[发明专利]具有流体二极管的自主流体控制系统

说明书

相关申请的交叉引用

无

技术领域

本发明涉及使用流体二极管控制流经系统的流体的装置和方法。更具体地，本发明涉及使用由一孔口限定的具有大阻力侧和小阻力侧的流体二极管。

背景技术

有些井眼修护工具在井眼修护工具的内部与井眼之间提供多个流体流路。然而，通过这种多个流体流路进行流体传送可能以不期望和/或非同质的方式发生。通过多个流体流路传送的流体中的变化可归因于相关含烃地层中的流体状态的变化，和/或可归因于井眼修护工具的操作状态，例如流体流路受到颗粒物质的意外限制。

发明内容

本发明提供用于自主地控制地下井中的流体流动的装置和方法，并具体地提供一种流体二极管，该流体二极管用以生成对一个方向的流体流动相对大的阻力和对反方向的流体流动相对小的阻力。所述二极管位于流体通道中，并具有相对的大阻力入口和小阻力入口。小阻力入口对通过小阻力入口流入二极管内的流体提供相对低的阻力。大阻力入口对通过大阻力入口流入二极管内的流体提供相对大的阻力。在优选实施例中，大阻力入口具有围绕一孔口的凹陷环形表面，小阻力入口具有基本锥形表面。这些入口可具有公共孔口。在一个实施例中，大阻力入口的凹陷环形表面纵向延伸超出孔口的平面。即，从大阻力侧流经二极管的一部分流体将纵向流过，但是在被凹陷环形表面转向之前不通过孔口。在优选实施例中，流体将在邻近凹陷环形表面的涡流中流动。

该装置与方法能够与其它自主流动控制系统结合使用，包括与具有流动控制组件和涡旋组件的那些自主流动控制系统结合使用。本发明能够用于地下井眼的生产、注入和其它修护操作。本发明能够被定位为针对朝向或远离表面移动的流体流动提供相对更大的阻力。

附图说明

为了更完整地理解本发明的特征和优点，现在参照本发明结合附图的详细描述，其中，不同图中相应的附图标记指的是相应的部件，附图中：

图1是包括根据本发明的实施例的多个自主流体流动控制系统的井系统的示意图；

图2是本发明的优选实施例的流体二极管的剖视图；

图3是通过大阻力入口流入流体二极管的流体的流动示意图；

图4是通过小阻力入口流入流体二极管的流体的流动示意图；

图5A-图5C是根据本发明的流体二极管的示例性实施例；

图6是根据本发明的方案的流体二极管的可选实施例的剖视图；以及

图7是具有根据本发明的方案的流体二极管的示例性的流体控制系统59的示意图。

具体实施方式

本领域技术人员应理解，本文所使用的方向术语，例如“之上”、“之下”、“上部”、“下部”、“向上”、“向下”等，是关于图中示出的说明性实施例来使用的，向上方向就是朝向相应附图的顶部，向下方向则是朝向相应附图的底部。如果不是这样的情况，而要利用一术语来表示需要取向的话，本说明书将会加以说明或使其清楚。“井上”、“井下”被用来表示关于地表的相对位置或方向，其中“井上”表示沿井眼朝向地表的相对位置或运动，而“井下”表示沿井眼进一步远离地表的相对位置或运动，与井眼的取向无关(除非以其它方式清楚说明)。

虽然以下详细地讨论了构成和使用本发明的各种实施例，但是本领域技术人员将理解本发明提供了可适用的发明构思，这些发明构思能够在许多特定环境下具体实施。本文讨论的具体实施例是对构成和使用本发明的具体方式的说明，并不限制本发明的范围。

图1是大致以“10”来表示的井系统的示意图，该井系统包括多个体现本发明的原理的自主流动控制系统。井眼12延伸穿过各种地层。井眼12具有基本竖直段14，此段的上部中安装有套管柱16。井眼12还具有基本偏斜段18(图示为水平)，其延伸穿过含烃地层20。如图所示，井眼2的基本水平段18是裸眼。虽然这里示出裸眼(井眼的水平段)，但本发明将对任何取向、并对裸眼或套管孔均有效。本发明也将同样良好地对于注入系统有效。

管柱22被设置于井眼12内并从地表延伸。管柱22提供流体从地层20向上游行进到地表的管路。多个自主流体控制系统25和多个生产管段24被设置于邻近地层20的各种生产层段的管柱22内。每个生产管段24的任一端设有封隔器26，封隔器26提供管柱22与井眼12的壁之间的流体密封。每一对相邻的封隔器26中间的空间限定出一生产层段。

在所示实施例中，每个生产管段24具有防砂功能。与生产管段24关联地设计有防砂筛元件或过滤介质，用以允许流体流过但是阻止足够尺寸大的颗粒物质流过。