可变地阻止地下井中流体组合物的流动的系统的制作方法_2

文档序号:9413130阅读:来源:国知局
r>[0042]现在另外参考图3,其代表性地示出了系统25的一个实施例的更加详细的剖视图。系统25在图3中描绘为好似系统25从其周向延伸构造“展开”成大致平面构造。
[0043]如上所述,流体组合物36经由入口 38进入系统25,并且经由出口 40退出系统。流体组合物36流过系统25的阻力基于流体组合物的一种或多种特性而变化。图3中描绘的系统25与通过上述引用并入本文的序列号为12/700685的现有申请的图23中所示的系统在很多方面是相似的。
[0044]在图3的实施例中,流体组合物36最初流入多个流道42、44、46、48。流道42、44、46,48将流体组合物36引导到两个流路选择装置50、52。装置50选择来自流道44、46、48、的大部分流将进入两个流路54、56中的哪一个,并且另一个装置52选择来自流道42、44、46,48的大部分流将进入两个流路58、60中的哪一个。
[0045]流道44构造为更加限制具有较高粘度的流体的流动。将通过流道44逐渐地限制升高粘度的流体的流动。
[0046]如这里所使用的,术语“粘度”用于包含牛顿流变行为和非牛顿流变行为二者。相关流变特性包括动粘度、屈服强度、粘塑性、表面张力、可湿性等。例如,期望流体可以具有期望范围的动粘度、屈服强度、粘塑性、表面张力、可湿性等。
[0047]流道44可以具有相对小的流动区域,流道可以要求流过其中的流体沿迂曲路径行进,表面粗糙度或流动阻碍结构可以用于为较高粘度流体的流动提供增大的阻力,等等。然而,相对低粘度流体能够以对这种流动而言相对低的阻力流过流道44。
[0048]流路选择装置50的控制通道64接收流过流道44的流体。在控制通道64的端部处的控制口 66具有减小的流动区域,以由此提高退出控制通道中的流体的速率。
[0049]流道48构造为对流过其中的流体的粘度具有相对不灵敏的流动阻力,但是流道48可能渐强地阻止较高速率或较高密度的流体的流动。可以通过流道48渐强地阻止升高的粘度流体的流动,但是达不到通过流道44阻止这种流体的流动那么大的程度。
[0050]在图3中描绘的实施例中,流过流道48的流体在排出到流路选择装置50的控制通道68中之前必须流过“涡流”室62。由于在这个实施例中室62具有带有中心出口的圆筒形状,并且流体组合物36围绕所述室螺旋式行进,在靠近出口时速率升高,由于压力差从入口驱进到出口,所述室称为“涡流”室。在其它的实施例中,可以使用一个或多个节流管、流量计、喷嘴等。
[0051]控制通道68在控制口 70处终止。控制口 70具有减小的流动区域,以便于增大退出控制通道68中的流体的速率。
[0052]应当理解的是,随着流体组合物36的粘度升高,较大比例的流体组合物将流过流道48、控制通道68和控制口 70 (由于流道44比流道48和涡流室62更加阻止较高粘度流体的流动)。相反地,随着流体组合物36的粘度下降,较大比例的流体组合物将流过流道44、控制通道64和控制口 66。
[0053]流过流道46的流体也流过涡流室72,并且排出到中心通道74中,涡流室72可以与涡流室62类似(但是在优选的实施例中涡流室72对流过其中的流动提供比涡流室62较小的阻力)。涡流室72用于“阻力匹配”以达到通过流道44、46、48的流动的期望平衡。
[0054]注意的是,需要适当地选择系统25的各个部件的尺寸和其它特性,从而获得期望的结果。在图3的实施例中,流路选择装置50的一个期望结果是:当流体组合物具有足够高的期望流体与非期望流体的比率时,流过流道44、46、48的流体组合物36的大部分的流动被引导到流路54。
[0055]在这个实施例中,期望流体为油,油具有比水或气体高的粘度,因此当流体组合物36中的足够高比例为油时,进入流路选择装置50的流体组合物36的大部分(或者至少较大的比例)将被引导为流入流路54中,而不是流入流路56。由于退出控制口 70的流体比退出另一个控制口 66的流体具有较大的比率、较高的速率和/或较大的动量,因此影响从通道64、68、74流过来的流体更多地朝向流路54流动,因此获得这个结果。
[0056]如果流体组合物36的粘度不足够高(并且因此期望流体与非期望流体的比率在选定级别以下),则进入流路选择装置50的流体组合物的大部分(或者至少较大比例)将被引导而流入流路56中,而不是流入流路54中。这是由于如下原因:退出控制口 66的流体比退出另一个控制口 70的流体具有较大的比率、较高的速率和/或较大的动量,因此影响从通道64、68、74流过来的流体更加朝向流路56流动。
[0057]应当理解的是,通过适当地构造流道44、46、48,控制通道64、68,控制口 66、70,涡流室62、72等,可以将流体组合物36中的期望流体与非期望流体的比率设定为各种不同的级别,装置50按所述比率为来自装置的流体的大部分的流动选择流路54或56。
[0058]流路54、56将流体引导到另一个流路选择装置52的相应的控制通道76、78。控制通道76、78在相应的控制口 80、82处终止。中心通道75接收来自流道42的流体。
[0059]流路选择装置52与流路选择装置50运行的相似之处在于:经由通道75、76、78流入装置52中的流体的大部分被引导以朝向流路58、60中的一个,并且流路选择取决于从控制口 80、82排出的流体的比率。如果与流过控制口 82的流体相比流体以较大的比率、速率和/或动量流过控制口 80,那么流体组合物36的大部分(或至少较大比例)将被引导以流过流路60。如果与流过控制口 80的流体相比流体以较大的比率、速率和/或动量流过控制口 82,那么流体组合物36的大部分(或至少较大比例)将被引导以流过流路58。
[0060]尽管在图3中的系统25的实施例中描述了两个流路选择装置50、52,应当理解的是,与本公开文本的原理一致的是,可以使用任何数量(包括一个)的流路选择装置。图3中所示的装置50、52为本领域技术人员所公知的类型的喷射式流率放大器,但是与本公开文本的原理一致的是,可以使用其它类型的流路选择装置(例如,压力型流率放大器、双稳型流体开关、比例型流率放大器等)。
[0061]流过流路58的流体经由入口 86进入流动室84,所述入口 86将流体引导为使流体大致切向地进入该室(例如,室84的形状类似于圆筒,并且入口 86与圆筒的圆周成切向地对准)。结果,流体将围绕室84螺旋式行进,直到流体最终经由出口 40退出,如图3中的箭头90示意性地表示。
[0062]流过流路60的流体经由入口 88进入流动室84,所述入口 88将流体引导为使流体更加直接地朝向出口 40流动(例如沿径向,如图3中箭头92示意性地表示)。易于理解的是,与当流体较不直接地朝向出口流动时相比,当流体更加直接地朝向出口 40流动时,以相同的流率消耗少得多的能量。
[0063]因此,当流体组合物36更加直接地朝向出口 40流动时,经受更小的流动阻力,相反地,当流体组合物较不直接地朝向出口流动时,经受更大的流动阻力。因此,当流体组合物36的大部分从入口 88流入室84中并且通过流路60时,从出口 40的上游运行经受更小的流动阻力。
[0064]当与退出控制口 82的流体相比流体以较大的比率、速率和/或动量退出控制口 80时,流体组合物36的大部分流过流路60。当从通道64、68、74流过来的流体的大部分流过流路54时,更多的流体退出控制口 80。
[0065]当与退出控制口 66的流体相比流体以较大的比率、速率和/或动量退出控制口 70时,从通道64、68、74流过来的流体的大部分流过流路54。当流体组合物36的粘度在选定级别以上时,更多的流体退出控制口 70。
[0066]因此,当流体组合物36具有升高的粘度时(流体组合物中的期望流体与非期望流体的较大比率),通过系统25的流动受到较小的阻力。当流体组合物36具有降低的粘度时,通过系统25的流动受到较大的阻力。
[0067]当流体组合物36较不直接地朝向出口 40流动时(例如,如箭头90所示),流动经受更大的阻力。因此,当流体组合物36的大部分从入口 86流入室84中并且通过流路58时,流动经受更大的阻力。
[0068]当与退出控制口 80的流体相比流体以较大的比率、速率和/或动量退出控制口 82时,流体组合物36的大部分流过流路58。当从通道64、68、74流过来的流体的大部分流过流路56而不是流过流路54时,更多的流体退出控制口 82。
[0069]当与退出控制口 70的流体相比流体以较大的比率、速率和/或动量退出控制口 66时,从通道64、68、74流过来的流体的大部分流过流路56。当流体组合物36的粘度在选定级别以下时,更多的流体退出控制口 66。
[0070]如上所述,系统25构造为:当流体组合物36具有升高的粘度时,提供更小的流动阻力,并且当流体组合物具有降低的粘度时,提供更大的流动阻力。当期望流动更多的较高粘度流体并且流动更少的较低粘度流体时这是有益的(例如,以便于产出更多的油以及更少的水或气体)。
[0071]如果期望流动更多的较低粘度流体并且流动更少的较高粘度流体(例如,以便于提供更多的气体以及更少的水,或者喷出更多的蒸汽以及更少的水),那么可以为此目的容易地重新构造系统25。例如,入口 86、88可以方便地反向布置,以使流过流路58的流体被引导到入口 88并且流过流路60的流体被引导到入口 86。
[0072]现在另外参考图4,其代表性地示出了可变流动阻力系统25的另一个构造。图4中的构造在一些方面与图3中的构造相似,但是稍微的区别在于:涡流室62、72不用于流道46、48,并且在图4的构造中不使用将入口 38连接至流路选择装置52的单独流道42。而是,流道48将入口 38连接至装置52的中心通道75。
[0073]一系列分隔开的分流道94a_94c与流道48交叉并且提供流道和控制通道68之间的流体连通。室96a-96c设置在分流道94a_94c与流道48之间的各个交叉处。
[0074]随着流体组合物的粘度升高或者随着流体组合物的速率下降,流过流道48的流体组合物36的较大比例将转向到分流道94a-94c。因此,随着流体组合物的粘度升高或者随着流道48中的流体组合物的速率下降,流体将以较大的比率、速度和/或动量流过装置50的控制口 70 (与流过控制口 66的流体的比率、速率和/或动量相比)。
[0075]优选地,图4中的系统25适当地构造为使得通过控制口 66、70的流率与流体组合物36中的期望流体的比例具有线性关系或单调关系(monotonicrelat1nship)。例如,如果期望流体为油,那么通过控制口 70的流率与通过控制口 66的流率可以随着流体
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