使用離心式切換器的用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置制造方法
【專利摘要】根據(jù)一實(shí)施例，一種用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置包括：流體室；第一出口；第二出口；第一出口流體通道，其中第一出口流體通道操作性地連接至第一出口；以及第二出口流體通道，其中第二出口流體通道操作性地連接至第二出口；其中流體繞該室的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，而且其中流經(jīng)第一出口流體通道的流體與流經(jīng)第二出口流體通道的流體在第一出口和第二出口的下游點(diǎn)處會(huì)合。根據(jù)另一實(shí)施例，一種用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置包括：傳感器；第一出口，連接至傳感器；第二出口，連接至傳感器；第一出口流體通道；以及第二出口流體通道；其中隨著流體的相位的總數(shù)增大，傳感器將流體的至少第一相引導(dǎo)至第一出口流體通道內(nèi)，并將流體的至少第二相引導(dǎo)至第二出口流體通道內(nèi)，其中流經(jīng)第一出口流體通道的流體與流經(jīng)第二出口流體通道的流體在第一出口和第二出口的下游點(diǎn)處會(huì)合。
【專利說明】使用離心式切換器的用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]提供一種用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置。在某些實(shí)施例中，該裝置基于流體的密度或粘度來引導(dǎo)流體。根據(jù)一實(shí)施例，該裝置用于流量調(diào)節(jié)器中。根據(jù)另一實(shí)施例，該流量調(diào)節(jié)器用于地層中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]根據(jù)一實(shí)施例，用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置包括:流體室；第一出口 ；第二出口 ；第一出口流體通道，其中第一出口流體通道操作性地連接至第一出口 ；以及第二出口流體通道，其中第二出口流體通道操作性地連接至第二出口 ；其中流體繞該室的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)流動(dòng)；而且其中流經(jīng)第一出口流體通道的流體與流經(jīng)第二出口流體通道的流體在第一出口和第二出口的下游點(diǎn)會(huì)合。
[0003]根據(jù)另一實(shí)施例，取決于流體的至少一個(gè)特性，流體較靠近該室的外側(cè)部、較靠近該室的中心、或較靠近該室的外側(cè)部而且較靠近中心旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。至少一個(gè)特性可以是密度或粘度。
[0004]根據(jù)另一實(shí)施例，用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置包括:傳感器；第一出口，連接至傳感器；第二出口，連接至傳感器；第一出口流體通道，其中第一出口流體通道操作性地連接至第一出口 ；以及第二出口流體通道，其中第二出口流體通道操作性地連接至第二出口 ；其中隨著流體的相位的總數(shù)增大，傳感器將流體的至少第一相引導(dǎo)至第一出口流體通道內(nèi)，并將流體的至少第二相引導(dǎo)至第二出口流體通道內(nèi)，其中流經(jīng)第一出口流體通道的流體與流經(jīng)第二出口流體通道的流體在第一出口和第二出口的下游點(diǎn)會(huì)合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]若結(jié)合附圖考慮，則某些實(shí)施例的特征和優(yōu)點(diǎn)將更容易理解。附圖不應(yīng)被解釋為限制任何優(yōu)選實(shí)施例。
[0006]圖1是用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置的示意圖。
[0007]圖2A和圖2B示出流體在裝置的室內(nèi)沿兩個(gè)不同方向的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。
[0008]圖3是包括用于引起該室內(nèi)的流體的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的流體引導(dǎo)器的裝置的示意圖。
[0009]圖4是包括一個(gè)用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置和旁路通道的系統(tǒng)的示意圖。
[0010]圖5是包括兩個(gè)用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置的系統(tǒng)的示意圖。
[0011]圖6是包括兩個(gè)用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置和旁路通道的系統(tǒng)的示意圖。
[0012]圖7示出的是包含至少一個(gè)流量調(diào)節(jié)器的井系統(tǒng)，該流量調(diào)節(jié)器包括用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如本文使用的，術(shù)語“包括”、“具有”、“包含”及其所有的文法變型，每個(gè)均旨在表示不排除附加的元件或步驟的開放式非限制性的意思。[0014]應(yīng)理解，如本文使用的，“第一”、“第二”、“第三”等是任意指定的，并僅僅旨在視具體情況而在兩個(gè)或更多個(gè)通道、裝置等之間進(jìn)行區(qū)分，而且不表明任何順序。此外應(yīng)理解，僅僅使用術(shù)語“第一”并非必須要有任何“第二”，僅僅使用術(shù)語“第二”并非必須要有任何
“笛二”坐
——^ 寸ο
[0015]如本文使用的，“流體”是具有連續(xù)相的物質(zhì)，趨向流動(dòng)并在71 T (22°C)的溫度和一個(gè)大氣壓“atm”(0.1兆帕“MPa”)的壓力條件下測試時(shí)與容器的輪廓一致。流體可以是液體或氣體。同質(zhì)流體只有一個(gè)相，然而非均質(zhì)流體具有多于一個(gè)的不同的相。流體的物理屬性之一是密度。密度是物質(zhì)的每單位體積的質(zhì)量，通常以磅每加侖(PPg)或千克每升(kg/L)的單位表達(dá)。流體可具有不同的密度。例如，去離子水的密度為大約lkg/L ;而原油的密度為大約865kg/L。同質(zhì)流體將只有一個(gè)密度；然而，非均質(zhì)流體將具有至少兩個(gè)不同的密度。例如，非均質(zhì)流體的多個(gè)相之一將具有一個(gè)比重值，而非均質(zhì)流體的多個(gè)相中的其它相將具有不同的比重值。流體另一物理屬性是其粘度。粘度是對(duì)流體流動(dòng)的阻力的度量量，被定義為剪應(yīng)力與剪切速率之比。粘度可用(力X時(shí)間)/面積的單位表達(dá)。例如，粘度可用達(dá)因Xs/cm2 (通常稱為泊(P))的單位來表達(dá)，或以帕斯卡/秒(Pa/s)的單位表達(dá)。然而，因?yàn)檎扯葹镮P的材料是相對(duì)有粘度的材料，所以粘度更通常以厘泊(cP)的單位來表達(dá)，I厘泊為1/100P。
[0016]—些地層中自然存在油和氣態(tài)烴。含油或氣的地層有時(shí)被稱為儲(chǔ)層(reservoir)。儲(chǔ)層可位于地下或近海處。儲(chǔ)層深度典型地處于幾百英尺(淺儲(chǔ)層)到幾萬英尺(超深儲(chǔ)層)的范圍。為了產(chǎn)油或產(chǎn)氣，井眼鉆入儲(chǔ)層內(nèi)或鄰近儲(chǔ)層處。
[0017]井可包括(不限于)油、氣、水或注入井。用來產(chǎn)油或產(chǎn)氣的井通常被稱為生產(chǎn)井。如本文使用的，“井”包括至少一個(gè)井眼。井眼可包括豎直部、傾斜部和水平部，而且井眼可以是筆直的、彎曲的或有分支的。如 本文使用的，術(shù)語“井眼”包括井眼的任何套管部分和任何無套管的裸眼部分。如本文使用的，“井內(nèi)”的意思是而且包括井的任何部分內(nèi)，包括井眼內(nèi)或經(jīng)由井眼進(jìn)入接近井眼的區(qū)域內(nèi)。
[0018]井眼的一部分可以是裸眼或套管孔。在井眼的裸眼部分，管柱可被放置到井眼內(nèi)。管柱允許流體被引入或從井眼的遠(yuǎn)端部分流入。在井眼的套管孔部分，套管被放置到本身也可包括管柱的井眼內(nèi)。井眼可包含環(huán)空。環(huán)空的示例包括但不限于:在裸眼的井眼中，處于井眼與管柱的外部之間的空間；在套管孔的井眼中，處于井眼與套管的外部之間的空間；以及在套管孔的井眼中，處于套管的內(nèi)部與管柱的外部之間的空間。
[0019]井眼可延伸至地層內(nèi)幾百英尺或幾千英尺。地層可具有不同的地帶。例如，一個(gè)地帶可與另一地帶相比具有較高的浸透性。浸透性指的是流體能夠流經(jīng)某種材料的容易程度。例如，如果浸透性高，那么流體將較容易地并且較迅速地流經(jīng)地層。如果浸透性低，那么流體將較不容易地并且較緩慢地流經(jīng)地層。地層中的高浸透性地帶的一個(gè)示例是斷裂或裂隙。流體從地層進(jìn)入井眼或從井眼進(jìn)入一個(gè)地帶內(nèi)的地層的流量可變化。此外，與其它地帶相比，一個(gè)地帶的流體的流量可更大。地層中一個(gè)地帶內(nèi)或多個(gè)地帶之間的流量差可能是不符合期望的。
[0020]在產(chǎn)出操作期間，另一常見的問題是不期望流體與期望流體一起產(chǎn)出。例如，當(dāng)水(不期望流體)與油或氣(期望流體)一起產(chǎn)出時(shí)，水就是不期望流體。作為另一個(gè)示例，當(dāng)油是期望流體時(shí)，氣可能是不期望流體。在又一個(gè)示例中，當(dāng)水和油是不期望流體時(shí)，氣可能是期望流體。產(chǎn)出盡可能少的不期望流體是有益的。
[0021]在二次開采操作期間，注入井可用于注水。注水是將水注入儲(chǔ)層內(nèi)，以驅(qū)替(displace )在初次開采操作期間未產(chǎn)出的油或氣。來自注入井的水物理地將儲(chǔ)層中的部分剩余的油或氣驅(qū)除到生產(chǎn)井中。與注水技術(shù)關(guān)聯(lián)的潛在問題可包括開采因地層的浸透性可變且從注入井進(jìn)入地層的流體流量與產(chǎn)出流量的差異而低效。
[0022]流量調(diào)節(jié)器能夠被用來幫助克服部分的上述問題。流量調(diào)節(jié)器能夠被用來調(diào)節(jié)流體的流量。針對(duì)進(jìn)入流量調(diào)節(jié)器的單個(gè)流體流，調(diào)節(jié)器能夠幫助降低離開調(diào)節(jié)器的流體的流量或限制離開調(diào)節(jié)器的流體的體積。當(dāng)兩個(gè)或更多個(gè)分開的流體流進(jìn)入流量調(diào)節(jié)器時(shí)，調(diào)節(jié)器可被設(shè)計(jì)成使得其中一個(gè)流與另一流相比，在離開調(diào)節(jié)器時(shí)的流量或總體積能夠被限制。作為示例，當(dāng)期望的同質(zhì)流體流經(jīng)調(diào)節(jié)器時(shí)，調(diào)節(jié)器能夠傳送在離開時(shí)體積相對(duì)恒定的期望流體。然而，如果不期望的流體也開始與期望的流體一起流入調(diào)節(jié)器內(nèi)，則調(diào)節(jié)器能夠限制離開的不期望流體的總體積，而幾乎不改變離開調(diào)節(jié)器的期望流體的體積。
[0023]一種用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的新裝置利用流體的至少一個(gè)屬性來引導(dǎo)流體進(jìn)入至少一個(gè)流體出口的流動(dòng)。根據(jù)一實(shí)施例，至少一個(gè)屬性是密度或粘度。
[0024]根據(jù)一實(shí)施例，用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置包括:流體室；第一出口 ；第二出口 ；第一出口流體通道，其中第一出口流體通道操作性地連接至第一出口 ；以及第二出口流體通道，其中第二出口流體通道操作性地連接至第二出口 ；其中流體繞該室的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，而且其中流經(jīng)第一出口流體通道的流體與流經(jīng)第二出口流體通道的流體在第一出口和第二出口的下游點(diǎn)會(huì)合。如本文使用的，術(shù)語“下游”的意思是一位置在流體流動(dòng)離開室和通過流體通道的方向上比另一位置更遠(yuǎn)。
[0025]用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置被設(shè)計(jì)為獨(dú)立的裝置，即該裝置被設(shè)計(jì)為至少基于流體的密度或粘度，無需任何外部介入，自動(dòng)地引導(dǎo)流體流入第一出口或第二出口。
[0026]用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置的部件可由許多材料制成。合適的材料的示例包括但不限于:金屬，例如鋼、鋁、鈦和鎳；合金；塑料；合成物，例如纖維纖維增強(qiáng)酚(fiberreinforced phenolic);陶瓷,例如碳化鶴或帆土(alumina);彈性體；以及可溶解材料。
[0027]轉(zhuǎn)向附圖。圖1是用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置100的示意圖。裝置100包括流體室。如本文使用的，“室”的意思是由結(jié)構(gòu)包圍的體積，該結(jié)構(gòu)具有至少兩個(gè)開口。其中一個(gè)開口可以是流體入口，而另一個(gè)開口可以是流體出口。流體繞室的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。根據(jù)一實(shí)施例，室被設(shè)計(jì)為使得流體能夠繞室的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。例如，室的形狀可被設(shè)計(jì)為使得流體旋轉(zhuǎn)流動(dòng)或能夠繞室的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。室的形狀可以是環(huán)形、圓形、球形、橢圓形、圓柱形、圓筒形、多邊形、截頭錐形或圓錐形。
[0028]根據(jù)一實(shí)施例，取決于流體的多個(gè)屬性中的至少一個(gè)，流體旋轉(zhuǎn)流動(dòng)較靠近該室的外側(cè)部、較靠近該室的中心、或較靠近該室的外側(cè)部而且較靠近中心。流體的多個(gè)屬性中的至少一個(gè)可以是密度或粘度。例如，同質(zhì)流體的密度或粘度決定了流體將在室內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的位置(例如較靠近室的外側(cè)部或較靠近室的內(nèi)側(cè)部)。作為另一個(gè)示例，非均質(zhì)流體的各相的不同密度或不同粘度決定了流體的每個(gè)相將在室內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的位置(例如一個(gè)相較靠近室的外側(cè)部，而另一相則較靠近室的中心)。
[0029]在旋轉(zhuǎn)流動(dòng)期間，具有較大密度或較大粘度的流體與具有較小密度或較小粘度的流體相比，將被迫較遠(yuǎn)地流向室的外側(cè)部(即圓周或周緣部)。這部分地是由于向心力和反作用的離心力對(duì)密度/粘度較大的流體(質(zhì)量或粘度較大)的效果更大。如本文使用的，術(shù)語“外側(cè)部”意思是室的圓周或周緣部。根據(jù)一實(shí)施例，具有較大密度或較大粘度的相的流體較靠近室的外側(cè)部旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，而具有較小密度或較小粘度的相的流體較靠近室的中心旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。當(dāng)較大密度的流體將較遠(yuǎn)地流向室的外側(cè)部時(shí)，較小密度的流體將較靠近室的中心流動(dòng)。
[0030]對(duì)于同質(zhì)流體，流體流動(dòng)的位置(即較靠近室的外側(cè)部或較靠近中心)將由流體的密度或粘度來決定，因此，流體將趨向于在一個(gè)位置繞室的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。對(duì)于非均質(zhì)流體，每個(gè)相的流體的流動(dòng)位置將由每個(gè)相的不同密度或粘度來決定。例如，具有三相的非均質(zhì)流體中，這些相的密度或粘度的數(shù)值順序如下:相1〈相2〈相3，意思就是相3將最靠近室的外側(cè)部流動(dòng)，相I將最靠近室的中心流動(dòng)，而相2將在相3與相I之間的某處流動(dòng)。當(dāng)然，不同相的確切位置將由每個(gè)相的實(shí)際密度或粘度來決定。在前述示例中，如果相2的密度比相3更接近于相I的密度值，那么相2將繞室的內(nèi)部較靠近相I流動(dòng)，反之亦然。以上陳述同樣適用于每個(gè)相的不同粘度。
[0031]裝置100還可包括至少一個(gè)入口 101。室可經(jīng)由第一入口 101操作性地連接至第一流體通道201。流體可按這種方式經(jīng)由第一流體通道201，通過第一入口 101進(jìn)入室。流體可以是同質(zhì)流體或非均質(zhì)流體。室可按各種方式連接至第一流體通道201。例如，而且如一些附圖所示，第一流體通道201連接至室，使得流體能夠沿相對(duì)于室的半徑的切線方向進(jìn)入室。第一流體通道201也可連接至室，使得流體能夠沿相對(duì)于室的半徑的徑向或軸向進(jìn)入室。例如，圖3示出了第一流體通道201連接至室，使得流體沿相對(duì)于室的半徑的徑向進(jìn)入室。優(yōu)選地，第一流體通道201以這樣的方式連接至室:使得流體在進(jìn)入室時(shí)，被引發(fā)繞室的內(nèi)部沿旋轉(zhuǎn)方向流動(dòng)。
[0032]根據(jù)另一實(shí)施例，第一流體通道201連接至室的方式和室的設(shè)計(jì)兩者協(xié)同配合，以弓I發(fā)流體繞室的內(nèi)部進(jìn)行旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。作為示例，如果第一流體通道201連接至室，使得流體正切地進(jìn)入室，則設(shè)計(jì)可僅考慮室的形狀。作為另一個(gè)示例，如果第一流體通道201連接至室，使得流體徑向或軸向地進(jìn)入室，則除室的形狀之外，室可尚需包括設(shè)計(jì)元件。除形狀之外的設(shè)計(jì)元件的示例包括但不限于圖3中所示的至少一個(gè)流體引導(dǎo)器131。根據(jù)一實(shí)施例，流體引導(dǎo)器131引發(fā)流體繞室的內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。例如，流體引導(dǎo)器131可具有使得流體在進(jìn)入室時(shí)被引發(fā)繞室的內(nèi)部進(jìn)行旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的形狀。流體引導(dǎo)器131的至少一個(gè)邊緣(例如通過彎曲)能夠引發(fā)沿方向Cl1的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。另外，另一邊緣(例如通過形成相對(duì)直的邊)能夠禁止流體沿徑向或沿不同于方向Cl1的方向流動(dòng)。
[0033]第一流體通道201 (和任何其它通道)的形狀可呈管狀、矩形、金字塔形或花狀。盡管所示為單個(gè)通道，但是第一流體通道201 (和任何其它通道)可具有并聯(lián)連接的多個(gè)通道的特征。
[0034]該裝置包括至少一個(gè)第一出口 111和至少一個(gè)第二出口 112。該裝置的每個(gè)出口可多于一個(gè)。如圖2A和圖2B所示，該裝置包括三個(gè)第二出口 112。對(duì)裝置100的具體部件(例如第二出口 112)的任何討論意味著包括部件的單數(shù)形式，而且也包括部件的復(fù)數(shù)形式，在本說明書中無需不斷地以單數(shù)形式和復(fù)數(shù)形式提及部件。例如，如果討論涉及“第二出口 112”，應(yīng)理解該討論涉及一個(gè)第二出口(單數(shù))和兩個(gè)或更多個(gè)第二出口(復(fù)數(shù))。第一出口 111或第二出口 112可位于距室100的中心不同距離處。例如，如果有兩個(gè)或更多個(gè)第二出口 112，那么每個(gè)第二出口 112可位于距室100的中心不同距離處。
[0035]根據(jù)一實(shí)施例，第一出口 111在室內(nèi)位于室的中心或較靠近室的中心的位置。如果流體較靠近室的中心旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，則至少部分的此流體能夠經(jīng)由第一出口 111離開室。優(yōu)選地，較靠近中心流動(dòng)的流體的大部分將經(jīng)由第一出口 111離開室。根據(jù)另一實(shí)施例，第二出口 112在室內(nèi)位于較靠近室的外側(cè)部的位置。如果流體較靠近室的外側(cè)部旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，則至少部分的此流體能夠經(jīng)由第二出口 112離開室。優(yōu)選地，較靠近圓周流動(dòng)的流體的大部分將經(jīng)由第二出口 112離開室。
[0036]出口 111/112可在室內(nèi)相對(duì)于流體旋轉(zhuǎn)的方向被定向。如可在圖2A看到的，第一流體通道201相對(duì)于室被定位，使得流體能夠進(jìn)入室并沿方向Cl1繞室的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。若流體沿方向Cl1旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，則出口 111/112應(yīng)鄰近流體離開的方向(被示出在室的右手側(cè))被定位。如可在圖2B看到的，第一流體通道201相對(duì)于室被定位，使得流體能夠進(jìn)入室并沿方向d2繞室的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。若流體沿方向d2旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，則出口 111/112應(yīng)鄰近流體離開的方向(被示出在室的左手側(cè))被定位。
[0037]用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)之一是，該裝置不需要為了使室基于流體的屬性來引導(dǎo)流體進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)流體出口 111/112，而利用重力被定向。因?yàn)樵撗b置不需要利用重力被定向，因此與需要利用重力被定向的其它流體引導(dǎo)器相比，裝置100在設(shè)計(jì)上更簡單，并且更容易在井眼中進(jìn)行安裝。例如，裝置100不需要包含諸如浮子或重物之類的利用重力來確定方向的部件。此外，沒有重力定向，這使得裝置100能夠在井眼內(nèi)的安裝和定位上具有更多選擇。
[0038]應(yīng)理解，室被設(shè)計(jì)成基于同質(zhì)流體的至少一個(gè)屬性或非均質(zhì)流體的每個(gè)相的屬性差異，來引導(dǎo)流體在室內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)位置的繞室的內(nèi)部進(jìn)行旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的路徑。關(guān)于非均質(zhì)流體，每個(gè)相可具有與其它相相比不同的密度或粘度。針對(duì)非均質(zhì)流體，該裝置最優(yōu)選地與如下流體一起使用:流體中的每個(gè)相具有與其它相相比不同的密度，但其中流體中的每個(gè)相具有與其它相相比相似的粘度。具有不同但相似的粘度的非均質(zhì)流體的一些示例包括但不限于:水和氣體的混合物；油和水的混合物；天然氣和二氧化碳的混合物；以及氣體和氣體凝析物(gas condensate)的混合物。
[0039]所述室還可包括至少一個(gè)第一出口流體通道121和至少一個(gè)第二出口流體通道122。優(yōu)選地，第一出口流體通道121連接至第一出口 111。優(yōu)選地，第二出口流體通道122連接至第二出口 112。如果具有多于一個(gè)出口(例如兩個(gè)或更多個(gè)第二出口)，則每個(gè)出口可連接至兩個(gè)或更多個(gè)通道(例如兩個(gè)或更多個(gè)第二出口流體通道)或所有的出口可僅連接至一個(gè)通道。每個(gè)通道121/122中的流體速率或流量將部分地取決于每個(gè)通道中的流體的至少一個(gè)屬性而變化。假設(shè)這些通道相同(例如具有相同的尺寸和通道的任何彎曲角)，則基于流體的屬性差異，流經(jīng)第一出口流體通道121的流體將具有一定流量，而流經(jīng)第二出口流體通道122的流體則將具有不同的流量。例如，如果流經(jīng)第二出口流體通道122的流體具有大于流經(jīng)第一出口流體通道121的流體的密度，則通過第二出口流體通道122的流體的流量將大于流經(jīng)第一出口流體通道121的流體的流量。當(dāng)然，可調(diào)整任一個(gè)通道的直徑或通道中的任一個(gè)彎曲角，以有助于控制流體通過具體通道的流量。
[0040]根據(jù)一實(shí)施例，流經(jīng)第一和第二出口流體通道121/122的流體在會(huì)合部301處會(huì)合。會(huì)合部301可以是潤流三極管(vortex triode)或切換器。第一和第二出口流體通道121/122可在會(huì)合部處終止。第一和第二出口流體通道121/122也可操作性地連接至?xí)喜?。如可在圖1與圖3看到的，第一出口流體通道121和第二出口流體通道122在會(huì)合部301處終止。根據(jù)另一實(shí)施例，附加的流體通道也可在會(huì)合部301處終止。例如，圖4示出除第一出口流體通道121和第二出口流體通道122之外的第四流體通道204在會(huì)合部301處終止。根據(jù)該實(shí)施例，第四流體通道204可繞過裝置100，使得流入第四流體通道204的任何流體直接進(jìn)入會(huì)合部301。因?yàn)槎鄠€(gè)理由，設(shè)有旁路通道是有益的。這種理由的一個(gè)示例是流體相對(duì)較粘的時(shí)候。對(duì)于相對(duì)較粘的流體，與所有流體均進(jìn)入室時(shí)相比，旁路通道204能夠使系統(tǒng)的壓降減小。
[0041]流體進(jìn)入會(huì)合部301的流量將取決于流體在每個(gè)通道中的流量。例如，流經(jīng)某一通道的流體的流量越大，則越大流量的流體將進(jìn)入會(huì)合部301。因此，對(duì)于相似的通道(例如尺寸和彎曲角)而言，流經(jīng)第二出口流體通道122的流體將以比流經(jīng)第一出口流體通道121的流體更大的流量進(jìn)入會(huì)合部301。
[0042]根據(jù)一實(shí)施例，用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置包括:傳感器；第一出口，連接至傳感器；第二出口，連接至傳感器；第一出口流體通道，其中第一出口流體通道操作性地連接至第一出口 ；以及第二出口流體通道，其中第二出口流體通道操作性地連接至第二出口 ；其中隨著流體中的相的總數(shù)增大，傳感器將流體的至少第一相引導(dǎo)至第一出口流體通道內(nèi)，并將流體的至少第二相引導(dǎo)至第二出口流體通道內(nèi)；而且其中流經(jīng)第一出口流體通道的流體與流經(jīng)第二出口流體通道的流體在第一出口和第二出口的下游點(diǎn)會(huì)合。傳感器可以是離心室。
[0043]用于引導(dǎo)流體100的流動(dòng)的裝置能夠用于任何系統(tǒng)中。系統(tǒng)的一示例是流量調(diào)節(jié)器25，其在圖7中示出。系統(tǒng)可包括:用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置100 ;第一流體通道201 ；第二流體通道202 ;以及第三流體通道203。該系統(tǒng)還可包括出口組件(圖中未示)。出口組件可以是渦流三極管。該系統(tǒng)還可以包括第四流體通道204。
[0044]圖1、圖3和圖4示出包括一個(gè)裝置100的系統(tǒng)。圖5和圖6示出包括兩個(gè)裝置100的系統(tǒng)。該系統(tǒng)還可包括多于兩個(gè)的裝置100。如可在圖5中看到的，該系統(tǒng)包括兩個(gè)裝置100，其中每個(gè)裝置連接至第一流體通道201，沒有旁路通道。如可在圖6中看到的，該系統(tǒng)包括兩個(gè)裝置100，其中每個(gè)裝置和旁路通道204連接至第一流體通道201。流體通道可按各種方式連接。每個(gè)裝置100可按相同的方式或不同的方式連接至第一流體通道201。例如，第一裝置100可連接至第一流體通道201,使得流體正切地進(jìn)入室,而第二裝置100可被連接成使得流體相對(duì)于室的軸線徑向地或軸向地進(jìn)入室。根據(jù)一實(shí)施例，第二裝置100的第一出口流體通道121和第一裝置的第二出口流體通道122在會(huì)合部301處終止。根據(jù)另一實(shí)施例，第二裝置100的第二出口流體通道122和第一裝置的第一出口流體通道121在通道的一段處會(huì)合在一起，該通道隨后在會(huì)合部301處終止。根據(jù)另一實(shí)施例，第二裝置100的第二出口流體通道122、第一裝置的第一出口流體通道121、以及旁路通道204在通道的一段處會(huì)合在一起，該通道隨后在會(huì)合部301處終止。
[0045]通道121、122或204中的任一個(gè)可直接連接到出口組件(圖中未示)。通道121、122或204中的任一個(gè)可經(jīng)由會(huì)合部301或其它中間通道而操作性地連接至出口組件。根據(jù)一實(shí)施例，會(huì)合部301可連接至第二流體通道202和第三流體通道203。根據(jù)這一實(shí)施例，第二流體通道202和第三流體通道203連接至出口組件。根據(jù)另一實(shí)施例，第二流體通道202和第三流體通道203可在分支點(diǎn)210處分支。通道202/203可按各種角度01和θ2分支。優(yōu)選地，通道202/203連接至?xí)喜?01，使得取決于經(jīng)由第一出口流體通道121和/或第二出口流體通道122進(jìn)入會(huì)合部301的流體的流量，流體被引導(dǎo)進(jìn)入通道202/203中的一個(gè)或兩個(gè)內(nèi)。例如，如果一個(gè)流體流經(jīng)第二出口流體通道122的速率比流經(jīng)第一出口流體通道121的另一流體的速率高，那么經(jīng)由第二出口流體通道122進(jìn)入會(huì)合部的至少部分的該流體就能夠被引導(dǎo)至第二流體通道202內(nèi)。反之，則經(jīng)由第一出口流體通道121進(jìn)入會(huì)合部301的流體就能夠被引導(dǎo)至第三流體通道203內(nèi)。最優(yōu)選地，在上面的示例中，經(jīng)由第二出口流體通道122進(jìn)入會(huì)合部301的大部分流體被引導(dǎo)至第二流體通道202內(nèi)，而經(jīng)由第一出口流體通道121進(jìn)入會(huì)合部的大部分流體被引導(dǎo)至第三流體通道203內(nèi)。如本文使用的，術(shù)語“大部分”的意思是大于50%。
[0046]根據(jù)一實(shí)施例，通道202/203連接至出口組件。根據(jù)這一實(shí)施例，出口組件優(yōu)選地能夠調(diào)節(jié)離開組件的流體的流量。作為示例，出口組件可被設(shè)計(jì)為盡管經(jīng)由通道202/203進(jìn)入組件的流體的流量可不同，但使得恒定流量的流體離開組件。
[0047]流體離開出口組件的期望流量可被預(yù)先確定。預(yù)先確定的流量可基于進(jìn)入裝置的流體的類型來選擇。預(yù)先確定的流量可基于流體的類型而不同。預(yù)先確定的流量也可基于進(jìn)入裝置100的流體的屬性來選擇。例如，取決于特定應(yīng)用，氣體基流體的期望流量可被預(yù)先確定為每天150桶(BH));然而，油基流體的期望流量可預(yù)先確定為300桶。當(dāng)然，一個(gè)裝置100可被設(shè)計(jì)成具有150桶的預(yù)先確定流量，而另一裝置100可被設(shè)計(jì)成具有300桶的預(yù)先確定流量。此外，如果系統(tǒng)中使用多于一個(gè)的裝置100，那么每個(gè)裝置100可被設(shè)計(jì)成具有不同的預(yù)先確定流量。
[0048]系統(tǒng)可被設(shè)計(jì)成與裝置100協(xié)同式地相互作用，以調(diào)節(jié)離開系統(tǒng)的流體。以下示例并非可被用來表明協(xié)同式相互作用的唯一示例。當(dāng)?shù)兔芏鹊耐|(zhì)流體進(jìn)入室時(shí)，該流體將趨向于較靠近室的中心繞室的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。至少部分的流體、并且更優(yōu)選地大部分流體將經(jīng)由第一出口 111離開室，并朝向會(huì)合部301流入第一出口流體通道121內(nèi)。由于流體的密度較小，所以進(jìn)入會(huì)合部301的流體的流量就會(huì)相對(duì)較小，因此造成流體越來越多地流入第三流體通道203內(nèi)。在此情況下，流量調(diào)節(jié)器對(duì)限制流體離開調(diào)節(jié)器的作用就很小。隨著同質(zhì)流體的密度增大，進(jìn)入室的流體將越來越多地在較靠近室的外側(cè)部的位置繞室的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。然后流體將越來越多地經(jīng)由第二出口 112離開室，并朝向會(huì)合部301流入第二出口流體通道122內(nèi)。由于密度增大，所以這部分流體進(jìn)入會(huì)合部301的流量將大于經(jīng)由第一出口流體通道121進(jìn)入的任何其它流體的流量。因此，流體將越來越多地流入第二流體通道202。
[0049]該裝置能夠被用來檢測進(jìn)入系統(tǒng)的流體的相變。例如，如果產(chǎn)出的是油，則該裝置能夠被用來檢測在開始時(shí)與油一起產(chǎn)出的水，并將流體的每個(gè)相(例如水和油)引導(dǎo)至兩個(gè)或更多個(gè)流體通道內(nèi)。在本示例中，如果進(jìn)入該系統(tǒng)的流體變成非均質(zhì)流體，則流體將進(jìn)入室并繞室的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。然后，流體的每個(gè)相將基于每個(gè)相的至少一個(gè)屬性被引導(dǎo)至室內(nèi)的特定位置。例如，高密度的相將趨向于經(jīng)由第二出口 112離開室并流入第二出口流體通道122，而低密度的相將趨向于經(jīng)由第一出口 111離開室并流入第一出口流體通道121。如上所述，第二出口流體通道122中的流體的流量將趨向于大于第一出口流體通道121中的流體的流量。結(jié)果，較多流體將進(jìn)入第二流體通道202，而較少流體將進(jìn)入第三流體通道203。因此，基于經(jīng)由通道202/203進(jìn)入出口組件的流體量，出口組件就會(huì)起到限制離開系統(tǒng)的總水量、但不限制離開系統(tǒng)的總油量的作用。
[0050]根據(jù)一實(shí)施例，該系統(tǒng)為流量調(diào)節(jié)器25。根據(jù)另一實(shí)施例，該流量調(diào)節(jié)器用于地層。圖7示出用于地層的流量調(diào)節(jié)器25。
[0051]圖7示出的是可涵蓋某些實(shí)施例的井系統(tǒng)10。如圖7所示，井眼12具有從套管16向下延伸的大體豎直的未套管段14以及延伸穿過地層20的大體水平的未套管段18。地層20可以是儲(chǔ)層的一部分或鄰近儲(chǔ)層。
[0052]管柱22 (例如生產(chǎn)管柱)被安裝在井眼12中。多個(gè)井篩24、流量調(diào)節(jié)器25和封隔器26在管柱22中互連。
[0053]封隔器26隔絕管柱22與井眼段18之間徑向形成的環(huán)空28。以這種方式，可經(jīng)由位于相鄰的各對(duì)封隔器26之間的環(huán)空28的隔離部分，而從地層20的多個(gè)地帶產(chǎn)出流體30。
[0054]井篩24和流量調(diào)節(jié)器25位于每對(duì)相鄰的封隔器26之間，井篩24和流量調(diào)節(jié)器25在管柱22中互連。井篩24過濾從環(huán)空28流入管柱22內(nèi)的流體30。流量調(diào)節(jié)器25基于流體的某些特性，例如流體的密度，來調(diào)節(jié)進(jìn)入管柱22內(nèi)的流體30的流量。在另一實(shí)施例中，井系統(tǒng)10是注入井，而流量調(diào)節(jié)器25則調(diào)節(jié)離開管柱22和進(jìn)入地層20內(nèi)的流體30的流量。
[0055]應(yīng)注意，附圖中示出、并且本文描述的井系統(tǒng)10僅為能夠利用本發(fā)明的原理的許多井系統(tǒng)的一個(gè)示例。應(yīng)清楚地理解，本發(fā)明的原理不局限于附圖中示出或本文描述的井系統(tǒng)10或其部件的任何細(xì)節(jié)。此外，井系統(tǒng)10可包括附圖中未曾示出的其它部件。例如，可利用水泥來代替封隔器26以隔離不同的地帶。也可在封隔器26之外，額外使用水泥。
[0056]作為另一示例，井眼12可僅包括大體豎直的井眼段14，或可僅包括大體水平的井眼段18。流體30可由地層20產(chǎn)出，流體也可被注入地層，而且流體可既被注入地層又由地層產(chǎn)出。
[0057]井系統(tǒng)不需要包括封隔器26。而且，并非必須僅一個(gè)井篩24和僅一個(gè)流量調(diào)節(jié)器25被設(shè)置在相鄰的每對(duì)封隔器26之間。也并非必須單個(gè)井篩24與單個(gè)流量調(diào)節(jié)器25結(jié)合使用?？墒褂眠@些部件的任何數(shù)量、設(shè)置和/或組合方式。此外，任何流量調(diào)節(jié)器25均并非必須與單個(gè)井篩24結(jié)合使用。例如，在注入井中，注入流體可流經(jīng)流量調(diào)節(jié)器25，無需也流經(jīng)井篩24。流體中可并聯(lián)或串聯(lián)連接多個(gè)流量調(diào)節(jié)器25。
[0058]井篩24、流量調(diào)節(jié)器25、封隔器26或管柱22的任何其它部件并非必須位于井眼12的未套管段14、18中。根據(jù)符合本發(fā)明的原理，井眼12的任一段可設(shè)有套管或未設(shè)套管，而且管柱22的任何部分可位于井眼的未套管段或套管段。
[0059]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，能夠調(diào)節(jié)從地層20的每個(gè)地帶進(jìn)入管柱22的流體30的流量是有益的，例如用以防止地層中的水錐32或氣錐34。流量調(diào)節(jié)在井中的其它用途包括但是不局限于，平衡從多個(gè)地帶的產(chǎn)出(或注入)量、最小化不期望流體的產(chǎn)出或注入量、最大化期望流體的產(chǎn)出或注入量等。
[0060]流量調(diào)節(jié)器25可按使得流體30進(jìn)入第一流體通道201并經(jīng)由流體入口 101行進(jìn)到室中的方式，被設(shè)置在管柱22中。例如，在生產(chǎn)井中，調(diào)節(jié)器25可被設(shè)置成使得第一流體通道201朝向地層20而被功能性地定向。因此，隨著流體30從地層20流入管柱22內(nèi)，流體30將進(jìn)入第一流體通道201。作為另一示例，在注入井中，調(diào)節(jié)器25可被設(shè)置成使得第一流體通道201朝向管柱22被功能性地定向。因此，隨著流體30從管柱22流入地層20內(nèi)，流體30將進(jìn)入第一流體通道201。
[0061]在用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置100被用在地層20中的流量調(diào)節(jié)器25內(nèi)時(shí)，其一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠有助于調(diào)節(jié)具體地帶內(nèi)流體的流量，而且還調(diào)節(jié)兩個(gè)或更多個(gè)地帶之間的流體的流量。另一優(yōu)點(diǎn)是裝置100能夠有助于解決非均質(zhì)流體的產(chǎn)出問題。例如，如果油是期望產(chǎn)出流體，則裝置100能夠被設(shè)計(jì)為如果水與油一起進(jìn)入流量調(diào)節(jié)器，則裝置100能夠基于油比水的密度大，而引導(dǎo)油越來越多地流入第二流體通道202。裝置100的多功能性允許解決地層中的多個(gè)特定問題。
[0062]因此，本發(fā)明是良好地適用于實(shí)現(xiàn)上述目的和優(yōu)點(diǎn)以及那些固有的目的和優(yōu)點(diǎn)。以上公開的具體實(shí)施例僅僅是說明性的，這是因?yàn)楸景l(fā)明可按有差異、但對(duì)受惠于本申請(qǐng)的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯然等同的方式來更改并加以實(shí)踐。此外，除了權(quán)利要求書所述之夕卜，本發(fā)明不應(yīng)局限于本文示出的構(gòu)造或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。因此，顯然以上公開的具體說明性的實(shí)施例可被改變或更改，并且所有這類變型應(yīng)被認(rèn)為處在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。雖然結(jié)構(gòu)和方法是以“包括”、“包含”、或“包括”各種部件或步驟的方式來描述的，但是這些結(jié)構(gòu)和方法也可“基本上由各部件和步驟組成”或“由各部件和步驟組成”。只要公開了具有下限和上限的數(shù)值范圍，落在該范圍內(nèi)的任何數(shù)值和任何被包含在該范圍內(nèi)的范圍均被具體地公開。具體地，本文公開的每個(gè)數(shù)值范圍(其形式為“從約a到約b”、或等同地“從大約a到b”、或等同地“從大約a到b”)應(yīng)被理解為提出了被包含在更寬的數(shù)值范圍內(nèi)的每個(gè)數(shù)值和范圍。而且，除非專利權(quán)人另行明確地并清楚地進(jìn)行定義之外，權(quán)利要求書中的術(shù)語具有它們平常的普遍的含義。此外，如權(quán)利要求書使用的，本文限定的不定冠詞“一(a)”或“一(an)”意味著引入一個(gè)或多個(gè)元件。如果本說明書中用詞或術(shù)語的使用方式與一個(gè)或多個(gè)專利、或可通過援引并入本文的其它文獻(xiàn)有任何沖突，應(yīng)采用與本說明書一致的定義。
【權(quán)利要求】
1.一種用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置，包括: 流體室； 第一出口 ； 第二出口 ； 第一出口流體通道，其中所述第一出口流體通道操作性地連接至所述第一出口 ；以及 第二出口流體通道，其中所述第二出口流體通道操作性地連接至所述第二出口 ； 其中流體繞所述室的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)流動(dòng)；而且 其中流經(jīng)所述第一出口流體通道的流體與流經(jīng)所述第二出口流體通道的流體在所述第一出口和第二出口的下游點(diǎn)處會(huì)合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述室的形狀被選擇成，使得流體繞所述室的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中取決于流體的至少一個(gè)屬性，流體較靠近所述室的外側(cè)部、較靠近所述室的中心、或較靠近外側(cè)部而且較靠近所述室的中心旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中流體的至少一個(gè)屬性是密度或粘度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中隨著流體的密度或粘度增大，流體越來越多地較靠近所述室的外側(cè)部流動(dòng)；而且其中隨著流體的密度或粘度減小，流體越來越多地較靠近所述室的中心流動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中流體是非均質(zhì)流體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中流體的具有較大密度或較大粘度的相較靠近所述室的外側(cè)旋轉(zhuǎn)流動(dòng)部，而流體的具有較小密度或較小粘度的相較靠近所述室的中心旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述室還包括入口。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，還包括第一流體通道，其中所述第一流體通道經(jīng)由所述入口操作性地連接至所述室。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述第一流體通道連接至所述室，使得流體能夠沿相對(duì)于所述室的半徑的切線方向進(jìn)入所述室。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述第一流體通道連接至所述室，使得流體能夠沿相對(duì)于所述室的半徑的徑向或軸向進(jìn)入所述室。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，還包括至少一個(gè)流體引導(dǎo)器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述至少一個(gè)流體引導(dǎo)器引發(fā)流體繞所述室的內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中至少部分的較靠近所述室的外側(cè)部旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的流體經(jīng)由所述第二出口離開所述室；而且其中，至少部分的較靠近所述室的中心旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的流體經(jīng)由所述第一出口離開所述室。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中大部分較靠近所述室的外側(cè)部旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的流體經(jīng)由所述第二出口離開所述室；而且其中大部分較靠近所述室的中心旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的流體經(jīng)由所述第一出口離開所述室。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中流經(jīng)所述第一出口流體通道和第二出口流體通道的流體在會(huì)合部處會(huì)合。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述會(huì)合部是渦流三極管或切換器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述第一出口流體通道和第二出口流體通道在所述會(huì)合部處終止。
19.一種用于引導(dǎo)流體的流動(dòng)的裝置，包括: 傳感器； 第一出口，連接至所述傳感器； 第二出口，連接至所述傳感器； 第一出口流體通道，其中所述第一出口流體通道操作性地連接至所述第一出口 ；以及 第二出口流體通道，其中所述第二出口流體通道操作性地連接至所述第二出口 ； 其中隨著流體的相的總數(shù)增大，所述傳感器將流體的至少第一相引導(dǎo)至所述第一出口流體通道內(nèi)，并將流體的至少第二相引導(dǎo)至所述第二出口流體通道內(nèi)；而且 其中流經(jīng)所述第一出口流體通道的流體與流經(jīng)所述第二出口流體通道的流體在所述第一出口和第二出口的下游點(diǎn)會(huì)合。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置`，其中所述傳感器是離心室。
【文檔編號(hào)】E21B34/08GK103502567SQ201280021807
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月3日
【發(fā)明者】M·L·夫瑞普, 賈森·D·戴克斯特拉 申請(qǐng)人:哈利伯頓能源服務(wù)公司