專利名稱：用于地下井的可變流動阻力系統(tǒng)及井系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開總體涉及與地下井結(jié)合使用的裝備以及與地下井結(jié)合執(zhí)行的操作，并且在下面描述的一個實施例中更特別地提供一種可變流動阻力系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在烴產(chǎn)出井中，能夠調(diào)節(jié)流體從地層到井筒的流動在多數(shù)情況下是有益的。這種調(diào)節(jié)可用于多種目的，包括水錐或氣錐、使沙產(chǎn)量最小化、使水和/或氣體產(chǎn)量最小化、使油和/或氣體產(chǎn)量最大化、平衡區(qū)域之間的產(chǎn)量等。在噴射式井中，通常期望將水、蒸汽、氣體等均勻地注入到多個區(qū)域中，以使烴穩(wěn)定地移動而通過地層，而不會使注入的流體過早突破而到達生產(chǎn)井筒。因此，調(diào)節(jié)流體從井筒到地層的流動的能力還可以有益于噴射式井。因此，應當理解的是，在上文提到的情況下期望可變地限制井中流體流動的技術(shù)領(lǐng)域的進步，并且這種進步也將有益于其它各種情況。

發(fā)明內(nèi)容
在下面的公開中，提供一種可變流動阻力系統(tǒng)，所述可變流動阻力系統(tǒng)使得調(diào)節(jié)井中流體流動的技術(shù)得以提高。下面描述了這樣一個實施例流體組合物的特性(諸如粘度、密度、速率等)確定了流體組合物流過系統(tǒng)的阻力。下面描述了如下另一個實施例流體組合物流過系統(tǒng)的阻力基于流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率而變化。在一個方案中，本公開為本技術(shù)領(lǐng)域提供了一種用于地下井的可變流動阻力系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可以包括流動室，流體組合物通過所述流動室流到井中。所述室具有入口和出口。流體組合物沿著流體組合物基于流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率變化的方向經(jīng)由所述入口進入所述室中。在另一個方案中，本公開提供一種井系統(tǒng)。所述井系統(tǒng)可以包括可變流動阻力系統(tǒng)，流體組合物通過所述可變流動阻力系統(tǒng)在井下管柱和環(huán)繞井系統(tǒng)的井筒的地層之間流動。所述可變流動阻力系統(tǒng)包括流動室，流體組合物流過所述流動室。所述室具有出口和僅一個入口。隨著流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率增加，流體組合物更加直接地從入口流到出口。在又一個方案中，可變流動阻力系統(tǒng)可以包括流動室，流體組合物通過所述流動室在地下井中流動。所述室具有入口、出口和至少一個結(jié)構(gòu)件，所述至少一個結(jié)構(gòu)件影響流體組合物的在入口和出口之間迂回流動的部分以便保持這種迂回流動。
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對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在仔細考慮下面的代表性實施例的詳細說明和附圖時，這些和其它特征、優(yōu)點和益處變得顯而易見，在各個圖中使用相同的附圖標記表示相似的部件。


圖1為可以實施本公開的原理的井系統(tǒng)的示意性局部剖視圖。圖2為可以用于圖1的井系統(tǒng)中井篩和可變流動阻力系統(tǒng)的放大比例的示意性剖視圖。圖3A和圖;3B為沿著圖2的線3_3截取的可變流動阻力系統(tǒng)的一個構(gòu)造的示意性 “展開”平面圖。圖4A和圖4B為可變流動阻力系統(tǒng)的另一個構(gòu)造的示意性平面圖。圖5A和圖5B為可變流動阻力系統(tǒng)的另一個構(gòu)造的示意性平面圖。圖6A和圖6B為可變流動阻力系統(tǒng)的又一個構(gòu)造的示意性平面圖。圖7A-7C為可變流動阻力系統(tǒng)的另外構(gòu)造的示意性平面圖，并且圖7D為對于圖7C 的構(gòu)造流動阻力對粘度的曲線圖。圖8為對于流過可變流動阻力系統(tǒng)的水和油相對壓降對相對流率的曲線圖。
具體實施例方式圖1中代表性地示出的是可以實施本公開的原理的井系統(tǒng)10。如圖1中所示，井筒12具有從套管16向下延伸的大致垂直的無套管分段14以及貫穿地層20的大致水平的無套管分段18。井下管柱22 (諸如生產(chǎn)用管式帶)安裝在井筒12中。在井下管柱22中相互連接的是多個井篩對、可變流動阻力系統(tǒng)25和封隔器26。封隔器沈?qū)⒃诰鹿苤?2和井筒分段18之間徑向形成的環(huán)形件觀密封。以此方式，流體30可以經(jīng)由環(huán)形件觀的在相鄰對封隔器沈之間的隔離部分從地層20的多個間隔或區(qū)域中產(chǎn)出。位于各相鄰對封隔器沈、井篩M和可變流動阻力系統(tǒng)25之間的是相互連接的井下管柱22。井篩M過濾從環(huán)形件觀流入井下管柱22中的流體30?？勺兞鲃幼枇ο到y(tǒng)25 基于流體的某些特性可變地限制流體30流入井下管柱22。在這點上，應當注意的是，井系統(tǒng)10在圖中示出并且在這里描述為僅為本公開的原理可以應用的各種井系統(tǒng)的一個實施例。應當清楚地理解的是，本公開的原理不限于在圖中描繪或者在這里描述的井系統(tǒng)10或其部件的所有細節(jié)或任一細節(jié)。例如，不一定將本公開的原理限制為井筒12包括大致垂直的井筒分段14或者大致水平的井筒分段18。流體30不一定僅從地層20產(chǎn)出，因為在其它的實施例中流體可以注入到地層中，流體可以既注入到地層中又可以從地層中產(chǎn)出，等等。井篩M和可變流動阻力系統(tǒng)25中的每一個不一定位于各相鄰對封隔器沈之間。 單個可變流動阻力系統(tǒng)25不一定與單個井篩M結(jié)合使用?？梢允褂眠@些部件的任何數(shù)量、 布置和/或組合。任一可變流動阻力系統(tǒng)25不一定與井篩M —起使用。例如，在注入操作中，注入的流體可以流過可變流動阻力系統(tǒng)25，而不會也流過井篩24。井篩M、可變流動阻力系統(tǒng)25、封隔器沈或井下管柱22的任何其它部件不一定位于井筒12的無套管分段14、18中。與本公開的原理一致，井筒12的任何分段可以為有套管的或無套管的，并且井下管柱22的任何部分可以位于井筒的無套管分段或有套管分段中。因此，應當清楚地理解，本公開描述了如何生成和使用某些實施例，但是本公開的原理不限于那些實施例的任何細節(jié)。而是，利用從本公開獲得的知識那些原理可以應用于其它各種實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應當領(lǐng)悟的是，能夠調(diào)節(jié)流體30從例如地層20的各個區(qū)域到井下管柱22的流動將是有益的，用以防止地層中的水錐32或氣錐34。井中流動調(diào)節(jié)的其它用途包括但不限于平衡來自多個區(qū)域的產(chǎn)量(或進入多個區(qū)域的注入量)，使不期望流體的產(chǎn)量或注入量最小化，使期望流體的產(chǎn)量或注入量最大化，等等。下文更加全面地說明的可變流動阻力系統(tǒng)25的實施例可以通過如下措施來提供這些益處如果流體速率增加而超過選定級別，則增大流動的阻力(例如，以便因此平衡區(qū)域之間的流動，防止水錐或氣錐，等等)；如果流體粘度或密度下降到選定級別以下，則增大流動的阻力(例如，以便因此限制產(chǎn)油井中諸如水或氣體的不期望流體的流動)；和/或如果流體粘度或密度升高到選定級別以上，則增大流動的阻力(例如，以便因此使蒸汽噴射井中水的注入量最小化)。如這里所使用的，術(shù)語“粘度”用于表示包括動粘度、屈服強度、粘塑性、表面張力、 可濕性等的流變特性中的任一個。流體是否為期望流體或不期望流體取決于所進行的產(chǎn)出或注入操作的用途。例如，如果期望從井中產(chǎn)出油而不產(chǎn)出水或氣體，那么油為期望流體，水和氣體為不期望流體。如果期望從井中產(chǎn)出氣體而不產(chǎn)生水或油，則氣體為期望流體，而水和油為不期望流體。如果期望將蒸汽注入地層中而不注入水，那么蒸汽為期望流體，而水為不期望流體。注意的是，在井底溫度和壓力下，烴氣實際上可以完全或部分地處于液相。因此， 應當理解的是，當在這里使用術(shù)語“氣體”時，超臨界相、液相和/或氣相包括在該術(shù)語的范圍之內(nèi)。現(xiàn)在另外參考圖2，代表性地示出了可變流動阻力系統(tǒng)25中的一個以及井篩M中的一個的一部分的放大比例的剖視圖。在這個實施例中，流體組合物36(可以包括一種或多種流體，諸如油和水、液態(tài)水和蒸汽、油和氣體、氣體和水、油、水、和氣體等)流入井篩M 中，因此被過濾，然后流入可變流動阻力系統(tǒng)25的入口 38。流體組合物可以包括一種或多種不期望或期望的流體。蒸汽和水均可以組合在流體組合物中。作為另一個實施例，油、水和/或氣體可以組合在流體組合物中?；诹黧w組合物的一種或多種特性(諸如密度、粘度、速率等)來阻止流體組合物 36通過可變流動阻力系統(tǒng)25的流動。然后，流體組合物36經(jīng)由出口 40從可變流動阻力系統(tǒng)25排出到井下管柱22的內(nèi)部。在其它的實施例中，井篩M可以不與可變流動阻力系統(tǒng)25結(jié)合使用(例如，在注入操作中)，流體組合物36可以沿相反的方向流過井系統(tǒng)10的各個構(gòu)件(例如，在注入操作中)，單個可變流動阻力系統(tǒng)可以與多個井篩結(jié)合使用，多個可變流動阻力系統(tǒng)可以與一個或多個井篩一起使用，流體組合物可以來自于或排出到井的除了環(huán)形件或井下管柱之外的區(qū)域中，流體組合物可以在流過井篩之前流過可變流動阻力系統(tǒng)，任何其它部件可以與井篩和/或可變流動阻力系統(tǒng)的上游或下游相互連接，等等。因此，可以理解的是，本公開的原理根本不限于圖2中描述以及這里說明的實施例的細節(jié)。盡管圖2中描繪的井篩M是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知類型繞線式井篩，在其它的實施例中可以使用任何其它類型的井篩或井篩的組合(諸如燒結(jié)的、展開的、預先包裝的、線網(wǎng)等)。還可以按照需要使用附加部件(諸如屏板、分流管、線、儀器、傳感器、流入控制裝置
寸乂 O在圖2中以簡化的形式描繪了可變流動阻力系統(tǒng)25，但是在優(yōu)選實施例中，系統(tǒng)可以包括用于執(zhí)行各種功能的各種通道和裝置，如下面更加全面描述的。另外，系統(tǒng)25優(yōu)選地至少部分地圍繞井下管柱22沿周向延伸，或者系統(tǒng)可以形成在相互連接作為井下管柱的部分的管狀結(jié)構(gòu)件的壁中。在其它的實施例中，系統(tǒng)25可以不圍繞井下管柱沿周向延伸或者形成在管狀結(jié)構(gòu)件的壁中。例如，系統(tǒng)25可以形成在平整結(jié)構(gòu)件中，等等。系統(tǒng)25可以在附接至井下管柱22的單獨殼體中，或者系統(tǒng)25可以取向為使得出口 40的軸線與與井下管柱的軸線平行。系統(tǒng)25可以位于測井帶上或者附接至形狀不是管狀的裝置。與本公開的原理一致，可以使用系統(tǒng)25的任何取向或構(gòu)造。現(xiàn)在另外參考圖3A和圖:3B，代表性地示出了系統(tǒng)25的一個實施例的更加詳細的剖視圖。系統(tǒng)25在圖3A和圖;3B中描繪為好像系統(tǒng)25從其周向延伸構(gòu)造“展開”成大致平面構(gòu)造。如上所述，流體組合物36經(jīng)由入口 38進入系統(tǒng)25，并且經(jīng)由出口 40退出系統(tǒng)。 流體組合物36流過系統(tǒng)25的阻力基于流體組合物的一種或多種特性而變化。在圖3A中，相對高速率、低粘度和/或高密度的流體組合物36從系統(tǒng)入口 38通過流道42流入流動室46的入口 44。流道42在入口 44的上游處具有方向突變件48。方向突變件48圖示為流道42中的相對小半徑的九十度曲線，但是可以按照需要使用其它類型的方向變化。如圖3A中描繪的，室46為大致圓筒形，并且在方向突變件48之前，流道42指向流體組合物36，以便相對于室大致沿切向流動。由于流體組合物36的相對高速率、低粘度和/或高密度，流體組合物36不是密切地跟隨方向突變件48，而是沿著相對于從入口 44到出口 40的直線方向50大致成角度(參見圖3A中的角度A)的方向經(jīng)由入口 44繼續(xù)流入
室46中。因此，流體組合物36將從入口 44迂回地流到出口 40，最終向內(nèi)螺旋式行進到出□。反之，在圖;3B中，相對低速率、高粘度和/或低密度的流體組合物36流過流道42 到達室入口 44。注意的是，在這個實施例中流體組合物36更加密切地跟隨流道42的方向突變件48，因此沿著相對于從入口 44到出口 40的直線方向50僅稍微成角度(參見圖
中的角度a)的方向通過入口 44流入室46中。因此，在這個實施例中流體組合物36將更直接地從入口 44流到出口 40。注意的是，如圖;3B中描繪的，流體組合物36還是沿著相對于從入口 44到出口 40 的直線方向50僅稍微成角度的方向經(jīng)由出口 40退出室46。因此，流體組合物36沿著基于
8速率、粘度、密度和/或流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率變化的方向退出室 46。應當理解的是，與圖:3B的實施例中流體組合物所取的更加直接的流路相比，圖3A 的實施例中流體組合物36所取的更加迂回的流路以相同的流率消耗了更多的流體組合物的能量，因此導致更大的流動阻力。如果油為期望流體，而水和/或氣體為不期望流體，那么應當理解，當流體組合物中的期望流體與不期望流體的的比率增大時，圖3A和圖;3B的可變流動阻力系統(tǒng)25將為流體組合物36提供較小的流動阻力，并且當流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率減小時，可變流動阻力系統(tǒng)25將提供較大的流動阻力。由于室46具有如圖3A和圖的實施例中描繪的大致圓筒形狀，從入口 44到出口 40的直線方向50為徑向。流道42的方向突變件48的上游大致指向相對于室46的切向(即，與從室的中心徑向延伸的線垂直)。然而，與本公開的原理一致，室46不一定為圓筒形狀，并且從入口 44到出口 40的直線方向50不一定為徑向。由于在這個實施例中室46具有帶有中心出口 40的圓筒形狀，并且流體組合物 36 (至少在圖3A中)圍繞室螺旋式行進，在流體組合物36靠近出口時速率增加，由于入口 44與出口的壓力差而被驅(qū)動，室可以稱為“渦流”室?，F(xiàn)在另外參考圖4A和圖4B，代表性地示出了可變流動阻力系統(tǒng)25的另一構(gòu)造。 圖4A和圖4B的構(gòu)造在很多方面與圖3A和圖;3B的構(gòu)造相似，但是至少在如下方面是不同的流道42沿相對于方向突變件48的上游的室46的徑向延伸得更多，并且方向突變件影響流體組合物36流動而遠離從入口 44到出口 40的直線方向50。在圖4A中，方向突變件48影響相對高粘度、低速率和/或低密度的流體組合物36 沿著遠離直線方向50的方向(例如，以與直線方向相對大的角度A)流入室46中。因此， 流體組合物36將在經(jīng)由出口 40退出之前圍繞室46迂回地流動。注意的是，這與上文中描述的圖:3B中的情形相反，在圖;3B中，相對高粘度、低速率和/或低密度的流體組合物36沿著相對于從入口到出口 40的直線方向50僅稍微成角度的方向經(jīng)由入口 44進入室46中。然而，圖;3B和圖4A中的構(gòu)造的相似性在于，流體組合物 36趨向于由于流道42中的方向突變件48而改變方向。反之，在圖4B中，相對高速率、低粘度和/或高密度的流體組合物36流過流道42 到達室入口 44。注意的是，在這個實施例中流體組合物36不是密切地跟隨流道42的方向突變件48，因此，沿著相對于從入口 44到出口 40的直線方向50僅稍微成角度的方向通過入口 44流入室46中。因此，在這個實施例中，流體組合物36將更加直接地從入口 44流到出口 40。應當理解的是，與圖4B的實施例中流體組合物所取的更加直接的流路相比，圖4A 的實施例中流體組合物36所取的更加迂回的流路以相同的流率消耗了更多的流體組合物的能量，因此導致更大的流動阻力。如果氣體或蒸汽為期望流體，而水和/或油為不期望流體，那么應當理解，當流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率增大時，圖4A和圖4B 的可變流動阻力系統(tǒng)25將為流體組合物36提供較小的流動阻力，并且當流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率減小時，可變流動阻力系統(tǒng)25將提供較大的流動阻力?，F(xiàn)在另外參考圖5A和圖5B，代表性地示出了可變流動阻力系統(tǒng)25的另一個構(gòu)造。 圖5A和圖5B的可變流動阻力系統(tǒng)25在很多方面與圖3A和圖的可變流動阻力系統(tǒng)25相似，但是至少在如下方面是不同的流道42相對于室46既不徑向?qū)室膊磺邢驅(qū)剩⑶以谑胰肟?44的上游處不存在流道的方向突變件(盡管在其它的實施例中方向突變件可以用于流動室既不徑向?qū)室膊磺邢驅(qū)实牧鞯?。在圖5A中，相對高速率、低粘度和/或高密度的流體組合物36以相對于從入口到出口 40的直線方向50的相對大的角度A經(jīng)由入口 44進入室46中。因此，流體組合物36 迂回地流過室46，最終向內(nèi)螺旋式行進到出口 40。流道42在室入口 44的上游處具有增大流量52，但是圖5A的實施例中流體組合物36大部分在流入室46中之前不在增大流量中改變方向。然而，在圖5B的實施例中，流體組合物36具有較低的速率、升高的粘度和/或減小的密度，并且流體組合物不利用增大流量52在經(jīng)由入口 44流入室46中之前改變方向。應當理解的是，與圖5B的實施例中流體組合物所取的更加直接的流路相比，圖5A 的實施例中流體組合物36所取的更加迂回的流路以相同的流率消耗了更多的流體組合物的能量，因此導致更大的流動阻力。如果油為期望流體，而水和/或氣體為不期望流體，那么應當理解，當流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率增大時，圖5A和圖5B的可變流動阻力系統(tǒng)25將為流體組合物36提供較小的流動阻力，并且當流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率減小時，可變流動阻力系統(tǒng)25將提供較大的流動阻力。流道42相對于室46 (例如，相對于室的半徑)的角度可以變化，以由此通過特定速率、粘度、密度等來產(chǎn)生流體的相應變化的流動阻力。另外，可以按照需要改變增大流量 52的特性(諸如尺寸、位置等)，以便改變由系統(tǒng)25提供的對于特定流體流動的阻力。現(xiàn)在另外參考圖6A和圖6B，代表性地示出了可變流動阻力系統(tǒng)25的另一個構(gòu)造。 圖6A和圖6B的可變流動阻力系統(tǒng)25在很多方面與圖3A和圖的可變流動阻力系統(tǒng)25 相似，但是至少在如下方面是不同的圖6A和圖6B的構(gòu)造在室46中包括結(jié)構(gòu)件M，并且在室入口 44的上游處不存在流道42的方向突變件(盡管在其它的實施例中，方向突變件可以用于也在流動室中包括結(jié)構(gòu)件的系統(tǒng)中)。在圖6A中，相對高速率、低粘度和/或高密度的流體組合物36經(jīng)由入口 44進入室 46中并且受結(jié)構(gòu)件M的影響而圍繞室繼續(xù)流動。因此，流體組合物36迂回地流過室46， 最終經(jīng)由開口 56隨著逐漸繞過結(jié)構(gòu)件M而向內(nèi)螺旋式行進到出口 40。然而，在圖6B中，流體組合物36具有較低的速率、升高的粘度和/或減小的密度。 在這個實施例中流體組合物36能夠在經(jīng)由入口 44流入室46時更易于改變方向，使得流體組合物36經(jīng)由開口 56相對直接地從入口流到出口 40。盡管流體組合物36在圖6B中描繪為經(jīng)由入口和出口之間的開口 56從入口 44直接流到出口 40，應當理解的是，當系統(tǒng)25中的流動阻力減小時，流體組合物不一定從入口直接流到出口，并且開口 56中的一個不一定直接位于入口和出口之間。當系統(tǒng)25中的流動阻力減小時，流體組合物可能圍繞出口 40存在某程度的旋轉(zhuǎn)，但是流體組合物的這種旋轉(zhuǎn)比如果流體組合物具有增大的速率、降低的粘度和/或增大的密度的情況小。應當理解的是，與圖6B的實施例中流體組合物所取的更加直接的流路相比，圖6A 的實施例中流體組合物36所取的更加迂回的流路以相同的流率消耗了更多的流體組合物的能量，因此導致更大的流動阻力。如果油為期望流體，而水和/或氣體為不期望流體，那么應當理解，當流體組合物中的期望流體與不期望流體的的比率增大時，圖6A和圖6B的可變流動阻力系統(tǒng)25將為流體組合物36提供較小的流動阻力，并且當流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率減小時，可變流動阻力系統(tǒng)25將提供較大的流動阻力。結(jié)構(gòu)件M可以為一個或多個周向延伸葉片的形式，在葉片之間具有一個或多個開口 56?？蛇x擇地或者除此之外，結(jié)構(gòu)件M可以為室46的壁中一個或多個周向延伸凹槽的形式。結(jié)構(gòu)件M可以相對于室46的壁向內(nèi)和/或向外突出。結(jié)構(gòu)件M可以徑向或?qū)堑夭贾?，成杯狀等。因此，應當理解的是，與本公開的原理一致，可以使用用于影響流體組合物36以使其圍繞室46繼續(xù)迂回流動的任何類型的結(jié)構(gòu)件。在其它的實施例中，結(jié)構(gòu)件M可以布置為使得結(jié)構(gòu)件M將流體組合物36的螺旋式(或者迂回的)流動轉(zhuǎn)換成朝向出口 40的更加直接的流動。例如，徑向取向和/或成杯狀結(jié)構(gòu)件可以獲得這個結(jié)果。相對低密度、高粘度和低速率的流動當遇到這種結(jié)構(gòu)件時更易于改變方向。當然，由于結(jié)構(gòu)件M的存在稍微阻礙了圍繞出口 40的迂回流動的事實，圖6A和圖6B中描繪的結(jié)構(gòu)件M也可以獲得這個結(jié)果(轉(zhuǎn)換減小密度、升高粘度和降低速率的流動)，并且流體組合物36的圍繞出口迂回流動的任何部分需要方向變化以便轉(zhuǎn)向出口。特別地，開口 56為流體組合物36提供了改變方向以及更加直接地朝向出口 40流動的機會， 并且減小密度、升高粘度和降低速率的流體更易于利用這些機會。如果期望流體(諸如油等)具有相對高的粘度和/或相對低的密度(例如，與水相比)，那么，隨著流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率增加，流體組合物36的圍繞出口 40迂回流動的任何部分將借助于結(jié)構(gòu)件M逐漸地轉(zhuǎn)向出口。盡管在圖3A-6B描繪的實施例中，僅單個入口 44用于將流體組合物36送往室46， 在其它的實施例中，可以按照需要設(shè)置多個入口。流體組合物36可以同時或單獨地經(jīng)由多個入口 44流入室46中。例如，當流體組合物36具有相應不同的特性(諸如不同的速率、 粘度、密度等)時，可以使用不同的入口 44?，F(xiàn)在另外參考圖7A-7C，代表性地示出了可變流動阻力系統(tǒng)25的不同構(gòu)造中多個流動室46的各種布置。這些構(gòu)造驗證了可以通過組合可變流動阻力系統(tǒng)25中的多個流動室46來獲得某些優(yōu)點。在圖7A中，圖3A和圖;3B中描繪的類型的多個流動室46串聯(lián)地連接。流體組合物36從入口 38流到第一室46a，然后從第一室的出口流到第二室46b的入口，并且然后流到可變流動阻力系統(tǒng)25的出口 40。通過串聯(lián)地組合相同類型的多個室46，相應地增強了流動阻力系統(tǒng)25的流動阻力效果。盡管在圖7A中僅描繪了兩個室46a、46b，與本公開的原理一致，可以串聯(lián)地連接任何數(shù)量以及任何類型(諸如圖4A-圖6B中描繪的室的其它類型)的室。在圖7B中，不同類型的室46串聯(lián)地連接。在這個實施例中，第一室46a為圖3A 和圖:3B中描繪的類型，并且第二室46b為圖4A和圖4B中描繪的類型。通過串聯(lián)地組合不同類型的多個室46，可以組合不同室的流動阻力效果來獲得流過系統(tǒng)25的流體組合物36的特性(諸如速率、粘度、密度等)和系統(tǒng)所提供的流動阻力之間的唯一關(guān)系。在圖7D中描繪了該唯一關(guān)系的實施例，并且下面更加全面地描述。盡管在圖7B中僅描繪了兩個室46a、46b，與本公開的原理一致，可以串聯(lián)地連接任何類型(諸如圖5A-圖6B中描繪的室的其它類型)以及室的任何組合。
11
在圖7C中，不同類型的室46并聯(lián)地連接。在這個實施例中，一個室46a為圖3A和圖3B中描繪的類型，并且另一個室46b為圖4A和圖4B中描繪的類型。流體組合物36不從一個室46a流到另一個室46b，而是并聯(lián)地流過兩個室。與圖7B的實施例稍類似，并聯(lián)地組合不同類型的多個室46可以用于獲得流過系統(tǒng)25的流體組合物36的特性(諸如速率、粘度、密度等)和系統(tǒng)提供的流動阻力之間的唯
一關(guān)系。盡管在圖7C中僅描繪了兩個室46a、46b，與本公開的原理一致，可以并聯(lián)地連接任何類型(諸如圖5A-圖6B中描繪的室的其它類型)以及室的任何組合。此外，由于在單個可變流動阻力系統(tǒng)25中流動室可以既串聯(lián)又并聯(lián)地組合，室46不一定僅串聯(lián)或并聯(lián)地組合，而不偏離本公開的原理?，F(xiàn)在另外參考圖7D，代表性地示出了對于流過可變流動阻力系統(tǒng)25的流體組合物36而言流動阻力對粘度的曲線圖。流體組合物36的粘度用作圖7D中的流體特性，以驗證系統(tǒng)25的流動阻力如何能夠隨著流體特性的變化而唯一地變化，但是應當清楚地理解， 系統(tǒng)的流動阻力還可以關(guān)于流體組合物的其它特性(諸如速率、密度等)唯一地變化。在圖7D的實施例中，在可變流動阻力系統(tǒng)25中組合了多個室46，以便當流體組合物36中含有相對高比例的水時產(chǎn)生相對高的流動阻力，而當流體組合物中含有相對高比例的氣體或油時產(chǎn)生相對低的流動阻力。應當理解的是，在期望產(chǎn)出油和氣體而不期望產(chǎn)出水的情形下，這在烴產(chǎn)出井中是相當有益的。現(xiàn)在另外參考圖8，為流過圖6A和圖6B中描繪的類型的可變流動阻力系統(tǒng)25的實施例的不同流體提供了相對流率對相對壓降的實施例曲線圖。在這個實施例中，使得系統(tǒng)25中的壓差隨著通過系統(tǒng)的流體的流率變化而變化。因此，通過系統(tǒng)25的流率提供了流過系統(tǒng)的阻力的便利指示器。然而，實際上，當可變流動阻力系統(tǒng)25安裝在井中時，系統(tǒng)中的壓差可能在一段時間內(nèi)無顯著變化。如圖8中所示，在一定的相對壓降下，與通過系統(tǒng)的水的流率相比，油具有通過系統(tǒng)25的實質(zhì)較大的流率。從另一個觀點看，在一定的相對流率下，與油的相同流率下的壓降相比，要求系統(tǒng)25中顯著大的壓降。因此，為期望流體(在這個情況下為油)的流動提供較小的阻力，并且為不期望流體(在這個情況下為水)的流動提供較大的阻力。盡管上文已經(jīng)說明了可變流動阻力系統(tǒng)25的各種構(gòu)造，每個構(gòu)造具有與其它構(gòu)造不同的某些特征，應當清楚地理解的是，那些特征相互不排他。而是，上文描述的系統(tǒng)25 的任何構(gòu)造的任何特征可以與任何其它構(gòu)造一起使用。例如，圖6A和圖6B中描繪的系統(tǒng) 25的構(gòu)造的結(jié)構(gòu)件M可以用于圖3A-5B以及圖7A-7C的系統(tǒng)構(gòu)造中的任一個中。現(xiàn)在，可以全面地理解上述公開為調(diào)節(jié)井中流體流動的技術(shù)提供了多個進步。當流體組合物36含有更多的不期望流體時，可變流動阻力系統(tǒng)25提供流體組合物36的更大的流動阻力，并且當流體組合物36含有更多的期望流體時，可變流動阻力系統(tǒng)25提供流體組合物36的更小的流動阻力。盡管系統(tǒng)25在設(shè)計上相對直接、構(gòu)造簡單且經(jīng)濟以及操作的穩(wěn)定性，獲得了優(yōu)點。特別地，上述公開為本技術(shù)領(lǐng)域提供了用于地下井的可變流動阻力系統(tǒng)25。系統(tǒng) 25可以包括流動室46，流體組合物36在井中流過流動室46。室46具有入口 44和出口 40。 流體組合物36沿著基于流體組合物36中的期望流體與不期望流體的比率變化的方向經(jīng)由
12入口 44進入室46。在上述實施例中，流體組合物36可以僅經(jīng)由入口 44流入室46中。在其它的實施例中，可以存在通往室46的多個入口 44。系統(tǒng)25還可以包括流道42，所述流道42將流體組合物36引導到入口 44。流道 42可以在入口 44的接近處具有方向突變件48。方向突變件48的上游處的流道42可以相對于室46大致徑向?qū)驶蛘呖梢韵鄬τ谑?6大致切向?qū)省Ｔ谄渌膶嵤├?，流?2可以既不相對于室46徑向?qū)室膊幌鄬τ谑?6切向?qū)?。系統(tǒng)25可以包括至少一個結(jié)構(gòu)件M，至少一個結(jié)構(gòu)件M影響流體組合物36的在入口 44和出口 40之間迂回流動的任一部分以便保持這種迂回流動。結(jié)構(gòu)件M可以包括葉片和凹槽中的至少一個。結(jié)構(gòu)件討可以相對于室46的壁向內(nèi)或向外突出。結(jié)構(gòu)件M 可以具有至少一個開口 56，所述開口 56容許流體組合物36從入口 44直接流到出口 40。系統(tǒng)25可以包括至少一個結(jié)構(gòu)件M，至少一個結(jié)構(gòu)件M影響流體組合物36的在入口 44和出口 40之間迂回流動的任一部分以便更加直接地朝向出口 40流動。流體組合物36的部分可以逐漸地受到結(jié)構(gòu)件M的影響，以便隨著流體組合物36的粘度升高、隨著流體組合物36的密度減小、隨著流體組合物36中的期望流體與不期望流體的比率增大、和 /或隨著流體組合物36的速率下降而更加直接地朝向出口 40流動。流體組合物36可以隨著流體組合物36的粘度升高、隨著流體組合物的速率下降、 和/或流體組合物的密度增大而從入口 44更加直接地流到出口 40。優(yōu)選地，隨著期望流體與不期望流體的比率增大，流體組合物36從入口 44更加直接地流到出口 40。直線方向50可以在入口 44和出口 40之間延伸。流體組合物36經(jīng)由入口 44進入室46的方向可以相對于直線方向50成角度，所述角度(諸如角度A和a)取決于流體組合物36的特性。上述公開還描述了一種井系統(tǒng)10，所述井系統(tǒng)10可以包括可變流動阻力系統(tǒng)25， 流體組合物36通過所述可變流動阻力系統(tǒng)25在井下管柱22和環(huán)繞井系統(tǒng)10的井筒12 的地層20之間流動?？勺兞鲃幼枇ο到y(tǒng)25可以包括流動室46，所述流體組合物36流過所述流動室46，室46具有出口 40和僅一個入口 44。流體組合物36可以隨著流體組合物36 中的期望流體與不期望流體的比率增大而從入口 44更加直接地流到出口 40。流體組合物36可以沿著基于流體組合物36中的期望流體與不期望流體的比率變化的方向經(jīng)由入口 44進入室46中。優(yōu)選地，直線方向50在入口 44和出口 40之間延伸， 并且流體組合物36經(jīng)由入口 44進入室46的方向相對于直線方向50成角度，所述角度取決于流體組合物36中的期望流體與不期望流體的比率。而且上述公開描述了一種可變流動阻力系統(tǒng)25，所述可變流動阻力系統(tǒng)25可以包括流動室46，流體組合物36在井中流過所述流動室46。室46具有入口 44、出口 40以及至少一個結(jié)構(gòu)件討，所述至少一個結(jié)構(gòu)件討影響流體組合物36的在入口 44和出口 40之間迂回流動的部分，以便保持這種迂回流動。結(jié)構(gòu)件M可以逐漸地影響流體組合物36的在入口 44和出口 40之間迂回流動的部分，以便隨著流體組合物36中的期望流體與不期望流體的比率增大、隨著流體組合物的粘度升高、隨著流體組合物的密度增大、和/或隨著流體組合物的速率下降而更加直接地朝向出口 40流動。應當理解的是，上述各個實施例可以在各個取向上以及在各種構(gòu)造中使用，各個取向諸如傾斜、倒置、水平、垂直等，而不偏離本公開的原理。圖中所示的實施方案僅被描繪和說明為本公開的原理的有用應用的實施例，本公開的原理不限于這些實施方案中的任一特定細節(jié)。當然，在仔細考慮代表性實施方案的上述說明時，本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于領(lǐng)會到， 可以對這些特定的實施方案進行許多改進、添加、替代、刪除、和其它的改變，并且這些改變在本公開的原理的范圍之內(nèi)。因此，前述詳細的描述應當清楚地理解為僅通過示例和實施例的方式給出，本發(fā)明的主旨和范圍由所附權(quán)利要求及其等同內(nèi)容唯一地限定。
權(quán)利要求
1.一種用于地下井的可變流動阻力系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括流動室，流體組合物流過所述流動室，所述室具有入口和出口，并且其中，所述流體組合物沿著基于所述流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率變化的方向經(jīng)由所述入口進入所述室。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述流體組合物僅經(jīng)由所述入口流入所述室中。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括流道，所述流道將所述流體組合物引導到所述入口，并且其中，所述流道在所述入口的接近處具有方向突變件。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述方向突變件的上游的所述流道相對于所述室大致徑向?qū)省?br> 5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述方向突變件的上游的所述流道相對于所述室大致切向?qū)省?br> 6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括流道，所述流道將所述流體組合物引導到所述入口，并且其中，所述流道既不相對于所述室徑向?qū)室膊幌鄬τ谒鍪仪邢驅(qū)省?br> 7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括至少一個結(jié)構(gòu)件，所述至少一個結(jié)構(gòu)件影響所述流體組合物的在所述入口和所述出口之間迂回流動的部分，以便保持這種迂回流動。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)件包括葉片和凹槽中的至少一個。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)件相對于所述室的壁以向內(nèi)和向外中的至少一種方式突出。
10.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)件具有至少一個開口，所述至少一個開口容許所述流體組合物從所述入口直接流到所述出口。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括至少一個結(jié)構(gòu)件，所述結(jié)構(gòu)件影響所述流體組合物的在所述入口和所述出口之間迂回流動的部分，以便更加直接地朝向所述出口流動。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述流體組合物的所述部分逐漸受到所述結(jié)構(gòu)件的影響而隨著所述流體組合物的粘度升高更加直接地朝向所述出口流動。
13.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述流體組合物的所述部分逐漸受到所述結(jié)構(gòu)件的影響而隨著所述流體組合物的速率下降更加直接地朝向所述出口流動。
14.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述流體組合物的所述部分逐漸受到所述結(jié)構(gòu)件的影響而隨著所述流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率增大更加直接地朝向所述出口流動。
15.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述流體組合物的所述部分逐漸受到所述結(jié)構(gòu)件的影響而隨著所述流體組合物的密度減小更加直接地朝向所述出口流動。
16.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，隨著所述流體組合物的粘度升高，所述流體組合物從所述入口更加直接地流到所述出口。
17.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，隨著所述流體組合物的速率下降，所述流體組合物從所述入口更加直接地流到所述出口。
18.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，隨著所述流體組合物的密度減小，所述流體組合物從所述入口更加直接地流到所述出口。
19.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，隨著期望流體與不期望流體的比率增大，所述流體組合物從所述入口更加直接地流到所述出口。
20.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，直線方向在所述入口和所述出口之間延伸，并且其中，所述流體組合物經(jīng)由所述入口進入所述室的方向相對于所述直線方向成角度，所述角度取決于所述流體組合物的特性。
21.一種井系統(tǒng)，包括可變流動阻力系統(tǒng)，流體組合物在井下管柱和環(huán)繞所述井系統(tǒng)的井筒的地層之間流過所述可變流動阻力系統(tǒng)，所述可變流動阻力系統(tǒng)包括流動室，所述流體組合物流過所述流動室，所述室具有出口和至少一個入口，并且其中，隨著所述流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率增大，所述流體組合物從所述入口更加直接地流到所述出口。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，所述流體組合物沿著基于所述流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率變化的方向朝向所述出口在所述室內(nèi)移動。
23.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，所述流體組合物沿著基于所述流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率變化的方向經(jīng)由所述入口進入所述室。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，直線方向在所述入口和所述出口之間延伸，并且其中，所述流體組合物經(jīng)由所述入口進入所述室的方向相對于所述直線方向成角度，所述角度取決于所述流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率。
25.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，進一步包括流道，所述流道將所述流體組合物引導到所述入口，并且其中，所述流道在所述入口接近處具有方向突變件。
26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，所述方向突變件的上游處的所述流道相對于所述室大致徑向?qū)省?br> 27.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，所述方向突變件的上游處的所述流道相對于所述室大致切向?qū)省?br> 28.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，進一步包括流道，所述流道將所述流體組合物引導到所述入口，并且其中，所述流道既不相對于所述室徑向?qū)视植幌鄬τ谒鍪仪邢驅(qū)省?br> 29.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，進一步包括至少一個結(jié)構(gòu)件，所述至少一個結(jié)構(gòu)件影響所述流體組合物的在所述入口和所述出口之間迂回流動的任何部分，以便保持這種迂回流動。
30.如權(quán)利要求四所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)件包括葉片和凹槽中的至少一個。
31.如權(quán)利要求四所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)件相對于所述室的壁以向內(nèi)和向外中的至少一種方式突出。
32.如權(quán)利要求四所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)件具有至少一個開口，所述開口容許所述流體組合物從所述入口直接流到所述出口。
33.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，隨著所述流體組合物的粘度升高，所述流體組合物從所述入口更加直接地流到所述出口。
34.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，隨著所述流體組合物的速率下降，所述流體組合物從所述入口更加直接地流到所述出口。
35.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，隨著所述流體組合物的密度減小，所述流體組合物從所述入口更加直接地流到所述出口。
36.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，隨著期望流體與不期望流體的比率增大，所述流體組合物從所述入口更加直接地流到所述出口。
37.一種用于地下井的可變流動阻力系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括流動室，流體組合物在所述井中流過所述流動室，所述室具有入口、出口以及至少一個結(jié)構(gòu)件，所述結(jié)構(gòu)件影響所述流體組合物的在所述入口和所述出口之間迂回流動的部分， 以便保持這種迂回流動。
38.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)件包括葉片和凹槽中的至少一個。
39.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)件相對于所述室的壁以向內(nèi)和向外中的至少一種方式突出。
40.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)件具有至少一個開口，所述開口容許所述流體組合物從所述入口更加直接地流到所述出口。
41.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中，所述流體組合物沿著基于所述流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率變化的方向經(jīng)由所述入口進入所述室中。
42.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中，直線方向在所述入口和所述出口之間延伸，并且其中，所述流體組合物經(jīng)由所述入口進入所述室的方向相對于所述直線方向成角度，所述角度取決于所述流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率。
43.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中，所述流體組合物僅經(jīng)由所述入口流入所述室中。
44.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，進一步包括流道，所述流道將所述流體組合物引導到所述入口，并且其中，所述流道在所述入口的接近處具有方向突變件。
45.如權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)，其中，所述方向突變件的上游處的所述流道相對于所述室大致徑向?qū)省?br> 46.如權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)，其中，所述方向突變件的上游處的所述流道相對于所述室大致切向?qū)省?br> 47.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，進一步包括流道，所述流道將所述流體組合物引導到所述入口，并且其中，所述流道既不相對于所述室徑向?qū)室膊幌鄬τ谒鍪仪邢驅(qū)省?br> 48.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中，隨著所述流體組合物的粘度增大，所述流體組合物從所述入口更加直接地流到所述出口。
49.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中，隨著所述流體組合物的速率下降，所述流體組合物從所述入口更加直接地流到所述出口。
50.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中，隨著所述流體組合物的密度減小，所述流體組合物從所述入口更加直接地流到所述出口。
51.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中，隨著所述流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率增大，所述流體組合物從所述入口更加直接地流到所述出口。
52.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)件逐漸地影響所述流體組合物的在所述入口和所述出口之間迂回流動的部分，以便隨著所述流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率增大而更加直接地朝向所述出口流動。
53.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)件逐漸地影響所述流體組合物的在所述入口和所述出口之間迂回流動的部分，以便隨著所述流體組合物的速率下降而更加直接地朝向所述出口流動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于地下井的可變流動阻力系統(tǒng)以及井系統(tǒng)。該可變流動阻力系統(tǒng)可以包括流動室，流體組合物在井中流過流動室，所述室具有入口和出口。流體組合物沿著基于流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率變化的方向經(jīng)由入口進入。該井系統(tǒng)可以包括可變流動阻力系統(tǒng)，流體組合物在井下管柱和地層之間流過可變流動阻力系統(tǒng)，流動阻力系統(tǒng)包括僅具有一個室入口的流動室，流體組合物流過流動室。隨著流體組合物中的期望流體與不期望流體的比率增大，流體組合物從入口更加直接地流到出口。另一種流動阻力系統(tǒng)可以包括至少一個結(jié)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)件影響所述流體組合物的在入口和出口之間迂回流動的部分，以便保持這種迂回流動。
文檔編號E21B43/12GK102268977SQ20111014190
公開日2011年12月7日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者M·L·夫瑞普, 賈森·D·戴克斯特拉 申請人:哈利伯頓能源服務公司