專利名稱：具有循環(huán)感應(yīng)結(jié)構(gòu)以可變地阻止地下井中的流動的可變流阻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及與地下井(subterranean well)結(jié)合使用的設(shè)備和所執(zhí)行的操作，且在以下描述的示例中，本發(fā)明更具體地用于可變地阻止地下井中的流動。
背景技術(shù)：
在烴生產(chǎn)井(hydrocarbon production well)中，在許多情況下能夠調(diào)節(jié)從地層到井眼內(nèi)的流體流量都是非常有益的。這種調(diào)節(jié)能夠服務(wù)于多個目的，包括防止水或氣錐、最小化產(chǎn)砂量、最小化產(chǎn)水量和/或產(chǎn)氣量、最大化產(chǎn)油量和/或產(chǎn)氣量、在多個帶(zone)之間平衡生產(chǎn)量等。在注入井(injection well)中，典型地期望將水、蒸汽、氣體等均勻地注入多個帶內(nèi)，使得烴穿過地層均勻地位移，被注入流體不會過早突破到生產(chǎn)井眼。因此，調(diào)節(jié)從井眼到地層內(nèi)的流體流量的能力也能夠有益于注入井。因此應(yīng)理解，在上述情況下，可變地限制井中的流體流量的技術(shù)的進步是符合期望的，而且在許多其他情況下這類進步也是有益的。

發(fā)明內(nèi)容
在以下內(nèi)容中，提供一種可變流阻系統(tǒng)，其為調(diào)節(jié)井中流體流量的技術(shù)帶來多種改進。以下一個示例描述的是，如果流體成分具有達到閾值水平的不期望特性，則流體成分的流動被更多地阻止。以下另一示例描述的是，對流經(jīng)系統(tǒng)的流體來說，阻力隨著流體成分中期望流體與不期望流體之比的減小而增大。根據(jù)一個方案，本發(fā)明為本技術(shù)領(lǐng)域提供一種用于地下井的可變流阻系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括供流體成分流經(jīng)的流室(flow chamber)ο該室具有至少一個入口、出口和阻止流體成分從繞出口的環(huán)流(circular flow)變成朝向出口的徑流(radial flow)的至少一個結(jié)構(gòu)。根據(jù)另一方案，一種在地下井中使用的可變流阻系統(tǒng)可包括供流體成分流經(jīng)的流室。該室具有至少一個入口、出口和阻止流體成分繞出口的環(huán)流的至少一個結(jié)構(gòu)。根據(jù)又一方案，提供一種在地下井中使用的可變流阻系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括供流體成分在井中流經(jīng)的流室，該室具有至少一個入口、出口和阻止流體成分從繞出口的環(huán)流變成朝向出口的徑流的至少一個結(jié)構(gòu)。
根據(jù)另一方案，以下描述的可變流阻系統(tǒng)可包括具有出口的流室和至少一個結(jié)構(gòu)，至少一個結(jié)構(gòu)阻止沿流體成分朝向出口流動的方向改變。流體成分沿流動方向進入室，流動的方向基于流體成分中期望流體與不期望流體之比而改變。根據(jù)再一方案，本發(fā)明提供一種可變流阻系統(tǒng)，其可包括流路選擇裝置；該流路選擇裝置基于流體成分中期望流體與不期望流體之比，選擇來自裝置的大部分流體流經(jīng)多個流路中的哪個流路。該系統(tǒng)還包括:流室，其具有出口、連接到多個流路中的第一流路的第一入口、連接到多個流路中的第二流路的第二入口 ；以及至少一個結(jié)構(gòu)，其較多地阻止流體成分從第二入口到出口的徑流，較少地阻止流體成分從第一入口到出口的徑流。在一個示例中，一種用于安裝在地下井眼中的流動控制裝置可包括:內(nèi)表面，其限定內(nèi)室(interior chamber),該內(nèi)表面可包括側(cè)周邊表面和多個相對的端表面，多個相對的端表面之間的最大距離小于多個相對的端表面的最大尺寸；第一端口，其貫穿多個端表面中的一個端表面；第二端口，其貫穿通過內(nèi)表面并與第一端口分開；側(cè)周邊表面是可操作的，用以引導(dǎo)來自第二端口的流體繞第一端口旋轉(zhuǎn)；并且流動控制裝置還可包括位于內(nèi)室中的流路結(jié)構(gòu)。在另一示例中，用于安裝在地下井眼中的流動控制裝置可包括用于接納通過室入口的流體并將流體引導(dǎo)到室出口的筒形室，筒形室的最大軸向尺寸小于筒形室的最大直徑尺寸，筒形室促進流體繞室出口的旋轉(zhuǎn)，而且旋轉(zhuǎn)程度基于通過室入口進入流的特性，并且流動控制裝置還可包括位于筒形室中的流路結(jié)構(gòu)?？刂频叵戮壑械牧鲃拥姆椒砂?接收井眼中的流動控制裝置的筒形室中的流體，筒形室包括至少一個室入口，筒形室的最大軸向尺寸小于筒形室的最大直徑尺寸；通過筒形室內(nèi)的流路結(jié)構(gòu)引導(dǎo)流體；以及促進流經(jīng)筒形室的流體繞室出口的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)程度基于通過室入口進入流的特性。在仔細考慮以下代表性示例的詳細描述和附圖之后，這些及其他特征、優(yōu)點和益處將變得對本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯，其中相同元件在各圖中使用相同的附圖標(biāo)記表示。


圖1是能夠體現(xiàn)本發(fā)明的原理的井系統(tǒng)的示意性局部剖視圖。圖2是可用于圖1的井系統(tǒng)的井篩和可變流阻系統(tǒng)的放大比例的示意性剖視圖。圖3是沿圖2中的線3-3截取的可變流阻系統(tǒng)的一種構(gòu)造的示意性“展開”平面圖。圖4A和圖4B是可變流阻系統(tǒng)的流室的另一構(gòu)造的不意性平面圖。圖5是流室的又一構(gòu)造的示意性平面圖。圖6A和圖6B是可變流阻系統(tǒng)的又一構(gòu)造的示意性平面圖。圖7A至圖7H是流室的各種構(gòu)造的示意性剖視圖，圖7A至圖7G是沿圖4B中的線7-7截取的，圖7H是沿圖7G中的線7H-7H截取的。圖71和圖7J是可用于可變流阻系統(tǒng)的流室的那些結(jié)構(gòu)的構(gòu)造的示意性立體圖。圖8A至圖11是流室的其他構(gòu)造的示意性平面圖。
具體實施方式
圖1代表性地示出了能夠體現(xiàn)本發(fā)明的原理的井系統(tǒng)10。如圖1所示，井眼12具有從套管16向下延伸的大體豎直的未套管段14，以及延伸通過地層20的大體水平的未套管段18。管狀柱(tubularstring)22例如為生產(chǎn)油管管柱(production tubing string),被安裝在井眼12中。多個井篩24、可變流阻系統(tǒng)25和封隔器26在管狀柱22中互連。封隔器26將在管狀柱22與井眼段18之間徑向地形成的環(huán)空28封堵起來。按這種方式，流體30可經(jīng)由環(huán)空28 (這些環(huán)空位于相鄰的成對的封隔器26之間)的隔離部分而從地層20的多個間隔區(qū)或帶產(chǎn)出。位于每對相鄰的封隔器26之間的井篩24和可變流阻系統(tǒng)25在管狀柱22中互連。井篩24過濾從環(huán)空28流入管狀柱22內(nèi)的流體30?？勺兞髯柘到y(tǒng)25基于流體的某些特性，來可變地限制流體30進入管狀柱22的流量。在此應(yīng)注意，圖中示出的及本說明書描述的井系統(tǒng)10只不過是能夠利用本發(fā)明的原理的許多井系統(tǒng)中的一個示例。應(yīng)清楚地理解，本發(fā)明的原理根本不限于圖中示出的或本說明書描述的井系統(tǒng)10或井系統(tǒng)的部件的任何細節(jié)。例如，包括大體豎直的井眼段14或大體水平的井眼段18的井眼12并非必須符合本發(fā)明的原理。流體30并非必須僅從地層20產(chǎn)出，在其他示例中，流體可被注入地層，流體可既被注入地層又從地層產(chǎn)出等。井篩24和可變流阻系統(tǒng)25中的每一個并非必須位于一對相鄰的封隔器26之間。單個可變流阻系統(tǒng)25并非必須與單個井篩24結(jié)合使用。可使用任何數(shù)量、設(shè)置方式和/或組合的這些部件。并非任何可變流阻系統(tǒng)25都必須與井篩24 —起使用。例如，在注入操作中，注入流體可流經(jīng)可變流阻系統(tǒng)，而不流經(jīng)井篩24。井篩24、可變流阻系統(tǒng)25、封隔器26或管狀柱22的任何其他部件并非必須被置于未套管段14、18中。根據(jù)本發(fā)明的原理，井眼12中的任何段可設(shè)有套管或不設(shè)有套管，管狀柱22的任何部分可位于井眼的未套管或套管段中。因此，應(yīng)清楚地理解，本發(fā)明描述了如何形成和使用某些示例，但本發(fā)明的原理不限于這些示例的任何細節(jié)。而是，使用從本說明書獲得的知識，那些原理能夠應(yīng)用于許多其他示例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，有益的是來自地層20中的每個帶的流體30進入管狀柱22內(nèi)的流量能夠被調(diào)節(jié)，例如，以防止地層中的水錐32或氣錐34。井中的流量調(diào)節(jié)的其他用途包括但不限于，平衡來自多個帶的產(chǎn)出(或?qū)Χ鄠€帶的注入)、最小化不期望流體的產(chǎn)出或注入、最大化期望流體的產(chǎn)出或注入等。以下更充分地描述的可變流阻系統(tǒng)25的示例可通過以下方式提供這些益處:如果流速增加超過選定水平，則增大流阻(例如由此平衡多個帶間的流量、防止水或氣錐等);如果流體粘度或密度減小至選定水平以下，則增大流阻(例如由此在產(chǎn)油井中限制不期望流體例如水或氣的流量);和/或如果流體粘度或密度增加至選定水平之上，則增大流阻(例如由此最小化在蒸汽注入井的水的注入量)。流體是期望或不期望的流體取決于正在進行的生產(chǎn)或注入操作的目的。例如，如果期望從井中產(chǎn)出油，但不產(chǎn)出水或氣，則油是期望流體，而水和氣是不期望流體。如果期望從井中產(chǎn)出氣，但不產(chǎn)出水或油，則氣是期望流體，而水和油是不期望流體。如果期望將蒸汽注入地層內(nèi)，但不注入水，則蒸汽是期望流體，而水是不期望流體。請注意，在井下的溫度和壓力條件下，烴氣體能夠?qū)嶋H上完全地或部分地處于液態(tài)。因此，應(yīng)理解，當(dāng)本文使用術(shù)語“氣體”時，超臨界、液態(tài)和/或氣態(tài)均包括在該術(shù)語的范圍內(nèi)?，F(xiàn)在再參照圖2，圖2代表性地示出了可變流阻系統(tǒng)25之一和井篩24之一的一部分的放大比例的剖視圖。在該示例中，流體成分36 (可包括一種或多種流體，例如油和水、液體水和蒸汽、油和氣、氣和水、油、水和氣等)流入井篩24內(nèi)，由此被過濾，然后流入可變流阻系統(tǒng)25的入口 38中。流體成分可包括一種或多種不期望流體或期望流體。流體成分中可組合有蒸汽和水二者。作為另一示例，流體成分中可組合有油、水和/或氣?；诹黧w成分的一個或多個特性(例如密度、粘度、速度等)，流體成分36通過可變流阻系統(tǒng)25的流量受到限制。流體成分36然后從可變流阻系統(tǒng)25經(jīng)由出口 40被排放到管狀柱22的內(nèi)部。在其他示例中，井篩24可能不與可變流阻系統(tǒng)25結(jié)合使用(例如在注入操作中)，流體成分36可沿反方向流經(jīng)井系統(tǒng)10的各元件(例如，在注入操作中)，單個可變流阻系統(tǒng)可與多個井篩結(jié)合使用，多個可變流阻系統(tǒng)可與一個或多個井篩一起使用，流體成分可從井中的不同于環(huán)空或管狀柱的區(qū)域被接納、或被排放到井中的不同于環(huán)空或管狀柱的區(qū)域內(nèi)，流體成分可在流經(jīng)井篩之前流經(jīng)可變流阻系統(tǒng)，任何其他部件可與井篩和/或可變流阻系統(tǒng)的上游或下游互連等。因此，應(yīng)理解，本發(fā)明的原理根本不限于圖2示出的并在本說明書中描述的示例的細節(jié)。盡管圖2示出的井篩24屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的繞絲井篩(wire-wrappedwell screen)類型，在其他示例中可使用任何其他類型的井篩或多種井篩的組合(例如，燒結(jié)式的、膨脹式的、預(yù)填充式的、金屬絲網(wǎng)等)。如果期望的話，也可使用其他部件(例如護罩、分流管、線路、儀器、傳感器、流入控制裝置等)。圖2示出了可變流阻系統(tǒng)25的簡化形式，但在優(yōu)選示例中，如以下更充分地描述的，該系統(tǒng)可包括用于執(zhí)行各種功能的多種通道和裝置。另外，系統(tǒng)25優(yōu)選繞管狀柱22至少部分地沿圓周延伸，或者該系統(tǒng)可在作為管狀柱的一部分互連的管狀結(jié)構(gòu)的壁中形成。在其他示例中，系統(tǒng)25可不繞管狀柱沿圓周延伸，或者在管狀結(jié)構(gòu)的壁中形成。例如，系統(tǒng)25可被形成為平坦結(jié)構(gòu)等。系統(tǒng)25可位于被附接到管狀柱22的單獨殼體中，或者可被定向為使得出口 40的軸線與管狀柱的軸線平行。系統(tǒng)25可位于測井管柱(loggingstring)上，或被附接到形狀不是管狀的裝置?？筛鶕?jù)本發(fā)明的原理，使用任何方向或構(gòu)造的系統(tǒng)25?，F(xiàn)在再參照圖3，其代表性地示出了系統(tǒng)25的一個示例的更詳細截面圖。系統(tǒng)25在圖3被示出為似乎是從其圓周延伸的構(gòu)造“展開”到大體平坦的構(gòu)造。如上所述,流體成分36經(jīng)由入口 38進入系統(tǒng)25，并經(jīng)由出口 40離開系統(tǒng)。流體成分36通過系統(tǒng)25的流阻基于流體成分的一個或多個特性而變化。圖3所示系統(tǒng)25在大多數(shù)方面類似于以上通過援引并入本文的在先美國專利申請序列號第12/700685號的圖23所不的系統(tǒng)。
在圖3的示例中，流體成分36最初流入多個流道42、44、46、48內(nèi)。流道42、44、46,48將流體成分36引導(dǎo)到兩個流路選擇裝置50、52。裝置50選擇來自通道44、46、48的流(flow，流體)的大部分將進入兩個流路54、46中的哪一個流路，另一裝置52選擇來自通道42、44、46、48的流中的大部分將進入兩個流路58、60中的哪一個流路。流道44被構(gòu)造為對具有更大粘度的流體的流限制更多。粘度增大的流體通過流道44的流量將受到更大限制。如本文使用的，術(shù)語“粘度”用來指示相關(guān)流變屬性中的任一個屬性，包括運動粘度、屈服強度、粘塑性、表面張力、潤濕性等。例如，流道44可具有相對小的流動面積，流道可要求流體通過曲折路徑來流經(jīng)此處，表面粗糙度或阻礙流動的結(jié)構(gòu)可被用來提供增大對具有較大粘度的流體的流阻等。然而，相對小粘度的流體能夠在流道對流體具有相對低阻力的情況下流經(jīng)流道44。流路選擇裝置50的控制通道64接收流經(jīng)流道44的流體。位于控制通道64的端部的控制端口 66的流動面積減小，由此增大離開控制通道的流體的流速。流動通道48被構(gòu)造為具有對流經(jīng)的流體的粘度相對不敏感的流阻，但對具有較大流速和/或密度的流體的流阻增大。粘度增大的流體流動通過流道48的阻力可能增大，但尚未大到這種流體的流動通過流道44所受到的阻力的程度。在圖3所示的示例中，流經(jīng)流道48的流體在被排放到流路選擇裝置50的控制通道68內(nèi)之前，必須流經(jīng)“渦流”室62。因為在該示例中的室62呈具有中心出口的圓筒形，而且流體成分36繞室螺旋，所以流體的流速隨著其靠近出口而增大，并被壓力差從入口驅(qū)動到出口，該室被稱為“渦流”室。在其他示例中，可使用一個或多個孔口、文氏管、噴嘴等。控制通道68終止于控制端口 70處?？刂贫丝?70具有減小的流動面積，以便增大離開控制通道48的流體的流速。應(yīng)理解，隨著流體成分36的粘度增大，更大比例的流體成分將流經(jīng)流道48、控制通道48和控制端口 70 (這是因為與流道48和渦流室62相比，流道44更多地限制具有較大粘度的流體的流量)；而隨著流體成分的粘度減小，更大比例的流體成分將流經(jīng)流道44、控制通道64和控制端口 66。流經(jīng)流道46的流體也流經(jīng)渦流室72并且被排放到中央通道74內(nèi)，渦流室72可類似于渦流室62 (盡管在優(yōu)選示例中渦流室72比渦流室62對流經(jīng)的流體阻力更小)。渦流室72被用于“阻礙匹配(impedance matching)”以實現(xiàn)流經(jīng)流道44、46、48的流量的期
望平衡。請注意，系統(tǒng)25的各部件的尺寸和其他特性將需要適當(dāng)?shù)剡x擇，由此實現(xiàn)期望的結(jié)果。在圖3的示例中，流路選擇裝置50的一個期望結(jié)果是，在流體成分中，期望流體與不期望流體之比充分地高時，流經(jīng)流道44、46、48的流體成分36的大部分流被引導(dǎo)到流路54內(nèi)。在此情況下，期望流體是油，油具有比水或氣更大的粘度，所以當(dāng)充分高比例的流體成分36是油時，進入流路選擇裝置50的流體成分36的大部分將被引導(dǎo)至進入流路54內(nèi)，而不是進入流路56內(nèi)。之所以實現(xiàn)這種結(jié)果，是因為離開控制端口 70的流體與離開另一控制端口 66的流體相比，處于更大速率或更高速度，由此影響從通道64、68、74流出的流體更多流向流路54。
如果流體成分36的粘度不是充分地大(并因此期望流體與不期望流體之比低于選定水平)，則進入流路選擇裝置50的流體成分中的大部分將被引導(dǎo)進入流路56內(nèi)而不是進入流路54內(nèi)。之所以如此，是因為離開控制端口 66的流體與離開另一控制端口 70的流體相比，處于更大速率或更高速度，由此影響從通道64、68、74流出的流體更多流向流路56。應(yīng)理解，通過適當(dāng)?shù)貥?gòu)造流道44、46、48，控制通道64、68，控制端口 66、70，渦流室62,72等，流體成分36中期望流體與不期望流體之比能被設(shè)定到各種不同水平，裝置50在此條件下選擇流道54或流道56以供來自裝置的大部分流體流過。流路54、56將流體分別引導(dǎo)到另一流路選擇裝置52的控制通道76、78。控制通道76、78分別終止于控制端口 80、82處。中央通道75從流道42接收流體。流路選擇裝置52的操作與流路選擇裝置50的類似之處在于，經(jīng)由通道75、76、78流入裝置52內(nèi)的流體被朝向流路58、60中的一個流路引導(dǎo)，而流路的選擇取決于從控制端口 80、82排放的流體的比值。與流經(jīng)控制端口 82的流體相比，如果流體以較大速率或速度流經(jīng)控制端口 80，則大部分流體成分36將被引導(dǎo)流經(jīng)流路60。與流經(jīng)控制端口 80的流體相比，如果流體以較大速率或速度流經(jīng)控制端口 82，則大部分流體成分36將被引導(dǎo)流經(jīng)流路58。盡管在圖3的系統(tǒng)25的示例中示出了兩個流路選擇裝置50、52，但是應(yīng)理解，根據(jù)本發(fā)明的原理，可使用任何數(shù)量(包括一個)的流路選擇裝置。圖3所示的裝置50、52屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的噴射式流體比率放大器的類型，但是根據(jù)本發(fā)明的原理，也可使用其他類型的流路選擇裝置(例如，壓力式流體比率放大器、雙穩(wěn)流體開關(guān)、比例流體比率放大器等)。流經(jīng)流路58的流體經(jīng)由入口 86進入流室84，入口 86引導(dǎo)流體大體沿切向進入該室(例如，室84的形狀類似于圓筒形，入口 86與圓筒形的圓周的切線對齊)。因此，流體將繞室84螺旋，直到其最終經(jīng)由出口 40離開為止，如圖3中的箭頭90示意性地示出的。流經(jīng)流路60的流體經(jīng)由入口 88進入流室84，入口 88引導(dǎo)流體更直接地流向出口40 (例如沿徑向，如圖3的箭頭92示意性地示出的)。如將容易地理解的那樣，與流體較少直接地流向出口時相比，當(dāng)流體更直接地流向出口 40時，在流速相同的條件下必然消耗較少能量。因此，當(dāng)流體成分36更直接地向出口 40流動時受到較小流阻,相反地，當(dāng)流體成分較少直接地向出口流動時受到較大流阻。因此，在工作于出口 40的上游的條件下，當(dāng)大部分流體成分36從入口 88流入室84內(nèi)并通過流路60時受到較小流阻。與離開控制端口 82的流體相比，當(dāng)流體以較大速率或速度離開控制端口 80時，大部分流體成分36流經(jīng)流路60。當(dāng)從通道64、68、74流出的流體大部分流經(jīng)流路54時，較多流體離開控制端口 80。與離開控制端口 66的流體相比，當(dāng)流體以較大速率或速度離開控制端口 70時，從通道64、68、74流出的流體大部分流經(jīng)流路54。當(dāng)流體成分36的粘度處在選定水平之上時，較多流體離開控制端口 70。因此，當(dāng)流體成分36具有增大的粘度(以及較大的期望流體與不期望流體之比)時，流經(jīng)系統(tǒng)25的阻力較小。當(dāng)流體成分36具有減小的粘度時，流經(jīng)系統(tǒng)25的阻力較大。
當(dāng)流體成分36較少直接地流向出口 40 (例如，如箭頭90所示)時會受到較大流阻。因此，當(dāng)大部分流體成分36從入口 86流入室84內(nèi)并流經(jīng)流路58時受到較大流阻。與離開控制端口 80的流體相比，當(dāng)流體以較大速率或速度離開控制端口 82時，大部分流體成分36流經(jīng)流路58。當(dāng)從通道64、68、74流出的流體的大部分流經(jīng)流路56而不是流經(jīng)流路54時，較多流體離開控制端口 82。與離開控制端口 70的流體相比，當(dāng)流體以較大速率或速度離開控制端口 66時，從通道64、68、74流出的流體的大部分流經(jīng)流路56。當(dāng)流體成分36的粘度處在選定水平之下時，較多流體離開控制端口 66。如上所述，系統(tǒng)25被構(gòu)造為當(dāng)流體成分36的粘度增大時，流阻較小，而當(dāng)流體成分的粘度減小時，流阻較大。這在期望粘度較大的流體具有較大流量而粘度較小的流體具有較少流量時(例如為了生產(chǎn)更多的油和更少的水或氣)是有益的。如果期望粘度較小的流體流量較大而粘度較大的流體流量較小(例如為了生產(chǎn)更多的氣和更少的水，或者注入更多的蒸汽和更少的水)，則為此目的，可容易地重新構(gòu)造系統(tǒng)25。例如，入口 86、88可被方便地顛倒，以使得流經(jīng)流路58的流體被引導(dǎo)到入口 88，而流經(jīng)流路60的流體被引導(dǎo)到入口 86?，F(xiàn)在再參照圖4A及圖4B，其代表性地示出了與可變流阻系統(tǒng)25的剩余部分分開的流室84的另一構(gòu)造。圖4A及圖4B示出的流室84在大多數(shù)方面類似于圖3示出的流室，但是不同之處至少在于，室中包括一個或多個結(jié)構(gòu)94。如圖4A及圖4B所示，結(jié)構(gòu)94可被認為是單獨結(jié)構(gòu)，其中具有一個或多個中斷部或開口 96 ;結(jié)構(gòu)94或可被認為是復(fù)合結(jié)構(gòu)，這些復(fù)合結(jié)構(gòu)被中斷部或開口分開。結(jié)構(gòu)94造成流體成分36的任何部分繞室84進行環(huán)流，并具有相對的高速度、大密度或低粘度，以繼續(xù)繞室環(huán)流，但開口 96中的至少一個允許流體成分從入口 88較直接地流到出口 40。因此，當(dāng)流體成分36進入另一入口 86時，就開始在室84中繞出口 40進行環(huán)流，隨著流體成分的速度和/或密度增大，和/或隨著流體成分的粘度減小，結(jié)構(gòu)94越來越強地阻止或阻礙流體成分沿朝向出口流動的方向改變。然而，開口 96允許流體成分36逐漸螺旋地向內(nèi)流到出口 40。在圖4A中，相對的高速度、低粘度和/或大密度的流體成分36經(jīng)由入口 86進入室84。一些流體成分36也可經(jīng)由入口 88進入室84，但在本示例中，基本上大部分流體成分經(jīng)由入口 86進入，由此開始沿流室84的切向流動(即，相對于流室的外圓周的切線的角度為O。)。一旦進入室84，流體成分36就開始繞出口 40進行環(huán)流。在流體成分圍繞出口 40的大部分路徑上，通過結(jié)構(gòu)94來防止或至少阻礙流體成分36改變方向和沿徑向流向出口。然而，開口 96逐漸地允許部分流體成分36沿徑向向內(nèi)朝向出口 40螺旋。在圖4B中，相對的低速度、大粘度和/或低密度流體成分36經(jīng)由入口 88進入室84。一些流體成分36也可經(jīng)由入口 86進入室84，但在本示例中，基本上大部分流體成分經(jīng)由入口 88進入，由此沿徑向流經(jīng)流室84 (即相對于流室的外圓周的切線的角度為0° )。開口 96之一允許流體成分36從入口 88更直接地流到出口 40。因此，在本示例中，流體成分36朝向出口 40的徑向流動不被結(jié)構(gòu)94顯著地阻止或阻礙。在圖4B中，如果相對的低速度、大粘度和/或低密度流體成分36的一部分應(yīng)繞出口 40進行環(huán)流，則開口 96將允許流體成分容易地改變方向，并更直接地流向出口。實際上，隨著流體成分36的粘度增加，或隨著流體成分的密度或速度減小，結(jié)構(gòu)94在這種情況下將更大地阻礙流體成分36繞室84的環(huán)流，從而使流體成分能夠更容易地改變方向并流經(jīng)開Π 96。請注意，結(jié)構(gòu)94并非必須設(shè)置有多個開口 96，因為流體成分36也可經(jīng)由單個開口從入口 88更直接地流到出口 40，而且單個開口也能夠允許流體從入口 86逐漸地向內(nèi)朝向出口螺旋式流動。根據(jù)本發(fā)明的原理，可設(shè)置任何數(shù)量的開口(或?qū)搅髯枇π〉钠渌麉^(qū)域)。此外，多個開口 96之一并非必須被直接地置于入口 88與出口 40之間。即使流體成分向內(nèi)流經(jīng)多個開口之一需要流體成分圍繞結(jié)構(gòu)的某種形式的環(huán)流，結(jié)構(gòu)94中的開口96也能夠使流體成分36從入口 88更直接地流到出口 40。應(yīng)理解，圖4A的示例中，流體成分36的更多環(huán)流導(dǎo)致在相同流速條件下消耗較多能量，因此與圖4B的示例相比，對流體成分的流阻更大。如果油是期望流體，而水和/或氣是不期望流體，那么應(yīng)理解，當(dāng)期望流體與不期望流體的比值增大時，圖4A及圖4B示出的可變流阻系統(tǒng)25對流體成分36的流阻較小，而當(dāng)流體成分的期望流體與不期望流體之比減小時，將有較大流阻。現(xiàn)在再參照圖5，其代表性地示出了室84的另一構(gòu)造。在該構(gòu)造中，室84包括四個結(jié)構(gòu)94，這四個結(jié)構(gòu)被四個開口 96等距地分開。這些結(jié)構(gòu)94可被等距地或不等距地分開，這取決于系統(tǒng)25的期望運行參數(shù)?，F(xiàn)在再參照圖6A及圖6B，其代表性地示出了可變流阻系統(tǒng)25的另一構(gòu)造。圖6A及圖6B中的可變流阻系統(tǒng)25與圖3中的可變流阻系統(tǒng)有很大差異，不同之處至少在于，圖6A及圖6B中的可變流阻系統(tǒng)復(fù)雜程度大為減少，并具有少得多的部件。實際上，在圖6A及圖6B的構(gòu)造中，只有室84被插置在系統(tǒng)25的入口 38與出口 40之間。在圖6A及圖6B的構(gòu)造中，室84只具有單個入口 86。室84中還包括結(jié)構(gòu)94。在圖6A中，相對的高速度、低粘度和/或高密度流體成分36經(jīng)由入口 86進入室84，并受結(jié)構(gòu)94影響而繼續(xù)繞室流動。因此，流體成分36環(huán)向地流過室84，并隨著經(jīng)由開口 96而逐漸地繞過結(jié)構(gòu)94，最終向內(nèi)螺旋式流到出口 40。然而，在圖6B中，流體成分36具有較低速度、較大粘度和/或較小密度。在本示例中，流體成分36能夠在經(jīng)由入口 86流入室84內(nèi)時更容易地改變方向，從而能夠從入口經(jīng)由開口 96更直接地流到出口 40。應(yīng)理解，在圖6A的示例中，流體成分36采用了更迂回的流路，在相同流速條件下消耗了流體成分的更多能量，因此與圖6B的示例中采用更直接流路的流體成分相比，導(dǎo)致了更大流阻。如果油是期望流體，而水和/或氣是不期望流體，那么應(yīng)理解，在流體成分36具有增大的期望流體與不期望流體之比時，圖6A及圖6B的可變流阻系統(tǒng)25將對流體成分36流阻較小，而在流體成分具有減小的期望流體與不期望流體之比時，流阻較大。盡管在圖6A及圖6B的構(gòu)造中，只使用單個入口 86來允許流體成分36進入室84，但在其他示例中，如果期望的話可設(shè)置有多個入口。流體成分36可同時地或分別地經(jīng)由多個入口流入室84內(nèi)。例如，當(dāng)流體成分36具有對應(yīng)的不同特性(例如不同速度、粘度、密度等)時，可使用不同入口。
結(jié)構(gòu)94在形式上可以是一個或多個沿圓周延伸的葉片，且一個或多個葉片間設(shè)有一個或多個開口 96。替代性地，或附加性地，結(jié)構(gòu)94在形式上可以是一個或多個沿圓周延伸的凹部，這些凹部處于一個或多個室84的壁中。結(jié)構(gòu)94可相對于室84的一個或多個壁向內(nèi)和/或向外伸出。因此，應(yīng)理解，根據(jù)本發(fā)明的原理，隨著流體成分的速度或密度增大，或隨著流體的粘度減小，可采用任何類型的結(jié)構(gòu)來起到增大對流體成分36繼續(xù)繞室84進行環(huán)流(迂回流動)的影響的作用；和/或隨著流體成分的速度或密度的減小，或隨著流體的粘度的增大，可采用任何類型的結(jié)構(gòu)來起到增大阻礙流體成分繞室進行環(huán)流的作用。圖7A至圖7J示出了結(jié)構(gòu)94的若干示意性的示例，圖7A至圖7G的剖視圖是沿圖4B中的線7-7截取的。這些示例證明有大量的可能方式用來構(gòu)建結(jié)構(gòu)94，所以應(yīng)理解，本發(fā)明的原理不限于使用室84的任何具體結(jié)構(gòu)來構(gòu)造。在圖7A中，結(jié)構(gòu)94包括壁或葉片，壁或葉片在室84的上壁98與下壁100 (如圖所示)之間延伸。在本示例中，結(jié)構(gòu)94妨礙流體成分36從室84的外部，在除了開口 96之外的其他部位沿徑向向內(nèi)流動。在圖7B中，結(jié)構(gòu)94包括壁或葉片，壁或葉片在室84的壁98與壁100之間僅部分地延伸。在本示例中，結(jié)構(gòu)94不阻止流體成分36沿徑向向內(nèi)流動，但阻止在室84的外部在方向上從環(huán)流改變成徑向流。一個入口(例如入口 88)可被設(shè)置在相對于室的壁98、100的高度處，使得經(jīng)由該入口進入室84的流體成分36基本上不沖擊結(jié)構(gòu)94 (例如，在該結(jié)構(gòu)之上或在該結(jié)構(gòu)之下流動)。另一入口(例如入口 86)可被置于不同高度處，使得經(jīng)由該入口進入室84的流體成分36基本上不沖擊結(jié)構(gòu)94。沖擊結(jié)構(gòu)的流體成分36將會受到更大流阻。在圖7C中，結(jié)構(gòu)94包括阻止流體成分36從室84的外部沿徑向向內(nèi)流動的須狀部(whisker)、鬃狀部(bristle)或剛絲部(stiffwire)。本示例中的結(jié)構(gòu)94可在室84的壁98與壁100之間完全地或部分地延伸，并且可從兩個壁向內(nèi)延伸。在圖7D中，結(jié)構(gòu)94包括多個沿圓周延伸的凹部或突出部，沿圓周延伸的凹部或突出部阻止流體成分36沿徑向向內(nèi)流動。凹部和突出部之一或凹部和突出部二者可被設(shè)置在室84中。如果只設(shè)置凹部，則結(jié)構(gòu)94可根本不伸入室84內(nèi)。在圖7E中，結(jié)構(gòu)94包括在室84的壁98、100上形成的多個沿圓周延伸的波形段。類似于圖7的構(gòu)造，波形段包括凹部和突出部，但在其他示例中可設(shè)置有凹部和突出部之一或凹部和突出部二者。如果只設(shè)置凹部，則結(jié)構(gòu)94可根本不伸入室84內(nèi)。在圖7F中，結(jié)構(gòu)94包括沿圓周延伸但徑向偏置的壁或葉片，這些沿圓周延伸但徑向偏置的壁或葉片從室84的壁98、100向內(nèi)延伸。根據(jù)本發(fā)明的原理，可使用任何數(shù)量、排列方式和/或構(gòu)造的壁或葉片。在圖7G及圖7H中，結(jié)構(gòu)94包括從室壁100向內(nèi)延伸的壁或葉片，而以另一葉片102來影響流體成分36，使流體成分相對于出口 40軸向地改變方向。例如，葉片102可被構(gòu)造為，其引導(dǎo)流體成分軸向地遠離出口 40或朝向出口 40流動。葉片102可被構(gòu)造為，其實現(xiàn)從多個入口接收到的流體成分的混合、增大對室84內(nèi)進行環(huán)流的流體的流阻、和/或為室的不同軸向水平的流體提供流阻等。根據(jù)本發(fā)明的原理，可使用任何數(shù)量、排列方式、構(gòu)造等的葉片。葉片102能夠為粘度增大的流體的環(huán)流提供更大阻力，以使得此類流體更易于朝向出口 40轉(zhuǎn)移。因此，在結(jié)構(gòu)94加大了對于速度增大、密度增大或粘度減小的流體成分36沿徑向向內(nèi)流向出口 40的阻礙的同時，葉片102能夠增大對于粘度增大的流體成分的環(huán)流的阻力。一個入口(例如入口 88)可被置于與室的壁98、100對應(yīng)的高度處，使得經(jīng)由該入口進入室84的流體成分36基本上不沖擊結(jié)構(gòu)94 (例如，在結(jié)構(gòu)之上或在結(jié)構(gòu)之下流動)。另一入口(例如入口 86)可被置于不同高度處，使得經(jīng)由該入口進入室84的流體成分基本上不沖擊結(jié)構(gòu)94。在圖71中，結(jié)構(gòu)94包括一件式圓筒形壁，該壁具有開口 96，這些開口繞壁分布在壁的交替的上端和下端。結(jié)構(gòu)94可被置于室84的端壁98、100之間。在圖7J中，結(jié)構(gòu)94包括一件式圓筒形壁，該壁類似于圖71示出的壁，不過多個開口 96是繞壁分布在壁的位于上端與下端之間的中部。圖8A至圖11代表性地示出了流室84和結(jié)構(gòu)94的其他構(gòu)造。這些附加的構(gòu)造證明能夠有大量的不同構(gòu)造，而不背離本發(fā)明的原理，而且本發(fā)明的原理根本不限于本文描述和附圖所示的明確示例。在圖8A中，室84在大多數(shù)方面類似于圖4A至圖5中示出的室6，具有入口 86、88。具有相對的高速度、低粘度和/或高密度的流體成分36的大部分經(jīng)由入口 86流入室84內(nèi)，并繞出口 40進行環(huán)流。結(jié)構(gòu)94阻礙流體成分36沿徑向向內(nèi)流向出口 40。在圖8B中，具有相對的高速度、高粘度和/或低密度的流體成分36的大部分經(jīng)由入口 88流入室84內(nèi)。多個結(jié)構(gòu)94之一防止流體成分36從入口 88直接流到出口 40，但流體成分能夠容易地改變方向，從而繞每個結(jié)構(gòu)流動。因此，圖8B中的系統(tǒng)25的流阻小于圖8A中的系統(tǒng)25的流阻。在圖9A中，室84在大多數(shù)方面類似于圖6A及圖6B中的室，具有單個入口 86。具有相對的高速度、低粘度和/或高密度的流體成分經(jīng)由入口 86流入室84內(nèi)，并繞出口 40進行環(huán)流。結(jié)構(gòu)94阻礙流體成分36沿徑向向內(nèi)流向出口 40。在圖9B中，具有相對的低速度、高粘度和/或低密度的流體成分36經(jīng)由入口 86流入室84內(nèi)。結(jié)構(gòu)94防止流體成分36從入口 88直接流到出口 40，但流體成分能夠容易地改變方向，從而繞結(jié)構(gòu)流動并通過開口 96流向出口。因此，圖9B的系統(tǒng)25的流阻小于圖9A中的系統(tǒng)25的流阻。假設(shè)通過防止相對的低速度、高粘度和/或低密度的流體成分在圖8B中從入口 88或者在圖9B中從入口 86直接流到出口 40，則流體成分向出口的徑向速度能夠按期望地被降低，而不會顯著地增大系統(tǒng)25的流阻。在圖10及圖11中，室84在大多數(shù)方面類似于圖4A至圖5的構(gòu)造，具有兩個入口86、88。經(jīng)由入口 86流入室84內(nèi)的流體成分至少最初繞出口 40進行環(huán)流，然而經(jīng)由入口88流入室內(nèi)的流體成分將更直接地流向出口。在圖10的構(gòu)造中，有多個杯式結(jié)構(gòu)94繞室84分布；而在圖11的構(gòu)造中，有多個結(jié)構(gòu)位于室中。當(dāng)流體成分具有降低的速度、增大的粘度和/或減小的密度時，這些結(jié)構(gòu)94能夠加大對流體成分36繞出口 40的環(huán)流的阻礙。按這種方式，盡管結(jié)構(gòu)不顯著地阻礙相對的高速度、低粘度和/或高密度流體繞出口 40的環(huán)流，但結(jié)構(gòu)94能夠起到穩(wěn)定相對的低速度、高粘度和/或低密度流體在室84中的流動的作用。
對于結(jié)構(gòu)94在室84中的放置、構(gòu)造、數(shù)量等存在許多其他可能方案。例如，結(jié)構(gòu)94可呈機翼形或圓筒形，這些結(jié)構(gòu)可包括相對于出口沿徑向定向的凹槽等。根據(jù)本發(fā)明的原理，可使用結(jié)構(gòu)94的任何排列方式、位置和/或組合?，F(xiàn)在可充分地理解，本發(fā)明為地下井中調(diào)節(jié)流體流量的技術(shù)提供了多個改進方案。上述可變流阻系統(tǒng)25的各種構(gòu)造能夠控制井中期望流體與不期望流體，而無需使用復(fù)雜、昂貴或易出故障的機構(gòu)。反之，系統(tǒng)25相對地簡單，且制造、操作和維護便宜，并且操作可靠。以上內(nèi)容為本技術(shù)領(lǐng)域提供了一種在地下井中使用的可變流阻系統(tǒng)25。系統(tǒng)25包括供流體成分36流經(jīng)的流室84。流室84具有至少一個入口 86、88，并具有出口 40和至少一個結(jié)構(gòu)94，結(jié)構(gòu)94阻礙流體成分36從繞出口 40的環(huán)流變成朝向出口 40的徑流。流體成分36能夠流經(jīng)井中的流室84。結(jié)構(gòu)94能夠響應(yīng)于a)流體成分36的速度增大、b)流體成分36的粘度減小、c)流體成分36的密度增大、d)流體成分36中期望流體與不期望流體之比減小、e)流體成分36進入室84內(nèi)的角度減小、以及f )流體成分36對結(jié)構(gòu)94更實質(zhì)的沖擊中的至少一個，來加大對流體成分36從繞出口 40的環(huán)流變成朝向出口 40的徑流的阻礙。結(jié)構(gòu)94可具有至少一個開口 94，開口 96允許流體成分36改變方向并從入口 86、88更直接地流到出口 40。至少一個入口可至少包括第一入口和第二入口，其中，與第二入口 86相比，第一入口 88引導(dǎo)流體成分36更直接地流向室84的出口 40。至少一個入口可僅包括單個入口 86。結(jié)構(gòu)94可包括葉片和凹部中的至少一個。結(jié)構(gòu)94可相對于室84的壁98、100向內(nèi)或向外、或既向內(nèi)又向外地伸出。流體成分36可經(jīng)由出口 40，沿如下方向離開室84:該方向基于流體成分36中的期望流體與不期望流體之比而改變。隨著流體成分36的粘度增大、隨著流體成分36的速度減小、隨著流體成分36的密度減小、隨著流體成分36中期望流體與不期望流體之比增大、和/或隨著流體成分36進入的角度增大，流體成分36可從入口 86、88更直接地流到出口 40。隨著流體成分36從入口 86流到出口 40，結(jié)構(gòu)94可減小或增大流體成分36的速度。以上內(nèi)容還為本技術(shù)領(lǐng)域提供了一種可變流阻系統(tǒng)25，其包括供流體成分36流經(jīng)的流室84。室84具有至少一個入口 86、88，其具有出口 40和至少一個結(jié)構(gòu)94，結(jié)構(gòu)94阻礙流體成分36繞出口 40的環(huán)流。以上內(nèi)容還描述了一種在地下井中使用的可變流阻系統(tǒng)25，該系統(tǒng)包括流室84，流室84包括出口 40和至少一個結(jié)構(gòu)94，結(jié)構(gòu)94阻止流體成分36流向出口 40的方向改變。流入成分36沿如下的流動方向進入室84:該流動方向基于流體成分36中期望流體與不期望流體之比而改變。流體成分36可經(jīng)由出口 40，沿如下方向離開室:該方向基于流體成分36中期望流體與不期望流體之比而改變。結(jié)構(gòu)94能夠阻礙流體成分36從繞出口 40的環(huán)流變成朝向出口 40的徑流。
結(jié)構(gòu)94可具有至少一個開口 96，開口 96允許流體成分36從室84的第一入口 88直接地流到出口 40。與第二入口 86相比，第一入口 88能夠引導(dǎo)流體成分36更直接地流向室84的出口 40。結(jié)構(gòu)94中的開口 96能夠允許流體成分從第一入口 88直接地流到出口 40。在上述一個示例中，室84只包括一個入口 86。結(jié)構(gòu)94可包括葉片或凹部。結(jié)構(gòu)94可相對于室84的一個或多個壁98、100向內(nèi)或向外伸出。隨著流體成分36的粘度增大、隨著流體成分36的速度減小、隨著流體成分36的密度增大、隨著流體成分36中期望流體與不期望流體之比增大，隨著流體成分36進入的角度增大、和/或隨著流體成分36對結(jié)構(gòu)94的沖擊減小，流體成分36能夠從室84的入口 86更直接地流到出口 40。結(jié)構(gòu)94可造成流體成分36的繞出口 40進行環(huán)流的部分繼續(xù)繞出口 40進行環(huán)流。結(jié)構(gòu)94優(yōu)選阻礙流體成分36從繞出口 40的環(huán)流變成朝向出口 40的徑流。以上內(nèi)容還描述了一種可變流阻系統(tǒng)25，其包括供流體成分36流經(jīng)的流室84。室84具有至少一個入口 86、88，并具有出口 40和至少一個結(jié)構(gòu)94，結(jié)構(gòu)94阻礙流體成分36從繞出口 40的環(huán)流變成朝向出口 40的徑流。以上內(nèi)容還描述了一種可變流阻系統(tǒng)25，其包括流路選擇裝置52 ;流路選擇裝置52基于流體成分36中期望流體與不期望流體之比，來選擇大部分流體從裝置52流經(jīng)多個流路58、60中的哪個流路。系統(tǒng)25的流室84包括:出口 40 ;第一入口 88，其連接到多個流路中的第一流路60 ;第二入口 86，其連接到多個流路中的第二流路58 ;以及至少一個結(jié)構(gòu)94，其較多地阻礙流體成分36從第二入口 86到出口 40的徑流，較少地阻礙流體成分36從第一入口 88到出口 40的徑流。一種用于安裝在地下井眼12中的流動控制裝置(例如，可變流阻系統(tǒng)25)可包括:內(nèi)表面98、100、110，其限定內(nèi)室84，內(nèi)表面包括側(cè)周邊表面110和多個相對的端表面(例如壁98、100),多個相對的端表面之間的最大距離小于多個相對的端表面的最大尺寸；第一端口(例如出口 40)，其貫穿端表面之一(例如壁100);以及第二端口(例如入口 86)，其貫穿內(nèi)表面并與第一端口分開；側(cè)周邊表面110是可操作的，用以引導(dǎo)來自第二端口 86的流(流體)繞第一端口 40旋轉(zhuǎn)；并且流動控制裝置還可包括流路結(jié)構(gòu)(例如結(jié)構(gòu)94)，流路結(jié)構(gòu)位于內(nèi)室84中。流路結(jié)構(gòu)94是可操作的，用以引導(dǎo)來自第二端口 86的流繞第一端口 40旋轉(zhuǎn)。流路結(jié)構(gòu)是可操作的，用以允許來自第二端口 86的流直接地流向第一端口 40。第一端口 40可包括內(nèi)室84的出口，第二端口 86可包括內(nèi)室84的入口。流路結(jié)構(gòu)94可包括內(nèi)壁(例如在圖7F的示例中示出的內(nèi)壁)，內(nèi)壁從多個相對的端表面98、100中的至少一個端表面延伸。內(nèi)壁可從多個相對的端表面中的一個端表面延伸到另一相對的端表面(例如在圖7J的不例中，從一個壁98延伸到另一壁100)。內(nèi)壁可從多個相對的端表面中的一個端表面延伸，并限定內(nèi)壁的頂部與另一相對的端表面之間的間隙(例如在圖7F的示例中)。流路結(jié)構(gòu)94可包括:第一葉片102，其從多個相對的端表面中的一個端表面(例如壁98或100)延伸；以及第二葉片102，其從另一相對的端表面延伸。
流路結(jié)構(gòu)94可包括以下至少一種結(jié)構(gòu):須狀部、鬃狀部或絲，其從多個相對的端表面98、100之一延伸；凹部，其限定于相對的端表面98、100的至少一個中；波形段，其限定于多個相對的端表面98、100的至少一個中；和/或葉片102。一種用于安裝在地下井眼12中的流動控制裝置(例如可變流阻系統(tǒng)25)可包括:筒形室84，其用于接納通過室的入口 86的流(流體)，并將流引導(dǎo)到室出口 40，筒形室84的最大軸向尺寸(見圖7G)小于筒形室84的最大直徑尺寸D，筒形室84促進流體繞室出口 40的旋轉(zhuǎn)，而且旋轉(zhuǎn)程度基于通過室入口 86的進入流(進入流體)特性；以及流路結(jié)構(gòu)94，其位于筒形室84中。旋轉(zhuǎn)程度可基于進入流的密度、進入流的粘度和/或進入流的速度。旋轉(zhuǎn)程度的增加可增大裝置25的內(nèi)部與外部之間的流阻，而旋轉(zhuǎn)程度的減小會減小內(nèi)部與外部之間的流阻。旋轉(zhuǎn)的程度可基于流路結(jié)構(gòu)94在筒形室84中的位置與通過室的入口 86的進入流方向之間的空間關(guān)系。筒形室84可呈圓筒形。筒形室84可包括側(cè)周邊表面100以及相對的端表面98、100，而且側(cè)周邊表面110可垂直于兩個相對的端表面98、100。一種控制地下井眼12中的流體的方法可包括:接收井眼12中的流動控制裝置25的筒形室84中的流，筒形室84包括多個室入口 86、88，筒形室84的最大軸向尺寸小于筒形室84的直徑尺寸D ;通過筒形室84內(nèi)的流路結(jié)構(gòu)94來引導(dǎo)流；以及促進流經(jīng)筒形室84的流繞室出口 40的旋轉(zhuǎn)，其中，旋轉(zhuǎn)程度基于通過室入口 86、88中的至少一個的進入流的特性。促進旋轉(zhuǎn)可包括基于進入流的粘度增大旋轉(zhuǎn)程度、基于進入流的速度增大旋轉(zhuǎn)程度和/或基于進入流的密度增大旋轉(zhuǎn)程度。通過流路結(jié)構(gòu)引導(dǎo)流可包括基于通過室入口 86、88中的至少一個進入流的特性，和/或允許流的至少一部分從室入口 86、88中的至少一個直接地流向室出口 40來增大或降低旋轉(zhuǎn)程度。促進旋轉(zhuǎn)可包括增大旋轉(zhuǎn)程度，而且增大旋轉(zhuǎn)程度可包括增大流通過筒形室84的流阻。應(yīng)理解，以上描述的各種示例可用于多種方向，例如傾斜、顛倒、水平、豎直等，并用于多種構(gòu)造，而不背離本發(fā)明的原理。圖中示出的多個實施例僅僅作為本發(fā)明的原理的有效應(yīng)用的示例來示出和描述，本發(fā)明不限于這些實施例的任何具體細節(jié)。當(dāng)然，在仔細考慮以上對代表性實施例的描述之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解，對這些具體實施例可進行許多更改、添加、替換、刪除和其他改變，并且這些改變在本發(fā)明的原理的范圍內(nèi)。因此，前述詳細描述應(yīng)清楚理解為僅作為解釋和示例給出，本發(fā)明的精神和范圍僅由隨附權(quán)利要求書及它們的等價物限制。
權(quán)利要求
1.一種用于安裝在地下井眼中的流動控制裝置，所述流動控制裝置包括: 內(nèi)表面，其限定內(nèi)室，所述內(nèi)表面包括側(cè)周邊表面和多個相對的端表面，所述多個相對的端表面之間的最大距離小于所述多個相對的端表面的最大尺寸； 第一端口，其貫穿所述多個端表面之一； 第二端口，其貫穿所述內(nèi)表面并與所述第一端口分開，所述側(cè)周邊表面是可操作的，用以引導(dǎo)來自所述第二端口的流繞所述第一端口旋轉(zhuǎn)；以及 流路結(jié)構(gòu)，其位于所述內(nèi)室中。
2.如權(quán)利要求1所述的流動控制裝置，其中，所述流路結(jié)構(gòu)是可操作的，用以引導(dǎo)來自所述第二端口的流繞所述第一端口旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的流動控制裝置，其中，所述流路結(jié)構(gòu)是可操作的，用以允許來自所述第二端口的流直接地流向所述第一端口。
4.如權(quán)利要求1所述的流動控制裝置，其中，所述第一端口包括自所述內(nèi)室的出口，而且所述第二端口包括至所述內(nèi)室的入口。
5.如權(quán)利要求1所述的流動控制裝置，其中，所述流路結(jié)構(gòu)包括從所述多個相對的端表面中的至少一個端表面延伸的內(nèi)壁。
6.如權(quán)利要求5所述的流動控制裝置，其中，所述內(nèi)壁從所述多個相對的端表面中的一個端表面延伸到另一相對的端表面。
7.如權(quán)利要求5所述的流動控制裝置，其中，所述內(nèi)壁從所述多個相對的端表面中的一個端表面延伸，并限定所述內(nèi)壁的頂部與另一相對的端表面之間的間隙。
8.如權(quán)利要求1所述的流動控制裝置，其中，所述流路結(jié)構(gòu)包括從所述多個相對的端表面中的一個端表面延伸的第一葉片，而且所述流路結(jié)構(gòu)包括從另一相對的端表面延伸的第二葉片。
9.如權(quán)利要求1所述的流動控制裝置，其中，所述流路結(jié)構(gòu)包括須狀部、鬃狀部或絲中的至少一種，所述須狀部、鬃狀部或絲從所述多個相對的端表面中的一個端表面延伸。
10.如權(quán)利要求1所述的流動控制裝置，其中，所述流路結(jié)構(gòu)包括在所述多個相對的端表面中的至少一個端表面中限定的凹部。
11.如權(quán)利要求1所述的流動控制裝置，其中，所述流路結(jié)構(gòu)包括在所述多個相對的端表面中的至少一個端表面中限定的波形段。
12.如權(quán)利要求1所述的流動控制裝置，其中，所述流路結(jié)構(gòu)包括葉片。
13.一種用于安裝在地下井眼中的流動控制裝置，所述流動控制裝置包括: 筒形室，其用于接納通過室入口的流并將流引導(dǎo)到室出口，所述筒形室的最大軸向尺寸小于所述筒形室的最大直徑尺寸，所述筒形室促進流繞所述室出口旋轉(zhuǎn)，而且旋轉(zhuǎn)程度基于通過所述室入口的進入流的特性；以及 流路結(jié)構(gòu)，其位于所述筒形室中。
14.如權(quán)利要求13所述的流動控制裝置，其中，所述旋轉(zhuǎn)程度基于進入流的密度。
15.如權(quán)利要求13所述的流動控制裝置，其中，所述旋轉(zhuǎn)程度基于進入流的粘度。
16.如權(quán)利要求13所述的流動控制裝置，其中，所述旋轉(zhuǎn)程度基于進入流的速度。
17.如權(quán)利要求13所述的流動控制裝置，其中，所述旋轉(zhuǎn)程度增大則所述裝置的內(nèi)部與外部之間的流阻增大，而所述旋轉(zhuǎn)程度降低則所述內(nèi)部與所述外部之間的流阻減小。
18.如權(quán)利要求13所述的流動控制裝置，其中，所述旋轉(zhuǎn)程度基于所述筒形室中的所述流路結(jié)構(gòu)的位置與通過所述室入口的進入流的方向之間的空間關(guān)系。
19.如權(quán)利要求13所述的流動控制裝置，其中，所述筒形室呈圓筒形。
20.如權(quán)利要求13所述的流動控制裝置，其中，所述筒形室包括側(cè)周邊表面和相對的端表面，而且所述側(cè)周邊表面垂直于兩個所述相對的端表面。
21.一種控制地下井眼中的流動的方法，包括: 接收井眼中的流動控制裝置的筒形室中的流，所述筒形室包括室入口，所述筒形室的最大軸向尺寸小于所述筒形室的最大直徑尺寸； 通過所述筒形室內(nèi)的流路結(jié)構(gòu)引導(dǎo)流；以及 促進流經(jīng)所述筒形室的流繞室出口的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)程度基于通過所述室入口的進入流的特性。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，促進旋包括基于進入流的粘度增大旋轉(zhuǎn)程度。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，促進旋轉(zhuǎn)包括基于進入流的速度增大旋轉(zhuǎn)程度。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，促進旋轉(zhuǎn)包括基于進入流的密度增大旋轉(zhuǎn)程度。
25.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，通過所述流路結(jié)構(gòu)引導(dǎo)流包括基于通過所述室入口進入流的特性，增大或降低旋轉(zhuǎn)程度。
26.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，通過所述流路結(jié)構(gòu)引導(dǎo)流包括允許流的至少一部分從所述室入口直接地流 向所述室出口。
27.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，促進旋轉(zhuǎn)包括增大旋轉(zhuǎn)程度，而且增大旋轉(zhuǎn)程度增大流通過所述筒形室的流阻。
全文摘要
一種流動控制裝置，可包括一表面，其限定室并包括側(cè)周邊和多個相對的端表面，多個相對的端表面之間的最大距離小于多個相對的端表面的最大尺寸；第一端口，其貫穿端表面之一；以及第二端口，其貫穿表面并與第一端口分開；側(cè)周邊表面是可操作的，用以引導(dǎo)來自第二端口的流體繞第一端口旋轉(zhuǎn)。另一裝置可包括用于接收通過入口的流體并將流體引導(dǎo)到出口的筒形室，筒形室的最大軸向距離小于筒形室的最大直徑尺寸，筒形室基于通過入口的流體的特性來促進流體的旋轉(zhuǎn)。該裝置可具有位于筒形室中的流路結(jié)構(gòu)。
文檔編號E21B43/12GK103206196SQ201310015589
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者賈森·D·戴克斯特拉, M·L·夫瑞普 申請人:哈利伯頓能源服務(wù)公司