CN102203375B - 井流动控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

用于烃井作业的流动控制系统和方法包含管道和流动控制装置。该管道限定井环状空间，并包含限定导流管的外部部件。井环状空间和导流管之间的流体交换由外部部件的可透部分(一个或多个)提供。该流动控制装置位于导流管内，包含导管限定构件和腔室限定构件。该导管限定构件(一个或多个)被配置成将该导流管分成至少两个流动控制导管。该腔室限定构件(一个或多个)被配置成将至少两个流动控制导管中的至少一个分成至少两个流动控制腔室。每个流动控制腔室具有至少一个入口和至少一个出口，其中每个适于允许流体从中流过，并留阻大于预定大小的颗粒。

Description

井流动控制系统和方法

发明领域

本公开内容主要涉及从地下储层采收烃的系统和方法。更具体地，本公开内容涉及这样的系统和方法，其用于控制非目标颗粒从地下储层通过井设备到达地面的流动。

发明背景

这部分旨在向读者介绍与本发明的实施方式相关的此领域的各个方面。该讨论被认为有助于为读者提供信息以帮助其对本发明的具体技术有更好的理解。因此，应当理解这些陈述应当这样进行阅读，不一定作为对现有技术的承认。

从地下储层开采烃通常包括在下套管井或裸眼井条件下完成的井。在下套管井作业中，井套管被放入井中，套管与井之间的环形空间用水泥填充。在套管和水泥中穿孔并穿入生产层，以使地层流体(例如，烃)能从生产层流入套管内的导管。另外，或者可选地，流体可以从套管内的导管流入地下地层，例如在注入作业期间。尽管本文的讨论将主要涉及开采作业和流体沿开采方向的流动，但本文所讨论的原理和技术也可以类推应用于流体沿注入方向的流动。然后，一根主要由一根或多根管子组成的生产管柱(或注入管柱)被放入套管内，在套管和生产管柱之间产生一个环状空间。地层流体流入此环状空间，然后进入生产管柱并通过与生产管柱相连的管道到达地面。在裸眼井应用中，生产管柱被直接放入井中，而没有套管或水泥。地层流体流入地层和生产管柱之间的环状空间，然后进入生产管柱并到达地面。

现代的烃井通常经过或进入多种地层类型，并不断达到越来越大的深度和/或长度(例如扩展延伸的水平井)。此外，烃井在其使用期内延伸贯穿多个储层也很常见。在一些实施中，井可能在任意给定的开采作业过程中贯穿多个储层。另外，或者可选地，井可能延伸贯穿单个储层，该储层由于储层内地层性质和/或储层规模的变化，运转得更像多个储层。

现代烃开采作业持续增加的复杂性经常迫使建井和完井作业日趋复杂。烃井的建造通常包括对地下建模，以预测地层和储层的性质。建模通常包括录入地质和地震数据，以及来自探勘井和/或油气田内邻近的井的数据。这些建模工作能使科学家和工程师确定优选的井位置以及钻井时的优选钻井参数。例如，渗透速率，泥浆重量，以及几个与钻井作业有关的参数，能影响到井的长期运转。随着模型和构建模型所使用的技术不断演变，留给科学家和工程师的是根据以往所收集的数据得出的近似值。钻井作业是动态的多参数作业，其中任何一个参数的变化都可能影响井使用期间几个参数中的任意一个。

尽管钻井计划对井使用期间的运行具有显著的影响，但是完井通常被认为是给定井钻井后如何运行的决定性因素。如本文所用，完井一般用于指设计以使井安全有效地工作的程序和设备。完井过程开始的时间点可取决于井的类型和设计。然而，建井阶段有许多应用的选择和进行的操作能显著影响井的生产率。因此，完井计划通常在钻井作业开始之前就已经根据模型和所收集的数据准备好。完井计划通常根据钻井作业期间收集的数据进行修改，以进一步优化井的运行(注入或者生产)。

不论完井计划最终确定且在井中进行了完井时时可获得的数据精确性和完备性如何，井使用期间井的演变、储层的演变以及地层的演变都使得绝大部分完井不能满足井的长期使用。因此，已经开发了复杂的修井程序，以使操作者在生产和/或注入作业开始之后更改井的完井方式。此外，已经进行了几项努力以开发智能或灵活的完井方式，这些完井方式可以在井使用期间进行改变，而不用从井内撤出完井设备。这些智能完井方式中，有许多需要井下机械设备，这些设备可以从地面控制在两个或者更多配置之间。虽然可变完井理论是可靠的，但是井的苛刻条件和井的长期使用使得操作这些井深处的多配置设备的工作变得复杂。此外，这些系统要求从地面激活，这造成了时间延迟：井下条件改变的结果使其在地面日益显现并在地面被观测到，然后控制信号才被送到必须在配置之间转换的井下设备。

当从地下地层开采流体时，特别是地层固化度不高或者由于井挖掘和流体抽出导致井下压力升高，地层被削弱时，就可能在采集地层流体的同时采集到固体材料(例如砂)。这些固体产物会降低井生产率，损坏地下设备并增加地面处理成本。控制固体或颗粒的产生是完井设备和程序的目标的例子之一。几种井下固体，特别是砂的控制方法目前正被工业界所采用，并显示在图1(a)、1(b)、1(c)和1(d)中。在图1(a)中，生产管柱或管(未显示)通常包括围于其外周，与每个生产层相邻的砂滤网(筛管)或者防砂装置1。砂滤网阻止砂从生产层2进入位于砂滤网1内的生产管柱(未显示)。有槽或孔的衬管也可用作砂滤网或防砂装置。图1(a)是只有砂滤网，不存在砾石填充的完井的实例。

一种最常用的控制出砂技术是砾石填充法，其中砂和其他颗粒质被填充于生产管柱或井下筛管周围，形成井下过滤层。图1(b)和1(c)分别是下套管井和裸眼井砾石填充的实例。图1(b)图解了位于滤网1周围的砾石填充3，围绕砾石填充3的井套管5，以及井套管5外围的水泥8。通常，穿孔7穿透井套管5和水泥8，进入井周围地下地层中的生产层2。图1(c)图解了裸眼井砾石填充，其中井没有套管，砾石填料3被置于井下砂滤网1周围。

砾石填充的一种变形涉及用足够高以超出地层破裂压力的压力将砾石浆泵入(破裂填充，Frac-Pack)。图1(d)是破裂填充的实例。井下滤网1被砾石填充3包围，砾石填充由井套管5和水泥8包裹。井套管中的穿孔6使得砾石分布于井外至期望的区间。对穿孔的数量和位置进行选择以促进砾石填料有效地分布在井套管外至正要用砾石浆处理的区间。

从地下地层生产期间的流动减损(flow impairment)可导致井生产率下降或者井生产的完全停止。这种功能丧失可能由于多个原因而发生，包括但不限于：1)细屑、页岩和地层砂的移动；2)不需要的流体(例如，水或气体)的流入或锥进；3)无机或有机水垢的形成；4)乳状液或淤泥的产生；5)钻井碎屑的积累(例如，泥浆添加剂和滤饼)；6)由于防砂筛管的机械损坏和/或由于砾石填充作业不完全或无效，颗粒例如砂的过量流入并通过生产管；7)以及由于钻孔塌方，储层压缩/沉降或其他地质力学运动导致的机械性故障。

为解决这些问题而努力开发出的技术有几个实例。这些技术的实例可以在许多美国专利中找到，包括这里简略提到的那些。例如，美国专利6,622,794公开了一个装有流速控制装置的筛管，该流速控制装置包含多个孔隙和通道，用于引导和限制流动。公开了通过从地面控制井下孔隙在完全打开和完全关闭位置之间，减少通过筛管的流体流量。美国专利6,619,397公开了一个用于水平井中层间隔离和流速控制的工具。该工具由空白中心管，在该中心管上的具有可关闭的孔的筛管，以及交互排列的传统筛管组成。可关闭的孔允许砾石完全填充空白中心管部分上方，阻断流动以实现层间隔离，以及选择性的流动控制。美国专利5,896,928公开了一个位于井下，有或没有筛管的流速控制装置。该装置具有一迷宫，其提供曲折的流动路径或螺旋状的限制。每个迷宫的限流程度由地面通过调整一个滑动套管控制，使得来自每个射孔层段(例如水层、油层)的流动都能被控制。美国专利5,642,781公开了一种由重叠的构件组成的井下筛管夹套，其中开口允许流体通过交替的收缩、膨胀而流动并提供井中流体流动方向的改变(或者多通路)。这种设计可通过建立过滤和流体流动动量优势，减轻筛管夹套开口处的固体堵塞。

还可以提出许多其他实例。然而，在导致流动减损的问题或故障的情况下，当前工业井设计和完井计划包括很少的——如果有的话——备用设计。在许多情况下，井在其设计能力下或附近生产的能力只通过针对减损机制的“单个”屏障(例如确保防砂的单个筛管)维持。在许多情况下，单个屏障发生减损，可能危及井的效用。如上所指出，流动减损可能由各种机制产生，并且进行了各种努力来解决这些机制，包括针对减损机制提供备用屏障的努力。然而，目前可利用的系统不能提供一个具有防止两个或更多减损机制的备用的系统。例如，减损机制诸如颗粒流入和颗粒阻塞的防止。因此，目前可利用系统的整体系统可靠性低。因此，对能提供多条井内流动路径的完井设备和方法具有需求，所述完井设备和方法在颗粒阻塞、颗粒流入或其他形式减损的情况下提供备用流动路径。

发明概述

本公开内容涉及用于控制与烃井相关的井设备中流体流动(流量)的系统和方法。一种示例性井流动控制系统包括管道和流动控制装置。该管道适于置入井中以限定井环状空间。该管道具有外部部件，其限定内部导流管，该外部部件至少一部分是可透的，使井环状空间和导流管之间可进行流体交换。流动控制装置适于置入该管道的导流管内。该流动控制装置包括至少一个导管限定构件和至少一个腔室限定构件。至少一个导管限定构件被配置以将导流管分成至少两个流动控制导管。至少一个导管限定构件被配置以将所述至少两个流动控制导管中的至少一个分成至少两个流动控制室。所述至少两个流动控制室中每一都具有至少一个入口和至少一个出口。所述至少一个入口和所述至少一个出口中每一个适于允许流体从中流过并留阻大于预定大小的颗粒。

本发明范围内的流动控制系统的实施方式包含上述特征的几种变形。例如，流动穿过第一流动控制导管中形成的流动控制腔室的出口的流体可以进入第二流动控制导管。另外或可选地，出口对大于预定大小的颗粒的留阻可逐渐增加从流动控制腔室流动穿过出口的阻力，直至穿过出口的流体流动被至少基本阻断。在一些实施方式中，所述至少两个流动控制腔室可位于管道的导流管内部，从而通过外部部件的可透过部分的流体流动进入至少一个流动控制腔室。例如，流动控制腔室的至少一个入口由管道的外部部件的可透过部分提供。

在一些实施方式中，所述流动控制腔室的所述至少一个入口可适于留阻第一预定大小的颗粒而所述流动控制腔室的所述至少一个出口可适于留阻第二预定大小的颗粒。此外或可选地，所述流动控制腔室的所述至少一个入口和所述至少一个出口适于留阻具有至少基本相似预定大小的颗粒。例如，在所述至少一个入口减损的情况下，所述流动控制腔室可适于逐渐留阻大于所述至少一个出口的预定大小的颗粒。在一些实施方式中，至少一个流动控制腔室的所述至少一个入口和所述至少一个出口可以是流体偏置的和处于流体交换。

在本文所述流动控制装置的一些实施方式中，至少一个流动控制腔室内的流动可以是至少基本上纵向的，并且至少一个腔室限定构件可至少基本上垂直于纵向而放置。另外或可选地，至少一个流动控制腔室内的流动可以至少基本上圆周方向的(周向的)，而至少一个腔室限定构件可至少基本上垂直于圆周方向而放置。另外或可选地，至少一个流动控制腔室内的流动可以是至少基本上径向的，而至少一个腔室限定构件可至少基本上垂直于径向而放置。

流动控制装置的示例性实施方式可包括至少一个由内部管道提供的导管限定构件，该内部管道具有可透过部分和不可透过部分。该内部管道限定位于其内部的第一流动控制导管和位于外部部件和内部管道之间的第二流动控制导管。至少一个腔室限定构件和至少两个流动控制腔室位于第二流动控制导管内。另外或可选地，至少一个导管限定构件可适于将导流管分成至少三个流动控制导管。在一些实施方式中，腔室限定构件可在至少三个流动控制导管的至少两个内限定流动控制腔室。在这些实施方式中，至少三个流动控制导管中至少一个可以只通过一个或多个流动控制腔室与井环形空间进行流体交换。在两个或更多个流动控制导管中有流动控制腔室的实施方式中，邻近的流动控制导管中的流动控制腔室可以是流体偏置的和处于流体交换。

本文流动控制系统的实施方式可包括至少一个包含内部管道的导管限定构件，该内部管道具有可透过部分和不可透过部分。该内部管道可限定位于其内部的第一流动控制导管。该至少一个导管限定构件还包含螺旋状缠绕的螺纹，所述螺纹沿所述内部管道的至少一部分延伸并且所述螺纹被配置以在外部部件和内部管道之间限定至少一个螺旋状流动控制导管。在这些实施方式中，至少一个腔室限定构件和至少两个流动控制腔室可位于至少一个螺旋状流动控制导管内。

另外或可选地，一个或多个至少一个出口可适于选择性地开启，以控制流体流动通过出口。在一些实施方式中，至少两个流动控制腔室中的至少一个可包括至少两个适于留阻不同预定大小颗粒的出口。在这些实施方式中，至少两个出口中的每个都可适于对流体流动选择性地开启，以根据开启的出口选择性地留阻具有不同预定大小的颗粒。

至少一个流动控制腔室的入口可形成于流动控制装置中，该至少一个流动控制腔室的出口可由外部部件的可透过部分形成。另外或可选地，外部部件的可透过部分可为至少一个流动控制腔室提供入口，而该至少一个流动控制腔室的出口可形成于流动控制装置中。

本公开内容进一步涉及流动控制装置，该装置适于插入井管道的导流管中。示例性流动控制装置包括至少一个导管限定构件和至少一个腔室限定构件。至少一个导管限定构件可适于插入井管道的导流管中并将导流管分成至少两个流动控制导管。该至少一个腔室限定构件可被配置以将至少两个流动控制导管中的至少一个分成至少两个流动控制腔室。该流动控制装置还包括至少一个可透区，其提供于至少一个导管限定构件和至少一个腔室限定构件中的至少一个中。该至少一个可透区适于允许流体交换并留阻大于预定大小的颗粒。提供可透部分以使得流动通过至少一个可透区的流体从第一流动控制导管进入导流管内的第二流动控制导管。

本发明范围内的流动控制装置可包括上述组件的变化和/或除了上述特征之外的特征。例如，一些实施方式可包括可膨胀材料，所述可膨胀材料至少放置于至少一个导管限定构件上并适于至少基本上密封井管道，从而流体上相互隔离至少两个流动控制导管，以使流动控制导管之间的流动至少基本上只通过该至少一个可透区进行。另外或可选地，可以由至少一个流动控制腔室提供至少两个可透区。在一些实施方式中，至少两个可透区可适于留阻具有不同预定大小的颗粒。另外或可选地，该流动控制装置的一些实施方式包括至少一个可透区，该可透区适于选择性地开启，以控制从通过可透区的流动中被过滤的颗粒大小。

一些实施方式可包括至少一个由内部管道提供的导管限定构件，该内部管道具有可透过部分和不可透过部分。该内部管道可限定位于其内部的第一流动控制导管和位于其外部的第二流动控制导管。至少一个腔室限定构件和至少两个流动控制腔室位于可位于第二流动控制导管内。另外或可选地，至少一个导管限定构件可适于将导流管分成至少三个流动控制导管。在一些具有至少三个流动控制导管的实施方式中，至少一个腔室限定构件能在至少三个流动控制导管中的至少两个内限定流动控制腔室。另外或可选地，在两个或更多流动控制导管中具有流动控制腔室的实施方式中，邻近的流动控制导管中的流动控制腔室可以是流体偏置的和处于流体交换。

另外的或可选择的实施方式包括至少一个包含内部管道的导管限定构件，该内部管道具有可透过部分和不可透过部分。该内部管道限定了位于其内部的第一流动控制导管。该至少一个导管限定构件还可包含螺旋状缠绕的螺纹，所述螺纹沿所述内部管道的至少一部分延伸并且所述螺纹被配置以在所述内部管道外限定至少一个螺旋状流动控制导管。在这些实施方式中，至少一个腔室限定构件和至少两个流动控制腔室可位于至少一个螺旋状流动控制导管内。

本公开内容还涉及控制烃井设备内颗粒流动的一些方法。这些方法包括在井中提供一个适于井下使用的管道。该管道包含限定导流管的外部部件，该外部部件的至少一部分是可透的，并允许流体流动通过外部部件。这些方法还包括提供至少一个流动控制装置，该装置包括：a)至少一个导管限定构件，该构件适于放入管道的导流管中，并将导流管分为至少两个流动控制导管；b)至少一个腔室限定构件，该构件被配置成将至少两个流动控制导管的至少一个分成至少两个流动控制腔室。这些方法还包括将管道放入井中，将至少一个流动控制装置放入井中，并将至少一个流动控制装置与管道有效连接。前述的提供、放置和连接的步骤可以以任意适当的顺序进行，使组装好的管道和流动控制装置位于井内。有效连接的管道和至少一个流动控制装置共同提供至少两个流动控制导管和至少两个流动控制腔室。此外，至少两个流动控制腔室的每个具有至少一个入口和至少一个出口，至少一个入口和至少一个出口的每个适于允许流体从中流过，并留阻大于预定大小的颗粒。这些方法还包括使流体流过至少一个流动控制装置和管道。

与上述的流动控制系统和装置类似，本文流动控制方法可包括根据该方法实施条件的多种变化和/或修正。例如，在一些实施方法中，外部部件的可透部分可为至少一个流动控制腔室提供至少一个入口，而使流体流过至少一个流动控制装置和管道的步骤可包括使生产流体流过外部部件的可透区和流过流动控制腔室的出口，以从井中生产烃。

另外或可选地，使流体流过至少一个流动控制装置和管道的步骤包括：1)使流体通过至少一个入口，流入位于第一流动控制导管内的至少一个流动控制腔室，其中流体沿着第一流动方向流过至少一个入口；2)重新定向流动控制腔室内的流体以沿着第二流动方向流动；3)重新定向流动控制腔室内的流体以沿着第三流动方向流动通过至少一个出口，进入第二流动控制导管。在一些实施方式中，第二流动方向是至少基本上纵向的。另外或者可选地，第二流动方向至少基本上圆周方向的，至少基本上径向的和/或至少基本上螺旋状的。

另外或者可选地，使流体流过至少一个流动控制装置和管道的步骤包括将流体注入井中。另外或者可选地，使流体流过至少一个流动控制装置和管道的方法包括将完井液注入井中。使流体流过至少一个流动控制装置和管道的步骤另外或者可选地可包括将砾石填充组合物注入井中。

附图简述

本技术的前述和其它优势可以通过阅读以下详细说明并通过参考附图而变得明显，其中：

图1A至1D是传统防砂技术的示意图；

图2是为本技术的一些实施方式提供背景的井的示意图；

图3是根据本技术的方法的代表性流程图；

图4是结合本技术的实施方式的井的部分剖视图；

图5A和5B分别是基于本技术，在第一种作业条件和第二种作业条件下的流动控制系统的部分剖视图；

图6A至6C是呈现本技术的一些实施方式的作业流程图的示意性侧视图，每图分别代表不同的作业条件；

图6D至6F是呈现本技术的一些实施方式的作业流程图的示意性侧视图，每图分别带表不同的作业条件；

图7A是本技术三叉结构的末端截面图；

图7B是本技术共轴分叉结构的末端截面图；

图8A是本技术共轴分叉结构的侧截面图；

图8B至8D是图8A所示实施方式在指示位置的截面图；

图9A是包括注入导管的本技术共轴分叉结构的侧截面图；

图9B至9D是图9A所示实施方式在指示位置的截面图；

图10A是本技术偏心结构的部分剖视图；

图10B是图10A所示结构的截面图；

图11A和图11B分别是基于本技术在第一种作业条件和第二种作业条件下的流动控制系统的部分剖视图。

发明详述

在下面的详细说明中，将会结合几个实施方式对本发明的具体方面和特征进行描述。但是，下面的说明针对本技术的特别实施例或特别应用，从这种意义上来说希望这仅仅是示例性的且仅提供对示例性实施例的简要说明。此外，在结合某一特定实施方式描述特别方面或特征情况下，如果合适，这样的方面和特征也发现用于本发明的其它实施方式和/或与本发明的其它实施方式一起实施。因此，本发明并不局限于下面描述的具体实施方式，而是相反，本发明包括落入附属权利要求范围内的所有替代、修改和等同物。

如上文所述，完井系统和程序用于烃井以努力控制通过井下设备的流动并促进井高效运转。由于井工作条件的多样性，不可能充分描述或记录可以实施本技术的大量方式。然而，应当认识到本发明所公开的技术可应用于生产井和/或注入井，可应用于竖直井、斜井和/或水平井，可应用于深水井、延伸井、北极地区井(arctic well)和陆基井，可应用于气井和油井，以及事实上任何其它类型的井和与烃生产相关实施的井作业。此处所述的配置(构造)和实施仅是本发明所述技术应用方式的示例。

现在来看附图，首先参见图2，展示了根据本发明某些方面的一个示例性生产系统100。在该示例性生产系统100中，浮动生产设施(开采设施)102与位于海底面106的水下采油树104相连。通过该采油树104，该浮动生产设施102与一个或多个地下地层相连通，例如地下地层107，该地下地层107包含多个生产层段或区域108a至108n，其中数字“n”可以是任意整数。不同的生产层段108a至108n可对应于不同的储层和/或同一储层内不同的地层类型。生产层段108a至108n对应于含有烃(例如，油和/或气)的地层的区域或层段，这些烃将被开采或另外处理(例如向层段注入流体，使烃流向附近的井，在这种情况下层段可称为注入层段)。尽管图2展示了浮动生产设施102，应注意生产系统100只是用于示例目的，本技术的实施方式可应用于生产或注入来自任何水下、平台或陆地位置的流体。

浮动生产设施102可被用于监测和开采来自地下地层107的生产层段108a至108n的烃。该浮动生产设施102可以是能够管理从水下井开采流体例如烃的浮船。这些流体可储存在浮动生产设施102和/或送入油轮(未显示)。为接近生产层段108a至108n，浮动生产设施102可通过控制管缆112与水下采油树104和控制阀110相连。控制管缆112可包括：用于将烃从采油树104输送到浮动生产设施102的生产管系；用于控制水压或电子设备的控制管系；和/或与井114内其他设备通信的控制电缆。

为接近生产层段108a至108n，井114穿透海底106一定深度以在井114内不同深度(在水平井或斜井中，则是长度)处与生产层段108a至108n连接。如可以认识到的，生产层段108a至108n——其可以被称为生产层段108，可能包含多个岩石层或岩石层段，这些岩石层或岩石层段可能含有烃，也可能不含烃，并可被称为区域。水下采油树104位于海底面106上，井104的上方，提供了井114内的设备与浮动生产设施102的连接。因此，水下采油树104与生产管柱128相连，以提供流体流动通路，并与控制电缆(未显示)相连，以提供通信通路，该通路可与控制管缆112在水下采油树104处连接。

在井114内，生产系统100还包含不同的设备以连通生产层段108a至108n。例如，表层套管柱(surface casing string)124可置于从海底面106到其下特定深度处。表层套管柱124内，中间或生产套管柱126可向下延伸至接近生产层段108a的深度，该套管柱126可用于为井114的井壁提供支撑。该表层套管柱124和生产套管柱126可用水泥固定于井114内的固定位置以进一步稳定井114。在表层套管柱124和生产套管柱126内，生产管柱128可用于为烃和其他流体提供通过井114的流径。地下安全阀132可用于在该地下安全阀132上方发生破裂或断裂时，阻断来自生产管柱128部分的流体的流动。此外，封隔器134至136可用于将位于井环状空间内的特定区域彼此隔开。该封隔器134至136可被配置成为表层和防砂装置138a至138n之间提供流体交换通路，同时防止流体流入一个或多个其他区域，例如井环状空间。

除了上述设备外，其他设备，例如防砂装置138a至138n和砾石填充层140a至140n，可用于控制井内流体的流动。特别地，防砂装置138a至138n和砾石填充层140a至140n可共同用于管理流体和/或颗粒流入生产管柱128。防砂装置138a至138n可包含开槽的衬管，独立的滤网(SAS)；预包装滤网；绕丝滤网，膜滤网，可膨胀滤网和/或金属丝网滤网，而砾石填充层140a至140n可包含砾石或其他合适的固体材料。防砂装置138a至138n还可包含流入控制机构，例如流入控制装置(例如，阀门、导管、喷嘴、或其他任何合适的机构)，该流入控制机构可能增加流体流径上的压力损失。砾石填充层140a至140n可以是包裹全部各个防砂装置138a至138n的完全砾石填充层，也可以部分分布于防砂装置138a至138n周围。对井的任意两个或更多生产层段108a至108n，防砂装置138a至138n可包含不同的组件或结构，以适应沿着井长度上变化的条件。例如，生产层段108a至108b可包括防砂装置138a至138b的套管完井和特定的结构，而生产层段108n可以是该井的裸眼层段，具有不同结构的防砂装置138n。

传统上，封隔器或其他流动控制机构位于相邻的层段108之间以使得每个区域内的生产被独立控制。例如，进入层段108b环状空间内的砂石生产将由封隔器135与层段108b隔离开。图2示意性地展示了井114，特别是井内的层段108，井是不均一的，而储层和地层结构多种多样，不易通过封隔器进行区域隔离。作为例子，图2中示意性地展示了毗邻的层段108c和108d，并且展示了在它们之间没有封隔器。毗邻的层段是使用传统的封隔器区域隔离不可行的情况的一个例子。其他的例子，包括穿过大量不同地层和/或区域的井，使得所需的封隔器数量在经济上不可行；穿过地层性质逐渐儿明显变化的地层的井，使得渐变不能用传统的封隔器经济地分隔开；以及许多其他由于成本和/或与安装封隔器相关的操作风险使得使用封隔器不可行的情况。另一个通过传统的封隔器技术进行区域隔离不可行的井条件的例子是，每个生产层段108内的条件在井运行过程中是动态的，最初被认为可行的单个层段可进化至最有效的井作业将单个层段分隔成多个层段或区域以进行独立控制。在井运转中，这种单个层段需要被分隔成多个层段的变化特征是井作业中普遍的，而这通常需要通过昂贵且操作风险高的修理来实现。

本发明所公开的技术适于放入井中，以提供流动控制装置，该装置与井下管道联合以提供备用的损坏解决系统。图3提供了本公开内容和发明范围内的方法的示意性流程图200。图3所示的方法开始于提供一个适于井下使用的管道，如方框210所示。在框212，该方法继续提供一个流动控制装置，例如本文将描述的那些。图3表明，本发明公开内容的方法可根据采用此处所述技术的井的条件，以多种顺序和步骤次序实施。例如，在新井或生产管柱被移除的井中，方法200可包含将流动控制装置和管道有效连接，如214所示，然后将组合好的管道和流动控制装置一起放入井中，如216所示。另外或可选地，本公开内容的方法200还包含将管道放入井，如方框218所示。管道可在提供连接流动控制装置之前放入井，例如在已有的生产管道中安装流动控制装置时。可选地，出于其他因素，管道可以在将流动控制装置与管道连接之前放入井中。图3在220示意，流动控制装置可以与已经放入井中的管道有效连接。

本方法的步骤210至220可以按任意适当的顺序或次序实施，以最终获得与管道有效连接并被放入井的流动控制装置。例如，管道的供应可以在流动控制装置的供应之前许多年进行。类似地，管道可以在提供控制装置之前很久就放入井。图3中的示意性流程图仅展示了许多路线图中的两种，这些路线图可能达到拥有一个与管道连接并置于井中的流动控制装置的工作条件，所有这些路线都在本方法的范围内。

一旦流动控制装置被放入井中并与管道连接，方法200在222继续，使流体流过该流动控制装置和该管道。如上所述，该流体流动可以沿着生产方向(例如，流体流过管道，然后流过流动控制装置)或沿着注入方向(例如，流体流过流动控制装置，然后流过管道)，二者都在本方法范围内。最终，方法200开采烃，如224所示，该烃可产自安装了流动控制装置的井，或与之相连的井(例如当流动控制装置被用于注入井时)。

此处关于本系统和方法的讨论主要描述了在生产环境下的组件和特征。例如，流动控制导管和腔室描述如下，其具有与构件关联的入口和出口，这些入口和出口是条件特定的(context specific)。例如，一个构件的可透过部分可以在生产作业环境下提供出口，而在注入作业环境下提供入口。类似地，此处的以生产为中心的讨论描述了在与地表进行交换时候，配置用于防止砂或颗粒进入生产导管的特征和方面。类比地，此处描述的和/或本发明范围内的全部实施方式中每一个都具有适于注入作业的标签和命名。例如，在注入作业中，井环状空间是与目标(即地层)直接交换的导管，这与生产作业中生产导管与目标(即地表)的直接交换相同。

因此，尽管此处所述实施方式的许多包含生产环境下的命名和/或描述，但本发明并不限于此。为用于注入作业，对当前实施方式的修正通常仅涉及改变用于指代组件的命名。在一些实施方式中，组件的精确位置会在注入作业中改变。然而，元件或组件的相对位置依然在此处所述原理和实施方式的范围之内。更具体而言，本文公开内容内的流动控制系统，无论用于生产作业、注入作业、处理作业或其他作业，都包含管道和流动控制装置。该管道在其外限定井环状空间，并包含外部部件，该外部部件在其内部限定导流管。该外部部件的至少一部分是可透过的，提供井环状空间和导流管之间的流体交换。该流动控制装置位于导流管内，并包含至少一个导管限定构件和至少一个腔室限定构件。该至少一个导管限定构件被配置成将导流管分成至少两个流动控制导管。该至少一个腔室限定构件被配置成将至少两个流动控制导管中至少一个分成至少两个流动控制腔室。至少两个流动控制腔室中的每个具有至少一个入口和一个出口，该入口和出口的每个适于允许流体从中流过，并留阻大于预定大小的颗粒。

图4示意了位于地层244内的井242的一个井段240。所示井段240作为井242的竖直段示出，但在此仅仅示例性的示出，因为此技术可应用于竖直、水平或其他方向的井。如图4所示，井242包含流动控制系统246，该流动控制装置系统246被放置与地层244的生产区域有效连接。更具体地，图4说明本技术可根据本文所描述、教导和建议的多种实施方式，以多种结构和/或技术组合来实施，以提供流动控制系统246。例如，图4说明流动控制系统246包括管道248，该管道248可在第一管道结构248a和/或第二管道结构248b中提供，每种管道结构都提供不同方式的可透和不可透区段，这将结合后图进一步说明。各个管道248尽管各不相同，但也有一些共同元件。例如，每个管道248包含外部部件250，该部件250限定了位于管道内的导流管252。此外，每个外部部件250包含可透部分254，该部分254适于允许流体流过外部部件250进入导流管。

图4还说明管道248包含流动控制装置256，该装置可以是本文所公开的任何一种结构。图4中画出了两个示例性流动控制装置256。该流动控制装置的结构和功能的细节将结合本文后图做详细说明。然而，作为导言，图4显示，以流动箭头258代表的流体从地层244沿着曲折的流径流入管道248，途中穿过至少两个流动控制机构，此处分别由与外部部件248相关的可透过部分和流动控制装置256代表。在本技术的一些实施方式中，沿井下管道节点的长度，沿由封隔器隔离的区域的长度，和/或沿井下柱的全部工作部分的长度，对于每个流动控制系统246可优选采取共同的结构。在其他实施方式中，例如图4所示的实施方式中，井、地层和/或储层的特征可建议在单个井内使用不同的流动控制系统结构。例如，如图2示意，两个生产层段，例如区域108c和108d，可能过于靠近在一起以至于通过传统的封隔器进行区域分隔不可行。不同的区域可能包含具有不同特性的地层，需要采用不同的完井方式以实现最优运转。如图4所示结构——其中不同的流动控制系统结构彼此邻近放置——可允许对不同的层段进行完井，并控制其中的流动，不同地不需要在层段之间放置封隔器。类似地，在多种其他常见油气田条件下，多个流动控制系统结构的使用可以是合适的。

图5A和5B展示了共轴结构260中的流动控制系统246，其结构也见于图4中。共轴结构260是本发明公开内容范围内的流动控制系统246的多种实施方式的一个范例。图5A展示了处于完全开放状态的共轴结构260，而图5B展示该共轴结构有被来自地层244的砂264或其他颗粒(以下统称为砂)堵住的流动控制腔室262。如图5A中可见，共轴结构260中的流动控制系统246包含管道248，该管道包含外部部件250，该外部部件在其内部限定导流管252。管道248可仅包含外部部件250或者可包含外部部件250以及多种其他装置，例如井下生产柱中常用的装置。在管道248包含另外装置的实施方式中，应当理解，外部部件250中的描述词“外部”是相对于由其形成的导流管252而言，而不是相对管道248而言。根据工业界惯例，管道248和外部部件250在图5A中以圆柱形部件表示；然而，也可以采用其他形状和结构，例如椭圆体或多边形。管道248的形状会影响导流管252的形状和/或位于导流管252内的流动控制装置256的结构。另外或可选地，外部部件250的结构可对导流管252和/或流动控制装置的结构具有更大的影响。例如，外部部件250可适于在沿着其长度和/或周围的不同位置提供可透部分254和不透部分266，这会影响流动特性，因而影响流动控制装置256的结构。因此，尽管图5A和5B示意了示例性共轴结构260，其他共轴结构也在本发明公开内容的范围内。类似地，本文所述和所示其他结构或实施方式仅为代表性的，各种部件形状和大小的变化在本发明的范围之内。

本公开内容的流动控制系统246包含如上所述的外部管道250，以及位于导流管252内的流动控制装置256。该流动控制装置256包含至少一个导管限定构件268和至少一个腔室限定构件270。至少一个导管限定构件268可以是任何适于将导流管252分成至少两个流动控制导管272的结构。如图5A所示，导管限定构件268包含置于管道248的外部部件250内的管道部件274。在图5A中，管道部件274与外部部件250同心，因此命名为共轴结构；然而，应当理解管道部件274可置于导流管252内的任意位置，包括偏移管道248的轴和/或邻近外部部件250。至少一个导管限定构件268被用于将导流管252分成至少两个流动控制导管272，该构件268可包含单个物理部件或者可包含多个部件，如管道部件、壁、隔板等。

如上文所述和图5A代表性所示，流动控制装置256还包含至少一个腔室限定构件270。在图5A中，腔室限定构件270是圆盘276提供的，圆盘276横跨管道部件274和外部部件250之间的环状空间。因此，由外部部件250限定的导流管252被分成了至少两个流动控制导管272和至少两个流动控制腔室262。与导管限定构件268类似，腔室限定构件270可以以任意适当结构提供，其受外部部件250的结构和/或导管限定构件268的结构影响。类似地，在本公开内容范围内的各种实施方式中，腔室限定构件270的数目和之间的间隔可以变化。在图5A所示的共轴结构260中，腔室限定构件270可以以等间隔地置于导流管252内，和/或可以至少部分地根据所测得的或预计的管道248外的区域中的地层244的性质而置于导流管内。

同时考虑图5A和5B将说明此处所述流动控制系统246的功能。首先概括地描述该功能，然后结合图5A和5B所示具体元件作更具体的描述。如上文所述，图5A和5B中的流动控制系统246相同，但处于不同作业状态。本发明的流动控制系统246从单一的导流管252中提供至少两个流动控制导管272。此外，至少一个流动控制导管272被分成了至少一个流动控制腔室262。该至少一个流动控制腔室262包含至少一个入口278和至少一个选择性出口280。该至少一个入口278允许来自管道248外的流体，例如来自地层244和管道248之间的井环状空间282的流体，通过外部部件250并进入导流管252，或者，更具体地，进入流动控制腔室262。入口278适于提供至少一个流动损坏屏障，例如通过从流动中过滤砂264。因此，可透部分254可以提供入口278，其也提供了流动损坏的屏障(例如，防砂)。该入口278可通过任何适当的结构提供流动损坏屏障，例如使用传统的防砂装置：绕丝滤网、穿孔管系、预填充滤网、开槽的衬管、筛滤网、烧结金属滤网等。

一旦所采集的流体进入流动控制腔室262后，流体流向出口280，该出口如图5A所示，偏移于入口278。该出口280也配置为流动损坏屏障，以提供备用从而努力削弱各种损坏流体流动的井下条件。例如，如图5A所示，流动控制腔室262的出口280可以配置为适于留阻砂264或其他大于预定大小的颗粒的可透区。出口的结构可根据被削弱的流动损坏的机制而变化。另外或可选地，流动控制腔室262可具有多个出口，如结合本文其他图所见。共轴结构260可适于通过为腔室限定构件270提供穿孔、滤网或其他形式的可透性而包含两个出口。在本发明的一些实施方式中，出口与入口的结构相协调，以对相同的流动损坏机制提供备用。另外或可选地，入口和/或出口可配置成解决另外的和/或不同的机制。

图5B展示了本流动控制系统246的备用设置。在图5B中，流动控制腔室262的入口278被机械性损坏，以允许砂264进入流动控制腔室262，如可透部分254上的孔284所示。尽管穿过传统生产管系的防砂装置的砂具有显著的流动损坏，而图5B显示，本发明的备用控制为腔室262的出口280提供了适当的流动控制装置，以限制流体中大于预定大小的颗粒流出流动控制腔室。因此，砂264在腔室内积累，直到出口280被砂有效堵塞，通过腔室的流动至少被基本堵塞。在图5A和5B的实施方式中，从出口流入另一个流动控制导管，该流动控制导管没有被分隔成腔室，并且流体流动到达地表。在其他实施方式中，从一个流动控制腔室262的出口流出的流体可进入另一个流动控制腔室262，该流动控制腔室具有一个或多个出口，这些出口适于提供针对流动损坏机制的屏障。例如，为了抵消通过产出的流体产生砂的风险和/或砂不期望地堵塞流径的风险。当流体从一个流动控制腔室流入另一个流动控制腔室时，这些腔室可以串联，以提供分级控制和/或解决多种流动损坏机制。例如，第一流动控制腔室可适于控制较大的砂粒，而第二流动控制腔室可适于控制较小的砂粒，等等。

有利地，本发明的流动控制系统246允许从已经发生一种形式的流动损坏的生产层段或区域继续进行生产。通过显示：甚至在被堵塞的流动控制腔室262的外层滤网(入口278)已损坏并允许砂进入导流管252之后，未堵塞的流动控制腔室262仍能继续生产流体，图5B说明了这一点。此外，尽管流经下部流动控制腔室的流动被堵塞或至少基本上限制，来自地层244的流动可前进通过井环状空间282，通过与上部未堵塞的流动控制腔室相连的入口278进入管道248。通过井环状空间282的流径提供了另一种形式的备用，由本流动控制系统提供。具体地，在下部流动控制腔室由于其入口处大规模堆积，或位于外部部件或入口上的其他堵塞物而堵塞的情况下，来自地层的流体可持续通过井环状空间282进入邻近的流动控制腔室。

本公开的流动控制系统246，例如图5A和5B所示的那些，可适于流动控制腔室出口280偏离于流动控制腔室入口278，例如图5A和5B所示的方式。完井设备试图防止或解决的流动损坏机制之一是在允许流体流入导流管的同时砂264的流入。传统的方法使用滤网或其他可透过媒介，在允许流体通过的同时限制颗粒的流通。然而，可透过部分的可透性天然地削弱了其结构完整性。由于饱含固体的流体冲击可透区段，对于这些区段可透过部分很容易损坏并在可透过部分中具有开孔，如图5B中的孔284所示。这种孔使得可透区段的防砂目标失败，砂被允许流入生产设备。如果生产的流体在离散的、集中的来源进入井环状空间282，在套管井和/或压裂井中，可透区段机械性损坏的风险增加。

流动控制腔室入口278和流动控制腔室出口280之间的偏移关系——其可以被结合到本文所述的一种或多种实施方式中——可以提供针对由于完井设备机械性故障导致的流动损害的另外屏障。参照图5所示的示例性实施方式，进入流动控制腔室262的流体沿第一方向流过入口278，沿第二方向流过流动控制腔室，并沿着第三个方向流动从出口280离开。流动控制装置256包含不可透部分266，该不可透部分适于在入口278附近为流动控制腔室262提供强化的构件。因此，入口278可以导致流体更集中于一个特定的流动方向，而流动控制装置256适于使该能量改变方向至沿着第二流动方向，分散夹带颗粒所携带的能量，促使这些颗粒从流体中沉淀出来。这一初始转向可足以有效减少由于夹带颗粒冲击可透区段带来的机械故障风险。然而，一些实施方式，例如图5A和5B所示的实施方式在流经出口280之前实施另一个流动方向改变。试图与生产的流体一同流过生产管道248的颗粒沿着曲折的流径前进，这种曲折的流径减少了颗粒的能量，并辅助可透部分提供流动控制腔室出口280的任务。这种曲折的流径可以以多种方式产生，本公开内容说明和描述了其中一些，全部方式都在本发明的范围内。

现在来看图6A至6F，图6A至6F描述了本发明范围内的流动控制系统的更多实施方式和特征。图6A至6F的图解是高度示意性的，意在代表可透表面和不可透表面的组合，这些组合可用于形成本发明范围内的流动控制导管和流动控制腔室。尽管可透部分用虚线(dashed line)表示，视觉上与传统的绕丝滤网——可用于本发明——类似，此处所示可透部分更宽泛地和更示意性地代表了能使流体通过外部部件进入流动控制腔室的多种方式中的任何一种。为清楚描述图6A至6F的目的，图6A至6F所用的数字编号与图4和图5中用于指代相似或相同元件或特征的那些数字编号不同。类似地，本文其余附图可以使用不同的数字编号以利于清楚描述那些图。各图中用于指代相同元件和特征的术语和命名是一致的，并可以考虑本文所公开的各种实施方式的相似性进行指代。

从图6A至6C开始，示意性地展示了流动控制系统300的三种不同的作业结构。图6A至6C的流动控制系统300显示为包含外部部件302，该外部部件形成位于地层306和外部部件302之间的井环状空间304。然而，为讨论和简化图解的目的，只显示了一半横断面视图。如前所述，外部部件302也限定了位于其内部的导流管308。此外，流动控制系统300还包括流动控制装置310，流动控制装置310包含导管限定构件312，该构件312适于将导流管308分成至少两个流动控制导管314；以及腔室限定构件316，该构件316适于将至少一个流动控制导管314分成至少两个流动控制腔室318。作为可由图6A至6C的示意图代表的示例性实施方式，图5A和5B所示的共轴结构将具有与图6A至6C可比拟的横断面侧视图。

图6A至6C图示流动控制系统300，其具有流动控制腔室318的出口320，该出口320适于选择性开启。对照图6A至6C，由图6A可看出，两个出口320在图6A都是关闭的，阻止流体流过流动控制腔室318。因此，图6A示意了本发明公开范围内的流动控制系统的第一工作结构，其中流动控制系统有效地充当空管部分。如流动箭头322所示，井环状空间304内的流体当通过流动控制系统300时，有效地停留在环状空间内。类似地，如流动箭头324所示，流动控制导管314a内的流体(该流体可能从靠近底部的井部分进入流动控制导管)也停留在流动控制导管314a内。

图6B示意了当出口320中一个打开时的流动形态。如图6A至6C所示，腔室限定构件316不只是如图5所示的简单圆板，它具有可透区和不可透区，二者一起适于提供了上述选择性开启的出口320。出口320可以通过许多技术中的任意一种被选择性开启，包括化学方法(对含刺激-响应材料的不可透区的一些部分进行溶解或修饰)、机械方法(滑动套管或其他可通过水压、电动或其他信号和控制移动的元件)、或其他方法(例如穿孔或其他可用的井下工具)。应当理解，选择性开启的出口320的物理实现(physical implementation)可以用本文所示意的方法或任何其他合适的方法进行，例如绕丝滤网，其空间中填充这样的材料：可溶解或减小体积以允许在绕丝滤网之间流动。

如图所示，一旦出口320打开时，井环状空间内304的流体进入流动控制腔室318a，通过出口320，并进入流动控制导管314a，以进一步向井上部运输，直到到达地面。图6B显示，选择性开启的出口320允许操作者控制在任意给定时间，哪个流动控制腔室运转，这可用于控制生产速率或控制所用的完井方式(例如限制较小或较大的颗粒)。在一些实施方式中，选择性开启的出口320允许操作者从一个特定生产层进行生产。例如，如图6B所示，流体通过流动控制腔室318a和相连的出口被采集，而通过流动控制腔室318b的流动被关闭的出口阻断。随后，如图6C所示，通过流动控制腔室318a的流动被在出口320a处积累的砂326阻塞，该出口适于留阻大于预定大小的颗粒。当从流动控制腔室318a的生产被积累的砂326基本上阻断时，流动控制腔室318b和出口320b可被打开，以允许从生产层继续生产，同时继续保护生产操作不发生流动损害，例如在这个例子中的砂流入。通过在生产层中进行生产，来自该区域的流速可保持长得多的时间，而不需要充分的修理(workover)。在一些实施方式中，出口320b可适于与出口320a相比施用不同程度的防砂。例如，出口320b的防砂特征可允许较大的颗粒流过以防止砂326在出口处累积而阻塞通过出口320b的流动，从而允许以可控量的砂或细屑产生的方式继续进行生产。另外或可选地，入口328与各自的流动控制腔室之间的距离可足够远，以有效地限制或阻止来自一个地层区(例如，邻近流动控制腔室318a的区域)的砂通过井环状空间304流动到邻近的流动控制腔室的入口。因此，邻近的流动控制腔室的出口320a和320b的结构可以不同，以留阻预计来自不同地层区域的砂。用于留阻大于预定大小的颗粒的出口的结构可以逐个腔室的方式进行，也可以整个井进行。在任何情况下，给定出口所留阻的预定大小可受地层、井、完井方式、井使用方式、流动控制装置的设计方式和其他多种因素影响。

图6C还显示，一个或多个所述腔室可采用没有防砂特征的裸露出口332，例如流动控制腔室318a所示的的出口332。这种出口可用于多种环境，其中经济或井的环境不再必须或需要本文所述备用流动控制系统。例如，本文的流动控制系统的备用控制可在一段时间内实施，以最大化完井寿命和井间隔生产率，同时最小化砂的产生。然而，在井使用寿命中的一些时期，与完全的修理相比，产生一定量的砂是可接受的。例如，如果完井作业中的所有流动控制系统被堵塞并且下一步是取出生产管系进行修理，则优选打开一个或多个流动控制腔室中的裸露出口332，以在预计产生砂或细屑的情况下，继续生产一段时间。

图6A至6C示意了多级使用不同的流动控制腔室318的流动控制系统300中的流动特性，通过入口328、通过流动控制腔室318和通过出口320的流动特性能代表本发明所述实施方式的流动特性。类似地，流动控制腔室、流动控制导管、外部部件、导管限定构件、腔室限定构件、入口、出口等的位置和方向的图示都只是代表性的，并且可实施或执行于任何合适的结构，包括在此处详细描述的那些结构。如上所述，这些组件中任何一个或多个可以在注入环境下而不是上述的生产环境下以不同的方式涉及到。例如，出口320可被认为是流动控制腔室的入口，而入口328则被认为是流动控制腔室的出口。

图6D至6F提供了本发明范围内流动控制系统300的更多图示。图6D至6F所示的流动控制系统300包含许多与上述相同的特征，但以不同的实施方式布置。流动控制系统300包含外部部件302，其适于提供穿过其中的入口328，并能在其中限定导流管308。该流动控制系统300置于井中，以便于外部部件302在地层306和外部部件之间限定井环状空间304。与上述实施方式类似，图6D至6F所示的流动控制系统300包含适合置于外部部件302内的流动控制装置310。该流动控制装置310包含至少一个导管限定构件312，该构件312在导流管308内限定至少两个流动控制导管314。此外，流动控制装置310包含至少一个腔室限定构件316，该构件316被配置以将至少一个流动控制导管314分成至少两个流动控制腔室318。此外，流动控制装置310被配置以提供流动控制腔室318的至少一个出口320。

如在图6D至6F中所见，本发明范围内的流动控制系统300每个流动控制腔室318可包括两个或更多个出口320。按从图6D至6F的操作顺序，可以看到图6D中，第一出口320打开，以允许流体流过流动控制腔室318。该出口320具有可透部分330或其他特征，以抵抗至少一种流动损害机制。例如，出口320可提供有滤网或筛孔，以留阻大于预定大小的颗粒。另外或可选地，如上所述，出口320可适于以抵消与入口328流体偏移所致的滤网或筛孔的机械性损害。如图6D所示，一个出口320打开，而另一个关闭。在一些实施方式中，根据特定的井、区域和/或生产设备的腔室所需的流体参数，两个或更多出口可同时打开。

如图6E所示，一旦第一出口320由于砂或其他颗粒326积累被有效地和/或基本上关闭，第二出口320被打开。出口320的选择性开启允许操作者控制通过单个流动控制腔室的流动。在一些实施方式中，出口的选择性开启通过任意适合的方式从地面控制。从地面控制出口的开启是可接受的，因为出口开启的延迟不会导致流动损坏或生产设备损坏的危险性增加。另外或可选地，对多个选择性开启的出口320的控制受被动影响，或者没有直接操作者或地面介入。例如，图6E中第二开启的出口320可配置为当流动控制腔室318内压力超过预定点时开启，所选的预定点指示第一出口被颗粒充分堵塞。另外或可选地，第二出口在腔室内的定位可足以使它在第一出口被充分堵塞之前有效关闭。例如，在图6E中，井环状空间304内的流动显示为从右向左运动。流体将趋于进入入口328并从右向左继续流向第一开启的出口320(在图6D中示出开启，在图6E中示出关闭)。自然流动力不会使流体主要流向第二出口320，直到第一出口处有足够的反向压力。

如上所述，在一些实施方式中，可使用多级或选择性开启的出口，以在延长的时间段内维持从地层的相同区段的生产率。另外或可选地，可以采用多级或选择性开启的出口以抵消不同的流动损坏机制和/或不同程度的流动损伤风险。作为这种实施方式的一个例子，第一出口可被配置为留阻第一种预定大小的颗粒，而第二出口则可被配置为留阻第二种、更大预定大小的颗粒。因此，井，或者井的一部分，可运转第一时间段，在这期间所有大于较小的、第一预定大小的颗粒被留阻并积累在出口处。当第二出口打开时，来自腔室的流动恢复或继续，并将允许小于第二预定大小的颗粒通过出口。在井使用寿命中不同阶段容许不同程度的流动质量和/或风险时，这种实施方式可能是适宜的。图6F示意了流动控制系统300的进一步的结构，其中两个具有可透部分330的出口320都被堵塞。在这种情况下，通过所述腔室318的流动被阻断。然而，在一些实施方式中，开启一个不适于留阻颗粒或用不同的方式防止或抵抗流动损坏机制的裸露出口332是可以接受的。此时，通过流动控制腔室318内的流动恢复。这种实施方式可用于当砂产生风险被最小化或当砂产生的风险鉴于与井继续运转有关的其他条件例如修理成本是可接受的情况下。

图7A至7C示例性地展示了本发明范围内流动控制系统的更多实施方式。如上所述，图5A和图5B展示了流动控制系统的共轴结构，图6A至6F示意性地展示了本文待描述的多种结构和实施方式的特征流程图。图7A图示了一个三叉流动控制系统350的端视图。对于本文所述和要求保护的其他实施方式，该三叉流动控制系统350包含在其内部限定导流管308的外部部件302。如图7A所示，导流管308被流动控制装置310分成三叉，该流动控制装置310包含导管限定构件312，该构件312是三个隔板352的形式。隔板352将导流管308分成三个流动控制导管314，流动控制导管314中的任意一个或多个可被腔室限定构件(未显示)进一步分隔。图7A所示的三叉结构350代表了许多方式，在这些方式中导管限定构件被放入以将导流管308分成两个或更多个流动控制导管314。隔板352可以被配置为实心板和/或可配置成提供出口(图7A中未示出)，例如本文其他部分所述的那些，以允许相邻的流动控制导管314和/或腔室之间的流动。此外，下文提供了三叉和/或多叉流动控制系统350的更详细示例。

图7B是分叉流动控制系统的另一种实施方式的示意性端视图。图7B示意性地展示了共轴-分叉结构360中的流动控制系统300。该共轴-分叉结构360是多种方式的另一个例子，在这些方式中，流动控制装置310可被置入流动控制系统300的外部部件302内。如图所示，该共轴-分叉结构360包含多个导管限定构件312，包括内部管道362和位于外部部件302和内部管道352之间，将期间的环状空间隔开或分成多个流动控制导管314的三个隔板364。此外，内部管道362提供了另一个流动控制导管314。这些流动控制导管314中任意一个或多个可以通过使用腔室限定构件(未显示)分成流动控制腔室(未显示)，这些腔室限定构件可适于与流动控制导管314的尺寸一致或基本上一致。在示例性实施方式中，每个外部流动控制导管314a可被分成流动控制腔室，而内部流动控制导管314b则可对流体通过管柱不受阻碍的流动开放。与图7A示图类似，图7B中的导管限定构件312，包括内部管道362和隔板364，可以配置为实心板和/或可配置为提供出口(图7B中未示出)，例如本文其他部分所述的那些，以允许相邻的流动控制导管和/或腔室之间的流动。

图8A至8D提供了共轴-分叉结构360的另一示例性实施方式。图8A所示的实施方式表明，流动控制装置310可包含多个导管限定构件312，这些导管限定构件312以任意适当的方式放置或配置，以产生由外部部件302限定的导流管308的至少两个流动控制导管314。如图8A所示，共轴-分叉结构360通过使用多个内部管道362，有效地提供了多个同心流动控制导管314a、314b和314c。外部部件包含至少一个入口328，该入口通向导流管308，尤其是流动控制导管314a。

继续参见图8A，一旦流体进入导流管308，就能在由导管限定构件312、腔室限定构件316和外部部件302限定的流动控制腔室318a内流动。外部流动控制导管314a或外部流动控制腔室318a内的流体随后可从出口320离开流动控制腔室，该出口320由导管限定构件312提供，可以是任意合适形式的出口，能提供外部流动控制导管314a和中间流动控制导管314b之间的流体交换。根据流动控制系统300所适用的流动损坏机制，出口320的结构可相应地改变。示例性的出口能提供可透部分，例如上文所述的，该可透部分适于留阻大于预定大小的颗粒状物质。

如外部部件302的结构所示，用于提供井环状空间304和导流管308之间流体交换的入口328可适于抵消本文所述的流动损坏。例如，入口328可以是绕丝滤网、滤网、或适于防砂的结构。外部部件302的示例性结构可包含由绕丝滤网提供的入口328，该绕丝滤网在相邻的金属丝之间具有空隙，其足以留阻在井筒中产生的大于预定大小的地层砂。外部部件的其他部分可以以任意适当的方式提供，例如空管、包裹在可透媒介外的不可透材料、或者相邻金属丝之间没有空隙的绕丝滤网。制作绕丝滤网是本领域熟知的，涉及将金属丝以预定间距水平缠绕，以获得两相邻金属丝之间特定的空隙。适当的外部部件的一些实施方式可通过改变用于制作传统绕丝滤网的间距而制作。例如，外部部件的一部分可通过以期望的间距绕制绕丝滤网而制作，该期望的间距将留阻大于预定大小的地层砂；和以接近或等于零的间距(没有空隙)绕制下一部分，以产生基本上不可透的介质部分。外部部件302的其他部分可以不同的间距绕制，以产生不同水平的透过部分或不可透部分。

内部管道362可以用类似于外部部件302所述的方法用绕丝滤网技术提供。使用可获得的不同的金属丝结构和不同的间距，由可透部分提供的出口320可以多种结构提供，适于留阻任何预定大小的颗粒。另外或可选地，流动控制装置310的可透部分(与外部部件302上的可透入口相比较)可用其他合适方式提供以提供所需功能，例如结合图6描述的可选择开启的出口320。在一些实施方式中，其中流动控制腔室318的出口320与流动控制腔室的入口328具有流体偏置，此时出口的结构可具有更大的灵活性。如上所述，流体偏置的入口328和出口320在来自井环状空间304、通过入口328的流径中区域内提供了不可透且因而更坚固的导管限定构件312，以抵抗由于流入的流体和/或颗粒的力量造成的腔室限定构件312的机械性损坏。

在图8A至8D所示的示例性结构中，导流管308被内部管道362分成两个环形流动控制导管314，环形流动控制导管314被延伸于其内的隔板364进一步分成纵向流动控制导管(如图8B至8D中所见)。通过入口328进入流动控制导管314的流动会遇到导管限定构件312的不可透部件，如图8A中的流动箭头366所见。然后在由流动控制装置和导管限定构件312限定和产生的纵向流动控制导管314内，流动转为纵向，同时流动中的流体和颗粒所带的能量被消散，如流动箭头368所示。随后流动被腔室限定构件316纵向隔离。出口320提供了外部纵向流动控制导管314a和中间流动控制导管314b之间的流体交换，该出口320可以是选择性开启的。如上所述且与入口328类似，出口320可由可透部分提供或以其他合适结构提供，以留阻大于预定大小的颗粒。中间流动控制导管314b内的流动然后可通过出口320进入内部流动控制导管314c，如流动箭头370中可见，或可沿着中间流动控制导管314b纵向流动，如由流动箭头372可见。例如，在中间流动控制导管314b的其中一个出口320由于颗粒积累而堵塞时，流体可纵向流向另一个出口320，以维持从生产管的各自区域的生产。另外或可选地，中间流动控制导管314b的出口可以与外部流动控制导管314c的出口具有流体偏置(未显示)。一旦流体从中间流动控制导管314b的出口320通过进入内部流动控制导管314c时，流体与地面进行流体交换，成为生产流的一部分，如流动箭头374所示。

在一些实施方式中，外部流动控制导管314a及相连的出口可适于提供初始滤器，以留阻较大的颗粒而允许较细小的颗粒通过，中间流动控制导管314b及相连的出口可适于提供终滤器，以除去较小的颗粒。另外或可选地，外部和中间流动控制导管及相连的出口可基本相似，提供相同过滤水平的备用，而不是不同程度的过滤。在任何情况下，如果入口328损坏，使得颗粒进入导流管308，外部流动控制导管314a及相连的出口提供了阻止砂渗入生产流374的第一道屏障。此外，在外部流动控制导管314a的出口320被设计为允许一些颗粒通过或该出口机械性损坏时，中间流动控制导管314b及相连的出口提供了阻止砂渗入生产流的第二道屏障。与流体偏置的入口和出口的能量耗散相耦合，本公开的流动控制系统300通过在外部部件302和导流管308内形成多条备用流径，提供增强的防止流动损坏能力。在一个给定的流动控制腔室318的每个出口都因为颗粒积累而被堵塞或基本堵塞(或者由于可能的结构例如选择性开启)的情况下，来自邻近地层的生产流体可进入井环状空间304，并继续前进到邻近的未被堵塞的生产管柱部分。因此，备用流径和备用系统允许生产作业继续进行，同时阻止砂渗入，并克服其他形式的流动损坏。

图8B、8C和8D是图8A中所示位置的图8A截视图，其中与图8A中相同的元件给予了相同的编号。这些图展示了根据井孔中的位置，从可透壁(虚线)到不可透壁(实线)的变化。此外，尽管图8A至8D未示出，任意一种导管限定构件312，例如隔板364，可提供有可透部分，以提供从一个纵向流动控制导管到另一个邻近流动控制导管的出口。图8A至8D所示的纵向流动控制导管之间的流体交换可提供了更多的备用流动途经，以在遇到流动损坏机制的同时允许流体流动。隔板364上形成的出口的结构和位置可包含上述的流体偏置原理，例如纵向偏置于入口328而放置。另外或可选地，隔板上的出口可以在保持提供上述的流体偏置优势的同时，与入口328纵向对齐而放置。如上所述，入口与出口之间的流体偏置可被实施使流入的流动中的能量针对实心的因而更坚固的导管限定构件，而不是出口而耗散。偏置导致流入的流动在进入流动控制导管时改变方向(例如，从通过入口时的沿径向流动变为沿纵向流动，如图8A所示的)。图8A所示的纵向偏置的出口在流体从其中通过时造成了另一次流向的改变(例如，从在导管中的纵向流动变为通过出口时的径向流动)。在一些实施方式中，隔板364中提供一个或多个出口，产生了类似的流动方向改变。例如，由于实心的内部管道和隔板上出口的相互关系，通过入口时的径向流动变为周向流动。

图9A至9D提供了更适用于需要逆向或注入方向流动的作业，例如处理作业和/或砾石填充作业的流动控制系统300的实例。图9A至9D在许多方面与图8A至8D所示的共轴-分叉结构360相似，类似的编号指代类似的元件，在这没有它们与图9A至9D相关的明确描述。如图9A至9D所示，一个或多个流动控制导管314可被设置为注入导管376。所示的示例性结构包含位于注入导管376内的分流管378和从分流管延伸并通过外部部件302的喷嘴380。当分流管378被使用时，注入导管376内可还剩下足够的空间，以允许该流动控制导管同时用于生产目的。可选地，内部安装了分流管的流动控制导管可适于作为分流管的导管而专用。另外或可选地，一个或多个流动控制导管314可以适于在不使用分流管378的情况下，用于注入操作。例如，使用实心的、不可透的导管限定构件和合适的入口和出口，能使得一个流动控制导管用于注入作业，而邻近的流动控制导管适用于生产作业。整合分流管378和/或注入导管376可使此流动控制系统用于砾石填充作业，例如美国专利第4,945,991号、第5,082,052号和第5,113,935号所公开的。

图10A和10B分别提供了本发明范围内的流动控制系统400的另一种实施方式的侧面剖视图和截视图。尽管偏心结构402由上述的实施方式和结构分别阐述，此实施方式的特征和方面与本文所述其他实施方式和结构在结构之间是可互换的。例如，上面的与共轴实施方式、分叉实施方式和/或共轴-分叉实施方式相关描述的入口和出口的结构可用于偏心结构402，而不再详细重复与偏心结构相关的这些特征或结构。与上述实施方式类似，偏心结构402包含流径备用和备用的流动损坏应对措施，以增强井下设备的寿命和功能性。图10A和10B的偏心结构402在应对砂渗入型流动损坏机制的背景中示出，但也能有效应对生产设备入口的污垢积累问题。此外，在某种程度上，产砂的增加通常与相应的产水增加有关，本流动控制系统可有效应对产水型流动损坏机制。

如图10A和10B所示，偏心结构402包含管道404，该管道404具有外部部件406，该外部部件406限定了导流管408。在导流管408内放有流动控制装置410，该流动控制装置410具有导管限定构件412和腔室限定构件416，该导管限定构件412适于将导流管408分成至少两个流动控制导管414，该腔室限定构件416适于将至少一个流动控制导管414分成至少两个流动控制腔室418。外部部件406提供有由穿孔422代表的入口420。穿孔422或其他的入口方式——其提供了井环状空间424和流动控制导管414之间的流体交换——可适于留阻大于预定大小的颗粒，或可另外适于应对流动损坏机制。流动控制装置410还包括出口426，该出口适于提供外部流动控制导管414a和内部流动控制导管414b之间的流体交换。出口426由穿孔428代表或图示，并可以用任何适当的方法提供，以应对一种或多种流动损坏机制，例如本文其他部分所述的。如图10A和10B所示，外部部件406和流动控制装置410的组件可由传统的管道提供，这些管道上提供有穿孔，从而提供了适当的入口和出口。尽管穿孔本身可适于留阻大于预定大小的颗粒(或提供一些其他应对流动损坏的措施)，但外部部件406和/或流动控制装置410可包含滤砂网434，该滤砂网沿如图所示的整个部件长度或只在穿孔长度内延伸。

参见图10B可以看出，偏心结构402提供有两种导管限定构件412，包含偏心地置于外部部件406内的内部管道430，并将导流管408分成内部流动控制导管414b和外部流动控制导管，所述外部流动控制导管进一步被隔板432分成第一外部流动控制导管414a和第二外部流动控制导管414c。偏心程度和各流动控制导管的相对大小只是代表性的，可根据实施方式改变。

图10A和10B展示了备用流径可延长完井寿命的方式，尽管地层通过产砂等方式损坏生产作业。考虑图10A的实施方式，流动控制腔室418a显示为在入口420处具有损坏的滤砂网，使得砂436进入了流动控制腔室418a。随着砂在流动控制腔室418a内积累，流动阻力增大，从流动控制腔室418a的出口426流过的流体减少。因此，进入流动控制腔室418a的流体减少了，如虚线流动线438所示。腔室限定构件416和出口426被渗入的砂堵塞或基本堵塞，产生了有效隔离空间(stage)，而可以通过井环状空间424和流动控制腔室418b，沿着迂回流动线440所示的迂回流径继续从该隔离空间附近生产流体。

图10A展示了可在提供有本发明流动控制系统的井运行期间发生的两种有利的方案。如上所述，渗入砂的流动控制腔室418a被砂436填满。尽管出口426可被累积的砂完全堵塞，但也可能该出口426发挥传统滤砂网的功能，而渗入的砂436起到被隔离的流动控制腔室418a内的天然砂填充的作用。由渗入的砂形成的天然砂填充的可能性可取决于流动控制系统400所处地层的性质。此外，然而，流动控制腔室418a和其出口426的结构可促进或阻碍渗入的砂形成天然砂填充。在一些实施方式中，完井工程师和/或设备制造商可改进流动控制装置410，以促进渗入砂的流动控制腔室中天然砂填充层的形成。流动控制腔室418a中的天然砂填充可允许通过该流动控制腔室继续开采烃，而阻止砂进入内部流动控制导管414b，并进一步保护出口420免受机械性损坏。

另外或可选地，流动控制系统400提供的备用的迂回流径440分散流动中携带的砂的能量，该流动进入渗入砂的流动控制腔室418a邻近的井环状空间。如图10A所示，夹砂流体进入井环状空间424，被迫纵向经过环状空间，之后通过外部部件406到达另一个入口420。如上所述，由流体偏置迫使的流向改变耗散了可在夹带的砂中储存的能量。图10A显示，流体偏置可以在井环状空间中建立，也可以在本发明流动控制系统的导流管内的流动控制导管中建立。

图10B展示了另一种方式，其中偏心结构402提供备用流径和流动损坏的备用保护。如图10B所示，渗入的砂436可只进入其中一个外部流动控制导管，例如第一外部流动控制导管414a。在这种情况下，生产的流体可周向地绕着外部部件406流动，进入未渗入砂的第二外部流动控制导管414c，如图10B所示。与图10A所示情况类似，渗入砂的流动控制腔室418a可在一些实施方式中提供天然砂填充，允许生产的流体继续通过该渗入砂的流动控制腔室418a，尽管流速较低。另外或可选地，图10B的情况说明，迂回流径440可以周向运行，以及或作为可选方案纵向流动，如图10A所示的。

结合本发明的其他结构如上描述的，流动控制装置410的各种构件可适于提供合适的可透区，以产生此处所述的备用流径和备用的颗粒留阻系统。例如，隔板432和/或腔室限定构件416可通过穿孔、网、绕丝或其他方法提供，以提供流动控制导管和/或流动控制腔室之间的流体交换。

现在看图11A和11B，这是与图4不同的流动控制系统的放大视图。与涉及图5A和5B的描述类似，现在将对该流动控制系统结构的运转作更详细的说明。图11A和11B展示了具有阶梯式结构502的流动控制系统500的部分剖面图。至于现有图解，流动控制系统500被置于位于地层506的井504内，在流动控制系统和地层之间形成井环状空间508。尽管流动控制系统500和本文所述其他实施方式都被代表性地展示为用于裸眼井，本发明的系统和方法也可用于套管井。

流动控制系统500的阶梯式结构502包含管道510，该管道包括外部部件512。如图所示，管道510包括有穿孔的基管和绕丝滤网。在此实施方式中，有穿孔的基管提供外部部件512，其限定了导流管514和提供了导流管的入口516，该入口允许导流管和井环状空间508之间的流体交换。穿孔518是导流管514入口的一个示例。类似地，有穿孔的基管只是多种提供具有入口并限定导流管的外部部件的手段的一个示例。本领域技术人员熟知其他适当的手段，这些手段也包含在本发明的范围内。应当注意，与流动控制导管526c相连的管道没有穿孔或提供导流管的入口其他手段。因此，流体进入流动控制导管526c的唯一路径(下文会进一步说明)是通过流动控制腔室。只通过流动控制腔室与地层或井环状空间进行流体交换的流动控制导管被认为是生产流动控制导管，生产流动控制导管可与地表进行交换。

继续参考图11A和11B，流动控制系统500的阶梯式结构502包括置于导流管514内的流动控制装置520。与本文其他部分所述实施方式类似，该流动控制装置520包括导管限定构件522和腔室限定构件524。导管限定构件522适于将导流管514分成至少两个流动控制导管526。在阶梯式结构的图示实施方式中，导管限定构件522由多个隔板528提供，这些隔板被排列成将导流管分成三叉。另外或可选地，可以提供额外的导管限定构件以进一步分隔导流管514。导管限定构件522的隔板528包括可透部分530和不可透部分532。可透部分530适于允许邻近的流动控制导管526之间的流体交换，而留阻大于预定大小的颗粒。因此，可透部分530是提供流动控制腔室536的出口534的一种方式，该流动控制腔室536是由腔室限定构件限定的。

不可透部分532适于阻止流体从中流过。如图11A所示，不可透部分532以与穿孔518有效连接而放置。流动控制装置的不可透部分可被安排成或适于与入口516进行直接流体交换，从而吸收和/或偏转进入的流体和颗粒所带能量。另外或可选地，不可透部分532的位置能造成流动控制腔室536的出口534与入口516的流体偏置。尽管图示的实施方式只在一个形成流动控制导管526b的隔板上提供不可透部分532，其他实施方式可提供可供选择的结构，包括两个隔板都具有不可透部分和/或处于不同的关系。

图11A和11B的阶梯式结构提供了三个流动控制导管516a至526c，其中两个流动控制导管被分成多个流动控制腔室536。如图所示，每个流动控制导管中的流动控制腔室536在导流管中都是纵向堆叠的，而相邻的流动控制导管526中的流动控制腔室互相偏置。此外，如图11A和11B所示，隔板528a包含可透部分，以允许邻近流动控制导管内的流动控制腔室之间流体流动。因此，在这种实施方式中，隔板提供了流动控制腔室536的至少一个出口。另外，如图11A和11B所示，隔板528b和528c包括可透部分530，该可透部分适于允许从流动控制腔室536流入未分成流动控制腔室的流动控制导管526c。

阶梯式结构502以与本文另外描述的结构类似的方式运行或发挥作用。例如，流动控制装置520将导流管分成多个流动控制导管和流动控制腔室。流动控制导管和流动控制腔室提供通过管道的备用流径，并提供备用的应对措施，以抵抗流动损坏，特别是由于产砂和/或颗粒积累或水垢造成的流动损坏。图11A中的流动箭头538展示了建造于阶梯式结构502中的多个备用。根据导管限定构件不可透部分和可透部分的结构，在流出流动控制腔室前，引入的径向流体流动可重新定向为纵向和/或周向。每个腔室可具有多个出口和流径，这也可允许每一个流动控制腔室中更充分地填充渗入的砂。

图11A和11B的组合展示了当导流管入口损坏并开始使砂能进入导流管时，阶梯式结构中的流动控制系统发生的情况。如图11B所示，流动控制腔室536a的入口516由于腐蚀或其他机械性磨损而损坏，绕丝滤网上的孔540被开放，允许砂542进入流动控制腔室536a。砂542在任意一个提供出口534的可透区530处开始积累。由于出口数量增加，以及当砂在一个出口处积累时通过另一个出口继续流动的能力，通过该流动控制腔室536a的生产会以较高速率持续较长时间。此外，如本文其他部分所述，阶梯式结构和多个出口和流径的提供，可有助于渗入的砂形成内部天然砂填充，其允许生产流体继续通过流动控制腔室536a，同时降低砂渗入生产流动控制导管526c的风险。另外，由于相邻的流动控制腔室互相靠近，阶梯式结构502可促进在修理之间提高生产率和延长生产周期。如图11B所示，当流动控制腔室536a被堵塞或者被砂填充时，本当进入流动控制腔室536a的地层流体能够被改变方向，相应的能量被耗散，以在外部部件周围周向地或沿着外部部件纵向地移动进入邻近的流动控制腔室。

上述说明提供了本发明范围内的流动控制系统的许多例证。每个系统都代表了可在本发明的范围、教导和权利要求内开发得到的多种系统。此外，应当理解，各种实施方式中的每个特征都可以在不同的实施方式之间互换。例如，结合图6A至6F所说明的选择性开启的出口可整合入任意其他实施方式中。各种实施方式中流动控制腔室的入口和出口可以多种方式选择性地开启，这些方式包括选择性穿孔、破裂膜片、压感阀、滑动套管、RFID控制的流动装置等。另外或可选地，如结合多个实施方式所述，入口和/或出口可适于允许在以多种适合的方式阻止砂渗入的同时进行流体交换，这些方式包括绕丝滤网、穿孔、网、变间距绕丝滤网等，并且可以以过滤程度的任何组合提供，包括过滤不同大小的颗粒，过滤相似大小的颗粒，或二者同时。

此外，如结合图3所述，本发明公开内容范围内的流动控制系统可以多种方式组装或构造，包括在放入井之前构造或组装，以及在组件放入井之后组装。例如，该流动控制系统可以作为独立的完井设备制造，准备与其他长度的生产管或注入管连接。另外或可选地，该流动控制系统可包括流动控制装置，该装置适于通过已经置于井中的生产管道运行。将流动控制装置插入已经在井下的管道中，可以采用多种可用的钻进设备和系统来完成。根据井下管道的条件和流动控制装置的结构，流动控制装置和管道内径之间的容许间隙可以变化。在一些实施方式中，以适当的方式在流动控制装置上放置可膨胀材料，以合拢将流动控制装置放入其位置期间所需的容许间隙。该可膨胀材料可以以任意适当的方法激活或膨胀，例如工业中其他应用中所用的方法。另外或可选地，流动控制装置和管道部件内径之间的容许间隙可以足够小，以至于不需要膨胀材料在管道和流动控制装置之间进行密封。在一些实施方式中，流动控制装置可能不意欲在装置和管道之间产生完全的密封。例如，流动控制装置、流动控制导管和流动控制腔室的结构可将装置与管道之间的压力损失减少到足够小，以至于其间的流体流动可以忽略。

本发明的流动控制系统提供了改进的保护或应对措施，解决多种流动损坏机制，允许作业持续更长的时间。备用流径适于使得井即使有一部分损坏——例如由于产砂过多，由于水垢积累或由于入口堵塞——也能继续运转。类似地，备用滤砂网能防止砂渗入，使得在产生地层产砂时，井的一部分更长时间的生产。通过加入备用流径和备用滤砂网，单个系统能应对多种流动损坏机制，该系统在多种实施方式中可被放入井中，并能自动做出反应，而不需要操作员介入。

在一些实施方式中，该流动控制导管适用于引导流入的流体在纵向流动，随后碰到腔室限定构件，其改变流体的方向，使其通过出口。例如，图5A和5B的共轴结构促进外部流动控制导管中的纵向流动，随后将流动改为径向，流入内部流动控制导管。在其他实施方式中，流动控制导管适用于引导沿径向流动，随后经过一次或多次纵向或周向的方向改变，然后进入生产流。另外，在一些实施方式中，通过入口引入的流体被引导沿周向和/或螺旋向(周向和纵向)通过一个或多个流动控制导管，然后碰到腔室限定构件，其改变流动方向，使流体通过出口并进入生产流动控制导管。例如，本文所述阶梯式结构的多个出口允许流体在流动控制腔室内纵向流动，而在流动控制腔室之间周向流动，随后经过出口进入生产流动控制导管。其他实施方式可包含任意合适结构的导管限定构件和/或腔室限定构件。作为多个例子中的仅仅其中一个，导管限定构件可沿内部管道螺旋形放置。螺旋形缠绕的导管限定构件可引导流体沿着内部管道螺旋向流动，随后到达腔室限定构件，其阻止螺旋向的流动，并引导流体通过出口到达由内部管道提供的生产流动控制导管。在一些实施方式中，该腔室限定构件可与流动控制导管强加或促进的流体流动方向垂直地放置。

本发明范围内的每种实施方式都可适应于特定的井或井的一部分。例如，流动控制导管和流动控制腔室的数目以及导管和腔室的长度、宽度、深度、方向等都可以变化。尽管导管限定构件和腔室限定构件的组合无穷无尽，但由于一种或多种原因，例如制造便利、使用便利、防砂有效性、维持生产率的有效性，定制结构的能力等，工程师和操作者会鉴定出几种更适于适用的组合。每种上述组合都在本发明范围内。

实施例

本发明的流动控制系统在实验室井筒流动模型上进行了证明。该流动控制系统的实验室井筒模型具有25厘米(10英寸)外径(OD)，7.6米(25英尺)有机玻璃管以模拟裸眼井或套管井。测试完井设备的装置被置于有机玻璃管内，包含一系列的三管系部分。该三管系部分由以下组成：1)流动控制系统，该系统在外部部件中具有机械性损坏的流入区域；2)流动控制系统，该系统在外部部件中具有完好的流入区域；3)传统滤网，该滤网具有机械性损坏的滤砂网。每个管系部分直径为15厘米(6英寸)，长度为1.8米(6英尺)。流动控制系统包括91厘米(3英尺)长的开槽衬管和91厘米(3英尺)长的空管作为管道或外部部件。置于导流管内的流动控制装置包含外径7.5厘米(3英寸)的内部管道(导管限定构件)，该内部管道由1.2米(4英尺)长的空管和61厘米(2英尺)长的绕丝滤网组成。流动控制系统模型中的外部部件和内部管道是同心的，符合上述的示例性共轴结构。在测试期间，含有砂砾的水被泵入管系组件(完井装置)和有机玻璃管(裸眼井或套管井)之间的环状空间。

浆液(水和砂)首先流过环状空间，进入损坏的流动控制系统。进入损坏的流动控制系统的砂被留阻并填充于流动控制腔室中，该流动控制腔室限定于内部管道和外部部件之间。不断增加的砂填充增大了流动阻力，并减慢了砂进入损坏的流动控制系统的速度。由于进入损坏的流动控制系统的砂减少，浆液(水和砂)进一步转向下游进入邻近的未损坏流动控制系统。砂砾填充于未损坏的流动控制系统和有机玻璃管之间的环状空间内。由于此流动控制系统是完好的，砂被外部部件上的入口留阻。由于未损坏的流动控制装置外部被填充，浆液被转向下一个损坏的传统滤网。砂围绕损坏的传统滤网流动并进入损坏的传统滤网。由于传统滤网没有配备任何次级或备用防砂渗入措施，砂持续进入侵蚀的滤网并且无法被控制。

该实验展示了在完井作业的砾石填充部分期间的流动控制系统的概念。如果砂滤网媒介的一部分在滤网安装过程中损坏或在砾石填充作业过程中被侵蚀，本文所述流动控制系统能通过次级或备用措施留阻砾石，以阻止砂渗入或其他流动损坏，从而使正常的砾石填充作业继续进行。然而，传统的滤网不能防止砾石流失，并可能导致砾石填充不完全。不完全的砾石填充和传统的滤网随后导致井生产期间的地层砾产生。过量的砂产生降低井生产率，损坏井下设备，并在地面产生安全危害。

上述实验也展示了在砾石填充完井或独立完井的井生产过程中，本发明的流动控制系统的理念。如果旨在防止砂渗入的滤网媒介的一部分在井生产过程中被损坏或侵蚀，如本文所述的流动控制系统能1)将砾石或自然砂(例如地层砂)留阻在该流动控制系统的流动控制腔室内；2)维持环状砾石填充或自然砂填充的完整性；3)将流动转向其他完整的滤网；4)继续无砂生产。与此相反，损坏的传统滤网会导致砾石填充或自然砂填充持续流失，地层砂持续产生。

尽管本发明的当前技术可以容许各种修改和替代形式，仅以示例的方式展示了上述示例性实施方式。但是，同样应该理解的是本发明并不希望被局限于这里所公开的特定实施方式。实际上，本发明的当前技术可以覆盖落入由下面所附权利要求所限定的发明精神和范围之内的所有修改、等同物和替代。

Claims (30)

1.一种井流动控制系统，其包含：

管道，所述管道适于放入井内以限定井环状空间，其中所述管道具有外部部件，所述外部部件限定内部导流管，并且其中所述外部部件至少一部分是可透的，允许所述井环状空间和所述导流管之间的流体交换；

流动控制装置，所述流动控制装置适于放入所述管道的所述导流管内，其中所述流动控制装置包含至少一个导管限定构件和至少一个腔室限定构件；其中所述至少一个导管限定构件被配置成将所述导流管分成至少三个流动控制导管；其中所述至少一个腔室限定构件被配置成将所述至少三个流动控制导管中的至少两个分成至少两个流动控制腔室；其中所述至少两个流动控制腔室中的每个具有至少一个入口和至少一个出口；其中所述至少一个入口和所述至少一个出口中的每个适于允许流体从中流过并留阻大于预定大小的颗粒；并且其中所述至少三个流动控制导管中至少一个仅仅通过一个或多个流动控制腔室与所述井环状空间进行流体交换。

2.权利要求1所述的井流动控制系统，其中邻近流动控制导管内的所述流动控制腔室是流体偏置的，并处于流体交换。

3.权利要求1所述的井流动控制系统，其中从第一流动控制导管内形成的流动控制腔室出口流出的流体进入第二流动控制导管。

4.权利要求1所述的井流动控制系统，其中所述出口对大于预定大小的颗粒的留阻逐渐增加从所述流动控制腔室通过所述出口流动的阻力，直到通过所述出口的流体流动至少被基本阻断。

5.权利要求1所述的井流动控制系统，其中所述至少两个流动控制腔室置于所述管道的所述导流管内，使得通过所述外部部件的可透部分流入的流体进入至少一个流动控制腔室。

6.权利要求5所述的井流动控制系统，其中所述流动控制腔室的所述至少一个入口由所述管道的所述外部部件的所述可透部分提供。

7.权利要求1所述的井流动控制系统，其中所述流动控制腔室的所述至少一个入口适于留阻第一预定大小的颗粒，并且其中所述流动控制腔室的所述至少一个出口适于留阻第二预定大小的颗粒。

8.权利要求1所述的井流动控制系统，其中所述流动控制腔室的至少一个入口和至少一个出口适于留阻具有至少基本上为预定大小的颗粒；并且其中当所述至少一个入口损坏时，所述流动控制腔室适于逐渐留阻大于所述至少一个出口的预定大小的颗粒。

9.权利要求1所述的井流动控制系统，其中至少一个流动控制腔室的所述至少一个入口和所述至少一个出口是流体偏置的，并处于流体交换。

10.权利要求1所述的井流动控制系统，其中至少一个流动控制腔室中的流动是至少基本上纵向的；并且其中所述至少一个腔室限定构件至少基本上垂直于纵向而放置。

11.权利要求1所述的井流动控制系统，其中至少一个流动控制腔室内的流动是至少基本上圆周的；其中所述至少一个腔室限定构件至少基本上垂直于圆周方向而放置。

12.权利要求1所述的井流动控制系统，其中所述至少一个出口中的每个适于选择性开启，以控制通过所述出口的流体流动。

13.权利要求1所述的井流动控制系统，其中所述至少两个流动控制腔室中至少一个包含至少两个出口，其中所述至少两个出口中的每个适于留阻不同预定大小的颗粒，并且其中所述至少两个出口中的每个适于选择性地对流体流动开启，以根据开启的出口选择性地留阻不同预定大小的颗粒。

14.权利要求1所述的井流动控制系统，其中至少一个流动控制腔室的所述入口形成于所述流动控制装置中；并且其中所述至少一个流动控制腔室的所述出口由所述外部部件的所述可透部分形成。

15.权利要求1所述的井流动控制系统，其中所述外部部件的所述可透部分提供至少一个流动控制腔室的入口；并且其中所述至少一个流动控制腔室的所述出口形成于所述流动控制装置中。

16.权利要求1所述的井流动控制系统，其中所述流动控制装置适于在置于井内的管道中运行。

17.权利要求1所述的井流动控制系统，其中所述至少一个导管限定构件适于在一个或多个流动控制腔室内提供至少一个不可透分流面，其中所述不可透分流面置于所述流动控制腔室入口的直接流径中，以使流入的流体分流。

18.权利要求17所述的井流动控制系统，其中每个流动控制腔室包含至少两个出口，每个出口与所述入口流体偏置。

19.权利要求18所述的井流动控制系统，其中所述至少两个出口的每个提供与不同流动控制导管的流体交换。

20.流动控制装置，所述流动控制装置适于插入井管道的导流管中，所述流动控制装置包含：

至少一个导管限定构件，其适于插入井管道的导流管中，并将所述导流管分成至少三个流动控制导管；

至少两个腔室限定构件，其被配置以将所述至少三个流动控制导管中的至少两个分成至少两个流动控制腔室；和

至少一个可透区，其被提供在所述至少一个导管限定构件和所述至少两个腔室限定构件中的至少一个中；其中所述至少一个可透区适于允许流体交换并留阻大于预定大小的颗粒；其中流过所述至少一个可透区的流体在所述导流管内从第一流动控制导管进入第二流动控制导管；并且其中所述至少三个流动控制导管中的至少一个适于仅仅通过一个或多个所述流动控制腔室与井环状空间进行流体交换。

21.权利要求20所述的流动控制装置，其中所述流动控制装置适于在置于井内的井管道中运行。

22.权利要求20所述的流动控制装置，还包含可膨胀材料，所述可膨胀材料至少置于所述至少一个导管限定构件上，并适于至少基本上密封所述井管道，以在流体上将所述至少两个流动控制导管相互隔离，使得所述流动控制导管之间的流动至少基本上只通过所述至少一个可透区进行。

23.权利要求20所述的流动控制装置，其中所述至少一个可透区适于选择性地开启，以控制从通过可透区的流动中过滤的颗粒大小。

24.权利要求20所述的流动控制装置，其中邻近流动控制导管中的所述流动控制腔室是流体偏置的，并处于流体交换。

25.一种利用权利要求20所述的流动控制装置控制烃井设备中颗粒流动的方法，所述方法包括：

在井中提供适于井下使用的管道，其中所述管道包含限定导流管的外部部件，并且其中所述外部部件的至少一部分是可透的并允许流体流动通过所述外部部件；

提供至少一个流动控制装置，包含：a)至少一个导管限定构件，所述至少一个导管限定构件适于放入所述管道的所述导流管并将所述导流管分成至少三个流动控制导管；和b)至少两个腔室限定构件，所述至少两个腔室限定构件被配置以将所述至少三个流动控制导管中的至少两个分成至少两个流动控制腔室；

将所述管道放入井中；

将所述至少一个流动控制装置放入井中；

将所述至少一个流动控制装置与所述管道有效连接；其中有效连接的管道与至少一个流动控制装置包括所述至少三个流动控制导管和所述流动控制腔室；其中每个流动控制腔室具有至少一个入口和至少一个出口；其中所述至少一个出口和所述至少一个入口的每个适于允许流体从中流过并留阻大于预定大小的颗粒；和

使流体流动通过所述至少一个流动控制装置和所述管道。

26.权利要求25所述的方法，其中所述外部部件的可透部分为至少一个流动控制腔室提供至少一个入口；并且其中使流体流动通过所述至少一个流动控制装置和所述管道包含使生产流体流动通过所述外部部件的所述可透部分和通过所述流动控制腔室的所述出口，从所述井生产烃。

27.权利要求25所述的方法，所述方法进一步包括在将所述至少一个流动控制装置和所述管道放入所述井之前将所述至少一个流动控制装置和所述管道有效连接。

28.权利要求25所述的方法，其中使流体流动通过所述至少一个流动控制装置和所述管道包含：

使流体通过至少一个入口，流入至少一个放入第一流动控制导管内的流动控制腔室，其中所述流体沿着第一流动方向流过所述至少一个入口；

重新定向所述流动控制腔室内的流体以使其沿着第二流动方向流动；

重新定向所述流动控制腔室内的流体以使其沿着第三流动方向流动，经过所述至少一个出口并进入第二流动控制导管。

29.权利要求28所述的方法，其中所述第二流动方向是下列至少一种：基本上纵向的、基本上圆周的、基本上径向的和基本上螺旋向的。

30.权利要求25所述的方法，其中使流体流动通过所述至少一个流动控制装置和所述管道包含将刺激流体、生产流体、钻井流体、完井流体和砾石填充流体中至少一种注入所述井中。

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