井下流動控制裝置的制作方法
本發明涉及一種用于控制流體從井孔向井管結構中和/或從井管結構向井孔中的流動的井下流動控制裝置。此外，本發明涉及一種井下系統。
背景技術：
當閥、壓裂端口和入流控制裝置布置作為井下井管結構的一部分時，經常發生的情況是，水垢和雜物不斷地沉積在所述閥、端口和裝置的開口中。特別地，這在井管結構的內部發生，導致開口中的流動面積降低并且在一些情況下甚至導致流動停止，致使所述閥、端口和裝置不能正常起作用。
此外，隨著水垢和雜物在閥、端口和入流控制裝置的開口中不斷沉積，可能會損壞布置成與開口連接的密封元件，并且甚至在希望它們被關閉的情況下，這可能不利地導致閥、端口或裝置的泄漏。
技術實現要素：
本發明的一個目的是完全或部分地克服現有技術中的上述缺點和不足。更特別地，一個目的是提供一種改進的井下流動控制裝置，其能夠使水垢和雜物沉積的風險最小化并因而有利于該流動控制裝置的打開和關閉。
從下面的描述中將變得顯而易見的上述目的以及眾多的其它目的、優點和特征由根據本發明的方案來實現，即通過用于控制流體從井孔向井管結構中和/或從井管結構向井孔中的流動的井下流動控制裝置來實現，該井下流動控制裝置包括：
-具有軸向軸線并適于安裝為井管結構的一部分的基礎管結構，該基礎管結構具有第一開口；
-布置在該基礎管結構中的第一套筒，該第一套筒具有第一套筒部件和具有第二開口的第二套筒部件，并且該第一套筒適于沿所述軸向軸線滑動以使所述第一開口與所述第二開口至少部分地對準，
其中，第二套筒至少部分地布置在所述第二套筒部件與所述基礎管結構之間，以及
接合元件布置用于在第一位置上與所述第二套筒部件的凹部接合并用于在第二位置上與所述第二套筒部件的凹部脫接。
所述第二套筒可在第一位置上與所述第二套筒部件接合并且在所述第二位置上與所述第二套筒部件脫接。
所述第一位置可以是所述井下流動控制裝置的初始位置。
此外，所述第二套筒可具有通孔，所述接合元件布置在所述通孔中。
進一步地，所述基礎管結構可具有沿軸向軸線延伸的細長的突起，該細長的突起用于將接合元件擠壓成與第二套筒接合，直至到達所述第二位置。
并且，所述基礎管結構可具有用于在第二位置處接納接合元件的凹口。
此外，所述井下控制裝置可構造成通過所述第一套筒和所述第二套筒在沿所述軸向軸線的第一方向上的運動來打開所述第一開口并且通過所述第一套筒和第二套筒在第二方向上的運動來關閉所述第一開口，所述第二方向是沿所述軸向軸線的、相對于所述第一方向的相反方向。
所述凹口可具有第一凹口端部和第二凹口端部，該第二凹口端部最靠近所述第一開口，所述第一凹口端部具有傾斜的第一端面且第二凹口端部具有第二端面，該第二端面沿與所述軸向軸線大致垂直的方向延伸。
此外，所述第二套筒可在所述接合元件與所述凹口接合并抵接所述第二端面時被阻止滑動通過所述第一開口。
此外，所述凹口的傾斜的第一端面可構造成通過隨著所述第二套筒沿所述第二方向的運動使接合元件從所述凹口向上滑動而使所述接合元件與所述凹口脫接。
此外，所述接合元件可以是彈簧加載的。
所述接合元件可以是彈簧加載的彈性擋圈。
此外，所述接合元件可包括彈簧。
所述彈簧可以是葉片彈簧。
并且，所述井下流動控制裝置可包括多個接合元件。
上述井下流動控制裝置還可包括第一密封元件和第二密封元件，所述第一密封元件在所述第一開口的第一側布置在所述基礎管結構上的第一周向槽中并且所述第二密封元件在所述第一開口的第二側布置在所述基礎管結構上的第二周向槽中，所述第二側與所述第一側相反。
此外，所述密封元件可以是人字形密封件。
此外，所述第一密封元件可布置在所述第一套筒部件與所述基礎管結構之間，而所述第二密封元件可在所述第一位置上布置在所述第一套筒部件與所述基礎管結構之間并且在第二位置上布置在所述第二套筒與所述基礎管結構之間。
所述第二套筒部件可包括多個第二開口。
此外，所述第一套筒部件和所述第二套筒部件可制成為一個套筒。
進一步地，所述第一套筒部件可以是第三套筒，所述第三套筒可與所述第二套筒部件連接。
此外，所述第三套筒可布置在所述第二套筒部件與所述基礎管結構之間。
所述第一套筒部件可具有第一端部和第二端部，并且所述第二套筒可具有第一端部和第二端部，在所述第一位置上，所述第一套筒部件的第一端部抵接所述第二套筒的第二端部。
并且，當所述第二套筒被阻止沿第一方向運動且所述第一套筒部件繼續運動通過所述第一開口時，在所述第二套筒的第二端部與所述第一套筒部件的第一端部之間可形成間隙，借此通過所述間隙而在所述第一開口與所述第二開口之間提供流體連通。
此外，所述第二套筒部件可具有內表面和在所述內表面上的用于與井下工具的鍵工具接合的凹槽。
此外，所述基礎管結構可由至少兩個管結構區段安裝而成。
此外，所述第一開口可以小于所述第二開口。
所述流動控制裝置可以是壓裂端口或入流控制裝置或閥。
進一步地，所述開口可以是通孔。
本發明還涉及一種用于控制流體從井孔向井管結構中和/或從井管結構向井孔中的流動的井下系統，該井下系統包括：
-井管結構；以及
-上述井下流動控制裝置。
上述井下系統還可包括環狀屏障，所述環狀屏障包括：
-適于安裝為井管結構的一部分的管狀部件，該管狀部件具有外表面；
-可膨脹的套筒，該可膨脹的套筒圍繞該管狀部件并具有面向所述管狀部件的套筒內表面和面向所述井孔的壁部的套筒外表面，所述可膨脹的套筒的每個端部均與該管狀部件連接；以及
-在該可膨脹的套筒的套筒內表面與該管狀部件之間的環形空間。
此外，所述環狀屏障可以是第一環狀屏障并且上述系統還可包括第二環狀屏障，所述第一環狀屏障和所述第二環狀屏障適于在井下于所述井管結構與所述井孔或另一井管結構的壁部之間的環空中膨脹以在所述第一環狀屏障與第二環狀屏障之間提供生產區域的區域隔離，所述井下流動控制裝置對著所述生產區域布置。
此外，所述可膨脹的套筒的一個或兩個端部可借助連接部件與所述管狀部件連接。
此外，所述可膨脹的套筒可由金屬制成。
此外，所述管狀部件可由金屬制成。
進一步地，可在所述管狀部件上設置開口。
此外，可在所述連接部件與所述管狀部件之間或者在所述可膨脹的套筒的端部與所述管狀部件之間設置密封機構。
此外，所述環形空間可包括第二套筒。
所述井下系統可包括多個流動控制裝置。
附圖說明
下面將參考后附的示意圖更詳細地描述本發明及其許多優點，所述示意圖出于示例目的僅示出了一些非限制性的實施例，其中：
圖1-3以截面圖示出了在不同位置上的根據本發明的井下流動控制裝置；
圖4-5示出了處于在凹部中的接合位置和處于脫接位置上接合元件的局部放大的截面視圖；
圖6以截面圖示出了另一井下流動控制裝置；以及
圖7示出了井下系統。
所有的附圖是高度示意性的，未必按比例繪制，并且它們僅示出了闡明本發明所必需的那些部件，省略或僅暗示了其它部件。
具體實施方式
圖1以截面視圖示出了根據本發明的井下流動控制裝置1的一個實施例。該井下流動控制裝置1適于控制流體從井孔2向井管結構10中和/或從井管結構10向井孔2中的流動。
井下流動控制裝置1包括基礎管結構3，該基礎管結構具有軸向軸線4并適于安裝為井管結構10的一部分，該基礎管結構3具有第一開口5。該第一開口5對著井孔2布置。井下流動控制裝置1還包括布置在基礎管結構3中的第一套筒6。第一套筒6具有第一套筒部件7和具有第二開口9的第二套筒部件8。第一套筒6適于沿軸向軸線4滑動以使第一開口5與第二開口9至少部分地對準，從而在井孔2與井管結構10的內部11之間提供流體連通。因此，井下控制裝置1被構造成通過第一套筒6和第二套筒12在沿軸向軸線4的第一方向上的運動來打開第一開口5并且通過第一套筒6和第二套筒12在第二方向上的運動來關閉第一開口5，該第二方向是沿軸向軸線4的、相對于第一方向的相反方向。
此外，第二套筒12至少部分地布置在第二套筒部件8和基礎管結構3之間，并且布置有接合元件13，用于在第一位置接合第二套筒部件8的凹部14，該第一位置為在圖1中所示的位置。在該第一位置上，該第一開口和第二開口未對準且該井下流動控制裝置1處于其不允許井筒流體流入井管結構中的關閉位置。接合元件13還適于在第一和第二套筒6、12已沿軸線4相對于基礎管結構滑動時的第二位置上與第二套筒部件8的凹部14脫接。圖2和3中示出了該第二位置。
當接合元件13接合在第二套筒部件8的凹部14中時，第二套筒12將隨第一套筒6一起沿軸向軸線4滑動，直至接合元件13與凹部14脫接，從而導致第一套筒6能在第二套筒12不跟隨的情況下沿軸向軸線4進一步滑動。
該井下流動控制裝置1處于其關閉位置時，該第一和第二套筒彼此抵接，防止了水垢或雜物的沉淀，因為在第一和第二套筒之間不存在供水垢或雜物沉淀的開口。因此，當兩開口對準時水垢和其它雜物沉積在開口中并因而最大限度地減小或甚者停止經由開口的流動可能性的缺陷得以消除。
此外，井下流動控制裝置1還包括第一密封元件22和第二密封元件23。該第一密封元件22在第一開口5的第一側布置在基礎管結構3的內表面上的第一周向槽24中。第二密封元件23在第一開口5的第二側布置在基礎管結構3上的第二周向槽25中，其中，該第二側與該第一側相反。優選地，密封元件22、23是人字形密封件。
第一密封元件22布置在第一套筒部件7與基礎管結構3之間。第二密封元件23在第一位置上布置在第一套筒部件7與基礎管結構3之間(如在圖1中所示)，并且在第二位置上布置在第二套筒12與基礎管結構3之間(如在圖3中所示)。由于第一套筒和第二套筒在通過第二密封元件時彼此抵接，最大程度地降低了損壞密封元件的風險，并且因此維持住它們的密封性能，因為在該第二套筒已通過第二密封元件23之前，不會形成開口。
圖1的實施例示出了第一套筒部件7和第二套筒部件8是兩個單獨的元件。第一套筒部件7具有第一厚度t1,1和第二厚度t1,2，該第二厚度大于該第一厚度。在該第一厚度與該第二厚度之間布置有第一壁部15。該第一厚度位于最靠近第二套筒12處。
以相同的方式，第二套筒部件8具有第一厚度t2,1和第二厚度t2,2，該第一厚度大于該第二厚度。第二開口9就位于第二套筒部件8的具有第一厚度t2,1的部分上。在第一厚度t2,1與第二厚度t2,2之間布置有第二壁部16。第一壁部15和第二壁部16彼此相對地就位，它們之間的距離限定出腔室17，如在圖1中所示。在所示實施例中，第二套筒部件8能夠在第二壁部16抵接第一壁部之前獨立于第一套筒部件7地沿軸向軸線4滑動。這將在下文中結合圖2和3進一步描述。
此外，第一套筒部件7具有第一端部18和第二端部19并且第二套筒12具有第一端部20和第二端部21，在圖1中示出的第一位置上，第一套筒部件7的第一端部18抵接第二套筒12的第二端部21。借此，第二套筒12可在第二套筒部件8通過接合元件13連接至第二套筒12且第二套筒部件8沿軸向軸線4運動時幫助第一套筒部件7的滑動。
在圖1中，第一套筒部件7是抵接第二套筒部件8的第三套筒7，第一套筒部件7和第二套筒部件8仍能相對彼此滑動。第三套筒7布置在第二套筒部件8與基礎管結構3之間。
圖1的第二套筒12具有通孔26，接合元件13布置在該通孔中。接合元件13具有大于第二套筒12的厚度的長度。通孔26遠大于接合元件13的寬度，從而彈簧27可與接合元件13相連地布置。彈簧27向接合元件13施加朝向基礎管結構3的力，借此當接合元件13與第二套筒部件8上的凹部14接合時該接合元件13是彈簧加載的并且一旦接合元件13能沿徑向方向遠離軸向軸線4地運動，該接合元件13便會與凹部14脫接。在圖1中，彈簧27是葉片彈簧；然而，可使用其它彈簧例如像圍繞接合元件13布置的螺旋彈簧。
基礎管結構3具有對著第二套筒12布置的凹口28。凹口28適于在圖2和3所示的第二位置處接納接合元件13。因此，當套筒6、12沿軸向軸線4滑動時，接合元件13維持與凹部14接合，直至其達到凹口28，導致彈簧加載的接合元件13沿徑向方向受力，因此通過與凹口28接合而與凹部14脫接。
參見圖5，凹口28具有第一凹口端部70和第二凹口端部71，第二凹口端部71最靠近第一開口(在圖5中未示出)。第一凹口端部71具有傾斜的第一端面73且第二凹口端部71具有第二端面74，該第二端面沿與軸向軸線4大致垂直的方向延伸。凹口28的傾斜的第一端面73構造成通過在第二套筒12沿第二方向的運動期間使接合元件13經傾斜的第一端面73從凹口28向上滑動而使接合元件13與凹口28脫接。
此外，參考圖1，第二套筒部件8具有內表面29和在內表面29上的用于與井下工具的鍵工具(未示出)接合的至少一個凹槽30。在圖1中，第二套筒部件8具有第一端部31和第二端部32，并且在每個端部上布置有凹槽30。在第二套筒部件8的第一端部31處，內側凹槽33設置在第二套筒12與第一端部31之間，致使第二套筒部件8能夠在接合元件13已與第二套筒部件8的凹部14脫接時相對于第二套筒12運動。
在圖1所示的井下流動控制裝置1的截面圖中，僅示出了一個接合元件13。然而，可在該井下流動控制裝置中設置多個接合元件13。
該第一、第二和第三套筒和第一和第二套筒部件可由金屬制成。
在圖2中，圖1的井下流動控制裝置1的第一套筒6示出處于中間位置，該中間位置是第二套筒的第二位置。
在圖3中，井下流動控制裝置1的第一套筒6被示出處于第三位置和井下流動控制裝置1的打開位置，在該打開位置，所述第一和第二開口對準。
在該中間第二位置，第一和第二套筒部件7、8和第二套筒12已向右運動至接合元件13已達到凹口28，借此，接合元件13與第二套筒部件8的凹部14脫接并同時與凹口28接合。
在該中間位置，第二套筒12的第二端部21仍與第一套筒部件7的第一端部18抵接，借此第二套筒已將第一套筒部件7推至該位置。第二套筒12的第二端部21大致布置于第一開口5處。事實上，當接合元件13與凹口28接合并抵接凹口28的第二端面74時，阻止了第二套筒12滑動通過第一開口5。在該中間位置，第二密封元件23對著第二套筒12布置。
在圖2中示出的中間位置上，第一開口5未與第二套筒部件8的第二開口9對準，從而未在井孔2與井管結構10之間提供流體連通。
在圖3中，井下流動控制裝置1被示出處于第三位置，其中，第一開口5與第二開口9對準，從而在井孔2與井管結構10之間提供了流體連通。
如在圖3中所示，當第二套筒12被阻止沿第一方向運動時，由于接合元件13抵接凹口的第二端面且第一套筒部件7繼續運動通過第一開口5，在第二套筒12的第二端部21與第一套筒部件7的第一端部18之間形成間隙80，借此，通過間隙80而在第一開口5與第二開口9之間提供流體連通。
參見圖2中示出的中間位置，第二套筒部件8已與第二套筒12脫接并已進一步向右運動。接合元件13已與凹口28接合，借此，如上所述，第二套筒12被阻止進一步向右運動。
當第一套筒的第二套筒部件8在第二套筒12不沿軸向軸線運動的情況下沿軸向軸線運動時，第二套筒部件的壁部16將會在一小段距離之后抵接第一套筒部件7的壁部15，借此第二套筒部件8將推動第一套筒部件7。因此，第一套筒部件7將開始沿遠離第二套筒12的方向運動，并從而會在第二套筒12與第一套筒部件7之間提供一距離。此外，第二開口9也將朝向第一開口5的位置運動并且這兩個開口隨后將對準，從而提供在井孔2與井管結構10之間的流體連通。當沿遠離第二套筒的方向移動該第一套筒時，在它們之間形成周向開口，并且當第二開口9對準該第一開口5時，這兩個開口也與套筒6、12之間的周向開口對準。
此外，第二套筒部件8的第一端部31已通過最小化內側凹槽33而朝向第二套筒12運動。在圖3中，第一端部31抵接第二套筒12的朝向第二套筒部件8的第一端部31的端部。
在圖1-3中，第一開口5和第二開口9具有沿軸向軸線4基本相同的寬度。然而，在圖6中，第二開口9具有大于第一開口5的寬度，從而如果水垢或雜物沉淀，則該第二開口僅被最小化，但不會最小化至小于第一開口5。
盡管未示出，但第二套筒部件8可包括多個第二開口，并且基礎管結構3也可包括多個第一開口。
在圖4中，接合元件13的局部放大圖被示出接合在第二套筒部件8的凹部14中。在該位置上，第二套筒12與第二套筒部件8連接并從而在第二套筒部件8運動時跟隨該第二套筒部件8。
接合元件13包括第一元件部分35和第二元件部分36。第一元件部分35具有比第二元件部分36更大的寬度，這限定出在兩個元件部分35、36之間的突出部37。該突出部適于接納彈簧27，從而彈簧27向突出部37施力以便沿徑向向外的方向和遠離凹部14的方向迫壓接合元件13，該徑向向外的方向在圖4中是向上的方向。然而，基礎管結構3的壁部阻止了接合元件13與凹部的脫接。
在圖5中，第二套筒部件8已運動至圖2中所示的第二位置，其中，接合元件13對著基礎管結構3上的凹口28就位。在該位置處，彈簧27將接合元件13徑向向外地迫壓至凹口28中并從而該接合元件13與凹部14脫接。因此，脫開了第二套筒12與第二套筒部件8之間的連接，借此第二套筒部件8可獨立于第二套筒12運動，并且之后第二套筒12相對于基礎管結構3被牢固定位，因為接合元件13已經接合在凹口28中。
當應結束井孔與井管結構之間的流體連通時，以相反的順序執行上述流體連通措施。
盡管未示出，但基礎管結構可由至少兩個管結構區段安裝而成。
在圖6中，第一套筒部件7和第二套筒部件8被制成為一個套筒6。除了第一套筒部件7和第二套筒部件8不能獨立于彼此運動之外，將基礎管結構3上的第一開口5與第二套筒部件8上的第二開口9對準以提供井孔2與井管結構10之間的流體連通的程序以與上述針對圖1-3中所示的實施例描述的程序基本相同的方式執行。井下流動控制裝置1可布置在井管結構10的內側凹槽或腔室中，如在圖6中所示。
此外，該基礎管結構可具有沿軸向軸線延伸的細長的突起，該細長的突起用于將接合元件擠壓成與第二套筒和第二套筒部件接合，直至到達第二位置，并且之后，該細長的突起終止并且該接合元件與第二套筒部件脫接。并且，該接合元件可以是彈簧加載的彈性擋圈。
根據本發明的流動控制裝置1可以是壓裂端口或入流控制裝置或閥。
圖7示出了用于從井下儲層40生產含烴流體的井下系統100。井下系統100包括井管結構10，該井管結構具有用于將井筒流體引導至地面的內部41。
井下系統100包括第一環狀屏障50和第二環狀屏障51，用以在所述兩個環狀屏障膨脹時隔離出生產區域101。每個環狀屏障包括適于借助螺紋安裝為井管結構10的一部分的管狀部件52、圍繞該管狀部件的可膨脹的金屬套筒53以及在該可膨脹的套筒的套筒內表面與該管狀部件之間的環形空間54。可膨脹的金屬套筒53具有面向管狀部件的套筒內表面55和面向井孔2的壁部57的套筒外表面56，可膨脹的套筒的每個端部均與管狀部件連接，這在可膨脹的套筒膨脹時提供隔離屏障。
井下系統100還包括井下流動控制裝置1，該井下流動控制裝置1安裝為井管結構10的一部分并且對著生產區域101布置在第一環狀屏障和第二環狀屏障之間，以用于控制流體從井孔2向井管結構10中和/或從井管結構10向井孔2中的流動。
流體或井筒流體是指存在于油井或氣井井下的任何類型的流體，如天然氣、石油、油基泥漿、原油、水等。氣體是指存在于井、完井、或裸井中的任何類型的氣體組分，并且油是指任何類型的油組分，例如原油，含油流體等。氣體、油和水流體可因此均分別包括除氣體、油和/或水之外的其它元素或物質。
套管、生產套筒或井管結構是指井下使用的與石油或天然氣生產有關的任何類型的管、管道、管結構、襯管、管柱等。
在該工具不是完全浸沒入套管中的情況下，井下牽引器可用來推動所述工具完全進入井中的位置。井下牽引器可具有帶輪子的可突伸的臂部，其中，輪子接觸套管的內表面，用于在套管內推進該牽引器和該工具前進。井下牽引器是能夠在井下推動或拉動工具的任何類型的驅動工具，例如Well
盡管上面已經結合本發明的優選實施例對本發明進行了描述，但在不背離如下面的權利要求所限定的本發明的情況下可想到的若干變型對本領域技術人員來說將是顯而易見的。
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