[发明专利]控制井下流体流速的管状嵌入式喷嘴组件

说明书

技术领域

本发明大体上涉及与地下井中执行的作业配合使用的设备，尤其是涉及一种用于控制井下环境中流体的流入或注入速率的管状嵌入式喷嘴组件。

背景技术

在不对本发明的范围造成限制的情况下，参照蒸汽注入为例来描述本发明的背景。

从储层产出烃类的常见做法是采用多种技术使采收率最大化。通常，在从储层生产烃类的最初阶段中，存储在储层中的能量使烃类流体从储层转移到井筒中，并且一直到地面。无论是气驱、水驱、重力排水或诸如此类，储层压力充分高于井筒内的井底压力，使得自然压力差驱使烃类流体朝向井运动，并且一直到地面。然而，已发现储层压力由于烃类的生产而下降。这种储层压力的下降导致井底压力与储层压力之间的压力差降低，继而导致生产率下降。

在某些储层中，可利用稳定储层压力、将烃类朝向井筒转移或同时利用两者的二次采收技术，使生产率维持在经济的水平。例如，二次采收可涉及将流体（如水或气体）从与生产井流体连通的一个或多个注入井注入到储层中。具体而言，可将气体注入到气顶（gas cap）中以增大储层压力和/或可将水注入到生产区域中以将石油从储层移出。一旦二次采收技术到达其经济可行性的终点，可以利用增强的石油采收技术来进一步延长某些储层的生产寿命。例如，增强的石油采收作业可涉及化学驱油（chemical flooding）、混相驱替（miscible displacement）和热采。

一种热采方法涉及使用蒸汽，所述蒸汽可在地面产生，并且通过一个或多个注入井而注入到储层中。在这种操作中，蒸汽进入储层并且加热原油以降低其粘度。此外，由蒸汽冷凝的热水协助将石油朝向生产井驱动。然而，已发现尤其当蒸汽正在从单个注入井注入到多个目标区域中时，可能较难对蒸汽进行调节。在这种情况下，管与每个目标区域之间的环空区通常以封隔器隔离。蒸汽通过位于每个区域的管柱中的一个或多个喷嘴而从管注入到每个目标区域中。由于这些区域的压力和/或渗透性上的差异，以及管柱中的压力损失和热损失，使得难以控制进入每个区域的蒸汽量。一种确保每个区域中的蒸汽注入的方式是建立（形成）通过每个喷嘴的临界流态。

当通过喷嘴的喉部的速度等于局部流体条件下的流体声速时，则得到通过喷嘴的可压缩流体的临界流。一旦达到声速，无论下游条件如何变化，通过喷嘴的流体的速度（并且进而流体的流速）无法增加。因而，无论每个区域上的环空压力（annular pressure）的差异如何，只要在每个喷嘴处维持临界流，就可知晓进入每个区域的蒸汽量。然而，已发现为了确保通过典型的蒸汽注入喷嘴的临界蒸汽流，必须将环管（环空与油管的）压力比维持为低于约0.6。为克服这种限制，已尝试使用具有下游扩压部分的喷嘴，以增大可维持临界流的环管压力比。然而，这些装置涉及使用具有侧袋（side pocket）的管柱，由此显著增加了管道的复杂性并且减小了流体流量。

因此，产生了对通过改进蒸汽注入采收技术来延长储层生产寿命的设备和方法的需求。还产生了对可用于维持在大于0.56的环管压力比下进入目标区域的临界蒸汽流的设备和方法的需求。此外，产生了对可用于以受控的流速将蒸汽从单个注入井筒注入到多个目标区域中的设备和方法的需求。

发明内容

本文所公开的本发明是针对一种通过增强蒸汽注入采收技术来延长储层生产寿命的改进的设备和方法。本发明的设备和方法可用于在大于0.56的环管压力下维持进入目标区域中的临界蒸汽流。此外，本发明的设备和方法可用于以受控的流速将蒸汽从单个注入井筒注入到多个目标区域中。

在一个方面，本发明针对一种在井下作业期间控制流体流速的设备。该设备包括管状构件，该管状构件具有介于该管状构件的内部部分和外部部分之间的流道。该流道包括彼此侧向偏移的大致径向的入口和大致径向的出口。在该入口与该出口之间的流道中设置有流控装置（fluidic device）。该流控装置嵌入该管状构件内并且介于该管状构件的内侧壁与外侧壁之间，由此使该流控装置可用于控制通过该流道的流体的流速。

在一个实施例中，该入口在管状构件的内侧壁中，且该出口在管状构件的外侧壁中。在另一个实施例中，该入口在管状构件的外侧壁中，且出口在该管状构件的内侧壁中。在一个实施例中，该入口和该出口在管状构件的轴向上彼此侧向偏移。在另一个实施例中，入口和出口在管状构件的周向上彼此侧向偏移。在一个实施例中，该流控装置由设置在该管状构件的内侧壁与外侧壁之间的板状构件形成。在另一个实施例中，该流控装置由设置在管状构件的内侧壁与外侧壁之间的弯曲板状构件形成。