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1、10申请公布号CN102549235A43申请公布日20120704CN102549235ACN102549235A21申请号201080035706122申请日2010081312/540,88820090813USE21B43/12200601E21B43/1620060171申请人贝克休斯公司地址美国得克萨斯72发明人MP科罗纳多74专利代理机构中国国际贸易促进委员会专利商标事务所11038代理人赵培训54发明名称用于在井眼中进行无源流体控制的设备和方法57摘要在多个方面，本发明提供了用于控制水从地下地层流入到开采井内的系统、装置和方法。在一个实施例中，该装置可以包括流量控制元件，所述流。
2、量控制元件由形状随变材料和配置在形状随变元件内部的亲水聚合物形成，所述亲水聚合物的量足以使流量控制元件限制通过该流量控制元件的水流量。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2012021386PCT申请的申请数据PCT/US2010/0454322010081387PCT申请的公布数据WO2011/019989EN2011021751INTCL权利要求书2页说明书6页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图3页1/2页21一种制造流动装置的方法，其包括提供形状随变材料；通过向形状随变材料添加亲水聚合物形成流量控制元件，亲水聚合物的添加量足以使所述。
3、流量控制元件限制通过该流量控制元件的水流量。2如权利要求1所述的方法，还包括在添加亲水聚合物之前，加热所述形状随变材料，以实现第一形状；和在添加亲水聚合物之后，压缩和冷却所述流量控制元件，以使该流量控制元件实现第二形状。3如权利要求1所述的方法，还包括将流量控制元件放置在其中具有通道的管元件外部。4如权利要求3所述的方法，还包括在所述管元件和流量控制元件之间提供流体流动路径。5如权利要求1所述的方法，其中，所述流量控制元件内部的亲水聚合物响应对一定量的水的暴露而膨胀。6如权利要求1所述的方法，还包括压缩所述流量控制元件；和在压缩所述流量控制元件之后，将所述亲水聚合物添加到所述流量控制元件中。7。
4、如权利要求1所述的方法，其中，提供形状随变材料包括提供能够充分地渗透的泡沫。8一种流量控制装置，其包括流量控制元件，所述流量控制元件由形状随变材料和配置在形状随变材料内部的亲水聚合物形成，所述亲水聚合物的量足以使流量控制元件限制通过该流量控制元件的水流量。9如权利要求8所述的流量控制装置，还包括其中带有至少一个流体通道的管元件。10如权利要求9所述的流量控制装置，还包括在所述管元件和流量控制元件之间的金属制网格。11如权利要求9所述的流量控制装置，还包括在所述管元件和流量控制元件之间的流体路径。12如权利要求8所述的流量控制装置，其中，所述亲水聚合物响应对一定量的水的暴露而限制水的流量。13如。
5、权利要求8所述的流量控制装置，其中，所述流量控制元件构造成在被放入井眼时膨胀而接触井眼的壁。14一种用于从地层开采流体到井眼内的方法，其包括提供流量控制装置，该流量控制装置包括流量控制元件，所述流量控制元件由形状随变材料和配置在形状随变材料内部的选定量的亲水聚合物形成，所述亲水聚合物的选定量足以使所述流量控制元件限制通过该流量控制元件的水流量；在井眼的选定部位放置带有成第一压缩形状的流量控制元件的流量控制装置；使所述流量控制元件实现第二膨胀形状；和通过使流体流过所述流量控制装置，从地层开采流体至井眼内。15如权利要求14所述的方法，其中，提供流量控制装置还包括将流量控制元件设置权利要求书CN1。
6、02549235A2/2页3在一管外部，所述管具有构造成使流体进入该管的至少一个通道。16如权利要求15所述的方法，其中，提供流量控制装置还包括在所述管和流量控制元件之间提供流体流动路径。17如权利要求16所述的方法，其中，提供流量控制装置还包括在所述管和流量控制元件之间或在流量控制元件外部设置金属制网格。18如权利要求14所述的方法，其中，流量控制元件内部的亲水聚合物响应对一定量的水的暴露而膨胀，从而限制通过该流量控制元件的水流量。19如权利要求14所述的方法，其中，形状随变材料包括能够充分地渗透的泡沫。20如权利要求14所述的方法，其中，使所述流量控制元件实现第二膨胀形状还包括将形状随变材。
7、料加热到玻璃态转化温度以上。权利要求书CN102549235A1/6页4用于在井眼中进行无源流体控制的设备和方法0001交叉引用0002本申请要求享有2009年8月13日提交的、美国专利申请序列号为12/540888且发明名称为“用于在井眼中进行无源流体控制的设备和方法”的优先权。技术领域0003本发明总的来说涉及用于对流体流入到井眼的开采管柱中进行有选择地控制的设备和方法。背景技术0004诸如油和气这样的烃类是从地下地层利用钻进地层的井眼采收的。通常，从多个含烃地层或开采区沿着井眼对烃进行采收。水通常与烃一起存在于开采区中。有时，将水注入到相邻井眼也被称作“注入井”中，以使烃从地层朝着井眼移。
8、动。在开采区寿命晚期，生成到井眼中的水量势必不断增加。有时发生透水。透水导致来自附近地层的大量水或者注入到注入井中的水流至开采区，进而流入井眼。0005在穿过含烃的单个开采区的水平井眼区段中出现了特定的问题。当流体从不同区域不均匀地进入井眼时，流体会使烃开采层不均匀地降低，导致水被加速抽吸到井眼中。水的生成是不希望有的，尤其是因为水占据了用于提升烃至地面的可利用管道空间，此外在将烃输送到目的地之前，必须在地面上从烃中分离水并处置掉。0006流量控制装置与砂筛联合使用，以均衡穿过生产层段流入生产油管中的流体的流量。诸如阀的流量控制装置用以防止或限制来自开采区的流体流动。流量控制装置限制水的流动同。
9、时限制烃的流动。而且，这样的流量控制装置复杂、昂贵，可能需要频繁的维修。0007本发明提供用于控制水流入井眼的设备和方法，其解决了上述一些缺陷。发明内容0008在多个方面，本发明提供了用于控制水从地下地层流入到开采管内的系统、装置和方法。在一个方面，提供了制造流动装置的方法，在一个实施例中，该方法可包括提供形状随变SHAPECONFORMING元件；通过向形状随变元件添加亲水聚合物形成流量控制元件，所添加的亲水聚合物的量足以使流量控制元件限制水的流动。0009在另一个方面，提供了一种流动装置，根据一个实施例，所述流动装置可以包括流量控制元件，所述流量控制元件由形状随变材料和配置在形状随变材料内。
10、部的亲水聚合物形成，所述亲水聚合物的量足以使流量控制元件限制通过该流量控制元件的水流量。0010本发明更重要特征的例子概述得相当宽泛，以便可以更好地理解下述的详细说明书以及可以领悟对本领域做出的贡献。当然，本发明还具有额外的特征，这将在下文描述，其形成了关于本发明的权利要求的主题。附图说明说明书CN102549235A2/6页50011参照下面的详细说明内容，并结合附图，本领域普通技术人员将更容易领悟和更好地理解本发明的优点和其他方面，其中贯穿附图中所示的几个视图，同样的参考标记通常表示同样或类似的元件，以及其中0012图1是结合有根据本发明的流量控制装置的示例性裸井开采组件的侧剖视图；001。
11、3图2是示例性流量控制装置的侧剖视图，该流量控制装置包括根据本发明一个实施例的压缩形式的形状随变元件；0014图3是示例性流量控制装置的侧剖视图，该流量控制装置包括根据本发明一个实施例的膨胀形式的形状随变元件；和0015图4是示例性流量控制装置的一部分的详细侧视图，根据本发明的一个实施例，该流量控制装置包括带有亲水聚合物的可渗透泡沫。具体实施方式0016本发明涉及对进入井眼中的开采烃进行控制的装置和方法。本发明容许不同形式的实施例。在视图中显示以及在此描述的是本发明的具体实施方式，应理解为本发明被认为是在此所述的装置和方法的原理范例，而不是将本发明限制于在此显示和描述的实施例。0017图1是示。
12、例性井眼110的示意图，该井眼穿过大地112钻入一对地层114、116中，人们希望从该对地层进行烃开采。井眼110具有一偏向的或基本上水平的支腿119。井眼110具有在后阶段开采组件，其整体以附图标记120来指示，该开采组件通过从井眼110的地面126上的井头124向下延伸的井眼管柱122设置在井眼中。开采组件120沿其长度限定一内部轴向流动孔。一环空130限定在开采组件120与井眼内表面131之间。所示的开采组件120具有水平部分132，所述水平部分沿着井眼110的支腿119延伸。在沿着开采组件120的选定部位上设有根据在此论述的实施例制得的流体控制装置134。任选地，流体控制装置134通过。
13、一对封隔器装置136隔离在井眼110内，如区域137所示。0018所示井眼110的配置包括一未下套管的钻孔部分，该未下套管的钻孔部分直接开口到地层114、116。所以，开采出的流体直接从地层114、116流入到限定在开采组件120与井眼110的壁之间的环空130中。流体控制装置134控制流入开采组件120的流体流的一个或更多个方面。根据本发明，开采控制装置138可具有若干种确保控制由此通过的流体流动的替代结构。0019图2显示了根据本发明一个实施例的放入井眼区段202中、用于控制流体从储层或开采区流入开采管柱内的若干流体控制装置200也被称作“流量控制装置”。图2显示了侧视图，流体控制装置20。
14、0的一部分被移除，以示出某些细节。在多个方面，进入流体控制装置200的开采流体的流量可以是地层流体的一个或多个特征或参数的函数，包括含水量。进一步地，流体控制装置200可以沿开采井的一段以任意适合的方式分布，以在多个位置提供流体控制。这样的配置可有利于，例如，在水平井的“跟部”的流量可能出现大于水平井的“趾部”的情况下均衡开采流量。适当地配置流体控制装置200，例如通过压力均衡或通过限制水流入量，这样则可增加储油层高效排入井眼的可能性。示例性流体控制装置200的详细情况在下文论述。0020所示的示例性流体控制装置200包括一流量控制元件201也被称作“形状随变元说明书CN102549235A3。
15、/6页6件”。一般而言，形状随变元件可以形成为压缩形状而放入井眼中。当被加热至玻璃态转化温度以上时，这样的形状记忆元件膨胀，这将在后面更详细地描述。在许多方面，形状随变元件201是能够被渗透的。在一个方面，形状随变元件201包括一种或多种暴露于诸如水的某些流体时膨胀的添加剂，从而减小形状随变元件201的渗透率。渗透率的减小，使由此通过的流体包括水的流量减少。这种形状随变元件的形成在后面描述。0021仍然参照图2，在一个方面，形状随变元件201可以放置在筛网元件204的外表面上。所示的形状随变元件201处于压缩状态，使其可以被运输至井眼中并放置在井眼中的选定部位处。如下所述，形状随变元件201在。
16、井眼中被加热时膨胀，接触井眼206的表面，从而将流体控制装置定位和固定到选定的井眼部位。在许多方面，筛网元件204可以包括适合的丝网或类似的耐用流体过滤装置。在一种构造中，筛网元件204可以位于管元件或导管元件208外表面上，所述管元件或导管元件包括构造成接收流体进入该管元件并引导开采流体至地面的流体通道。在图2中，所示形状随变元件201位于筛网元件204的外表面上。在另一个实施例中，形状随变元件201可以位于管元件208的外表面上。在又一个实施例中，可沿着管元件208的外表面设置支架结构或流体流动路径，以便于开采流体从形状随变元件201流到管元件208。0022在图2的示例性实施例中，所示的。
17、多个流体控制装置200彼此相邻地位于井眼的水平支腿中。可以在流体控制装置200之间的空间210中设置封隔器或其他部件。封隔器可用来隔离水平井眼的开采区或开采区段。依照本发明的实施例，流体控制装置200可具有若干种能够提供所要求的由此通过的受控流体流量的替代结构。在此所使用的术语“流体”包括液体、气体、烃类、多相流体、两种或更多种流体的混合物、水、盐水、诸如钻井泥浆的工程流体、从地表喷射的诸如水的流体、以及天然存在的诸如油和气的流体。另外，涉及到水，应当解释为还包括水基流体；例如盐水或咸水。0023仍然参照图2，流体控制装置200可具有若干种用以控制由此通过的流体流量的替代结构。可使用各种材料来。
18、构造流体控制装置200的部件，包括合金、钢、聚合物、泡沫、复合物、任何适合的耐用且坚固的材料、或者它们的任意组合。正如在此所描绘的，附图中所示的图示不是按比例的。根据所要求的过滤、流量或其他应用特定准则，组件或各个部件在尺寸和/或形状上不同。进一步地，某些特征的说明可能去除了某些部件以提高清晰度和详细程度。0024一般而言，形状随变元件201可以由控制水从地层流到井眼的流量的任何适合的材料形成。在一方面，形状随变元件201可以利用开口胞腔结构的聚合泡沫形成。这种基于胞腔的元件是可渗透的，并且允许流体穿过开口胞腔，从而穿过泡沫元件。这样的形状随变元件可描述为充分地可渗透或多孔的开口胞腔元件。适用。
19、于制备这种形状随变元件的材料种类可包括能够承受典型的井下条件而不会不希望地降解的任何材料。在非限制性的实施例中，这样的材料可以由热塑性或热固性介质制备。这种介质可以包含若干种添加剂和/或其他能够改变或变更由此形成的形状随变材料的性能的制剂组分。例如，在一些非限制性的实施例中，形状随变材料本质上可以是热塑性的或热固性的，可以选自下列组聚氨酯，聚苯乙烯，聚乙烯，环氧树脂，橡胶，氟橡胶，腈，三元乙丙橡胶EPDM，其他的聚合物，它们的组合等等。0025在某些非限制性实施例中，形状随变元件201可以具有“形状记忆”性能。形状随说明书CN102549235A4/6页7变元件201也可以被称作形状记忆元件。。
20、在此所使用的术语“形状记忆”指的是材料被加热到材料的玻璃态转化温度以上，接着被压缩和冷却至较低温度，同时仍然保持其压缩状态的能力。但是，通过将该材料再次加热至接近玻璃态转化温度或玻璃态转化温度以上，该材料则可以回复到其原来的形状和尺寸，即，回复到其压缩前的状态。可以配置包括某些合成或传统泡沫的小组，以实现给定应用所希望的玻璃态转化温度。例如，可以将泡沫介质配制成具有正好略微低于在其使用深度处预期的井下温度的转化温度，然后将材料吹成传统泡沫或用作合成泡沫基体。0026形状随变元件的初始形成时形状是可以变化的，不过，基本上管的形状通常更适合于井下井眼配置，其作为流体控制装置的一部分，正如在此所述的。
21、那样。形状随变元件也可以采用薄片或层的形状，薄片或层可以卷绕在开采管道上，作为流体控制或防砂设备的部件。为便于配置，或者为提高所述层的过滤特性，在该设计中还可以包括凹入端部、条纹状区域等等。就后者来说，该设计可用于防砂目的。在一个方面中，在下入井眼之前，可以将亲水聚合物添加到形状随变元件。当形状随变元件被加热到其玻璃态转化温度之上时，添加亲水聚合物，其中该亲水聚合物设置在配制形状随变元件的泡沫的开口胞腔内。在一个方面，可以在形状随变元件低于玻璃态转化温度时，将亲水聚合物添加到形状随变元件。进一步地，然后压缩形状随变元件，并将其冷却至第二形状，以便下入工艺中适配井眼。为了实现本发明的目的，形状随。
22、变元件也可以被称作流量控制元件或流量控制装置，流入控制元件，反应介质元件，或水量控制元件。0027在实施例中，所述流量控制元件可以包括水敏感介质。水敏感介质的一个非限制性的例子是相对渗透率调节剂RPM。相对渗透率调节剂可以是亲水聚合物。这样的聚合物可以单独使用，也可以与具有聚合物通道的可渗透过滤材料一起使用。对于给定输入，例如带有特定水量含水量的流入流体，为了获得所希望的渗透率或反应率，可通过改变聚合物类型、组分、组合等、可渗透材料类型、流体通道尺寸、形状、组合等等或两者的合成物聚合物量、结合方法、配置等等，来改变水敏感材料的性能。在一个非限制性例子中，水流入可渗透开口胞腔泡沫元件内部的亲水材。
23、料、流到亲水材料周围或者流过亲水材料，而使亲水材料膨胀，从而减少了形状随变元件中可用的流动横截面面积。这增大了流体流动的阻力。当流过可渗透介质的水量减少时，亲水聚合物收缩或皱缩，以打开流体流道。0028为了实现本发明的目的，亲水聚合物可以由任何适合的具有强的亲水性的组分形成，从而能够使该聚合物在暴露于一定量的水时结合并在尺寸上膨胀，并且反过来，能够在不暴露于预定量的水时皱缩。因此，亲水聚合物在接触来自地层的预定量或选定量的水时体积增大或膨胀。导致亲水聚合物膨胀的水的选定量是基于流体中水的流量、百分比或者表示暴露至选定量的水的另一个参数计算的。在一个方面，亲水聚合物的类型和尺寸根据应用所要求的渗。
24、透率配置。例如，致密开口胞腔泡沫仅使用极少量的稀释亲水聚合物就可以限制通过泡沫的流道的水量。0029如下所述，在形状随变元件201膨胀后其膨胀成与井眼一致。当形状随变元件被用作流体控制装置时，优选的是，在下井过程中，该流体控制装置保持在压缩状态，直到其到达所要求的井下部位。通常，从地面输送井下工具至所要求的井下部位需要花费几个小时或几天。当下井过程中经受的温度足够高时，由形状记忆聚氨酯泡沫制成的过滤装置可能开始膨胀。为在下井过程中避免不期望的膨胀，可利用延迟加热泡沫的方法。在一个特说明书CN102549235A5/6页8定的但非限制性的实施例中，可以使用聚乙烯醇PVA薄膜包裹或覆盖在由形状记忆。
25、聚氨酯泡沫制成的装置的外表面上，以防止在下井过程中膨胀。一旦过滤装置在井眼中的适当位置在某一温度范围下放置一给定量的时间，聚乙烯醇薄膜就会溶于水、乳液或其他井下流体中，在暴露之后，形状记忆装置膨胀，与井孔相适应。在另一个可选但非限制性的实施例中，由形状记忆聚氨酯泡沫制成的过滤装置涂敷有能够由热流体降解的硬质塑料，例如聚酯聚氨酯塑料和聚酯塑料。术语“能够由流体热降解的塑料”指的遇热以及遇到流体、例如水或烃或它们的组合时能够降解的任何硬质固态聚合物薄膜、涂层或覆盖物。覆盖物配制成可在特定温度范围内降解，以符合所需应用或在下井过程的所需时段例如几个小时或几天的井下温度。用于延迟膨胀的覆盖物的厚度以及。
26、可降解塑料的类型是可以选择以防止形状记忆聚氨酯泡沫制成的过滤装置在下井过程中膨胀的参数。一旦过滤装置在井下适当位置在某一温度范围下放置一给定量的时间，这些可降解塑料就会溶解。这允许过滤装置膨胀至井孔的内壁。换句话说，通过在例如水或烃流体中分解或者通过热降解或水解，或者通过应用或不应用加热，都可以去除用于阻止或防止形状记忆多孔材料回复至其膨胀位置或过早展开的覆盖物。在一个实施例中，可以添加到形状随变元件的形状随变泡沫中的亲水聚合物是通过注射或其他合适的手段设置在泡沫的开口胞腔内的。0030亲水聚合物也被称作亲水材料，可以利用任何呈现亲水特性的适合材料。亲水聚合物可以由任何适合的具有强的亲水性的组。
27、分构成，从而能够使聚合物在暴露于一定量的水时结合并在尺寸上膨胀，并且反过来，能够在不暴露于预定量的水时皱缩。因此，亲水聚合物在接触来自地层的预定量或选定量的水时体积增大或膨胀。导致亲水聚合物膨胀的水的选定量是基于流体中水的流量、百分比或者另一个参数计算的。在一个方面，使用适当量的聚合物，诸如聚乙烯醇和乙烯磺酸盐。在一个实施例中，聚合物用量可以在24之间。在一个方法中，可以在一定压力下将聚合物注射到泡沫中，以充满或大体上充满泡沫孔隙空间。聚合物被结合到泡沫材料上。可以有选择地对膨胀率进行选择。但是，随着开采流体中含水量的增加，泡沫材料中更多的胞腔接触水，会有更多量的聚合物膨胀。0031图3显示了。
28、在形状随变元件201在图2显示已经膨胀之后的示例性流体控制装置200的侧剖视图。为了方便起见，膨胀的形状随变元件标记为202。图示显示了在井眼内的选定部位上的各个流体控制装置200，其中形状随变元件202与井眼206的内表面相适应。因为流体控制装置200在性质上基本相似，所以，为了方便起见，可参考单个流体控制装置200。因此，各个流体控制装置200构造成能够使地层流体流过形状随变元件202、筛网材料204和管元件208，如箭头212所示。然后地层流体沿轴向214流向井眼地面。在一方面，形状随变元件202被加热到玻璃态转化温度或其以上，从而导致这些元件膨胀而与井眼206的壁相匹配。因此，形状随变。
29、元件202内部的亲水聚合物使烃流体流过这些可充分地渗透的元件。当水从地层流入形状随变元件202时，位于胞腔内部的亲水聚合物膨胀，增大了水流过这些元件的阻力。亲水聚合物在接触选定量的水时膨胀，从而“阻塞”开口胞腔泡沫的开口胞腔和流体连通通道。在一个方面，当水暴露低于选定量且烃流体例如基本上全部烃油和/或气流过形状随变元件时，亲水聚合物收缩或体积下降而打开用于油和/或气的流体连通通道。因此，位于形状随变元件202中的亲水聚合物为流体控制装置200实现了流体流量控制。0032图4是示例性流体控制装置400的一部分的视图，包括可渗透泡沫结构402和亲说明书CN102549235A6/6页9水聚合物40。
30、4。在一方面，亲水聚合物404位于开口胞腔泡沫结构402内的流体通道和胞腔中，并结合到胞腔壁上。可以通过在形成泡沫期间注射或任何其他合适的方法将亲水聚合物404添加到泡沫结构402中。如所描绘的那样，亲水聚合物404位于泡沫结构402的开口406中。亲水聚合物404在感知到来自地层的流体流410中的水分子408时膨胀。因此，亲水聚合物404和泡沫结构402的组合为流体控制装置400提供了可选择的流动阻力。进一步地，由于与井眼的接触面积较大，泡沫结构402和亲水聚合物404的配置实现了耐用的结合和显著降低的相对流动速度。0033另外，流体控制装置与井眼“相符合”，形状随变元件膨胀或展开而填充可利。
31、用空间直至井眼壁。井眼壁限制了可渗透的形状随变材料的最终膨胀形状，实际上，不会容许其膨胀到其初始的膨胀位置或形状。但是，这样，膨胀或展开的形状随变元件作为流体控制装置的部件是多孔的，将容许从地下地层通过井眼开采烃。在另一个方面，流体控制装置的泡沫元件可以由可渗透的非形状随变材料构成。这种可渗透的非形状随变材料可以包含流体连通通道，具有的亲水聚合物构造成限制水流量，如上所述。0034为便于说明和描述，上文的描述针对的是本发明的特定实施例。但是，对本领域技术人员来说显而易见的是，在没有背离本发明的范围和精神的情况下，可以对上述实施例进行许多修改和变化。说明书CN102549235A1/3页10图1说明书附图CN102549235A102/3页11图2图3说明书附图CN102549235A113/3页12图4说明书附图CN102549235A12。