使用离心式切换器的用于引导流体的流动的装置制造方法
【专利摘要】根据一实施例，一种用于引导流体的流动的装置包括：流体室；第一出口；第二出口；第一出口流体通道，其中第一出口流体通道操作性地连接至第一出口；以及第二出口流体通道，其中第二出口流体通道操作性地连接至第二出口；其中流体绕该室的内部旋转流动，而且其中流经第一出口流体通道的流体与流经第二出口流体通道的流体在第一出口和第二出口的下游点处会合。根据另一实施例，一种用于引导流体的流动的装置包括：传感器；第一出口，连接至传感器；第二出口，连接至传感器；第一出口流体通道；以及第二出口流体通道；其中随着流体的相位的总数增大，传感器将流体的至少第一相引导至第一出口流体通道内，并将流体的至少第二相引导至第二出口流体通道内，其中流经第一出口流体通道的流体与流经第二出口流体通道的流体在第一出口和第二出口的下游点处会合。
【专利说明】使用离心式切换器的用于引导流体的流动的装置
【技术领域】
[0001]提供一种用于引导流体的流动的装置。在某些实施例中，该装置基于流体的密度或粘度来引导流体。根据一实施例，该装置用于流量调节器中。根据另一实施例，该流量调节器用于地层中。
【发明内容】
[0002]根据一实施例，用于引导流体的流动的装置包括:流体室；第一出口 ；第二出口 ；第一出口流体通道，其中第一出口流体通道操作性地连接至第一出口 ；以及第二出口流体通道，其中第二出口流体通道操作性地连接至第二出口 ；其中流体绕该室的内部旋转流动；而且其中流经第一出口流体通道的流体与流经第二出口流体通道的流体在第一出口和第二出口的下游点会合。
[0003]根据另一实施例，取决于流体的至少一个特性，流体较靠近该室的外侧部、较靠近该室的中心、或较靠近该室的外侧部而且较靠近中心旋转流动。至少一个特性可以是密度或粘度。
[0004]根据另一实施例，用于引导流体的流动的装置包括:传感器；第一出口，连接至传感器；第二出口，连接至传感器；第一出口流体通道，其中第一出口流体通道操作性地连接至第一出口 ；以及第二出口流体通道，其中第二出口流体通道操作性地连接至第二出口 ；其中随着流体的相位的总数增大，传感器将流体的至少第一相引导至第一出口流体通道内，并将流体的至少第二相引导至第二出口流体通道内，其中流经第一出口流体通道的流体与流经第二出口流体通道的流体在第一出口和第二出口的下游点会合。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]若结合附图考虑，则某些实施例的特征和优点将更容易理解。附图不应被解释为限制任何优选实施例。
[0006]图1是用于引导流体的流动的装置的示意图。
[0007]图2A和图2B示出流体在装置的室内沿两个不同方向的旋转流动。
[0008]图3是包括用于引起该室内的流体的旋转流动的流体引导器的装置的示意图。
[0009]图4是包括一个用于引导流体的流动的装置和旁路通道的系统的示意图。
[0010]图5是包括两个用于引导流体的流动的装置的系统的示意图。
[0011]图6是包括两个用于引导流体的流动的装置和旁路通道的系统的示意图。
[0012]图7示出的是包含至少一个流量调节器的井系统，该流量调节器包括用于引导流体的流动的装置。
【具体实施方式】
[0013]如本文使用的，术语“包括”、“具有”、“包含”及其所有的文法变型，每个均旨在表示不排除附加的元件或步骤的开放式非限制性的意思。[0014]应理解，如本文使用的，“第一”、“第二”、“第三”等是任意指定的，并仅仅旨在视具体情况而在两个或更多个通道、装置等之间进行区分，而且不表明任何顺序。此外应理解，仅仅使用术语“第一”并非必须要有任何“第二”，仅仅使用术语“第二”并非必须要有任何
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[0015]如本文使用的，“流体”是具有连续相的物质，趋向流动并在71 T (22°C)的温度和一个大气压“atm”(0.1兆帕“MPa”)的压力条件下测试时与容器的轮廓一致。流体可以是液体或气体。同质流体只有一个相，然而非均质流体具有多于一个的不同的相。流体的物理属性之一是密度。密度是物质的每单位体积的质量，通常以磅每加仑(PPg)或千克每升(kg/L)的单位表达。流体可具有不同的密度。例如，去离子水的密度为大约lkg/L ;而原油的密度为大约865kg/L。同质流体将只有一个密度；然而，非均质流体将具有至少两个不同的密度。例如，非均质流体的多个相之一将具有一个比重值，而非均质流体的多个相中的其它相将具有不同的比重值。流体另一物理属性是其粘度。粘度是对流体流动的阻力的度量量，被定义为剪应力与剪切速率之比。粘度可用(力X时间)/面积的单位表达。例如，粘度可用达因Xs/cm2 (通常称为泊(P))的单位来表达，或以帕斯卡/秒(Pa/s)的单位表达。然而，因为粘度为IP的材料是相对有粘度的材料，所以粘度更通常以厘泊(cP)的单位来表达，I厘泊为1/100P。
[0016]—些地层中自然存在油和气态烃。含油或气的地层有时被称为储层(reservoir)。储层可位于地下或近海处。储层深度典型地处于几百英尺(浅储层)到几万英尺(超深储层)的范围。为了产油或产气，井眼钻入储层内或邻近储层处。
[0017]井可包括(不限于)油、气、水或注入井。用来产油或产气的井通常被称为生产井。如本文使用的，“井”包括至少一个井眼。井眼可包括竖直部、倾斜部和水平部，而且井眼可以是笔直的、弯曲的或有分支的。如 本文使用的，术语“井眼”包括井眼的任何套管部分和任何无套管的裸眼部分。如本文使用的，“井内”的意思是而且包括井的任何部分内，包括井眼内或经由井眼进入接近井眼的区域内。
[0018]井眼的一部分可以是裸眼或套管孔。在井眼的裸眼部分，管柱可被放置到井眼内。管柱允许流体被引入或从井眼的远端部分流入。在井眼的套管孔部分，套管被放置到本身也可包括管柱的井眼内。井眼可包含环空。环空的示例包括但不限于:在裸眼的井眼中，处于井眼与管柱的外部之间的空间；在套管孔的井眼中，处于井眼与套管的外部之间的空间；以及在套管孔的井眼中，处于套管的内部与管柱的外部之间的空间。
[0019]井眼可延伸至地层内几百英尺或几千英尺。地层可具有不同的地带。例如，一个地带可与另一地带相比具有较高的浸透性。浸透性指的是流体能够流经某种材料的容易程度。例如，如果浸透性高，那么流体将较容易地并且较迅速地流经地层。如果浸透性低，那么流体将较不容易地并且较缓慢地流经地层。地层中的高浸透性地带的一个示例是断裂或裂隙。流体从地层进入井眼或从井眼进入一个地带内的地层的流量可变化。此外，与其它地带相比，一个地带的流体的流量可更大。地层中一个地带内或多个地带之间的流量差可能是不符合期望的。
[0020]在产出操作期间，另一常见的问题是不期望流体与期望流体一起产出。例如，当水(不期望流体)与油或气(期望流体)一起产出时，水就是不期望流体。作为另一个示例，当油是期望流体时，气可能是不期望流体。在又一个示例中，当水和油是不期望流体时，气可能是期望流体。产出尽可能少的不期望流体是有益的。
[0021]在二次开采操作期间，注入井可用于注水。注水是将水注入储层内，以驱替(displace )在初次开采操作期间未产出的油或气。来自注入井的水物理地将储层中的部分剩余的油或气驱除到生产井中。与注水技术关联的潜在问题可包括开采因地层的浸透性可变且从注入井进入地层的流体流量与产出流量的差异而低效。
[0022]流量调节器能够被用来帮助克服部分的上述问题。流量调节器能够被用来调节流体的流量。针对进入流量调节器的单个流体流，调节器能够帮助降低离开调节器的流体的流量或限制离开调节器的流体的体积。当两个或更多个分开的流体流进入流量调节器时，调节器可被设计成使得其中一个流与另一流相比，在离开调节器时的流量或总体积能够被限制。作为示例，当期望的同质流体流经调节器时，调节器能够传送在离开时体积相对恒定的期望流体。然而，如果不期望的流体也开始与期望的流体一起流入调节器内，则调节器能够限制离开的不期望流体的总体积，而几乎不改变离开调节器的期望流体的体积。
[0023]一种用于引导流体的流动的新装置利用流体的至少一个属性来引导流体进入至少一个流体出口的流动。根据一实施例，至少一个属性是密度或粘度。
[0024]根据一实施例，用于引导流体的流动的装置包括:流体室；第一出口 ；第二出口 ；第一出口流体通道，其中第一出口流体通道操作性地连接至第一出口 ；以及第二出口流体通道，其中第二出口流体通道操作性地连接至第二出口 ；其中流体绕该室的内部旋转流动，而且其中流经第一出口流体通道的流体与流经第二出口流体通道的流体在第一出口和第二出口的下游点会合。如本文使用的，术语“下游”的意思是一位置在流体流动离开室和通过流体通道的方向上比另一位置更远。
[0025]用于引导流体的流动的装置被设计为独立的装置，即该装置被设计为至少基于流体的密度或粘度，无需任何外部介入，自动地引导流体流入第一出口或第二出口。
[0026]用于引导流体的流动的装置的部件可由许多材料制成。合适的材料的示例包括但不限于:金属，例如钢、铝、钛和镍；合金；塑料；合成物，例如纤维纤维增强酚(fiberreinforced phenolic);陶瓷,例如碳化鹤或帆土(alumina);弹性体；以及可溶解材料。
[0027]转向附图。图1是用于引导流体的流动的装置100的示意图。装置100包括流体室。如本文使用的，“室”的意思是由结构包围的体积，该结构具有至少两个开口。其中一个开口可以是流体入口，而另一个开口可以是流体出口。流体绕室的内部旋转流动。根据一实施例，室被设计为使得流体能够绕室的内部旋转流动。例如，室的形状可被设计为使得流体旋转流动或能够绕室的内部旋转流动。室的形状可以是环形、圆形、球形、椭圆形、圆柱形、圆筒形、多边形、截头锥形或圆锥形。
[0028]根据一实施例，取决于流体的多个属性中的至少一个，流体旋转流动较靠近该室的外侧部、较靠近该室的中心、或较靠近该室的外侧部而且较靠近中心。流体的多个属性中的至少一个可以是密度或粘度。例如，同质流体的密度或粘度决定了流体将在室内进行旋转流动的位置(例如较靠近室的外侧部或较靠近室的内侧部)。作为另一个示例，非均质流体的各相的不同密度或不同粘度决定了流体的每个相将在室内进行旋转流动的位置(例如一个相较靠近室的外侧部，而另一相则较靠近室的中心)。
[0029]在旋转流动期间，具有较大密度或较大粘度的流体与具有较小密度或较小粘度的流体相比，将被迫较远地流向室的外侧部(即圆周或周缘部)。这部分地是由于向心力和反作用的离心力对密度/粘度较大的流体(质量或粘度较大)的效果更大。如本文使用的，术语“外侧部”意思是室的圆周或周缘部。根据一实施例，具有较大密度或较大粘度的相的流体较靠近室的外侧部旋转流动，而具有较小密度或较小粘度的相的流体较靠近室的中心旋转流动。当较大密度的流体将较远地流向室的外侧部时，较小密度的流体将较靠近室的中心流动。
[0030]对于同质流体，流体流动的位置(即较靠近室的外侧部或较靠近中心)将由流体的密度或粘度来决定，因此，流体将趋向于在一个位置绕室的内部旋转流动。对于非均质流体，每个相的流体的流动位置将由每个相的不同密度或粘度来决定。例如，具有三相的非均质流体中，这些相的密度或粘度的数值顺序如下:相1〈相2〈相3，意思就是相3将最靠近室的外侧部流动，相I将最靠近室的中心流动，而相2将在相3与相I之间的某处流动。当然，不同相的确切位置将由每个相的实际密度或粘度来决定。在前述示例中，如果相2的密度比相3更接近于相I的密度值，那么相2将绕室的内部较靠近相I流动，反之亦然。以上陈述同样适用于每个相的不同粘度。
[0031]装置100还可包括至少一个入口 101。室可经由第一入口 101操作性地连接至第一流体通道201。流体可按这种方式经由第一流体通道201，通过第一入口 101进入室。流体可以是同质流体或非均质流体。室可按各种方式连接至第一流体通道201。例如，而且如一些附图所示，第一流体通道201连接至室，使得流体能够沿相对于室的半径的切线方向进入室。第一流体通道201也可连接至室，使得流体能够沿相对于室的半径的径向或轴向进入室。例如，图3示出了第一流体通道201连接至室，使得流体沿相对于室的半径的径向进入室。优选地，第一流体通道201以这样的方式连接至室:使得流体在进入室时，被引发绕室的内部沿旋转方向流动。
[0032]根据另一实施例，第一流体通道201连接至室的方式和室的设计两者协同配合，以弓I发流体绕室的内部进行旋转流动。作为示例，如果第一流体通道201连接至室，使得流体正切地进入室，则设计可仅考虑室的形状。作为另一个示例，如果第一流体通道201连接至室，使得流体径向或轴向地进入室，则除室的形状之外，室可尚需包括设计元件。除形状之外的设计元件的示例包括但不限于图3中所示的至少一个流体引导器131。根据一实施例，流体引导器131引发流体绕室的内部的旋转流动。例如，流体引导器131可具有使得流体在进入室时被引发绕室的内部进行旋转流动的形状。流体引导器131的至少一个边缘(例如通过弯曲)能够引发沿方向Cl1的旋转流动。另外，另一边缘(例如通过形成相对直的边)能够禁止流体沿径向或沿不同于方向Cl1的方向流动。
[0033]第一流体通道201 (和任何其它通道)的形状可呈管状、矩形、金字塔形或花状。尽管所示为单个通道，但是第一流体通道201 (和任何其它通道)可具有并联连接的多个通道的特征。
[0034]该装置包括至少一个第一出口 111和至少一个第二出口 112。该装置的每个出口可多于一个。如图2A和图2B所示，该装置包括三个第二出口 112。对装置100的具体部件(例如第二出口 112)的任何讨论意味着包括部件的单数形式，而且也包括部件的复数形式，在本说明书中无需不断地以单数形式和复数形式提及部件。例如，如果讨论涉及“第二出口 112”，应理解该讨论涉及一个第二出口(单数)和两个或更多个第二出口(复数)。第一出口 111或第二出口 112可位于距室100的中心不同距离处。例如，如果有两个或更多个第二出口 112，那么每个第二出口 112可位于距室100的中心不同距离处。
[0035]根据一实施例，第一出口 111在室内位于室的中心或较靠近室的中心的位置。如果流体较靠近室的中心旋转流动，则至少部分的此流体能够经由第一出口 111离开室。优选地，较靠近中心流动的流体的大部分将经由第一出口 111离开室。根据另一实施例，第二出口 112在室内位于较靠近室的外侧部的位置。如果流体较靠近室的外侧部旋转流动，则至少部分的此流体能够经由第二出口 112离开室。优选地，较靠近圆周流动的流体的大部分将经由第二出口 112离开室。
[0036]出口 111/112可在室内相对于流体旋转的方向被定向。如可在图2A看到的，第一流体通道201相对于室被定位，使得流体能够进入室并沿方向Cl1绕室的内部旋转流动。若流体沿方向Cl1旋转流动，则出口 111/112应邻近流体离开的方向(被示出在室的右手侧)被定位。如可在图2B看到的，第一流体通道201相对于室被定位，使得流体能够进入室并沿方向d2绕室的内部旋转流动。若流体沿方向d2旋转流动，则出口 111/112应邻近流体离开的方向(被示出在室的左手侧)被定位。
[0037]用于引导流体的流动的装置的多个优点之一是，该装置不需要为了使室基于流体的属性来引导流体进入一个或多个流体出口 111/112，而利用重力被定向。因为该装置不需要利用重力被定向，因此与需要利用重力被定向的其它流体引导器相比，装置100在设计上更简单，并且更容易在井眼中进行安装。例如，装置100不需要包含诸如浮子或重物之类的利用重力来确定方向的部件。此外，没有重力定向，这使得装置100能够在井眼内的安装和定位上具有更多选择。
[0038]应理解，室被设计成基于同质流体的至少一个属性或非均质流体的每个相的属性差异，来引导流体在室内的一个或多个位置的绕室的内部进行旋转流动的路径。关于非均质流体，每个相可具有与其它相相比不同的密度或粘度。针对非均质流体，该装置最优选地与如下流体一起使用:流体中的每个相具有与其它相相比不同的密度，但其中流体中的每个相具有与其它相相比相似的粘度。具有不同但相似的粘度的非均质流体的一些示例包括但不限于:水和气体的混合物；油和水的混合物；天然气和二氧化碳的混合物；以及气体和气体凝析物(gas condensate)的混合物。
[0039]所述室还可包括至少一个第一出口流体通道121和至少一个第二出口流体通道122。优选地，第一出口流体通道121连接至第一出口 111。优选地，第二出口流体通道122连接至第二出口 112。如果具有多于一个出口(例如两个或更多个第二出口)，则每个出口可连接至两个或更多个通道(例如两个或更多个第二出口流体通道)或所有的出口可仅连接至一个通道。每个通道121/122中的流体速率或流量将部分地取决于每个通道中的流体的至少一个属性而变化。假设这些通道相同(例如具有相同的尺寸和通道的任何弯曲角)，则基于流体的属性差异，流经第一出口流体通道121的流体将具有一定流量，而流经第二出口流体通道122的流体则将具有不同的流量。例如，如果流经第二出口流体通道122的流体具有大于流经第一出口流体通道121的流体的密度，则通过第二出口流体通道122的流体的流量将大于流经第一出口流体通道121的流体的流量。当然，可调整任一个通道的直径或通道中的任一个弯曲角，以有助于控制流体通过具体通道的流量。
[0040]根据一实施例，流经第一和第二出口流体通道121/122的流体在会合部301处会合。会合部301可以是润流三极管(vortex triode)或切换器。第一和第二出口流体通道121/122可在会合部处终止。第一和第二出口流体通道121/122也可操作性地连接至会合部。如可在图1与图3看到的，第一出口流体通道121和第二出口流体通道122在会合部301处终止。根据另一实施例，附加的流体通道也可在会合部301处终止。例如，图4示出除第一出口流体通道121和第二出口流体通道122之外的第四流体通道204在会合部301处终止。根据该实施例，第四流体通道204可绕过装置100，使得流入第四流体通道204的任何流体直接进入会合部301。因为多个理由，设有旁路通道是有益的。这种理由的一个示例是流体相对较粘的时候。对于相对较粘的流体，与所有流体均进入室时相比，旁路通道204能够使系统的压降减小。
[0041]流体进入会合部301的流量将取决于流体在每个通道中的流量。例如，流经某一通道的流体的流量越大，则越大流量的流体将进入会合部301。因此，对于相似的通道(例如尺寸和弯曲角)而言，流经第二出口流体通道122的流体将以比流经第一出口流体通道121的流体更大的流量进入会合部301。
[0042]根据一实施例，用于引导流体的流动的装置包括:传感器；第一出口，连接至传感器；第二出口，连接至传感器；第一出口流体通道，其中第一出口流体通道操作性地连接至第一出口 ；以及第二出口流体通道，其中第二出口流体通道操作性地连接至第二出口 ；其中随着流体中的相的总数增大，传感器将流体的至少第一相引导至第一出口流体通道内，并将流体的至少第二相引导至第二出口流体通道内；而且其中流经第一出口流体通道的流体与流经第二出口流体通道的流体在第一出口和第二出口的下游点会合。传感器可以是离心室。
[0043]用于引导流体100的流动的装置能够用于任何系统中。系统的一示例是流量调节器25，其在图7中示出。系统可包括:用于引导流体的流动的装置100 ;第一流体通道201 ；第二流体通道202 ;以及第三流体通道203。该系统还可包括出口组件(图中未示)。出口组件可以是涡流三极管。该系统还可以包括第四流体通道204。
[0044]图1、图3和图4示出包括一个装置100的系统。图5和图6示出包括两个装置100的系统。该系统还可包括多于两个的装置100。如可在图5中看到的，该系统包括两个装置100，其中每个装置连接至第一流体通道201，没有旁路通道。如可在图6中看到的，该系统包括两个装置100，其中每个装置和旁路通道204连接至第一流体通道201。流体通道可按各种方式连接。每个装置100可按相同的方式或不同的方式连接至第一流体通道201。例如，第一装置100可连接至第一流体通道201,使得流体正切地进入室,而第二装置100可被连接成使得流体相对于室的轴线径向地或轴向地进入室。根据一实施例，第二装置100的第一出口流体通道121和第一装置的第二出口流体通道122在会合部301处终止。根据另一实施例，第二装置100的第二出口流体通道122和第一装置的第一出口流体通道121在通道的一段处会合在一起，该通道随后在会合部301处终止。根据另一实施例，第二装置100的第二出口流体通道122、第一装置的第一出口流体通道121、以及旁路通道204在通道的一段处会合在一起，该通道随后在会合部301处终止。
[0045]通道121、122或204中的任一个可直接连接到出口组件(图中未示)。通道121、122或204中的任一个可经由会合部301或其它中间通道而操作性地连接至出口组件。根据一实施例，会合部301可连接至第二流体通道202和第三流体通道203。根据这一实施例，第二流体通道202和第三流体通道203连接至出口组件。根据另一实施例，第二流体通道202和第三流体通道203可在分支点210处分支。通道202/203可按各种角度01和θ2分支。优选地，通道202/203连接至会合部301，使得取决于经由第一出口流体通道121和/或第二出口流体通道122进入会合部301的流体的流量，流体被引导进入通道202/203中的一个或两个内。例如，如果一个流体流经第二出口流体通道122的速率比流经第一出口流体通道121的另一流体的速率高，那么经由第二出口流体通道122进入会合部的至少部分的该流体就能够被引导至第二流体通道202内。反之，则经由第一出口流体通道121进入会合部301的流体就能够被引导至第三流体通道203内。最优选地，在上面的示例中，经由第二出口流体通道122进入会合部301的大部分流体被引导至第二流体通道202内，而经由第一出口流体通道121进入会合部的大部分流体被引导至第三流体通道203内。如本文使用的，术语“大部分”的意思是大于50%。
[0046]根据一实施例，通道202/203连接至出口组件。根据这一实施例，出口组件优选地能够调节离开组件的流体的流量。作为示例，出口组件可被设计为尽管经由通道202/203进入组件的流体的流量可不同，但使得恒定流量的流体离开组件。
[0047]流体离开出口组件的期望流量可被预先确定。预先确定的流量可基于进入装置的流体的类型来选择。预先确定的流量可基于流体的类型而不同。预先确定的流量也可基于进入装置100的流体的属性来选择。例如，取决于特定应用，气体基流体的期望流量可被预先确定为每天150桶(BH));然而，油基流体的期望流量可预先确定为300桶。当然，一个装置100可被设计成具有150桶的预先确定流量，而另一装置100可被设计成具有300桶的预先确定流量。此外，如果系统中使用多于一个的装置100，那么每个装置100可被设计成具有不同的预先确定流量。
[0048]系统可被设计成与装置100协同式地相互作用，以调节离开系统的流体。以下示例并非可被用来表明协同式相互作用的唯一示例。当低密度的同质流体进入室时，该流体将趋向于较靠近室的中心绕室的内部旋转流动。至少部分的流体、并且更优选地大部分流体将经由第一出口 111离开室，并朝向会合部301流入第一出口流体通道121内。由于流体的密度较小，所以进入会合部301的流体的流量就会相对较小，因此造成流体越来越多地流入第三流体通道203内。在此情况下，流量调节器对限制流体离开调节器的作用就很小。随着同质流体的密度增大，进入室的流体将越来越多地在较靠近室的外侧部的位置绕室的内部旋转流动。然后流体将越来越多地经由第二出口 112离开室，并朝向会合部301流入第二出口流体通道122内。由于密度增大，所以这部分流体进入会合部301的流量将大于经由第一出口流体通道121进入的任何其它流体的流量。因此，流体将越来越多地流入第二流体通道202。
[0049]该装置能够被用来检测进入系统的流体的相变。例如，如果产出的是油，则该装置能够被用来检测在开始时与油一起产出的水，并将流体的每个相(例如水和油)引导至两个或更多个流体通道内。在本示例中，如果进入该系统的流体变成非均质流体，则流体将进入室并绕室的内部旋转流动。然后，流体的每个相将基于每个相的至少一个属性被引导至室内的特定位置。例如，高密度的相将趋向于经由第二出口 112离开室并流入第二出口流体通道122，而低密度的相将趋向于经由第一出口 111离开室并流入第一出口流体通道121。如上所述，第二出口流体通道122中的流体的流量将趋向于大于第一出口流体通道121中的流体的流量。结果，较多流体将进入第二流体通道202，而较少流体将进入第三流体通道203。因此，基于经由通道202/203进入出口组件的流体量，出口组件就会起到限制离开系统的总水量、但不限制离开系统的总油量的作用。
[0050]根据一实施例，该系统为流量调节器25。根据另一实施例，该流量调节器用于地层。图7示出用于地层的流量调节器25。
[0051]图7示出的是可涵盖某些实施例的井系统10。如图7所示，井眼12具有从套管16向下延伸的大体竖直的未套管段14以及延伸穿过地层20的大体水平的未套管段18。地层20可以是储层的一部分或邻近储层。
[0052]管柱22 (例如生产管柱)被安装在井眼12中。多个井筛24、流量调节器25和封隔器26在管柱22中互连。
[0053]封隔器26隔绝管柱22与井眼段18之间径向形成的环空28。以这种方式，可经由位于相邻的各对封隔器26之间的环空28的隔离部分，而从地层20的多个地带产出流体30。
[0054]井筛24和流量调节器25位于每对相邻的封隔器26之间，井筛24和流量调节器25在管柱22中互连。井筛24过滤从环空28流入管柱22内的流体30。流量调节器25基于流体的某些特性，例如流体的密度，来调节进入管柱22内的流体30的流量。在另一实施例中，井系统10是注入井，而流量调节器25则调节离开管柱22和进入地层20内的流体30的流量。
[0055]应注意，附图中示出、并且本文描述的井系统10仅为能够利用本发明的原理的许多井系统的一个示例。应清楚地理解，本发明的原理不局限于附图中示出或本文描述的井系统10或其部件的任何细节。此外，井系统10可包括附图中未曾示出的其它部件。例如，可利用水泥来代替封隔器26以隔离不同的地带。也可在封隔器26之外，额外使用水泥。
[0056]作为另一示例，井眼12可仅包括大体竖直的井眼段14，或可仅包括大体水平的井眼段18。流体30可由地层20产出，流体也可被注入地层，而且流体可既被注入地层又由地层产出。
[0057]井系统不需要包括封隔器26。而且，并非必须仅一个井筛24和仅一个流量调节器25被设置在相邻的每对封隔器26之间。也并非必须单个井筛24与单个流量调节器25结合使用。可使用这些部件的任何数量、设置和/或组合方式。此外，任何流量调节器25均并非必须与单个井筛24结合使用。例如，在注入井中，注入流体可流经流量调节器25，无需也流经井筛24。流体中可并联或串联连接多个流量调节器25。
[0058]井筛24、流量调节器25、封隔器26或管柱22的任何其它部件并非必须位于井眼12的未套管段14、18中。根据符合本发明的原理，井眼12的任一段可设有套管或未设套管，而且管柱22的任何部分可位于井眼的未套管段或套管段。
[0059]本领域技术人员将理解，能够调节从地层20的每个地带进入管柱22的流体30的流量是有益的，例如用以防止地层中的水锥32或气锥34。流量调节在井中的其它用途包括但是不局限于，平衡从多个地带的产出(或注入)量、最小化不期望流体的产出或注入量、最大化期望流体的产出或注入量等。
[0060]流量调节器25可按使得流体30进入第一流体通道201并经由流体入口 101行进到室中的方式，被设置在管柱22中。例如，在生产井中，调节器25可被设置成使得第一流体通道201朝向地层20而被功能性地定向。因此，随着流体30从地层20流入管柱22内，流体30将进入第一流体通道201。作为另一示例，在注入井中，调节器25可被设置成使得第一流体通道201朝向管柱22被功能性地定向。因此，随着流体30从管柱22流入地层20内，流体30将进入第一流体通道201。
[0061]在用于引导流体的流动的装置100被用在地层20中的流量调节器25内时，其一个优点是能够有助于调节具体地带内流体的流量，而且还调节两个或更多个地带之间的流体的流量。另一优点是装置100能够有助于解决非均质流体的产出问题。例如，如果油是期望产出流体，则装置100能够被设计为如果水与油一起进入流量调节器，则装置100能够基于油比水的密度大，而引导油越来越多地流入第二流体通道202。装置100的多功能性允许解决地层中的多个特定问题。
[0062]因此，本发明是良好地适用于实现上述目的和优点以及那些固有的目的和优点。以上公开的具体实施例仅仅是说明性的，这是因为本发明可按有差异、但对受惠于本申请的本领域技术人员而言显然等同的方式来更改并加以实践。此外，除了权利要求书所述之夕卜，本发明不应局限于本文示出的构造或设计的细节。因此，显然以上公开的具体说明性的实施例可被改变或更改，并且所有这类变型应被认为处在本发明的范围和精神内。虽然结构和方法是以“包括”、“包含”、或“包括”各种部件或步骤的方式来描述的，但是这些结构和方法也可“基本上由各部件和步骤组成”或“由各部件和步骤组成”。只要公开了具有下限和上限的数值范围，落在该范围内的任何数值和任何被包含在该范围内的范围均被具体地公开。具体地，本文公开的每个数值范围(其形式为“从约a到约b”、或等同地“从大约a到b”、或等同地“从大约a到b”)应被理解为提出了被包含在更宽的数值范围内的每个数值和范围。而且，除非专利权人另行明确地并清楚地进行定义之外，权利要求书中的术语具有它们平常的普遍的含义。此外，如权利要求书使用的，本文限定的不定冠词“一(a)”或“一(an)”意味着引入一个或多个元件。如果本说明书中用词或术语的使用方式与一个或多个专利、或可通过援引并入本文的其它文献有任何冲突，应采用与本说明书一致的定义。
【权利要求】
1.一种用于引导流体的流动的装置，包括: 流体室； 第一出口 ； 第二出口 ； 第一出口流体通道，其中所述第一出口流体通道操作性地连接至所述第一出口 ；以及 第二出口流体通道，其中所述第二出口流体通道操作性地连接至所述第二出口 ； 其中流体绕所述室的内部旋转流动；而且 其中流经所述第一出口流体通道的流体与流经所述第二出口流体通道的流体在所述第一出口和第二出口的下游点处会合。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述室的形状被选择成，使得流体绕所述室的内部旋转流动。
3.根据权利要求1所述的装置，其中取决于流体的至少一个属性，流体较靠近所述室的外侧部、较靠近所述室的中心、或较靠近外侧部而且较靠近所述室的中心旋转流动。
4.根据权利要求3所述的装置，其中流体的至少一个属性是密度或粘度。
5.根据权利要求4所述的装置，其中随着流体的密度或粘度增大，流体越来越多地较靠近所述室的外侧部流动；而且其中随着流体的密度或粘度减小，流体越来越多地较靠近所述室的中心流动。
6.根据权利要求4所述的装置，其中流体是非均质流体。
7.根据权利要求6所述的装置，其中流体的具有较大密度或较大粘度的相较靠近所述室的外侧旋转流动部，而流体的具有较小密度或较小粘度的相较靠近所述室的中心旋转流动。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述室还包括入口。
9.根据权利要求8所述的装置，还包括第一流体通道，其中所述第一流体通道经由所述入口操作性地连接至所述室。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述第一流体通道连接至所述室，使得流体能够沿相对于所述室的半径的切线方向进入所述室。
11.根据权利要求9所述的装置，其中所述第一流体通道连接至所述室，使得流体能够沿相对于所述室的半径的径向或轴向进入所述室。
12.根据权利要求11所述的装置，还包括至少一个流体引导器。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述至少一个流体引导器引发流体绕所述室的内部的旋转流动。
14.根据权利要求1所述的装置，其中至少部分的较靠近所述室的外侧部旋转流动的流体经由所述第二出口离开所述室；而且其中，至少部分的较靠近所述室的中心旋转流动的流体经由所述第一出口离开所述室。
15.根据权利要求1所述的装置，其中大部分较靠近所述室的外侧部旋转流动的流体经由所述第二出口离开所述室；而且其中大部分较靠近所述室的中心旋转流动的流体经由所述第一出口离开所述室。
16.根据权利要求1所述的装置，其中流经所述第一出口流体通道和第二出口流体通道的流体在会合部处会合。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述会合部是涡流三极管或切换器。
18.根据权利要求17所述的装置，其中所述第一出口流体通道和第二出口流体通道在所述会合部处终止。
19.一种用于引导流体的流动的装置，包括: 传感器； 第一出口，连接至所述传感器； 第二出口，连接至所述传感器； 第一出口流体通道，其中所述第一出口流体通道操作性地连接至所述第一出口 ；以及 第二出口流体通道，其中所述第二出口流体通道操作性地连接至所述第二出口 ； 其中随着流体的相的总数增大，所述传感器将流体的至少第一相引导至所述第一出口流体通道内，并将流体的至少第二相引导至所述第二出口流体通道内；而且 其中流经所述第一出口流体通道的流体与流经所述第二出口流体通道的流体在所述第一出口和第二出口的下游点会合。
20.根据权利要求19所述的装置`，其中所述传感器是离心室。
【文档编号】E21B34/08GK103502567SQ201280021807
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年4月13日 优先权日:2011年5月3日
【发明者】M·L·夫瑞普, 贾森·D·戴克斯特拉 申请人:哈利伯顿能源服务公司