专利名称：用于控制流入井眼的流体流量的井下可调式流量控制装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上来说涉及用于控制从地下地层到井眼中的开采管柱中的流体流量的设备和方法。
背景技术：
诸如油和气这样的烃类是利用钻进地层的井或井眼从地下地层采收的。在有些情 况下，这样的井眼通常通过以下方式完井沿着井眼长度放置套管并临近各个开采区(含烃区)对套管钻孔以将流体(例如油和气)从相关的开采区抽取到井眼内。在其它情况下，井眼可能是裸井，即没有套管。ー个或更多个流入控制装置置于井眼中，以控制流入井眼中的流体流量。这些流动控制装置和开采区通常通过在它们之间安装封隔器而彼此分开。从各个开采区进入井眼的流体被吸入延伸到地面的管形构件中。所希望的是，沿开采区具有基本上均匀的流体流动。不均匀的排放可能导致出现不希望有的状况，例如侵入式气锥或水锥。在采油井的情况下，例如，气锥会导致气体流入井眼内，这会显著降低采油量。同样，水锥也会导致水流入油开采流内，这也会降低采油量和质量。通常在开采区钻入偏斜或水平井眼，以由此抽取流体。若干流入控制装置沿着这样的井眼间隔放置，以排放地层流体或者将流体注入到地层中。地层流体常常包含油层、油下面的水层以及油上面的气层。对于生产井来说，水平井眼典型处于水层上方。油、水和气的边界层在水平井的整个长度上可能不是均匀的。而且，地层的某些性质，例如孔隙度和渗透率，沿着井长度也可能不是相同的。所以，地层和井眼之间的流体可能不会均匀地流过流入控制装置。对于生产井眼来说，所希望的是开采流体相对均匀地流入井眼内以及防止水和气流过各个流入控制装置。被动式(passive)流入控制装置通常用来控制流入井眼的流量。这种流入控制装置被设定为让经过其中的流体流量保持一定，然后将其安装在井眼中；这种流入控制装置不被设计或构造为用于井下调节。有时期望改变特定区域的流体流量。这是因为特定区域已经开始产出了不适宜的流体如水或气体，或者流入控制装置已经堵塞或受损害且当前设置不充分，等等。为了改变经过这种被动式流入控制装置的流体流量，需要拉出开采管柱，但是这样做成本十分高昂且耗吋。因而，需要井下可调节的被动式流入控制装置。
发明内容
—方面，在一个实施例中提供了ー种井下可调式流量控制装置，该井下可调式流量控制装置包括具有流通区域流入控制装置和设定装置，所述流通区域被构造成在流入区域接收地层流体，在流出区域排出接收到的流体，所述设定装置被构造将流经所述流通区域的流体流量调节至 选定的水平。所述设定装置包括连接构件，连接构件被够造成连接到一外部锁定装置上，该外部锁定装置适用于移动所述连接构件，从而使得所述设定装置改变所述流体流量至所需的水平。在另一方面，在一个实施例中公开了ー种流量控制设备，该设备包括被动式流入控制装置和设定装置，该被动式流入控制装置被构造成接收来自地层的流体并将所接收到的流体排到流出区域，所述设定装置被构造成调节流经所述流入控制装置的流体流量，所述设定装置包括连接构件和锁定装置，该锁定装置被构造成与所述连接构件相连以操作所述设定装置，从而调节流经所述流入控制装置的流体流量。本发明更重要特征的例子概述得相当宽泛，以便可以更好地理解下述的详细说明书以及可以领悟对本领域做出的贡献。当然，本发明还具有附加特征，这将在下文描述，其形成了附加于此的权利要求的主题。
參照下列详细说明书，并结合附图，本领域普通技术人员将更容易领悟和更好地理解本发明的有点和其他方面，其中贯穿附图中所示的几个视图中，同样的參考标记通常表示同样或类似的元件，以及其中图I是示例性多区井眼的示意性正视图，其具有安装在其中的开采管柱，开采管柱包括一个或更多个根据本发明的实施例的井下可调式流入控制装置；图2示出了根据本发明的一个实施例的被动式流入控制装置的局部的等角视图；图3A和3B分别示出了根据本发明的一个实施例的可调式流量控制装置处于第一位置时的侧视图和剖视图；图4A和4B分别示出了根据本发明的一个实施例的、图3A和3B中的可调式流量控制装置处于第二位置时的侧视图和剖视图；图5A和5B分别示出了根据本发明的一个实施例的、图3A-4B中的可调式流量控制装置处于第三位置时的侧视图和剖视图；图6A示出了根据本发明的一个实施例的可调式流量控制装置处于第一位置时的局部侧视图，该流量控制装置具有用于对流经所述流量控制装置的流体流量进行调节的磁性闭锁装置；图6B示出了根据本发明的一个实施例的、图6A中的可调式流量控制装置处于第二位置时的剖视图；图6C示出了根据本发明的一个实施例的、图6A中的可调式流量控制装置处于第三位置时的剖视图；以及图7示出了根据本发明的另ー实施例的可调式流量控制装置的剖视图。
具体实施例方式本发明涉及用于控制地层流体在井中流动的设备和方法。本发明提供了某些附图并描述了所述设备和方法的某些实施例，这些应当视为对在此所述的原理的举例说明，并非旨在将本发明限制于所示和所描述的实施例。首先參见图1，图中显示了示例性的井眼开采系统100，其包括穿过地层112钻入一对开采区或储层114、116的井眼110。所示的井眼110村有具有若干穿孔118的套管，所述穿孔穿入并延伸到地层开采区114、116中，这样开采的流体可以从开采区114、116流入井眼110中。所示的示例性井眼110包括竖直区段IlOa和基本上水平区段110b。井眼110包括开采管柱(或开采组件)120，所述开采管柱包括从井眼110的地面126处的井口装置124向下延伸的管道(也被称为中心管)122。开采管柱120沿其长度限定一内部轴向孔128。ー环空130限定在开采管柱120与井眼套管之间。所示的开采管柱120具有基本上水平的部分132，该基本上水平的部分沿着井眼110的偏斜支路或部分IlOb延伸。开采装置134位于沿开采管柱120的选定部位处。任选地，各开采装置134在井眼110内由成对的封隔器装置136隔离。虽然沿着水平部分132仅仅显示了两个开采装置134，但是，沿着水平部分132可以布置大量这样的开采装置。每ー开采装置134包括根据本发明的一个实施例的井下可调式流量控制装置138，用来调节从开采区流到开采管柱120中的ー种或更多种流体的ー个或更多个方面。井 下可调式流量控制装置138可具有许多可供选择的结构特征，这些可供选择的结构特征能够提供可选择性的操作和从其中穿过的受控流体流量。在此所使用的术语“流体”或“多种流体”包括液体、气体、烃、多相态流体、更多流体中的两种流体的混合物、水以及从地表注入的流体(如水)。另外，“水”的含义应解释为也包括水基流体，如咸水或盐水。地下地层一般含有水或盐水以及油和气。水可能存在于含油区下面，气可能存在于含油区上面。水平井眼，例如部分110b，通常钻入开采区(例如开采区116)中，并可以延伸超过5000英尺的长度。一旦井眼已经开采一段时间，就会有水流入一些开采装置134中。水流入的量和时间可能随着开采区的长度不同而变化。因此需要在井下可调节的流量控制装置，以根据需要来控制不需要的流体的流量和/或改变经过该装置的流量以均衡流动。井下可调式流量控制装置也可被设计成自动限制经过该井下可调式流量控制装置的水流量。图2是ー实施例的等轴侧视图，示出了ー种典型的多通道流入控制装置200的一部分，该多通道流入控制装置可被用在钻柱和所述井眼内。流入控制装置200可包含在井下可调式流量控制装置138中，用来控制从储层流入开采管柱中的流体流量。开采装置134可包括过滤装置和流入控制装置200，所述过滤装置用来減少附帯在流体中的颗粒数量和尺寸，而所述流入控制装置则控制进入井眼内的地层流体的总排放流量。如图所示，所示的流入控制装置200包括围绕管形构件202形成的多个结构流部分220a、220b、220c和220d，每个结构流部分界定了流动通道或流动路径。可将每个结构流部分构造成产生预定压降以控制从地层流入井眼油管的产出流体的流量。这些流动路径或部分中的一个或更多个可被堵断或成为独立的(与其他部分不保持液カ连通)以在这些部分上产生选定或规定的压降。经过特定部分的流体流量可通过关闭为选定的结构流部分提供的孔ロ 238来控制。如下所述，管形构件上带有孔ロ，从而根据周围地层的參数和状况暴露一个或更多个选定孔ロ。如图所示，流经所述流入控制装置200的总压降是每ー工作段形成的压降之总和。结构流部分220a-220d也可称之为流动通道或流通区域。为了简化对流入控制装置200的描述，每一通道内的流量控制可參照对通道220a的描述。所示的通道220a包括流出区域或区段212 (也称之为“第一流动区域”)和流入区域210 (也称之为“第二流动区域”)。地层流体进入通道220a流进流入区域210、然后通过流出区域212从该通道排出。通过引导正在流动的流体经过流通区域230，从而通道220a产生压降，流通区域230包括一个或更多个流动级或管道，如流动级232a、232b、232c和232d。每一部分可包括任何所需数量的流动级。另外，在ー些方面，流入控制装置200中的各个通道可包括不同数量的流动级。在另一方面，每个通道或流动级可被构造成在流入区域和流出区域之间提供独立的流动路径。通道220a-220d中的一些通道或所有通道基本上相互保持不液カ流通。也就是说，流体穿过所述通道、经过流入控制装置200的流动是平行的而不是串联的。因而，开采装置134可使流体流经选定通道而部分或完全中断其他通道内的流体流动。流入控制装置200阻断ー个或更多个通道而基本上不影响流体流经其他通道。应理解为术语“平行”是功能性术语，而不是表示具体结构或物理构造。继续參照图2，示出了多通道流动构件200的其他细节，通过将流入的流体输送通过所述多个通道220a-220d中的ー个或更多个，该多通道流动构件产生压降。所述多个通道220a-220d每个可沿中心管或芯部202的壁部形成，并包括以预定方式控制流动的结构特征。尽管没有要求，但是所述多个通道220a-220d可以以平行方式沿芯部202的长轴纵 向设置。每一通道具有与井眼管状流动孔(如图3-8所示)保持流体相通的一端以及与将流入控制装置200和地层分离开的环形空间或环空流体相通的第二端。通常，所述多个通道220a-220d例如在各自的流入区域和流出区域之间的区域可相互分开。在一些实施例中，通道220a可被布置为曲径或迷宫式结构，该曲径或迷宫式结构形成为弯曲的或迂回的流动路径以让流体经过其中。在一个实施例中，通道222a的每ー流动级232a-232d分别包括腔242a_242d。端ロ 244a_244d以串行方式液カ连接所述腔242a-242d。在通道220a的示例性结构中，地层流体进入流入区域210，然后通过端ロ或孔ロ 244a被排到第一腔242a中。流体然后沿弯曲路径252a流动，接着通过端ロ 244b排到第二腔242b中，依此类推。跨所述端ロ 244a-244d中的每一端ロ均会产生一定压降，这是位于所述端ロ每侧上的腔体的结构、与此相关的端ロ之间的偏距以及每个端ロ的尺寸所起到的作用。如文中所述，采用的流动级布置以及各流动级内的结构决定了流体在每个具体腔内流动的弯曲度和摩擦力。具体通道内的不同流动级可被构造成提供不同的压降。根据本发明中所述的基本原理、方法和其他实施例可将腔体构造成任何所需的结构。在ー些实施例中，多通道流动构件200可提供从地层到管形构件的多个流动路径。如下所述，井下可调式流量控制装置可被构造成能够调节穿过多通道流动构件的流动路径，从而可根据地层和流体流动特性来定制该装置。可根据地层流体成分或其他测量參数来选择通道或流动路径。在一方面，所述流入控制装置200中的每一流动级可具有相同的结构尺寸。在另一方面，可选择所述径向距离、端ロ偏距和端ロ尺寸来提供所需的弯曲度，从而使得压降为流体粘度或密度的函数。在一实施例中，对于低粘度流体(粘度最高大致为IOcP)而言，多通道流动构件可产生相当高的压降变化百分比，对于粘度相对高的流体(粘度大致为IOcP至ISOcP)而言，多通道流动构件产生的压降基本上保持恒定。尽管所述流入控制装置200被描述为多通道装置，但是用于井下可调式流量控制装置中的流入控制装置可包括任何合适的装置，包括孔型装置、螺旋型装置和混合型装置，但并不局限于所述装置。
图3A是井下可调式流量控制装置300的等轴视图，根据本发明的一个实施例该可调式流量控制装置位于管形构件302上。图3B是管形构件302和可调式流量控制装置302的剖视图。图3A和3B图示了可调式流量控制装置300处于第一位置，例如将可调式流量控制装置300布置在井眼中之前可设定该第一位置。所示的可调式流量控制装置300包括多通道流动构件304 (也称之为流入控制装置)和设定装置305。设定装置305的第一位置对应于所述多通道流动构件304的选定通道。在ー个方面，所述多通道流动构件304包括多个流动通道，其中各个通道具有不同的流动阻力。在一个实施例中，每个通道的流动阻カ可被配置为用来限制流入管形构件302中的选定流体(如气体或水)的流动。如文中所述，多通道流动构件304被构造成能使流体经过包括一系列流动级306、流动孔ロ 307和管形构件302的通道。在ー些方面，流动孔ロ 307位于管形构件302的槽形部分309上，从而，无论孔ロ 307是否被旋转式指引构件308覆盖，流体都能从所有孔ロ 307流出。在ー个方面，环绕所述槽形部分309的外周布置有四个流动孔ロ，它们之间相互间隔90度。旋转式指引、构件308包括凹陷部分310，该凹陷部分使得所述流动孔ロ 307暴露出来。所述旋转式指引构件308包括轨道312 (也称之为J型槽或导轨)和销314 (也称之为J型销或导销)，所述轨道和销控制该旋转式指引构件308的旋转运动。在ー个方面，多个销314同所述轨道312 一起定位以保证所述旋转式指引构件308运动过程中的稳定性。在ー些方面，轨道312是该旋转式指引构件上的图案式开ロ，该旋转式指引构件可进行旋转运动和轴向运动以调节经过所述流量控制装置302的流体流量。在一个实施例中，位于管形构件302内部的元件的轴向运动可调节所述旋转式指引构件308，以让流体流经所述多通道流动构件304的选定通道。设定装置305包括所述旋转式指引构件308、偏压构件320和导套316，所述的每个构件均位于管形构件302外部。导套316与所述旋转式指引构件308相连，该旋转式指引构件可使管形构件302和导套316进行附图标记317所示的轴向运动，同时各元件分别单独进行旋转运动。导套316也连接到偏压构件320 (如弹簧)，该偏压构件在压缩时可抵抗附图标记317所示的轴向运动。在ー个方面，偏压构件320的与导套相対的端部固定连接到管形构件302上。在图示实施例中。导套316与一狭槽中的导销322相连。该导销322控制导套316和偏压构件320的轴向运动范围。诸如筒夹324这样的内部构件(也称之为连接构件、闭锁装置或连接工具)位于管形构件300内并包括突起326，所述突起被构造成可选择性地啮合活动套筒328，该活动套筒是导套316的一部分或与该导套相连。活动套筒328也可称之为连接构件。如下所述，在图4A和4B中，当筒夹324在管形构件300内在附图标记317所示的方向上轴向移动时，突起326可啮合所述活动套筒328。筒夹324可以是任何合适的构件或工具，其被构造成在管形构件300内轴向运动并引起可调式流量控制装置302运动。筒夹324包括由狭槽分隔的轴向构件332，其中轴向构件332被构造成朝管形构件302的内表面被偏压或推压以远离该管形构件的轴线。因而，缆索工具或连续油管可用来在管形构件302内在沿着附图标记317所不的轴向上移动筒夹324。筒夹324可选择地啮合管形构件302内的元件或与其脱离，从而可使得旋转式指引构件308和可调式流量控制装置300的其他元件运动。图4A和4B分别示出了在通道流动位置之间过渡的管形构件302和可调式流量控制装置300的侧视图和剖视图。在ー些方面，可调式流量控制装置300可具有任意数量的流动位置。如图所示，可调式流量控制装置300在图3A和3B所示位置与图5A和5B所示位置之间过渡。在一方面，缆索工具或钢丝工具可用来在附图标记317所示方向上移动筒夹324，其中筒夹324啮合活动套筒328。筒夹324 —旦啮合了活动套筒328的内部分，该筒夹就使得偏压构件320压缩并使得旋转式指引构件308在附图标记317所示方向上运动。当旋转式指引构件308在附图标记330所示方向上运动时，轨道312就绕销314运动以使得该旋转式指引构件进行旋转运动。如图所示，所述销位于轨道312的位置400中，旋转式指引构件308在第一位置和第二位置之间过渡；所述旋转式指引构件在第一位置和第二位置时，销314分别位于位置402和404中。筒夹突起326可保持与活动套筒328啮合，直到突起326被轴向(附图标记318所指示)并向内推压为止，例如通过管形构件300内侧上的释放套筒406来推压所述突起。将突起326从活动套筒328释放之后，缆索工具继续在井下在附图标记330所示方向上移动筒夹324。释放所述筒夹324会使得偏压构件320张开，从而引起旋转式指引构件308和导套316在附图标记408所示方向上运动到第二位置。第二位置使流体流经所述 多通道流动构件304的第二通道，此时销314位于轨道312的位置404中。图5A和5B分别示出了可调式流量控制装置300处于第二位置时的侧视图和剖视图。如图所示，可调式流量控制装置300使流体经过处于第二位置的多通道流量控制构件的通道500。从而，旋转式指引构件308旋转以防止流体流经其他流动通道(包括通道502)。偏压构件320完全张开，从而将导销322压动到销槽的边界。当筒夹324在附图标记330所示方向上运动并释放活动套筒328时，旋转式指引构件308的销314移动到轨道312的位置404中。然后旋转式指引构件308的凹陷部分310被调整以使得流体从通道500流到流动孔ロ 307。图3A至5B示出了可调式流量控制装置300在两位置之间的运动过程，其中在每个位置都会使得地层流体流经多通道流动构件304的不同通道、然后流入管形构件302中。在ー些方面中，多通道流动构件304包括多个通道，这些通道被构造成能使选定流体流入管形构件302中并限制其他流体流入。缆索工具或其他合适装置可用来在管形构件302内移动所述内部构件或筒夹324，从而调节所述可调式流量控制装置302。图3A至5B所示出的过程可根据需要重复多次以将可调式流量控制装置300设定到选定位置上。在另ー实施例中，可采用电磁式装置和/或机电装置来调节流量控制装置的位置，其中缆索或钢丝可传递控制信号和动カ以控制流体流入管形构件中。图6A是处于第一位置的管形构件602和可调式流量控制装置600的一实施例的剖视图。如图所示，示出了在移动或调节流动路径进入到管形构件602中之前的可调式流量控制装置600。可调式流量控制装置600包括多通道流动构件604，该多通道流动构件包括一系列流动级606。流动级606使得流体通过流动孔ロ 607流入管形构件602中。在一个实施例中，多个流动孔ロ 607环绕管形构件600周向布置。设定装置605包括带凹陷部分610的旋转式指引构件608，所述凹陷部分可选择性地暴露出ー个流动孔ロ 607。旋转式指引构件608包括轨道612和销614，所述轨道和销协同地控制旋转式指引构件608的运动。在一方面，可将多个销614布置在轨道612内以保证旋转运动期间的稳定性。在ー些方面中，轨道612是旋转式指引构件上的图案式开ロ，该旋转式指引构件可进行旋转和轴向运动以调节经过可调式流量控制装置600的流体流量。设定装置605还包括偏压构件620和导套616，它们均位于管形构件602外側。导套616连接到旋转式指引构件608上，以进行轴向运动617并且各元件相对于彼此均独立地进行旋转运动。磁性构件618布置在导套616内以磁性耦合管形构件602内部的元件。在一个方面中，多个磁性构件618可周向地布置在导套616中。如图所75,导套616还连接到偏压构件620 (如弹簧)上，该偏压构件在压缩时抵抗轴向运动617。偏压构件620的与导套616相対的端部被固定到管形构件602上。如图所示，销614位于轨道612的第一端部(或朝着井下的轴向末端)附近。在其他方面，导套616可以是金属制的或磁化的，从而为管形构件600内的磁铁提供耦合力。介入管柱622可用来将磁铁装置624向井下输送到管形构件600内。磁铁装置624可包括合适的电磁体,该电磁体被构造成使用电流产生磁场。磁铁装置624可产生磁场以与金属构件618进行耦合。通过合适的电源626将电流供送到磁铁装置624上，该电源可布置在缆索或缠绕管中、布置在缆索或缠绕管上、或靠近缆索或缠绕管布置。当介入管柱622在管形构件600内在方向617上轴向运动时，可选择性地向磁铁装置624提供动カ以使导套616运动。例如，当管柱622在井下在轴向617上运动时，磁铁装置624可产生磁场来耦合磁性构件618，从而使得导套616在轴向617上运动。磁铁装置624和磁性构件618之间的磁性耦合提供了足够大的強度来保持该耦合，从而，当导套616在轴向617上运动时可 克服偏压构件620的弾性作用力。在ー个方面中，金属构件614可以是磁鉄，以提供足够大的力来实现该金属构件和磁铁装置624之间的耦合。磁铁装置624可包括多个电磁体，这些电磁铁环绕该磁铁装置周向间隔开，其中每个电磁铁均被构造成与相应的金属构件614相耦合。如图所示，缆索元件和磁铁装置624可用来在轴向617上移动导套616和旋转式指引构件608。另外，磁铁装置624在磁性耦合到导套616时在轴向617上的运动使得旋转式指引构件608进行旋转运动，从而调节了穿过所述多通道流动构件604的流动路径。请注意布置在管形构件602 (图6A-6C)外侧的元件(包括可调式流量控制装置600)基本上类似于图3A-5B所示的对应构件。具体而言，在ー些方面，图6A、6B和6C所示内容分别对应于图3A、4A和5A所示内容。图示的机构显示了管形构件内部的不同装置或工具，用来调节所述可调式流量控制装置。在其他实施例中，根据成本、性能和其他考虑因素，包括多通道流动构件604和旋转式指引构件608的部件可包括适于不同应用场合的特定结构和元件。另外，电源626也包括一个或更多个传感器组件，所述传感器组件包括进行有关流量、流体成分、流体密度、温度、压力、含水量、油气比率以及震动的测量的传感器，但并不局限于这些传感器。在一个实施例中，使用程序和存储器由处理器来处理这些测量结果，并可利用基于所述測量结果的选择參数来改变位置和经过可调式流量控制装置602的流量。图6B是图6A所示的管形构件602和可调式流量控制装置600处于第二位置时的剖视图。如图所不，偏压构件620被压缩在导套616和管形构件600之间。相对于图6A中的位置，旋转式指引构件608在朝井下方向上沿附图标记617指示的轴向移动，其中销614位于轨道612的第二端(或沿朝着井口方向的轴向末端)附近。旋转式指引构件608旋转并同时在第一位置(图6A)和第二位置(图6B)之间进行轴向运动。如图所示,磁铁装置624耦合到金属构件618上。磁性耦合提供了沿附图标记617所指示方向上的作用力，用来克服偏压构件620的弾力来压缩该偏压构件。所示的可调式流量控制装置600处于对进入管形构件602中流动路径进行调节的过程中。在一方面，图示的第二位置大致在第一流动通道位置(图6A所示的位置一)和第二流动通道位置(下面的图6C所示的位置三)的中间。图6C是管形构件602和可调式流量控制装置600的剖视图，该图中示出了图6A和6B中的可调式流量控制装置处于第三位置上。此时停止使用磁铁装置624，从而磁场消失，且该磁铁装置与金属构件618脱离。从而，当导套616被偏压构件620的作用力推动时，导套616沿方向630退回。当旋转式指引构件608在沿着井身向上的方向而在轴向630上移动时，销614位于轨道612的第一端(或沿着井身向下的轴向末端)附近。如图所示，旋转式指引构件608和可调式流量控制装置600位于第二流动通道位置中，从而暴露出凹陷部分610 (未示出)中的流动孔ロ 607。在ー个方面中，在多通道流动构件604上设置四个流动通道或路径，其中选定通道可与管形构件602中的一个或更多个流动孔ロ 607保持流体连通。因而，图6A-6C所示的位置示出了可调式流量控制装置600从第一流动通道位置移动到第二流动通道位置。在一实施例中，图6A的第一流动通道位置对应于图3A所示的位置。另外，图6C的第二流动通道位置可对应于图5A所示的位置。图示的磁铁装置624提供了一种设备，该设备用于通过使用处理器和程序或通过远程使用者来局部地调节流体流入所述管形构件602，其中该设备包括更少的可动部件。根据应用场合需要和其他限制条件，处理器和/或程序可布置在井下或在地面上。 图7是可调式流量控制装置700和管形构件702的剖视图。如图所示，可调式流量控制装置700位于第一位置中，在将流量控制装置700布置在井眼中之前就可设定该第一位置。所示的流量控制装置700包括多通道流动构件704和设定装置705。设定装置705的第一位置对应于多通道流动构件704的选定通道。在ー个方面中，多通道流动构件704包括位于流通区域748中的多个流动通道，其中各个通道具有不同的流动阻力。在井灌注的一个实施例中，每个通道的流动阻カ可被设计成用来限制选定流体(如气体或水)从管形构件702流入地层的流量。从而，可调式流量控制装置700可用于注入井中以将选定量的流体注入地层的选定区域，其中注入的流体将烃从地层中置換出来。因而，注入的流体使得烃从地层区域流入附近的井中。如图所示，多通道流动构件704被构造成能使流体通过管形构件702中的流动孔ロ 707流入选定通道中，该选定通道包括一系列流动级。在ー些方面，流动孔ロ 707位于管形构件702的凹槽部分上，从而，无论所述流动孔ロ是否被旋转式指引构件708覆盖，流体都能够从所有流动孔ロ 707流动。在ー个方面，四个流动孔ロ相互之间以90度的间隔沿周向布置。旋转式指引构件708包括凹陷部分710，该凹陷部分暴露至少ー个流动孔ロ 707。旋转式指引构件708包括布置在轨道中销714 (也称之为J型销或导销)以控制旋转式指引构件708的旋转运动。在ー些方面，所述轨道是构件上的图案式开ロ(如图3A、4A和5A所示)，从而使得所述构件可进行旋转和轴向运动以调节经过流量控制装置702的流体流量。在一个实施例中，位于管形构件702内的元件的轴向运动可调节所述旋转式指引构件708，以使得来自管形构件702的流体(注入流体)通过所述多通道流动构件704的选定通道流到地层。设定装置705包括旋转式指引构件708、偏压构件720和导套716，它们均位于管形构件702外側。导套716连接旋转式指引构件708，旋转式指引构件708可使管形构件702和导套716进行轴向运动，同时使这些元件独立地进行旋转运动。导套716也连接到偏压构件720 (如弹簧)，该偏压构件在压缩时可抵抗轴向运动。在ー个方面，偏压构件720的与所述导套相対的端部固定连接到管形构件702上。在图示的实施例中，导套716与位于狭槽中的导销722相连。导销722控制导套716和偏压构件720的轴向运动范围。诸如筒夹724这样的内部构件(也称之为连接构件、锁定装置或连接工具)布置在管形构件702内，该内部构件包括突起726，所述突起被构造成可选择地啮合活动套筒728，该套筒是导套716的部件或与该导套716连接。因而，图7所示的可调式流量控制装置700可包括与图3A-5B所示装置类似的元件，且图7所示的可调式流量控制装置的功能与图3A-5B所示装置类似。另外，在注入井应用场合，经过可调式流量控制装置700的流体流动与图2所示相反，其中，流体从井口流入管形构件到达第一区域212，然后通过第二区域210流入地层中。在其他实施例中，可调式流量控制装置700使用任何合适的机构来选择地控制从管形构件702流到地层中的流量，例如所述机构是图6A-6C所示的磁铁装置。另外，应该理解为应用于注入 井中的设备可使用任何合适的可调式流量装置，包括图2-6C所示的流量装置。如图所示，流体从井口处的源(如地表面上的箱)流入管形构件702中(如箭头750所示)，如箭头752所示通过孔ロ 707而进入可调式流动装置700的选定通道中，然后如箭头754所示流入地层中。因而，可调式流量控制装置700提供了这样ー种设备，其用来控制从注入井管形构件702进入地层中的流体的量和流量。
应该理解为图1-7 g在仅仅说明在此所述的原理和方法的教导，这些原理和方法可以应用于设计、构造和/或利用流入控制设备。此外，为便于说明和描述，上文的描述针对的是本发明的特定实施例。但是，对本领域技术人员来说显而易见的是，在没有背离本发明的范围的情况下，可以对上述实施例进行许多修改和变化。
权利要求
1.一种用于井下的设备，包括 流量控制装置，该流量控制装置包括流通区域，该流通区域被构造成在第一流动区域接收流体、在第二流动区域排出所接收到的流体； 设定装置，该设定装置被构造成用来将流经所述流通区域的流体流量调节至选定的水平，该设定装置包括连接构件，该连接构件被构造成连接至ー锁定装置，该锁定装置适于移动所述连接构件，从而使得所述设定装置将从流通区域流出的流体流量改变至所述选定的水平。
2.根据权利要求I所述的设备，其中，第一流动区域包括多个通道，各个通道限定了经过所述流通区域的不同流量。
3.根据权利要求I所述的设备，其中，所述选定的水平对应于(i)由所述流通区域界定的多个流动路径中的ー个路径，以及(ii)由所述设定装置选定的流通区域的流动面积。
4.根据权利要求I或3所述的设备，其中，所述流通区域通过使用下列结构之一而跨所述流量控制装置产生压降孔ロ、螺旋路径；以及流动路径，所述流动路径被构造成根据流体中的水含量或气体含量来引起湍流。
5.根据权利要求I或3所述的设备，其中，所述设定装置包括导套，所述导套具有导轨和销，销在导轨中运动以使所述导套旋转，从而选择流经所述流量控制装置的所需水平的流体流量。
6.根据权利要求I或3所述的设备，其中，沿第一方向移动所述连接构件而使得导销在所述导轨中运动，从而使得导套沿第二方向运动。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述设定装置还包括偏压构件，该偏压构件被构造成使所述导套沿与第一方向相反的方向运动。
8.根据权利要求I或2所述的设备，其中，所述偏压构件是弹簧。
9.根据权利要求I或2所述的设备，其中，所述连接构件是下述元件之一(i)能够从与所述设定装置相联的管形构件内部达到的机械构件；(ii)被构造成与磁铁磁性耦合的磁性元件，所述磁铁设置在与所述设定装置相联的管形构件内部。
10.一种用于井下的设备，包括 流量控制装置，该流量控制装置被构造成接收来自井口源的流体并将所接收到的流体排到地层中； 设定装置，该设定装置被构造成调节流经所述流量控制装置的流体流量，该设定装置包括连接构件；以及 锁定装置，该锁定装置被构造成在所述设定装置中运动并与所述连接构件相连以操作所述设定装置，从而调节流经所述流量控制装置的流体流量。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述流量控制装置包括多个流通区域中的一个区域，每个这种流通区域会使得从其中流过的流体产生压降。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述设定装置还被构造成允许流体从所述流通区域中的ー个或更多个流动。
13.根据权利要求10或11所述的设备，其中，所述设定装置包括指引构件，该指引构件调节流经所述流入控制装置的流体流量。
14.根据权利要求10或11所述的设备，其中，所述设定装置包括能够旋转的构件，该能够旋转的构件被构造成能够旋转以调节来自所述流入控制装置的流体流量。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述能够旋转的构件的线性运动使得该能够旋转的构件旋转。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述设定装置包括偏压构件，该偏压构件被构造成对所述能够旋转的构件施加作用力。
17.根据权利要求10或11所述的设备，其中 所述连接构件能够从与所述设定装置相联的管形构件内侧达到； 所述锁定构件被构造成从管形构件的内部连接到所述连接构件上。
18.根据权利要求10或11所述的设备，其中，所述连接构件是磁性元件，所述锁定构件包括磁铁，该磁铁被构造成从所述设定装置内部磁性地耦合所述连接构件，从而调节来自所述流入控制装置的流体流量。
19.一种方法,包括 提供流量控制装置，该流量控制装置具有流通区域，该流通区域被构造成在流入区域接收地层流体，在流出区域排出被接收到的流体；以及 将ー设定装置连接到所述流量控制装置上，所述设定装置被构造成将流经所述流通区域的流体流量调节至选定的水平，所述设定装置包括连接构件，该连接构件被构造成连接到外部锁定装置，该外部锁定装置适用于移动所述连接构件，从而使得所述设定装置将来自所述流通区域的流体流量改变至所述选定的水平。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，提供流量控制装置步骤包括在流出区域提供多个通道，各个通道限定了经过所述流通区域的不同流量。
全文摘要
在一个实施例中提供了一种流量控制装置，该流量控制装置包括流通区域和设定装置。流通区域被构造成在流入区域接收地层流体、在流出区域排出接收到的流体；设定装置被构造成调节通过流通区域流到选定位置的流体流量。设定装置包括连接构件，连接构件被构造成连接到外部锁定装置，该外部锁定装置适于移动所述连接构件，从而使得设定装置改变从流通区域流到选定位置的流体流量至选定的水平。
文档编号E21B43/12GK102667056SQ201080058373
公开日2012年9月12日 申请日期2010年12月2日 优先权日2009年12月22日
发明者E·J·奥马利, E·R·彼得森, L·A·加西亚, M·P·科罗纳多 申请人:贝克休斯公司