流控制装置和方法制造方法及图纸

提供一种流体流控制装置以及一种生产管柱和使用这种流体流控制装置的方法，该流体流控制装置用于在外部流体储存器和构成生产管柱的一部分的中心管之间建立可控制流体连通。流体流控制装置包括布置在流体控制装置壳体内部的主流动路径、副流动路径以及布置在主流动路径处和/或主流动路径内的可移动阀元件。副流动路径的入口与主流动路径的入口分开布置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】流控制装置和方法
本专利技术涉及对流入导管的流体的控制。更具体地，本专利技术涉及一种流体流控制装置，以及海底生产管柱和使用这种流体流控制装置的方法。本专利技术可用于控制从地下碳氢化合物储层到生产管柱的流体流动。
技术介绍
用于从地下储层生产碳氢化合物的油井(well)可以在多个方向上延伸穿过储层。传统上，通过钻垂直油井来进入储层。这是一种简单且直接的技术，但是每口油井的储层接触有限。因此，为了在每口油井中进入更多的储层，开发了用于钻探水平油井的技术和装置，即，在地表以下的预定深度处将油井从竖直转向水平。所谓的多边油井为储层提供了更大的进入通道并与之接触。从地下储层生产碳氢化合物的主要挑战是提高回收储层中存在的石油的能力。如今，在关闭油田之前，实际上只能开采和生产给定储层中的一部分石油。因此，有强烈的动机开发新技术以增加产量和石油采收。为了提高储层的产量和采收率，两个因素特别重要：获得最大的储层接触以及防止气体和/或水渗透/突破(通常称为“锥进(coning)”)的负面影响。通常通过钻许多水平和/或多边油井来实现储层接触。通常通过放置在生产管柱壁上的所谓的流入控制装置(ICD)来减轻锥进的负面影响。通常，水平油井中的生产管柱包括沿其整个长度以规则的间隔布置的大量ICD。ICD用作从储层流入生产管柱的石油的流入端口(通常经由生产管柱和油井层之间的环形空间)，并且是具有固定流动面积的端口。所谓的自主ICD(AICD)包含一个或多个阀元件，且通常在石油流过该装置时打开，但在水和/或气体进入该装置时和进入该装置处阻塞流动。生产管柱与衬套之间的环空通常通过环空封隔器分成区域，这是本领域已知的。然后在每个区域中放置一个或多个ICD或AICD。许多ICD在本领域中是已知的。ICD或AICD的相关实例可见于专利公开US5435393(布雷克(Brekke)等人)，US7857050B2(扎佐夫斯基(Zazovsky)等人)，US7823645B2(亨里克森(Henriksen)等人)，US2008/0041580A1(弗雷耶(Freyer)等人)，WO2008/004875A1(阿克雷(Aakre)等人)，US2011/0067878A1(阿德诺伊(Aadnoy))，US2008/0041582A1(塞特勒(Saetre)等人)，US2011/0198097A1(摩恩(Moen))，US2011/0308806A9(迪克斯特拉(Dykstra)等人)，US7918275B2(贝克休斯公司(BakerHughesInc))，US2009/0283275A1(贝克休斯公司)，US7819196B2(挪威水电公司(NorskHydroASA))。上述专利出版物具有以下一个或多个缺点：-石油的生产也受阻，这可能会在油井使用寿命的最初阶段导致大量的生产损失(桶/天)。-不想要的相(气体/水)在突破时既不会阻塞也不会关闭。-不想要的相(气体/水)在某种程度上会阻塞，尽管不会达到流入完全或接近完全停止的程度。-未表现出可逆性，也就是说，在石油再次开始流入油井中时，能够自动重新打开由于不想要的相进入而关闭的阀门。-挑战性地控制开/关。-在所需相的通量期间，主流中的高流动阻力。-无法以令人满意的方式管理恶劣的井况(高压、高温、结垢等)。在专利公开WO2013/139601A2中公开了克服所有上述缺点的现有技术AICD，其内容通过引用并入本文。现有技术的AICD包括主流动路径和被布置成与主流动路径流体连通的副流动路径。副流动路径还包括两个流体流限流器，其分别用作从腔室的流入端口和流出端口。两个流限流器被配置为产生不同的流体流特性。然而，WO2013/139601A2中公开的AICD存在一些缺点。副流动路径与主流动路径流体连通。这种配置需要在壳体内分配额外的空间，从而导致AICD的轴向长度更长。该配置还使得难以在流体入口处布置过滤器以防止在运行期间堵塞。这种堵塞是本领域中众所周知的问题。为了通过插入诸如多孔材料的流体流限流器来产生层流，还需要复杂的设计，很少或根本没有适应变化的流体粘度的可能性。另外，多孔材料通常具有小的开口，从而由于细小颗粒(小颗粒)而产生堵塞的高风险。本专利技术的目的是克服上述现有技术的缺点并获得进一步的优点。
技术实现思路
在主权利要求中阐述并表征了本专利技术，而从属权利要求描述了本专利技术的其他特征。因此，提供了一种流体流控制装置，其适合于在外部流体储存器和构成生产管柱的一部分的中心管之间建立流体流(F)的可控制流体连通。流体流控制装置包括布置在流体控制装置壳体的内部的主流动路径。主流动路径包括主流动路径入口以及主流动路径出口，主流动路径入口被配置为在运行期间将构成流体流(F)的一部分的主流体流(F0)从外部流体储存器至少部分地轴向引导至流体控制装置壳体中，主流动路径出口被配置为在运行期间将主流体流(F0)引导到中心管中。流体流控制装置还包括副流动路径和被布置在流体控制装置壳体内部，主流动路径处和/或主流动路径的内部的可移动阀元件。副流动路径，包括至少一个第一流体流限流器、至少一个第二流体流限流器和腔室(B)，至少一个第一流体流限流器被配置为产生从第一流体流限流器的上游的压力p1到第一流体流限流器的下游的压力p2的压力降低，至少一个第二流体流限流器被布置在第一流体流限流器的下游，并被配置为产生从第二流体流限流器的上游的压力p2到第二流体流限流器的下游的压力p3的压力降低，腔室(B)被布置在第一流体流限流器的下游和第二流体流限流器的上游。可移动阀元件被配置为当暴露于来自腔室(B)内的压力超过阈值压力时，至少部分地，优选地完全关闭主流体流(F0)的主流动路径。副流动路径还包括布置在流体控制装置壳体内的副流动路径入口，副流动路径入口优选在其进入壳体的入口处相对于主流动路径具有径向偏移。因此，副流动路径入口被配置为将构成流体流(F)的剩余部分的副流体流(f)从流体储存器引导到流体控制装置壳体中。如果在流体控制装置壳体的入口处，副流动路径相对于主流动路径径向偏移，则在运行中，来自外部流体储存器的流体流(F)会分成经由第一流体路径进入壳体的主流体流(F0)，和经由副流体路径进入壳体的副流体流(f)。当流体流(F)仅由主流体流(F0)和副流体流(f)组成时，主流体流(F0)构成每单位时间流体流(F)的主要部分，例如大于90％或大于95％。轴向和径向在此分别定义为垂直和平行于中心管的纵向的方向，即中心管内流体流的主方向。在有利的示例中，副流动路径入口被定向成使得副流体流(f)在运行期间轴向地或接近轴向地流入流体控制装置壳体。接近轴向表示与轴向可能存在偏差，例如与轴向的最大偏差为20度。在另一有利的示例中，第一流体流限流器被配置为产生层流或接近层流的流体流特性或湍流或接近湍流的流体流特性，而第二流体流限流器被配置为产生与第一流体流限流器产生的流体流特性不同的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流体流控制装置(100)，用于在外部流体储存器(120-122)和生产管柱(101)的中心管(102)之间建立流体流(F)的可控制流体连通，包括/n-被布置在流体控制装置壳体(8)内部的主流动路径(2)，所述主流动路径(2)包括/n主流动路径入口(1)，被配置为在运行期间从所述外部流体储存器(120-122)将主流体流(F

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180312 EP 18161256.51.一种流体流控制装置(100)，用于在外部流体储存器(120-122)和生产管柱(101)的中心管(102)之间建立流体流(F)的可控制流体连通，包括
-被布置在流体控制装置壳体(8)内部的主流动路径(2)，所述主流动路径(2)包括
主流动路径入口(1)，被配置为在运行期间从所述外部流体储存器(120-122)将主流体流(F0)轴向引导到所述流体控制装置壳体(8)中，其中，轴向和径向分别定义为垂直于和平行于所述中心管(102)的纵向的方向，以及
主流动路径出口(5)，被配置为在运行期间将所述主流体流(F0)引导到所述中心管(102)中，
-副流动路径(7)，包括第一流体流限流器(3)、第二流体流限流器(4)和腔室(B)，所述第一流体流限流器(3)被配置为产生从所述第一流体流限流器(3)的上游的压力p1到所述第一流体流限流器(3)的下游的压力p2的压力降低，所述第二流体流限流器(4)被布置在所述第一流体流限流器(3)的下游，并被配置为产生从所述第二流体流限流器(4)的上游的所述压力p2到所述第二流体流限流器(4)的下游的压力p3的压力降低，所述腔室(B)被布置在所述第一流体流限流器(3)的下游和所述第二流体流限流器(4)的上游，以及
-可移动阀元件(9)，被布置在所述流体控制装置壳体(8)内，并被配置为当暴露于来自所述腔室(B)内的压力超过阈值压力时，关闭流体流的所述主流动路径(2)，
其特征在于，
所述副流动路径(7)包括被布置在所述流体控制装置壳体(8)内的副流动路径入口(11)，其中，所述副流动路径入口(11)相对于所述主流动路径(2)具有径向偏移，并且其中，所述副流动路径入口(11)被配置为将副流体流(f)从所述流体储存器(120-122)引导到所述流体控制装置壳体(8)，
这样，在运行期间，所述流体流(F)被分为
经由所述第一流体路径(2)进入所述流体控制装置壳体(8)的所述主流体流(F0)以及
经由所述副流体路径(7)进入所述流体控制装置壳体(8)的所述副流体流(f)。


2.根据权利要求1所述的流体流控制装置(100)，其特征在于，所述副流动路径入口(11)被定向成在运行期间使得所述副流体流(f)轴向流入所述流体控制装置壳体(8)。


3.根据权利要求1或2所述的流体流控制装置(100)，其特征在于，所述流控制装置(100)还包括
-入口衬套(16)，被轴向布置在所述流控制装置壳体(8)内，用于引导所述主流体流(F0)穿过其中，以及
-第一环形盘(19)，被轴向布置在所述副流动路径入口(11)下方，所述第一环形盘(19)的中心开口围绕所述入口衬套(1，16)，
所述第一环形盘(19)包括
-沿着所述第一环形盘(19)的内部中心开口的圆周的轴向第一锁定边缘(19a)。


4.根据权利要求3所述的流体流控制装置(100)，其特征在于，所述第一环形盘(19)还包括
-沿着所述第一环形盘(19)的外圆周的轴向第二锁定边缘(19b)，所述轴向第二锁定边缘(19b)具有至少一个开口(19c)，所述开口(19c)被配置为在运行期间，将流过所述副流动路径入口(11)的所述副流体流(f)引导到所述流体流限流器(3，4)中。


5.根据前述权利要求中任一项所述的流体流控制装置(100)，其特征在于，所述流体流控制装置(100)还包括
-跨所述副流动路径入口(11)布置的过滤器(14)，用于在运行期间防止所述流体流(F)内的固态颗粒进入所述副流动路径(7)，同时允许所述主流体流(F0)未经过滤地流过所述主流动路径入口(1)。


6.根据前述权利要求中的任一项所述的流体流控制装置(100)，其特征在于，
所述第一流体流限流器(3)和所述第二流体流限流器(4)中的一个包括长度为L的管，且平均水力直径<DL>沿长度L平均，
其中，选择所述长度(L)和所述平均水力直径(<DL>)以实现从所述第一流体流限流器(3)和所述第二流体流限流器(4)中的一个流出的层流特性。


7.根据前述权利要求中的任一项所述的流体流控制装置(100)，其特征在于，
所述第一和第二流体流限流器(3)中的一个包括长度为L的管，以及在所述长度L上测得的平均水力直径<DL>，
其中，选择所述长度(L)和所述平均水力直径(<DL>)以获得所述长度L和所述平均水力直径<DL>之间的比率，从而导致所述流体流的雷诺数(RE)等于或小于4000，所述雷诺数定义为



其中
Q为体积流速Q(m3/s)，
<AL>是所述长度L上的平均横截面湿面积(m/s)，
<DL>是所述长度L上的平均水力直径(m)
ρ是流体流速的密度(kg/m3)以及
μ是动态流体粘度(kg/m·s)。
<...

【专利技术属性】
技术研发人员：维达·马蒂森，哈瓦尔德·阿克雷，比约纳·威尔斯维克，
申请(专利权)人：英孚罗控制股份有限公司，
类型：发明
国别省市：挪威;NO