专利名称：带有止回阀的井筒系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种井筒系统，包括在地层中形成的钻孔，钻孔配有一个阀，阀具有一个通道，流体流从阀的上游流到阀的下游。在从井筒中生产碳氢化合物流体的实践中，阀一般用来控制所生产流体的流速或在紧急情况下关闭井筒。这样的阀一般允许流体双向流经钻孔。
本发明的目的是提供一种井筒系统，包括在地层中形成的钻孔，钻孔中带有一个阀，允许流体沿一个方向流过钻孔，阻止流体从另一个方向流过钻孔。
根据本发明，提供一种井筒系统，包括在地层中形成的钻孔，钻孔中带有一个阀，阀具有一个通道，该通道用于流体流从阀的上游侧流到阀的下游侧；一个闭合部件受到流体所施加的拉力，并且可以相对于通道在打开位置和关闭位置之间移动，在打开位置闭合部件允许流体流过通道，在关闭位置闭合部件关闭通道，上述拉力偏压闭合部件到打开位置，弹簧施加给闭合部件弹力以偏压闭合部件到关闭位置，其中当闭合部件在关闭位置上的时候，弹力大于拉力的选择的下限。
适当地，阀以这样一种方式在钻孔中定位，使得闭合部件被拉力偏压到打开位置，闭合部件所受的拉力是由被沿向下的方向泵送通过钻孔的流体所施加的。
最好，阀在钻孔中以这样一种方式定位，使得闭合部件被拉力偏压到打开位置，闭合部件所受的拉力是由沿向上的方向流过钻孔的流体所施加的。
下面参照下列附图详细介绍本发明
图1示意的表示了本发明所述在地层中的井筒系统；图2示意的表示了本发明所述井筒系统中所使用的阀门的一个实施例。
图1示意的表示了本发明所述在地层3中的井筒系统5，井筒系统包括一个主钻孔5和两个分钻孔7、9，分钻孔在各自的钻孔接合处10、12处从主钻孔5中伸到地层3中。主钻孔5的顶部与碳氢化合物气体生产设备14流体相连，生产设备14带有一个在表面的生产控制阀15。钻孔5、7、9分别伸入各自具有互相不同气体压力的碳氢化合物气体储层16、18、20中，其中在储层20中的气体压力P1大于储层18中的气压P2，在储层18中的气体压力P2大于储层16中的气压P3。每个分钻孔7、9和主钻孔5都带有各自的井筒外壳(未示出)，而且分钻孔7、9的外壳在井筒接合处10、12处密封连接到主钻孔的外壳上。
另如图2所示，分钻孔7带有管状井筒外壳22，外壳22被水泥层24粘接到分钻孔上。一个阀26被锁定心轴28固定在外壳22中，阀门具有中心纵轴线32作为阀门的对称轴线。在图2中，所示的阀门26处于两种不同的操作模式，分别在对称轴线32的两侧。箭头30表示的是从储层16到接合处10(比照图1)的方向。阀26的管状外壳34带有流体入口36、流体出口38a、38b和流体通道40，流体通道连通了入口36和出口38a、38b。流体入口36和流体出口38a、38b被布置成使得沿着箭头30所示方向流过钻孔7的流体经过入口36和流体通道40到达出口38a、38b。外壳34带有一个在流体通道40周围伸展的环状阀座42，还有一个闭合部件44可以相对外壳34沿着纵向在打开位置和关闭位置之间移动，在打开位置(由轴线32的上侧表示)闭合部件远离阀座42，在关闭位置(由轴线32的下侧表示)闭合部件44的端面46与阀座42相接触。端面46的形状跟阀座42的形状配合，这样当闭合部件位于关闭位置的时候，流体通道是关闭的。压缩弹簧48的一端偏压顶在闭合部件44上，另一端压在外壳34中可调整的止动环50上，当闭合部件44位于关闭位置的时候，弹簧48向闭合部件施加一个力F。
闭合部件44带有一个中间孔52，中间孔有一个内凸肩54，内凸肩54在中间孔52的大直径部分52a和小直径部分52b之间形成了一个过渡，大直径部分52a比小直径部分52b更靠近阀座42。中间孔52的大直径部分52a还带有一个塞56，当闭合部件位于关闭位置的时候，通过在小直径部分52b内施加相对于流体通道40中的流体压力可选择的流体背压，可以使得塞沿着流体通道40的方向从中心孔移动。
主钻孔5(图1)在储层18和井筒接合处12之间设有一个阀60，分钻孔9在储层20和井筒接合处12之间设有一个阀62。阀60、62与阀26类似。
在正常操作过程中，所生产的碳氢化合物流体例如天然气可以a)只从储层20中生产，b)同时从储层18和20中生产，c)同时从储层16、18和20中生产。在开始生产之前，主井筒上部的压力P0处于一个水平，使得横跨阀26、60和62的压力差使在阀26、60和62中的闭合部件44位于关闭位置。当只需要从储层20中生产气体的时候(情况a)，通过打开生产控制阀15，主井筒上部的流体压力P0逐渐降低，直到横跨阀62的压力差(P1-P0)大于弹簧力F，因此阀62改变到打开位置，流体从储层20中产出通过生产设备14。
然后，当需要同时从储层18和20中生产气体的时候(情况b)，通过进一步打开生产控制阀15，主井筒上部的压力P0进一步逐渐降低，直到横跨阀60的压力差(P2-P0)大于弹簧力F，因此阀60改变到打开位置，气体从储层18和20中产出进入生产设备14中。
当需要同时从储层16、18和20中生产气体的时候(情况c)，通过进一步打开生产控制阀15，主井筒上部的压力P0进一步逐渐降低，直到横跨阀26的压力差(P3-P0)大于弹簧力F，因此阀26改变到打开位置，气体从储层16、18和20中产出进入生产设备14中。
一旦要把流体从表面送入一个或多个分钻孔7、9或主钻孔5的较低的部分中，上述流体背压施加到各自阀26、60、62的下游一侧，将塞56从中间孔52中移出，这样流体可以沿着与方向30相反的方向被输送通过中间孔52。
此外，阀26、60、62阻止流体从一个储层中流入另一个储层中，因为阀26、60、62阻止了流体沿着与方向30相反的方向流动。
通过调整阀26、60、62中弹簧48的弹力F可以获得与上述顺序a)、b)、c)不同的顺序生产流体。
权利要求
1.一种并筒系统，包括在地层中形成的钻孔，钻孔带有一个阀，阀具有一个通道，通道用于流体流从阀的上游侧流到阀的下游侧；一个闭合部件受到流体流所施加的拉力，并且可以相对于通道在打开位置和关闭位置之间移动，在打开位置闭合部件允许流体流过通道，在关闭位置闭合部件关闭通道，上述拉力把闭合部件向其打开位置偏压，施加弹力给闭合部件的弹簧把闭合部件向其关闭位置偏压，其中当闭合部件在关闭位置上的时候，弹力大于拉力的下限。
2.如权利要求1所述的井筒系统，其特征在于阀在钻孔中以这样一种方式被定位，使得闭合部件由沿着流体的向下的方向被泵送通过钻孔的流体所施加的拉力偏压向其打开位置。
3.如权利要求1所述的井筒系统，其特征在于阀在钻孔中以这样一种方式被定位，使得闭合部件由沿着流体向上的方向流动通过钻孔的流体所施加的拉力偏压向其打开位置。
4.如权利要求3所述的井筒系统，其特征在于上述钻孔是多个被设置用来从地层中向共用的碳氢化合物流体生产设备生产碳氢化合物流体的钻孔中的一个。
5.如权利要求4所述的井筒系统，其特征在于包括多个所述的阀，每个阀都设置在上述钻孔中的相应的一个内。
6.如权利要求5所述的井筒系统，其特征在于这些阀的弹簧的弹力互不相同。
7.如权利要求4-6之一所述的井筒系统，其特征在于共用的碳氢化合物流体生产设备带有阀装置来控制从每个上述钻孔中所生产的碳氢化合物流体的流速。
8.如权利要求3-7之一所述的井筒系统，其特征在于每个闭合部件都带有一个开口，允许流体从阀上游侧通过上述开口流到阀的下游侧，闭合部件还带有一个关闭上述开口的塞，该塞可以在阀下游的钻孔中所选择的流体压力的作用来沿着阀的上游方向从闭合部件中移开。
9.基本如上文参考附图所述的井筒系统。
全文摘要
一种井筒系统,包括在地层中形成的钻孔(5、7、9),钻孔中带有:一个阀(60、26、62),阀具有一个通道,用于流体流从阀的上游流到阀的下游侧;一个闭合部件(44)受到流体所施加的拉力,并且可以相对通道(40)在打开位置和关闭位置之间移动,在打开位置闭合部件允许流体流过通道,在关闭位置闭合部件关闭通道,上述拉力偏压闭合部件到打开位置;一个弹簧(48)施加给闭合部件弹力以偏压闭合部件到关闭位置,其中当闭合部件在关闭位置上的时候,弹力大于选择的拉力的下限。
文档编号E21B34/00GK1390274SQ00815794
公开日2003年1月8日 申请日期2000年11月15日 优先权日1999年11月16日
发明者威廉默斯·许贝特斯·保罗斯·玛丽亚·海耶宁 申请人:国际壳牌研究有限公司