带有流入控制的可膨胀筛组件 |
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| 申请号 | CN201280073690.2 | 申请日 | 2012-06-28 | 公开(公告)号 | CN104334827A | 公开(公告)日 | 2015-02-04 |
| 申请人 | 哈利伯顿能源服务公司; | 发明人 | 卢克·威廉·霍尔德曼; | ||||
| 摘要 | 公开了一种具有流入控制能 力 的可膨胀筛组件。一种可膨胀筛组件包括基管，该基管包括 侧壁 部，该侧壁部上限定至少一个开口；刚性构件，布置在基管的第一部分的周围并具有布置在其中的 活塞 。活塞具有可移动地设置在非伸缩部之内的伸缩部。自主 阀 被设置在活塞内并在被布置在基管周围的过滤介质与基管的开口之间提供 流体 连通，过滤介质联接到活塞的伸缩部。可膨胀材料被布置在基管的第二部分周围，过滤介质被布置在可膨胀材料周围，其中，随着可膨胀材料的扩张，过滤介质朝向井眼的内表面位移，从而使伸缩部延伸。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种能够被布置在井眼中的筛组件，其包括： |
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| 说明书全文 | 带有流入控制的可膨胀筛组件技术领域背景技术[0002] 烃可通过贯穿地层的井眼生产。在某些情况下，地层可为未固结或松散固结的。来自这些类型的地层的颗粒材料(例如砂)可与烃一起产出。颗粒材料的产出存在许多问题，例如，在地表产生的颗粒材料会造成对生产组件内的部件的磨粒磨损，部分地或完全地堵塞生产间隔，和/或由于坍塌到部分或全部的生产组件上而造成生产组件的损坏。 [0003] 可扩张防砂筛可用于为地层提供稳定性，以防止或减少地层和井眼的坍塌，还用于过滤烃流体中的颗粒材料。可扩张防砂筛可包括可膨胀材料(例如高膨胀橡胶)和在可膨胀材料的外部的过滤装置。可膨胀材料可位于最接近生产间隔的位置，并且当被流体激活时扩张以使过滤装置向井眼位移。过滤装置可包括穿孔，来自地层的烃流体能够通过该穿孔而被接收，然后被引导到生产管。这种可扩张防砂筛可在过滤和提供地层稳定性方面有效。 [0004] 然而，在一些应用中，可膨胀材料在接触激活流体之后可扩张到穿孔中。扩张进入穿孔可导致可膨胀材料部分地或完全地堵塞过滤装置的穿孔。被堵塞的穿孔可减少或防止烃流体流向生产管的内部流路，这通常是不期望的。在某些情况下，可能需要控制筛组件的返修以减轻堵塞。返修花费大量的时间和金钱，因为它们需要在相当长的时间暂停烃生产，并且需要重复在井眼中定位控制筛组件的工作。 [0005] 此外，在一些应用中，能够调节从地层进入井眼的流体流动，同时控制颗粒的迁移进入井眼往往是有益的。调节流体可平衡沿着井眼的各层位之间的产出，以及减轻和/或防止水锥或气锥。而且，一些流体流动调节装置可被设计为最大化油产出并最小化水和/或气产出。 [0006] 通常，流体流动调节通过引导流体流过喷嘴或文丘里装置实现。然而，当与具有低流量的应用(如具有活塞的防砂筛)结合使用时，喷嘴和文丘里装置的尺寸需要足够小以实现期望的流体流动调节。喷嘴和文丘里装置因为它们的尺寸而很容易堵塞，例如只是一些颗粒。因此，期望一种能够为地层提供径向支撑、减少或消除阻塞并包括流体流动调节的筛组件。发明内容 [0007] 本申请涉及一种井下工具，具体涉及一种具有流入控制能力的可膨胀筛组件。 [0008] 在一些实施例中，公开了能被布置在钻孔中的筛组件。该筛组件可包括基管，该基管包括侧壁部，该侧壁部中限定至少一个开口；刚性构件，该刚性构件被布置在基管的第一部分的周围并具有设置在其中的活塞，活塞具有可移动地设置在非伸缩部之内的伸缩部；自主阀，该自主阀被设置在活塞之内并在过滤介质和基管的至少一个开口之间提供流体连通，过滤介质至少部分地布置在基管的周围并联接到活塞的伸缩部；以及可膨胀材料，该可膨胀材料被布置在基管的第二部分的周围，过滤介质至少部分地布置在可膨胀材料周围并被构造为过滤流体并将流体引导到活塞，其中，随着可膨胀材料的扩张，至少部分的过滤介质朝向井眼的内表面位移，从而使伸缩部延伸。 [0009] 在其他实施例中，公开了一种从地层中产出流体组合物的方法。该方法可包括将筛组件引入地层中，筛组件包括基管，该基管中限定至少一个开口；刚性构件，布置在基管的第一部分的周围；可膨胀材料，布置在基管的第二部分的周围；以及过滤介质，至少部分布置在可膨胀材料的周围并与其联接；使可膨胀材料向井眼的内表面扩张，从而激活被设置在刚性构件之内的活塞，活塞具有联接到过滤材料并可移动地设置在活塞的非伸缩部之内的伸缩部；通过过滤材料来过滤流体组合物，并将过滤后的流体引导到活塞；以及用设置在活塞内的自主阀来调节过滤后的流体组合物通过活塞的流动，该自主阀提供过滤介质和基管的至少一个开口之间的流体连通。 [0010] 在又一些实施例中，公开了另一能够被布置在井眼中的筛组件。该筛组件可包括基管，该基管包括侧壁部，该侧壁部具有限定第一开口的第一部分和限定第二开口的第二部分；第一刚性构件，布置在基管的第一部分的周围并具有布置在其中的第一活塞，第一活塞具有可移动地设置在第一非伸缩部之内的第一伸缩部；第二刚性构件，布置在基管的第二部分的周围并具有布置在其中的第二活塞，第二活塞具有可移动地设置在第二非伸缩部之内的第二伸缩部；第一自主阀，设置在第一活塞之内并在过滤介质与第一基管中的第一开口之间提供流体连通，过滤介质至少部分地布置在基管的周围并联接到第一活塞的靠近过滤介质的第一端的第一伸缩部；第二自主阀，设置在第二活塞之内并在过滤介质与第二基管中的第二开口之间提供流体连通，过滤介质也联接到第二活塞的靠近过滤介质的第二端的第二伸缩部；以及可膨胀材料，布置在位于第一部分和第二部分之间的基管的第三部分周围，过滤介质至少部分地布置在可膨胀材料的周围，以及能够过滤流体并将流体引导到第一活塞和第二活塞，其中，随着可膨胀材料的扩张，至少一部分的过滤介质朝向井眼的表面位移，从而使第一伸缩部和第二伸缩部延伸。 [0012] 下面的附图被包括在内以示出本申请的某些方案，并且不应被视作是排他性的实施例。所公开的主题在形式和功能上能够具有相当多的改型、变化、组合和等同物，如本领域技术人员将想到的并具有本申请的益处。 [0013] 图1A到图1B分别示出了根据本申请的某些实施例的具有筛组件的井系统以运行构造和操作构造被布置在井眼中。 [0014] 图2示出了筛组件在运行构造中的侧视图。 [0015] 图3示出了筛组件在运行构造中的侧视图。 [0016] 图4A到图4B分别示出了筛组件的其中一个刚性构件沿着图1A(运行构造)的线4A-4A和图1B(操作构造)的线4B-4B的剖视图。 [0017] 图5A到图5B分别示出了以运行构造和操作构造布置在井眼中的筛组件的一个实施例的侧剖视图。 [0018] 图6A到图6B示出了适合于结合本申请使用的自主阀的非限制性示例的流路以及设计。 [0019] 图7示出了适合于结合本申请使用的自主阀的非限制性示例的流路以及设计。 [0020] 图8A到图8C分别提供了在活塞和自主阀之间的构造的非限制性示例的运行位置的截面图、操作位置的截面图、以及具有顶部的自主阀的俯视图。 [0021] 图9A到图9B分别提供了活塞和自主阀之间的构造的非限制性示例的运行位置的截面图和操作位置的截面图。 [0022] 图10A到图10B分别示出了带有多个刚性构件的筛组件在运行构造和操作构造中的局部剖视图。 具体实施方式[0023] 本申请涉及井下工具，并具体涉及一种具有流入控制能力的可膨胀筛组件。 [0024] 本申请的某些方案和实施例涉及可被设置在地层的井孔(例如井眼)中以便用于从地层中产出烃流体的筛组件。在一些实施例中，本申请的筛组件可被构造成为井眼提供径向支撑，支撑在提供防砂的同时通过可膨胀材料减少或消除井眼的堵塞的过滤介质，和/或用自主阀整合流体流动控制，自主阀的入口和出口的尺寸减轻穿过过滤介质的颗粒的阻塞。 [0025] 根据一些实施例的筛组件可包括基管、刚性构件、过滤介质、可膨胀材料和具有自主阀的活塞。基管可具有侧壁部，该侧壁部中限定开口。刚性构件可设置在基管的第一部分的外部，该刚性构件包括与基管的开口流体连通的活塞。活塞可包括伸缩部和自主阀。在一个实施例中，可膨胀材料可被设置在基管的第二部分的外部。过滤介质可至少部分地被设置在可膨胀材料的外部，这里过滤介质被联接到活塞的伸缩部并至少通过活塞和自主阀与基管的开口流体连通。过滤介质还能够过滤流体并将流体引导到活塞。通常，响应于接触激活流体，可膨胀材料可扩张，使至少部分的过滤介质向钻孔的表面位移，并延伸活塞的伸缩部。 [0026] 根据一些实施例的筛组件包括一个或多个过滤介质，所述过滤介质由位于基管的一部分的外部的刚性构件支撑。过滤介质可通过基管上的开口与基管的内径流体连通，基管上的开口与过滤构件上的开口通过活塞上的自主阀流体连通。可膨胀材料可设置于基管的第二部分的外部并与刚性构件相邻。一个或多个过滤介质可被可膨胀材料位移，以接触钻孔的壁，刚性构件可帮助减少或防止筛组件开口的堵塞。活塞上的自主阀可通过活塞提供流体流动控制，即基管的内径和井眼之间。 [0027] 在一些实施例中，本申请的筛组件为防砂筛组件，该防砂筛组件被构造为减少或者另外防止从穿过含烃地层的井眼中产出颗粒材料，但是也可作为注入井操作。在防砂筛组件实施例中，筛组件可有利地利用具有适于减轻颗粒堵塞的入口和出口尺寸的自主阀。 [0028] 图1A示出了根据本申请的某些实施例的带有示例性的筛组件的井系统10。井系统10包括井眼12，该井眼穿过各岩层延伸，并包括基本竖直段14和与其连接的基本水平段18。基本竖直段14包括水泥灌注在基本竖直段14的上部的套管柱16。基本水平段18是裸眼，并穿过含烃地层20延伸。 [0029] 在井眼12之内的油管柱22从地表延伸，并为地层流体提供从基本水平段18流到地表的管道。在其他应用中，油管柱22可提供使注入流体进入地层20的管道。一个或多个筛组件24、26可与基本水平段18中的油管柱22一起放置，或者联接到油管柱22。筛组件24、26以运行构造或未延伸构造示出。在一些实施例中，筛组件24、26为防砂筛组件，其可过滤烃流体中的颗粒材料，将烃流体引导到油管柱22的内径，同时使地层20稳定。 [0030] 图1B示出了带有呈操作构造或径向扩张构造的筛组件24、26的井系统10。如本领域已知的，每个筛组件24、26可包括基管、刚性构件、可膨胀材料和过滤介质。通常，刚性构件包括至少一个活塞，该活塞至少部分地在过滤介质和基管的开口之间提供流体连通，该流体连通是地层与基管的内径中的流路之间的流体连通的一部分。通常，活塞包括用于调节流经流体的流动的自主阀。刚性构件或其部件可为由金属、复合聚合物、非膨胀橡胶合成物等制成的环，并可被设置在一部分基管的外部。可制成刚性构件或其部件的金属的示例包括钢、铁、黄铜、铜、青铜、钨、钛、钴、镍、其任意组合等。可膨胀材料可为相对的高膨胀的橡胶或聚合物，并可被设置在基管的另一部分的外部。过滤介质可联接到可膨胀材料的外部，并至少在运行构造被一部分刚性构件支撑。 [0031] 当激活流体接触筛组件24、26时，每个筛组件24、26的可膨胀材料可被构造成扩张。可膨胀材料的扩张用于使筛组件24、26的过滤介质位移以接触井眼12的内表面。激活流体可为使可膨胀材料受相应扩张的任何流体。激活流体的示例包括烃流体、水、盐水、气体和其任意组合等。 [0032] 第一筛组件24可为包括侧向和纵向彼此相邻的过滤介质的筛组件。后面的筛组件26可为包括仅侧向彼此相邻的过滤介质的筛组件。 [0033] 尽管图1A到图1B示出了仅带有筛组件24、26的油管柱22，但应当理解，油管柱22可包括除了筛组件24、26之外任何数量的其他工具和系统。其他工具和系统的示例包括流体流动控制装置、通信系统和安全系统。油管柱22也可使用层位封隔装置(例如封隔器)被分成层段。层位封隔装置可由一经接触流体(例如烃流体、水和气体)就扩张的材料制成。 [0034] 此外，图1A到图1B示出了在井眼12的基本水平段18中的根据本申请的某些实施例的筛组件。然而，根据本申请的各种筛组件实施例可用于倾斜井眼、竖直井眼或多侧向井眼。倾斜井眼可包括不同于一般的水平方向或一般的竖直方向的方向，或除了一般的水平方向或一般的竖直方向之外的方向。多侧向井眼可包括主井眼和一个或多个分支井眼。这里的方向的描述用于说明示出的实施例，但是像示出的实施例那样不应被用于限制本申请。 [0035] 如上所述，本申请的某些实施例可被设置于注入井。典型地，在注入井中，水或其他流体被注入到井中，以增加烃流体向附近的生产井的流动。根据本申请的某些实施例的筛组件可被设置于注入井中，以在流体注入过程期间或之后提供井眼支撑。在一些实施例中，注入的流体通过基管中限定的多个孔流出基管，流经刚性构件的活塞中的自主阀，并流经由刚性构件支撑的过滤介质的开口或穿孔。过滤介质可为不包括过滤材料的支撑构件，但是包括可支撑地层的结构。 [0036] 根据本申请的一些实施例的筛组件可被设置于下套管完井。在下套管完井中，大直径管位于生产管柱和地层之间。大直径管可为在侧壁部带有开口的基管。筛组件可位于大直径管的外部。筛组件可包括带有活塞的刚性构件，该活塞带有自主阀，该自主阀至少部分地提供在过滤介质和基管的内径之间的流体流路。过滤介质可由刚性构件支撑并可至少部分地提供地层和活塞之间的流体连通。 [0037] 图2和图3示出了第一筛组件24在运行构造的更详细的视图。图中描绘的筛组件24包括位于基管52的周向的三个刚性构件50、51、53。在至少一个实施例中，刚性构件50、51、53可被联接到基管52。根据本申请的各种实施例的筛组件可包括任何数量的刚性构件。例如，图1A-图1B中的筛组件26包括两个刚性构件。在其他实施例中，筛组件26可包括一个或多于两个刚性构件。刚性构件50、51、53可由在接触例如烃流体、气体和水的流体时能保持大体形状的任何材料构建。能构建刚性构件50、51、53的材料的示例包括金属(例如钢)。在一些实施例中，刚性构件50、51、53为由钢构建的环。刚性构件50、51、53可包括活塞(图中未示出)，这些活塞至少部分地提供过滤介质58和基管52的内径之间的流体连通。在一些实施例中，每个刚性构件50、51、53包括四个活塞，四个活塞均至少部分地提供过滤介质58和基管52的内径之间的流体连通。在一些实施例中，刚性构件50、51、 53均可独立地包括任意数量的活塞，例如1到5个活塞，或者更多。 [0038] 可膨胀材料(图中未示出)可被设置在基管52的第二部分的周向，并在刚性构件50、51、53之间。过滤介质58被放置在可膨胀材料的外部，并可至少在运行构造中由刚性构件50、51、53支撑。每个过滤介质58可由刚性构件50、51、53中的一个支撑。例如，过滤介质58A由第一刚性构件50支撑，过滤介质58B、58C由第二刚性构件51支撑。在一些实施例中，每个过滤介质58至少临时被刚性构件50、51、53中的一个保持而得到支撑。例如，每个过滤介质58在运行构造中可由限定在一个或多个刚性构件50、51、53上的凹槽保持，并在操作构造中能够与凹槽脱离。在其他实施例中，每个过滤介质58在操作构造中由限定在一个或多个刚性构件50、51、53上的凹槽保持，或者由设置在刚性构件50、51、53之一中的活塞支撑。 [0039] 在一些实施例中，过滤介质58可为从刚性构件纵向延伸并具有大体上矩形表面形状的过滤管。在一些实施例中，过滤介质58具有类似于例如直升机桨叶的表面形状。每个过滤介质58可包括穿孔59，该穿孔允许烃流体进入过滤介质58进行过滤并通过一个或多个刚性构件50、51、53中的活塞将流体向基管52的内部流路引导。在图2和图3中所示的运行构造中，过滤介质58彼此相邻布置。可膨胀材料可被构造为在操作构造期间扩张，从而使过滤介质58径向地位移并使活塞的伸缩部扩张，如将在下面更详细描述的。在一些实施例中，过滤介质58在操作构造期间被可膨胀材料分离。 [0040] 根据本申请的一些实施例的过滤介质可为或可包括控制线，该控制线可为与能接触地层的传感器通信的光纤电缆。控制线可探测与地层有关的情况，并将关于情况的信息传输到地表进行分析。过滤介质还可包括设置在过滤介质的壳体中的光纤以提供在运行构造中的情况信息，或者提供信息以保护过滤介质。然而，在一些实施例中，过滤介质的控制可经由遥测技术(例如声学、电磁或泥浆液脉冲遥测技术)接触地表。此外，本领域技术人员将容易理解，过滤介质可例如经由无线通信方法从井地表远程控制或者监测。 [0041] 根据本申请的某些实施例的支撑过滤介质的刚性构件可包括一个或多个活塞，该活塞包括伸缩部和自主阀。活塞可为能够在运行构造和操作构造中支撑过滤介质的伸缩活塞。图4A-图4B分别示出了筛组件24的刚性构件50中的一个沿着图1A(运行构造)中的线4A-4A和图1B(操作构造)中的线4B-4B的剖视图。基管52可在其侧壁部中限定一个或多个开口70。刚性构件50可包括与基管52的开口70流体连通的活塞74。活塞74可联接到过滤介质58(即，如图4B所示，58A、58B、58C和58D)。在一个或多个实施例中，活塞74可包括自主阀80，以便在每个过滤介质58和基管52的内径之间(如由活塞74所提供的)流体连通分别经过每个自主阀80。在操作中，每个自主阀80可提供过滤介质58和基管52的内部之间的流体流动调节。活塞74和自主阀80的各种构造描述如下。 [0042] 如图所示，图4A-图4B示出了被构造为支撑被标示为58A、58B、58C和58D的四个过滤介质的刚性元件50。然而，应理解的是，根据本申请的各种实施例的刚性构件可支撑任何数量的过滤介质。 [0043] 如图4B所示，刚性构件50的每个活塞74可包括径向延伸的伸缩部78，当可膨胀材料56扩张时，使过滤介质58A-58D位移以接触地层66处的井眼68。在一些实施例中，一个或多个凹槽77可在刚性构件50中被限定在活塞74的周向，并可被构造为接收相应的O形环和/或安全扣环(safety catch ring)。O形环可用于提供密封，以防止当活塞74径向平移时流动在活塞74和刚性构件50之间流体。安全扣环可用于防止活塞74随着可膨胀材料56的扩张而过度扩张。 [0044] 各种过滤介质58A-58D可位于或者被另外布置在可膨胀材料56的外部。在一些实施例中，过滤介质58A-58D被粘合到可膨胀材料56的外部。例如，相对小膨胀或无膨胀的材料76可位于可膨胀材料56的外部与过滤介质58A-58D之间。过滤介质58A-58D可被粘合到小膨胀或无膨胀材料76，小膨胀或无膨胀材料76可被粘合到可膨胀材料56。小膨胀或无膨胀材料76可帮助防止可膨胀材料56在扩张时损坏过滤介质58A-58D。此外，小膨胀材料或无膨胀材料76可通过在过滤介质58A-58D与刚性构件50之间提供暂时的密封而帮助刚性构件50支撑过滤介质58A-58D。在一些实施例中，小膨胀或无膨胀材料76为小膨胀或无膨胀橡胶。 [0045] 可膨胀材料56可被构造为在接触激活流体时扩张，并使过滤介质58A-58D位移以接触井眼68的内径处的地层66。在一些实施例中，过滤介质58A-58D为过滤管，其可过滤烃流体中的颗粒材料并将烃流体引导到活塞74。过滤介质58A-58D均可包括壳体60，该壳体被构造为容置或者包含过滤材料62。过滤材料62可包括过滤开口64，在一些实施例中，烃流体可通过该开口被引导到活塞74。壳体60可由任何合适的材料制成，并可局部被穿孔以允许烃流体在一个或多个位置进入壳体60。过滤材料62可为任何合适的材料(例如细网)，其可过滤烃流体中的颗粒材料。 [0046] 如图所示，过滤介质58A-58D可具有肾形的横截面设计。肾形的横截面可帮助过滤介质58A-58D附接到可膨胀材料56，并且与具有不同的横截面形状的过滤介质相比，在可膨胀材料56扩张时导致过滤介质58A-58D的更多的表面积接触井眼68。然而，根据本申请的其他实施例的过滤介质可具有任何类型的横截面形状。这些类型的横截面形状的示例包括椭圆形、圆形、矩形以及任何它们的混合。过滤介质58A-58D可具有基于筛组件24所处的生产层段的具体需求而选择的横截面长度。 [0047] 可膨胀材料56一经接触激活流体即可扩张。激活流体可包括烃流体、水或气体。多种技术可被使用以使可膨胀材料56接触激活流体。一种技术包括构造可膨胀材料56使其一经接触激活流体而扩张，该激活流体当筛组件24被安装时就已经存在于井眼之内，或在安装之后通过地层66产生。 [0048] 在一个或多个实施例中，可膨胀材料56可包括用于在安装期间防止膨胀的延迟膨胀机构。延迟膨胀机构的示例包括吸收延迟层、涂层、薄膜、合成物、其任意组合等。其他技术包括在筛组件24被安装在井中之后使激活流体通过井流通。在另外其他的实施例中，除了激活流体之外或替代激活流体，可膨胀材料56在其所处环境的温度或压力在预选阈值之上时能够扩张。在一些实施例中，传感器可被放置在井下，以便监测井眼情况并将该情况报告到地表。因此，操作者可确定何时可膨胀材料56即将扩张或何时正在扩张。 [0049] 可膨胀材料56的扩张可使过滤介质58A-58D位移，以接触地层66从而使相应的活塞74延伸。可膨胀材料56的厚度可基于筛组件24的直径和井眼68的直径被优化，以最大化扩张时过滤介质58A-58D和井眼68的接触面积。在一些实施例中，部分可膨胀材料56在过滤介质58A-58D之间扩张，并且接触过滤介质58A-58D之间的地层66，以顺应不均匀的井眼直径。在一些实施例中，预膨胀的可膨胀材料56可被构造为填充井眼的环空的约 10％、约20％、约50％、约70％或约90％。掌握本申请的益处的本领域技术人员将理解单独的过滤介质的数量和直径可被设计为提供井眼和可膨胀材料之间的期望接触水平，这可被最小化以有利地减轻地层被可膨胀材料堵塞。 [0050] 膨胀的筛组件24可减少或消除烃和其他流体的环状流，为过滤后的烃流体提供多条流路，并为井眼68提供稳定性。例如，膨胀的筛组件24可为地层66提供一定量的径向支撑，以防止地层坍塌。在一些实施例中，膨胀的筛组件24可在大约500psi到大约2000psi的范围内提供一定量的坍塌支撑。 [0051] 图5A到图5B分别示出了以运行构造和操作构造设置在井眼68中的筛组件24的一个实施例的横截面侧视图。筛组件24包括基管52，在一些实施例中，该基管限定可供烃流体流经的内部流路54。如图所示，刚性构件50被设置于基管52的第一部分的外部。刚性构件50可为由金属、复合聚合物、不膨胀橡胶等制成的环。可制成刚性构件的金属的示例包括钢、铁、黄铜、铜、青铜、钨、钛、钴、镍、其任意组合等。 [0052] 在一些实施例中，界面层被设置在基管52和刚性构件50的至少一部分之间。界面层可被构造成使刚性构件50结合到基管52。此外，界面层还可提供刚性构件50和基管52之间的密封，以防止来自地层66的流体的环状流。 [0053] 基管52在其侧壁部限定开口70。开口70通过刚性构件50的活塞74与过滤介质58A、58C流体连通。在运行构造中，过滤介质58A、58C由刚性构件50支撑。活塞74使过滤介质58A、58C和基管开口70之间能够流体连通，而设置在每个活塞74之内的自主阀80可被构造为调节经由此处的流体流动。 [0054] 可膨胀材料56被示出为设置于基管52的第二部分的外部，并纵向邻近刚性构件50。如图所示，可膨胀材料56位于基管52和每个过滤介质58A、58C的一部分之间。可膨胀材料56可在下入井眼68期间保持初始尺寸，并在操作构造中一接触激活流体就扩张。如上面的简要描述，可膨胀材料56可被构造为膨胀，并当可膨胀材料56在操作构造中扩张时使过滤介质58A、58C位移以接触井眼68。 [0055] 每个过滤介质58A、58C包括过滤材料62的壳体60。壳体60包括一个或多个穿孔59，地层66产出的烃流体能够通过该穿孔流到过滤材料62。在操作中，过滤材料62可过滤烃流体中的颗粒材料，并引导过滤后的烃流体通过过滤开口64，并在穿过活塞74、自主阀80、以及一个或多个基管开口70之后引导到基管的流路54。 [0056] 如上面的简要描述，活塞74能够在运行构造和操作构造中均支撑过滤介质58A、58C。例如，活塞74可联接到过滤介质58A、58C并包括伸缩部78，当可膨胀材料56扩张时，伸缩部78可径向延伸从而使过滤介质58A、58C位移。刚性构件50可隔离开口与可膨胀材料56，以减少或消除堵塞和/或可允许筛组件被构建为可膨胀材料56内无需包括开口。 [0057] 图6A到图6B和图7提供了可适合于结合本申请使用的自主阀80的非限制性示例。应注意，图6A到图6B和图7描绘了一个或多个自主阀80的流路图，为了功能适当，具体的自主阀80可包括与多种结构和部件(在下文中描述)紧密接触的盖子或顶部，以便适当地形成流路。 [0058] 如图6A到图6B中的平面构造代表性示出的，自主阀80的第一构造可包括在入口138和出口140之间限定的流动室142，该流动室142包括一个或多个进入口146(示出2个)以及一个或多个结构144、148。图6A到图6B示出流体组合物136的流体流动，该流体组合物具有相对低的粘度和/或相对高的速度(例如，气体或水)，或较高的粘度和/或较低的速度(例如烃)。 [0059] 被设置在流动室142内的结构144可被构造为诱使流体组合物136在出口140的周围进行螺旋流动。即，使流体组合物136在出口140的周围稍微圆形地流动，并朝向出口140稍微径向地流动。在一些实施例中，结构144也可被构造成阻碍流体组合物136的方向径向地朝向出口140改变。因此，尽管由结构144诱发的流体组合物136的螺旋流动可具有圆形分量和径向分量，但是结构144可被构造为阻碍径向分量的增加。 [0060] 如图6A所示，结构144可在流体组合物136的流动方向上分隔开。在一些实施例中，结构144之间的间隔可在流体组合物136的流动方向上逐渐减小。如图6A所示，室142的每个进入口146可包括与其关联的一连串分隔开的结构144。然而，应理解的是，设置任何数量的进入口146和结构144是符合本申请的原理的。此外，在室142中可设置附加结构148，用于阻碍朝向流体组合物136的径向流动的改变。 [0061] 如图6A所示，附加结构148可彼此周向地且径向地分隔开。相邻结构144、148之间的径向间隔可被构造为最终允许流体组合物136流向出口140。但是，流动能可由于流体组合物136在出口140周围的螺旋和/或圆形流动而被耗散，因此流体组合物136可遭受相对大的流动阻力。此外，随着流体组合物136的粘度减小和/或随着其速度增大(例如，由于流体组合物136中期望流体与不期望流体之比减小)，流阻将同时增大。相反，随着流体组合物136的粘度增大和/或随着其速度减小(例如，由于流体组合物136中期望流体与不期望流体之比增大)，则流阻将同时减小，如在图6B中的示例性例子中图示的。 [0062] 例如，在图6B中，描绘了伴有流体组合物136中的期望流体与不期望流体之比增大的自主阀80。具有较高粘度和/或较低速度的流体组合物136能够更容易流经结构144、148之间限定的空间。以这种方式，相比于图6A的示例，在图6B的示例中流体组合物136更直接地向出口140流动。这是图6B的示例中的流体组合物136的一部分螺旋流体流动的直接结果，但是螺旋流体流动比图6A的示例中所描绘的要少得多。因此，相比于图6A的示例，图6B的示例中能量耗散和流阻要小得多。 [0063] 此外，现在参照图7，图7代表性地示出自主阀80的另一个非限制性构造。相比于图6A-图6B所示的构造，这个构造包括室142的一些更多的进入口146。如图7所示，至少有两组径向分隔开的螺旋流诱发结构144。因此，应理解，可构造各种不同构造的可变流阻系统，而不背离自主阀50的原理。 [0064] 进入口146沿流体组合物136的流动方向逐渐变窄。例如，根据文丘里原理，流动面积变窄可趋向稍微增大流体组合物136的速度。正如图6A-图6B的构造，通过图7中示出的自主阀80的流阻将趋向随着流体组合物136的粘度的减小和/或其速度增大而增大。相反，通过图7的自主阀80的流阻将趋向随着流体组合物136的粘度的增大和/或其速度的减小而减少。 [0065] 在上述的每个自主阀80的构造中，结构144和/或148可形成为限定在室142的一个或多个壁上的叶片或凹部。如果形成叶片，结构144和/或148可从室142的一个或多个壁向外延伸。如果形成凹部，结构144和/或148可从室142的一个或多个壁向内延伸。诱发流体组合物136的期望的流动方向、或抵制流体组合物流动方向的改变的功能可用任何类型、数量、间隔或构造的结构144、148执行。 [0066] 掌握本申请的益处的本领域技术人员将容易理解，自主阀的多种构造适合于结合本申请的使用。适合于结合本申请使用的自主阀的附加的非限制性示例包括以下所公开的内容：于2010年2月4日提交的题为“Method and Apparatus for Autonomous Downhole Fluid Selection with Pathway Dependent Resistance System(用于自主井下流体选择且具有通路依赖型阻力系统的方法和装置)”的公开号为2011/0186300的美国专利申请；于2010年6月2日提交的题为“Flow Path Control Based on Fluid Characteristics to Thereby Variably Resist Flow in a Subterranean Well(基于流体特性以由此可变地阻止地下井中的流动的流路控制”的公开号为2011/0042091的美国专利申请；以及于2010年 6月2日提交的题为“Variable cut flow Resistance System for Use in a Subterranean Well(用于地下井中的可变截流阻力系统)”的公开号为2011/0297384的美国专利申请； 以及于2010年6月2日提交的题为“Variable Flow Resist System with Circulation inducing Structure Therein to Variably Resist Flow in a Subterranean Well(具有循环感应结构以可变地阻止地下井中的流动的可变流阻系统)”的公开号为2011/0297385的美国专利申请，各申请的内容通过以与本申请不相抵触的程度援引并入本文。 [0067] 在一些实施例中，与本申请结合使用的自主阀可包括入口和出口，入口和出口的尺寸减轻颗粒堵塞。在一些实施例中，自主阀的入口或出口的横截面可独立地具有从大约1mm到大约10mm范围的至少一个尺寸，包括该范围之间的任何子集(例如，约1mm到约5mm，或约2mm到约7mm)。然而，应理解，横截面的尺寸可变化，并且甚至超过7mm，不脱离本申请的范围。自主阀的入口或出口的合适的横截面形状可独立地为圆形、卵形、多边形、或任何它们的混合，例如带有圆角的方形。 [0068] 在一些实施例中，与本申请结合使用的自主阀可被设计为基于流体粘度来分开流体。自主阀的流路可通过改变在其中的结构的尺寸和形状来设计，以延迟粘度约为0.5cP或更少、约2cP或更少、约5cP或更少、约10cP或更少、约25cP或更少、约100cP或更少等的一部分流体的流动。 [0069] 在一些实施例中，与本申请结合使用的自主阀可被设计为平衡在井眼和/或地层的各层位之间的流动，以便防止流体锥。例如，自主阀的流路可通过改变其中的结构的尺寸和形状来设计，以便一旦达到预定或指定的速度，就延迟一部分流体的流动。可制成自主阀或其部件的材料的示例包括但不限于聚合物、钢、铁、黄铜、铜、青铜、钨、钛、钴、镍、其任意组合等。 [0070] 现在参见图8A-图8B，继续参考图4A-图4B以及图5A-图5B，图中示出了根据一个或更多实施例的活塞74和自主阀80的示例性构造的截面图。具体地，图8A示出在运行位置的横截面，图8B示出在操作位置(即活塞74在其套叠位置)的横截面。如图8A-图8B所示，自主阀80被布置或另外设置在活塞74的伸缩部78之内，伸缩部78包括构造为安置或者另外接收自主阀80的唇缘77。在一个实施例中，自主阀80被压合到伸缩部78中。 然而，在其他实施例中，自主阀80可被螺纹、焊接、钎焊、机械地或粘合紧固、或其任意组合等以便连接到伸缩部78。在一些实施例中，O形环或类似物可用于防止自主阀周围的流体流动。自主阀80可包括顶部150，顶部接合流动室142的结构144、148和壁，以便形成流路和各种进入口146。流体通过限定在顶部150中的一个或多个孔152进入一个或多个入口 138。 [0071] 现在参见图8C，图8C示出了根据一个或多个实施例的可被设置在活塞74中的自主阀80的示例性的俯视图、侧视图和仰视图。自主阀80的俯视图描绘了顶部150限定将流体流供给到入口138(图8A-图8B)并因此进入自主阀80的内部的两个孔152。图8C中还示出了至少一个出口140，并在流体通过自主阀80环形后为流体提供出口。这个相似的构造可有利地对自主阀80的顶部150的安置提供较低的公差，使得流体可自由地经过通道152(图8A-图8B)并进入入口138。 [0072] 现在参见图9A-图9B，继续参考图4A-图4B和图5A-图5B，图中示出了根据一个或多个实施例的活塞74和自主阀80的另一示例性构造。具体地，图9A描绘了在运行位置的截面图，图9B描绘了在操作位置(即当活塞延伸时)的截面图。如图所示，自主阀80可被布置或另外设置在活塞74的非伸缩部79，非伸缩部79包括唇缘81，唇缘81被构造为接收固定螺丝82，以为自主阀80提供固定放置。然而，在其他实施例中，自主阀80可被螺纹、焊接、钎焊、机械地或粘合紧固等以便连接到非伸缩部79，而不脱离本申请的范围。自主阀80包括顶部150，顶部150与流动室的结构144、148和壁紧密接触，以便形成流路和进入口 146。流体通过顶部150的通道152进入入口138。 [0073] 而且，活塞74可包括在伸缩部78中的销86和在非伸缩部79中的销接收槽88，以防止在操作位置伸缩部78延伸超过活塞74的非伸缩部79。如上所述，本领域技术人员将认识到多个机构能防止过度延伸。 [0074] 虽然在每个图8A-图8B和图9A-图9B中示出活塞74中仅设置一个自主阀80，本文设计的实施例包括在活塞74内布置多个自主阀80，不脱离本申请的范围。例如，多个自主阀80可串联(例如以堆叠构造)排列在活塞74的伸缩部78内。在操作中，离开第一自主阀80的流体可进入随后的自主阀80的入口138。 [0075] 掌握本申请的益处的本领域技术人员应理解，用于将适合于结合本申请使用的自主阀并入本文描述的生产井的筛组件的流体流路的多个构造，该流路从地层起通过过滤介质、刚性构件的开口、活塞中的自主阀以及基管的开口，到达基管的流路并在地表产出，或并入注入井的筛组件的相反顺序的流路的多个构造。 [0076] 掌握本申请的益处的本领域技术人员将理解筛组件的多个构造。作为非限制性的示例，筛组件可包括联接到两个单独的刚性构件的两个活塞的过滤介质。这样，基管可包括侧壁部，并具有带有第一开口的第一部分和带有第二开口的第二部分。第一刚性构件可被设置在基管的第一部分的外部，第一刚性构件包括第一活塞；而第二刚性构件可被设置在基管的第二部分的外部，第二刚性构件包括第二活塞。第一活塞可包括第一伸缩部和第一自主阀，其中第一活塞提供经过过滤介质和第一基管的第一开口之间的第一自主阀的流体连通。类似地，第二活塞可包括第二伸缩部和第二自主阀，其中第二活塞提供经过过滤介质和第二基管的第二开口之间的第二自主阀的流体连通。可膨胀材料可被设置在基管的第三部分的外部，基管的第三部分位于基管的第一部分和基管的第二部分之间。过滤介质可至少部分地被设置在可膨胀材料的外部，此处过滤介质联接到第一活塞的接近第一介质的第一端部的第一伸缩部和第二活塞的接近过滤介质的第二端部的第二伸缩部。另外，过滤介质能够过滤流体并将流体引导至第一活塞和第二活塞。通常，响应于接触激活流体，可膨胀材料能扩张，使过滤介质朝向钻孔的表面位移，并使第一活塞的第一伸缩部和第二活塞的第二伸缩部延伸。 [0077] 在一些使用不只一个自主阀的实施例中，两个或更多自主阀可为相同或不同的。例如，第一自主阀可用于阻碍粘度约为25cP或更少的流体的第一部分的流动，而第二自主阀可用于阻碍粘度约为5cP或更少的流体的第二部分的流动。 [0078] 作为又一非限制性示例，根据本申请的某些实施例的筛组件可使用多个刚性构件支撑沿基管的外部纵向延伸的多个过滤介质的结构来构建。参见图10A-10B，继续参考图5A-图5B，图中分别示出了带有多个刚性构件的筛组件200的部分在运行构造和操作构造的剖视图。 [0079] 筛组件200包括基管202，基管202的侧壁上具有开口204。基管202可为地层205产出的烃流体限定内部流路203。第一刚性构件206被设置在基管202的第一圆周部的外部。第二刚性构件208被设置在基管202的第二圆周部的外部。可膨胀材料210被设置在第一圆周部和第二圆周部之间的基管202的第三圆周部的外部。第二可膨胀材料212也可被设置在基管202的第四圆周部的外部并纵向相邻于第二刚性构件208。 [0080] 过滤介质214被设置在可膨胀材料210的外部，并且是第一刚性构件206和第二刚性构件208的部分。过滤介质214可通过至少两个基管的开口204以及每个第一刚性构件206与第二刚性构件208的活塞224与内部流路203流体连通。过滤介质214包括带有选定的穿孔220的壳体218，穿孔218允许流体流向设置在壳体218内的过滤物质222。过滤物质222可过滤流体中的颗粒材料并将过滤后的流体引导到第一刚性构件206和第二刚性构件208中的一个或两个活塞224。 [0081] 第二过滤介质221可被设置在第二可膨胀材料212的外部，并且是第二刚性构件208的部分。第二过滤介质220可类似于过滤介质214构建，并被构造为将过滤后的烃流体引导到布置在第二刚性构件208中的第二活塞228，或引导到另一刚性构件(图中未示出)中的开口。 [0082] 每个活塞224可被联接到过滤介质214，每个活塞224可包括伸缩部226。第二活塞228可类似于活塞224构建。此外，每个活塞224、228中可分别设置自主阀230、232，类似于上述的自主阀80的实施例。每个自主阀230、232可相同或不同。 [0083] 可膨胀材料210和第二可膨胀材料212均可构造为一经接触激活流体就径向扩张，以使过滤介质214和第二过滤介质220位移以接触地层205。激活流体的示例包括但不限于，烃流体、水和气体。活塞224的伸缩部226可径向延伸，以在操作构造期间为过滤介质214提供支撑，并提供导管，烃流体可通过该导管从过滤物质222通过活塞224最终流向内部流路203。在操作构造期间，第二活塞228可类似地操作第二过滤介质220。 [0084] 图10A-图10B示出了位于最接近过滤介质的端部的刚性构件。在其他实施例中，刚性构件位于最接近过滤介质的其他部分。例如，刚性构件可在运行构造期间支撑最接近过滤介质的中部的过滤介质，并且刚性构件包括开口，烃流体可通过该开口而从过滤介质流动到基管的内部流路。刚性构件50可由金属、复合聚合物、不膨胀橡胶等制成。可制成刚性构件206、208(即图5A-5B的刚性构件50)的金属的示例包括钢、铁、黄铜、铜、青铜、钨、钛、钴、镍、这些或其他类型的材料的组合。 [0085] 根据本申请的一些实施例的筛组件可包括多个刚性构件。例如，刚性构件50(图5A-图5B)可位于基管的第一部分的外部，第二刚性构件可位于基管的第二部分的外部。过滤介质可位于两个刚性构件之间。在一些实施例中，刚性构件50可支撑四个过滤介质，第二刚性构件可支撑四个不同的过滤介质。图2示出了相似的布置的示例。第二刚性构件能够旋转，例如相对于刚性构件50旋转45°，以使刚性构件50的接收部与具有较大横截面半径的第二刚性构件的非接收部对齐。在该构造中，与刚性构件50相关联的过滤介质和与第二刚性构件相关联的过滤介质在替换的布置中可被彼此相邻地放置。 [0086] 根据某些实施例，本文讨论的可膨胀材料可由在接触激活流体时能够膨胀的一种或多种材料构成。例如，可膨胀材料可为聚合物，该聚合物在接触刺激材料扩张的激活流体时能膨胀至初始尺寸的数倍尺寸。在一些实施例中，可膨胀材料在接触为烃流体或气体的激活流体时膨胀。烃流体被可膨胀材料吸收，这个吸收造成可膨胀材料的体积增大，从而径向扩张。可膨胀材料可扩张过滤介质，可膨胀材料的外表面的部分接触裸眼完井或套管井眼的套筒壁的地层面。 [0087] 可膨胀材料的一些实施例可由弹性聚合物制成。弹性聚合物的示例包括三元乙丙橡胶(EPDM)、苯乙烯/丁二烯、天然橡胶、二元乙丙橡胶、乙烯乙酸乙烯酯橡胶、氢化丁腈橡胶、丁腈橡胶、异戊橡胶、氯丁橡胶和聚降冰片烯。可膨胀材料还可包括溶于其他构成可膨胀材料的其他材料，或与其他构成可膨胀材料的材料机械混合。其他材料的示例包括纤维素纤维、聚氯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、乙酸乙酯、或其它聚合物。 [0088] 在一些实施例中，可膨胀材料被构造为在接触激活流体(水)时扩张。例如，可膨胀材料可为水膨胀聚合物，例如水膨胀弹性体或水膨胀橡胶。更具体地，可膨胀材料可为水膨胀疏水聚合物或水膨胀疏水共聚物，例如水膨胀疏水多孔共聚物。其他可被用于形成可膨胀材料的聚合物包括亲水单体和疏水改亲水单体。合适的亲水单体的示例包括丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、N，N-二甲基丙烯酰胺、乙烯吡咯烷酮、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸、三甲基乙基铵、甲基丙烯酸酯氯化物、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和丙烯酸羟乙基酯。 [0089] 各种疏水改亲水单体可根据某些实施例来利用。疏水改亲水单体的示例包括烷基丙烯酸酯、烷基甲基丙烯酸酯、烷基丙烯酰胺、烷基甲基丙烯酰胺(其中烷基具有约4至约22个碳原子)、烷基二甲基甲基铵甲基丙烯酸氯化物和烷基二甲基甲基铵甲基丙烯酸碘化物(其中烷基具有约4至约22个碳原子)、烷基二甲基铵丙基甲基丙烯酰胺溴化物、烷基二甲基铵丙基甲基丙烯酰胺氯化物和烷基二甲基铵丙基甲基丙烯酰胺碘化物(其中烷基具有约4至约22个碳原子)。 [0090] 适合于根据本申请的某些实施例的可膨胀材料的聚合物，可通过聚合任何一个或多个亲水单体与任何一个或多个疏水改亲水单体来制备。聚合反应可以不同方式形成，该聚合反应的一个示例在美国专利第6,476,169号中描述，该专利通过援引并入本文。这些聚合物可具有预计的分子量，在从约100,000到约10,000,000的范围内，优选范围为250,000到约3,000,000。这些聚合物也可具有在从约99.98:0.02到约90:10的范围内的亲水单体与疏水改亲水单体的摩尔比。 [0091] 在一些实施例中，可膨胀材料可由盐聚合物(例如聚丙烯酰胺或改性的交联聚(甲基)丙烯酸酯)制成，这些盐聚合物倾向于通过渗透从盐水中吸水。例如，当水从低盐度的区域(地层水)流向高盐度的区域(盐聚合物)时，穿过半渗透膜(盐聚合物和产出流体的界面)，盐聚合物允许水分子通过，但防止溶解盐通过。在一些实施例中，树脂和/或增粘剂可被用于增强储液器的压裂部(fracked portions)内的导电性，并进一步限制细粒、砂或其他支撑材料通过筛迁移。 [0092] 因此，本申请非常适于获得所提及的以及其中所固有的结果和优点。上文公开的特定实施例仅仅是说明性的，因为公开内容可通过对于掌握本申请的益处的本领域技术人员明显的不同但等效的方式来修改和实践。而且，除了在随附的权利要求中所描述的以外，不旨在限制本文示出的结构或设计的细节。因此，明显的是，以上公开的特定的示意性实施例可改变、组合或修改，并且所有这样的变型应被认为在本申请的范围和精神之内。本文适当地、示意性公开的发明在缺少本文中未具体披露的任何元件和/或本文中披露的任何可选元件的情况下可实践。尽管组成部分和方法以“包括”、“含有”或“具有”各种部件或步骤的方式描述，但组成部分和方法也可“基本上由”或“由”各种部件和步骤“构成”。上文公开的所有数量和范围可以有某种程度的变化。每当公开具有下限和上限的数值范围时，落在该范围内的任何数字和任何包括的范围也被明确公开。特别是，本文公开的每个数值范围(其形式为“从约a到约b”，或等同地“从大约a到b”，或等同地“从大约a-b”)应被理解为阐述包含在更宽泛的数值范围内的每个数字和范围。另外，除非专利权人另外明确、清晰地定义，权利要求中的术语具有其通常的普通含义。此外，如权利要求中使用的不定冠词“一”或“一个”，本文定义为表示一个或多于一个其所描述的元件。如果本说明书中的词或术语的使用与通过援引并入本文的一个或更多专利或其它文献中的词或术语相冲突，则应该采用与本说明书相符的定义。 |
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