[发明专利]用于引导流体控制系统中流体流动、具有可动的根据密度驱动的分流器的自主流体控制组件

说明书

技术领域

本发明涉及自主控制流过某一系统的流体流动的装置和方法，其使用响应于流体密度变化而移动的根据密度驱动的分流器，以在流动控制组件中限制通过流体控制通道的流动。

背景技术

在横过蕴藏碳氢化合物的地下地层的井的完成过程中，生产管道和各种设备安装在该井中，以能安全和有效地生产流体。例如，为了防止从未固结或疏松固结的地下地层中产出颗粒材料，某些竣工井包括靠近所要生产层段定位的一个或多个沙控筛网。在其它的完成的井中，为了控制流入生产管道内的生产流体的流量，普通的做法是安装一个或多个带有完井管柱的进流控制装置。

从任何给定生产管道段中进行生产，通常可具有多种流体组分，诸如天然气、油和水，使得生产出的流体随着时间推移而改变其成分比例。由此，随着流体组分比例变化，流体流动特性同样也在变化。例如，当生产流体具有较高比例的天然气量时，较之于生产流体具有比例上较高的油量时，流体粘度将会降低，而流体密度将会变小。通常希望减少或阻止生产不希望的成分。例如，在产油井中，可要求减少或去除天然气的产量，而使油产量最大化。尽管为了根据要求来控制流体的流动而使用了各种向下钻进工具，但仍然需要有一种用以控制流体进流的流动控制系统，其在各种流动情况下都是可靠的。此外，还需要一种自主地操作的流动控制系统，即，响应于变化的向下钻进工况自主地进行操作，无需来自于地面操作人员的信号。此外，还需要不移动机械零件的流动控制系统，机械零件在井中不利的条件下常会损坏，包括来自于流体中沙的侵蚀作用。对于注入井情况来说，其使流体流入而不是从地层中流出，会出现类似的问题。

发明内容

本发明涉及自主控制流体流动的装置和方法，其在流动控制组件的一个或多个流体控制通道中使用了可动的、根据密度驱动的分流器。提供一种装置用于自主地控制地下井中的流体流动，流体的密度随时间推移而变化。该装置的一个实施例具有涡流室、涡流出口以及进入涡流室的第一和第二流动入口。流入入口的流动由流体控制系统引导，该系统具有第一和第二通道，该第二通道用以在流体流出第一通道时控制流体的流动。定位在第二通道内的可动的流体分流器响应于流体密度变化而移动，以限制通过第二通道的流体流动。当通过第二通道的流体流动不受限制时，该流体冲击或引导流出第一通道的流体，而使之流入涡流室选定入口内。当流动在第二通道内受限制时，流出第一通道的流体流动被引导到涡流组件中的另一替换的入口。

因此，流体密度变化自主地运行着根据密度驱动的分流器，分流器交替地限制通过第二通道的流动和允许流动通过第二通道。来自第二通道的流体流动又引导来自第一通道的流体流动进入涡流室形成大致离心的流动或形成大致径向流动，在形成离心流动时，横过涡流组件的流动受到限制，在形成大致径向流动时，横过涡流组件的流动相对地不受限制。因此，诸如油那样理想的流体可被选定相对自由地流过装置，而诸如水那样不希望的密度不同的流体可相对地受到限制。

提出流体分流器的几个实施例。可动的流体分流器可围绕其纵向轴线、径向轴线转动，可在定位在通道内或沿着通道的腔室内上浮和下沉等。该可动的分流器有预选的有效密度，其在预选密度的流体中有浮力。流体分流器可通过偏置构件朝向某一位置偏置，以达到要求有效的密度。

附图说明

为了更完整地理解本发明的特征和优点，现参照连同附图的对发明的详细描述，在附图中，不同图中对应的附图标记表示对应的零件，附图中：

图1是井系统的示意图，该井系统包括多个根据本发明实施例的自主流体流动控制系统；

图2是筛网系统和本发明的自主流体控制系统的实施例的侧视剖视图；

图3是自主流体控制系统的平面图，该自主的流体控制系统具有根据本发明实施例的流动控制组件和涡流组件；

图4是自主流体控制系统的平面图，该自主的流体控制系统具有根据本发明实施例的流动控制组件和涡流组件；

图5是根据本发明实施例的处于打开位置的、局部剖示的示范流体分流器组件的正视图；

图6是如图5的但处于关闭位置的、局部剖示的示范流体分流器组件的正视图；

图7是具有转动分流器的流体分流器组件的另一实施例的立面图；

图8是图7的流体分流器组件的一端部的分解详图；

图9是定位在通道内且处于关闭位置中的图7所示实施例的正视图；

图10是定位在通道内且处于打开位置中的图9所示实施例的正视图；

图11是图7中重力选择器的详细剖视图；