井下流动控制装置技术领域
本发明涉及一种用于控制流体从井孔向井管结构中和/或从井管结构向井孔中的
流动的井下流动控制装置。此外，本发明涉及一种井下系统。
背景技术
当阀、压裂端口和入流控制装置布置作为井下井管结构的一部分时，经常发生的
情况是，水垢和杂物不断地沉积在所述阀、端口和装置的开口中。特别地，这在井管结构的
内部发生，导致开口中的流动面积降低并且在一些情况下甚至导致流动停止，致使所述阀、
端口和装置不能正常起作用。
此外，随着水垢和杂物在阀、端口和入流控制装置的开口中不断沉积，可能会损坏
布置成与开口连接的密封元件，并且甚至在希望它们被关闭的情况下，这可能不利地导致
阀、端口或装置的泄漏。
发明内容
本发明的一个目的是完全或部分地克服现有技术中的上述缺点和不足。更特别
地，一个目的是提供一种改进的井下流动控制装置，其能够使水垢和杂物沉积的风险最小
化并因而有利于该流动控制装置的打开和关闭。
从下面的描述中将变得显而易见的上述目的以及众多的其它目的、优点和特征由
根据本发明的方案来实现，即通过用于控制流体从井孔向井管结构中和/或从井管结构向
井孔中的流动的井下流动控制装置来实现，该井下流动控制装置包括：
-具有轴向轴线并适于安装为井管结构的一部分的基础管结构，该基础管结构具
有第一开口；
-布置在该基础管结构中的第一套筒，该第一套筒具有第一套筒部件和具有第二
开口的第二套筒部件，并且该第一套筒适于沿所述轴向轴线滑动以使所述第一开口与所述
第二开口至少部分地对准，
其中，第二套筒至少部分地布置在所述第二套筒部件与所述基础管结构之间，以
及
接合元件布置用于在第一位置上与所述第二套筒部件的凹部接合并用于在第二
位置上与所述第二套筒部件的凹部脱接。
所述第二套筒可在第一位置上与所述第二套筒部件接合并且在所述第二位置上
与所述第二套筒部件脱接。
所述第一位置可以是所述井下流动控制装置的初始位置。
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。
进一步地，所述基础管结构可具有沿轴向轴线延伸的细长的突起，该细长的突起
用于将接合元件挤压成与第二套筒接合，直至到达所述第二位置。
并且，所述基础管结构可具有用于在第二位置处接纳接合元件的凹口。
此外，所述井下控制装置可构造成通过所述第一套筒和所述第二套筒在沿所述轴
向轴线的第一方向上的运动来打开所述第一开口并且通过所述第一套筒和第二套筒在第
二方向上的运动来关闭所述第一开口，所述第二方向是沿所述轴向轴线的、相对于所述第
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，该第二凹口端部最靠近所述第一
开口，所述第一凹口端部具有倾斜的第一端面且第二凹口端部具有第二端面，该第二端面
沿与所述轴向轴线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与所述凹口接合并抵接所述第二端面时被
阻止滑动通过所述第一开口。
此外，所述凹口的倾斜的第一端面可构造成通过随着所述第二套筒沿所述第二方
向的运动使接合元件从所述凹口向上滑动而使所述接合元件与所述凹口脱接。
此外，所述接合元件可以是弹簧加载的。
所述接合元件可以是弹簧加载的弹性挡圈。
此外，所述接合元件可包括弹簧。
所述弹簧可以是叶片弹簧。
并且，所述井下流动控制装置可包括多个接合元件。
上述井下流动控制装置还可包括第一密封元件和第二密封元件，所述第一密封元
件在所述第一开口的第一侧布置在所述基础管结构上的第一周向槽中并且所述第二密封
元件在所述第一开口的第二侧布置在所述基础管结构上的第二周向槽中，所述第二侧与所
述第一侧相反。
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与所述基础管结构之间，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与所述基础管结构之间
并且在第二位置上布置在所述第二套筒与所述基础管结构之间。
所述第二套筒部件可包括多个第二开口。
此外，所述第一套筒部件和所述第二套筒部件可制成为一个套筒。
进一步地，所述第一套筒部件可以是第三套筒，所述第三套筒可与所述第二套筒
部件连接。
此外，所述第三套筒可布置在所述第二套筒部件与所述基础管结构之间。
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，当所述第二套筒被阻止沿第一方向运动且所述第一套筒部件继续运动通过
所述第一开口时，在所述第二套筒的第二端部与所述第一套筒部件的第一端部之间可形成
间隙，借此通过所述间隙而在所述第一开口与所述第二开口之间提供流体连通。
此外，所述第二套筒部件可具有内表面和在所述内表面上的用于与井下工具的键
工具接合的凹槽。
此外，所述基础管结构可由至少两个管结构区段安装而成。
此外，所述第一开口可以小于所述第二开口。
所述流动控制装置可以是压裂端口或入流控制装置或阀。
进一步地，所述开口可以是通孔。
本发明还涉及一种用于控制流体从井孔向井管结构中和/或从井管结构向井孔中
的流动的井下系统，该井下系统包括：
-井管结构；以及
-上述井下流动控制装置。
上述井下系统还可包括环状屏障，所述环状屏障包括：
-适于安装为井管结构的一部分的管状部件，该管状部件具有外表面；
-可膨胀的套筒，该可膨胀的套筒围绕该管状部件并具有面向所述管状部件的套
筒内表面和面向所述井孔的壁部的套筒外表面，所述可膨胀的套筒的每个端部均与该管状
部件连接；以及
-在该可膨胀的套筒的套筒内表面与该管状部件之间的环形空间。
此外，所述环状屏障可以是第一环状屏障并且上述系统还可包括第二环状屏障，
所述第一环状屏障和所述第二环状屏障适于在井下于所述井管结构与所述井孔或另一井
管结构的壁部之间的环空中膨胀以在所述第一环状屏障与第二环状屏障之间提供生产区
域的区域隔离，所述井下流动控制装置对着所述生产区域布置。
此外，所述可膨胀的套筒的一个或两个端部可借助连接部件与所述管状部件连
接。
此外，所述可膨胀的套筒可由金属制成。
此外，所述管状部件可由金属制成。
进一步地，可在所述管状部件上设置开口。
此外，可在所述连接部件与所述管状部件之间或者在所述可膨胀的套筒的端部与
所述管状部件之间设置密封机构。
此外，所述环形空间可包括第二套筒。
所述井下系统可包括多个流动控制装置。
附图说明
下面将参考后附的示意图更详细地描述本发明及其许多优点，所述示意图出于示
例目的仅示出了一些非限制性的实施例，其中：
图1-3以截面图示出了在不同位置上的根据本发明的井下流动控制装置；
图4-5示出了处于在凹部中的接合位置和处于脱接位置上接合元件的局部放大的
截面视图；
图6以截面图示出了另一井下流动控制装置；以及
图7示出了井下系统。
所有的附图是高度示意性的，未必按比例绘制，并且它们仅示出了阐明本发明所
必需的那些部件，省略或仅暗示了其它部件。
具体实施方式
图1以截面视图示出了根据本发明的井下流动控制装置1的一个实施例。该井下流
动控制装置1适于控制流体从井孔2向井管结构10中和/或从井管结构10向井孔2中的流动。
井下流动控制装置1包括基础管结构3，该基础管结构具有轴向轴线4并适于安装
为井管结构10的一部分，该基础管结构3具有第一开口5。该第一开口5对着井孔2布置。井下
流动控制装置1还包括布置在基础管结构3中的第一套筒6。第一套筒6具有第一套筒部件7
和具有第二开口9的第二套筒部件8。第一套筒6适于沿轴向轴线4滑动以使第一开口5与第
二开口9至少部分地对准，从而在井孔2与井管结构10的内部11之间提供流体连通。因此，井
下控制装置1被构造成通过第一套筒6和第二套筒12在沿轴向轴线4的第一方向上的运动来
打开第一开口5并且通过第一套筒6和第二套筒12在第二方向上的运动来关闭第一开口5，
该第二方向是沿轴向轴线4的、相对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和基础管结构3之间，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，该第一位置为在图1中所
示的位置。在该第一位置上，该第一开口和第二开口未对准且该井下流动控制装置1处于其
不允许井筒流体流入井管结构中的关闭位置。接合元件13还适于在第一和第二套筒6、12已
沿轴线4相对于基础管结构滑动时的第二位置上与第二套筒部件8的凹部14脱接。图2和3中
示出了该第二位置。
当接合元件13接合在第二套筒部件8的凹部14中时，第二套筒12将随第一套筒6一
起沿轴向轴线4滑动，直至接合元件13与凹部14脱接，从而导致第一套筒6能在第二套筒12
不跟随的情况下沿轴向轴线4进一步滑动。
该井下流动控制装置1处于其关闭位置时，该第一和第二套筒彼此抵接，防止了水
垢或杂物的沉淀，因为在第一和第二套筒之间不存在供水垢或杂物沉淀的开口。因此，当两
开口对准时水垢和其它杂物沉积在开口中并因而最大限度地减小或甚者停止经由开口的
流动可能性的缺陷得以消除。
此外，井下流动控制装置1还包括第一密封元件22和第二密封元件23。该第一密封
元件22在第一开口5的第一侧布置在基础管结构3的内表面上的第一周向槽24中。第二密封
元件23在第一开口5的第二侧布置在基础管结构3上的第二周向槽25中，其中，该第二侧与
该第一侧相反。优选地，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与基础管结构3之间。第二密封元件23在第
一位置上布置在第一套筒部件7与基础管结构3之间(如在图1中所示)，并且在第二位置上
布置在第二套筒12与基础管结构3之间(如在图3中所示)。由于第一套筒和第二套筒在通过
第二密封元件时彼此抵接，最大程度地降低了损坏密封元件的风险，并且因此维持住它们
的密封性能，因为在该第二套筒已通过第二密封元件23之前，不会形成开口。
图1的实施例示出了第一套筒部件7和第二套筒部件8是两个单独的元件。第一套
筒部件7具有第一厚度t1,1和第二厚度t1,2，该第二厚度大于该第一厚度。在该第一厚度与该
第二厚度之间布置有第一壁部15。该第一厚度位于最靠近第二套筒12处。
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，该第一厚度大于
该第二厚度。第二开口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与第二厚度t2,2之间布置有第二壁部16。第一壁部15和第二壁部16彼此相对地就位，它
们之间的距离限定出腔室17，如在图1中所示。在所示实施例中，第二套筒部件8能够在第二
壁部16抵接第一壁部之前独立于第一套筒部件7地沿轴向轴线4滑动。这将在下文中结合图
2和3进一步描述。
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，在图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通过接合元件13连接至第二套筒
12且第二套筒部件8沿轴向轴线4运动时帮助第一套筒部件7的滑动。
在图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仍能相对彼此滑动。第三套筒7布置在第二套筒部件8与基础管结构3之间。
图1的第二套筒12具有通孔26，接合元件13布置在该通孔中。接合元件13具有大于
第二套筒12的厚度的长度。通孔26远大于接合元件13的宽度，从而弹簧27可与接合元件13
相连地布置。弹簧27向接合元件13施加朝向基础管结构3的力，借此当接合元件13与第二套
筒部件8上的凹部14接合时该接合元件13是弹簧加载的并且一旦接合元件13能沿径向方向
远离轴向轴线4地运动，该接合元件13便会与凹部14脱接。在图1中，弹簧27是叶片弹簧；然
而，可使用其它弹簧例如像围绕接合元件13布置的螺旋弹簧。
基础管结构3具有对着第二套筒12布置的凹口28。凹口28适于在图2和3所示的第
二位置处接纳接合元件13。因此，当套筒6、12沿轴向轴线4滑动时，接合元件13维持与凹部
14接合，直至其达到凹口28，导致弹簧加载的接合元件13沿径向方向受力，因此通过与凹口
28接合而与凹部14脱接。
参见图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
第一开口(在图5中未示出)。第一凹口端部71具有倾斜的第一端面73且第二凹口端部71具
有第二端面74，该第二端面沿与轴向轴线4大致垂直的方向延伸。凹口28的倾斜的第一端面
73构造成通过在第二套筒12沿第二方向的运动期间使接合元件13经倾斜的第一端面73从
凹口28向上滑动而使接合元件13与凹口28脱接。
此外，参考图1，第二套筒部件8具有内表面29和在内表面29上的用于与井下工具
的键工具(未示出)接合的至少一个凹槽30。在图1中，第二套筒部件8具有第一端部31和第
二端部32，并且在每个端部上布置有凹槽30。在第二套筒部件8的第一端部31处，内侧凹槽
33设置在第二套筒12与第一端部31之间，致使第二套筒部件8能够在接合元件13已与第二
套筒部件8的凹部14脱接时相对于第二套筒12运动。
在图1所示的井下流动控制装置1的截面图中，仅示出了一个接合元件13。然而，可
在该井下流动控制装置中设置多个接合元件13。
该第一、第二和第三套筒和第一和第二套筒部件可由金属制成。
在图2中，图1的井下流动控制装置1的第一套筒6示出处于中间位置，该中间位置
是第二套筒的第二位置。
在图3中，井下流动控制装置1的第一套筒6被示出处于第三位置和井下流动控制
装置1的打开位置，在该打开位置，所述第一和第二开口对准。
在该中间第二位置，第一和第二套筒部件7、8和第二套筒12已向右运动至接合元
件13已达到凹口28，借此，接合元件13与第二套筒部件8的凹部14脱接并同时与凹口28接
合。
在该中间位置，第二套筒12的第二端部21仍与第一套筒部件7的第一端部18抵接，
借此第二套筒已将第一套筒部件7推至该位置。第二套筒12的第二端部21大致布置于第一
开口5处。事实上，当接合元件13与凹口28接合并抵接凹口28的第二端面74时，阻止了第二
套筒12滑动通过第一开口5。在该中间位置，第二密封元件23对着第二套筒12布置。
在图2中示出的中间位置上，第一开口5未与第二套筒部件8的第二开口9对准，从
而未在井孔2与井管结构10之间提供流体连通。
在图3中，井下流动控制装置1被示出处于第三位置，其中，第一开口5与第二开口9
对准，从而在井孔2与井管结构10之间提供了流体连通。
如在图3中所示，当第二套筒12被阻止沿第一方向运动时，由于接合元件13抵接凹
口的第二端面且第一套筒部件7继续运动通过第一开口5，在第二套筒12的第二端部21与第
一套筒部件7的第一端部18之间形成间隙80，借此，通过间隙80而在第一开口5与第二开口9
之间提供流体连通。
参见图2中示出的中间位置，第二套筒部件8已与第二套筒12脱接并已进一步向右
运动。接合元件13已与凹口28接合，借此，如上所述，第二套筒12被阻止进一步向右运动。
当第一套筒的第二套筒部件8在第二套筒12不沿轴向轴线运动的情况下沿轴向轴
线运动时，第二套筒部件的壁部16将会在一小段距离之后抵接第一套筒部件7的壁部15，借
此第二套筒部件8将推动第一套筒部件7。因此，第一套筒部件7将开始沿远离第二套筒12的
方向运动，并从而会在第二套筒12与第一套筒部件7之间提供一距离。此外，第二开口9也将
朝向第一开口5的位置运动并且这两个开口随后将对准，从而提供在井孔2与井管结构10之
间的流体连通。当沿远离第二套筒的方向移动该第一套筒时，在它们之间形成周向开口，并
且当第二开口9对准该第一开口5时，这两个开口也与套筒6、12之间的周向开口对准。
此外，第二套筒部件8的第一端部31已通过最小化内侧凹槽33而朝向第二套筒12
运动。在图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。
在图1-3中，第一开口5和第二开口9具有沿轴向轴线4基本相同的宽度。然而，在图
6中，第二开口9具有大于第一开口5的宽度，从而如果水垢或杂物沉淀，则该第二开口仅被
最小化，但不会最小化至小于第一开口5。
尽管未示出，但第二套筒部件8可包括多个第二开口，并且基础管结构3也可包括
多个第一开口。
在图4中，接合元件13的局部放大图被示出接合在第二套筒部件8的凹部14中。在
该位置上，第二套筒12与第二套筒部件8连接并从而在第二套筒部件8运动时跟随该第二套
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更大的宽度，这限定出在两个元件部分35、36之间的突出部37。该突出部适于接
纳弹簧27，从而弹簧27向突出部37施力以便沿径向向外的方向和远离凹部14的方向迫压接
合元件13，该径向向外的方向在图4中是向上的方向。然而，基础管结构3的壁部阻止了接合
元件13与凹部的脱接。
在图5中，第二套筒部件8已运动至图2中所示的第二位置，其中，接合元件13对着
基础管结构3上的凹口28就位。在该位置处，弹簧27将接合元件13径向向外地迫压至凹口28
中并从而该接合元件13与凹部14脱接。因此，脱开了第二套筒12与第二套筒部件8之间的连
接，借此第二套筒部件8可独立于第二套筒12运动，并且之后第二套筒12相对于基础管结构
3被牢固定位，因为接合元件13已经接合在凹口28中。
当应结束井孔与井管结构之间的流体连通时，以相反的顺序执行上述流体连通措
施。
尽管未示出，但基础管结构可由至少两个管结构区段安装而成。
在图6中，第一套筒部件7和第二套筒部件8被制成为一个套筒6。除了第一套筒部
件7和第二套筒部件8不能独立于彼此运动之外，将基础管结构3上的第一开口5与第二套筒
部件8上的第二开口9对准以提供井孔2与井管结构10之间的流体连通的程序以与上述针对
图1-3中所示的实施例描述的程序基本相同的方式执行。井下流动控制装置1可布置在井管
结构10的内侧凹槽或腔室中，如在图6中所示。
此外，该基础管结构可具有沿轴向轴线延伸的细长的突起，该细长的突起用于将
接合元件挤压成与第二套筒和第二套筒部件接合，直至到达第二位置，并且之后，该细长的
突起终止并且该接合元件与第二套筒部件脱接。并且，该接合元件可以是弹簧加载的弹性
挡圈。
根据本发明的流动控制装置1可以是压裂端口或入流控制装置或阀。
图7示出了用于从井下储层40生产含烃流体的井下系统100。井下系统100包括井
管结构10，该井管结构具有用于将井筒流体引导至地面的内部41。
井下系统100包括第一环状屏障50和第二环状屏障51，用以在所述两个环状屏障
膨胀时隔离出生产区域101。每个环状屏障包括适于借助螺纹安装为井管结构10的一部分
的管状部件52、围绕该管状部件的可膨胀的金属套筒53以及在该可膨胀的套筒的套筒内表
面与该管状部件之间的环形空间54。可膨胀的金属套筒53具有面向管状部件的套筒内表面
55和面向井孔2的壁部57的套筒外表面56，可膨胀的套筒的每个端部均与管状部件连接，这
在可膨胀的套筒膨胀时提供隔离屏障。
井下系统100还包括井下流动控制装置1，该井下流动控制装置1安装为井管结构
10的一部分并且对着生产区域101布置在第一环状屏障和第二环状屏障之间，以用于控制
流体从井孔2向井管结构10中和/或从井管结构10向井孔2中的流动。
流体或井筒流体是指存在于油井或气井井下的任何类型的流体，如天然气、石油、
油基泥浆、原油、水等。气体是指存在于井、完井、或裸井中的任何类型的气体组分，并且油
是指任何类型的油组分，例如原油，含油流体等。气体、油和水流体可因此均分别包括除气
体、油和/或水之外的其它元素或物质。
套管、生产套筒或井管结构是指井下使用的与石油或天然气生产有关的任何类型
的管、管道、管结构、衬管、管柱等。
在该工具不是完全浸没入套管中的情况下，井下牵引器可用来推动所述工具完全
进入井中的位置。井下牵引器可具有带轮子的可突伸的臂部，其中，轮子接触套管的内表
面，用于在套管内推进该牵引器和该工具前进。井下牵引器是能够在井下推动或拉动工具
的任何类型的驱动工具，例如Well![]()
尽管上面已经结合本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但在不背离如下面
的权利要求所限定的本发明的情况下可想到的若干变型对本领域技术人员来说将是显而
易见的。