[发明专利]具有往复式阀门以用于井下流体选择的自主流体控制装置

说明书

                                    发明人：史蒂芬·格雷奇

                                              国籍：美国

                                    地址：得克萨斯州麦金尼

                                San Mateo街4416号，750750

相关申请的交叉引用

无。

技术领域

本发明大体上涉及用于从含烃地下地层中的地层进入井筒中的生产管柱内的流体流动的选择性控制的方法和设备。更具体地讲，本发明涉及用于通过使用诸如在内孔的一端处具有筛覆盖物或油嘴的中空内孔活塞之类的往复构件根据诸如粘性之类的流体流的一些特性控制流体流动的方法和设备，其中往复构件根据流体的特性被流动的流体的力、例如被相对较高粘度的流体的力移动至打开位置。

背景技术

在穿过含烃地下地层的井的完井期间，生产油管和各种设备被安装在井中以实现流体的安全和有效生产。例如，为了防止来自未固结的或松散地固结的地下地层的颗粒材料的生产，某些完井包括邻近所需生产层段定位的一个或多个控砂筛。在其它完井中，为了控制进入生产油管的生产流体的流量，通常的做法是为完井管柱安装一个或多个流入控制装置。

来自任何给定的生产油管段的产品常常会具有多种流体组分，例如天然气、石油和水，其中生产流体随时间推移而改变成分的比例。从而，随着流体组分的比例变化，流体流动特性将同样地变化。例如，当生产流体按比例地具有更大量的天然气时，流体的粘度将会更低且流体的密度将会比流体按比例地具有更大量的石油时更低。常常希望减少或防止一种成分的生产以有利于另一种成分的生产。例如，在石油生产井中，可能希望减少或消除天然气生产且使石油生产最大化。虽然各种井下工具已经用来根据其可取性控制流体的流动，但是需要流动控制系统来控制在各种流动条件下可靠的流体的流入。此外，需要自主操作的流动控制系统，即，响应于井下的变化的条件且无需通过操作员来要求来自表面的信号。关于注入情况会出现类似问题，其中流体流进入到地层中而非离开地层。

发明内容

本发明提供了用于自主控制地下井中的流体流动的设备和方法，其中流体流的流体特性随时间推移而变化。在一个实施例中，自主往复构件具有穿过其中的流体流动通路以及主出口和至少一个次出口。诸如油嘴或筛的流量限制器被定位成限制例如相对更高粘度的流体流通过往复构件的主出口。具有主入口和至少一个次入口的涡旋室邻近往复构件。往复构件在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置中，流体流主要被引导通过往复构件的主出口且进入涡旋组件的主入口，在第二位置中，流体流主要被引导通过往复构件的所述至少一个次出口且进入涡旋组件的所述至少一个次入口。

往复构件响应于流体特性中的变化而运动。例如，当流体具有相对低的粘度时，其相对自由地流过往复构件通路、往复构件主出口和限制器。在第一位置中，往复构件的次出口被基本上堵塞。随着流体变为较高粘度，流体流被限制器限制，并且往复构件被所产生的压力移至第二位置。在第二位置中，往复构件的次出口不再被堵塞，并且流体此时相对自由地流过次出口。

往复构件的移动改变相邻的涡旋室中的流体流型。在第一位置中，当流体流主要流过主出口时，流体被切向地引导进入涡旋，引起螺旋流、增加的流体速度和在涡旋上更大的压降。在第二位置中，流体流被引导成使得在涡旋中的所得流体流主要为径向的，速度减小并且在涡旋上的压降减小。

附图说明

为了更完全地理解本发明的特征和优点，现在参考本发明的详细描述和附图，其中不同图中的对应数字指代对应部分，并且其中：

图1是根据本发明的一个实施例的包括多个自主流体流动控制系统的井系统的示意图；

图2是采用本发明的原理的利用涡旋组件的自主流体流动控制装置和自主地往复的组件的俯视示意图；

图3是采用本发明的原理的处于第一位置的往复组件的实施例的详图；

图4是本发明的备选实施例的俯视示意图；以及

图5是本发明的备选实施例的俯视示意图。