[发明专利]差压开关操作的井下流体流动控制系统

说明书

井下流体流动控制系统包括流体控制模块，该流体控制模块具有上游侧、下游侧和主流体路径，主流体路径与感应路径平行，主流体路径和感应路径均在上游侧和下游侧之间延伸。布置在主流体路径内的阀元件具有打开位置和关闭位置。包括粘度敏感通道的粘度鉴别器形成感应路径的至少一部分。用于打开和关闭阀元件的差压开关包括来自上游侧的第一压力信号、来自下游侧的第二压力信号和来自感应路径的第三压力信号。第三信号的大小取决于流过感应路径的流体的粘度，使得流体的粘度操作差压开关，从而控制流过主流体路径的流体。

技术领域

本公开总体上涉及与井下生产和注入中实施的操作连同使用的设备，尤其涉及一种响应于基于粘度的差压开关而进行操作的井下流体流动控制系统和方法。

背景技术

在穿过含烃地下岩层完成井的过程中，生产油管和各种完井设备安装在井中，以便确保安全和有效地生产地层流体。例如，为了控制生产流体进入生产管道的流速，通常的做法是在管柱内安装来流流动控制系统，管柱包括一个或多个流入控制装置，例如流管、喷嘴、辅助通道或其他曲折路径装置。通常，基于设计，流经这些流入控制装置的生产流量在安装之前是固定的。

然而，已经发现，由于地层压力的变化和地层流体成分在井的流速的变化，可能需要调整流入控制装置的流量控制特性，特别是，可能需要在不需要修井的情况下调整流量控制特性。此外，对于特定的完井，如水平生产段很长的水平完井设备，可能需要独立地控制生产流体流入每个生产段。

已尝试通过使用自主流入控制装置来实现这些结果。例如，特定自主流入控制装置包括一个或多个阀元件，其响应于期望流体(如油)的流动而完全打开，但响应于不期望流体的流体(如水或气体)的流动而限制生产。然而，已经发现，结合当前自主流入控制装置的系统受到下列限制中的一个或多个：偏压装置的疲劳失效；复杂部件或复杂结构的失效；对微小流体性质差异(如轻质油粘度对水粘度)的敏感性缺乏；和/或由于为了进行操作而需要大量流体或需要流过主流动通道的流体而不能高度限制或关闭不需要的流体流动。

因此，需要一种井下流体流动控制系统，该系统可操作以独立地控制来自多个生产段的生产流体的流入，而无需由于特定生产段中产生的流体的组分随时间改变而进行修井。此外，对于这样的井下流体流动控制系统，需要具有响应于微小流体性质差异而操作的灵敏度。此外，对于这样的井下流体流动控制系统，需要可操作地限制或切断通过主流通道产生的不必要的流体流动。

发明内容

在第一方面，本公开涉及井下流体流动控制系统包括流体控制模块，该流体控制模块具有上游侧、下游侧和主流体路径，主流体路径与感应路径平行，主流体路径和感应路径均在上游侧和下游侧之间延伸。布置在主流体路径内的阀元件具有打开位置和关闭位置。包括粘度敏感通道的粘度鉴别器形成感应路径的至少一部分。用于打开和关闭阀元件的差压开关包括来自上游侧的第一压力信号、来自下游侧的第二压力信号和来自感应路径的第三压力信号。第三信号的大小取决于流过感应路径的流体的粘度，使得流体的粘度操作差压开关，从而控制流过主流体路径的流体。

在一些实施例中，阀元件可具有第一、第二和第三区域，使得第一压力信号作用在第一区域上，第二压力信号作用在第二区域上，第三压力信号作用在第三区域上。在这样的实施例中，差压开关响应于第一压力信号乘以第一区域加上第二压力信号乘以第二区域(P₁A₁+P₂A₂)与第三压力信号乘以第三区域(P₃A₃)之间的差而操作。在特定实施例中，粘度鉴别器可以是粘度鉴别盘。在这样的实施例中，主流体路径还可以包括穿过粘度鉴别盘的至少一个径向通道。此外，在这样的实施例中，粘度敏感通道还可以包括粘度鉴别器的曲折路径，例如形成在粘度鉴别器的表面上的曲折路径或者穿过粘度鉴别器形成的曲折路径。在一些实施例中，曲折路径还可以包括至少一个圆周路径和/或至少一个方向路径的反转。