BR102013000995B1 - Dispositivo de controle de fluxo e método para controlar fluxo em um furo de poço subterrâneo - Google Patents

Abstract

dispositivo de controle de fluxo e método para controlar fluxo em um furo de poço subterrâneo um dispositivo de controle de fluxo pode incluir uma superfície que define uma câmara e inclui um perímetro lateral e superfícies extremas opostas, uma distância maior entre as superfícies extremas opostas sendo menor que uma dimensão maior das superfícies extremas opostas, um primeiro orifício através de uma das superfícies extremas, e um segundo orifício através da superfície e à parte do primeiro orifício, a superfície de perímetro lateral sendo operável para direcionar fluxo a partir do segundo orifício para girar sobre o primeiro orifício. um outro dispositivo pode incluir uma câmara cilindroide para receber fluxo através de uma entrada e direcionar o fluxo para uma saída, uma dimensão axial maior da câmara cilindroide sendo menor que uma dimensão diametral maior da câmara cilindroide, a câmara cilindroide promovendo a rotação do fluxo baseada em uma característica do fluxo de entrada pela entrada. o dispositivo pode ter uma estrutura de trajetória de fluxo na câmara cilindroide.

Description

Antecedentes da invenção

[0001] Esta divulgação se relaciona geralmente com equipamentos utilizados e operações executadas em conjunção com um poço subterrâneo e, em um exemplo descrito abaixo, mais particularmente provê fluxo resistindo variavelmente em um poço subterrâneo.

[0002] Em um poço de produção de hidrocarbonetos, é muita vezes benéfico ser capaz de regular o fluxo de fluidos de uma formação de terra para dentro de um furo de poço. Uma variedade de propósitos podem ser servidos por tal regulação, incluindo a prevenção de formação de cone de água ou gás, minimizar a produção de areia, minimizar a produção de água e/ou gás, maximizar a produção de óleo e/ou gás, balancear a produção entre zonas, etc.

[0003] Em um poço de injeção, é tipicamente desejável injetar uniformemente água, vapor, gás, etc., dentro de múltiplas zonas, tal que os hidrocarbonetos sejam deslocados uniformemente através de uma formação de terra, sem o fluido injetado prematuramente penetrar em um furo de poço de produção. Portanto, a capacidade para regular o fluxo de fluidos a partir de um furo de poço para dentro de uma formação de terra também pode ser benéfica para poços de injeção.

[0004] Portanto, será apreciado que avanços na técnica de restringir variavelmente o fluxo de fluido em um poço seriam desejáveis nas circunstâncias mencionadas acima, e tais avanços também seriam benéficos em uma ampla variedade de outras circunstâncias.

Sumário da invenção

[0005] Na divulgação abaixo, um sistema de resistência de fluxo variável é provido o qual traz melhorias para a técnica de regular fluxo de fluido em um poço. Um exemplo é descrito abaixo no qual o fluxo de uma composição de fluido resistiria mais se a composição de fluido tivesse um nível limite de uma característica indesejável. Um outro exemplo está descrito abaixo no qual uma resistência a fluxo através do sistema aumenta à medida que uma razão de fluido desejado para fluido indesejado na composição de fluido diminui.

[0006] Em um aspecto, esta divulgação provê para a técnica um sistema de resistência de fluxo variável para uso em um poço subterrâneo. O sistema pode incluir uma câmara de fluxo através da qual uma composição de fluido escoa. A câmara tem pelo menos uma entrada, uma saída, e pelo menos uma estrutura que impede uma mudança de fluxo circular da composição de fluido sobre a saída para fluxo radial no sentido da saída.

[0007] Em um outro aspecto, um sistema de resistência de fluxo variável para uso em um poço subterrâneo pode incluir uma câmara de fluxo através da qual uma composição de fluido escoa. A câmara tem pelo menos uma entrada, uma saída, e pelo menos uma estrutura que impede fluxo circular da composição de fluido sobre a saída.

[0008] Em ainda um outro aspecto, um sistema de resistência de fluxo variável para uso em um poço subterrâneo é provido. O sistema pode incluir uma câmara de fluxo através da qual uma composição de fluido escoa no poço, a câmara tendo pelo menos uma entrada, uma saída, e pelo menos uma estrutura que impede uma mudança de fluxo circular da composição de fluido sobre a saída para fluxo radial no sentido da saída.

[0009] Em um outro aspecto, um sistema de resistência de fluxo variável descrito abaixo pode incluir uma câmara de fluxo com uma saída e pelo menos uma estrutura que resista a uma mudança em uma direção de fluxo de uma composição de fluido no sentido da saída. A composição de fluido entra na câmara em uma direção de fluxo que muda baseada em uma razão de fluido desejado para fluido indesejado na composição de fluido.

[0010] Em ainda um outro aspecto, esta divulgação provê um sistema de resistência de fluxo variável que pode incluir um dispositivo de seleção de trajetória de fluxo que seleciona qual de múltiplas trajetórias de fluxo uma maioria do fluido escoa através a partir do dispositivo, baseado em uma razão de fluido desejado para fluido indesejado em uma composição de fluido. O sistema também inclui uma câmara de fluxo tendo uma saída, uma primeira entrada conectada a uma primeira das trajetórias de fluxo, uma segunda entrada conectada a uma segunda das trajetórias de fluxo, e pelo menos uma estrutura que impede o fluxo radial da composição de fluido da segunda entrada para a saída mais que ele impede o fluxo radial da composição de fluido da primeira entrada para a saída.

[0011] Em um exemplo, um dispositivo de controle de fluxo para instalação em um furo de poço subterrâneo pode incluir uma superfície interior que define uma câmara interior, a superfície interior pode incluir uma superfície de perímetro lateral e superfícies extremas opostas, uma distância maior entre as superfícies extremas opostas sendo menor que uma dimensão maior das superfícies extremas opostas, um primeiro orifício através de uma das superfícies extremas, e um segundo orifício através da superfície interior e separado do primeiro orifício, a superfície de perímetro lateral sendo operável para direcionar fluxo do segundo orifício para girar sobre o primeiro orifício, e pode adicionalmente incluir uma estrutura de trajetória de fluxo na câmara interior.

[0012] Em um outro exemplo, um dispositivo de controle de fluxo para instalação em um furo de poço subterrâneo pode incluir uma câmara cilindroide, a câmara cilindroide promovendo uma rotação do fluxo sobre a saída da câmara e um grau da rotação sendo baseado em uma característica do fluxo de entrada através da entrada da câmara, e pode incluir adicionalmente uma estrutura de trajetória de fluxo na câmara cilindroide.

[0013] Um método para controlar fluxo em um furo de poço subterrâneo pode incluir receber fluxo em uma câmara cilindroide de um dispositivo de controle de fluxo em um furo de poço, a câmara cilindroide compreendendo pelo menos uma entrada de câmara, uma maior dimensão axial da câmara cilindroide sendo maior que uma dimensão diametral maior da câmara cilindroide; direcionar o fluxo por uma estrutura de trajetória de fluxo dentro da câmara cilindroide; e promover uma rotação do fluxo através da câmara cilindroide sobre uma saída de câmara, onde um grau de rotação é baseado em uma característica de fluxo de entrada através da entrada da câmara.

[0014] Estas e outras características, vantagens e benefícios tornar-se-ão aparentes a alguém de experiência ordinária na técnica mediante a consideração cuidadosa da descrição detalhada de exemplos representativos abaixo e dos desenhos anexos, nos quais elementos similares são indicados nas várias figuras usando os mesmos números de referência.

Descrição resumida dos desenhos

[0015] A figura 1 é uma vista de seção transversal parcialmente esquemática de um sistema de poço que pode configurar princípios da presente divulgação;

[0016] A figura 2 é uma vista de seção transversal esquemática em escala ampliada de uma tela de poço e um sistema de resistência de fluxo variável que podem ser usados no sistema de poço da figura 1;

[0017] A figura 3 é uma vista em planta “desenrolada” esquemática de uma configuração do sistema de resistência de fluxo variável, tomada ao longo da linha 3-3 da figura 2;

[0018] As figuras 4A e 4B são vistas esquemáticas em planta de uma outra configuração de uma câmara de fluxo do sistema de resistência de fluxo variável;

[0019] A figura 5 é uma vista esquemática em planta de ainda uma outra configuração da câmara de fluxo;

[0020] As figuras 6A e B são vistas esquemáticas em planta de ainda uma outra configuração do sistema de resistência de fluxo variável;

[0021] As figuras 7A-H são vistas esquemáticas de seções transversais de várias configurações da câmara de fluxo, com as figuras 7A-G sendo tomadas ao longo da linha 7-7 da figura 4B, e a figura 7H sendo tomada ao longo da linha 7H-7H da figura 7G;

[0022] As figuras 7I e J são vistas esquemáticas em perspectiva de configurações de estruturas que podem ser usadas na câmara de fluxo do sistema de resistência de fluxo variável; e

[0023] As figuras 8A-11 são vistas esquemáticas em planta de configurações adicionais da câmara de fluxo.

Descrição detalhada

[0024] Representativamente ilustrado na figura 1 está um sistema de poço 10 que pode configurar princípios desta divulgação. Como representado na figura 1, um furo de poço 12 tem uma seção não revestida geralmente vertical 14 se estendendo para baixo a partir da carcaça 16, bem como uma seção não revestida geralmente horizontal 18 se estendendo através de uma formação de terra 20.

[0025] Uma coluna tubular 22 (tal como uma coluna de tubulação de produção) é instalada no furo de poço 12. Interconectadas na coluna tubular 22 estão múltiplas telas de poço 24, sistemas de resistência de fluxo variáveis 25 e condicionadores 26.

[0026] Os condicionadores 26 isolam um anel tubular 28 formado radialmente entre a coluna tubular 22 e a seção de furo de poço 18. Desta maneira, fluidos 30 podem ser produzidos a partir de múltiplos intervalos ou zonas da formação 20 via porções isoladas do anel tubular 28 entre pares adjacentes dos condicionadores 26.

[0027] Posicionados entre cada par adjacente doscondicionadores 26, uma tela de poço 24 e um sistema de resistência de fluxo variável 25 estão interconectados na coluna tubular 22. A tela de poço 24 filtra os fluidos 30 escoando para dentro da coluna tubular 22 a partir do anel tubular 28. O sistema de resistência de fluxo variável 25 restringe variavelmente o fluxo dos fluidos 30 para dentro da coluna tubular 22, baseado em certas características dos fluidos.

[0028] Neste ponto, deve ser notado que o sistema de poço 10 está ilustrado nos desenhos e é descrito aqui como meramente um exemplo de uma ampla variedade de sistemas de poços nos quais os princípios desta divulgação podem ser utilizados. Deve ficar claramente entendido que os princípios desta divulgação não estão limitados ao todo a quaisquer dos detalhes do sistema de poço 10, ou componentes do mesmo, representados nos desenhos ou descritos aqui.

[0029] Por exemplo, não é necessário em conformidade com os princípios desta divulgação o furo de poço 12 incluir uma seção de furo de poço geralmente vertical 14 ou uma seção de furo de poço geralmente horizontal 18. Não é necessário que os fluidos 30 sejam somente produzidos a partir da formação 20 uma vez que, em outros exemplos, fluidos podem ser injetados dentro de uma formação, fluidos podem ser tanto injetados para dentro quanto produzidos a partir de uma formação, etc.

[0030] Não é necessário que cada um de as telas de poço 24 e sistemas de resistência de fluxo variável 25 sejam posicionados entre cada par adjacente dos condicionadores 26. Não é necessário que um único sistema de resistência de fluxo variável 25 seja usado em conjunção com uma única tela de poço 24. Qualquer número, arranjo e/ou combinação destes componentes podem ser usados.

[0031] Não é necessário que qualquer sistema de resistência de fluxo variável 25 seja usado com uma tela de poço 24. Por exemplo, em operações de injeção, o fluido injetado pode ser escoado através de um sistema de resistência de fluxo variável 25, sem também escoar através de uma tela de poço 24.

[0032] Não é necessário que as telas de poço 24, sistemas de resistência de fluxo variável 25, condicionadores 26 ou quaisquer outros componentes da coluna tubular 22 sejam posicionados em seções não revestidas 14, 18 do furo de poço 12. Qualquer seção do furo de poço 12 pode ser revestida ou não revestida, e qualquer porção da coluna tubular 22 pode ser posicionada em uma seção não revestida ou revestida do furo de poço, em conformidade com os princípios desta divulgação.

[0033] Deve ficar claramente entendido, portanto, que esta divulgação descreve como fazer e usar certos exemplos, mas os princípios da divulgação não estão limitados a quaisquer detalhes destes exemplos. Pelo contrário, estes princípios podem ser aplicados a uma variedade de outros exemplos usando o conhecimento obtido a partir desta divulgação.

[0034] Será apreciado por aqueles experientes na técnica que seria benéfico ser capaz de regular o fluxo dos fluidos 30 para dentro da coluna tubular 22 a partir de cada zona da formação 20, por exemplo, para impedir formação de cone de água 32 ou formação de cone de gás 34 na formação. Outros usos para regulação de fluxo em um poço incluem, mas não estão limitados a, balancear a produção a partir de (ou injeção para dentro) de múltiplas zonas, minimizar a produção ou injeção de fluidos indesejados, maximizar a produção ou injeção de fluidos desejados, etc.

[0035] Exemplos dos sistemas de resistência de fluxo variável 25 descritos mais completamente abaixo podem prover estes benefícios aumentando a resistência ao fluxo se uma velocidade do fluido aumentar além de um nível selecionado (p.ex., para desta forma balancear o fluxo entre zonas, impedir formação de cone de água ou gás, etc.), aumentar a resistência ao fluxo se uma viscosidade ou densidade do fluido diminuir abaixo de um nível selecionado (p.ex., para desta forma restringir o fluxo de um fluido indesejado, tal como água ou gás, em um poço produzindo petróleo), e/ou aumentar a resistência ao fluxo se uma viscosidade ou densidade do fluido aumentar acima de um nível selecionado (p.ex., para desta forma minimizar a injeção de água em um poço de injeção de vapor).

[0036] Se um fluido é um fluido desejado ou um indesejado depende do propósito da operação de produção ou injeção sendo conduzida. Por exemplo, se for desejado produzir óleo a partir de um poço, mas não produzir água ou gás, então óleo é um fluido desejado e água e gás são fluidos indesejados. Se for desejado produzir gás a partir de um poço, mas não produzir água ou óleo, o gás é um fluido desejado, e água e óleo são fluidos indesejados. Se for desejado injetar vapor em uma formação, mas não injetar água, então vapor é um fluido desejado e água é um fluido indesejado.

[0037] Note que, em temperaturas e pressões furo abaixo, o gás de hidrocarboneto pode realmente estar completamente ou parcialmente em fase líquida. Portanto, deve ficar entendido que quando o termo “gás” é usado aqui, fases supercríticas, líquidas e/ou gasosas estão incluídas dentro do escopo daquele termo.

[0038] Referindo-se adicionalmente agora à figura 2, uma vista de seção transversal em escala ampliada de um dos sistemas de resistência de fluxo variável 25 e de uma porção de uma das telas de poço 24 está representativamente ilustrada. Neste exemplo, uma composição de fluido 36 (que pode incluir um ou mais fluidos, tal como óleo e água, água líquida e vapor, óleo e gás, gás e água, óleo, água e gás, etc.) escoa para dentro da tela de poço 24, é desta forma filtrada, e então escoa para dentro de uma entrada 38 do sistema de resistência de fluxo variável 25.

[0039] Uma composição de fluido pode incluir um ou mais fluidos indesejados ou desejados. Tanto vapor quanto água podem estar combinados em uma composição de fluido. Como um outro exemplo, óleo, água e/ou gás podem estar combinados em uma composição de fluido.

[0040] O fluxo da composição de fluido 36 através do sistema de resistência de fluxo variável 25 é resistido baseado em uma ou mais características (tais como densidade, viscosidade, velocidade, etc.) da composição de fluido. A composição de fluido 36 é então descarregada do sistema de resistência de fluxo variável 25 para um interior da coluna tubular 22 via uma saída 40.

[0041] Em outros exemplos, a tela de poço 24 pode não ser usada em conjunção com o sistema de resistência de fluxo variável 25 (p.ex., em operações de injeção), a composição de fluido 36 pode escoar em uma direção oposta através dos vários elementos do sistema de poço 10 (p.ex., em operações de injeção), um único sistema de resistência de fluxo variável pode ser usado em conjunção com múltiplas telas de poço, múltiplos sistemas de resistência de fluxo variável podem ser usados com uma ou mais telas de poço, a composição de fluido pode ser recebida de ou descarregada para dentro de regiões de um poço outras que um anel tubular ou uma coluna tubular, a composição de fluido pode escoar através do sistema de resistência de fluxo variável antes de escoar através da tela de poço, quaisquer outros componentes podem ser interconectados a montante ou a jusante da tela de poço e/ou sistema de resistência de fluxo variável, etc. Portanto, será apreciado que os princípios desta divulgação não estão limitados aos detalhes do exemplo representado na figura 2 e descritos aqui.

[0042] Embora a tela de poço 24 representada na figura 2 seja do tipo conhecido por aqueles experientes na técnica como uma tela de poço embalada com fios, quaisquer outros tipos ou combinações de telas de poço (tais como sinterizadas, expandidas, pré-embaladas, malha de fios, etc.) podem ser usados em outros exemplos. Componentes adicionais (tais como capas, tubos de desvio, linhas, instrumentação, sensores, dispositivos de controle de fluxo de entrada, etc.) também podem ser usados.

[0043] O sistema de resistência de fluxo variável 25 está representado de forma simplificada na figura 2, mas em um exemplo preferido, o sistema pode incluir várias passagens e dispositivos para executar várias funções, como descrito mais completamente abaixo. Em adição, o sistema 25 preferivelmente pelo menos parcialmente se estende circunferencialmente sobre a coluna tubular 22, ou o sistema pode ser formado em uma parede de uma estrutura tubular interconectada como parte da coluna tubular.

[0044] Em outros exemplos, o sistema 25 pode não se estender circunferencialmente sobre uma coluna tubular ou ser formado em uma parede de uma estrutura tubular. Por exemplo, o sistema 25 pode ser formado em uma estrutura plana, etc. O sistema 25 pode estar em um alojamento separado que é ligado à coluna tubular 22, ou ele pode ser orientado tal que o eixo geométrico da saída 40 seja paralelo ao eixo geométrico da coluna tubular. O sistema 25 pode estar em uma coluna de perfilagem ou ligado a um dispositivo que não tenha forma tubular. Qualquer orientação ou configuração do sistema 25 pode ser usada em conformidade com os princípios desta divulgação.

[0045] Referindo-se adicionalmente agora à figura 3, uma vista de seção transversal mais detalhada de um exemplo do sistema 25 está representativamente ilustrada. O sistema 25 está representado na figura 3 como se ele estivesse “desenrolado” a partir de sua configuração se estendendo circunferencialmente para uma configuração geralmente plana.

[0046] Como descrito acima, a composição de fluido 36 entra no sistema 25 via a entrada 38, e sai do sistema via a saída 40. Uma resistência ao fluxo da composição de fluido 36 através do sistema 25 varia baseada em uma ou mais características da composição de fluido. O sistema 25 representado na figura 3 é similar na maioria dos aspectos àquele ilustrado na figura 23 do pedido de patente anterior de série n° 12/700685 incorporado aqui por referência acima.

[0047] No exemplo da figura 3, a composição de fluido 36 inicialmente escoa para dentro de múltiplas passagens de fluxo 42, 44, 46, 48. As passagens de fluxo 42, 44, 46, 48 direcionam a composição de fluido 36 para dois dispositivos de seleção de trajetória de fluxo 50, 52. O dispositivo 50 seleciona em qual das duas trajetórias de fluxo 54, 56 uma maior parte do fluxo a partir das passagens 44, 46, 48 irá entrar, e o outro dispositivo 52 seleciona em qual das duas trajetórias de fluxo 58, 60 uma maior parte do fluxo a partir das passagens 42, 44, 46, 48 entrará.

[0048] A passagem de fluxo 44 é configurada para ser mais restritiva a fluxo de fluidos tendo viscosidade mais alta. O fluxo de fluidos de viscosidade aumentada será crescentemente restringido através da passagem de fluxo 44.

[0049] Como usado aqui, o termo “viscosidade” é usado para indicar qualquer das propriedades reológicas relacionadas incluindo viscosidade cinemática, limite de elasticidade, viscoplasticidade, tensão superficial, molhabilidade, etc.

[0050] Por exemplo, a passagem de fluxo 44 pode ter uma área de fluxo relativamente pequena, a passagem de fluxo pode requerer que o fluido escoando através dela siga uma trajetória tortuosa, rugosidade superficial ou estruturas impedindo fluxo podem ser usadas para prover uma resistência aumentada a fluxo de um fluido de viscosidade mais alta, etc., Fluido de viscosidade relativamente baixa, entretanto, pode escoar através da passagem de fluxo 44 com resistência relativamente baixa a tal fluxo.

[0051] Uma passagem de controle 64 do dispositivo de seleção de trajetória de fluxo 50 recebe o fluido que escoa através da passagem de fluxo 44. Um orifício de controle 66 em uma extremidade da passagem de controle 64 tem uma área de fluxo reduzida para desta forma aumentar a velocidade do fluido saindo da passagem de controle.

[0052] A passagem de fluxo 48 é configurada para ter uma resistência a fluxo que é relativamente insensível à viscosidade de fluidos escoando através dela, mas que pode ser crescentemente resistente a fluxo de fluidos de velocidade e/ou de densidade mais altas. O fluxo de fluidos de viscosidade aumentada pode ser crescentemente resistido através da passagem de fluxo 48, mas não até uma extensão tão grande como o fluxo de tais fluidos seria resistido através da passagem de fluxo 44.

[0053] No exemplo representado na figura 3, fluido escoando através da passagem de fluxo 48 deve escoar através de uma câmara de “vórtex” antes de ser descarregado para dentro de uma passagem de controle 68 do dispositivo de seleção de trajetória de fluxo 50. Uma vez que a câmara 62 neste exemplo tem um formato cilíndrico com uma saída central, e a composição de fluido 36 forma espirais na câmara, aumentando de velocidade à medida que ela se aproxima da saída, acionada por um diferencial de pressão a partir da entrada para a saída, a câmara é referida como uma câmara de “vórtex”. Em outros exemplos, um ou mais orifícios, venturis, bicos, etc. podem ser usados.

[0054] A passagem de controle 68 termina em um orifício de controle 70. O orifício de controle 70 tem uma área de fluxo reduzida, para aumentar a velocidade do fluido saindo da passagem de controle 68.

[0055] Será apreciado que, à medida que a viscosidade da composição de fluido 36 aumenta, uma proporção maior da composição de fluido escoará pela passagem de fluxo 48, passagem de controle 68 e orifício de controle 70 (devido à passagem de fluxo 44 resistir ao fluxo de fluido de viscosidade mais alta mais que a passagem de fluido 48 e câmara de vórtex 62), e à medida que a viscosidade da composição de fluido diminui, uma proporção maior da composição de fluido escoará pela passagem de fluxo 44, passagem de controle 64 e orifício de controle 66.

[0056] O fluido que escoa através da passagem de fluxo 46 também escoa através de uma câmara de vórtex 72, que pode ser similar à câmara de vórtex 62 (embora a câmara de vórtex 72 em um exemplo preferido forneça menos resistência a fluxo através dela que a câmara de vórtex 62), e é descarregado para dentro de uma passagem central 74. A câmara de vórtex 72 é usada para “combinar impedância” para conseguir um equilíbrio desejado de fluxos através das passagens de fluxo 44, 46, 48.

[0057] Note que as dimensões e outras características dos vários componentes do sistema 25 necessitarão ser selecionadas apropriadamente, tal que os resultados desejados sejam alcançados. No exemplo da figura 3, um resultado desejado do dispositivo de seleção de trajetória de fluxo 50 é que o fluxo de uma maior parte da composição de fluido 36 que escoa através das passagens de fluxo 44, 46, 48 seja direcionado para dentro da trajetória de fluxo 54 quando a composição de fluido tiver uma razão suficientemente alta de fluido desejado para fluido indesejado nela.

[0058] Neste caso, o fluido desejado é óleo, que tem uma viscosidade mais alta que água ou gás, e então quanto uma proporção suficientemente alta da composição de fluido 36 é óleo, uma maior parte da composição de fluido 36 que entra no dispositivo de seleção de trajetória de fluxo 50 será direcionada para fluxo para dentro da trajetória de fluxo 54, ao invés de para dentro da trajetória de fluxo 56. Este resultado é conseguido devido ao fluido saindo do orifício de controle 70 a uma taxa mais alta ou a uma velocidade mais alta que fluido saindo do outro orifício de controle 66, influenciando desta forma o fluido escoando a partir das passagens 64, 68, 74 para escoar mais no sentido da trajetória de fluxo 54.

[0059] Se a viscosidade da composição de fluido 36 não for suficientemente alta (e portanto uma razão de fluido desejado para fluido indesejado estiver abaixo de um nível selecionado), uma maior parte da composição de fluido que entra no dispositivo de seleção de trajetória de fluxo 50 será direcionada para fluxo para dentro da trajetória de fluxo 56, ao invés de para dentro da trajetória de fluxo 54. Isto será devido a fluido saindo do orifício de controle 66 a uma taxa maior que ou a uma velocidade mais alta que fluido saindo do outro orifício de controle 70, influenciando desta forma fluido escoando a partir das passagens 64, 68, 74 a escoar mais no sentido da trajetória de fluxo 56.

[0060] Será apreciado que, configurando apropriadamente as passagens de fluxo 44, 46, 48, as passagens de controle 64, 68, os orifícios de controle 66, 70, as câmaras de vórtex 62, 72, etc., a razão de fluido desejado para indesejado na composição de fluido 36 na qual o dispositivo 50 seleciona qualquer de a passagem de fluxo 54 ou 56 para fluxo de uma maior parte de fluido a partir do dispositivo pode ser definida para vários níveis diferentes.

[0061] As trajetórias de fluxo 54, 56 direcionam fluido para respectivas passagens de controle 76, 78 do outro dispositivo de seleção de trajetória de fluxo 52. As passagens de controle 76, 78 terminam nos respectivos orifícios de controle 80, 82. Uma passagem central 75 recebe fluido da passagem de fluxo 42.

[0062] O dispositivo de seleção de trajetória de fluxo 52 opera similar ao dispositivo de seleção de trajetória de fluxo 50, em que fluido que escoa para dentro do dispositivo 52 via as passagens 75, 76, 78 é direcionado no sentido de uma das trajetórias de fluxo 58, 60, e a seleção da trajetória de fluxo depende de uma razão de fluido descarregado dos orifícios de controle 80, 82. Se fluido escoar através do orifício de controle 80 a uma taxa ou velocidade maior se comparado com fluido escoando através do orifício de controle 82, então uma maior parte da composição de fluido 36 será direcionada para escoar através da trajetória de fluxo 60. Se o fluido escoar através do orifício de controle 82 em uma taxa ou velocidade maior se comparado com fluido escoando através do orifício 80, então uma maior parte da composição de fluido 36 será direcionada para escoar através da trajetória de fluxo 58.

[0063] Embora dois dos dispositivos de seleção de trajetória de fluxo 50, 52 estejam representados no exemplo do sistema 25 na figura 3, será apreciado que qualquer número (incluindo um) de dispositivos de seleção de trajetória de fluxo podem ser usados em conformidade com os princípios desta divulgação. Os dispositivos 50, 52 ilustrados na figura 3 são do tipo conhecido por aqueles experientes na técnica como amplificadores de razão de fluido do tipo a jato, mas outros tipos de dispositivos de seleção de trajetória de fluxo (p.ex., amplificadores de razão de fluido do tipo de pressão, comutadores de fluido biestáveis, amplificadores de razão de fluido proporcionais, etc.) podem ser usados em conformidade com os princípios desta divulgação.

[0064] O fluido que escoa através da trajetória de fluxo 58 entra em uma câmara de fluxo 84 via uma entrada 86 que direciona o fluido para entrar na câmara geralmente tangencialmente (p.ex., a câmara 84 tem formato similar a um cilindro, e a entrada 86 está alinhada com uma tangente a uma circunferência do cilindro). Como um resultado, o fluido formará espiral na câmara 84, até que ele eventualmente saia via a saída 40, como indicado esquematicamente pela seta 90 na figura 3.

[0065] O fluido que escoa através da trajetória de fluxo 60 entra na câmara de fluxo 84 via uma entrada 88 que direciona o fluido para escoar mais diretamente no sentido da saída 40 (p.ex., em uma direção radial, como indicado esquematicamente pela seta 92 na figura 3). Como será prontamente apreciado, muito menos energia é consumida na mesma taxa de fluxo quando o fluido escoa mais diretamente no sentido da saída 40 se comparado com quando o fluido escoa menos diretamente no sentido da saída.

[0066] Portanto, menos resistência a fluxo é experimentada quando a composição de fluido 36 escoa mais diretamente no sentido da saída 40 e, reciprocamente, mais resistência a fluxo é experimentada quando a composição de fluido escoa menos diretamente no sentido da saída. Consequentemente, trabalhando a montante da saída 40, menos resistência a fluxo é experimentada quando uma maior parte da composição de fluido 36 escoa para dentro da câmara 84 a partir da entrada 88, e através da trajetória de fluxo 60.

[0067] Uma maior parte da composição de fluido 36 escoa através da trajetória de fluxo 60 quando fluido sai do orifício de controle 80 a uma taxa ou velocidade maior se comparado com fluido saindo do orifício de controle 82. Mais fluido sai do orifício de controle 80 quando uma maior parte do fluido escoando a partir das passagens 64, 68, 74 escoa através da trajetória de fluxo 54.

[0068] Uma maior parte do fluido escoando através das passagens 64, 68, 74 escoa através da trajetória de fluxo 54 quando fluido sai do orifício de controle 70 a uma taxa ou velocidade maior se comparado com fluido saindo do orifício de controle 66. Mais fluido sai do orifício 70 quando uma viscosidade da composição de fluido 36 está acima de um nível selecionado.

[0069] Assim, o fluxo através do sistema 25 é resistido menos quando a composição de fluido 36 tem uma viscosidade aumentada (e uma razão maior de fluido desejado para indesejado nela). O fluxo através do sistema 25 é resistido mais quando a composição de fluido 36 tem uma viscosidade reduzida.

[0070] Mais resistência a fluxo é experimentada quando a composição de fluido 36 escoa menos diretamente no sentido da saída 40 (p.ex., como indicado pela seta 90). Portanto, mais resistência a fluxo é experimentada quando uma maior parte da composição de fluido 36 escoa para dentro da câmara 84 a partir da entrada 86, e através da trajetória de fluxo 58.

[0071] Uma maior parte da composição de fluido 36 escoa através da trajetória de fluxo 58 quando fluido sai do orifício de controle 82 a uma taxa ou velocidade maior se comparado com fluido saindo do orifício de controle 80. Mais fluido sai do orifício de controle 82 quando uma maior parte do fluido escoando a partir das passagens 64, 68, 74 escoa através da trajetória de fluxo 56, ao invés de através da trajetória de fluxo 54.

[0072] Uma maior parte do fluido escoando a partir das passagens 64, 68, 74 escoa através da passagem de fluxo 56 quando fluido sai do orifício de controle 66 a uma taxa ou velocidade maior se comparado com fluido saindo do orifício de controle 70. Mais fluido sai do orifício de controle 66 quando uma viscosidade da composição de fluido 36 está abaixo de um nível selecionado.

[0073] Como descrito acima, o sistema 25 é configurado para prover menos resistência a fluxo quando a composição de fluido 36 tiver uma viscosidade aumentada, e mais resistência a fluxo quando a composição de fluido tiver uma viscosidade reduzida. Isto é benéfico quando for desejado escoar mais de um fluido de viscosidade mais alta, e menos de um fluido de viscosidade mais baixa (p.ex., para produzir mais óleo e menos água ou gás).

[0074] Se for desejado escoar mais de um fluido de viscosidade mais baixa, e menos de um fluido de viscosidade mais alta (p.ex., para produzir mais gás e menos água, ou para injetar mais vapor e menos água), então o sistema 25 pode ser prontamente reconfigurado para este propósito. Por exemplo, as entradas 86, 88 podem ser convenientemente invertidas, tal que fluido que escoa através da trajetória de fluxo 58 seja direcionado para a entrada 88, e fluido que escoa através da trajetória de fluxo 60 seja direcionado para a entrada 86.

[0075] Referindo-se adicionalmente agora às figuras 4A e B, uma outra configuração da câmara de fluxo 84 está representativamente ilustrada, à parte do restante do sistema de resistência de fluxo variável 25. A câmara de fluxo 84 das figuras 4A e B é similar na maioria dos aspectos à câmara de fluxo da figura 3, mas difere pelo menos em que uma ou mais estruturas 94 estão incluídas na câmara. Como representado nas figuras 4A e B, a estrutura 94 pode ser considerada como uma estrutura única tendo uma ou mais descontinuidades ou aberturas 96 nela, ou como múltiplas estruturas separadas pelas descontinuidades ou aberturas.

[0076] A estrutura 94 induz qualquer porção da composição de fluido 36 que escoa circularmente sobre a câmara 84, e tem uma velocidade relativamente alta, alta densidade ou baixa viscosidade, a continuar a escoar circularmente sobre a câmara, mas pelo menos uma das aberturas 96 permite mais fluxo direto da composição de fluido a partir da entrada 88 para a saída 40. Assim, quando a composição de fluido 36 entra na outra entrada 86, ela inicialmente escoa circularmente na câmara 84 sobre a saída 40, e a estrutura 94 crescentemente resiste ou impede uma mudança de direção do fluxo da composição de fluido no sentido da saída, à medida que a velocidade e/ou densidade da composição de fluido aumentam, e/ou à medida que a viscosidade da composição de fluido diminui. As aberturas 96, entretanto, permitem a composição de fluido 36 escoar gradualmente espiraladamente para dentro até a saída 40.

[0077] Na figura 4A, uma composição de fluido 36 de velocidade relativamente alta, baixa viscosidade e/ou alta densidade entra na câmara 84 via a entrada 86. Parte da composição de fluido 36 pode também entrar na câmara 84 via a entrada 88, mas neste exemplo, uma substancial maior parte da composição de fluido entra na entrada 86, escoando desta forma tangencialmente à câmara de fluxo 84 inicialmente (isto é, em um ângulo de 0 grau em relação a uma tangente à circunferência externa da câmara de fluxo).

[0078] Ao entrar na câmara 84, a composição de fluido 36 inicialmente escoa circularmente sobre a saída 40. Para a maior parte de sua trajetória sobre a saída 40, a composição de fluido 36 é proibida, ou pelo menos impedida, de mudar de direção e escoar radialmente no sentido da saída pela estrutura 94. As aberturas 96, entretanto, gradualmente permitem porções da composição de fluido 36 formarem espirais radialmente para dentro no sentido da saída 40.

[0079] Na figura 4B, uma composição de fluido 36 de velocidade relativamente alta, alta viscosidade e/ou baixa densidade, entra na câmara 84 via a entrada 88. Parte da composição de fluido 36 também pode entrar na câmara 84 via a entrada 86, mas neste exemplo, uma substancial maior parte da composição de fluido entra via a entrada 88, escoando desta forma radialmente através da câmara de fluxo 84 (isto é, em um ângulo de 90 graus em relação a uma tangente à circunferência externa da câmara de fluxo).

[0080] Uma das aberturas 96 permite a composição de fluido 36 escoar mais diretamente da entrada 88 para a saída 40. Assim, o fluxo radial da composição de fluido 36 no sentido da saída 40 neste exemplo não é resistido ou impedido significativamente pela estrutura 94.

[0081] Se uma porção da composição de fluido 36 de velocidade relativamente baixa, alta viscosidade e/ou baixa densidade tiver que escoar circularmente sobre a saída 40 na figura 4B, as aberturas 96 permitirão a composição de fluido prontamente mudar de direção e escoar mais diretamente no sentido da saída. De fato, à medida que uma viscosidade da composição de fluido 36 aumenta, ou à medida que uma densidade ou velocidade da composição de fluido diminui, as estruturas 94 nesta situação crescentemente impedirão o fluxo circular da composição de fluido 36 sobre a câmara 84, permitindo a composição de fluido mais prontamente mudar de direção e escoar através das aberturas 96.

[0082] Note que não é necessário que múltiplas aberturas 96 sejam providas na estrutura 94, uma vez que a composição de fluido 36 pode escoar mais diretamente a partir da entrada 88 para a saída 40 via uma abertura única, e uma abertura única também permite fluxo a partir da entrada 86 gradualmente formar espiral para dentro no sentido da saída. Qualquer número de aberturas 96 (ou outras áreas de baixa resistência a fluxo radial) podem ser providas em conformidade com os princípios desta divulgação.

[0083] Adicionalmente, não é necessário que uma das aberturas 96 seja posicionada diretamente entre a entrada 88 e a saída 40. As aberturas 96 na estrutura 94 podem prover fluxo mais direto da composição de fluido 36 a partir da entrada 88 para a saída 40, mesmo se algum fluxo circular da composição de fluido sobre a estrutura for necessário para a composição de fluido escoar para dentro através de uma das aberturas.

[0084] Será apreciado que o fluxo mais sinuoso da composição de fluido 36 no exemplo da figura 4 resulta em mais energia ser consumida na mesma taxa de fluxo e, portanto, mais resistência a fluxo da composição de fluido se comparado com o exemplo da figura 4B. Se óleo for um fluido desejado, e água e/ou gás forem fluidos indesejados, então será apreciado que o sistema de resistência de fluxo variável 25 das figuras 4A e B proverá menos resistência a fluxo da composição de fluido 36 quando ela tiver uma razão aumentada de fluido desejado para indesejado nela, e proverá maior resistência a fluxo quando a composição de fluido tiver uma razão reduzida de fluido desejado para indesejado nela.

[0085] Referindo-se adicionalmente agora à figura 5, uma outra configuração da câmara 84 está representativamente ilustrada. Nesta configuração, a câmara 84 inclui quatro das estruturas 94, que são igualmente espaçadas à parte por quatro aberturas 96. As estruturas 94 podem ser igualmente ou desigualmente espaçadas à parte, dependendo dos parâmetros operacionais desejados do sistema 25.

[0086] Referindo-se adicionalmente agora às figuras 6A e B, uma outra configuração do sistema de resistência de fluxo variável 25 está representativamente ilustrada. O sistema de resistência de fluxo variável 25 das figuras 6A e B difere substancialmente daquele da figura 3, pelo menos em que ele é muito menos complexo e tem muito menos componentes. De fato, na configuração das figuras 6A e B, somente a câmara 84 é interposta entre a entrada 38 e a saída 40 do sistema 25.

[0087] A câmara 84 na configuração das figuras 6A e B tem somente uma entrada única 86. A câmara 84 também inclui as estruturas 94 nela.

[0088] Na figura 6A, uma composição de fluido 36 de velocidade relativamente alta, baixa viscosidade e/ou alta densidade entra na câmara 84 via a entrada 86 e é influenciada pela estrutura 94 a continuar a escoar sobre a câmara. A composição de fluido 36, portanto, escoa sinuosamente através da câmara 84, eventualmente formando espiral para dentro até a saída 40 à medida que ela gradualmente desvia da estrutura 94 via as aberturas 96.

[0089] Na figura 6B, entretanto, a composição de fluido 36 tem uma velocidade mais baixa, viscosidade aumentada e/ou densidade reduzida. A composição de fluido 36 neste exemplo é capaz de mudar de direção mais prontamente à medida que ela escoa para dentro da câmara 84 via a entrada 86, permitindo-a escoar mais diretamente da entrada para a saída 40 via as aberturas 96.

[0090] Será apreciado que a trajetória de fluxo muito mais sinuosa tomada pela composição de fluido 36 no exemplo da figura 6A consome mais da energia da composição de fluido na mesma taxa de fluxo e, portanto, resulta em mais resistência a fluxo, se comparado com a trajetória de fluxo muito mais direta tomada pela composição de fluido no exemplo da figura 6B. Se óleo for um fluido desejado, e água e/ou gás forem fluidos indesejados, então será apreciado que o sistema de resistência de fluxo variável 25 das figuras 6A e B proverá menos resistência a fluxo da composição de fluido 36 quando ela tiver uma razão aumentada de fluido desejado para indesejado nela, e proverá maior resistência a fluxo quando a composição de fluido tiver uma razão reduzida de fluido desejado para indesejado nela.

[0091] Embora na configuração as figuras 6A e B, somente uma entrada única 86 seja usada para admitir a composição de fluido 36 para dentro da câmara 84, em outros exemplos múltiplas entradas podem ser providas, se desejado. A composição de fluido 36 pode escoar para dentro da câmara 84 via múltiplas entradas simultaneamente ou separadamente. Por exemplo, diferentes entradas podem ser usadas para quando a composição de fluido 36 tiver características correspondentes diferentes (tais como diferentes velocidades, viscosidades, densidades, etc.).

[0092] A estrutura 94 pode ser na forma de uma ou mais palhetas se estendendo circunferencialmente tendo uma ou mais das aberturas 96 entre as palhetas. Alternativamente, ou em adição, a estrutura 94 pode ser na forma de um ou mais recessos se estendendo circunferencialmente em uma ou mais paredes da câmara 84. A estrutura 94 pode se projetar para dentro e/ou para fora em relação a uma ou mais paredes da câmara 84. Portanto, será apreciado que qualquer tipo de estrutura que funciona para crescentemente influenciar a composição de fluido 36 para continuar a escoar sinuosamente sobre a câmara 84 à medida que a velocidade ou densidade da composição de fluido aumenta, ou à medida que uma viscosidade do fluido diminui, e/ou que funciona para crescentemente impedir fluxo circular da composição de fluido sobre a câmara à medida que a velocidade ou densidade da composição de fluido diminui, ou à medida que a viscosidade do fluido aumenta, pode ser usada em conformidade com os princípios desta divulgação.

[0093] Vários exemplos esquemáticos ilustrativos da estrutura 94 estão representados nas figuras 7A-J, com as vistas de seções transversais das figuras 7A-G sendo tomadas ao longo da linha 7-7 da figura 4B. Estes vários exemplos demonstram que uma grande variedade de possibilidades existem para construir a estrutura 94, e então deve ser apreciado que os princípios desta divulgação não estão limitados ao uso de qualquer particular configuração de estrutura na câmara 84.

[0094] Na figura 7A, a estrutura 94 compreende uma parede ou palheta que se estende entre paredes superior e inferior (como vistas nos desenhos) 98,100 da câmara 84. A estrutura 94 neste exemplo impede fluxo radialmente para dentro da composição de fluido 36 a partir de uma porção externa da câmara 84, exceto na abertura 96.

[0095] Na figura 7B, a estrutura 94 compreende uma parede ou palheta que se estende somente parcialmente entre as paredes 98, 100 da câmara 84. A estrutura 94 neste exemplo não impede fluxo radialmente para dentro da composição de fluido 36, mas resiste a uma mudança de direção de fluxo circular para radial na porção externa da câmara 84.

[0096] Uma entrada (tal com a entrada 88) pode ser posicionada a uma altura relativa às paredes de câmara 98, 100 tal que a composição de fluido 36 entrando na câmara 84 via aquela entrada não impacte substancialmente sobre a estrutura 94 (p.ex., escoando sobre ou sob a estrutura). Uma outra entrada (tal como a entrada 86) pode ser posicionada a uma altura diferente, tal que a composição de fluido 36 entrando na câmara 84 via aquela entrada impacte substancialmente sobre a estrutura 94. Mais resistência a fluxo seria experimentada pela composição de fluido 36 impactando sobre a estrutura.

[0097] Na figura 7C, a estrutura 94 compreende filamentos (“whiskers”), cerdas ou fios rígidos que resistem a fluxo radialmente para dentro da composição de fluido 36 a partir da porção externa da câmara 84. A estrutura 94 neste exemplo pode se estender completamente ou parcialmente entre as paredes 98, 100 da câmara 84, e pode se estender para dentro a partir de ambas as paredes.

[0098] Na figura 7D, a estrutura 94 compreende múltiplos recessos se estendendo circunferencialmente e projeções que resistem a fluxo radialmente para dentro da composição de fluido 36. Qualquer ou ambos de os recessos e as projeções podem ser providos na câmara 84. Se somente os recessos forem providos, então a estrutura 94 pode não se salientar para dentro da câmara 84 ao todo.

[0099] Na figura 7E, a estrutura 94 compreende múltiplas ondulações se estendendo circunferencialmente formadas sobre as paredes 98, 100 da câmara 84. Similar à configuração da figura 7D, as ondulações incluem recessos e projeções, mas em outros exemplos qualquer ou ambos de os recessos e as projeções podem ser providos. Se somente os recessos forem providos, então a estrutura 94 pode não se salientar para dentro da câmara 84 ao todo.

[0100] Na figura 7F, a estrutura 94 compreende paredes se estendendo circunferencialmente mas radialmente deslocadas ou palhetas se estendendo para dentro a partir das paredes 98, 100 da câmara 84. Qualquer número, arranjo e/ou configuração das paredes ou palhetas podem ser usadas, em conformidade com os princípios desta divulgação.

[0101] Nas figuras 7G e H, a estrutura 94 compreende uma parede ou palheta se estendendo para dentro a partir da parede de câmara 100, com uma outra palheta 102 que influencia a composição de fluido 36 a mudar de direção axialmente em relação à saída 40. Por exemplo, a palheta 102 pode ser configurada tal que ela direcione a composição de fluido 36 para escoar axialmente para longe de, ou contra, a saída 40.

[0102] A palheta 102 pode ser configurada tal que ela realize a mistura da composição de fluido 36 recebida de múltiplas entradas, aumente a resistência a fluxo de fluido circularmente na câmara 84, e/ou proveja resistência a fluxo de fluido em diferentes níveis axiais da câmara, etc. Qualquer número, arranjo, configuração, etc. da palheta 102 pode ser usada, em conformidade com os princípios desta divulgação.

[0103] A palheta 102 pode prover maior resistência a fluxo circular de fluidos de viscosidade aumentada, tal que tais fluidos sejam mais prontamente desviados no sentido da saída 40. Assim, enquanto a estrutura 94 crescentemente impede uma composição de fluido 36 tendo velocidade aumentada, densidade aumentada ou viscosidade reduzida de escoar radialmente para dentro no sentido da saída 40, a palheta 102 pode crescentemente resistir a fluxo circular de uma composição de fluido de viscosidade aumentada.

[0104] Uma entrada (tal como a entrada 88) pode ser posicionada a uma altura em relação às paredes de câmara 98, 100 tal que a composição de fluido 36 entrando na câmara 84 via aquela entrada não impacte substancialmente sobre a estrutura 94 (p.ex., escoando sobre ou sob a estrutura). Uma outra entrada (tal como a entrada 86) pode ser posicionada a uma altura diferente, tal que a composição de fluido 36 entrando na câmara 84 via aquela entrada não impacte substancialmente sobre a estrutura 94.

[0105] Na figura 7I, a estrutura 94 compreende uma parede com formato cilíndrico de peça única com as aberturas 96 sendo distribuídas sobre a parede, em extremidades superior e inferior alternadas da parede. A estrutura 94 seria posicionada entre as paredes extremas 98, 100 da câmara 84.

[0106] Na figura 7J, a estrutura 94 compreende uma parede com formato cilíndrico de peça única, similar àquela representada na figura 7J, exceto que as aberturas 96 são distribuídas sobre a parede a meio caminho entre suas extremidades superior e inferior.

[0107] Configurações adicionais da câmara de fluxo 84 e estruturas 94 nela estão representativamente ilustradas nas figuras 8A-11. Estas configurações adicionais demonstram que uma ampla variedade de diferentes configurações são possíveis sem se desviar dos princípios desta divulgação, e aqueles princípios não estão limitados ao todo aos exemplos específicos descritos aqui e representados nos desenhos.

[0108] Na figura 8A, a câmara 84 é similar na maioria dos aspectos àquela das figuras 4A-5, com duas entradas 86, 88. Uma maior parte da composição de fluido 36 tendo uma velocidade relativamente alta, baixa viscosidade e/ou alta densidade escoa para dentro da câmara 84 via a entrada 86 e escoa circularmente sobre a saída 40. As estruturas 94 impedem fluxo radialmente para dentro da composição de fluido 36 no sentido da saída 40.

[0109] Na figura 8B uma maior parte da composição de fluido 36 tendo uma velocidade relativamente baixa, alta viscosidade e/ou baixa densidade escoa para dentro da câmara 84 via a entrada 88. Uma das estruturas 94 impede o fluxo direto da composição de fluido 36 da entrada 88 para a saída 40, mas a composição de fluido pode prontamente mudar de direção para escoar ao redor de cada uma das estruturas. Assim, uma resistência de fluxo do sistema 25 da figura 8B é menor que aquela da figura 8A.

[0110] Na figura 9A, a câmara 84 é similar na maioria dos aspectos àquela das figuras 6A e B, com uma entrada única 86. A composição de fluido 36 tendo uma velocidade relativamente alta, baixa viscosidade e/ou alta densidade escoa para dentro da câmara 84 via a entrada 86 e escoa circularmente sobre a saída 40. A estrutura 94 impede fluxo radialmente para dentro da composição de fluido 36 no sentido da saída 40.

[0111] Na figura 9B, a composição de fluido 36 tendo uma velocidade relativamente baixa, alta viscosidade e/ou baixa densidade escoa para dentro da câmara 84 via a entrada 86. A estrutura 94 impede o fluxo direto da composição de fluido 36 da entrada 88 para a saída 40, mas a composição de fluido pode prontamente mudar de direção para escoar ao redor da estrutura e através da abertura 96 no sentido da saída. Assim, uma resistência ao fluxo do sistema 25 da figura 9B é menor que aquela da figura 9A.

[0112] É postulado que, impedindo o fluxo da composição de fluido de velocidade relativamente baixa, alta viscosidade e/ou baixa densidade diretamente para a saída 40 a partir da entrada 88 na figura 8B, ou da entrada 86 na figura 9B, a velocidade radial da composição de fluido no sentido da saída pode ser desejavelmente reduzida, sem aumentar significativamente a resistência ao fluxo do sistema 25.

[0113] Nas figuras 10 e 11, a câmara 84 é similar na maioria dos aspectos à configuração das figuras 4A-5, com duas entradas 86, 88. A composição de fluido 36 que escoa para dentro da câmara 84 via a entrada 86 escoará, pelo menos inicialmente, circularmente sobre a saída 40, enquanto a composição de fluido que escoa para dentro da câmara via a entrada 88 escoará mais diretamente no sentido da saída.

[0114] Múltiplas estruturas similares a copos 94 são distribuídas sobre a câmara 84 na configuração da figura 10, e múltiplas estruturas estão localizadas na câmara na configuração da figura 11. Estas estruturas 94 podem crescentemente impedir o fluxo circular da composição de fluido 36 sobre a saída 40 quando a composição de fluido tiver uma velocidade reduzida, viscosidade aumentada e/ou densidade reduzida. Desta maneira, as estruturas 94 podem funcionar para estabilizar o fluxo de fluido de velocidade relativamente baixa, alta viscosidade e/ou baixa densidade na câmara 84, apesar das estruturas não impedirem significativamente fluxo circular de fluido de velocidade relativamente alta, baixa viscosidade e/ou alta densidade sobre a saída 40.

[0115] Muitas outras possibilidades existem para a colocação, configuração, número, etc. das estruturas 94 na câmara 84. Por exemplo, as estruturas 94 podem ter formato de aerofólio ou formato de cilindro, as estruturas podem compreender ranhuras orientadas radialmente em relação à saída 40, etc. Qualquer arranjo, posição e/ou combinação de estruturas 94 pode ser usada em conformidade com os princípios desta divulgação.

[0116] Pode ser agora plenamente apreciado que esta divulgação provê vários avanços para a técnica de regular fluxo de fluido em um poço subterrâneo. As várias configurações do sistema de resistência de fluxo variável 25 descritas acima permitem o controle de fluidos desejados e indesejados em um poço, sem o uso de mecanismos complexos, caros ou propensos a falhas. Ao contrário, o sistema 25 é relativamente simples e barato para produzir, operar e manter, e é confiável em operação.

[0117] A divulgação acima provê para a técnica um sistema de resistência de fluxo variável 25 para uso em um poço subterrâneo. O sistema 25 inclui uma câmara de fluxo 84 através da qual uma composição de fluido 36 escoa. A câmara 84 tem pelo menos uma entrada 86, 88, uma saída 40, e pelo menos uma estrutura 94 que impede uma mudança de fluxo circular da composição de fluido 36 sobre a saída 40 para fluxo radial no sentido da saída 40.

[0118] A composição de fluido 36 pode escoar através dacâmara de fluxo 84 no poço.

[0119] A estrutura 94 pode crescentemente impedir umamudança de fluxo circular da composição de fluido 36 sobre a saída 40 para fluxo radial no sentido da saída 40 em resposta a pelo menos um de a) velocidade aumentada da composição de fluido 36, b) viscosidade reduzida da composição de fluido 36, c) densidade aumentada da composição de fluido 36, d) uma razão reduzida de fluido desejado para fluido indesejado na composição de fluido 36, e) ângulo reduzido de entrada da composição de fluido 36 para dentro da câmara 84, e f) impacto mais substancial da composição de fluido 36 sobre a estrutura 94.

[0120] A estrutura 94 pode ter pelo menos uma abertura 96que permita a composição de fluido 36 mudar de direção eescoar mais diretamente a partir da entrada 86, 88 para asaída 40.

[0121] A pelo menos uma entrada pode compreender pelomenos primeira e segunda entradas, sendo que a primeira entrada 88 direciona a composição de fluido 36 para escoar mais diretamente no sentido da saída 40 da câmara 84 se comparada com a segunda entrada 86.

[0122] A estrutura 94 pode compreender pelo menos uma pá e um recesso.

[0123] A estrutura 94 pode se projetar pelo menos um depara dentro e para fora em relação à parede 98 ,100 da câmara84.

[0124] A composição de fluido 36 pode sair da câmara 84via a saída 40 em uma direção que muda baseada em uma razãode fluido desejado para fluido indesejado na composição de fluido 36.

[0125] A composição de fluido 36 pode escoar mais diretamente da entrada 86, 88 para a saída 40 à medida que a viscosidade da composição de fluido 36 aumenta, à medida que a velocidade da composição de fluido 36 diminui, à medida que a densidade da composição de fluido 36 se reduz, à medida que a razão de fluido desejado para fluido indesejado na composição de fluido 36 aumenta, e/ou à medida que um ângulo de entrada da composição de fluido 36 aumenta.

[0126] A estrutura 94 pode reduzir ou aumentar a velocidade da composição de fluido 36 à medida que ela escoa da entrada 86 para a saída 40.

[0127] A divulgação acima também provê para a técnica um sistema de resistência de fluxo variável 25 que compreende uma câmara de fluxo 84 através da qual uma composição de fluido 36 escoa. A câmara 84 tem pelo menos uma entrada 86, 88, uma saída 40, e pelo menos uma estrutura 94 que impede o fluxo circular da composição de fluido 36 sobre a saída 40.

[0128] Também está descrito acima um sistema de resistência de fluxo variável 25 para uso em um poço subterrâneo, com o sistema compreendendo uma câmara de fluxo 84 incluindo uma saída 40 e pelo menos uma estrutura 94 que resiste a uma mudança em uma direção de fluxo de uma composição de fluxo 36 no sentido da saída 40. A composição de fluido 36 entra na câmara 84 em uma direção de fluxo que muda baseada em uma razão de fluido desejado para fluido indesejado na composição de fluido 36.

[0129] A composição de fluido 36 pode sair da câmara via a saída 40 em uma direção que muda baseada em uma razão de fluido desejado para fluido indesejado na composição de fluido 36.

[0130] A estrutura 94 pode impedir uma mudança de fluxo circular da composição de fluido 36 sobre a saída 40 para fluxo radial no sentido da saída 40.

[0131] A estrutura 94 pode ter pelo menos uma abertura 96 que permite a composição de fluido 36 escoar diretamente de uma primeira entrada 88 da câmara 84 para a saída 40. A primeira entrada 88 pode direcionar a composição de fluido 36 para escoar mais diretamente no sentido da saída 40 da câmara 84 se comparada com uma segunda entrada 86.

[0132] A abertura 96 na estrutura 94 pode permitir o fluxo direto da composição de fluido 36 da primeira entrada 88 para a saída 40. Em um exemplo descrito acima, a câmara 84 inclui somente uma entrada 86.

[0133] A estrutura 94 pode compreender uma palheta ou um recesso. A estrutura 94 pode se projetar para dentro ou para fora em relação a uma ou mais paredes 98, 100 da câmara 84.

[0134] A composição de fluido 36 pode escoar mais diretamente de uma entrada 86 da câmara 84 para a saída 40 à medida que a viscosidade da composição de fluido 36 aumenta, à medida que a velocidade da composição de fluido 36 diminui, à medida que a densidade da composição de fluido 36 aumenta, à medida que uma razão de fluido desejado para fluido indesejado na composição de fluido 36 aumenta, à medida que um ângulo de entrada da composição de fluido 36 aumenta, e/ou à medida que o impacto da composição de fluido 36 sobre a estrutura 94 diminui.

[0135] A estrutura 94 pode induzir porções da composição de fluido 36 que escoa circularmente sobre a saída 40 para continuar a escoar circularmente sobre a saída 40. A estrutura 94 preferivelmente impede uma mudança de fluxo circular da composição de fluido 36 sobre a saída 40 para fluxo radial no sentido da saída 40.

[0136] Também é descrito pela divulgação acima um sistema de resistência de fluxo variável 25 que inclui uma câmara de fluxo 84 através da qual uma composição de fluido 36 escoa. A câmara 84 tem pelo menos uma entrada 86, 88, uma saída 40, e pelo menos uma estrutura 94 que impede uma mudança de fluxo circular da composição de fluido 36 sobre a saída 40 para fluxo radial no sentido da saída 40.

[0137] A divulgação acima também descreve um sistema de resistência de fluxo variável 25 que inclui um dispositivo de seleção de trajetória de fluxo 52 que seleciona qual de múltiplas trajetórias de fluxo 58, 60 uma maior parte do fluido escoa através a partir do dispositivo 52, baseado em uma razão de fluido desejado para fluido indesejado em uma composição de fluido 36. Uma câmara de fluxo 84 do sistema 25 inclui uma saída 40, uma primeira entrada 88 conectada a uma primeira das trajetórias de fluxo 60, uma segunda entrada 86 conectada a uma segunda das trajetórias de fluxo 58, e pelo menos uma estrutura 94 que impede fluxo radial da composição de fluido 36 da segunda entrada 86 para a saída 40 mais que ela impede fluxo radial da composição de fluxo 36 da primeira entrada 88 para a saída 40.

[0138] Um dispositivo de controle de fluxo (p.ex., sistema de resistência de fluxo variável 25) para instalação em um furo de poço subterrâneo 12 pode compreender: uma superfície interior 98, 100, 110 que define uma câmara interior 84, a superfície interior incluindo uma superfície de perímetro lateral 110 e superfícies extremas opostas (p.ex., paredes 98, 100), uma distância maior entre as superfícies extremas opostas sendo menor que uma dimensão maior das superfícies extremas opostas, um primeiro orifício (p.ex., saída 40) através de uma das superfícies extremas (p.ex., parede 100), e um segundo orifício (p.ex., entrada 86) através da superfície interior e separado do primeiro orifício, a superfície de perímetro lateral 110 sendo girável para direcionar fluxo do segundo orifício 86 para girar sobre o primeiro orifício 40, e pode compreender adicionalmente uma estrutura de trajetória de fluxo (p.ex., estruturas 94) na câmara interior 84.

[0139] A estrutura de trajetória de fluxo 94 pode ser operável para direcionar o fluxo a partir do segundo orifício 86 para girar sobre o primeiro orifício 40. A estrutura de trajetória de fluxo pode ser operável para permitir o fluxo a partir do segundo orifício 86 escoar diretamente no sentido do primeiro orifício 40.

[0140] O primeiro orifício 40 pode compreender uma saída a partir da câmara interior 84, e o segundo orifício 86 pode compreender uma entrada para a câmara interior 84.

[0141] A estrutura de trajetória de fluxo 94 pode compreender uma parede interior (p.ex., como no exemplo da figura 7F) se estendendo a partir de pelo menos uma das superfícies extremas opostas 98, 100. A parede interior pode se estender de uma das superfícies extremas opostas até a outra superfície extrema oposta (p.ex., de uma parede 98 até a outra parede 100, como no exemplo da figura 7J). A parede interior pode se estender de uma superfícies extremas opostas e definir uma folga entre um topo da parede interior e a outra superfície extrema oposta (p.ex., como no exemplo da figura 7F).

[0142] A estrutura de trajetória de fluxo 94 pode compreender uma primeira palheta 102 se estendendo de uma das superfícies extremas opostas (p.ex., parede 98 ou 100), e uma segunda palheta 102 se estendendo a partir da outra superfície extrema oposta.

[0143] A estrutura de trajetória de fluxo 94 pode compreender pelo menos um de filamentos, certas, ou fios se estendendo a partir de uma das superfícies extremas opostas 98, 100, recessos definidos em pelo menos uma das superfícies extremas opostas 98, 100, ondulações definidas em pelo menos uma das superfícies extremas opostas 98, 100, e/ou uma palheta 102.

[0144] Um dispositivo de controle de fluxo (p.ex., o sistema de resistência de fluxo variável 25) para instalação em um furo de poço subterrâneo 12 pode incluir uma câmara cilindroide 84 para receber fluxo através de uma entrada de câmara 86 e direcionar o fluxo para uma saída de câmara 40, uma dimensão axial maior A (veja a figura G) da câmara cilindroide 84 sendo menor que uma dimensão diametral maior D da câmara cilindroide 84, a câmara cilindroide 84 promovendo uma rotação do fluxo sobre as saída de câmara 40 e um grau da rotação sendo baseado em uma característica de um fluxo de entrada através da câmara de entrada 86, e uma estrutura de trajetória de fluxo 94 na câmara cilindroide 84.

[0145] O grau de rotação pode ser baseado em uma densidade do fluxo de entrada, uma viscosidade do fluxo de entrada, e/ou uma velocidade do fluxo de entrada.

[0146] Um aumento no grau de rotação pode aumentar uma resistência ao fluxo entre um interior e um exterior do dispositivo 25, e uma redução no grau de rotação reduz uma resistência ao fluxo entre o interior e o exterior.

[0147] O grau da rotação pode ser baseado em um relacionamento espacial entre uma posição da estrutura de trajetória de fluxo 94 na câmara cilindroide 84 e uma direção do fluxo de entrada através da entrada de câmara 86.

[0148] A câmara cilindroide 84 pode ser cilíndrica. A câmara cilindroide 84 pode incluir uma superfície de perímetro lateral 110 e superfícies extremas opostas 98, 100, e a superfície de perímetro lateral 110 pode ser perpendicular a ambas das superfícies extremas opostas 98, 100.

[0149] Um método para controlar fluxo em um furo de poço subterrâneo 12 pode incluir receber fluxo em uma câmara cilindroide 84 de um dispositivo de controle de fluxo 25 em um furo de poço 12, a câmara cilindroide 84 compreendendo uma pluralidade de entradas de câmara 86, 88, uma dimensão axial maior A da câmara cilindroide 84 sendo menor que uma dimensão diametral maior D da câmara cilindroide 84; direcionar o fluxo por uma estrutura de trajetória de fluxo 94 dentro da câmara cilindroide 84; e promover a rotação do fluxo através da câmara cilindroide 84 sobre uma saída de câmara 40, onde um grau da rotação é baseado em uma característica de fluxo para dentro através de pelo menos uma das entradas de câmara 86, 88.

[0150] Promover a rotação pode compreender aumentar o grau de rotação baseado em uma viscosidade do fluxo de entrada, aumentar o grau de rotação baseado em uma velocidade do fluxo de entrada, e/ou aumentar o grau de rotação baseado em uma densidade do fluxo de entrada.

[0151] Direcionar o fluxo pela estrutura de trajetória de fluxo 94 pode compreender aumentar ou diminuir o grau da rotação baseado em uma característica do fluxo de entrada através de pelo menos uma das entradas de câmara 86, 88, e/ou permitir pelo menos uma porção do fluxo escoar diretamente no sentido da saída de câmara 40 a partir de pelo menos uma das entradas de câmara 86, 88.

[0152] Promover a rotação pode compreender aumentar o grau de rotação, e aumentar o grau de rotação pode aumentar uma resistência ao fluxo através da câmara cilindroide 84.

[0153] Deve ficar entendido que os vários exemplos descritos acima podem ser utilizados em várias orientações, tais como inclinada, invertida, horizontal, vertical, etc., e em várias configurações, sem se desviar dos princípios da presente divulgação. As configurações ilustradas nos desenhos estão representadas e descritas meramente como exemplos de aplicações úteis dos princípios da divulgação, que não são limitados a quaisquer detalhes específicos destas configurações.

[0154] Claro, uma pessoa experiente na técnica, mediante uma consideração cuidadosa da descrição acima de configurações representativas, prontamente apreciará que muitas modificações, adições, substituições, eliminações, e outras mudanças podem ser feitas a estas configurações específicas, e tais mudanças estão dentro do escopo dos princípios da presente divulgação. Consequentemente, a descrição detalhada anterior deve ser claramente entendida como sendo proporcionada por meio de ilustração e exemplo somente, o espírito e escopo da presente invenção sendo limitado unicamente pelas reivindicações anexas e suas equivalentes.

Claims (25)

1. Dispositivo de controle de fluxo, para instalação em um furo de poço subterrâneo, compreendendo:- uma câmara (84), uma superfície interior da câmara (84) incluindo uma superfície de perímetro lateral (110) e primeira e segunda superfícies extremas opostas (98, 100), caracterizado pelo fato de uma distância maior entre as primeira e segunda superfícies extremas opostas (98, 100) ser menor que uma dimensão maior da primeira e segunda superfícies extremas opostas (98, 100);- pelo menos uma entrada (86) localizada na superfície de perímetro lateral (110), sendo que um fluido de poço entra na câmara (84) através da pelo menos uma entrada (86);- uma saída (40) localizada em uma das superfícies extremas, sendo que todo o fluido de poço que entra na câmara (84) através da entrada (86) também sai da câmara através da saída; e- uma estrutura de trajetória de fluxo (94) estendendo a partir de pelo menos uma da primeira e segunda superfícies extremas opostas (98, 100), sendo que a estrutura detrajetória de fluxo (94) permite o fluxo de fluido fluir radialmente em direção à saída (40).

2. Dispositivo de controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a estrutura de trajetória de fluxo (94) induzir o fluxo de fluido para fluir, de forma circular, sobre a saída (40).

3. Dispositivo de controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a estrutura de trajetória de fluxo (94) compreender uma parede se estendendo a partir de pelo menos uma das primeira e segunda superfícies extremas opostas (98, 100).

4. Dispositivo de controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de a parede se estender a partir da primeira superfície extrema oposta (98) para a segunda superfície extrema oposta (100).

5. Dispositivo de controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma abertura (96), sendo que a abertura (96) é formada em pelo menos um de: a) na parede e b) entre a parede e pelo menos uma das primeira e segunda superfícies extremas opostas (98, 100).

6. Dispositivo de controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de a estrutura de trajetória de fluxo (94) compreender uma primeira parede se estendendo a partir da primeira superfície extrema oposta (98), e a estrutura de trajetória de fluxo (94) compreender uma segunda parede se estendendo a partir da segunda superfície extrema oposta (100).

7. Dispositivo de controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a estrutura de trajetória de fluxo (94) compreender pelo menos um de filamentos, cerdas, ou fios se estendendo a partir de pelo menos uma das primeira e segunda superfícies extremas opostas (98, 100).

8. Dispositivo de controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a estrutura de trajetória de fluxo (94) compreender recessos definidos em pelo menos uma da primeira e segunda superfícies extremas opostas (98, 100).

9. Dispositivo de controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a estrutura de trajetória de fluxo (94) compreender ondulações em pelo menos uma da primeira e segunda superfícies extremas opostas (98, 100).

10. Dispositivo de controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a estrutura de trajetória de fluxo (94) compreender uma palheta (102).

11. Dispositivo de controle de fluxo, para instalação em um furo de poço subterrâneo, o dispositivo de controle de fluxo (25) compreendendo:- uma câmara cilindroide (84) incluindo pelo menos uma entrada (86) e pelo menos uma saída (40), caracterizado pelo fato de uma dimensão axial maior da câmara cilindroide (84) ser menor que uma dimensão diametral maior da câmara cilindroide (84), sendo que um fluido de poço entra na câmara cilindroide (84) através da pelo menos uma entrada (86) e sai da câmara cilindroide (84) através da saída (40), sendo que uma resistência ao fluxo do fluido de poço através da câmara cilindroide (84) varia em resposta a uma alteração em uma característica do fluido de poço; e- uma estrutura de trajetória de fluxo (94) posicionada dentro da câmara cilindroide (84), sendo que a estrutura de trajetória de fluxo (94) resiste a uma alteração em uma direção através da qual o fluido de poço flui a partir de pelo menos uma entrada (86) para a saída (40).

12. Dispositivo de controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a característica compreender uma densidade do fluxo de poço.

13. Dispositivo de controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a característica compreender uma viscosidade do fluido de poço.

14. Dispositivo de controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a característica compreender uma velocidade do fluido de poço.

15. Dispositivo de controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a resistência ao fluxo do fluido de poço através da câmara cilindroide (84) aumentar quando o fluido de poço flui de forma mais circular sobre a saída (40).

16. Dispositivo de controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a resistência ao fluxo do fluido de poço através da câmara cilindroide (84) diminuir quando o fluido de poço flui mais de forma radial em direção à saída (40).

17. Dispositivo de controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de um eixo geométrico maior e um eixo geométrico menor da câmara cilindroide (84) ter uma mesma dimensão.

18. Dispositivo de controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a câmara cilindroide (84) incluir uma superfície de perímetro lateral (110) e superfícies extremas opostas (98, 100), e a superfície de perímetro lateral (110) ser perpendicular a ambas as superfícies extremas opostas (98, 100).

19. Método para controlar fluxo em um furo de poço subterrâneo, compreendendo:- receber um fluido de poço em uma câmara cilindroide (84) de um dispositivo de controle de fluxo (25) em um furo de poço, a câmara cilindroide (84) incluindo pelo menos uma entrada (86) através da qual o fluido de poço entra na câmara cilindroide (84), a câmara cilindroide (84) incluindo apenas uma única saída pela qual o fluido de poço sai da câmara cilindroide (84), caracterizado pelo fato de uma dimensão axial maior da câmara cilindroide (84) ser menor que uma dimensão diametral maior da câmara cilindroide (84);- o fluido de poço contatando uma estrutura de trajetória de fluxo (94), resistindo assim a uma alteração em uma direção através da qual o fluido de poço flui a partir da pela menos uma entrada (86) para a saída (40); e- uma resistência ao fluxo do fluido de poço através da câmara cilindroide (84) varia em resposta a uma alteração em uma característica do fluido de poço.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de a característica compreender uma viscosidade do fluido de poço.

21. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de a característica compreender uma velocidade do fluido de poço.

22. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de a característica compreender uma densidade do fluido de poço.

23. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de a resistência ao fluxo do fluido de poço através da câmara cilindroide (84) aumentar quando o fluido de poço flui de forma mais circular sobre a saída (40).

24. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de a resistência ao fluxo do fluido de poço através da câmara cilindroide (84) diminuir quando o fluido de poço flui mais de forma radial em direção à saída (40).

25. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de a câmara cilindroide (84) incluir uma superfície de perímetro lateral (110) e superfícies extremas opostas (98, 100), e a superfície de perímetro lateral (110) ser perpendicular a ambas as superfícies extremas opostas (98, 100).

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