专利名称：开采阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种井筒系统，其包括在地壳岩层中钻出的一个主井筒和多个支井筒。这样的井筒系统一般被称为分支式井筒系统、或者称为多侧支井筒系统。应当指出的是在本发明的上下文中，从地面延伸到地下第一个井筒连接点之间的那段井筒被称为主井筒，而其它的井筒段则被称为支井筒。例如，如果该井筒系统是由一段延伸到某油气储集层中的垂直井筒以及从主井筒上的一个连接点处延伸到另一储集层中的一段支井筒组成的，则在连接点以下的垂直井筒部分也被认为是一段支井筒，而连接点以上的垂直井筒段则认为是主井筒。
根据本发明，本文提出一种在地壳岩层中钻出的井筒系统，该地壳岩层包括至少一个含碳氢化合物流体的储集层，该井筒系统包括一个主井筒和多个支井筒，每个支井筒都从主井筒延伸到所述的地壳岩层中，并在所述的至少一个储集层与主井筒之间形成流体连通关系，每段支井筒中都设置有一个开采阀，该开采阀包括锚固装置和控制装置，锚固装置用于将开采阀固定地锚定在支井筒中，控制装置用于对从所述至少一个储集层中流出、经该支井筒流入到主井筒的碳氢化合物流的流量进行控制。
通过在支井筒中设置开采阀，实现对从不同支井筒开采出的碳氢化合物流体流量的分别控制。另外，可将流经各个开采阀的压力降以这样的方式进行控制使得在对应的支井筒中，该开采阀下游处的液体井流压力能防止流体从一个储集层流入到另一个储集层中。
开采阀1包括一个管状的外壳6，外壳6中设置有一个可控阀A、一个阀驱动模块B、以及一个发电机C。
图2详细地示出所述的可控阀A，其相对于轴线8是对称的，其中，将在对称轴8的上侧部分，该可控阀A按其开启模式示出，而在对称轴8下侧的部分，该可控阀按其关闭模式示出。可控阀A包括一条流道10和一个闭阀元件12，其中的闭阀元件12可在轴向方向上相对于流道10在一个开启位置和一个关闭位置之间移动，在开启位置上，闭阀元件12使流道开通，而在关闭位置上，闭阀元件12则封闭流道10。为此目的，闭阀元件12上设置有一个锥台面部分14，当闭阀元件处于关闭位置时，该锥台面部分与环绕流道10的、具有对应形状的阀座面16密封地接触。流道10与两个入口孔18和一个出口19相通，该两入口孔18被设计成这样使得当闭阀元件12从其开启位置向关闭位置移动时，这两个入口孔是被逐渐封闭的。一个开槽管20在其一端连接到闭阀元件12的与锥台面部分14相对的那一端上，而所述开槽管在其另一端则设置一个环形凸肩22。所述外壳内部地设置一个挡圈24，其被设计成，当闭阀元件12的锥台面部分14与阀座面16之间的距离非常小时，管20的环形凸肩22与挡圈24相接触。这样，当闭阀元件12顶靠在阀座面16上时，管20就对闭阀元件12施加一个拉力，因而，其起到一个弹簧件的作用。在流道10中设置一个环形节流器26，以便经入口孔18进入到外壳6中的流体就经过该环形节流器26流到出口孔19。螺纹连接到所述外壳上的一个锁止圈28将该节流器26锁止固定。
进一步地参见图3，图中详细地示出所述的驱动模块B，其包括一个电动步进马达30，其具有一个驱动轴32，该驱动轴上带有一个第一齿轮34，第一齿轮驱动着一个第二齿轮36。在轴向方向上，有一根管状心轴38穿过第二齿轮36，心轴38和第二齿轮36上制有相互配合的螺纹(图中未示出)，从而当第二齿轮36转动时，心轴38就会在轴向方向上移动。在外壳中通过一个固定盘42以这样的方式固定地安装一个导引销40使得该导引销在轴向方向穿入到管状心轴38中，这样，当心轴38发生轴向运动时，可对其进行导引。心轴38远离固定盘42的那一端通过适当的连接装置(图中未示出)连接到闭阀元件12上。该驱动模块B还包括一套控制系统44，该系统中设置有一个驱动电动机用的电池(图中未示出)和一个带有声学传感器的微处理器(图中未示出)。微处理器已被预先编程设置，从而可根据声学传感器所接收到的声学编码信号对步进电机的工作进行控制。通过四个锁止圈46a、46b、46c、46d将驱动组件B的各个部件锁定在外壳6中。
进一步参见图4，发电机C包括一个涡轮机，其具有一个壳体元件48，该壳体元件通过连接螺纹50固定连接到管状外壳6上，一根轴52从壳体元件48中同心地穿过，该轴可转动地安装在一个陶瓷轴承53中，并在该轴52与驱动模块B相对置的那一端上设置一个叶轮54。轴52的另一端处设置有一个止推轴承56，用于防止轴52相对于管状壳体轴向串动。在轴52上以恒定的周向间隔角固定安装多个磁铁58。在壳体元件48中固定地安装一个玻璃焊封的线圈60，该线圈环围着各个磁铁58，线圈与所述控制系统电路连接，从而当轴52转动时，线圈60可对电池进行充电。
在图5和图6中示出一种备选形式的发电机60，该发电机60可取代发电机C安装在
图1所示的开采阀中。该备选发电机60形成一台射流发电机，其包括一个发电机机体62，而该机体又包括一个外机体部件62a和一个固定安装在外机体部件62a中的内机体部件62b。外机体部件62a上设置有连接螺纹64，用于将该发电机60旋入到外壳6中，并设置有一个流体腔66，其具有一个流体入口68和两个分叉延伸的流体出口70、72。在流体腔66中设置一个磁性振荡器74，该磁性振荡器74上设置有两个横截面为三角形的支撑件76，每个支撑件76都有一个边沿以这样的方式搁靠在一个沟槽(图中未示出)中使得振荡器74可相对于所述边沿产生角振荡，其中的沟槽制在内机体部件62b中。这样，该振荡器就将流体腔66分成两条沿其两相对侧的流道66a、66b。一条反馈流道79提供流道66a、66b间的流体连通。在外机体部件62a中设置两个电线圈80、82，这两个线圈包围着磁性振荡器74，外机体部件上还设置有电路接线(图中未示出)，用于以这样的方式将线圈80、82连接于控制系统上当振荡器74在流体腔中振荡时，线圈80、82可对电池进行充电。
每个支井筒上都设置一个开采阀，除了不同开采阀中的环形节流器的内径不同之外，所有的开采阀都类似于开采阀1。下文将针对开采阀1的正常工作状况，来讨论所述不同内径的选择。
在图1所示实施例的正常工作过程中，天然气被从不同的储集层同时开采出来，由此，每个储集层中的天然气井流都经各自的支井筒流到主井筒中，并从主井筒流向地面上的开采设备(图中示示出)。因而，不同的井流会在主井筒中汇合，从而形成所开采天然气的主井流。不同开采阀1中的节流器26的内径被选择成这样使得当各个可控阀A处于开启模式时，在各个节流器26下游处的不同井流的气压大体上是相等的。这样就可以防止从某一压力较高的储集层流出的天然气流入到另一个压力较低的储集层中。
如果希望以最大的流量来从井筒系统中开采天然气，则各个开采阀1中的可控阀A就保持在开启模式下。在此模式下，开采出的气体经入口孔18以最大流量流入到流道10中，随着气体流过叶轮54，叶轮就会发生转动，导致轴52和磁铁58也发生转动。这样就在线圈60中产生电流，该电流经控制系统流向电池，从而对其进行充电。由于在闭阀元件12所在的位置处不会产生临界流动的情况，而是在节流器26中气流达到临界状态，所以，不会因为气流以临界流动速率流过闭阀元件12而加剧闭阀元件12的侵蚀。
如果希望降低某个或多个支井筒的天然气开采量，则在主套管中产生一个声学编码信号，该信号代表使闭阀元件12在流道10中移动一段选定距离的指令。其中声学信号的产生例如可通过促使金属物品撞击主套管产生一个声响序列来实现。该声学信号经主套管、支套管2和锁止芯棒4传播到声学传感器，该传感器促使微处理器对步进电机30进行控制，从而使驱动轴32转动选定的圈数，该转动圈数与闭阀元件12所需的移动量相当。结果是第二齿轮发生转动，从而将心轴38和闭阀元件12在流道10中移动所述的选定距离。这样就部分地遮闭流孔18，从而气体只能以减小的流量经入口孔18流向出口19。
如果要停止从某个支井筒中开采天然气，则此时除了声学编码信号所代表的指令是将闭阀元件12移动紧压到外壳6阀座面16上之外，所执行的过程与上述降低开采量的过程相同。结果就是闭阀元件12移动到压靠在阀座面16上的位置，使得可控阀A处于关闭模式。在该状态下，开槽管20的环形凸肩22与挡圈24相接触，且管20向闭阀元件12施加一个拉力作用，该拉力的效果是将闭阀元件12偏置向离开阀座面16的方向。
如果想要将闭阀组件重新恢复到开启模式，则就在主套管中产生一个声学编码信号，该信号代表将闭阀元件12移动到其开启位置的指令。闭阀元件12从其关闭位置向其开启位置移动的初始阶段受到开槽管20拉力作用的促进。
对于图1所示实施例的改型实施例，除了电流是由备选形式的发电机60产生的、而不是由发电机C产生的之外，其正常工作过程与图1所示实施例的正常工作过程类似。也就是说，经流体入口68进入到流体腔66中的气体是沿振荡器74流过流道66a、66b的，并进一步地流经流体出口70、72，反馈导管79能在流道66a、66b中产生柯恩达效应(Coanda)，使得气流是交替地进入到出口70、72的。从而，磁性振荡器74就绕支撑件76的支撑边沿而发生角振荡。这样就在线圈80、82中产生电流，该电流经控制系统流向电池，而对电池进行充电。
权利要求
1.一种在地壳岩层中钻出的井筒系统，所述岩层包括至少一个碳氢化合物流体储集层，所述井筒系统包括一个主井筒和多个支井筒，每个支井筒都从主井筒延伸到所述地壳岩层中，并在所述的至少一个储集层与主井筒之间形成流体连通关系，每个支井筒中都设置有一个开采阀，所述开采阀包括锚固装置和控制装置，锚固装置用于将开采阀固定地锚定在支井筒中，控制装置用于对从所述至少一个储集层中流出、经该支井筒流入到主井筒的碳氢化合物井流的流量进行控制。
2.根据权利要求1所述的井筒系统，其特征在于，所述开采阀包括一个可控阀和一个临界流动喷管，所述可控阀用于调节碳氢化合物井流的流量，而所述临界流动喷管可设置成使得井流从其中流过。
3.根据权利要求2所述的井筒系统，其特征在于，所述临界流动喷管设置在可控制阀的下游位置。
4.根据权利要求2或3所述的井筒系统，其特征在于，所述可控阀包括一条流道，其用于使井流从该流道中流过；和一个闭阀元件，其可相对于流道在一个选定的方向上运动，从而至少部分地遮闭所述流道。
5.根据权利要求4所述的井筒系统，其特征在于，在所述选定方向上，闭阀元件可在一个开启位置和一个关闭位置之间移动，在开启位置上，闭阀元件使流道处于基本上开启的状态，而在关闭位置上，闭阀元件封闭所述流道。
6.根据权利要求4或5所述的井筒系统，其特征在于，所述井筒系统还包括一个驱动模块，其用于控制闭阀元件在选定方向上的运动。
7.根据权利要求6所述的井筒系统，其特征在于，所述驱动模块包括一个电动机，其用于转动一根心轴，所述心轴被设计成，当心轴转动时，促使所述闭阀元件在选定方向上运动。
8.根据权利要求7所述的井筒系统，其特征在于，所述驱动模块还包括一个电池和一个发电机，所述电池用于向电动机供电，而所述发电机被设计成可由碳氢化合物井流推动，从而对所述电池进行充电。
9.根据权利要求8所述的井筒系统，其特征在于，所述发电机可从涡轮机和射流发电机中选择。
10.根据权利要求6到9之一所述的井筒系统，其特征在于，所述驱动模块包括一个声学传感器和一个微处理器，所述微处理器被编程以根据声传感器所接收到的声学编码信号来对所述闭阀元件的运动进行控制。
11.根据权利要求10所述的井筒系统，其特征在于，所述锚固装置包括一个锁止芯棒，用于将开采阀锁止在支井筒的套管中，所述锁止芯棒适于将所述声学编码信号从套管传递到开采阀。
12.根据权利要求1到11中任一项所述的井筒系统，其特征在于，所述地壳岩层包括所述的多个具有互不相同的流体压力的碳氢化合物流体储集层，每个支井筒都使得对应的一个碳氢化合物流体储集层与主井筒相连通。
13.井筒系统，其基本上如前文参照附图描述的那样。
全文摘要
本发明公开一种在地壳岩层中钻出的井筒系统，该岩层包括至少一个碳氢化合物流体储集层，该井筒系统包括一个主井筒和多个支井筒，每个支井筒都从主井筒延伸到所述地壳岩层中，并在所述的至少一个储集层与主井筒之间形成流体连通关系。每个支井筒中都设置一个开采阀，该开采阀包括锚固装置和控制装置，锚固装置用于将开采阀固定地锚定在支井筒上，控制装置用于对从所述至少一个储集层中流出、经该支井筒流入到主井筒的碳氢化合物井流的流量进行控制。
文档编号E21B34/06GK1402810SQ00816458
公开日2003年3月12日 申请日期2000年11月28日 优先权日1999年11月29日
发明者威廉默斯·H·P·M·海宁 申请人:国际壳牌研究有限公司