[发明专利]双向井下流体流控制系统和方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及与在地下井中执行的操作结合使用的设备，特别是涉及能够控制地层流体的流入以及注入流体的流出的井下流体流控制系统和方法。

背景技术

在不限制本发明的范围的情况下，对本发明的背景技术参照作为示例地将蒸汽注入含烃地层来进行说明。

在产出重油(具有高粘度和高比重的油)期间，有时希望将回收增强流体注入储集层以提高油的流动性。一种回收增强流体是使用循环蒸汽注入工艺注入的蒸汽，其通常被称为“蒸汽吞吐”操作。在该循环蒸汽增产操作中，井处于蒸汽注入、浸泡和产油的循环中。在第一阶段，将高温蒸汽注入储集层。在第二阶段，关闭井以使得热分布到储集层中以使油变稀。在第三阶段期间，变稀的油被产出到井中并可被泵送到表层。在井的生产生命周期中，该过程可按要求重复。

在具有多个地带的井中，由于管柱中的不同压力和/或地带的渗透性以及压力损耗和热损耗，进入每个地带的蒸汽的量可能难以控制。在每个地带处确保注入所需蒸汽的一个办法是建立流过与每个地带相关的管口的临界流态(critical flow regime)。当流过管口的喉道的速度等于在本地流体条件下的流体的音速时，实现流过管口的可压缩流体的临界流。一旦达到声速，不管下游条件如何变化，该速度以及因此流过管口的流体的流速将无法增加。因此，不管在每个地带处的环空压力如何不同，只要在每个管口处保持临界流，就能知道进入每个地带的蒸汽的量。

然而，已经发现，通过反向流过传统的流控制装置来实现所需注入的流速和压力分布是不可实施的。因为流控制组件是设计用于产出流速的，试图以注入流速反向流过传统的流控制装置会导致无法接受的压力下降。因此，有必要开发能够控制用于从地层产出的流体的流入的流体流控制系统。也有必要开发这种能够控制流体以所需注入流速从完井柱流入地层的流体流控制系统。此外，有必要开发这种能够使地层流体的流入和注入流体的流出重复循环的流体流控制系统。

发明内容

此处公开的本发明包括一种用于控制从地层产出的流体的流入的井下流体流控制系统和方法。此外，本发明的井下流体流控制系统和方法能够控制流体以所需注入流速从完井柱流入地层。此外，本发明的井下流体流控制系统和方法能够使地层流体的流入和注入流体的流出的重复循环。

在一方面，本发明涉及双向井下流体流控制系统。该系统包括至少一个注入流控制组件以及与该至少一个注入流控制组件并联的至少一个产出流控制组件。至少一个注入流控制组件和至少一个产出流控制组件各自具有依赖于方向的流阻(direction dependent flow resistance)，使得注入流体流穿过该至少一个产出流控制组件比穿过该至少一个注入流控制组件经受更大的流阻，使得产出流体流穿过该至少一个注入流控制组件比穿过该至少一个产出流控制组件经受更大的流阻。

在一实施例中，至少一个注入流控制组件可以是沿产出方向比沿注入方向对流动提供更大阻力的流体二极管(fluidic diode)。在该实施例中，流体二极管可为涡流二极管，其中进入该涡流二极管的注入流体流主要沿径向方向行进，进入该涡流二极管的产出流体流主要沿切线方向行进。在另一实施例中，至少一个产出流控制组件可以是沿注入方向比沿产出方向对流动提供更大阻力的流体二极管。在该实施例中，流体二极管可为涡流二极管，其中进入该涡流二极管的产出流体流主要沿径向方向行进，进入该涡流二极管的注入流体流主要沿切线方向行进。

在一实施例中，至少一个注入流控制组件可以是沿产出方向比沿注入方向对流动提供更大阻力的流体二极管，该二极管与具有能够使临界流穿过的喉部和扩散部的管口串联。在其他实施例中，至少一个注入流控制组件可以是沿产出方向比沿注入方向对流动提供更大阻力的流体二极管，该二极管与流体选择阀串联。在某些实施例中，至少一个产出流控制组件可以是沿注入方向比沿产出方向对流动提供更大阻力的流体二极管，该二极管与流入控制装置串联。

在另一方面，本发明涉及双向井下流体流控制系统。该系统包括至少一个注入涡流二极管和至少一个产出涡流二极管。在该构造中，进入注入涡流二极管的注入流体流主要沿径向方向行进，进入该注入涡流二极管的产出流体流主要沿切线方向行进。同样地，进入产出涡流二极管的产出流体流主要沿径向方向行进，而进入该产出涡流二极管的注入流体流主要沿切线方向行进。