CN101280677A - 含固定流量控制装置和可调流量控制装置的流量控制组件 - Google Patents

Abstract

一种使用在井中的设备，所述设备包括用于控制在所述井的第一区域内的流体流量的控制组件，其中所述流量控制组件具有固定流量控制装置和可调流量控制装置，所述固定流量控制装置和可调流量控制装置相互配合以控制在第一区域内的流体流量。

Description

含固定流量控制装置和可调流量控制装置的流量控制组件

相关申请的交叉引用

根据35 U.S.C.§119(e)，本申请要求2007年3月13日提交的、名称为“Method and Apparatus for an Active Integrated WellConstruction and Completion System for Maximum Reservoir Contactand Hydrocarbon Recovery”的美国临时专利申请序列号No.60/894495的优先权和2007年3月30日提交的、名称为“Method and Apparatus foran Active Integrated Well Construction and Completion System forMaximum Reservoir Contact and Hydrocarbon Recovery”的美国临时专利申请序列号No.60/895555的优先权，上述两个临时专利申请在此通过引用并入。

技术领域

本发明大体上涉及使用具有固定流量控制装置和可调流量控制装置的流量控制组件控制在井的一个或更多区域内的流体流量。

背景技术

将完井系统安装在井内以便从邻近井的储层(reservoir)中采集碳氢化合物(或其它种类的流体)，或以便将流体通过井注入储层中。典型地，设置一个或更多流量控制装置以便控制在所述井的一个或更多区域内的流量。

在例如安装在具有多个区域的井内的复杂完井系统中，必须配置很多可调流量控制装置。可调流量控制装置是一种能够在不同设定值之间启动以便提供不同流量的流量控制装置。然而，可调流量控制装置相对昂贵，并且必须配置相对多的这种可调流量控制装置，这些会增加成本。

发明内容

总之，根据实施例，用于控制井的区域内的流体流量的流量控制装置至少包括在所述区域内配合以便控制流体流量的固定流量控制装置和可调流量控制装置。

从下面的描述、附图、权利要求中，其它或可选特征将变得明显。

附图说明

图1-4图示了能够配置在井眼中的完井系统的不同实施例；

图5A-13图示了根据一些实施例的流量控制阀的不同类型；

图14-22图示了根据实施例的、在多分支井(multilateral well)中设置完井设备的各种阶段；

图23-25图示了根据另一实施例的、在多分支井中设置完井设备的阶段；

图26-27图示了根据一些实施例的、用于功率和数据通信的不同方案；和

图28和29图示了根据一些实施例的不同的电-液湿连接(electrohydraulic wet connection)机构。

具体实施方式

在以下的描述中，为便于理解本发明阐明了很多细节。然而，本领域普通技术人员应该理解的是，在没有所述细节的情况下也可以实施本发明，并且所述实施例还可能存在很多变化和修改。

如在此使用的，在描述中使用了术语“在…上面”和“在…下面”、“上”和“下”、“上面的”和“下面的”、“向上”和“向下”和用于表示在给定的点或部件之上或在给定的点或部件之下的相对位置的其它类似的术语以便能够更加清晰地描述本发明的一些实施例。然而，当将上述术语应用于偏斜井或水平井中所使用的装置和方法时，在适当的时候，这些术语可以指从左到右的关系、从右到左的关系、或对角关系。

图1图示了配置在井100中的示范性完井系统。如图1所示，通过隔离封隔器(isolation packer)106、108和110在井100中限定几个区域102和104。所述隔离封隔器106、108和110可以是在井下环境中膨胀的膨胀分离器，或可选地，所述隔离封隔器106、108和110可以是例如通过施加液压设定的以压缩为基础的封隔器(compression-based packer)。

每个区域102、104分别包括流量控制组件112、114。所述流量控制组件112包括筛管(screen)，例如绕丝筛管116，所述筛管116可以用于防砂或控制其它颗粒(以便防止所述颗粒流入所述流量控制装置112的内部导管)。在所述绕丝筛管116内部是各种流量控制装置布置在其上的心轴118，所述各种流量控制装置包括固定流量控制装置120、122和124，以及可调流量控制装置126。根据地层类型决定需要或不需要使用筛管。典型地，例如砂岩的松软地层要求使用用于防止砂和固体生产物的筛管。例如碳酸盐的硬地层可以不需要筛管。然而，有时在碳酸盐中使用筛管以便防止固体堵塞所述流量控制阀。“固定的”流量控制装置是一种将其安装在所述井中之后不能调整其流动通路的流量控制装置。固定流量控制装置的示例包括孔板、弯曲流道(tortuous flow path)、或提供压降的任何其它装置。“可调流量控制装置”是一种将其安装在所述井中之后能够将其流动通路调整成不同设置的流量控制装置，所述不同设置包括关闭设置(不允许任何流体流经所述可调流量控制装置)、完全打开设置(其中所述流动通路处于最大值以便允许通过所述可调流量控制装置的流体流量最大)和一种或多种中间设置(设置流体通过所述可调流量控制装置的不同流量)。

在一个示范实施例中，所述流量控制装置120、122、124和126被认为是流入流量控制装置，用于控制从周围储层通过所述流量控制装置进入图1所示的完井系统的内孔130中的进入流量(incoming flow)。然而，在一个不同的实施例中，所述流量控制装置可以控制流体从所述内孔130流出到周围储层内(例如在注入情况下)。

在流入方向上，流体从所述储层流入所述筛管116外部的井环形区域，然后通过所述筛管111到达筛管116与心轴118之间的环形区域113。所述流体连续流经流量控制装置120-126并且流入内孔130以便例如通过管子150朝向地面流动。

在图1所示的示例中，通过连接接头(connection sub：或称为连接器)132所述可调流量控制装置126电连接到电缆134，所述电缆134可以从地面延伸。所述电缆134延伸穿过所述隔离封隔器106以及隔离封隔器108。可以使用光纤电缆或其它功率遥测机构(power and telemetrymechanism)替代电缆134。

用于第二区域104的流量控制组件114同样包括筛管136以及心轴138，在所述心轴138上安装固定流量控制装置140、142和144，以及可调流量控制装置146，所述可调流量控制装置146通过连接接头148电连接到电缆134。

如图1中所示，所述完井系统的包括两个流量控制组件112和114的部分位于所述井100的偏斜或水平部分内。可选地，所述完井系统的部分也可以配置在所述多分支井的分支上。在不同的实施例中，所述完井系统部分可以设置在所述井100的垂直部分中。

尽管在图1中仅仅图示了两个区域，应该注意的是，在其它实施例中所述井的其它区域可以限定具有完井系统、具有设置用于在所述其它区域内控制流量并且与流量控制组件112和114相似的其它流量控制组件。通过使用根据一些实施例的完井系统，可以将特定的储层划分为独立的区域，其中通过隔离封隔器每个区域与另一个彼此隔开。流量控制组件设置在每个区域内以便提供对每个区域内的流体流动的独立控制。

在每个区域内，流量控制组件的流量控制装置设置成获得从所述储层到所述完井系统的内孔130所要求的压降。可以在不同区域设定不同压降从而可以沿所述完井系统的长度获得目标压力剖面。通过在不同区域内沿所述完井系统控制压降从而控制所述生产剖面具有几个优点，包括降低或避免水锥或气锥(water or gas coning)或其它不良影响。水锥或气锥指过早地产生多余的(有害的)水或气，这可以发生在靠近所述井的“脚趾”的区域(离所述地面更远的区域)前面的所述井的“脚后跟”(更靠近地面的区域)处。在任何区域内产生多余的(有害的)水或气需要昂贵的特殊处理(intervention)。

通过使用相互配合以便在每个区域内提供目标流量控制的固定流量控制装置和可调流量控制装置的组合可以降低成本。与可调流量控制装置相比，设置固定流量控制装置相对便宜，因为可调流量控制装置成本较高。

图2显示了完井系统的可选实施例，所述完井系统在所述井100的部分内限定了多个区域102、104。在各个区域102和104内设置了流量控制组件112A和114A的不同实施例。所述流量控制组件112A包括心轴118和筛管116，固定流量控制装置120、122和124安装在所述心轴118上。然而，在图2的实施例中，可调流量控制装置126设置在内管200上，所述内管200同心设置在所述心轴118内。环形空间202限定在心轴118与所述管200之间。流量控制装置126的上述布置与布置在图1中的心轴118上的流量控制装置126形成对照。

同样，在图2中，密封部件204设置在所述筛管116内从而在筛管116内限定多个环形空间206、208、210。流体流经筛管116进入环形空间206、208、210，然后通过相应的固定流量控制装置120、122和124进入在心轴118与管200之间的所述环形空间202。所述流体通过可调流量控制装置126流入采集用的管200的内孔130A而到达地面。

所述流量控制组件114A同样包括外筛管136和内心轴138。同样，所述管200同心限定在所述心轴138内从而在管200与心轴138之间形成环形空间212。密封部件214也设置在所述筛管136内以便在筛管136与内心轴138之间限定环形空间216、218和220。流体从所述储层流出通过筛管136，环形空间216、218和220，然后通过在心轴138上的各个固定流量控制装置140、142和144进入心轴138与管200之间的环形空间212。所述流体然后流经安装在管200上的可调流量控制装置146以便允许流体流入管200的内孔130A。

应该注意的是，通过密封部件224、226和227限定心轴118、138与管200之间的环形空间202和212。

在图2的实施例中，电缆134延伸通过连接到隔离封隔器106的接头222、通过密封部件224，然后进入心轴118与管200之间的环形空间202。在所述环形空间202内，所述电缆134电连接到可调流量控制装置126。所述电缆134进一步延伸通过所述密封部件226进入环形空间212，在所述环形空间212中，所述电缆134电连接到可调流量控制装置146。

包括隔离封隔器106、108、110的所述完井系统的下部和流量控制组件112A、114A连接到上完井部分，所述上完井部分包括管150和生产封隔器230。在一些实施例中，所述上部和下部可以在一次下入钻具的作业(trip)中下行到井100内。在不同的实施例中，下完井部分可以首先进入井100，然后下行所述上完井部分而与所述下完井部分接合。

可以使用在各种实施例中的可调流量控制装置的类型包括滑套阀(sliding sleeve valve)、筒型阀、膨胀阀(inflatable valve)、球阀、等等。在图1和2中，所述驱动技术是以电为基础的驱动技术，其中通过所述电缆134提供的信号用于驱动所述可调流量控制装置。在不同的实施例中，可以使用其它的驱动技术，包括液压驱动技术、电-液驱动技术、智能流体驱动(smart fluid actuation)技术、形状记忆合金驱动(shapedmemory alloy actuation)技术和电磁驱动技术。所述智能流体驱动指流体响应于电磁激励而膨胀。形状记忆合金驱动指使用形状记忆材料来执行驱动。

根据一些实施例，除了流量控制装置之外，在完井系统中也可以使用其它元件。例如，也可以设置传感器，例如压力传感器、温度传感器、流率传感器、流体识别传感器、流量控制阀位置探测传感器、密度探测传感器、化学探测传感器、pH探测传感器、粘性探测传感器、声响传感器(或称为声敏元件)等等。

使用电信号(electrical signaling：或利用电发送信号)、液压信号(hydraulic signaling：利用液压发送信号)、光纤信号(fiber opticsignaling：利用光纤发送信号)、无线电信号(wireless signaling：利用无线电发送信号)，或上述的任何组合，可以完成传感器和/或流量控制装置之间的通信。可以从地面、从井下发电机、从例如电容器或电池的电荷存储装置、从炸药或其它冲击装置的活化(activation)、从化学活化，或上述的任何组合给例如传感器和可调流量控制装置的用电装置提供能量。

图3显示了设置了流量控制组件的完井系统的另一实施例。图3显示了由隔离封隔器310、312、314、316和318限定的四个隔离区域302、304、306和308。在各自区域302、304、306和308内设置四个流量控制组件320、322、324和326。每个流量控制组件包括可调流量控制装置，所述可调流量控制装置包括在流量控制组件320内的可调流量控制装置328、在流量控制组件322内的可调流量控制装置330、在流量控制组件324内的可调流量控制装置332和在流量控制组件326内的可调流量控制装置334。

所述流量控制组件320包括筛管336，流体提供所述筛管336流入在所述筛管336与心轴346之间的流量控制组件320的第一环形空间338。所述可调流量控制装置328放置第一环形空间338与流量控制组件320的第二环形空间340之间，该第二环形空间在外壳部件329与心轴346之间。所述流量控制装置328具有流动通路342以便允许环形空间338与340之间的流体连通。所述可调流量控制装置328布置在所述筛管320与内心轴346之间。另外，固定流量控制装置344限定在内心轴346上。所述固定流量控制装置334允许流体从第二环形空间340流到所述完井系统的内孔370。

通过电缆348控制所述可调流量控制装置328。可以使用通过所述电缆348提供的信号来控制所述可调流量控制装置328的设定(setting)。

其它的流量控制组件322、324和326可以具有与所述流量控制组件320相似的布置。

另外，在区域306内，传感器350、352和354设置在所述流量控制组件324的筛管358外部的环形区域356内。在一些实施例中，传感器350、352和354可以为电缆348的一部分，因此使电缆348成为可以具有其它传感器的传感器电缆。传感器电缆(也成为“传感器束带(sensor bridle)”)基本上是连续的控制线，所述控制线具有传感器设置于其中的部分。在传感器电缆沿其长度提供对例如井眼流体(wellbore fluid)的流体的密封的意义上，所述传感器电缆是连续的。应该注意的是，在一些实施例中，连续的传感器电缆可以实际具有不连续的、可密封地连接在一起(例如，焊接)的外壳部分。在其它的实施例中，所述传感器电缆可以具有一体的、没有中断的连续外壳。

在一个示范性实施例中，传感器350和352可以是压力传感器，其中传感器352探测筛管358外部的环形区域356内的压力P1，传感器350传感流量控制组件324的筛管358与内心轴362之间的、可调流量控制装置332的下游的环形区域360内的压力P2。使用传感器350和352，可以确定所述环形区域356与可调流量控制装置332的出口之间的压差。

第三传感器354可以是流体识别传感器，用于探测环形区域356内的流体类型。可以设置其它或可选的传感器，例如温度传感器或其它类型的传感器。

图4显示了能够设置在井的一部分内的完井系统的又一个实施例。在图4的实施例中，由隔离封隔器406、408、410和412限定三个区域400、402和404。

流量控制组件414、416和418设置在相应的区域400、402和404内。在区域400中，可调流量控制装置420安装在所述流量控制组件414的内心轴422上。所述流量控制组件414也包括筛管424，通过所述筛管424流体可以流入限定在密封部件428和408之间的环形空间426。流入环形空间426内的流体流出所述流量控制装置420进入所述完井系统的内孔432。

流量控制组件416与所述流量控制组件414的布置相似，并且包括可调流量控制装置427。所述流量控制组件418具有安装在内心轴438上的两个可调流量控制装置434和436以便控制流体流入所述完井系统的内孔432的流量。所述流量控制组件418也包括限定在密封部件448、450与所述隔离封隔器412之间的环形空间444和446。

通过电缆440发送信号控制可调流量控制装置420、427、434和436。所述可调流量控制装置可以是一个或更多以下类型的流量控制装置：滑套型、筒型、膨胀型和球型。

下面讨论可调流量控制装置的各种设计。图5A和5B显示了可变电动流量控制阀500的第一实施例。所述阀500可以安装在心轴502上，例如上述讨论的各种流量控制组件的内心轴上。筛管504设置在阀500的进口处以便流体流入阀500的进口处的筛管504内的空间506中。所述流体流经进口通路508进入限定在所述流量控制阀的外壳512内的腔室510。所述腔室510也容纳电动机514，所述电动机514构造成沿所述流量控制阀的纵向方向(如图5所图示的轴线x)移动阻流部件516。所述阻流部件516具有倾斜接合表面518，所述表面518设置成接合外壳512的内壁内的相应的倾斜表面520。当所述倾斜表面518与520接合时，如图5B所示，提供了密封接合从而阻止了流体通过所述流量控制阀500的出口部分522。

在图5A中，所述流量控制阀500在阻流位置以便允许到达进口通路508的流体继续通过出口通路522和出口孔口524到所述心轴502的内孔。

如图5B所示，所述阻流部件516处于关闭位置，阻流部件516与外壳512的内表面520接合以便阻止流体到达出口通路522。

所述阻流部件516连接到致动杆526上，该致动杆526通过电动机514可在纵向方向(x方向)上移动，以便引起所述阻流部件518的移动。

图6图示了流量控制阀500和与流量控制阀500连接的心轴502的顶视图。所述流量控制阀500允许流体通过心轴502的出口孔口524进入所述心轴502的内孔600。

应该注意的是，所述流量控制阀500位于限定在心轴502的外表面内的侧槽(side pocket)602中。所述侧槽602沿心轴502的纵向方向延伸以便允许阀500定位在所述侧槽602中。在图6中所示的示范性实施例中，图示的侧槽602不具有盖从而所述流量控制阀暴露到井环境(wellenvironment)中。在又一个实施例中，可以设置盖以便覆盖所述侧槽602。

图5A-5B也显示了所述流量控制阀500的压力传感器P1和P2，其中传感器P1用于测量腔室510内的压力，P2用于测量出口通路522内的压力。由传感器P1和P2提供的所述测量数据允许井操作者确定所述流量控制阀500的位置。

图7显示了不使用筛管(例如，图5A中的筛管504)的又一电动流量控制阀700。所述流量控制阀700也可以位于心轴502的侧槽602(图6)中。所述流量控制阀700具有外壳702，所述外壳702具有孔口704以便允许流体从所述流量控制阀700外面流入外壳702内的空间706(假定密封部件712不阻碍所有的孔口704)所述流体流经空间706并且沿出口通路708流出到所述流量控制阀700的出口孔口710以便允许流入所述心轴502的内孔600。

所述密封部件712设置在外壳702内，其中所述密封部件连接到由电动机716移动的致动杆714。所述电动机716可以在(阀700的)纵向方向上移动所述密封部件712以便将所述密封部件712的端部718与外壳702内的端壁720接合。一旦所述密封部件712与端壁720接合，所述密封部件712上的密封722(例如，环形密封)就阻止流体进入腔室706，因为所述密封部件712完全阻塞了外壳702的所有孔口704。

图7中图示了所述流量控制阀700处于其完全打开位置。当操作所述密封部件712与所述端壁720接合时，提供完全关闭位置。所述密封部件712也可以设置在中间部分以便选择性阻塞一个或更多孔口704以便提供中间阻流位置。

图8显示了图7中的流量控制阀的修改形式，其中图8中的流量控制阀被标示为700A。所述流量控制阀700A与流量控制阀700之间的区别在于在图8的实施例中设置了筛管800。

在图9中图示了沿图8的截面9-9的所述流量控制阀700A的顶视图。图9显示围绕心轴502设置的筛管800，支撑部件802布置在筛管800与心轴502之间以便将筛管800支持在心轴502上。

图10显示了使用筛管的流量控制阀的另一个实施例。在图10中，所述流量控制阀900在其进口具有筛管902以便允许流体从所述流量控制阀900外面通过所述筛管902进入空间904。然后流体从空间904流出沿进口通路906进入所述流量控制阀900的外壳910的内腔室908。可以移动致动杆912A的电动机912位于所述腔室908内。密封部件916连接到致动杆914以便允许电动机912纵向(在所述流量控制阀900的纵向方向上)移动密封部件916。流体在腔室908内围绕电动机912和围绕也设置在腔室908内的内管套918流动。所述内管套918具有径向孔口920以便允许流体从所述内管套918的外部流入管套918的内部空间922。然后流入管套918的内部空间922的所述流体可以经过出口通路924到出口孔口926进入所述心轴502的内孔600。

图10显示了处于打开位置的流量控制阀900，其中所述密封部件916处于一个位置，在该位置，允许暴露所述管套918的所有流动孔口920从而允许完全打开进入所述管套918的内部空间922的孔口。所述密封部件916可朝向外壳910的端壁928移动，从而提供完全关闭位置。所述密封部件916也可定位成选择性关闭孔口920以便提供中间阻流位置。

图10中的所述流量控制阀900也具有压力传感器P1和P2，其中传感器P1用于测量腔室908内的压力，P2用于测量出口通路922内的压力。

图11A-11C图示了流量控制阀1000的另一个变体。所述流量控制阀1000是液压流量控制阀，而不是上面参照图5-10所讨论的电动流量控制阀。图11C显示了在完全打开位置的所述流量控制阀1000，图11B显示了在完全关闭位置的所述流量控制阀，和图11A显示了在中间位置的所述流量控制阀。

所述心轴502限定了结构604，所述结构604具有进口孔口606以便允许流体从所述流量控制阀1000外面流入限定在所述流量控制阀1000的外壳1004内的内部腔室1002。可膨胀气囊1006在所述外壳1004的腔室1002内。所述可膨胀气囊1006具有内部空间1008。所述气囊1006布置在支撑部件1010上，其中所述支撑部件1010的一部分具有内部流量控制管线1012以便允许与所述可膨胀气囊1006的内部空间1008液压连通。

所述内部控制管线1012连接到由电线1016控制的控制模块1014。所述控制模块1014控制对所述控制管线1012施加液压，液压源设置在液压控制管线1018上。可以控制所述控制模块1014以便从液压控制管线1018将液压施加到内部控制管线1012而使得液压传递到内部空间1008，这使得可膨胀气囊1006膨胀。图11A显示所述气囊1006膨胀到中间位置。

在图11A中的中间位置中，流经所述进口端部606的流体可以围绕所述可膨胀气囊1006的外侧流动到出口通路1020从而流出出口孔口1022。

图11C显示了处于完全收缩位置以便使得流经可膨胀气囊1006的流体最多的可膨胀气囊1006。另一方面，图11B显示了完全膨胀的气囊1006，其中所述可膨胀气囊1106与所述外壳1004的内壁接合，这阻碍来自进口孔口606的流体到达所述出口通路1020。

如图11A中所图示的，可以设置压力传感器1024和1026以便监视在所述可膨胀气囊1006的两侧上的压力。压力传感器1024与1026(可以分别提供压力数据P1和P2)之间的压差指示所述可膨胀气囊1006完全膨胀到关闭位置。

所述流量控制阀1000也具有压力传感器P1和P2，所述压力传感器P1和P2用于测量所述流量控制阀外壳1004内的腔室1002的两侧上的压力。

所述流量控制阀1000也可以设置在与图6中图示的电动流量控制阀500十分相似的心轴502的侧槽上。在不同的实施例中，不在侧槽内设置流量控制阀，所述流量控制阀可以制成围绕所述心轴的整个圆周延伸。上述布置图示在图12A-12C和图13中。图12A-12C图示了液压流量控制阀1100，所述流量控制阀1100具有布置在所述流量控制阀1100的外壳1006的环形腔室1104内的可膨胀气囊1102。所述气囊1102围绕内心轴1120的外圆周延伸。所述气囊1102具有与控制管线1110连通的内部空间1108。所述控制管线1110连接到由电线1016控制的所述控制模块1014。所述控制模块1014可以从液压控制管线1018将液压施加到气囊1102的内部空间1108。

图12A显示了处于阻流位置的流量控制阀1100，图12B显示了处于关闭位置的流量控制阀1100，且图12C显示了处于完全打开位置的流量控制阀1100。流体流经进口孔口112到外壳1106的内部腔室1104。分别在图12A和12C的阻流位置和打开位置上，流体可以围绕所述可膨胀气囊1102的外部流到设置在所述内心轴1120上的出口孔口1114。如12B所示，在关闭位置上，阻止了流体在所述进口孔口1112与所述出口孔口1114之间的流动。

图14显示了具有主井眼1202和多个分支1204、1206、1208和1210的多分支井1200。同样，下部1212设置在主井眼1202的一端上。

与上述参照图1-4讨论的组件相似的完井组件设置在每个分支1204、1206、1208和1210内，和端部1212内。所述完井组件1214设置在分支1204内，完井组件1216设置在分支1206内，完井组件1218设置在分支1208内，完井组件1220设置在分支井1210内，完井组件1222设置在下井眼部分1212内。图14也图示了主完井组件1201，所述主完井组件1201延伸通过主井眼1202的邻近对应的分支完井组件1214、1216、1218和1220的部分，并且连接到所述下完井部分1212内的完井组件1222。这与包括堆积在所述主井眼1202内的分开的主完井部分的传统完井系统相反，其中每个主完井部分单独地连接到各自的分支完井组件。在这种传统系统中，在配置每个相应的分支完井组件之后，所述主完井部分单独地顺序下行到主井眼内，且当主完井部分下行到所述主井眼内时单独下行的主完井部分被堆积。相反，当连续的管柱(string)通过所述主井眼1202和经过所述分支完井组件到达下完井组件1222时，图14中的主完井组件1201被配置。所述主完井组件1201能够与所述分支孔流体连通，并且与所述分支完井组件电连通。

以下附图显示了完成所述多分支井1200的其中之一分支的各个阶段。例如，如图15中所图示，将焦点聚集在分支(lateral branch)1210上。

所述多分支井1200的主井眼部分1202加衬有套管1223。第一标记套管接箍(index casing coupling)1224设置在所述套管1223的下方位置上，其中所述标记套管接箍1224位于分支1210之前的主井眼1202内。第二标记套管接箍1226设置在分支1210之后。所述标记套管接箍1224与1226方位对齐从而后续的完井设备可以相对于所述分支1210准确定向。所述第二(下)标记套管接箍1226用于在方位角上将偏导器(deflector：或称为偏斜器)(在以下描述)定位以便使得工具(例如，钻井工具)的方向朝向所述分支。所述第二(上)标记套管接箍1224与所述下标记套管接箍1226对齐以便如下面进一步讨论地定向各种设备的配置。所述套管1223具有预先铣出的窗口1228以便允许所述套管1223的内部与所述分支1204之间的连通。

在将所述套管或衬管下行到主井眼内之后，通过如图15中所示的预先铣成的窗口1228执行多分支钻井。在下行完成之前，钻出所有分支。

图16显示了在主井眼1202的下部1212内配置所述完井系统1222。所述完井组件1222具有封隔器1302、1304、1306以便限定多个区域。同样，所述完井组件1300具有在两个独立的区域内的可调流量控制阀1308和1310。筛管1312和1314设置在两个防砂区域内。所述可调流量控制阀1308和1310可以是图5A-13中所述的流量控制阀中的任何一个。

设置电缆1316以便控制所述可调流量控制装置1308和1310。所述电缆1316电连接到第一(例如，母)电感耦合器部分(inductive couplerportion)1318。所述母电感耦合器部分1318用于与另一个(例如，公)电感耦合器(以下讨论)配合以便允许将电能施加到电缆1316上来控制所述可调流量控制阀1308和1310。

图16显示了在主井眼中完井组件的配置。在该情况下，是所述主井眼的下部1212的配置。然后，通过配置所述分支1210内的完井组件1220(图14)完成分支1210。为了执行这种配置，如图17所图示的，下行由两部分组成的偏导器1230到第二标记套管接箍1226的位置，使得所述偏导器1230与所述标记套管接箍1226接合。所述由两部分组成的偏导器1230具有可回收部分1230A和不可回收部分1230B，在所述可回收部分1230A从井眼中回收之后，所述不可回收部分1230B停留在所述井眼中。所述偏导器1230具有配套标记部件1232，所述配套标记部件1232用于接合所述标记套管接箍1226以便将所述偏导器1230适当定位和定向(在方位角上)在所述井眼中。所述偏导器1230的适当的方位角定向意味着所述偏导器1230的斜面1234与分支1210对齐。结果，将任何放低进入所述套管1223的后续装置引导进入分支1210中。

在图18中图示了将完井设备设置在分支1210中，图18显示了设置在分支1210内的完井组件1220。所述完井组件1220具有封隔器1320、1324和1326从而限定两个区域。所述封隔器1320可以由可膨胀材料(例如膨胀橡胶)组成以便在接合处膨胀从而提供必要的密封。可选地，所述隔离封隔器1320可以是以压缩为基础的隔离封隔器。

由封隔器1320和1324限定的第一区域1328包括旋转接头(swivel)1330。由隔离封隔器1324和1326限定的第二区域1332包括可调流量控制阀1334和筛管1336。所述流量控制阀1334电连接到电线1338，所述电线1338通过所述旋转接头1330和通过所述隔离封隔器1324和1320到第三电感耦合器部分1340(其可以是母电感耦合器)。所述电感耦合器部分1340连接到连接器外壳1342，所述连接器外壳1342接合第一标记套管接箍1224，用于将预先铣成的窗口1345适当定位和定向在具有主孔完井(main bore completion)的孔的所述连接器外壳或衬管1342内。所述连接器外壳具有预先铣成的窗口1345以便允许在下行所述完井到所述分支内之后回收所述可回收偏导器1230A。在外壳1342内的适当定向的窗口1345允许经过所述窗口1345通过所述主孔完井。所述连接器外壳1342从所述主井眼延伸到分支1210。

在一些实施例中，所述连接器外壳1342(也称为连接衬管(junctionliner))与分支完井设备一起下行。如所图示的，所述连接衬管1342可与所述上标记套管接箍1224接合。因为所述上标记套管接箍1224与所述下标记套管接箍1226在方位角上对齐，所述连接衬管1342与上标记套管接箍1224的接合允许所述连接衬管1342的窗口1345与所述主井眼的下部排在一起。

所述连接器外壳1342的下端连接到旋转接头1330。所述旋转接头1330又连接到延伸到分支1210内的管子部分1346。所述旋转接头1330允许所述连接衬管1342关于所述分支完井1346自由旋转以便允许安装在分支内的连接衬管内的窗口1345与所述主井眼设备适当对齐。当在孔中下行时不允许所述旋转接头旋转。在所述完井靠近标记套管接箍1224时，旋转接头被解锁并允许旋转。

所述连接器外壳1342的上端连接到衬管封隔器1348，所述衬管封隔器1348对套管1223进行密封。工作管柱1350设置通过所述连接器外壳1342以便下行所述分支完井(lateral completion)。

图19A是图18中图示的完井系统的部分的横截面图。如图19A中所图示的，根据一些实施例，纵向凹槽1352设置在连接器外壳1342内以便安装电缆1338。所述连接器外壳1342具有预先铣成的窗口1345。此外，所述套管1223具有预先铣成的窗口1228。

如图19B中所图示的，在所述连接器外壳1342中不设置凹槽1352(图19A)，而是设置轨道1353，其中所述轨道1353沿所述连接器外壳的长度延伸。在一个实施例中，可以将所述轨道1353焊接到所述连接器外壳1342的外表面上。在其它的实施例中，也可以使用其它的连接机构。同样，可以使用盖1355覆盖安装在所述轨道1353之间的电缆1338。

图19C显示了另一个实施例，在所述实施例中将形成在连接器外壳1342A内的凹槽1352A被加大以便允许设置液压控制管线1339和电缆1338，所述液压控制管线可以用于控制在各种完井组件中的液压元件。

一旦将所述完井组件1220安装在分支1210中，从所述井眼中拉出所述工作管柱1350从而形成图20中所图示的构造。然后，如图21中所图示的，所述偏导器1230的可回收部分1230A从所述井眼中回收。在所述可回收部分1230A回收之后，所述不能回收(或永久)部分1230B保持在井眼中。如图22中所图示的，在所述偏导器回收之后，将所述主完井组件(图14中的1201)下行到主井眼中。所述主完井组件1201包括完井管1400和安装在所述管1400与套管1223之间的完井封隔器1402。所述完井管1400具有用于分别邻近母电感耦合器1340和1318定位的第一公电感耦合器部分1404和第二公电感耦合器1406。沿所述完井管1400下行的电缆1408延伸通过所述完井封隔器1402和长度补偿接头1410到第一公电感耦合器部分1404。所述电缆1408从第一公电感耦合器部分1404进一步延伸通过另一个长度补偿接头1412到第二公电感耦合器部分1406。第一组电感耦合器部分1404和1340提供第一电感耦合器，第二组电感耦合器部分1406和1318提供第二电感耦合器。所述第一电感耦合器提供与分支1210内的所述完井组件1220的电信号连通。所述第二电感耦合器提供与在下主井眼部分1212内的完井组件1222的电连接连通。

为了将所述电感耦合器部分1404、1406与各自的电感耦合器部分1340和1318对齐，设置了选择定位器1414。所述选择定位器1414可以设置在所述连接器外壳1342上。配套选择定位器1416设置在所述完井管1400外部从而当所述选择定位器1414和1416配合时，就提供了所述电感耦合器部分已经适当对齐的指示。

图14-22中的图示采用了预先铣成窗口以便允许与分支连通的套管。相反，如图23中所图示的，没有预先铣成的窗口的套管1500安装在主井眼1502内。所述套管1500具有第一和第二标记套管接箍1504和1506，当窗口被铣出时，所述第一和第二标记套管接箍1504和1506将要设置在所述分支的任一侧上。

如图24中所图示的，将所述完井组件1222安装在所述主井眼1502的下部1212内。然后，如图25中所示，由两部分组成的偏导器1508(具有可回收部分1508A和不可回收部分1508B)下行到井眼中，并且与所述标记套管接箍1506接合以便定位和定向所述偏导器1508。在配置所述偏导器1508之后，在所述套管1500内铣出分支窗口(lateral window)1510，并且通过所述铣成的分支窗口1510钻出分支1512。剩余的任务与上述讨论的图18-22中的任务相同。

图26中图示的可选的连通布置用于允许与分支1602、1604和主井眼1600的下部1606连通。假设完井管1608已经位于主井眼1600内。在所述主管1600上的封隔器1610固定在(set against)井眼上。

所述主管1600也包括控制站1612。所述控制站1612通过电缆1614电连接到地面。所述控制站1612可以包括处理器并且可能包括功率遥测模块(power and telemetry module)以便提供能量和进行信号通信。所述控制站1612也可以任选地包括传感器，例如温度和/或压力传感器。

所述控制站1612通过第一电缆部分1616电连接到第一电感耦合器部分1618。所述控制站1612也通过第二电缆部分1620连接到另一个电感耦合器部分1622。此外，所述控制站1612通过第三电缆部分1624电连接到第三电感耦合器部分1626。

使用图26的布置的优点是所述控制站1612通过各自的电缆部分直接连接到相应的电感耦合器部分，从而避免了由于多个电感耦合器的串联导致的功率损失。

图27显示了由图26中的布置修改得到的又一个连通布置，其中共用电缆部分1630用于将控制站1612电连接到所述电感耦合器部分1618、1622和1626。在图27的实施例中，使用一根电缆，而不是三根独立的电缆部分。

图28显示了包括电液湿连接(electro-hydraulic wet connect)的完井系统，所述电液湿连接允许液压控制管路以及电信号的湿连接。如所图示的，主井眼1700加衬有部分延伸进入所述主井眼1700的套管1702。开孔部分1704设置在所述套管1702下面。所述开孔部分具有配置的完井组件，所述完井组件包括隔离封隔器1705、1706和1708以便限定区域1710和1712。所述区域1710包括筛管1714和可调流量控制装置1716，所述区域1712包括筛管1718和可调流量控制装置1720。所述流量控制装置1716和1720用于将流体连通进入所述完井组件的内孔1722。假设使用电控制信号和液压控制信号操作所述流量控制装置1716和1720。由此，所述流量控制装置1716和1720连接到电缆部分1724和液压控制管线部分1726。所述电缆部分1724电连接到电感耦合器部分1728，所述液压控制管线部分1726液压连接到液压连接机构1730。所述液压连接机构包括凹槽1732，所述凹槽1732围绕所述连接接头1734的圆周布置。密封1736和1737设置在所述凹槽1732的两侧以便提供防止液压流体泄漏的密封。所述凹槽1732允许所述液压控制管线部分1726与另一个液压控制管线部分1738之间液压连接，所述另一个液压控制管线部分1738从所述液压连接机构1730延伸到长度补偿接头1740。所述液压控制管线部分1738继续围绕所述长度补偿接头1740并向上延伸通过封隔器1742。

所述液压连接机构1730是一种液压湿连接机构，所述液压湿连接机构允许在上完井部分与下完井部分之间形成井眼流体的液压连接。

所述电感耦合器部分1728与另一个电感耦合器部分1744连通，所述另一个电感耦合器部分1744电连接到电缆部分1746，所述电缆部分1746向上延伸通过长度补偿接头1740并且延伸通过封隔器1742。所述电感耦合器部分1728和1744能够在上完井部分与下完井部分之间形成电湿连接。

图29图示了也提供电液湿连接的多分支完井系统。如图29中所图示的，设置一个与图28中的液压湿连接机构1730相似的液压湿连接机构1802以便允许液压控制管线部分1804与液压控制管线部分1806之间的液压连接。

电感耦合器部分1808和1810形成电感耦合器，用于将电缆部分1812电耦合到电缆部分1814。图29的剩余元件与先前图示的多分支系统相似。

尽管参照有限数量的实施例披露了本发明，但是本领域普通技术人员借助本说明书能够对这些实施例进行很多修改和变化。要注意的是，所附的权利要求覆盖这些修改后变化，并且这些修改后变化落入本发明的原理和保护范围内。

Claims (23)

1. 一种使用在井中的设备，包括：

用于控制在所述井的第一区域内的流体流量的控制组件，其中所述流量控制组件具有固定流量控制装置和可调流量控制装置，所述固定流量控制装置和可调流量控制装置相互配合以控制在第一区域内的流体流量。

2. 根据权利要求1中所述的设备，其中通过电技术、液压技术、电液技术、智能流体技术、形状记忆合金技术和电磁技术中的至少一种技术控制所述可调流量控制装置。

3. 根据权利要求1中所述的设备，进一步包括第一心轴和在所述第一心轴内的第二心轴，其中所述可调流量控制装置安装在第二心轴上，所述固定流量控制装置连接到第一心轴，其中流体从第一区域由所述固定流量控制装置流出，然后通过所述可调流量控制装置进入由第二心轴限定的内孔。

4. 根据权利要求1中所述的设备，进一步包括在第一区域内的传感器。

5. 根据权利要求1中所述的设备，其中所述可调流量控制装置包括电动机和密封部件，所述密封部件能够由所述电动机移动以至少提供打开位置和关闭位置。

6. 根据权利要求5中所述的设备，其中所述可调流量控制装置进一步包括限定内部腔室的外壳，所述可调流量控制装置具有用于从所述可调流量控制装置外部接收流体的进口通路，并且其中所述电动机设置在所述腔室内，所述设备进一步包括具有孔口的管套，其中所述管套位于所述腔室内，并且其中所述密封部件能够在所述管套内移动到多个位置以便控制通过所述管套的孔口的流体流量。

7. 根据权利要求1中所述的设备，其中所述可调流量控制装置包括可膨胀气囊，通过在气囊内施加液压所述可膨胀气囊可膨胀。

8. 根据权利要求7中所述的设备，其中所述可调流量控制装置包括限定腔室的外壳，所述可膨胀气囊设置在所述腔室内，并且所述可膨胀气囊能够膨胀从而接合所述外壳的内壁。

9. 根据权利要求7中所述的设备，进一步包括液压控制管线部分，所述液压控制管线部分连接到所述可膨胀气囊以便给可膨胀气囊的内部提供液压。

10. 根据权利要求1中所述的设备，其中所述可调流量控制装置具有限定了内孔的内心轴，且所述可调流量控制装置控制通过所述可调流量控制装置的内部腔室从所述流量控制装置外部流入、以及通过所述可调流量控制装置的出口通路流出到所述心轴的内孔的流体流量。

11. 根据权利要求1中所述的设备，其中所述流量控制组件包括心轴，其中至少一个可调流量控制装置在所述心轴外部安装到所述心轴上。

12. 根据权利要求11中所述的设备，其中所述心轴包括第一纵向孔和纵向侧槽，其中至少一个可调流量控制装置位于至少一个侧槽内。

13. 一种使用在具有主井眼部分和分支的多分支井内的多分支完井设备，包括：

位于主井眼部分内的第一流量控制组件和位于分支内的第二流量控制组件，

其中第一和第二流量控制组件中的至少一个具有固定流量控制装置和可调流量控制装置，所述固定流量控制装置和可调流量控制装置相互配合以控制在所述主井眼部分和分支中的至少一个的相应区域内的流体流量。

14. 根据权利要求13中所述的多分支完井设备，进一步包括：

用于定位在分支下面的下定位装置；和

用于定位在分支上面的上定位装置，其中所述下定位装置和上定位装置或标记套管接箍在方位角上对齐。

15. 根据权利要求14中所述的多分支完井设备，进一步包括偏导器，所述偏导器与所述下定位装置接合以便朝向所述分支引导装置。

16. 根据权利要求14中所述的多分支完井设备，进一步包括与所述上定位装置接合的连接衬管，其中所述连接衬管具有窗口，所述窗口能够由所述上定位装置定向以便与所述主井眼对齐。

17. 根据权利要求16中所述的多分支完井设备，进一步包括连接到所述连接衬管的旋转接头以便能够使所述连接衬管自由旋转。

18. 根据权利要求13中所述的多分支完井设备，进一步包括电感耦合器以便提供电连接从而在所述可调流量控制装置与另一个位置之间建立通信和传输功率。

19. 根据权利要求13中所述的多分支完井设备，进一步包括连接器外壳，所述连接器外壳从主井眼延伸到所述分支，其中在所述连接器外壳的外表面内形成凹槽，所述凹槽用于容纳控制线，所述控制线从电力线、液压线和通信线中选择。

20. 根据权利要求13中所述的多分支完井设备，进一步包括液压连接机构以便允许所述完井设备的不同部分液压连接。

21. 根据权利要求13中所述的多分支完井设备，进一步包括多个电感耦合器，和电连接到所述多个电感耦合器的控制站。

22. 一种将完井系统配置到具有多个分支孔和一个主井眼的多分支井内的方法，所述方法包括步骤：

将分支完井组件下行到相应的分支孔中；和

将主完井组件的连续管柱下行到主井眼中，其中所述主完井组件的连续管柱延伸通过邻近所述分支孔的主井眼的部分。

23. 根据权利要求22中所述的方法，进一步包括：

将由两部分组成的偏导器下行到所述主井眼中；

将所述偏导器放置在所述主井眼中；

将所述分支完井组件中的一个偏转进入相应的分支孔内；

从所述主井眼中回收所述偏导器的回收部分，同时将所述偏导器的非回收部分保留在所述主井眼中。

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