114c。下凸緣部114b從外部114a向內(nèi)延伸且保持環(huán)形密封件120b和120c，環(huán)形密封件120b和120c分別密封接合外殼108的內(nèi)表面和管狀構(gòu)件102的外表面。下凸緣部106b還包括設(shè)置為靠近第二端口 122的第一側(cè)116和設(shè)置為靠近剪切構(gòu)件124的第二側(cè)118。上凸緣部114c包括面向內(nèi)部的密封表面，用以與保持在流動限制器110的凹槽IlOc中的密封件120a密封接合。環(huán)形密封件120b和120c將腔室108c劃分為兩部分，其中一部分包含第一端口 106、流動限制器110、第二端口 122以及活塞的第一側(cè)116，而另一部分包含剪切構(gòu)件124、偏置構(gòu)件126、以及第三端口 128。
[0038]在該實(shí)施例中，剪切構(gòu)件124是設(shè)置在腔室108c中且延伸到管狀構(gòu)件102的壁中的銷。剪切構(gòu)件124位于活塞114的第二側(cè)118與偏置構(gòu)件126之間。剪切構(gòu)件124的縱軸線垂直于管狀構(gòu)件102的縱軸線。而且，剪切構(gòu)件124固定在管狀構(gòu)件102中的孔124a中。
[0039]偏置構(gòu)件126可包括壓縮彈簧，該壓縮彈簧設(shè)置為圍繞腔室108c中的管狀構(gòu)件102，且起始時(shí)被剪切構(gòu)件124抑制在壓縮狀態(tài)而不能移動。而且，偏置構(gòu)件126產(chǎn)生對剪切構(gòu)件124的偏置力。剪切構(gòu)件124和偏置構(gòu)件126設(shè)計(jì)為使得剪切構(gòu)件能夠經(jīng)受偏置力而不進(jìn)行剪斷。而且，雖然圖2B將偏置構(gòu)件126描繪為彈簧，任意適當(dāng)?shù)钠脵C(jī)構(gòu)(例如盤簧、扭力彈簧、氣彈簧、彈性構(gòu)件等)均可如本文描述地提供對活塞114的力。
[0040]在常規(guī)操作期間，當(dāng)經(jīng)由井系統(tǒng)生產(chǎn)烴類時(shí)，管狀構(gòu)件102中的壓力會低于周圍地層26中的流體的壓力。此時(shí)，活塞114設(shè)置在圖2A示出的第一位置，其中第二側(cè)118作用于剪切構(gòu)件124且上凸緣部114c與流動限制器110的密封件120a密封接合。在該構(gòu)造中，由于該壓差，建立了流動路徑130，其中流體從周圍地層進(jìn)入過濾器104，以去除任何夾帶的沙子或其它的巖屑和顆粒中的至少一部分。圖2A示出的過濾器104是所謂的“繞絲”型，其中的絲線圍繞管道102緊密地螺旋纏繞，每次絲線的纏繞之間的間隔設(shè)計(jì)為允許流體經(jīng)過但不允許沙子或大于特定尺寸的其它巖屑經(jīng)過。也可使用其它類型的過濾器，例如燒結(jié)型、網(wǎng)型、預(yù)充填型、可膨脹型、狹縫型、穿孔型等。
[0041]在過濾后，流體通過第一端口 106進(jìn)入流動控制裝置100，然后經(jīng)過流動限制器110的流體通道112，流體通道112在進(jìn)入流動限制器的流體與離開流動限制器的流體之間產(chǎn)生壓降。由于位于流動限制器上的密封件120a密封了流動限制器110和活塞114的接合表面，沿流動路徑130經(jīng)過的流體被阻止而不能圍繞流動限制器110流動或繞過流動限制器110。在離開流動限制器110之后，流體隨后沿著流動路徑130通過第二端口 122且進(jìn)入管狀構(gòu)件102。流動路徑130中的流體被環(huán)形密封件120b、120c阻止而不能圍繞活塞114流動并且不能流出第三端口 128，環(huán)形密封件120b、120c設(shè)置在活塞上，并且密封接合在活塞114與外殼108之間的表面以及活塞與管狀構(gòu)件102之間的表面。
[0042]在該特定實(shí)施例中，流動限制器110是柱形流管且具有至少一個(gè)貫通通道112，貫通通道112大體平行于流動限制器110的縱軸線延伸且直徑基本上小于流動限制器110的軸向長度。流體通道112的細(xì)長的孔產(chǎn)生流動限制，導(dǎo)致流經(jīng)其中的流體的壓降。而且，流體通道112的直徑和長度可在流動控制裝置100安裝之前進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)所需量的流動限制。雖然圖2A示出了具有流管型流動限制器110的流動控制裝置100，可使用符合本申請陳述的原理的其它流動限制器設(shè)計(jì)，如下文所描述的。
[0043]再次參照圖1，在烴類的生產(chǎn)中的某個(gè)時(shí)間，為了允許更高的流體流速從周圍的地層進(jìn)入管柱20，可有益地繞過流動控制裝置100的流動限制器110。例如，為了延遲從地層26進(jìn)入管柱20的水或氣體生產(chǎn)，通常在起始時(shí)需要每個(gè)獨(dú)立的流動控制裝置24具有統(tǒng)一流速。一旦井系統(tǒng)10已經(jīng)開始從地層26生產(chǎn)水或氣體，來自流動控制裝置24的統(tǒng)一測量的流動的優(yōu)勢減小，并且替代的，為了獲取留在地層26中的任何剩余烴類，需要增大流量。因此，為了增大從地層26進(jìn)入管柱20的流速，會需要用于減少流動控制裝置24中的流動限制的器件。
[0044]現(xiàn)在參照圖2B，流動控制裝置100設(shè)有旁通機(jī)構(gòu)，旁通機(jī)構(gòu)構(gòu)造為通過將壓力信號引入管狀構(gòu)件102，從而使得流動控制裝置能夠減輕流動限制(且因而增大流體進(jìn)入量)。具體來說，管狀構(gòu)件102的內(nèi)部流體通路102a可被加壓，使得管狀構(gòu)件102中的流體壓力高于周圍地層26中的流體的壓力。壓力的增大導(dǎo)致流體沿與流動路徑132相反的方向流動。流動路徑132中的流體從內(nèi)部流體通路102a通過形成在管狀構(gòu)件102中的第二端口 122移動到腔室108c中。流體從那里流入流動限制器110的流體通道112。在那之后，在流動路徑132中移動的流體通過穿過過濾器104而離開腔室108c并進(jìn)入井眼12 (圖1中示出)。
[0045]然而，由于流動限制器110產(chǎn)生的壓降，進(jìn)入流動限制器110的流體的壓力高于離開流動限制器的流體的壓力。因此，來自經(jīng)由第二端口 122進(jìn)入腔室108c的流體的壓力施加到活塞114的凸緣部114b的第一側(cè)116。這個(gè)壓力迫使活塞114沿抵靠剪切構(gòu)件124的第一方向移動，剪切構(gòu)件124響應(yīng)剪切力而在預(yù)定的力時(shí)剪斷，該剪切力是通過對管狀構(gòu)件102中的流體加壓而產(chǎn)生的且由活塞114施加的。剪切構(gòu)件124可構(gòu)造為在施加已知的力時(shí)被剪斷，這樣就可以計(jì)算需要對管狀構(gòu)件102中的流體施加的壓力的量，所以井系統(tǒng)的操作員會大約知道為了將剪切構(gòu)件124剪斷而必須對管狀構(gòu)件102施加怎樣的壓力。
[0046]在將剪切構(gòu)件124剪斷時(shí)，活塞114對偏置構(gòu)件126施加力。來自進(jìn)入第二端口122的流體的壓力會抵抗(conteract)偏置構(gòu)件126產(chǎn)生的偏置力，迫使偏置構(gòu)件進(jìn)行壓縮。由于第三端口 128使偏置構(gòu)件126周圍的流體能夠逃逸到井眼12中，導(dǎo)致偏置構(gòu)件126周圍的流體不會響應(yīng)活塞114的軸向移動而提供壓力。
[0047]雖然剪切構(gòu)件124已經(jīng)被剪斷，且活塞因此能夠沿偏置構(gòu)件126的方向軸向移動(圖2B中描繪的由左到右)，但是流動限制器110與活塞114之間的密封件120a阻止流動路徑132中的任何流體圍繞流動限制器脫離(deviating)。因此，不存在供管狀構(gòu)件102中的較高壓力的流體逃逸的最小阻力路徑，迫使設(shè)置在管狀構(gòu)件102上的所有流動控制裝置100中的剪切構(gòu)件124剪斷。這與通常使用在生產(chǎn)管柱中的流動控制裝置中的爆破片有所區(qū)別，因?yàn)橐坏┮粋€(gè)流動控制裝置中的第一爆破片已經(jīng)破裂，流體就能夠繞過流動限制器，且因此為較高壓力的流體提供了最小阻力的路徑，阻止了沿生產(chǎn)管柱設(shè)置的其它流動控制裝置中的爆破片的破裂。
[0048]現(xiàn)在參照圖2C，在將流動控制裝置100的剪切構(gòu)件124剪斷之后，操作員會減少管狀構(gòu)件102中的壓力，直到產(chǎn)生壓差，其中流動控制裝置100周圍的地層26的流體中存在較高壓力而管狀構(gòu)件102中存在較低壓力。管狀構(gòu)件102中的減小的壓力導(dǎo)致壓力的減小，且因此導(dǎo)致作用于活塞114的第一側(cè)116的力減小。作用于第一側(cè)116的減小的力會被偏置構(gòu)件126產(chǎn)生的偏置力抵消(offset)。較大的偏置力作用于活塞的第二側(cè)118，迫使活塞沿第二方向朝向流動限制器110軸向移動，且當(dāng)活塞停留在圖2C所示的第二位置時(shí)，在流動限制器與活塞114之間產(chǎn)生環(huán)形空隙138。
[0049]由于管狀構(gòu)件102中的流體的壓力減小，導(dǎo)致了第二流動路徑134。沿第二流動路徑134經(jīng)過的流體首先進(jìn)入過濾器104，且通過第一端口 106流入流動控制裝置100。在此之后，流動路徑134中的流體通過形成在活塞114與流動限制器110之間的空隙138圍繞流動限制器110流動。之后，流動路徑134中的流體被引導(dǎo)通過第二端口 122且被導(dǎo)入管狀構(gòu)件102的內(nèi)部流體通路102a。使流動路徑134能夠圍繞流動限制器110脫離，且在該實(shí)施例中使流動路徑134能夠繞過小直徑的流體通道112，對流體的流過提供了具有基本上較大截面積的路徑，同時(shí)對流動提供較小的限制，且為進(jìn)入第一端口 106的流體與離開第二端口 122的流體之間提供較小的壓降。因此，通過形成和采用較小限制的流動路徑134，與圖2A的第一流動路徑130相比，可通過流動控制裝置100產(chǎn)生來自地層26的較高的流體的流速。
[0050]為了進(jìn)一步示出繞過流動控制裝置的系統(tǒng)、方法和工具的多個(gè)示例性實(shí)施例，以下提供了多個(gè)額外的實(shí)施例。
[0051]參照圖3，在流動控制裝置300的實(shí)施例中，噴嘴302固定到管狀構(gòu)件102。噴嘴302包括用于在經(jīng)過噴嘴302的流體流動中產(chǎn)生壓降的中心孔口 304。設(shè)置在噴嘴302的凹槽中的密封件120a用于在活塞114的上凸緣114c與噴嘴302之間形成密封。流動控制裝置300的操作與上文參照流動控制裝置100的描述大致相同。
[0052]參照圖4，在流動控制裝置400的這個(gè)實(shí)施例中，U形彎曲流動限制器402設(shè)置為圍繞管狀構(gòu)件102。U形彎曲限制器包括固定到管狀構(gòu)件102的凸緣部402a。U形彎曲限制器402還包括U形彎曲部402c，U形彎曲部402c構(gòu)造為引起流經(jīng)U形彎曲部402c的流體中的壓降。U形彎曲部402c和凸緣部402a均包括供流體流動經(jīng)過的中心貫穿通道402b。流動控制裝置400的操作與上文參照流動控制裝置100的描述大致相同。
[0053]參照圖5，在流動控制裝置500的這個(gè)實(shí)施例中，環(huán)形流管502固定到管狀構(gòu)件102的外周。環(huán)形管502包含設(shè)置在管504中的固體柱形體502a。流體流動可建立在管504與柱形體502a之間的環(huán)空中，而薄的環(huán)空導(dǎo)致流體流動中的壓降。環(huán)形流管還包含保持流動限制器密封件120a的凸緣部502b。流動限制器密封件120a密封接合上凸緣114c，迫使在第一端口 106與第二端口 122之間流動的任何流體流經(jīng)環(huán)形流管502。流動控制裝置500的操作與上文參照流動控制裝置100的描述大致相同。
[0054]參照圖6，在流動控制裝置600的實(shí)施例中，螺旋流管602固定到管狀構(gòu)件102的外周。螺旋流管602包括缸體602a，該缸體具有在其徑向端部附近鉆出的螺旋流動路徑602c。流體流動可通過螺旋流動路徑602c建立，導(dǎo)致流體在流經(jīng)螺旋流管602時(shí)流體中的壓降。螺旋流管602還包括容置流動限制器密封件120a的凸緣部602b，流動限制器密封件120a密封接合活塞114的上凸緣114c，因而將流體引導(dǎo)通過螺旋流管602。流動控制裝置600的操作與上文參照流動控制裝置100的描述大致相同。N0.2009/0151925號美國專利申請公開了關(guān)于流動限制器300、400、500和600的其它細(xì)節(jié)，該申請作為整體以援引的方式合并于本文。
[0055]參照圖2A至圖6，上述的剪切構(gòu)件124作為抑制機(jī)構(gòu)或可釋放的閂鎖，且阻止活塞114朝向偏置構(gòu)件126軸向移動，直到活塞引起預(yù)定量級的加壓將剪切構(gòu)件124剪斷，從而使活塞能夠借助偏置構(gòu)件自由地軸向移動。同樣可采用其它可釋放閂鎖或抑制機(jī)構(gòu)，包括不需要將易碎構(gòu)件剪斷的那些。例如，現(xiàn)在參照圖7A，其公開了如流動控制裝置700中所采用的另一種類型的抑制機(jī)構(gòu)。具體來說，流動控制裝置700中采用的抑制機(jī)構(gòu)是J形槽機(jī)構(gòu)。在該實(shí)施例中，不規(guī)則形狀的J形槽702設(shè)置在活塞114的頂表面136中。環(huán)704設(shè)置在外殼108的壁108a中的槽中且設(shè)置為圍繞管狀構(gòu)件102。環(huán)704被外殼108軸向固定，但能夠在外殼108中圍繞活塞114自由旋轉(zhuǎn)。徑向延伸的凸起部706固定到環(huán)704，且設(shè)置在槽702的一部分中。由于凸起部706與槽702的外壁之間的接觸，凸起部706限制環(huán)704能進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)度數(shù)。
[0056]圖8示出活塞114的頂表面136。不規(guī)則形狀的J形槽702設(shè)置在頂表面136中，且凸起部706設(shè)置在槽702中。取決于活塞114的位置，凸起部706可在槽702的三個(gè)不同位置(第一位置708、第二位置710、以及第三位置712)之間平移。圖8示出的方向使得圖8的底部軸向鄰近偏置構(gòu)件126 (圖7A)，且圖8的頂部鄰近第一端口 106 (圖7A)。圖9示出了當(dāng)環(huán)704和凸起部706在流動控制裝置700中構(gòu)造時(shí)，環(huán)704和凸起部706的形狀。
[0057]參照圖7A，流動控制裝置700是以生產(chǎn)狀態(tài)示出，其中外部壓差導(dǎo)致了流動路徑130，其中流體從井眼12通過第一端口 106進(jìn)入流動控制裝置100，流經(jīng)流動限制器110，且通過第二端口 122進(jìn)入管狀構(gòu)件102的內(nèi)部流體通路102a?；钊?14占據(jù)第一位置，在第一位置，偏置構(gòu)件126作用于活塞的第二表面118。偏置構(gòu)件126沿第一端口 106的方向?qū)钊?14產(chǎn)生力。然而，由于凸起部706與槽702之間的接觸，活塞114被軸向抑制而不能沿第一端口 106的方向移動。參照圖7A和圖8，當(dāng)活塞114占據(jù)該第一位置時(shí)，凸起部706占據(jù)第一位置708 (圖8)，且與槽702的外壁接觸。由于在外殼壁108a的槽中設(shè)置的環(huán)704，凸起部706沿軸向固定，所以在第一位置708的凸起部706與槽702的外壁的接合阻止活塞114沿第一端口 106的方向進(jìn)行軸向移動。
[0058]第一位置的活塞114提供了上凸緣部114c與流動限制器110的密封件120a之間的密封接合，因此活塞114被抑制而不能沿第一端口 106的方向進(jìn)一步軸向移動。該密封接合迫使流體沿流動路徑130流經(jīng)流動限制器110，在進(jìn)入第二端口 122之前產(chǎn)生壓降。
[0059]現(xiàn)在參照圖7B和圖8，為了將活塞114移動到第二位置，井系統(tǒng)操作員將處于高壓下的流體從井系統(tǒng)的地表泵入內(nèi)部流體通路102a，產(chǎn)生內(nèi)部壓差，其中管狀構(gòu)件102的內(nèi)部流體通路102a中的壓力高于管狀構(gòu)件102周圍的井眼12中的流體的壓力。該內(nèi)部壓差建立了流動路徑132，其中流體通過第二端口 122進(jìn)入腔室108c，對活塞114的第一表面116提供壓力。該壓力提供的力大于偏置構(gòu)件126產(chǎn)生的反方向的力，并驅(qū)動J形槽702機(jī)構(gòu)。該壓力可以是預(yù)定的，因?yàn)榭捎?jì)算內(nèi)部通路102a中需要多大壓力以對活塞114的第一表面116提供勝過偏置構(gòu)件126產(chǎn)生的偏置力的壓力。
[0060]現(xiàn)在活塞114在沿偏置構(gòu)件126的軸向、沿第一端口 106的相反方向被強(qiáng)制移動，活塞114可沿偏置構(gòu)件126的方向自由地軸向滑動，直到凸起部706到達(dá)其第二位置710，如圖8所示。凸起部706在被活塞114沿偏置構(gòu)件126的方向軸向移動后，在到達(dá)第二位置710時(shí)接觸到槽702的外壁，并抑制活塞114沿偏置構(gòu)件126的方向進(jìn)一步軸向移動。在該第二位置，活塞114的上凸緣部114c保持與流動限制器110的密封件120a的密封接合。
[0061]現(xiàn)在參照圖7C和圖8，為了將活塞114移動到第三位置，井系統(tǒng)的操作員減少管狀構(gòu)件102的內(nèi)部流體通路102a中的壓力，產(chǎn)生外部壓差，其中井眼12中的流體的壓力高于內(nèi)部流體通路102a中的流體的壓力。外部壓差形成了流動路徑134，流體通過第一端口106進(jìn)入流動控制裝置700且通過第二端口 122離開而進(jìn)入內(nèi)部流體通路102a。而且，夕卜部壓差驅(qū)動J形槽702，將活塞114移動到圖7C所示的第三位置。
[0062]當(dāng)凸起部706處于第二位置710時(shí)(圖8)，雖然活塞114被抑制而不能沿偏置構(gòu)件126的方向軸向移動，活塞114能夠沿第一端口 106的方向自由地軸向滑動。外部壓差減小作用于活塞114的第一表面116的壓力，使得偏置構(gòu)件126能夠沿第一端口 106的方向強(qiáng)制活塞114移動。當(dāng)凸起部706處于第二位置710，活塞114沿第一端口 106的方向軸向滑動，將凸起部706置于第三位置712 (圖8)，其中槽702的外壁阻止活塞114沿第一端口 106的方向進(jìn)行進(jìn)一步軸向移動。
[0063]現(xiàn)在，處于第三位置，上凸緣部114c不再與流動限制器110的密封件120a密封接合，導(dǎo)致了空隙138。沿流動路徑134的流體因此可繞過流動限制器110，流經(jīng)空隙138，且通過第二端口 122進(jìn)入內(nèi)部流體通路102a。繞過流動限制器110導(dǎo)致流體從井眼12流入內(nèi)部流體通路102a時(shí)，流動路徑134中的流體的較小的第二壓降。而且由于凸起部706與槽702的外壁之間的相互作用，凸起部706可固定到外殼108且活塞114于是可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而非使環(huán)704旋轉(zhuǎn)。
[0064]在一個(gè)實(shí)施例中，繞過流動限制器的方法可包括:使流體從第一端口通過第一流動路徑流到第二端口，響應(yīng)壓差使一部件從第一位置平移到第二位置，以及使流體從第一端口通過第二流動路徑流到第二端口。該方法還可包括使流體從第二端口通過第三流動路徑流到第一端口，其中，上述壓差是由流經(jīng)第三流動路徑的流體產(chǎn)生的。
[0065]在一個(gè)實(shí)施例中，從井系統(tǒng)生產(chǎn)烴類的另一種方法可包括使流體從地層流入生產(chǎn)管柱的內(nèi)部通路。在流體進(jìn)入生產(chǎn)管柱時(shí)，流體流經(jīng)過濾器和I⑶，從而在流體進(jìn)入內(nèi)部通路時(shí)在流體流動中產(chǎn)生壓降。在從地層生產(chǎn)流體一段時(shí)間后，可將流體從地表泵入生產(chǎn)管柱以產(chǎn)生內(nèi)部壓差等，其中內(nèi)部通路中的壓力高于周圍井眼和地層中的壓力。該內(nèi)部壓差驅(qū)動設(shè)置在生產(chǎn)管柱中的每個(gè)ICD中的流動限制器的旁路。然而，在另一個(gè)實(shí)施例中，該內(nèi)部壓差可僅驅(qū)動生產(chǎn)管柱中的一部分I⑶。在至少一部分I⑶已經(jīng)被驅(qū)動之后，生產(chǎn)管柱的內(nèi)部通路中的壓力可降低，以產(chǎn)生外部壓差等，其中地層和井眼中的壓力高于內(nèi)部通路中的壓力，從而由于旁通機(jī)構(gòu)的驅(qū)動，引起流動進(jìn)入現(xiàn)在可繞過ICD的內(nèi)部通路。由于繞過設(shè)置在ICD中的流動限制器，從地層進(jìn)入內(nèi)部通路的流體流動可具有較低的壓降。
[0066]雖然本文示出并描述了多個(gè)特定實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在不背離本文的范圍和教導(dǎo)的前提下做出多種改型。本文的實(shí)施例僅作為示例性而非限制性的描述。本文描述的多種系統(tǒng)、設(shè)備和過程的許多變化和改型在本發(fā)明的范圍內(nèi)是可行的。例如，不同構(gòu)件的相對尺寸、不同構(gòu)件的制造材料、以及其它多種參數(shù)均可改變。因此，保護(hù)范圍不限于本文描述的實(shí)施例，而是僅受到所附權(quán)利要求的限制，權(quán)利要求的范圍應(yīng)包括其主題的所有等同內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種在井下工具中使用的旁通組件，包括: 腔室； 與所述腔室流體連通的第一流體端口； 與所述腔室流體連通的第二流體端口； 流動限制器，設(shè)置在所述第一流體端口與所述第二流體端口之間的第一流動路徑中； 活塞，能夠通過施加第一流體壓力而沿第一方向移動； 偏置構(gòu)件，其中所述偏置構(gòu)件偏置所述活塞，使所述活塞沿與所述第一方向相反的第二方向移動；以及 抑制構(gòu)件，設(shè)置為靠近所述活塞，其中所述抑制構(gòu)件由所述活塞響應(yīng)于預(yù)定流體壓力沿所述第一方向的移動而被驅(qū)動； 其中，通過所述活塞沿所述第二方向到預(yù)定位置的移動來構(gòu)造所述旁通組件，從而使流體流動沿第二流動路徑圍繞所述流動限制器轉(zhuǎn)向。
2.如權(quán)利要求1所述的旁通組件，其中，所述流動限制器在流經(jīng)所述第一端口與所述第二端口之間的所述流動限制器的流體中產(chǎn)生第一壓降。
3.如權(quán)利要求2所述的旁通組件，其中，所述流動限制器和所述活塞密封接合，且構(gòu)造為產(chǎn)生所述第一壓降。
4.如權(quán)利要求2所述的旁通組件，其中，所述活塞到所述預(yù)定位置的移動在所述第一端口和所述第二端口之間的流體流動中產(chǎn)生第二壓降，且其中所述第二壓降小于所述第一壓降。
5.如權(quán)利要求2所述的旁通組件，其中，在所述活塞沿所述第一方向的移動期間，所述第一壓降被維持。
6.如權(quán)利要求1所述的旁通組件，其中，所述活塞能夠響應(yīng)從所述第二端口施加的較低的第二壓力而沿所述第二方向移動。
7.一種在井下工具中使用的流動控制裝置，包括: 流動限制件，設(shè)置在第一端口與第二端口之間的第一流動路徑中；以及 旁通機(jī)構(gòu)，構(gòu)造為能夠響應(yīng)第一壓力而在第一位置與第二位置之間移動， 其中，當(dāng)所述旁通機(jī)構(gòu)在所述第一位置時(shí)，所述第一端口與所述第二端口之間的所述第一流動路徑被建立，并且 其中，當(dāng)所述旁通機(jī)構(gòu)在所述第二位置時(shí)，所述第一端口與第二端口之間的第二流動路徑被建立。
8.如權(quán)利要求7所述的流動控制裝置，其中，所述流動限制件包括構(gòu)造為產(chǎn)生螺旋流動路徑的流動限制器。
9.如權(quán)利要求7所述的流動控制裝置，其中，所述流動限制件包括噴嘴。
10.如權(quán)利要求7所述的流動控制裝置，其中，所述第二流動路徑構(gòu)造為提供比所述第一流動路徑提供的壓降更低的壓降。
11.如權(quán)利要求7所述的流動控制裝置，其中，所述旁通機(jī)構(gòu)包括: 管道，具有用于輸送流體的內(nèi)部通路； 外殼，設(shè)置為圍繞所述管道，且在所述外殼與所述管道之間形成腔室，其中所述第一端口提供所述內(nèi)部通路與所述腔室之間的流體連通，且所述第二部分提供所述腔室與所述外殼的外部之間的流體連通；以及 活塞，設(shè)置在所述腔室中，且能夠在所述第一位置與所述第二位置之間移動，其中所述活塞將所述腔室劃分為第一部分和第二部分。
12.如權(quán)利要求11所述的流動控制裝置，其中所述旁通機(jī)構(gòu)還包括: 偏置構(gòu)件，設(shè)置在所述腔室的第二部分中；以及 抑制構(gòu)件，設(shè)置為靠近所述活塞。
13.如權(quán)利要求11所述的流動控制裝置，其中，所述活塞能夠移動到從所述第一位置和所述第二位置位移的第三位置，且其中當(dāng)位于所述第三位置時(shí)，所述活塞對所述流動限制件S封。
14.如權(quán)利要求12所述的流動控制裝置，其中，所述抑制構(gòu)件是剪切構(gòu)件，其在預(yù)定壓力施加到位于所述腔室的第一部分中的活塞的表面時(shí)能夠被剪斷。
15.如權(quán)利要求14所述的流動控制裝置，其中，所述剪切構(gòu)件和偏置構(gòu)件構(gòu)造為響應(yīng)將所述剪切構(gòu)件剪斷而在所述活塞上施加朝向所述第二位置的偏置力。
16.如權(quán)利要求12所述的流動控制裝置，還包括第三端口，當(dāng)所述活塞壓縮所述偏置構(gòu)件時(shí)，所述第三端口提供供流體穿出所述腔室的第二部分的路徑。
17.如權(quán)利要求12所述的流動控制裝置，其中，所述抑制構(gòu)件包括J形槽機(jī)構(gòu)，所述J形槽機(jī)構(gòu)構(gòu)造為當(dāng)預(yù)定壓力施加到所述腔室的第一部分時(shí)，釋放所述活塞的軸向移動。
18.—種繞過流動限制器的方法，包括: 使流體流經(jīng)第一端口與第二端口之間的第一流動路徑，其中所述第一流動路徑包括流動限制器； 響應(yīng)施加到可動元件的壓力而平移所述可動元件，其中平移所述可動元件打開所述第一端口與所述第二端口之間的第二流動路徑；以及 使流體流經(jīng)所述第二流動路徑。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括使流體流經(jīng)所述第二端口與所述第一端口之間的第三流動路徑。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述壓力由流經(jīng)所述第三流動路徑的流體產(chǎn)生。
【文檔編號】E21B43/12GK104246119SQ201280072521
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月18日
【發(fā)明者】盧克·霍爾德曼, 大衛(wèi)·斯馬特 申請人:哈利伯頓能源服務(wù)公司