专利名称：用于在采油时在注入器中通过阀或流动控制装置自调节(自主调节)流体的流动的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将流体注入到油和/或气储集层或生成层中的方法。更具体地，本发明涉及一种在采油时在注入器中使用自主阀或流动控制装置的方 法，所述阀或流动控制装置在专利申请No. 20063181和国际申请No. PCT/N02007/000204 中进行了描述，所述专利申请No. 20063181在公开前撤回，所述国际申请No.PCT/ N02007/000204要求NO 20063181的优先权并且在本申请的申请日尚未公开。
背景技术：
从美国专利公报No. 4，821，801,4, 858，691,4, 577，691和英国专利公报 No. 2169018中已知用于从长的、水平的和竖直的井中采油和采气的装置。这些已知的装置 包括穿孔的排管，所述排管具有例如过滤器，用于控制管周围的沙。已知的用于采油和/或 采气的装置在高渗透性地质生成层中的明显缺陷在于，由于管中的流动摩擦，使得排管中 的压力在上游方向上呈指数增大。因为储集层和排管之间的压差在上游将减小，结果从储 集层流入到排管的油和/或气的量将相应地减少。因此，通过这种方法产出的油和/或气 的总量会较低。对于薄油区和高渗透性地质生成层来说，还有锥进的高风险，即，水或气不 期望地流入到下游排管中，在下游油从储集层流到管的速度是最大的。从“World Oil” vol. 212，N. 11(11/91)第73-80页已知通过一个或多个诸如滑动 套筒或节流装置的流入限制装置将排管分成多个节段。然而，该参考文献主要涉及通过流 入控制来限制上部孔区域的流入速率，从而避免或减少水和/或气的锥进。W0-A-9208875描述了一种包括多个生产节段的水平生产管，所述多个生产节段通 过内部直径大于生产节段的混合室相连。生产节段包括外部带有槽口的衬垫，所述衬垫可 被视为执行过滤作用。然而，节段直径不同导致产生湍流并妨碍油井维修工具的行进。当从地质生产层中抽取油和或气时，不同质的流体，即油、气、水(和沙)产出量和 混合比不同，取决于层的性质或质量。上述的已知设备中没有一个能够在油、气或水之间加 以区分并基于它们的相对组成和/或质量来控制油、气或水的流入。通过NO 20063181和PCT/N02007/000204中描述的自主阀提供了一种流入控制装 置，其是自调节的或自主的并且能够容易地装配在生产管的壁中，从而使得能够使用油井 维修工具。该装置设计成在油和/或气和/或水之间加以区分，并且能够基于这些流体所 需的流动控制来控制油或气的流动或流入。NO 20063181和PCT/N02007/000204中所公开的装置是耐用的，可经受大的作用
力和高温，防止抽吸出现(压差)，无需能量供给，可耐受出砂，可靠但又简单且非常便宜。关于现有的技术，储集层中的注入井被用来提高油的采收率(I0R和/或E0R)。可 使用注入器来注入例如水、蒸汽、烃气和/或二氧化碳。注入井可具有不同的定向和长度。 在很多情况下注入的流体应该在油储集层中均勻地分布。在这些情形下使用长的注入井， 并且将注入流体注入到沿着井的不同节段中。
即便是将流体注入到沿着井的不同节段中，注入仍将是不均勻的(见图10)。这主 要由于储集层不均勻而导致，不均勻的储集层可包括例如高渗透区域和低渗透区域、裂缝 或短接(Short-cut)。所有流体流动的本性是流体将流到阻力最小的地方。这个事实使得 注入往往很不均勻。这导致对注入的流体利用不足并且I0R/E0R效果差。
发明内容
根据本发明的方法其特征在于，流体经由沿注入器设置的多个自主阀或自主流动 控制装置流入到储集层或生成层中，所述阀在高于给定压差时具有基本上恒定的流通体 积，以便自主地调节所述流体的流动，从而确保从所述注入器到所述储集层或生成层的体 积流速沿注入器长度基本上恒定。从属权利要求2限定了本发明的优选实施方式。
下面通过示例并参考附图进一步描述本发明，附图中图1显示了具有根据PCT/N02007/000204或本发明的控制装置的生产管的示意 图；图2a)显示了根据PCT/N02007/000204的控制装置的放大的截面图；图2b)显示 了相同装置的俯视图；图3显示了与固定流入装置相比较的通过根据本发明的控制装置的流量_压差的 曲线图；图4显示了图2所示的装置，但是具有不同压力区域的指示，其影响针对不同应用 的装置的设计；图5显示了根据PCT/N02007/000204的控制装置的另一实施方式的原理图；图6显示了根据PCT/N02007/000204的控制装置的第三实施方式的原理图；图7显示了根据PCT/N02007/000204的控制装置的第四实施方式的原理图；图8显示了 PCT/N02007/000204的第五实施方式的原理图，其中控制装置是流动 配置的整体式部件；图9显示了带有裂缝且使用常规技术的储集层中的典型注入剖面；图10显示了带有裂缝且使用根据本发明的方法的储集层中的典型注入剖面。
具体实施例方式如上所述，图1显示了一段生产管1，其中提供了根据PCT/N02007/000204的控制 装置2的原型。控制装置2优选呈圆形且相对扁平的形状，并且可设有外螺纹3 (见图2)， 以便螺纹连接到管或注入器中具有相应内螺纹的圆孔中。通过控制其厚度，装置2可适于 管或注入器的厚度并且装配于管或注入器的外圆周和内圆周内。图2a)和2b)以放大的比例显示了 PCT/N02007/000204的在先控制装置2。该装 置包括第一圆盘形形状的壳体本体4，其具有外圆筒形部分5和内圆筒形部分6并且具有 中央孔或孔口 10 ；第二圆盘形形状的保持部本体7，其具有外圆筒形部分8 ；以及优选扁平 圆盘形或可自由移动的本体9，其设置在形成于第一圆盘形形状的壳体本体4和第二圆盘形形状的保持部本体7之间的开口空间14中。本体9可针对特殊的应用和调节而不采用扁 平的形状，并且呈部分锥形或半圆形的形状(例如朝向孔口 10)。如从图中可见，第二圆盘 形形状的保持部本体7的圆筒形部分8装配于第一圆盘形形状的壳体本体4的外圆筒形部 分5内并沿与所述外圆筒形部分5相对的方向突出，由此形成如箭头11所示的流动路径， 其中，流体经中央孔或孔口(入口)10进入控制装置，然后朝圆盘9流动，并且在流过形成 于圆筒形部分8和圆筒形部分6之间的环形开口 12之间沿圆盘9径向地流动，然后再经形 成于圆筒形部分8和圆筒形部分5之间的环形开口 13流出。圆盘形形状的壳体本体4和 圆盘形形状的保持部本体7在连接区域15 (如图2b中所示)处通过螺纹连接、焊接或其它 方式(未在图中进一步示出)而彼此附连。本发明利用柏努利(Bernoulli)效应，其教示出静态压力、动态压力和摩擦力之 和沿着流动线路是恒定的Pstatic +^pv2 + ^pfriction在圆盘9经受流体流动时，如在本发明的情形下，圆盘9上的压差可表述如下
Γ 1Apover = 他)_ Α ^(/(Λ’Ρ2’Λ 」=-ρν2例如为气体的流体由于粘度较低而将“推迟转弯”并且继续进一步沿着圆盘朝其 外端部(由附图标记14指示)流动。这样在位于圆盘9的端部处的区域16中产生较高的 滞止压力，进而在圆盘上产生较高的压力。能够在圆盘形形状的本体4和7之间的空间内自 由移动的圆盘9将向下移动，从而使圆盘9和内圆筒形部分6之间的流动路径变窄。这样， 圆盘9基于流经的流体的粘度而向下或向上移动，因此可利用该原理对通过该装置的流体 的流动进行控制(闭合/打开)。此外，通过具有固定的几何形状的传统的流入控制装置(ICD)的压降与动态压力 成比例
1 ,Αρ = Κ·-ρν其中，常数K主要是几何形状的函数并且较少地依赖于雷诺数(Reynolds number)。在根据本发明的控制装置中，在压差增大时流动面积将减小，使得当压降增大时 流过控制装置的流量不会或几乎不会增大。图3中显示了根据本发明的具有可动圆盘的控 制装置与具有固定的流通开口的控制装置之间的比较，并且如从图中可见，本发明的流通 体积在高于给定的压差时是恒定的。这代表了本发明的主要优点，因为其可用于确保对于整个水平井而言流过每个节 段的流量都相同，这在固定流入控制装置中是不可能的。在采油和采气时，根据本发明的控制装置可具有两个不同的应用用其作为流入 控制装置以减少水的流入，或者在气窜情况下减少气体的流入。如上所述，在设计根据本发 明的控制装置用于例如水或气的不同的应用时，如图4所示的不同的面积和压力区域将影 响装置的效率和流通性能。参考图4，所述不同的面积/压力区域可划分成-ApP1分别是流入面积和流入压力。由该压力所产生的作用力(P1 -A1)将尽力打 开该控制装置(使圆盘或本体9向上移动)-A2、P2是在速度最大因而代表动态压力源的区域中的面积和压力。动态压力所产生的作用力将尽力关闭控制装置(随着流速增大使圆盘或本体9向下移动)-A3、P3是在出口处的面积和压力。其应该与井压(入口压力)相同；-A4、P4是可动圆盘或本体9后方的面积和压力(滞止压力)。在位置16 (图2)处 的滞止压力在本体后面产生压力和作用力。其将尽力关闭控制装置(使本体向下移动)。具有不同粘度的流体将基于这些区域的设计而在每一区域中提供不同的作用力。 为了优化控制装置的效率和流通性能，针对不同的应用，例如气/油或油/水的流动，其面 积的设计将不同。因此，对于各种应用，需要考虑各种设计情况下的性质和物理条件(粘 度、温度、压力等)而仔细地平衡和优化设计这些面积。图5显示了根据PCT/N02007/000204的控制装置的另一实施方式的原理图，其设 计比图2所示的形式更简单。与图2所示的形式一样，该控制装置2包括第一圆盘形形状 的壳体本体4，其具有外圆筒形部分5和中央孔或孔口 10 ；第二圆盘形形状的保持部本体 17，其附连于壳体本体4的部分5 ；以及优选扁平的圆盘9，其设置在形成于第一圆盘形形状 的壳体本体4和第二圆盘形形状的保持部本体17之间的开口空间14内。然而，由于第二 圆盘形形状的保持部本体17向内开口(通过一个孔或多个孔23等)且现在只是将所述圆 盘保持在合适的位置，而且由于圆筒形部分5具有不同的比图2中所示的流动路径要短流 动路径，因此在圆盘9的背面并没有形成如上述的结合图4所说明的滞止压力(P4)。通过 这种没有滞止压力的解决方案，使装置的构造厚度变小，并且可耐受流体中包含更大量的 颗粒。图6显示了根据PCT/N02007/000204的第三实施方式，其设计与图2所示的示例 相同，只是在圆盘的任一侧上设置有螺旋的或其它适合的弹簧装置形式的弹簧元件18，并 且该弹簧元件18使圆盘与保持部7、22、凹部21或壳体4相连。弹簧元件18用于平衡和控制圆盘9与入口 10、或者更确切地圆盘9与入口 10的 周围边缘或座19之间的流入面积。这样，取决于弹簧常数进而弹簧的作用力，圆盘9与边 缘19之间的开口将更大或更小，并且在选定的适合弹簧常数下，取决于在选定的设置控制 装置的位置处的流入条件和压力条件，可获得通过所述装置的恒定质量流。图7显示了根据PCT/N02007/000204的第四实施方式，其设计与上面图6中的示 例相同，只是圆盘9在面对入口 10的一侧上设置有例如双金属元件20的热响应装置。在开采油和/或气时，开采条件可能从只采出油或采出的大部分为油的情形快速 地改变为只采出气或采出的大部分为气(气窜或气体锥进)的情形。在例如从100巴降低 16巴的压降的情况下，将对应于大约20°C的温降。如图7所示，通过为圆盘9提供例如双 金属元件的热响应元件，圆盘将通过该元件20向上弯曲或向上移动从而抵接保持部形状 的本体7，从而使圆盘和入口 10之间的开口变窄或完全闭合所述入口。图1和图2以及图4-7中所示的控制装置的上述示例都涉及到这样的解决方案 其控制装置是单独的单元或装置，并且结合例如与油和气的开采相关的生产管的壁这样的 流体流动的配置或者条件进行设置。然而，如图8所示，控制装置可以是流体流动配置的整 体式部件，由此可动本体9可设置在凹部21中而不是设置在单独的壳体本体4中，所述凹 部21面对例如如图1所示的管1的壁的孔口或孔10的出口。此外，可动本体9可通过例 如向内突出的桩、圆环22等保持装置在凹部中保持就位，所述保持装置依靠螺纹连接、焊 接等方式连接于凹部的外口。
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图9和10显示了在具有裂缝F的储集层中分别使用传统的技术和根据本发明的 方法的典型注入剖面。图10中沿注入器24的长度设置有多个自主阀或控制装置2 (未在图 中示出)，使得如由几乎等长的箭头线所示流体注入基本均勻(UIF)。相反地，图9所示的 传统的注入技术导致流体注入不均勻(NIF)，特别是在注入流体能够走捷径的裂缝F处，如 本说明书的前言部分也提及的那样。在图9和10中，生产管1都相同，并且生产管1和注 入器24中的流动方向分别由箭头25和26指示。在图9和10中，都还显示出指示气-油 接触(GOC)和水-油接触(WOC)的两条线。通过本发明，由于体积流速恒定，因此极大改善了储集层排出情况。这使得储集层 产量明显增大。同时，所需的注入流体量可显著地减少。这在例如注入蒸汽的浙青生产中 很重要。此外，由于阀的流动特性，使得沿着井的不同节段的注入将是基本均勻的。这通过 阀2特有的恒定的体积流速来确保，即使对于其中压降会变化的不均勻的储集层也如此。就用于注入的流体而言，可使用a. ο.水(a. ο. water)、蒸汽、烃气和/或二氧化碳， 还能够想到气体流体，并且这些流体也在如由所附权利要求限定的本发明的范围内。
权利要求
一种用于将流体注入到油和/或气储集层或生成层中的方法，其特征在于所述流体经由沿注入器设置的多个自主阀或自主流动控制装置(2)流入到所述储集层或生成层中，所述阀(2)在高于给定压差时具有基本上恒定的流通体积，以便自主地调节所述流体的流动，从而确保从所述注入器到所述储集层或生成层的体积流率沿注入器长度基本上恒定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括可自由移动的控制本体(9)，所述控制本体(9)设置在所述注入器(24)的壁的凹 部(21)中或者设置在位于所述壁中的单独的壳体本体(4)中，所述控制本体(9)面对位于 所述凹部(21)或所述壳体本体(4)中央的孔口或孔(10)的出口，并且通过保持装置或配 置(7、22)在所述凹部(21)或所述壳体本体(4)中保持就位，由此形成流动路径(11)，在所 述流动路径(11)中，所述流体经所述中央孔口或入口(10，)进入所述控制装置，朝向所述 本体(9)流动，再沿着所述本体(9)流动，然后流出所述凹部或所述壳体。
3.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于 所述流体是水、蒸汽、烃气和/或二氧化碳。
全文摘要
一种用于将流体注入到油储集层或者生成层和/或气储集层或者生成层中的方法，其中，所述流体经由沿注入器(24)设置的多个自主阀或自主流动控制装置(2)流入到所述储集层或生成层中，所述阀(2)在高于给定压差时具有基本上恒定的流通体积，以便自主地调节所述流体的流动，从而确保从所述注入器(24)到所述储集层或生成层的体积流速沿注入器长度基本上恒定。
文档编号E21B43/16GK101939506SQ200880126376
公开日2011年1月5日 申请日期2008年12月16日 优先权日2008年1月4日
发明者维达尔·马蒂森, 霍瓦尔·阿克勒 申请人:斯塔托尔公司