BR112014010371B1

BR112014010371B1 - Aparelho para controlar o fluxo de fluido de forma autônoma em um poço subterrâneo e método para controlar o fluxo do fluido em um poço subterrâneo

Info

Publication number: BR112014010371B1
Application number: BR112014010371-2A
Authority: BR
Inventors: Stephen Greci
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc.
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2020-12-15
Also published as: AU2011380521A1; AU2011380521B2; MY167551A; SG2014010037A; CA2844638C; EP2748417A4; BR112014010371A2; CN103890312A; US9291032B2; US20140231094A1; DK2748417T3; CN103890312B; CA2844638A1; EP2748417A1; EP2748417B1; WO2013066291A1

Abstract

aparelho para controlar o fluxo de fluido de forma autônoma em um poço subterrâneo e método para controlar o fluxo do fluido em um poço subterrâneo um aparelho e um método controlam, de forma autônoma, o fluxo de fluido em um poço subterrâneo, conforme uma característica do fluido se altera, tal como a viscosidade, ao longo do tempo. um membro reciprocante autônomo tem uma passagem de fluxo de fluido através deste e uma saída primária, e pelo menos uma saída secundária. um restritor de fluxo, tal como um restrigidor ou peneira dependente da viscosidade, está posicionado para restrigir o fluxo de fluido através da saída primária. uma câmara de vórtice está posicionada adjacente ao membro reciprocante. o membro de reciprocante se move entre uma primeira posição, onde o fluxo de fluido é direcionado primeiramente através da saída primária do membro reciprocante e para a entrada primária do arranjo de vórtice, e uma segunda posição, onde o fluxo de fluido é direcionado primeiramente através de pelo menos uma saída secundária do membro reciprocante e para dentro de pelo menos uma entrada secundária do arranjo de vórtice. o movimento do membro reciprocante altera o padrão de fluxo de fluido na câmara de vórtice adjacente.

Description

Campo de invenção

[001] A invenção se refere, de modo geral, a métodos e aparelhos para o controle seletivo do fluxo de fluido a partir de uma formação em uma formação subterrânea de produção de hidrocarboneto dentro de uma coluna de produção em um furo de poço (12). Mais particularmente, a invenção se refere a métodos e aparelhos para controlar o fluxo de fluido com base em alguma característica do fluxo de fluido, tal como a viscosidade, através da utilização de um membro reciprocante, tal como um êmbolo com furo oco tendo uma peneira de cobertura ou restringidor em uma extremidade do furo, o membro reciprocante movido para uma posição aberta através da força de um fluido escoando, dependendo de uma característica do fluido, por exemplo, pela força de um fluido de viscosidade relativamente mais elevada.

Antecedentes da invenção

[002] Durante a completação de um poço que atravessa uma formação subterrânea de produção de hidrocarboneto, tubulações de produção e vários equipamentos são instalados no poço para permitir a produção segura e eficiente dos fluidos. Por exemplo, para prevenir a produção de material particulado a partir de uma formação subterrânea não consolidada ou consolidada imprecisamente, algumas completações incluem uma ou mais peneiras de controle de areia posicionadas próximas aos intervalos de produção desejados. Em outras completações, para controlar a taxa de fluxo dos fluidos de produção dentro da tubulação de produção, é prática comum instalar um ou mais dispositivos de controle de influxo com a coluna de completação.

[003] A produção a partir de qualquer seção de tubulação de produção determinada, pode muitas vezes ter múltiplos componentes de fluido, tais como, gás natural, óleo e água, com o fluido de produção alterando na composição proporcional ao longo do tempo. Desse modo, conforme a proporção de componentes do fluido se altera, as características do fluxo de fluido irão igualmente se alterar. Por exemplo, quando o fluido de produção tem uma quantidade proporcionalmente mais elevada de gás natural, a viscosidade do fluido será menor e a densidade do fluido será menor do que quando o fluido tinha uma quantidade proporcionalmente mais elevada de óleo. Muitas vezes é desejável reduzir ou evitar a produção de um componente em favor de outro. Por exemplo, em um poço de produção de óleo, pode ser desejado reduzir ou eliminar a produção de gás natural e maximizar a produção de óleo. Enquanto várias ferramentas de fundo de poços foram utilizadas para controlar o fluxo dos fluidos baseadas em sua conveniência, surgiu a necessidade para um sistema de controle de fluxo para controlar o influxo de fluidos que é formado em uma variedade de condições de fluxo. Adicionalmente, surgiu a necessidade de um sistema de controle de fluxo que funciona de forma autônoma, isto é, em resposta à mudança das condições do fundo do poço e sem requerer sinais a partir da superfície pelo operador. Problemas semelhantes surgem em relação as situações de injeção, com o fluxo de fluidos entrando ao contrário de sair da formação.

Sumário da invenção

[004] A invenção apresenta um aparelho e método para controlar, de forma autônoma, o fluxo do fluido em um poço subterrâneo, onde uma característica do fluido do fluxo de fluido se altera ao longo do tempo. Em uma concretização, um membro reciprocante autônomo tem uma passagem de fluxo de fluido através do mesmo e uma saída primária e pelo menos uma saída secundária. Um restritor de fluxo, tal como um restringidor ou peneira, é posicionado para limitar, por exemplo, um fluxo de fluido de viscosidade relativamente mais elevada através da saída primária do membro reciprocante. Uma câmara de vórtice tendo uma entrada primária e pelo menos uma entrada secundária está adjacente ao membro reciprocante. O membro reciprocante se move entre uma primeira posição, onde o fluxo de fluido é direcionado principalmente através da saída primária do membro reciprocante e dentro da entrada primária do arranjo de vórtice, e uma segunda posição, onde o fluxo de fluido é direcionado primeiramente através de pelo menos uma saída secundária do membro reciprocante e dentro de pelo menos uma entrada secundária do arranjo de vórtice.

[005] O membro reciprocante se move em resposta às alterações nas características do fluido. Por exemplo, quando o fluido é de viscosidade relativamente baixa, que flui através da passagem do membro reciprocante, na saída primária do membro reciprocante e no restritor de forma relativamente livre. Na primeira posição, as saídas secundárias do membro reciprocante estão substancialmente bloqueadas. Conforme o fluido se altera para uma viscosidade mais elevada, o fluxo do fluido é restrito pelo restritor e o membro reciprocante é movido para a segunda posição, através da pressão resultante. Na segunda posição, as saídas secundárias do membro reciprocante já não estão bloqueadas, e o fluido agora flui relativamente livre através destas.

[006] O movimento do membro reciprocante altera o padrão do fluxo de fluido na câmara de vórtice adjacente. Na primeira posição, quando o fluido flui primeiramente através da saída primária, o fluido é direcionado tangencialmente para dentro do vórtice, causando fluxo em espiral, velocidade do fluido aumentada e uma maior queda de pressão através do vórtice. Na segunda posição, o fluxo de fluido é direcionado de tal modo que o fluxo de fluido resultante no vórtice seja primeiramente radial, a velocidade é reduzida e a queda de pressão através do vórtice é reduzida.

Breve descrição dos desenhos

[007] Para uma compreensão mais completa das características e vantagens da presente invenção, é feita agora referência à descrição detalhada da invenção, juntamente com as figuras que a acompanham, nas quais os numerais correspondentes nas diferentes figuras se referem à partes correspondentes e nas quais:

[008] A figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de poço incluindo uma pluralidade de sistemas de controle de fluxo de fluido autônomos de acordo com uma concretização da invenção;

[009] A figura 2 é uma vista superior esquemática de um dispositivo de controle de fluxo de fluido autônomo utilizando um arranjo de vórtice e arranjo reciprocante autônomo incorporando os princípios da presente invenção;

[010] A figura 3 é uma vista detalhada de uma concretização do arranjo reciprocante em uma primeira posição incorporando os princípios da presente invenção;

[011] A figura 4 é uma vista superior esquemática de uma concretização alternativa da invenção; e

[012] A figura 5 é uma vista superior esquemática de uma concretização alternativa da invenção.

[013] Deve ser entendido pelos técnicos no assunto que a utilização dos termos direcionais tais como acima, abaixo, superior, inferior, ascendente, descendente e seus semelhante são utilizados em relação às concretizações ilustrativas conforme elas são descritas nas figuras, a direção ascendente sendo a direção da parte superior da figura correspondente e a direção descendente sendo a direção da parte inferior da figura correspondente. Quando isto não for o caso, e um termo estiver sendo utilizado para indicar uma orientação requerida, a especificação irá indicar ou fazer de forma clara. A montante e a jusante são utilizadas para indicar a localização ou direção em relação à superfície, onde a montante indica a posição relativa ou o movimento na direção da superfície ao longo do furo do poço, e a jusante indica a posição relativa ou o movimento adicional afastado a partir da superfície ao longo do furo do poço.

Descrição detalhada das concretizações preferidas

[014] Enquanto a fabricação e utilização das várias concretizações da presente invenção são discutidas em detalhe abaixo, um técnico do assunto irá apreciar que a presente invenção proporciona conceitos inventivos aplicáveis, os quais podem ser incorporados em uma variedade de contextos específicos. As concretizações específicas aqui descritas são ilustrativas das formas específicas de fazer e utilizar a invenção e não limitam o escopo da presente invenção.

[015] As descrições de controle de fluxo de fluido utilizando dispositivos autônomos de controle de fluxo e suas aplicações, podem ser encontradas nas seguintes patentes e pedidos de Patente nos Estados Unidos, cada uma das quais são aqui incorporadas na sua totalidade para todos os fins: Patente US N° 7,404,416, sob o título “Apparatus and Method For Creating Pulsating Fluid Flow, And Method of Manufacture For the Apparatus” para Schultz, depositada em 25/3/2004; Patente US N° 6,976,507, sob o título “Apparatus for Creating Pulsating Fluid Flow” para Webb, depositada em 8/2/2005; Pedido de Patente US N° de série 12/635612, sob o título “Fluid Flow Control Device” para Schultz, depositada em 10/12/2009; Pedido de Patente US N° de série 12/770568, sob o título “Method and Apparatus for Controlling Fluid Flow Using Movable Flow Diverter Assembly” para Dykstra, depositada em 29/4/2010; Pedido de Patente US N° de série 12/700685, sob o título “Method and Apparatus for Autonomous Downhole Fluid Selection With Pathway Dependent Resistance System” para Dykstra, depositada em 4/2/2010; Pedido de Patente US N° de série 12/750476, sob o título “Tubular Embedded Nozzle Assembly for Controlling the Flow Rate of Fluids Downhole” para Syed, depositada em 30/3/2010; Pedido de Patente US N° de série 12/791993, sob o título “Flow Path Control Based on Fluid Characteristics to Thereby Variably Resist Flow in a Subterranean Well” para Dykstra, depositada em 2/6/2010; Pedido de Patente US N° de série 12/792095, sob o título “Alternating Flow Resistance Increases and Decreases for Propagating Pressure Pulses in a Subterranean Well” para Fripp, depositada em 2/6/2010; Pedido de Patente US N° de série 12/792117, sob o título “Variable Flow Resistance System for Use in a Subterranean Well” para Fripp, depositada em 2/6/2010; Pedido de Patente US N° de série 12/792146, sob o título “Variable Flow Resistance System With Circulation Inducing Structure Therein to Variably Resist Flow in a Subterranean Well” para Dykstra, depositada em 2/6/2010; Pedido de Patente US N° de série 12/879846, sob o título “Series Configured Variable Flow Restrictors For Use In A Subterranean Well,” para Dykstra, depositada em 10/9/2010; Pedido de Patente US N° de série 12/869836, sob o título “Variable Flow Restrictor For Use In A Subterranean Well” para Holderman, depositada em 27/8/2010; Pedido de Patente US N° de série 12/958625, sob o título “A Device For Directing The Flow Of A Fluid Using A Pressure Switch” para Dykstra, depositada em 2/12/2010; Pedido de Patente US N° de série 12/974212, sob o título “An Exit Assembly With a Fluid Director for Inducing and Impeding Rotational Flow of a Fluid” para Dykstra, depositada em 21/12/2010; Pedido de Patente US N° de série 12/983144, sob o título “Cross-Flow Fluidic Oscillators for use with a Subterranean Well” para Schultz, depositada em 31/12/2010; Pedido de Patente US N° de série 12/966772, sob o título “Downhole Fluid Flow Control System and Method Having Direction Dependent Flow Resistance” para Jean-Marc Lopez, depositada em 13/12/2010; Pedido de Patente US N° de série 12/983153, sob o título “Fluidic Oscillators For Use With A Subterranean Well (includes vortex)” para Schultz, depositada em 31/12/2010; Pedido de Patente US N° de série 13/084025, sob o título “Active Control for the Autonomous Valve” para Fripp, depositada em 11/4/2011; Pedido de Patente US N° de série 61/473,700, sob o título “Moving Fluid Selectors for the Autonomous Valve” para Fripp, depositada em 8/4/2011; Pedido de Patente US N° de série 61/473,699, sob o título “Sticky Switch for the Autonomous Valve” para Fripp, depositada em 8/4/2011; e Pedido de Patente US N° de série 13/100006, sob o título “Centrifugal Fluid Separator” para Fripp, depositada em 3/5/2011.

[016] A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de poço, indicado geralmente por 10, incluindo uma pluralidade de sistemas de controle de fluxo autônomos que incorporam os princípios da presente invenção. Um furo de poço 12 se estende através de várias camadas da terra. O furo de poço 12 tem uma seção substancialmente vertical 14, a parte superior da qual tem instalado no seu interior uma coluna de revestimento 16. O furo de poço 12 tem também uma seção substancialmente desviada 18, mostrada na posição horizontal, a qual se estende através de uma formação subterrânea 20 de produção de hidrocarboneto. Conforme ilustrado, a seção substancialmente horizontal 18 do furo de poço 12 é poço aberto. Enquanto aqui mostrado em um poço aberto, a seção horizontal de um furo de poço, a invenção funcionará em qualquer orientação, e em poço revestido ou aberto. A invenção também funcionará igualmente bem com os sistemas de injeção, conforme será discutido acima.

[017] Posicionado dentro do furo de poço 12, e estendendo a partir da superfície, está uma coluna de tubulação 22. A coluna de tubulação 22 fornece um conduto para os fluidos percorrerem a partir da formação 20 a montante à superfície. Posicionadas dentro da coluna de tubulação 22 nos vários intervalos de produção adjacentes à formação 20, está uma pluralidade de sistemas de controle de fluxo autônomos 25 e uma pluralidade de seções de tubulação de produção 24. Em cada extremidade de cada seção de tubulação de produção 24 está um obturador 26 que proporciona uma vedação de fluido entre a coluna de tubulação 22 e a parede do furo de poço 12. O espaço entre cada par adjacente de obturador 26 define um intervalo produção.

[018] Na concretização ilustrada, cada uma das seções da tubulação de produção 24 inclui a capacidade de controle de areia. Elementos de peneira de controle de areia ou meio filtrante associados com as seções da tubulação de produção 24 são concebidos para permitir o fluxo de fluidos através dos mesmos, mas evitando que o material particulado de tamanho suficiente flua através dos mesmos. Embora a invenção não necessite de ter uma peneira de controle de areia a ela associada, se uma for utilizada, então o projeto exato do elemento de peneira associado com os sistemas de controle de fluxo de fluido não é crítico para a presente invenção. Existem muitos projetos para as peneiras de controle de areia que são bem conhecidos na indústria, e não serão aqui discutidos em detalhe. Adicionalmente, uma cobertura (“shroud”) externa de proteção tendo uma pluralidade de perfurações através da mesma pode ser posicionada em torno da parte externa de qualquer meio filtrante.

[019] Através da utilização de sistemas de controle de fluxo 25 da presente invenção, em um ou mais intervalos de produção, algum controle sobre o volume e a composição dos fluidos produzidos é habilitado. Por exemplo, em uma operação de produção de óleo se um componente de fluido indesejável, tal como água, vapor, dióxido de carbono, ou o gás natural, estiver entrando em um dos intervalos de produção, o sistema de controle de fluxo neste intervalo, irá de forma autônoma restringir ou conter a produção de fluido a partir deste intervalo.

[020] O termo “gás natural” ou “gás” conforme aqui utilizado, significa uma mistura de hidrocarbonetos (e quantidades variáveis de não-hidrocarbonetos) que existe em uma fase gasosa à temperatura e pressão ambiente. O termo não indica que o gás natural esteja em uma fase gasosa no local do fundo do poço dos sistemas da invenção. De fato, deve ser entendido que o sistema de controle de fluxo é para ser utilizado em locais onde a pressão e temperatura são de tal modo que o gás natural estará em estado predominantemente liquefeito, embora outros componentes possam estar presentes e alguns componentes podem estar em um estado gasoso. O conceito inventivo irá trabalhar com líquidos ou gases ou quando ambos estiverem presentes.

[021] O fluido escoando para dentro da seção da tubulação de produção 24 compreende, tipicamente, mais do que um componente fluido. Os componentes típicos são gás natural, óleo, água, vapor ou dióxido de carbono. O vapor e o dióxido de carbono são geralmente utilizados como fluidos de injeção para conduzir o hidrocarboneto em direção a tubulação de produção, enquanto que o gás natural, óleo e água são tipicamente encontrados in situ na formação. A proporção destes componentes no fluido escoando em cada seção da tubulação de produção 24 irá variar ao longo do tempo e com base nas condições dentro da formação e furo do poço. Da mesma forma, a composição do fluido escoando para as várias seções da tubulação de produção ao longo do comprimento de toda a coluna de produção, pode variar significativamente de seção para seção. O sistema de controle de fluxo é concebido para reduzir ou restringir a produção a partir de qualquer intervalo específico quando este tem uma maior proporção de um componente indesejado.

[022] Consequentemente, quando um intervalo de produção correspondente a um dos sistemas de controle de fluxo em particular, produz uma proporção maior de um componente de fluido indesejado, o sistema de controle de fluxo com este intervalo, irá restringir ou conter o fluxo de produção do intervalo. Assim, os outros intervalos de produção, os quais estão produzindo uma proporção maior do componente de fluido desejado, neste caso óleo, irão contribuir mais para o fluxo de produção entrando na coluna de tubulação 22. Em particular, a taxa de fluxo a partir da formação 20 para a coluna de tubulação 22 será menor onde o fluido tem que fluir através de um sistema de controle de fluxo (ao contrário de simplesmente fluir para dentro da coluna de tubulação). Expressado de outra maneira, o sistema de controle de fluxo cria uma restrição de fluxo no fluido.

[023] Embora a figura 1 mostre um sistema de controle de fluxo em cada intervalo de produção, deve ser entendido que qualquer número de sistemas da presente invenção pode ser empregado dentro de um intervalo de produção sem se afastar dos princípios da presente invenção. Similarmente, os sistemas de controle de fluxo da invenção não têm de ser associados com cada intervalo de produção. Eles podem apenas estar presentes em alguns dos intervalos de produção no furo de poço, ou podem estar na passagem da tubulação para dirigir-se aos múltiplos intervalos de produção.

[024] A figura 2 é uma vista em planta do topo de um dispositivo de controle de fluido 30, de acordo com uma concretização da invenção, mostrando os percursos de fluxo do fluido através deste. O dispositivo de controle de fluido 30 tem um arranjo reciprocante 40 para direcionar o fluxo de fluido para dentro de um sistema de fluxo de fluido 80.

[025] Uma concretização preferida da câmara de fluxo de fluido 80 é vista na figura 2. A câmara é uma câmara de vórtice 82, tendo uma parede periférica 84, uma superfície superior (não mostrada), e uma superfície inferior 86 inclinada para induzir um fluxo espiral ou rotacional. O fluido escoa através da saída de vórtice 88, tipicamente localizada próxima do centro da superfície do fundo 86. O sistema de fluxo de fluido 80 pode incluir recursos adicionais. Por exemplo, elementos direcionais 90 podem ser adicionados, tais como palhetas, ranhuras, etc.. Na concretização representada na figura 2, o sistema de fluxo de fluido tem múltiplas entradas, ou seja, uma entrada primária 92, e duas entradas secundárias 94. As entradas podem ser passagens, conforme mostrado.

[026] A entrada primária 92 direciona o fluxo de fluido para dentro da câmara de vórtice 82 para induzir o fluxo em espiral ou centrífugo na câmara. Em uma concretização preferida, a entrada primária 92 direciona o fluxo para dentro da câmara de vórtice de forma tangencial para aumentar esse fluxo. Consequentemente, existe uma queda de pressão maior através da câmara (a partir das entradas da câmara para a saída da câmara). O fluxo de fluido ao longo da entrada primária 92 e através da câmara de vórtice 82 é visto na figura 2 como setas sólidas para facilidade de orientação.

[027] As entradas secundárias 94, por outro lado, são projetadas para direcionar o fluido para dentro da câmara de vórtice 82 para inibir, ou resultar em fluxo relativamente menos em espiral ou centrífugo. Na concretização mostrada na figura 2, as entradas secundárias 94 direcionam o fluxo para dentro da câmara de vórtice 82 em percursos de fluxo opostos, de tal modo que os fluxos tendem a interferir ou “se anularem mutuamente” e inibir o fluxo centrífugo. Ao contrário, o fluido direcionado através das entradas secundárias 94 flui através da saída de vórtice 88 com nenhuma ou mínima espiralidade. Preferivelmente, o fluxo de fluido a partir das entradas secundárias 94 flui radialmente através da câmara de vórtice 82. O fluxo direcionado através das entradas secundárias 94 produz uma queda de pressão relativamente baixa através da câmara. O fluxo de fluido ao longo das entradas secundárias 94 e, em seguida, através da câmara de vórtice 82 são mostrados em setas tracejadas para facilitar a orientação.

[028] O arranjo reciprocante 40 é mostrado em uma concretização preferida nas figuras 2-4. A figura 3 é uma vista detalhada do arranjo reciprocante em uma primeira posição onde o fluxo de fluido é direcionado para dentro da câmara de fluxo do fluido para criar uma queda de pressão relativamente mais elevada através da câmara. Por exemplo, em uma câmara de vórtice, conforme mostrado, quando o arranjo reciprocante está na primeira posição o fluido é direcionado para dentro da câmara de vórtice 82 através da entrada primária 92, preferivelmente de forma tangencial, para criar um fluxo centrífugo em torno da câmara conforme indicado pelas setas sólidas. A figura 4 é uma vista detalhada do arranjo reciprocante em uma segunda posição, onde o fluxo do fluido é direcionado para dentro da câmara de fluxo de fluido 82 para criar uma queda de pressão relativamente baixa através da câmara. Por exemplo, em uma câmara de vórtice, conforme mostrado, quando o arranjo reciprocante está na segunda posição o fluido é direcionado para dentro da câmara de vórtice 82 através das entradas secundárias 94 para inibir o fluxo em espiral ou centrífugo através da câmara. Tal fluxo preferencialmente induz o fluxo radial através da câmara 82 conforme indicado pelas setas tracejadas.

[029] Na concretização preferida vista na figura 2-4, o arranjo reciprocante 40 inclui um membro reciprocante 42, como por exemplo, o êmbolo 44. O êmbolo 44 define uma passagem do membro reciprocante 46, tal como o furo oco ilustrado. O êmbolo 44 se movimenta no interior do cilindro 48. O êmbolo 44 é pressionado na direção da primeira posição, conforme mostrado nas figuras 2 e 3, por um membro pressionador 50, tal como uma mola. Outros mecanismos pressionadores são conhecidos na técnica. Vedações 52 podem ser providas para impedir ou reduzir o fluxo em torno do êmbolo, e podem ser montadas nas paredes do cilindro, conforme mostrado, ou na borda externa do êmbolo. O membro reciprocante 42 se desloca para uma segunda posição, como por exemplo, quando o êmbolo 44 está na posição vista na figura 4.

[030] O membro reciprocante 42 define pelo menos uma passagem de fluxo de fluido 46 através deste. Na concretização preferida, a passagem 46 é uma passagem do furo oco através do êmbolo. O fluxo de fluido entra na passagem do membro reciprocante e escoa em direção ao sistema de fluxo de fluido 80. A passagem do furo oco 46 conduz a várias saídas. A saída primária 54 tem um restritor de fluxo 56 posicionado para limitar o fluxo de fluido através da saída primária. O restritor de fluxo 56 pode ser um estrangulador (“choke”), uma peneira, ou outro mecanismo, conforme é conhecido na técnica. O restritor de fluxo é mostrado posicionado sobre a extremidade da saída primária, mas pode ser posicionado em outro lugar, tal como, dentro da passagem de saída. O restritor de fluxo 56 é projetado para permitir o fluxo de fluido através deste quando o fluido está com uma viscosidade relativamente baixa, tal como, a água ou gás natural. O restritor de fluxo 56 restringe ou impede o fluxo através deste quando o fluido é relativamente de alta viscosidade, tal como óleo, por exemplo. Na primeira posição, o fluxo através das saídas secundárias 58 é restrito ou impedido. Por exemplo, na concretização mostrada, o fluxo através das saídas secundárias 58 é restrito pela parede do cilindro 48. A figura 3 mostra o fluido “F” escoando para dentro da passagem do membro reciprocante e através da saída primária 54 e do restritor 56.

[031] Na figura 4, o membro reciprocante está na segunda posição. O êmbolo 44 foi movido ao longo do cilindro 48, comprimindo o membro pressionador 50. O fluxo de fluido é agora permitido ao longo das saídas secundárias 58. Como pode ser visto, o fluido F escoando através do êmbolo 44 é agora direcionado através das saídas secundárias 58 e para dentro das entradas secundárias 94 do sistema de fluxo de fluido 80.

[032] O movimento do membro reciprocante 42 é autônomo e dependente de uma característica do fluido escoando através dele, o qual se espera que varie ao longo do tempo durante a utilização. Na concretização preferida mostrada, quando o fluido é de viscosidade baixa, este simplesmente flui através do membro reciprocante com, relativamente, pouca resistência provida pelo restritor, e o membro reciprocante permanece na primeira posição. Quando a característica do fluido se altera, por exemplo, para uma viscosidade mais elevada, o restritor 56 restringe o fluxo de fluido, aumentando a pressão do fluido atrás do restritor, e resultando em movimento do membro reciprocante para a segunda posição. Na segunda posição, o fluido flui primariamente através das saídas secundárias, tais como, as saídas secundárias 58. Apesar de algum fluido possa fluir através do restritor 56 e através da entrada 92 do arranjo de vórtice, o fluxo de fluido é tal que não irá induzir significativo (ou qualquer) fluxo em espiral ou centrífugo na câmara. Em uma concretização preferida, uma porção do membro reciprocante, tal como o restritor 56, se move adjacente a ou para dentro da entrada 92, reduzindo ou impedindo adicionalmente, o fluxo através da entrada primária 92.

[033] Conforme a característica do fluido se altera novamente, por exemplo, para uma viscosidade relativamente mais baixa, o membro pressionador retorna o membro reciprocante para a sua primeira posição. Assim, a alteração da característica do fluido ou fluxo de fluido, de forma autônoma, altera a posição do membro reciprocante e altera o percurso do fluxo através do sistema de fluxo de fluido 80.

[034] Concretizações alternativas da passagem do membro reciprocante podem incluir múltiplas passagens arranjadas através do membro reciprocante, ao longo de ranhuras ou entalhes ao longo da parte externa do membro reciprocante, etc. A(s) passagem(ns) secundária(s) pode(m) ser radial(is), conforme mostrado, ou ter outras formas, como para prover um percurso de fluxo de fluido alternado conforme o membro reciprocante se move. Do mesmo modo, o membro reciprocante 42 é mostrado como um êmbolo, mas pode assumir formas alternativas, tais como um membro deslizante, uma esfera reciprocante, etc., como será reconhecido pelos técnicos no assunto.

[035] É especificamente afirmado que o arranjo reciprocante pode ser utilizado com sistemas de fluxo de fluido alternado 80. As referências incorporadas fornecem exemplos de tais sistemas de fluxo.

[036] As figuras 5 e 6 são exemplos de concretizações de sistemas de fluxo de fluido alternado 80, que podem ser utilizados em conjunto com o arranjo reciprocante aqui descrito. Na figura 5, o sistema de fluxo de fluido 80, com a câmara de vórtice 82, saída de vórtice 88 e os elementos direcionais 90, tem uma entrada única 98. O fluxo de fluido é direcionado através da saída primária 56 do êmbolo reciprocante 44, e tangencialmente para dentro da câmara de vórtice 82, conforme indicado pelas setas sólidas. Quando o êmbolo 44 está na segunda posição, como pode ser visto na figura 5, o fluido flui através da saída secundária 58, e é direcionado de tal modo que ele flui substancialmente de modo radial através da câmara de vórtice 82. Assim, os mesmos ou semelhantes padrões de fluxo são alcançados com um projeto diferente.

[037] Na figura 6, quando o fluido é de uma viscosidade relativamente baixa, o fluxo de fluido é direcionado através do êmbolo 44, ao longo da passagem 46, através da saída primária 54 e do restritor 56, e para dentro de uma entrada primária 92 do arranjo de vórtice, induzindo assim, o fluxo centrífugo ou espiral na câmara de vórtice. Quando as características do fluido se alteram, por exemplo, para uma elevada viscosidade, o êmbolo 44 é movido para a segunda posição, e o fluido escoa primeiramente através da saída secundária 58 e para dentro da entrada secundária 94 do arranjo de fluxo de fluido. Assim, o fluido de viscosidade relativamente mais elevada é direcionado, como indicado pelas setas tracejadas, primeiramente, de forma radial, através da câmara de vórtice 82 e através da saída de vórtice 88.

[038] Pode ser aqui visto que as características inventivas podem ser utilizadas com vários sistemas de fluxo de fluido 80, tendo entradas simples ou múltiplas, saídas simples ou múltiplas, etc., conforme será entendido pelos técnicos no assunto.

[039] A descrição acima do arranjo em uso é provida em um exemplo de concretização onde o fluido de produção a partir da formação é direcionado através do arranjo. O fluido de produção pode fluir através de peneiras, passagem, seções tubulares, passagens anulares, etc., antes e depois de escoarem através do arranjo. O arranjo pode também ser utilizado para injeção e outras atividades de completação, como explicado nas referências incorporadas e como será compreendido pelos técnicos no assunto. O exemplo de utilização é descrito nos termos da restrição de fluxo de fluido, tal como água, gás natural, e permitindo o fluxo de óleo. A invenção pode ser utilizada para restringir o fluxo de fluido com base na viscosidade ou outras características do fluido, e pode ser utilizada para restringir o fluxo de um fluido indesejável enquanto permite o fluxo de um fluido desejado. Por exemplo, o fluxo de água pode ser restrito enquanto o fluxo de gás natural é permitido, etc.. Em usos de injeção, por exemplo, o vapor pode ser permitido enquanto a água é restrita.

[040] A invenção pode também ser utilizada com outros sistemas de controle de fluxo, tais como, dispositivos de controle de influxo, luvas deslizantes, e outros dispositivos de controle de fluxo, que são bem conhecidos na indústria. O sistema da invenção pode ser tanto paralelo com ou em série com estes outros sistemas de controle de fluxo.

[041] Embora esta invenção tenha sido descrita com referência as concretizações ilustrativas, esta descrição não se destina a ser interpretada em um sentido limitativo. Várias modificações e combinações das concretizações ilustrativas, bem como outras concretizações da invenção, serão evidentes aos técnicos no assunto após referência à descrição. É, consequentemente, pretendido que as reivindicações anexas englobem todas essas modificações ou concretizações.

Claims

1. Aparelho para controlar o fluxo de fluido de forma autônoma em um poço subterrâneo, sendo que uma característica do fluido do fluxo de fluido se altera ao longo do tempo, caracterizado pelo fato de compreender: - um arranjo de vórtice definindo uma câmara de vórtice (82) e tendo uma entrada primária (92) e pelo menos uma entrada secundária (94); - um arranjo reciprocante autônomo (40) tendo um membro reciprocante (42), o membro reciprocante (42) definindo uma passagem de fluxo de fluido (46) e tendo uma saída primária (54) e pelo menos uma saída secundária (58), o membro reciprocante (42) compreender um êmbolo reciprocante (44) posicionado em um cilindro (48), sendo que uma parede do cilindro restringe o fluxo através da pelo menos uma saída secundária (58) quando o arranjo reciprocante (40) está em uma primeira posição, sendo que a saída primária (54) é posicionada em uma primeira exterminada do êmbolo (44), e sendo que a pelo menos uma saída secundária (58) incluir uma passagem radial terminando em uma parede radial do êmbolo, e sendo que um restritor de fluxo (56) é posicionado na primeira extremidade do êmbolo (44), de forma que o restritor de fluxo (56) é disposto dentro da saída primária (54) da câmara de vórtice (82) quando o arranjo reciprocante (40) está em uma segunda posição, e sendo que a pelo menos uma saída secundária (58) está disposta dentro da pelo menos uma entrada secundária (94) da câmara de vórtice (82) quando o arranjo reciprocante (40) está em uma segunda posição, e sendo que a entrada primária (92) e a pelo menos uma entrada secundária (94) são separadas uma da outra; e - o arranjo reciprocante móvel entre uma primeira posição onde o fluxo de fluido é direcionado primeiramente através da saída primária (54) do membro reciprocante (42) e para a entrada primária (92) do arranjo de vórtice, e uma segunda posição onde o fluxo de fluido é direcionado primeiramente através de pelo menos uma saída secundária (58) do membro reciprocante (42) e para pelo menos uma entrada secundária (94) do arranjo de vórtice, o membro reciprocante (42) móvel em resposta a alterações na característica do fluido.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o restritor de fluxo (56) ser posicionado para restringir o fluxo de fluido através da saída primária (54) do membro reciprocante (42) e permitir o fluxo sem restrição através da pelo menos uma saída secundária (58) do membro reciprocante (42).

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o restritor de fluxo (56) incluir um restringidor dependente de viscosidade.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o restritor de fluxo (56) incluir uma peneira dependente de viscosidade.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a saída secundária (58) incluir várias passagens de saída.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a entrada primária (92) do arranjo de vórtice estar posicionada para induzir o fluido escoando através deste, primeiramente, em um fluxo espiral na câmara de vórtice (82).

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pelo menos uma entrada secundária (94) para a câmara de vórtice (82) incluir duas entradas secundárias opostas.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a característica do fluido que se altera ao longo do tempo ser a viscosidade.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma ferramenta de fundo de poço (24), o arranjo de vórtice posicionado na ferramenta de fundo de poço (24).

10. Método para controlar o fluxo do fluido em um poço subterrâneo, tendo um furo de poço (12) estendendo através deste, dito método caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: - escoar o fluido através de uma ferramenta de fundo de poço (24); - escoar o fluido através de um membro reciprocante autônomo (42) e através de um restritor de fluxo (56) a ele ligado; - escoar o fluido a partir do restritor de fluxo (56) dentro de uma entrada primária (92) do arranjo de vórtice posicionada na ferramenta de fundo de poço (24), criando assim um padrão de fluxo na câmara de vórtice (82); - mover o membro reciprocante autônomo (42) em resposta a uma alteração em uma característica do fluido de forma que o restritor de fluxo (56) é móvel dentro da entrada primária (92) da câmara de vórtice (82), de forma que pelo menos uma saída secundária (58) do membro reciprocante autônomo (42), que é separada da entrada primária (92), é móvel dentro da pelo menos uma entrada secundária (94) da câmara de vórtice (82); e - alterar o padrão de fluxo de fluido através da câmara de vórtice (82), escoando o fluido através da pelo menos uma saída secundária em resposta ao movimento do membro reciprocante autônomo (42).

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a etapa de escoar o fluido para dentro de uma câmara de vórtice (82) incluir ainda a etapa de escoar o fluido primeiramente através de uma entrada tangencial da câmara de vórtice (82).

12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a etapa de alterar o padrão de fluxo de fluido compreender ainda a etapa de alterar o padrão de fluxo de fluido a partir de primeiramente centrífugo para primeiramente fluxo radial na câmara de vórtice (82) pela distribuição de fluxo entre entradas radial e tangencial separadas da câmara de vórtice (82) em resposta a uma posição do membro reciprocante autônomo (42).

13. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a etapa de evitar o fluxo do fluido através de uma entrada primária (92) para a câmara de vórtice (82).

14. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a etapa de mover o membro reciprocante autônomo (42) resultar no fluxo de fluido reduzido através do restritor de fluxo (56).

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de o membro reciprocante autônomo (42) ter uma saída primária (54) e múltiplas saídas secundárias, e movendo o membro reciprocante autônomo (42) resultar no fluxo de fluido primeiramente através das saídas secundárias.

16. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a característica do fluido ser a viscosidade.

17. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a etapa de mover o membro reciprocante autônomo (42) compreender adicionalmente a etapa de mover o membro reciprocante autônomo (42) alternadamente em direção a uma posição fechada e em direção a uma posição aberta em resposta a alterações na característica do fluido ao longo do tempo.