用于与地下井一起使用的可变流动阻力系统的制作方法

这部分意图向读者介绍可与目前所描述的实施方案的各个方面相关的技术的各个方面。本论述被认为有助于向读者提供背景信息以便于更好地理解本发明实施方案的各个方面。因此，应当理解，这些陈述应当从这个角度进行理解，而并非作为对现有技术的承认。

本公开总体上涉及与地下井结合使用的装备以及与地下井结合执行的操作，并且在下面描述的实例中，更特别地提供一种选择性可变限流器。

在烃生产井中，能够调节流体从地层到井筒中、从井筒到地层中以及在井筒内的流动常常是有益的。这种调节可用于多种目的，包括防止水锥或气锥、使沙产量最小化、使水和/或气体产量最小化、使油产量最大化、平衡区域之间的产量、发射信号等。

因此，应当理解，可变地限制井中流体流动的技术进步在上文提到的情况下将是期望的，并且此类进步在广泛多种其他情况下也将是有益的。

附图说明

下文参考附图详细描述本公开的说明性实施方案，这些附图以引用的方式并入本文并且在附图中：

图1示出包括根据本公开的一个或多个实施方案的可变流动阻力系统的井系统的示意图；

图2示出根据本公开的一个或多个实施方案的可变流动阻力系统的示意图；

图3示出根据本公开的一个或多个实施方案的可变流动阻力系统的详细视图；并且

图4示出可变地控制井中流动阻力的方法的流程图。

所示出的附图仅是示例性的，并且并不意图断言或暗示对其中可实现不同实施方案的环境、架构、设计或过程的任何限制。

具体实施方式

以下论述涉及本公开的各种实施方案。附图不一定是按比例绘制的。实施方案的某些特征可能以放大比例或稍微示意性的形式示出，并且为了清楚和简明起见，常规元件的一些细节可能未示出。尽管这些实施方案中的一个或多个可以是优选的，但所公开的实施方案不应当解释为或以其他方式用来限制本公开、包括权利要求的范围。应当充分认识到，可单独地或以任何合适的组合来采用以下论述的实施方案的不同教义，以产生期望结果。此外，本领域技术人员将理解，以下描述具有广泛应用，并且对任何实施方案的论述仅意指例示所述实施方案，而并非意图暗示本公开、包括权利要求的范围局限于所述实施方案。

贯穿以下说明书和权利要求使用某些术语来指代特定的特征或部件。如本领域技术人员将理解，不同的人可用不同的名称来指代相同的特征或部件。本文档不打算在名称不同但结构或功能相同的部件或特征之间进行区分。

在以下论述中并且在权利要求中，术语“包括”和“包含”是以开放形式使用，并且因此应当解释为意指“包括但不限于……”。此外，术语“联接(couple或couples)”意图指示间接或直接连接。另外，术语“轴向”和“轴向地”总体上意指沿着或平行于中心轴线(例如，主体或端口的中心轴线)，而术语“径向”和“径向地”总体上意指垂直于中心轴线。例如，轴向距离是指沿着或平行于中心轴线测量的距离，并且径向距离意指垂直于中心轴线测量的距离。为了方便起见，使用“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”和这些术语的变型，但是并不要求部件的任何特定取向。

贯穿本说明书对“一个实施方案”、“实施方案”或类似语言的引用意指结合实施方案描述的特定的特征、结构或特性可包括在本公开的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书出现的短语“在一个实施方案中”、“在实施方案中”和类似的语言可指代但不一定全部指代同一实施方案。

现在转到本发明附图，图1示出可体现本公开的原理的井系统10。如图1所描绘，井筒12具有从套管16向下延伸的大致竖直的无套管部段14、以及延伸穿过地层20的大致水平的无套管部段18。

管状管柱22(诸如生产油管柱)安设在井筒12中。多个井筛管24、可变流动阻力系统25和封隔器26在管状管柱22中相互连接。封隔器26封闭在管状管柱22与井筒部段18之间径向形成的环空28。以此方式，可通过环空28在相邻对封隔器26之间的隔离部分从地层20的多个间隔或区域产出流体30。

定位在各相邻对封隔器26之间的井筛管24和可变流动阻力系统25在管状管柱22中相互连接。井筛管24对从环空28流入管状管柱22中的流体30进行过滤。可变流动阻力系统25基于流体30的某些特性可变地限制流体到管状管柱22中的流动。

在这点上，应当注意，井系统10仅作为可利用本公开的原理的广泛多种井系统的一个实例在图中示出并且在本文中进行描述。应当清楚地理解，本公开的原理根本不限于在图中描绘或在本文中描述的井系统10或其部件的任何细节。

例如，按照本公开的原理，井筒12不必包括大致竖直的井筒部段14或大致水平的井筒部段18，因为在不背离本公开的范围的情况下，井筒部段可取向在任何方向上，并且可以是有套管的或无套管的。流体30不必只是从地层20产出，因为在其他实例中，流体可注入到地层中，或者流体既可注入到地层中又可从地层产出等。另外，井筛管24和可变流动阻力系统25中的每一者不必定位在各相邻对封隔器26之间。单个可变流动阻力系统25不必与单个井筛管24结合使用。可使用这些部件的任何数量、布置和/或组合。

任何可变流动阻力系统25不必与井筛管24一起使用。例如，在注入操作中，注入的流体可流动通过可变流动阻力系统25，而不必也流动通过井筛管24。

井筛管24、可变流动阻力系统25、封隔器26或管状管柱22的任何其他部件不必定位在井筒12的无套管部段14、18中。按照本公开的原理，井筒12的任何部段可以是有套管的或无套管的，并且管状管柱22的任何部分可定位在井筒的无套管部段或有套管部段中。

因此，应当清楚地理解，本公开描述了如何制造和使用某些实例，但本公开的原理不限于这些实例的任何细节。相反，可使用从本公开获得的知识将那些原理应用于各种其他实例。

本领域技术人员将理解，将有益的是能够调节流体30从地层20的每个区域到管状管柱22中的流动，以便例如防止地层中的水锥32或气锥34。井中流动调节的其他用途包括但不限于平衡来自多个区域的产量(或到多个区域中的注入量)、使不期望流体的产量或注入量最小化、使期望流体的产量或注入量最大化等。

下文更加全面地描述的可变流动阻力系统25的实例可通过以下方式来提供这些益处：如果流体速度增加到超过选定水平，那么增大对流动的阻力(例如，从而平衡区域之间的流动、防止水锥或气锥等)；或者如果流体粘度下降到低于选定水平，那么增大对流动的阻力(例如，从而限制产油井中诸如水或气体的不期望流体的流动)。

流体是期望流体还是不期望流体取决于正在进行的产出或注入操作的目的。例如，如果期望从井中产出油而不是产出水或气体，那么油是期望流体，并且水和气体是不期望流体。

需注意，在井下温度和压力下，烃气实际上可完全或部分地处于液相。因此，应当理解，当本文中使用术语“气体”时，超临界相、液相和/或气相包括在这一术语的范围之内。

现在另外参考图2，示出根据本公开的一个或多个实施方案的可变流动阻力系统25的示意图。在此实例中，流体36(可包括一种或多种流体，诸如油和水、液态水和蒸气、油和气体、气体和水、油、水和气体等)可由井筛管(图1中的24)过滤，然后可流入可变流动阻力系统25的第一流动路径38(例如，入口流动路径)中。流体可包括一种或多种不期望流体或期望流体。蒸气和水均可以组合在流体中。作为另一个实例，油、水和/或气体可组合在流体中。流体36通过可变流动阻力系统25的流动基于流体的一个或多个特性(例如，粘度、速度等)受抑制。然后，流体36可通过第二流动路径40(例如，出口流动路径)从可变流动阻力系统25排出到管状管柱22的内部。如本文所用，第一流动路径38和第二流动路径40可分别地大致地被描述为并用作入口流动路径和出口流动路径。然而，本公开不限于此，因为流体36的流动可在可变流动阻力系统25中反向，使得第一流动路径38和第二流动路径40可分别总体上被描述为并且用作出口流动路径和进口流动路径。

在其他实例中，井筛管24可不与可变流动阻力系统25结合使用(例如，在注入操作中)，流体36可在相反方向上流动通过井系统10的各个元件(例如，在注入操作中)，单个可变流动阻力系统可与多个井筛管一起使用，多个可变流动阻力系统可与一个或多个井筛管一起使用，流体还从可井的除环带或管柱之外的区域中接收或排出到所述区域中，流体可在流动通过井筛管之前流动通过可变流动阻力系统，任何其他部件可在井筛管和/或可变流动阻力系统的上游或下游相互连接，等等。应当理解，本公开的原理根本不受限于在图中描绘并且在本文中描述的实例的细节。此外，还可在需要时根据本公开使用另外的部件(诸如管套、分流管、管线、仪表、传感器、流入控制装置等)。

可变流动阻力系统25在图2中以简化形式进行了描绘，但在优选实例中，系统可包括用于执行各种功能的各种通道和装置，如下面更加全面描述的。另外，系统25优选地至少部分地围绕管状管柱22沿周向延伸，或者系统可形成在作为管状管柱的一部分相互连接的管状结构的壁中。

在其他实例中，系统25可不围绕管状管柱沿周向延伸或者形成在管状结构的壁中。例如，系统25可形成在平整结构中，等等。系统25可位于附接到管状管柱22的单独壳体中，或者系统25可取向成使得第二流动路径40的轴线与管状管柱的轴线平行。系统25可位于测井管柱上或附接到非管状形状的装置。按照本公开的原理，可使用系统25的任何取向或构型。

仍然参考图2，可变流动阻力系统25包括用于将流体接收到系统25中的第一流动路径38和用于将流体送出系统25的第二流动路径40。当流体离开系统25时，流体然后可例如进入可与可变流动阻力系统25结合使用的工具主体的内部。可变流动阻力系统25还可包括传感器42和致动器44。传感器42可靠近或邻近第一流动路径38定位，以测量通过第一流动路径38接收到系统25中的流体的性质。致动器44可基于由传感器42测量的流体的性质来控制或调整接收到系统25和第一流动路径38中的流体的流入量。例如，致动器44可定位或包括在系统25内，以伸出到延伸穿过系统25并穿过系统25形成的流体流动路径中和从其中缩回。为了增加流体的流入量，致动器44可缩回以使得更多流体能够流动通过系统25的流体流动路径。为了减小流体的流入量，致动器44可伸出以限制流体通过系统25的流体流动路径的流动。此外，在一个或多个实施方案中，致动器44可用于完全停止或禁止流体通过系统25的流体流动路径的流动。例如，如果系统25关闭或断电，那么致动器44可完全伸出以阻止流体通过系统25的流体流动路径的流动。

在一个或多个实施方案中，传感器42可用于测量流体的电阻率、流体的流量、流体的压力、系统25内的流体的压差、流体的密度、流体的粘度和/或本领域已知的流体的任何其他性质或特性。传感器42可包括电阻率传感器、电导率传感器、电容传感器、电感传感器、声学传感器、核传感器、温度传感器、流量传感器和声学传感器和/或本领域已知的任何其他类型的传感器。例如，在传感器42包括声学传感器的实施方案中，声学传感器可用于收听、检测和/或测量流体流动中的乱流，以测量流体的流量和/或确定是否伴随流体产生了沙。

另外，致动器44可包括机械致动器(例如，螺杆组件)、电致动器(例如，压电致动器、电动马达)、液压致动器(例如，液压缸和泵、液压泵)、气动致动器和/或本领域已知的任何其他类型的致动器。例如，致动器44可包括线性或轴向驱动的致动器，其中致动器44与第一流动路径38中所包括的孔相互作用以控制流体的流入量。

此外，尽管在图2中仅示出一个传感器和一个致动器，但是本公开不限于此，因为根据本公开可使用多于一个传感器和/或多于一个致动器。在这种实施方案中，如果使用多个传感器或致动器，那么所使用的传感器和致动器可彼此不同和/或可具有彼此不同的阈值或容差。例如，可使用多个不同的传感器来测量流体的不同性质，并且可使用多个不同的致动器来使用不同技术或在不同阈值下控制流体的流入量。

可变流动阻力系统25还可包括控制和管理系统25的部件的操作的控制器和对应的电子器件46。在一个实施方案中，控制器可在传感器42和致动器44之间通信或联接，以基于由传感器42测量的流体的性质来控制致动器44。控制器可用于接收由传感器42测量的性质，并且将所测量的性质与所测量性质的预定值进行比较。基于所测量的性质与预定值的比较，控制器然后可移动致动器44以调整接收到系统25的第一流动路径38中的流体的流入量。

作为实例，在一个或多个实施方案中，控制器可接收由传感器42测量的电阻率，并且将所测量的电阻率与流体的电阻率的预定值进行比较。所测量的电阻率可用于表示或指示接收到系统中的流体的类型，诸如流体是否包含盐水、水、油和/或气体，还有这些组分的可能比例。在一个实施方案中，基于要接收到系统中的期望流体，如果流体的所测量的电阻率高于流体的电阻率的预定值，那么控制器可用于移动致动器44以增加接收到第一流动路径38中的流体的流入量。如果流体的所测量的电阻率低于流体的电阻率的预定值，那么控制器可用于移动致动器44以减小接收到第一流动路径38中的流体的流入量。

仍然参考图2，可变流动阻力系统25可包括发送和/或接收通信信号的通信单元(例如，发射器或接收器)。通信单元例如可包括在电子器件46内，并且可在系统25在井内位于井下时用于接收通信信号，和/或可用于沿井向上或在井下装置之间发送通信信号。致动器44可基于由通信单元接收的通信信号来控制接收到第一流动路径38中的流体的流入量。例如，可从通信单元向地表发送一个或多个通信信号，以报告由系统25测量的性质(例如，遥测)和/或系统25的特性(例如，进入系统25中的流体流入量)。另外地或可替代地，可由通信单元接收一个或多个通信，诸如以便于控制系统25的一个或多个部件。

可由通信单元接收通信信号，以控制接收到系统25的第一流动路径38中的流体的流入量，诸如以增加或减小进入或通过系统25的流体流入量。通信信号可用于指示井处于初步阶段、中间阶段或最终阶段，其中不同的控制参数可用于井的这些不同阶段中的每一个。此外，通信信号可用于确认系统25正在工作和/或确认井的井下条件。通信单元可包括用于遥测的一个或多个传感器，诸如加速度计、陀螺仪和/或水听器。通信单元还能够与泥浆脉冲遥测、压力分布遥测、流速遥测、声脉冲遥测和/或伪静态压力分布遥测一起使用。

在一个或多个实施方案中，可变流动阻力系统25可包括发电机48和/或电力存储装置。发电机48可用于为系统25产生电力，并且电力存储装置可用于为系统25存储电力和/或存储由发电机48产生的电力。例如，图3示出根据本公开的一个或多个实施方案的可变流动阻力系统25的详细视图。图3中的可变流动阻力系统25可以是图2中的可变流动阻力系统25的替代实施方案，其中相同的特征具有相似的附图标记。在图3中，发电机48可包括涡轮，并且可能够从接收到第一流动路径38中并流动通过系统25的流体产生电力。发电机48可另外地或可替代地包括其他类型的发电机(诸如流激振动发电机和/或压发电机)，以从接收到系统25中的流体和/或从井下存在的其他能源(例如，温度源和/或压力源)产生电力。

电力存储装置例如可包括在电子器件46内，并且可用于存储电力，诸如由发电机48产生的电力。电力存储装置可包括电容器(例如，超级电容器)、电池(例如，可再充电电池)和/或本领域已知的任何其他类型的电力存储装置。在一个或多个实施方案中，由于系统25的一个或多个传感器和/或一个或多个致动器所需要的电力可能比发电机48所产生的电力多，所以可使用电力存储装置来存储电力，然后在运行一个或多个传感器、一个或多个致动器和/或系统25的其他部件时对发电机48进行补充。

现在参考图4，示出根据本公开的一个或多个实施方案的可变地控制井中流动阻力的方法100的流程图。方法100包括：将流体接收到第一流动路径中102，诸如接收到可变流动阻力装置、工具或系统的第一流动路径中。然后，方法100接着可测量接收到第一流动路径中的流体的性质104，诸如利用可变流动阻力系统的传感器；然后基于流体的所测量的性质来调整接收到第一流动路径中的流体的流入量106，诸如利用可变流动阻力系统的致动器。调整流体106的流入量可包括：将流体的所测量的性质与预定值进行比较108，诸如包括流体的电阻率、流量、压力、密度、粘度、电导率、电容、电感、放射性、温度和/或声学特征的所测量的性质。然后，调整流体106的流入量还可包括：基于流体的所测量的性质与预定值的比较来调整接收到第一流动路径中的流体的流入量110。另外地或可替代地，方法100可在将流体接收到第一流动路径中102之后，从远程位置接收通信/控制信号112。然后，方法100还可包括：基于所接收的通信/控制信号来调整接收到第一流动路径中的流体的流入量114。

除了上文所述的实施方案之外，特定组合的许多实例在本公开的范围内，下文详细描述所述实例中的一些。

实施例1.一种用于与地下井一起使用的可变流动阻力系统，所述系统包括：

第一流动路径，所述第一流动路径被配置来接收流体；

传感器，所述传感器被配置来测量接收到所述第一流动路径中的所述流体的性质；以及

致动器，所述致动器被配置来基于由所述传感器测量的所述流体的所述性质来控制接收到所述第一流动路径中的所述流体的流入量。

实施例2.如实施例1所述的可变流动阻力系统，其中要由所述传感器测量的所述流体的所述性质包括所述流体的电阻率、所述流体的流量、所述流体的压力、所述流体的密度和所述流体的粘度中的至少一者。

实施例3.如实施例1所述的可变流动阻力系统，其中所述传感器包括电阻率传感器、电导率传感器、电容传感器、电感传感器、核传感器、温度传感器、流量传感器和声学传感器中的至少一者。

实施例4.如实施例1所述的可变流动阻力系统，其还包括控制器，所述控制器被配置来基于由所述传感器测量的所述流体的所述性质来控制所述致动器。

实施例5.如实施例1所述的可变流动阻力系统，其还包括发电机，所述发电机被配置来为所述可变流动阻力系统产生电力。

实施例6.如实施例5所述的可变流动阻力系统，其中所述发电机包括涡轮，所述涡轮被配置来仅仅从接收到所述第一流动路径中的流体产生电力。

实施例7.如实施例5所述的可变流动阻力系统，其还包括电力存储装置，所述电力存储装置被配置来存储由所述发电机产生的电力。

实施例8.如实施例1所述的可变流动阻力系统，其还包括通信单元，所述通信单元被配置来进行接收通信信号和发送通信信号中的至少一者。

实施例9.如实施例8所述的可变流动阻力系统，其中所述致动器被配置来基于由所述通信单元接收的所述通信信号来控制接收到所述第一流动路径中的所述流体的所述流入量。

实施例10.如实施例1所述的可变流动阻力系统，其还包括工具主体和第二流动路径，所述第二流动路径被配置来将所述流体送到所述工具主体的内部。

实施例11.如实施例1所述的可变流动阻力系统，其还包括生产油管柱，其中所述第一流动路径包括所述生产油管柱的生产孔。

实施例12.如实施例1所述的可变流动阻力系统，其中所述致动器包括螺杆组件、压电致动器、液压缸、电动马达和液压泵中的至少一者。

实施例13.一种可变地控制井中流动阻力的方法，所述方法包括：

将流体接收到第一流动路径中；

测量接收到所述第一流动路径中的所述流体的性质；以及

基于所述流体的所测量的性质调整接收到所述第一流动路径中的所述流体的流入量。

实施例14.如实施例13所述的方法，其中所述调整所述流入量包括：

将所述流体的所测量的性质与预定值进行比较；以及

基于所述流体的所测量的性质与所述预定值的比较来调整接收到所述第一流动路径中的所述流体的所述流入量。

实施例15.如实施例13所述的方法，其中所述测量所述流体的所述性质包括测量所述流体的电阻率、流量、压力、密度和粘度中的至少一者。

实施例16.如实施例13所述的方法，其中所述测量所述流体的所述性质包括测量所述流体的电阻率，并且其中所述调整所述流入量包括：

将所述流体的所测量的电阻率与所述流体的所述电阻率的预定值进行比较；

如果所述流体的所测量的电阻率高于所述流体的所述电阻率的所述预定值，则增加接收到所述第一流动路径中的所述流体的所述流入量；以及

如果所述流体的所测量的电阻率低于所述流体的所述电阻率的所述预定值，则减小接收到所述第一流动路径中的所述流体的所述流入量。

实施例17.如实施例13所述的方法，其还包括：从接收到所述第一流动路径中的所述流体产生电力。

实施例18.如实施例13所述的方法，其中所述第一流动路径包括生产油管柱的生产孔。

实施例19.如实施例13所述的方法，其还包括：

从远程位置接收通信信号；以及

基于所接收的通信信号来调整接收到所述第一流动路径中的所述流体的所述流入量。

实施例20.一种可变地控制井中流动阻力的方法，所述方法包括：

将流体接收到第一流动路径中；

从远程位置接收通信信号；以及

基于所接收的通信信号来调整接收到所述第一流动路径中的所述流体的流入量。

虽然本公开的各方面可易于具有各种修改和替代形式，但是已经通过附图中的实例示出并且已在本文详细描述了具体实施方案。但是应当理解，本发明并不意图局限于所公开的特定形式。相反，本发明将涵盖落入由以下所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等效物和替代方案。