包含具有桥形网络的流体模块的井下流体流控制系统及其用法
【专利摘要】一种井下流体流控制系统，包括流体模块（150），所述流体模块（150）具有主流路（152）、阀（162）和桥形网络。所述阀（162）具有允许流体流过所述主流路（152）的第一位置和限制流体流过所述主流路（152）的第二位置。所述桥形网络具有第一分支流路（163）和第二分支流路（164），分别与所述主流路（152）具有一个共同的流入口（166，168）和共同的流出口（170，172），并且各包括两个流体流阻流器（174，176，180，182）和位于所述两个流体流阻流器（174，176，180，182）之间的压力输出端（178，184）。在操作中，所述第一分支流路（163）的压力输出端（178）和所述第二分支流路（164）的压力输出端（184）之间的压力差将所述阀（162）在所述第一位置和所述第二位置之间切换。
【专利说明】包含具有桥形网络的流体模块的井下流体流控制系统及其用法
【技术领域】
[0001]本申请总体上涉及与在地下井中进行的操作结合使用的设备，尤其涉及一种包含具有桥形网络的流体模块的井下流体流控制系统和方法，其可操作以控制地层流体的流入和注入流体的流出。
【背景技术】
[0002]在不限制本申请的范围的情况下，作为示例，参照从含油气的地层开采流体来描述其【背景技术】。
[0003]在贯穿含油气地层的完井期间，在井中安装开采管道和各种完井设备以实现安全高效地开采地层流体。例如，为了防止从未固结或松散固结的地层开采颗粒物，某些完井包括定位在接近所需的开采层段(production interval)或多个开采层段处的一个或多个防砂筛选组件。在其它完井中，为控制开采流体进入开采管道的流量，通常的做法是在管柱内安装一个或多个流量控制装置。
[0004]已尝试在要求防砂的完井内利用流体流控制装置。例如，在某些防砂筛选组件中，在开采的流体流过过滤介质之后，流体被引导到流量控制区段。所述流量控制区段可以包括诸如流管、喷嘴、迷宫管(labyrinths)等的一个或多个流量控制部件。通常，由于这些流量控制部件的数量和设计，因此在安装前通过这些流量控制筛的开采流量是固定的。
[0005]然而，已经发现，由于在井的寿命期间地层压力的改变和地层流体成分的改变，所以可能需要调节流量控制区段的流量控制特性。此外，对于某些完井，诸如具有许多开采层段的长水平完井，可能需要单独控制开采流体进入每个开采层段的流入。此外，在一些完井中，可能需要调节流量控制区段的流量控制特性而无需修井(well intervention)。
[0006]因此，需要一种流量控制筛，其在需要控砂的完井中可操作以控制地层流体流入。还需要一种流量控制筛，其可操作以单独控制来自多个开采层段的开采流体的流入。另外，由于开采到特定层段的流体的成分随时间改变，所以需要一种流量控制筛，其可操作以控制开采流体的流入而无需修井。
【发明内容】
[0007]本申请包括一种用于在需要控砂的完井中控制流体开采的井下流体流控制系统。此外，本申请的井下流体流控制系统可操作以在开采进入特定层段的流体的成分随时间改变时独立地控制进入多个开采层段的开采流体的流入而无需修井。
[0008]在一个方案中，本申请涉及一种井下流体流控制系统。所述井下流体流控制系统包括:流体模块，包括具有第一分支流路和第二分支流路的桥形网络，每个分支流路包括至少一个流体流阻流器和压力输出端。所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路之间的压力输出端之间的压力差能够操作以通过所述流体模块控制流体流。
[0009]在一个实施例中，所述第一分支流路和所述第二分支流路分别包括至少两个流体流阻流器。在此实施例中，每个分支流路的所述压力输出端可以位于所述两个流体流阻流器之间。而且，在此实施例中，每个分支流路的所述两个流体流阻流器可以对诸如流体粘性、流体密度、流体成分等的流体性质具有不同的反应。在某些实施例中，所述第一分支流路和所述第二分支流路可以各与主流路具有共同的流体入口和共同的流体出口。在这种实施例中，所述主流路和所述分支流路之间的流体流量比可以在约5比I至约20比I之间，并优选大于10比I。
[0010]在一个实施例中，所述流体模块还可以包括具有第一位置和第二位置的阀。在所述第一位置中，所述阀能够操作以允许流体流过所述主流路。在所述第二位置中，所述阀能够操作以禁止流体流过所述主流路。在此实施例中，所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路的压力输出端之间的压力差能够操作以在所述第一位置和所述第二位置之间切换所述阀。在一些实施例中，所述流体模块可以具有注入模式和开采模式，在所述注入模式中，由注入流体的流出而产生的、所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路的压力输出端之间的压力差将所述阀切换至打开所述主流路，在所述开采模式中，由开采流体的流入而产生的、所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路的压力输出端之间的压力差将所述阀切换至关闭所述主流路。
[0011]在其它实施例中，所述流体模块可以具有第一开采模式和第二开采模式，在所述第一开采模式中，由期望的流体的流入而产生的、所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路的压力输出端之间的压力差将所述阀切换至打开所述主流路，在所述第二开采模式中，由不期望的流体的流入而产生的、所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路的压力输出端之间的压力差将所述阀切换至关闭所述主流路。在任何这些实施例中，所述流体流阻流器可以选自由以下构成的群组:喷嘴、涡流室、流管、流体选择器和矩阵室。
[0012]在另一方案中，本申请涉及一种流量控制筛。所述流量控制筛包括，具有内部通道的基管、无孔区段和有孔区段。过滤介质围绕所述基管的无孔区段而定位。外壳围绕所述基管而定位，在所述过滤介质和所述内部通道之间限定流体流路。至少一个流体模块布置在所述流体流路内。所述流体模块包括具有第一分支流路和第二分支流路的桥形网络，每个分支流路包括至少一个流体流阻流器和压力输出端，使得所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路之间的压力输出端之间的压力差能够操作以通过所述流体模块控制流体流。
[0013]在另一方案中，本申请涉及一种井下流体流控制系统。所述井下流体流控制系统包括主流路、阀和桥形网络。所述阀具有允许流体流过所述主流路的第一位置和限制流体流过所述主流路的第二位置。所述桥形网络具有第一分支流路和第二分支流路，所述第一分支流路和所述第二分支流路各与所述主流路具有共同的流体入口和共同的流体出口，并且各包括两个流体流阻流器和位于所述两个流体流阻流器之间的压力输出端。所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路的压力输出端之间的压力差能够操作以在所述第一位置和所述第二位置之间切换所述阀。
[0014]在又一方案中，本申请涉及一种井下流体流控制方法。所述方法包括:将流体流控制系统放置在井下的目标位置处，所述流体流控制系统包括流体模块，所述流体模块具有主流路、阀和桥形网络，所述桥形网络具有第一分支流路和第二分支流路，所述第一分支流路和所述第二分支流路各与所述主流路具有共同的流体入口和共同的流体出口，并且各包括两个流体流阻流器和位于所述两个流体流阻流器之间的压力输出端；通过所述流体模块开采期望的流体；在所述第一分支流路和所述第二分支流路的所述压力输出端之间产生第一压力差，所述第一压力差将所述阀朝向允许流体流过所述主流路的第一位置偏置；通过所述流体模块开采不期望的流体；以及在所述第一分支流路和所述第二分支流路的所述压力输出端之间产生第二压力差，所述第二压力差将所述阀从所述第一位置朝向限制流体流过所述主流路的第二位置偏置。
[0015]所述方法还可以包括响应于开采含有至少预定量的期望的流体的地层流体而将所述阀向所述第一位置偏置，响应于开采含有至少预定量的不期望的流体的地层流体而将所述阀从所述第一位置切换到所述第二位置，或者发送信号到地表，指示所述阀从所述第一位置切换到所述第二位置。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]为了更完整地理解本申请的特征和优点，现在参照结合附图对本申请的详细描述，其中不同附图中对应的附图标记表示对应的部件，并且附图中:
[0017]图1是根据本申请的实施例操作多个流量控制筛的井系统的示意图；
[0018]图2A至图2B是根据本申请的实施例在流量控制筛中实现的、井下流体流控制系统的、连续轴向区段的四分之一剖视图；
[0019]图3是根据本申请的实施例、去除外壳的流量控制筛的、流量控制区段的俯视图；
[0020]图4A至图4B是在第一和第二操作配置中，根据本申请的实施例的流体模块的示意图；
[0021]图5A至图5B是在第一和第二操作配置中，根据本申请的实施例的流体模块的示意图；
[0022]图6A至图6B是在第一和第二操作配置中，根据本申请的实施例的流体模块的示意图；以及
[0023]图7A至图7F是根据本申请的各种实施例在流体模块中使用的流体流阻流器的示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面详细讨论如何实现和使用本申请的各种实施例，同时应当理解的是，本申请提供了可以在多种特定情境下实施的许多可应用的申请概念。本文所讨论的具体实施例仅仅说明实现和使用本申请的特定方法，不限定本申请的范围。
[0025]首先参考图1，其中示出了体现本申请原理的井系统，其包括位于体现本申请原理的流量控制筛中的多个井下流体流控制系统，该井系统示意性示出并概括性地指定为10。在所示的实施例中，井筒12贯穿各种岩层。井筒12具有大致竖直的区段14，其上部接合套管柱16。井筒12还具有大致水平的区段18，区段18贯穿含油气的地层20。如图所示，井筒12的大致水平区段18是裸眼井(open hole)。
[0026]管柱22位于井筒12内并从地表延伸。管柱22提供用于地层流体从地层20行进到地表的管道和用于注入流体从地表行进到地层20的管道。管柱22在其下端联接到已安装在井筒12中的完井管柱，并将完井层段分隔成邻近地层20的多个开采层段。完井管柱包括多个流量控制筛24，其中每个流量控制筛24位于被示为封隔器26的一对环形障碍物之间，封隔器26在完井管柱和井筒12之间提供流体密封，由此限定开采层段。在所示的实施例中，流量控制筛24起到从开采流体流中过滤颗粒物的功能。每个流量控制筛24还具有流量控制区段，该流量控制区段可操作以控制流过其中的流体流。
[0027]例如，在井作业的开采阶段中，该流量控制区段可为可操作的以控制开采流体流的流量。可选地或额外地，在井作业的处理阶段中，该流量控制区段可为可操作的以控制注入流体流的流量。如下面更加详细地描述，优选地，在井的寿命中，在开采到特定层段的流体的成分随时间改变时，该流量控制区段控制开采流体进入每个开采层段的流入而无需修井，以便使期望的流体(例如石油)的开采最大化，而使不期望的流体(例如水或气体)的开采最小化。
[0028]尽管图1示出本申请的流量控制筛在裸眼井环境中，但是本领域技术人员应当理解的是，本申请同样适于使用在套管井中。而且，尽管图1示出每个开采层段中一个流量控制筛，但是本领域技术人员应当理解的是，在开采层段中可以布置任何数量的本申请的流量控制筛而不偏离本申请的原理。此外，尽管图1示出本申请的流量控制筛在井筒的水平区段中，但是本领域技术人员应当理解的是，本申请同样适于使用在具有其它方向配置的井中，包括直井、斜井(deviated well)、斜直井(slanted well)、多分支井等。因此,本领域技术人员应当理解的是，诸如上方、下方、上部、下部、向上、向下、左、右、井上、井下等的方向性术语的使用与附图中所描绘的示意性实施例相关，向上方向为朝向对应附图的顶部，而向下方向朝向对应附图的底部，井上方向朝向井的地表，而井下方向朝向井的底部。此夕卜，尽管图1示出与流量控制筛相关联的流量控制部件为管柱，但是本领域技术人员应当理解的是，本申请的流量控制部件无需与流量控制筛相关联或被布置为管柱的一部分。例如，可以布置可移除地插入管柱的中心或管柱的偏心部(side pocket)的一个或多个流量控制部件。
[0029]接下来参照图2A至图2B，其中示出根据本申请的流量控制筛的连续轴向区段，代表性地被示出且概括性地被指定为100。流量控制筛100可以适当地联接到其它类似的流量控制筛、开采封隔器、坐放短节(landing nipple)、开采管或其它井下工具，以形成如上所述的完井管柱。流量控制筛100包括基管102，具有无孔区段104以及有孔区段106，有孔区段106包括多个开采口 108。围绕无孔区段104的井上部而定位的是过滤元件或过滤介质112，诸如绕丝过滤筛、编织丝网筛和预装筛等，具有或不具有位于其周围的外护罩，设计为允许流体从中流过但阻止预定大小的颗粒物从其中流过。然而，本领域技术人员应当理解的是，本申请无需具有与其关联的过滤介质，因此，过滤介质的确切设计不是本申请的关键。
[0030]位于过滤介质112的井下的是筛接口外壳114，筛接口外壳114与基管102 —起形成环形体116。牢固地连接到筛接口外壳114的井下端部的是流量控制外壳118。在流量控制外壳118的井下端部，流量控制外壳118牢固地连接到支撑组件120，支撑组件120牢固地连接到基管102。流量控制筛100的部件的各种连接可以以任何适当的方式进行，包括焊接、螺纹等以及通过使用诸如销钉、螺钉等的紧固件。位于支撑组件120和流量控制外壳118之间的是多个流体模块122，其中只有一个流体模块在图2B中可见。在所示的实施例中，流体模块122围绕基管102以120度的间隔沿周向分布，从而设置三个流体模块122。尽管描述了特定布置的流体模块122，但是本领域技术人员应当理解的是，可以使用其它数量和布置的流体模块122。例如，可以使用更多或更少数量的以均匀或不均匀的间隔周向分布的流量控制部件。额外地或可选地，流体模块122可以沿基管102纵向分布。
[0031]如下面更详细讨论的，流体模块122可为可操作的以控制流体通过其在任一方向上的流量。例如，在井作业的开采阶段中，流体从地层通过流量控制筛100流入开采管道。在被过滤介质112过滤之后，如果存在开采流体，则开采流体流入环形体116。然后，流体在进入流量控制区段(下面进一步描述)之前行进到在基管102和流量控制外壳118之间的环形区域130中。然后，流体进入流体模块122的一个或多个入口，在流体模块122中取决于开采流体的成分而产生所需的流量操作。例如，如果开采出的是期望的流体，则允许流过流体模块122。如果开采出的是不期望的流体，则限制或大致上禁止流过流体模块122。在开采出期望的流体的情况下，流体通过开口 108排到基管102的内部流路132，以开采到地表。
[0032]作为另一示例，在井作业的处理阶段中，可以将处理流体在基管102的内部流路132中从地表泵送到井下。因为通常希望以比预期开采流量高得多的流量注入处理流体，所以本申请能够无修井地打开注入流路，并在开采开始时无修井地关闭该注入流路。在这种情况下，处理流体通过开口 108进入流体模块122，在流体模块122产生期望的流量操作并且打开注入流路。然后，流体在进入环形体116并流过过滤介质112之前行进到在基管102和流量控制外壳118之间的环形区域130中，以注入到周围的地层中。当开采开始时，并且流体从环形区域130进入流体模块122时，产生所需的流量操作并且关闭注入流路。在某些实施例中，在注入操作中，流体模块122可以用于完全旁路过滤介质112。
[0033]接下来参照图3，其代表性地示出流量控制筛100的流量控制区段。在所示的区段中，支撑组件120牢固地连接到基管102。支撑组件120可操作以接纳和支撑三个流体模块122。所示的流体模块122可以由任何数量的部件形成，并且包括多种流体流阻流器(下面更详细地描述)。支撑组件120围绕基管102而定位，使得在开采过程中从流体模块122排出的流体可以与基管102的开口 108 (参见图2B)周向和纵向对准。支撑组件120包括多个通道，用于引导流体模块122和环形区域130之间的流体流动。具体而言，支撑组件120包括多个纵向通道134和多个周向通道136。纵向通道134和圆周通道136 —同在流体模块122的开口 138和环形区域130之间提供流体流动的流路。
[0034]下面参照附图4A至图4B，其中示出在打开和关闭操作位置的本申请的流体模块的示意图，流体模块概括性地被指定为150。流体模块150包括具有入口 154和出口 156的主流路152。主流路152提供用于通过流体模块150输送流体的主流路。在所示的实施例中，一对流体流阻流器158、160位于主流路152内。流体流阻流器158、160可以是任何合适的类型，诸如下面所描述的，并且用于在流过主流路152的流体中产生确保流体模块150的适当操作所需的压降。
[0035]阀162相对于主流路152定位，使得阀162具有允许流体流过主流路152的第一位置(如在图4A中最清楚地看到)和禁止流体流过主流路152的第二位置(如在图4B中最清楚地看到)。在所示的实施例中，阀162是压力操作梭阀。尽管阀162被示为梭阀，但是本领域技术人员应当理解的是，包括滑套、球阀、挡板阀等的其它类型的压力操作阀可以替代性地用于本申请的流体模块。此外，尽管阀162被示为具有两个位置，即打开和关闭位置，但是本领域技术人员应当理解的是，在本申请的流体模块中操作的阀可以替代性地具有不同流体阻流级别的两个打开位置，或多于两个位置，诸如打开位置、一个或多个阻流位置以及关闭位置。
[0036]流量控制模块150包括具有两个分支流路163、164的桥形网络。在所示的实施例中，分支流路163具有来自主流路152的入口 166。类似地，分支流路164具有来自主流路152的入口 168。分支流路163具有进入主流路152的出口 170。类似地，分支流路164具有进入主流路152的出口 172。如图所示，分支流路163、164与主流路152流体连通，然而，本领域技术人员将认识到，分支流路163、164可以可选地沿除主流路152外的流路分接(tap)，或者直接分接到流体模块150的一个或多个入口和出口。在任何这样的配置中，只要分支流路163、164和主流路152直接或间接地共享相同的压力源(诸如井筒压力和管道压力)或者流体连接，则认为分支流路163、164具有与主流路共同的流体入口和共同的流体出口。应指出的是，流过主流路152的流体流通常远大于流过分支流路163、164的流体流。例如，主流路152和分支流路163、164之间的流体流的比例可以在约5比I至约20比I之间，优选大于10比I。分支流路163具有串联定位的两个流体流阻流器174、176，其间具有压力输出端178。类似地，分支流路164具有串联定位的两个流体流阻流器180、182，其间具有压力输出端184。
[0037]来自压力输出端178的压力经由流路186传送到阀162。来自压力输出端184的压力经由流路188传送到阀162。因此，如果压力输出端184处的压力高于压力输出端178处的压力，则阀162被偏置到打开位置，如从图4A最清楚地看到。或者，如果压力输出端178处的压力高于压力输出端184处的压力则阀162被偏置到关闭位置，如从图4B最清楚地看到。
[0038]由于各种流体流阻流器174、176、180、182中的流量阻力和相关联的压降的差，而在压力输出端178、184之间产生压力差。如图所示，桥形网络可以为具有两个平行分支，每个分支具有串联的、其间具有输出端的两个流体流阻流器。此配置模拟通用的惠斯登电桥电路。利用这种配置，可以选择流体流阻流器174、176、180、182，使得期望的流体(例如石油)流过流体模块150而在压力输出端178、184之间产生将阀162偏置到打开位置的压力差，而不期望的流体(例如水或气体)流过流体模块150而在压力输出端178、184之间产生将阀162偏置到关闭位置的压力差。
[0039]例如，可以选择流体流阻流器174、176、180、182，使得它们的流量阻力会改变或使得它们的流量阻力取决于流过它们的流体的性质，诸如流体粘性、流体密度、流体成分、流体速度、流体压力等。在上述示例中，石油是期望的流体，水或气体是不期望的流体，流体流阻流器174、182可以是喷嘴，如图7A所示，并且流体流阻流器176、178可以是涡流室，如图7B所示。在这种配置中，当期望的流体石油流过分支流路163时，在作为喷嘴的流体流阻流器174中经历的压降大于在作为涡流室的流体流阻流器176中所经历的压降。类似地，当期望的流体流过分支流路164时，在作为涡流室的流体流阻流器180中经历的压降低于在作为喷嘴的流体流阻流器182中所经历的压降。由于具有共同的流体入口和共同的流体出口因而经过每个分支流路163、164的总压降必须相同，所以压力输出端178、184处的压力不同。在这种情况下，压力输出端178处的压力小于压力输出端184处的压力，于是将阀162偏置到图4A中所不的打开位置。
[0040]此外，在该配置中，当不期望的流体水或气体流过分支流路163时，在作为喷嘴的流体流阻流器174中经历的压降低于在作为涡流室的流体流阻流器176中所经历的压降。类似地，当不期望的流体流过分支流路164时，在作为涡流室的流体流阻流器180中经历的压降大于在作为喷嘴的流体流阻流器182中所经历的压降。由于具有共同的流体入口和共同的流体出口因而经过每个分支流路163、164的总压降必须相同，所以压力输出端178、184处的压力不同。在这种情况下，压力输出端178处的压力大于压力输出端184处的压力，于是将阀162偏置到图4B中所示的关闭位置。
[0041]虽然描述了特定的流体流阻流器位于流体模块150中作为流体流阻流器174、176、180、182，但是应清楚理解的是，其它类型的流体流阻流器和流体流阻流器的组合可以用于通过流体模块150获得对流体的流量控制。例如，如果石油是期望的流体，而水是不期望的流体，则流体流阻流器174、182可以包括流管，如图7C所示，或其它曲折路径流体流阻流器，而流体流阻流器176、178可以是涡流室，如图7B所示，或具有其它构造的流体二极管。在另一示例中，如果石油是期望的流体而气体是不期望的流体，则流体流阻流器174、182可以是矩阵室，如图7D所示，其中腔室含有珠或其它阻流过滤物质，并且流体流阻流器176、178可以是涡流室，如图7B所示。在又一示例中，如果油或气体是期望的流体而水是不期望的流体，则流体流阻流器174、182可以是包括当接触油气时膨胀的物质的流体选择器，如图7E所示，而流体流阻流器176、178可以是包括当接触水时膨胀的物质的流体选择器，如图7F所示。可选地，本申请的流体流阻流器可以包括响应于其它刺激因素诸如pH值、离子浓度等可膨胀的物质。
[0042]尽管图4A至图4B被示为在每个分支流路中具有相同类型但相反顺序的流体流阻流器，但是本领域技术人员应当理解的是，可以存在在压力输出端之间产生所需的压力差的流体流阻流器的其它配置，并应视为在本申请的范围之内。而且，尽管图4A至图4B被示为在每个分支流路中具有两个流体流阻流器，但是本领域技术人员应当理解的是，可以存在在压力输出端之间产生所需的压力差的具有多于两个或少于两个的其它配置，并应视为在本申请的范围之内。
[0043]接下来参照图5A至图5B，其中示出在打开和关闭操作位置的本申请的流体模块的示意图，流体模块概括性地被指定为250。流体模块250包括具有入口 254和出口 256的主流路252。主流路252提供用于通过流体模块250输送流体的主流路。在所示的实施例中，一对流体流阻流器258、260位于主流路252内。阀262相对于主流路252定位，使得阀262具有允许流体流过主流路252的第一位置(如在图5A中最清楚地看到)和禁止流体流过主流路252的第二位置(如在图5B中最清楚地看到)。在所示的实施例中，阀262是由弹簧264偏置到打开位置的压力操作梭阀。
[0044]流量控制模块250包括具有两个分支流路266、268的桥形网络。在所示的实施例中，分支流路266具有来自主流路252的入口 266。类似地，分支流路268具有来自主流路252的入口 272。分支流路266具有进入主流路252的出口 274。类似地，分支流路268具有进入主流路252的出口 276。分支流路266具有串联定位的两个流体流阻流器278、280，其间具有压力输出端282。分支流路268具有压力输出端284。来自压力输出端282的压力经由流路286传送到阀262。来自压力输出端284的压力经由流路288传送到阀262。因此，如果从压力输出端284产生的弹簧力和压力的组合高于从压力输出端282产生的压力，则阀262被偏置到打开位置，如从图5A最清楚地看到。或者，如果从压力输出端282产生的压力高于从压力输出端284产生的弹簧力和压力的组合，则阀262被偏置到关闭位置，如从图5B最清楚地看到。
[0045]由于流体流阻流器278、280中的流量阻力和相关联的压降的差而在压力输出端282、284之间产生压力差。利用此配置，可以选择流体流阻流器278、280，使得期望的流体(例如石油)流过流体模块250而在压力输出端282、284之间产生的压力差与弹簧力一起将阀262偏置到如图5A所示的打开位置。类似地，不期望的流体(例如水或气体)流过流体模块250而在压力输出端282、284之间产生的压力差足以克服弹簧力并将阀262偏置到如图5B所示的关闭位置。
[0046]接下来参照图6A至6B，其中示出在打开和关闭操作位置的本申请的流体模块的示意图，流体模块概括性地指定为350。流体模块350包括具有一对入口 354/出口 356的主流路352。主流路352提供用于通过流体模块350输送流体的主流路。在所示的实施例中，一对流体流阻流器358、360位于主流路352内。阀362相对于主流路352定位，使得阀362具有允许流体流过主流路352的第一位置(如在图6A中最清楚地看到)和禁止流体流过主流路352的第二位置(如在图6B中最清楚地看到)。在所示的实施例中，阀362是压力操作梭阀。
[0047]流量控制模块350包括具有两个分支流路366、368的桥形网络。在所示的实施例中，分支流路366具有与主流路352相连的一对入口 370/出口 374。类似地，分支流路368具有与主流路352相连的一对入口 372/出口 376。分支流路266具有流体流阻流器378和压力输出端380。分支流路368具有流体流阻流器382和压力输出端384。来自压力输出端380的压力经由流路386传送到阀362。来自压力输出端384的压力经由流路388传送到阀362。因此，如果从压力输出端384产生的压力高于从压力输出端380产生的压力，则阀362被偏置到打开位置，如从图6A最清楚地看到。或者，如果从压力输出端380产生的压力高于从压力输出端384产生的压力，则阀362被偏置到关闭位置，如从图6B最清楚地看到。
[0048]由于通过流体流阻流器378、382产生的流量阻力和相关联的压降而在压力输出端380、384之间产生压力差。利用此配置，如图6A中的箭头所示，从管柱的内部通过流体模块350进入地层的注入流体在压力输出端380、384之间产生将阀362偏置到打开位置的压力差。然而，在开采过程中，如图6B中的箭头所示，通过流体模块350流入油管柱的内部的地层流体在压力输出端380、384之间产生将阀362偏置到关闭位置的压力差。以这种方式，注入流体通过流体模块350的流量可以显著地大于开采过程中地层流体的流量。
[0049]如本领域技术人员应理解的，在平行桥形网络的两个分开的分支上使用串联的不同流体流阻流器的组合，使得当流体从中行进时，能够在桥形网络上在所选择的位置产生压力差。然后，可以使用该压力差进行井下工作，诸如切换上述阀。
[0050]此外，虽然本申请的流体模块被描述为用于开采流体的流入控制装置和用于注入流体的流出控制装置，但是本领域技术人员应当理解的是，本申请的流体模块可选地操作为用于其它井下工具的致动器，其致动其它井下工具所需的力可以很大。在这种实施例中，通过流体模块的分支流路的流体流可以用来切换最初阻断流体模块的主流路的阀。一旦主流路打开，则流过主流路的流体流可以用来在其它井下工具上进行工作。
[0051]在某些设施中，诸如具有大量开采层段的长水平完井，当致动本申请的流体模块时,需要发送信号到地表。如果本申请的流体模块由于开采流体的成分从主要为石油改变成主要为水因而从打开配置切换到关闭配置，则例如，流体模块的致动还可以触发发送到地表的信号。在一个实现中，每个流体模块的致动可以触发释放独特的示踪物质随开采流体输送到地表。在到达地表时,该示踪物质被识别并触发释放该示踪物质的流体模块相关联，使得可以确定窜水的位置。
[0052]虽然已参照示意性实施例描述了本申请，但是本描述无意以限制性意义进行解释。通过参照本描述，各种修改和示意性实施例的组合以及本申请的其它实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，旨在使所附权利要求涵盖任何这种的修改或实施例。
【权利要求】
1.一种井下流体流控制系统，包括: 流体模块，包括具有第一分支流路和第二分支流路的桥形网络，每个分支流路包括至少一个流体流阻流器和压力输出端； 其中，所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路的压力输出端之间的压力差能够操作以通过所述流体模块控制流体流。
2.根据权利要求1所述的流量控制系统，其中所述第一分支流路和所述第二分支流路分别包括至少两个流体流阻流器。
3.根据权利要求2所述的流量控制系统，其中每个分支流路的所述压力输出端位于所述两个流体流阻流器之间。
4.根据权利要求2所述的流量控制系统，其中每个分支流路的所述两个流体流阻流器对流体粘性具有不同的反应。
5.根据权利要求2所述的流量控制系统，其中每个分支流路的所述两个流体流阻流器对流体密度具有不同的反应。
6.根据权利要求1所述的流量控制系统，其中所述第一分支流路和所述第二分支流路分别与主流路具有共同的流体入口和共同的流体出口。
7.根据权利要求6所述的流量控制系统，其中所述主流路和所述分支流路之间的流体流量比在约5比I至约20比I之间。
8.根据权利要求6所述的流量控制系统，其中所述主流路和所述分支流路之间的流体流量比大于10比I。
9.根据权利要求6所述的流量控制系统，其中所述流体模块还包括: 阀，具有第一位置和第二位置，在所述第一位置中，所述阀能够操作以允许流体流过所述主流路，在所述第二位置中，所述阀能够操作以禁止流体流过所述主流路， 并且其中所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路的压力输出端之间的压力差能够操作以在所述第一位置和所述第二位置之间切换所述阀。
10.根据权利要求9所述的流量控制系统，其中所述流体模块具有注入模式和开采模式， 在所述注入模式中，由注入流体的流出而产生的、所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路的压力输出端之间的压力差将所述阀切换至打开所述主流路， 在所述开采模式中，由开采流体的流入而产生的、所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路的压力输出端之间的压力差将所述阀切换至关闭所述主流路。
11.根据权利要求9所述的流量控制系统，其中所述流体模块具有第一开采模式和第二开采模式， 在所述第一开采模式中，由期望的流体的流入而产生的、所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路的压力输出端之间的压力差将所述阀切换至打开所述主流路， 在所述第二开采模式中，由不期望的流体的流入而产生的所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路的压力输出端之间的压力差将所述阀切换至关闭所述主流路。
12.根据权利要求1所述的流量控制系统，其中所述流体流阻流器选自由以下构成的群组:喷嘴、涡流室、流管、流体选择器和矩阵室。
13.一种流量控制筛， 包括:基管，具有内部通道； 过滤介质，围绕所述基管定位； 外壳，围绕所述基管定位，在所述过滤介质和所述内部通道之间限定流体流路；以及 至少一个流体模块，设置在所述流体流路内，所述流体模块包括具有第一分支流路和第二分支流路的桥形网络，每个分支流路包括至少一个流体流阻流器和压力输出端，使得所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路的压力输出端之间的压力差能够操作以通过所述流体模块控制流体流。
14.根据权利要求13所述的流量控制筛，其中所述流体流阻流器选自由以下构成的群组:喷嘴、涡流室、流管、流体选择器和矩阵室。
15.根据权利要求13所述的流量控制筛，其中所述第一分支流路和所述第二分支流路分别与主流路具有共同的流体入口和共同的流体出口， 其中所述第一分支流路和所述第二分支流路分别包括两个流体流阻流器，其中每个分支流路的所述压力输出端位于所述两个流体流阻流器之间， 并且所述流体模块还包括阀，所述阀具有允许流体流过所述主流路的第一位置和限制流体流过所述主流路的第二位置。
16.根据权利要求15所述的流量控制筛，其中所述流体模块具有第一开采模式和第二开米模式， 在所述第一开采模式中，由期望的流体的流入而产生的、所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路的压力输出端之间的压力差将所述阀切换至打开所述主流路， 在所述第二开采模式中，由不期望的流体的流入而产生的、所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路的压力输出端之间的压力差将所述阀切换至关闭所述主流路。
17.一种井下流体流控制系统，包括: 流体模块，包括: 主流路； 阀，具有允许流体流过所述主流路的第一位置和限制流体流过所述主流路的第二位置；以及 具有第一分支流路和第二分支流路的桥形网络，所述第一分支流路和所述第二分支流路分别与所述主流路具有共同的流体入口和共同的流体出口，并且分别包括两个流体流阻流器和位于所述两个流体流阻流器之间的压力输出端， 其中所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路的压力输出端之间的压力差能够操作以在所述第一位置和所述第二位置之间切换所述阀。
18.根据权利要求17所述的流量控制系统，其中每个分支流路的所述两个流体流阻流器对流体粘性具有不同的反应。
19.根据权利要求17所述的流量控制系统，其中每个分支流路的所述两个流体流阻流器对流体密度具有不同的反应。
20.根据权利要 求17所述的流量控制系统，其中所述流体模块具有第一开采模式和第二开采模式， 在所述第一开采模式中，由期望的流体的流入而产生的、所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路的压力输出端之间的压力差将所述阀切换至打开所述主流路，在所述第二开采模式中，由不期望的流体的流入而产生的、所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路的压力输出端之间的压力差将所述阀切换至关闭所述主流路。
21.根据权利要求17所述的流量控制系统，其中所述流体流阻流器选自由以下构成的群组:喷嘴、涡流室、流管、流体选择器和矩阵室。
22.—种井下流体流控制方法，包括: 将流体流控制系统放置在井下的目标位置处，所述流体流控制系统包括流体模块，所述流体模块具有主流路、阀和桥形网络，所述桥形网络具有第一分支流路和第二分支流路，所述第一分支流路和所述第二分支流路分别与所述主流路具有共同的流体入口和共同的流体出口，并且分别包括两个流体流阻流器和位于所述两个流体流阻流器之间的压力输出端; 通过所述流体模块开采期望的流体； 在所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路的压力输出端之间产生第一压力差，所述第一压力差将所述阀朝向允许流体流过所述主流路的第一位置偏置； 通过所述流体模块开采不期望的流体；以及 在所述第一分支流路的压力输出端和所述第二分支流路的压力输出端之间产生第二压力差，所述第二压力差将所述阀从所述第一位置朝向限制流体流过所述主流路的第二位置偏置。
23.根据权利要求22所述的方法，其中通过所述流体模块开采期望的流体还包括: 开采含有至少预定量的期望的流体的地层流体。
24.根据权利要求22所述的方`法，其中通过所述流体模块开采不期望的流体还包括: 开采含有至少预定量的不期望的流体的地层流体。
25.根据权利要求22所述的方法，还包括: 发送信号到地表，指示所述阀从所述第一位置切换到所述第二位置。
【文档编号】E21B34/06GK103764939SQ201280041339
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年8月5日 优先权日:2011年8月25日
【发明者】M·L·夫瑞普, 贾森·D·戴克斯特拉, 约翰·查理·加诺, 卢克·威廉·霍尔德曼 申请人:哈利伯顿能源服务公司