具有压敏自主运行装置的井下流体流动控制系统 |
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| 申请号 | CN201280071026.4 | 申请日 | 2012-03-02 | 公开(公告)号 | CN104145076B | 公开(公告)日 | 2017-04-26 |
| 申请人 | 哈利伯顿能源服务公司; | 发明人 | M·L·夫瑞普; 约翰·查理·加诺; | ||||
| 摘要 | 一种井下 流体 流动控制系统，其能够操作以沿位于管路的内部通道与 地层 之间的流体流动路径被设置在井眼中。该系统包括被设置在流体流动路径中的流动控制部件，该流体流动路径能够操作以控制流体经过该流体流动路径的流动。该系统还包括压敏 阀 ，该压敏阀被设置在与流动控制部件平行的流体流动路径中。响应由该阀接收到的压 力 信号 的变化，该阀从第一 位置 自主地移位到第二位置，由此使流体能够流过。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种井下流体流动控制系统，其能够操作以沿位于地层与一管路的内部通道之间的流体流动路径被设置在井眼中，所述系统包括： |
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| 说明书全文 | 具有压敏自主运行装置的井下流体流动控制系统技术领域[0001] 本发明大体上涉及与在地下井中执行的操作一起使用的设备，并且尤其涉及一种利用压敏自主运行装置以控制经其流动的流体的井下流体流动控制系统和方法。 背景技术[0003] 在穿过含烃地层的完井期间，生产管柱和各种完井设备被安装在井中，以使地层流体的安全且有效率的生产能够进行。例如，为了防止从疏松的或松散结合的地层产出颗粒材料，某些完井包括被设置于靠近一个或多个期望的生产区段的一个或多个防砂筛组件。在其他完井中，为了控制生产流体到生产管柱中的流速，通常的实践是在管柱中安装一个或多个流动控制装置。 [0004] 已经尝试在需要防砂的完井中利用流体流动控制装置。例如，在某些防砂筛组件中，在生产流体流经过滤介质之后，流体被引向流动控制节段中。流动控制节段可包括一个或多个流动控制部件，如流管、喷嘴、迷宫式部件或相似部件。典型地，通过这些流动控制筛的生产流阻是在安装之前，由流动控制部件的数量和设计固定下来的。 [0005] 然而，已经发现，由于在井的整个寿命中地层压力的变化和地层流体成分的变化，人们会期望调整流动控制节段的流动控制特性。另外，对于某些完井，令人期望的是调整流动控制节段的流动控制特性而不需要修井干预(well intervention)。 [0006] 因此，需要一种可操作以控制地层流体的流入的井下流体流动控制系统。另外，这样的井下流体流动控制系统需要被合并到流动控制筛中。而且，对这样的井下流体流动控制系统的需要已增加，即，该井下流体流动控制系统可操作以当井的生产曲线随时间而改变时，可调整井下流体流动控制系统的流动控制特性而不需要修井干预。 发明内容[0007] 在此披露的本发明包括用于控制地层流体的流入的井下流体流动控制系统。另外，本发明的井下流体流动控制系统可操作以被合并到流动控制筛中。而且，当前的井下流体流动控制系统可操作以当井的生产曲线随时间而改变时，调整井下流体流动控制系统的流动控制特性而不需要修井干预。 [0008] 在一个方案中，本发明涉及一种井下流体流动控制系统，其可操作以沿位于管路的内部通道与地层之间的流体流动路径被设置在井眼中。该系统包括被设置在流体流动路径中的流动控制部件，该流体流动路径可操作以控制流体经过该流体流动路径的流动。压敏阀被设置在与流动控制部件平行的流体流动路径中。响应由该阀接收到的压力信号的变化，该阀从第一位置自主(自动)地移位到第二位置，由此使流体能够流过。 [0009] 在一个实施例中，流动控制部件是流入控制装置。在另一实施例中，流动控制部件具有取决于方向的流阻。在其他实施例中，压敏阀包括滑动套管。在这样的实施例中，压敏阀可包括诸如机械弹簧或流体弹簧这样的偏移部件，该偏移部件与压力信号的至少一个分量相反地使滑动套管偏移。压力信号可以是由地层流体产生的钻孔压力(borehole pressure)、管路压力、或呈介于钻孔压力与管路压力之间的压差形式的钻孔压力与管路压力之和。 [0010] 在另一方案中，本发明涉及一种流动控制筛，其可操作以被设置在井眼中。该流动控制筛包括具有内部通道的基管。过滤介质被设置成围绕基管。壳体被设置成围绕基管限定出位于过滤介质与内部通道之间的流体流动路径。至少一个流动控制部件被设置在流体流动路径中，且可操作以控制流体经过该流动控制部件的流动。压敏阀被设置在流体流动路径中，且与至少一个流动控制部件平行。该阀响应由该阀接收到的压力信号的变化，从第一位置自主地移位到第二位置，由此使流体能够流过。 [0011] 在另一方案中，本发明涉及一种井下工具，其可操作以沿位于管路的内部通道与地层之间的流体流动路径被设置在井眼中。该工具包括压敏阀，该压敏阀可操作以响应由该阀接收的压力信号的改变，从第一位置自主地移位到第二位置，其中，压力信号的至少一个分量是由地层流体产生的钻孔压力。 [0012] 在又一方案中，本发明涉及一种井下流体流动控制方法。该方法包括：设置一流体流动控制系统，该流体流动控制系统具有彼此平行的流动控制部件和压敏阀；将流体流动控制系统设置在井眼中，使得流动控制部件和压敏阀被设置在位于管路的内部通道与地层之间的流体流动路径中；通过流动控制部件生产地层流体；响应由压敏阀接收到的压力信号，将该阀保持在第一位置，其中，压力信号的至少一个分量是由地层流体产生的钻孔压力；响应压力信号的变化，使压敏阀从第一位置自主地移位到第二位置；以及通过压敏阀生产地层流体。 [0013] 该方法还可包括：响应压力信号而将压敏阀保持在关闭位置；借助机械弹簧或流体弹簧使压敏阀朝向打开位置偏移；响应钻孔压力的减小而将压敏阀从关闭位置自主地移位到打开位置，和/或响应管路压力的变化而将压敏阀从关闭位置自主地移位到打开位置。附图说明 [0014] 为了更完整地理解本发明的特征和优点，现在与附图一起参照本发明的详细描述，在附图中，不同的附图中的对应的附图标记指代对应的部分，并且在附图中： [0015] 图1是操作根据本发明的实施例的多个井下流体流动控制系统的井系统的示意图； [0016] 图2A-图2B是在本发明的流动控制筛中具体实施的井下流体流动控制系统的处于第一生产构造的连续的轴向节段的四分之一剖视图； [0018] 图4是在本发明的流动控制筛中具体实施的井下流体流动控制系统的处于第二生产构造的轴向节段的四分之一剖视图； [0019] 图5是根据本发明的实施例的井下流体流动控制系统的流动控制节段的剖视图； [0020] 图6是根据本发明的实施例的井下流体流动控制系统的流动控制节段的剖视图； [0021] 图7是根据本发明的实施例的井下流体流动控制系统的流动控制节段的剖视图； [0022] 图8是根据本发明的实施例的井下流体流动控制系统的流动控制节段的剖视图； [0023] 图9是根据本发明的实施例的井下流体流动控制系统的流动控制节段的剖视图； [0024] 图10是根据本发明的实施例的井下流体流动控制系统的流动控制节段的剖视图；以及 [0025] 图11是根据本发明的实施例的井下流体流动控制系统的流动控制节段的剖视图。 具体实施方式[0026] 虽然以下将详细讨论本发明的多个实施例的制造和使用，但应理解，本发明提供许多能够在多种具体的语境下具体实施的可应用发明概念。在此讨论的具体实施例仅仅是制造和使用本发明的具体的方法的示例，并且不限制本发明的范围。 [0027] 首先参照图1，其中示出一种包括多个井下流体流动控制系统的井系统，该井系统被示意性地示出并以附图标记“10”来指代，这些井下流体流动控制系统被设置在流动控制筛中，这些流动控制筛具体实施本发明的原理。在示出的实施例中，井眼12延伸通过多个地球地层。井眼12具有基本竖直节段14，该基本竖直节段的上部在该井眼中被施加水泥而固定到套管柱16。井眼12还具有基本水平区段18，该基本水平区段延伸通过含烃地层20。如图所示，井眼12的基本水平区段18是裸眼。 [0028] 管柱22被定位在井眼12中并且从地面延伸。管柱22形成管道，用于使地层流体从地层20行进到地面，并且用于使注入流体从地面行进到地层20。管柱22的下端联接到已被安装在井眼12中、且将完井区段分成邻近地层20的多个生产区段的完井管柱。完井管柱包括多个流动控制筛24，每个流动控制筛被设置在图示为封隔器26(封隔器26在完井管柱与井眼12之间提供流体密封)的一对环形障碍物之间，从而限定生产区段。在示出的实施例中，流动控制筛24起到将颗粒物过滤到生产流体流(production fluid stream)之外的功能。每个流动控制筛24还具有流动控制节段，该流动控制节段可操作以控制经其流动的流体。例如，流动控制节段可操作以在井操作的生产阶段期间控制生产流体流的流动。替代性地或附加性地，流动控制节段可操作以在井操作的处理阶段期间控制注入流体流的流动。如以下更详细地说明的，流动控制节段可操作以在井的整个寿命中随着地层压力减小，控制生产流体的流入，以使如油之类的期望流体的生产最大化，而不需要修井干预。 [0029] 虽然图1示出处于裸眼环境中的本发明的流动控制筛，本领域技术人员应理解的是，本发明同样也适合于在下套管井中使用。而且，虽然图1在每个生产区段中示出了一个流动控制筛，但本领域技术人员应理解的是，任何数量的本发明的流动控制筛可被配备在生产区段中或者被配备在不包括生产区段的完井区段中，而不背离本发明的原理。另外，虽然图1示出本发明的流动控制筛处于井眼的水平区段中，但本领域技术人员应理解的是，本发明同样适合于在具有其他方向性构造的井中使用，这些井包括竖直井、偏离井、倾斜井、分支井以及相似的井。因此，本领域技术人员应理解的是，如上方、下方、上部、下部、向上、向下、左、右、井上、井下以及相似的方向术语的使用是相对于示例性实施例、按照附图所示出的这些示例性实施例而使用的，向上方向是朝向对应附图的顶部，而向下方向是朝向对应附图的底部，井上方向是朝向井的地表，而井下方向是朝向井的趾部(toe)。而且，虽然图1示出了流动控制部件处于流动控制筛的流动控制节段中，但本领域技术人员应理解的是，本发明的流动控制部件不需要与流动控制筛相关或者是完井管柱的一部分，例如，流动控制部件可被可操作地设置在钻井管柱中，用于钻杆测试。 [0030] 接下来参照图2A-图2B，其中示出了根据本发明的流动控制筛的连续的轴向节段，这些轴向节段以代表性方式被示出且通常以附图标记“100”来指代。流动控制筛100可合适地联接到其他相似的流动控制筛、生产封隔器、定位接头、生产管或其他井下工具，用以形成如上所述的完井管柱。流动控制筛100包括基管102，该基管具有无孔管节段104和穿孔节段106，该穿孔节段包括多个生产端口108和多个旁通端口110。围绕无孔管节段104的井上部分设置有筛管元件或过滤介质112，筛管元件或过滤介质112例如为绕丝筛、编织网孔筛、预填充筛或者相似物，围绕筛管元件或过滤介质设有或者不设有外罩，该筛管元件或过滤介质被设计为允许流体经其流动，但是防止预定尺寸的颗粒物经其流动。然而，本领域技术人员将理解，本发明并不需要具有与其关联的过滤介质，因此，过滤介质的精确的设计对于本发明并非关键。 [0031] 过滤介质112的井下侧设有筛接口壳体114，筛接口壳体114与基管102一起形成环空116。流动控制壳体118被可固定地连接到筛接口壳体114的井下端，流动控制壳体118与基管102一起形成环空120。流动控制壳体118的井下端被可固定地连接到支撑组件122，该支撑组件被可固定地联接到基管102。流动控制筛100的这些部件的多个连接可通过包括焊接、螺接以及相似的连接等任何适当的方式形成，且通过诸如销、定位螺钉以及相似物等紧固件的使用来形成。 [0032] 流动控制筛100具有位于流动控制壳体118中的流动控制节段，该流动控制节段包括多个流动控制部件124和旁通节段126。在示出的实施例中，流动控制部件124以一百二十度间隔围绕基管102周向地分布，由此设置三个流动控制部件124(如图3中最佳地看见的，此图中流动控制壳体118已被去除)。虽然已经描述流动控制部件124的特定布置方式，但本领域技术人员应理解的是，也可使用其他数量和布置方式的流动控制部件124。例如，可使用较多或较少的数量的、以均匀或不均匀的间隔周向地分布的流动控制部件124。附加性地或替代地，流动控制部件124可沿着基管102纵向地分布。如图所示，每个流动控制部件124由内部流动控制元件128和外部流动控制元件130形成，在图3中外部流动控制元件从一个流动控制部件124上被去除，以有助于描述本发明。每个流动控制部件124具有流体流动路径132，该流体流动路径包括一对流体端口134、涡流室136和端口140。另外，流动控制部件124具有多个流体引导件142，这些流体引导件位于涡流室136中。 [0033] 流动控制部件124可操作以控制流体沿任一方向经过流动控制部件的流动，并且可具有取决于方向的流阻，其中，与注入流体相比，生产流体当经过流动控制部件124时可经历更大的压降。例如，在井操作的处理阶段期间，处理流体可从基管102的内部通道144中的表面向井下被泵送(见图2A-图2B)。然后，处理流体经过端口140进入流动控制部件124，且经过涡流室136，在涡流室中，期望的流阻被施加到流体流动，由此实现期望的压降以及经过涡流室的流速。在示出的示例中，进入涡流室136的处理流体在经过流体端口134离开之前，在涡流室136中主要沿径向行进，几乎在涡流室136中没有螺旋，并且未经历相关的摩擦和离心损失。因此，经过流动控制部件124的注入流体几乎没有遇到阻力，并且相对未受阻碍地经过，从而与生产方案相比，使流速高得多且压降显著降低。然后，流体在进入环空116并且经过过滤介质112以注入到周围的地层中之前，行进到位于基管102与流动控制壳体118之间的环形区域120中。 [0034] 类似地，在井操作的生产阶段期间，流体从地层通过流体流动控制系统100流到生产管柱中。在生产流体借助过滤介质112(如果存在过滤介质的话)被过滤之后，生产流体流入环空116中。然后，流体在进入流动控制节段之前，行进到位于基管102与流动控制壳体118之间的环形区域120中。然后，流体进入流动控制部件124的流体端口134，并且经过涡流室136，在涡流室中，期望的流阻施加到流体流动，从而通过涡流室实现期望的压降和流速。 在示出的示例中，进入涡流室136的生产流体主要沿切向行进，并且在最后经过端口140退出之前，将借助流体引导件142围绕涡流室136进行螺旋运动。围绕涡流室136螺旋运动的流体遭受摩擦损失。而且，切向速度产生阻碍径向流动的离心力。因此，经过流动控制部件124的生产流体遇到显著的阻力。此后，流体经过开口108被排放到基管102的内部通道144，用于生产到地面。虽然特定流动控制部件124已被示出和描述，但本领域技术人员将认识到可使用具有替换性设计的其他流动控制部件，而不背离本发明的原理，这些流动控制部件包括(但不限于)流入控制装置、射流装置、文丘里装置、流体二极管以及相似装置。 [0035] 在示出的实施例中，旁通节段126包括图示为环形滑动套管142的活塞，该环形滑动套管142被可滑动地且密封地设置在位于支撑组件122与基管102之间的环形区域145中。如图所示，滑动套管142包括：三个外部密封件146、148、150，这些外部密封件密封地接合支撑组件122的内表面；以及三个内部密封件152、154、156，这些内部密封件密封地接合基管 102的外表面。滑动套管142还包括一个或多个旁通端口158，旁通端口158径向地延伸穿过滑动套管142。旁通端口158可围绕滑动套管142周向地分布，并且可与基管102的一个或多个旁通端口110周向地对准。旁通端口158被设置在外部密封件148、150之间，以及内部密封件154、156之间。而且，在环形区域145中还设有图示为波形弹簧160的机械偏移元件。虽然示出了特定的机械偏移元件，但本领域技术人员将认识到，也可替代性地使用诸如卷簧(可以是压缩弹簧)之类的机械偏移元件，而不背离本发明的原理。支撑组件122与流动控制壳体118一起形成环空162。支撑组件122包括：多个操作端口164，其可围绕支撑组件122周向地分布；以及多个旁通端口166，其可围绕支撑组件122周向地分布，并且可与滑动套管142的旁通端口158周向地对准。 [0036] 现在将说明旁通节段126的操作。在井的寿命的早期，地层流体以相对高的压力在多个生产区段处进入井眼。如上所述，流动控制部件124用于控制进入完井管柱的流体的压力和流速。同时，由地层流体产生的、围绕流动控制筛100的、来自钻孔的流体压力进入环空162，并且经过操作端口164，以提供作用在滑动套管142上并且使弹簧160压缩的压力信号，如图2B中最佳地看见的。在该操作构造中，滑动套管142的旁通端口158不与支撑组件122的旁通端口166、或基管102的旁通端口110流体连通。这被认为是滑动套管142的阀关闭位置，其防止生产流体经过滑动套管流动。只要地层压力(在此也称为环空压力)足够克服弹簧 160的偏移力，滑动套管142就将保持在阀关闭位置。然而，随着井老化，地层压力将会下降，这引起作用在滑动套管142上的压力信号的变化。当地层压力达到预定水平，其中，压力信号不足以克服弹簧160的偏移力时，滑动套管142就将从阀关闭位置自主地移位到阀打开位置，如图4中最佳地看见的。在该操作构造中，滑动套管142的旁通端口158与支撑组件122的旁通端口166以及基管102的旁通端口110流体连通。现在，地层流体将主要经过旁通节段 126，从围绕流动控制筛100的环空流到流动控制筛100的内部144。在该构造中，由于地层流体将大体上绕过通过流动控制部件124的高阻力，所以流阻显著地减小。以这种方式，由于进入完井管柱的地层流体经历的压降减小，所以流动控制筛100的流动控制特性能够被自主地调整，从而能够提高产量。 [0037] 接下来参照图5，其中示出了通常以附图标记“200”指代的根据本发明的实施例的井下流体流动控制系统的流动控制节段。示出的流动控制节段200包括基管202，该基管具有生产端口204和旁通端口206。筛接口壳体208与基管202一起形成环空210。流动控制壳体212被可固定地连接到筛接口壳体208的井下端，流动控制壳体与基管202一起形成环空 214。流动控制壳体212的井下端被可固定地连接到支撑组件216，该支撑组件被可固定地联接到基管202。流动控制节段200还包括多个流动控制部件218，多个流动控制部件218的操作与上述的流动控制部件124相似。另外，流动控制节段200包括旁通节段220。 [0038] 与上述旁通节段126相似，旁通节段220包括图示为环形滑动套管222的活塞，该环形滑动套管被可滑动地且密封地设置在位于支撑组件216与基管202之间的环形区域224中。如图所示，滑动套管222包括：三个外部密封件226、228、230，其密封地接合支撑组件216的内表面；以及三个内部密封件232、234、236，其密封地接合基管202的外表面。滑动套管222还包括一个或多个径向地延伸穿过滑动套管222的旁通端口238。旁通端口238可围绕滑动套管222周向地分布，并且可与基管202的一个或多个旁通端口206周向地对准。旁通端口 238位于外部密封件228、230之间以及内部密封件234、236之间。环形区域224中还设有图示为流体弹簧240的偏移元件，该流体弹簧包含诸如氮气、空气或相似物等可压缩流体。支撑组件216与流动控制壳体212一起形成环空242。支撑组件216包括：多个操作端口244，其可围绕支撑组件216周向地分布；以及多个旁通端口246，其可围绕支撑组件216周向地分布，并且可与滑动套管222的旁通端口238周向地对准。 [0039] 现在将描述旁通节段220的操作。如上所述，在井的寿命的早期，地层流体以相对较高的压力在多个生产区段处进入井眼，因此流动控制部件218被用来控制进入完井管柱的流体的压力和流速。同时，地层流体进入环空242，并且经过操作端口244，以提供作用在滑动套管222上并且压缩流体弹簧240的压力信号，使得滑动套管222的旁通端口238不与基管202的旁通端口206或支撑组件216的旁通端口246对准，从而将旁通节段220放置在阀关闭位置，如图5中最佳地看见的。只要地层压力足以克服流体弹簧240的偏移力，滑动套管222就将保持在阀关闭位置，然而，由于地层压力随时间而下降且达到预定水平，其中，压力信号不再能够克服弹簧240的偏移力，在示出的实施例中，滑动套管222就将从阀关闭位置自主地向左移位到阀打开位置，这使流体能够经由旁通端口246、238、206(这些旁通端口彼此流体连通)流过旁通节段220。在该构造中，由于地层流体将大体上绕过通过流动控制部件218的高阻力，所以流阻显著地减小，由此因进入完井管柱的地层流体经历的压降减小而提高产量。 [0040] 接下来参照图6，其中示出了通常由附图标记“300”指代的根据本发明的实施例的井下流体流动控制系统的流动控制节段。示出的流动控制节段300包括基管302，基管302具有生产端口304、旁通端口306和操作端口307。筛接口壳体308与基管302一起形成环空310。流动控制壳体312被可固定地连接到筛接口壳体308的井下端，流动控制壳体312与基管302一起形成环空314。流动控制壳体312的下端被可固定地连接到支撑组件316，该支撑组件被可固定地联接到基管302。流动控制节段300还包括多个流动控制部件318，多个流动控制部件318的操作与上述的流动控制部件124的操作相似。另外，流动控制节段300包括旁通节段 320。 [0041] 与上述的旁通节段126相似，旁通节段320包括图示为环形滑动套管322的活塞，该环形滑动套管被可滑动地且密封地设置在位于支撑组件316与基管302之间的环形区域324中。如图所示，滑动套管322包括：三个外部密封件326、328、330，其密封地接合支撑组件316的内表面；以及三个内部密封件332、334、336，其密封地接合基管302的外表面。滑动套管322还包括一个或多个径向地延伸穿过滑动套管322的旁通端口338。这些旁通端口338可围绕滑动套管322周向地分布，并且可与基管302的一个或多个旁通端口306周向地对准。旁通端口338位于外部密封件326、328之间以及内部密封件332、334之间。而且，环形区域324中还设有图示为波形弹簧340的偏移元件。支撑组件316与流动控制壳体312一起形成环空 342。支撑组件316包括：多个操作端口344，其可围绕支撑组件316周向地分布；以及多个旁通端口346，其可围绕支撑组件316周向地分布，并且可与滑动套管322的旁通端口338周向地对准。 [0042] 现在将描述旁通节段320的操作。不同于上述的旁通节段(在上述的旁通节段中，滑动套管接收到的压力信号是来自围绕井下流体流动控制系统的环空的绝对压力信号)，在本实施例中，压力信号是压差信号，压差信号的一个分量是经由操作端口344的环空压力，而压差信号的另一分量是经由操作端口307的管路压力。在示出的实施例中，为了将滑动套管322从关闭位置(如图6所示)操作到打开位置，环空压力与管路压力之间的压差必须足够克服弹簧偏移力。换言之，环空压力信号分量必须足够克服弹簧偏移力与管路压力信号分量之和。在一个实施中，弹簧偏移力被选择为，在期望的压力以及环空和管路中的流动机制下，使得滑动套管322在标准生产操作期间处于关闭位置。然而，如果管路压力信号分量下降到预定水平以下，滑动套管322就将自动地移位到打开位置。由于井随着时间而改变或者可由于操作员动作而发生改变，管路压力信号分量的减小可自主地发生。在后一种情况下，举例来说，操作员可在地面打开节流阀，以过度开采该井，这样就降低了井中的底孔压力，并且增大旁通节段320上的压差。作用在滑动套管322上的压力信号的这种变化可将滑动套管从关闭位置操作到打开位置。 [0043] 在具有多个流动控制系统的井中，如图1所示，通过过度开采井而产生的压力信号的变化将趋于操作该井中的所有流动控制系统。替代性地，操作员可想要移位仅某些流动控制系统。这例如可利用盘管系统来实现，该盘管系统可操作以在期望的位置将较轻的流体注入到井中，以产生管路压力信号分量的局部减小，这种局部减小可由一个或多个流动控制系统检测到。例如，由于氮气泡向井上行进，所以将氮气泡注入到生产井中或非生产井中，就会从注入点和该点的井上侧产生管路压力信号分量的局部减小。因此，位于注入位置(注入点)的流动控制系统及位于注入位置的井上侧的那些流动控制系统将依次经历管路压力信号分量的局部减小。作用在滑动套管322上的压力信号的这种变化可将滑动套管从关闭位置操作到打开位置。替代性地，盘管可用于将流体泵送或抽吸到井外，这也会引起生产井中的管路压力信号分量的局部减小，或者非生产井或关闭井中的管路压力信号分量的总体减小。在任一情况下，作用在滑动套管322上的压力信号的变化可将滑动套管从关闭位置操作到打开位置。 [0044] 虽然压力信号的变化已被描述为引起阀从关闭位置操作到打开位置，但本领域技术人员应理解的是，压力信号的变化可替代性地引起阀从打开位置操作到关闭位置。例如，一旦局部管路压力减小已经过去，或者一旦过度开采操作已经结束，作用在滑动套管322上的压力信号就将再次改变，并且在示出的实施例中，将引起滑动套管322返回到图6中示出的关闭位置。另外，可能期望的是确保滑动套管322并不从第一位置移位到第二位置，直到经过预定的时间为止。为了控制滑动套管322的第一操作，一个或多个锁定元件可被用来首先将滑动套管322联接到支撑组件316，如图7中最佳地看见的，锁定元件图示为脆质元件350，脆质元件350例如为剪切销、剪切螺钉或相似元件。在该实施例中，为了使滑动套管322能够在打开与关闭位置之间移位，作用在滑动套管322上的绝对压力首先必须上升到足够的水平，以剪切脆质元件350。为剪切脆质元件350所必需的绝对压力可通过根据旁通节段 320的精确构造，来提升或降低管路压力而实现。虽然锁定元件已被图示并描述为脆质元件 350，但其他类型的锁定元件也可被替代性地使用而不背离本发明的原理，这些锁定元件包括(但不限于)夹头组件、棘爪组件或者其他机械组件。 [0045] 除了使阀在打开与关闭位置之间移位之外，压力信号的改变可被用来使滑动套管通过多个位置或无穷级数的位置进行循环。如图8中最佳地看见的，支撑组件316可包括一个或多个销360，这些销延伸到位于滑动套管322的外部的J形槽362中。在该实施例中，作用在滑动套管332上的压力信号的变化引起滑动套管332相对于支撑组件316和基管302纵向地移位，并且还引起销360在J形槽362中滑动。取决于J形槽362的设计，销360在J形槽中的运动可引起滑动套管332旋转，或者当销360在J形槽362的某些节段中行进时，可限制滑动套管332的纵向行程。例如，可能期望的是需要多个压力信号变化，以将滑动套管332从关闭位置移位到打开位置。在这种情况下，在允许滑动套管332纵向移位到打开位置之前，销360必须经过J形槽362的若干节段。替代性地或附加性地，一旦滑动套管被放置在诸如打开位置这样的特定位置，也就是将滑动套管锁定在打开位置，J形槽362就可被用来防止滑动套管332的进一步移位。另外，J形槽362可使滑动套管能够被构造在处于关闭位置与完全打开位置之间的多个阻塞位置。 [0046] 接下来参照图9，其中示出了通常由附图标记“400”指代的根据本发明实施例的井下流体流动控制系统的流动控制节段。示出的流动控制节段400包括基管402，基管402具有生产端口404、旁通端口406和操作端口407。筛接口壳体408与基管402一起形成环空410。流动控制壳体412被可固定地连接到筛接口壳体408的井下端，流动控制壳体412与基管402一起形成环空414。流动控制壳体412的下端被可固定地连接到支撑组件416，该支撑组件被可固定地联接到基管402。流动控制节段400还包括多个流动控制部件418，多个流动控制部件418的操作与上述的流动控制部件124的操作相似。另外，流动控制节段400包括旁通节段 420。 [0047] 与上述的旁通节段126相似，旁通节段420包括图示为环形滑动套管422的活塞，该环形滑动套管被可滑动地且密封地设置在位于支撑组件416与基管402之间的环形区域424中。如图所示，滑动套管422包括：三个外部密封件426、428、430，其密封地接合支撑组件416的内表面；以及三个内部密封件432、434、436，其密封地接合基管402的外表面。滑动套管422还包括一个或多个径向地延伸穿过滑动套管422的旁通端口438。旁通端口438可围绕滑动套管422周向地分布，并且可与基管402的一个或多个旁通端口406周向地对准。旁通端口 438被设置在外部密封件428、430之间以及内部密封件434、436之间。支撑组件416包括肩台部440，并且与流动控制壳体412一起形成环空442。支撑组件416包括：多个操作端口444，其可围绕支撑组件416周向地分布；以及多个旁通端口446，其可围绕支撑组件416周向地分布，并且可与滑动套管422的旁通端口438周向地对准。 [0048] 现在将描述旁通节段420的操作。不同于上述的其中压力信号与偏置构件相反地作用的旁通节段，在本实施例中，压力信号提供用以沿两个纵向移动滑动套管所需的所有能量。在该实施例中，压力信号具有两个分量，即经由操作端口444的环空压力分量、以及经由操作端口407的管路压力分量。如图9所示，为了将滑动套管422从关闭位置操作到打开位置，在管路压力与环空压力之间必须具有正压差。为了将滑动套管422从打开位置操作到关闭位置，在环空压力与管路压力之间必须具有正压差。本实施例在井操作的处理阶段或者井操作的其他注入阶段期间尤其有益，其有益之处在于，处理流体将滑动套管422移位到打开位置并且能够绕过流动控制部件418，从而在处理操作期间使地层能够经历更大的流速和压力。一旦生产开始，由于环空压力将超过管路压力，所以滑动套管422会从打开位置移位到关闭位置。 [0049] 另外，可能期望的是确保滑动套管422并不从第一位置移位到第二位置，直到经过预定的时间为止。为了控制滑动套管422的第一操作，时间延迟机构450可被用来首先防止滑动套管422的运动，如图10中最佳地看见的，时间延迟机构450例如为可降解的聚合物元件、牺牲元件或相似的元件。在该实施例中，为了使滑动套管422能够在打开与关闭位置之间移位，时间延迟机构450必须被去除。例如，诸如井眼中的水或酸之类的流体或者井眼中的热量可被用来熔化或溶解时间延迟机构450的材料。除了控制滑动套管422的初始运动之外，可能还期望在滑动套管422的初始运动之后，防止滑动套管422运动。例如，一旦滑动套管422已经从阀关闭位置移位到阀打开位置，可能就期望防止滑动套管422返回到阀关闭位置。如图11中最佳地看见的，基管402包括多个齿460，并且滑动套管422包括多个配对齿462，一旦滑动套管422已经移位到阀打开位置，上述那些齿与配对齿就会配合以防止滑动套管422朝向阀关闭位置运动。虽然以上已经描述且图11中示出了特定类型的锁定构件，但本领域技术人员将认识到，其他类型的锁定构件，诸如卡环、弹簧加载棘爪以及相似物也可被替代性地使用，而不背离本发明的原理。 |
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