NO336835B1 - Et apparat og en fremgangsmåte for fluidstrømstyring - Google Patents

Abstract

Oppfinnelse angår en fluidstrømstyringsinnretning som inkluderer en beholder med et fluidinnløp og minst ett fluidutløp, der en første fluidstrømbegrenser og en andre fluidstrømbegrenser tjener som henholdsvis en innstrømningsmunning og en utstrømningsmunning til/fra et kammer B. Den første fluidstrømbegrenser og den andre fluidstrømbegrenser er konfigurert til å generere ulike fluidstrømkarakteristikker. Kammeret B omfatter aktueringsinnretning som aktueres ved fluidtrykkendring (?P2) i kammeret. Videre er den første fluidstrømbegrenser og den andre fluidstrømbegrenser konfigurert til å fremkalle de respektive ulike fluidstrømkarakteristikker basert på forskjellige fluidegenskaper. Ved bruk kan den oppfinneriske styringsinnretning for fluidstrøm benyttes for å styre fluidstrøm (F) gjennom beholderen ved å tillate at minst en del (f) av fluidet strømmer gjennom en første fluidstrømbegrenser, inn i et kammer B og ut av kammeret via en andre fluidstrømbegrenser, og å benytte trykkendringen (?P2) i kammeret som oppstår når en egenskap av fluidet endres til å betjene en ventilinnretning.

Description

Teknisk felt:

Oppfinnelsen angår styring av fluid som strømmer i en rørledning. Især angår oppfinnelsen en innretning og en fremgangsmåte for å styre / kontrollere en strøm av fluider som har ulike egenskaper. Oppfinnelsen er nyttig for å kunne kontrollere strøm av fluider fra et undergrunnsreservoar av hydrokarbon og inn i et produksjonsrør. Den oppfinneriske innretningen og fremgangsmåten er nyttig for produksjonsfluider og i konteksten fluidinjisering.

Bakgrunnsteknikk

En brønn for produksjon av hydrokarboner fra et undergrunnsreservoar kan strekke seg gjennom reservoaret ved en antall orienteringer. Tradisjonelt fikk man tilgang til reservoarer ved å bore vertikale brønner. Dette var en enkel og rett frem teknikk, men en som gav begrenset reservoarkontakt per brønn. For å få tilgang til mer av et reservoar per brønn ble derfor teknikker og innretninger utviklet for å bore horisontale brønner, dvs. å vende brønnen fra vertikal til horisontal på en forhåndsbestemt dybde under overflaten. Såkalte flerlaterale brønner gir enda bedre tilgang til - og kontakt med - reservoaret.

En betydelig utfordring ved produksjon av hydrokarboner fra undergrunnsreservoarer er å øke utvinningsevne av den oljen som faktisk fins i reservoaret. I dag er kun en del av oljen i et gitt reservoar faktisk utvinnet og produsert før feltet stenges. Det fins derfor en sterk drivkraft for å utvikle ny teknologi som kan øke produksjon og oljeutvinning.

To faktorer er særlig viktig i forbindelse med å øke produksjon og utvinningsrate fra et reservoar:

oppnå maksimal reservoarkontakt, og

unngå negative effekter fra gass og/eller vanngjennomstrømning/gjennombrudd (normalt referert til som "coning").

Reservoarkontakten er normalt oppnådd ved å bore et antall horisontale og/eller flerlaterale brønner. Den negative effekten av "coning" er normalt dempet ved såkalt Inflow Control - innretninger (ICD) som er plassert i produksjonsrørveggen. Normalt omfatter et produksjonsrør i en horisontal brønn et stort antall av ICD'er som er anordnet ved regelmessige intervaller langs hele dens lengde. ICD'ene tjener som innstrømningsåpninger for oljen som strømmer fra reservoaret (vanligvis via ringrommet mellom produksjonsrøret og brønnformasjonen) og inn til produksjonsrøret, og er åpninger med et fast strømningsareal. Såkalte autonome ICD'er (AICD'er) omfatter én eller flere ventil elementer og er vanligvis åpne når olje strømmer gjennom innretningen, men struper strømmen når og hvor vann og/eller gass går inn i strømmen. Ringrommet mellom produksjonsrøret og mantelen er typisk delt inn i soner ved ringrom-pakninger (noe som er kjent i feltet), hvor én eller flere ICD'er eller AICD'er plassert i hver sone.

Et antall ICD'er er kjent i feltet, der én er beskrevet i US 5 435 393 (Brekke et al.). I US 5 435 393 er det fremstilt et produksjonsrør som omfatter et rør med et nedre avløpsrør. Avløpsrøret er avdelt i seksjoner med én eller flere innstrømningsbegrensningsinnretninger som styrer / kontrollerer strømmen av olje eller gass fra reservoaret og inn i avløpsrøret som funksjon av beregnet tap av friksjonstrykk langs avløpsrøret, den beregnede produksjonsprofilen av reservoaret og den beregnede innstrømningen av gass eller vann.

Den kjente teknikk inkluderer også US 7 857 050 B2 (Zazovsky et al) som beskriver et apparat for bruk ved forhindring av uønsket vann eller gass, og som har et strømningsrør og en struktur som definerer en buktet fluidbane i nærheten av strømningsrøret, der den buktete fluidbanen mottar en strøm av fluid. Den buktete fluidbanen er definert ved minst en første og en andre del av strukturen, og den første og andre del er bevegbar med hensyn på hverandre for å tilpasse et tverrsnittsstrømningsareal av den buktete fluidbanen. Tverrsnittsarealet, og følgelig trykkfallet, kan tilpasses ved en ekstern kraft. Imidlertid er den eksterne styring og kraft kostbart, og antallet seksjoner er begrenset.

US 7 823 645 B2 (Henriksen et al.) presenterer en innstrømningsstyringsinnretning med en gass eller vannavstegningsløsning som kan driftes mekanisk eller hydraulisk fra overflaten av brønnen. Innretningen kan inkludere en omløpsløsning som tillater innstrømningsstyringsinnretningen å bli stengt eller passert via veksling av en bøssing. Strømningsstyringsinnretningen kan være adaptiv til endring i oljebrønnsforhold slik som kjemisk påfylling, fluidtetthet og temperatur. Innretningen kan konfigureres til å styre strøm som respons på endring i gass/olje-forhold, vann/olj e-forhold, fluidtetthet og /eller driftstemperaturen til innstrømningsstyringsinnretningen. Imidlertid er den eksterne styring og kraft kostbart, og antallet soner er begrenset.

Autonome ICD'er (AICD'er) representerer en forbedring av de tradisjonelle ICD'er beskrevet ovenfor i og med at de er selv-styrende, dvs. uten noe ekstern krafttilførsel eller styring.

Eksempler på autonome ICD'er inkluderer US 2008/0041580 Al (Freyer et al.) og WO 2008/004875 Al (Aakre et al.). Mens førstnevnte beskriver en autonom strømbegrenser med flere strømblokkeringsdeler som har en tetthet på mindre enn det av olje beskriver sistnevnte en autonom strømstyringsinnretning som har en bevegbar skive som er utformet til å bevege seg relativt til en inngangsåpning og derfor redusere eller øke gjennomstrømningsarealet ved å utnytte Bernoulli-effekten og det stagnasjonstrykket som skapes over skiven.

US 2011/0067878 Al (Aadnoy) beskriver en strømstyrer som har en strømbegrenser og en trykkstyrt aktuator koplet til et ventillegeme, som igjen samhandler med en ventilåpning. På lukkesiden kommuniserer aktuatoren med fluid beliggende oppstrøms av ventil åpningen og strømbegrenseren. På åpningssiden kommuniserer aktuatoren med et fluid beliggende nedstrøms av strømbegrenseren og oppstrøms av ventilåpningen. Aktuatoren er tilveiebrakt med et stempel som er separert fra brønnfluidet ved minst én diafragma-liknende tetning, især et diafragma med en fjærkonstant.

US 2008/0041582 Al (Saetre et al.) beskriver et strømstyringsapparat som har en strømbegrenser beliggende i strømbanen mellom en utside av et rør og dens passasje. Strømbegrenseren har et aktivt kammer og et omløpskammer, og et omløpsrør er arrangert inne i omløpskammeret. Omløpsrøret har et effektivt strømareal som er konstant for å tillate produksjonsfluider å entre inn i passasjen fra omløpskammeret. Strømblokkeringsdeler er anordnet inne i det aktive kammeret og samvirker med utløp til røret for autonomt å variere et effektivt strømareal, noe som tillater produksjonsfluider å entre passasjen fra det aktive kammeret basert på bestanddelersammensetninger til produksjonsfluidene.

US 2011/0198097 Al (Moen) beskriver en ventilsammenstilling for regulering av fluidstrøm i et horisontalt brønnhode. En beholder koplet til et produksjonsrør har et kammer som er i fluidkommunikasjon gjennom en strømningskanal med et indre ringrom som er dannet tilgrensende til brønnhodet. Et stempel og en forspent del er anordnet inne i kammeret, hvor forspenningsdelen forspenner stempelet i en første posisjon. En strømbane er definert inne i beholderen og er i stand til å kommunisere med både produksjonsrøret og det indre ringrommet. Strømbanen kan inkludere én eller flere dyser anordnet deri, og stempelet kan konfigureres til å bevege seg mellom den første posisjonen som tillater fluidstrøm gjennom strømbanen til produksjonsrøret og en andre posisjon som forhindrer fluidstrøm til produksjonsrøret. Posisjonen bestemmes av trykkfallet.

US 2011/0308806 A9 (Dykstra et al.) beskriver et apparat for styring av fluidstrøm i et rør beliggende i et borehull som strekker seg gjennom en undergrunnsformasjon. Et strømsty ringssystem er plassert i fluidkommunikasjon med et hovedrør. Strømstyringssystemet har et styringssystem for strømningsforhold og et baneavhengig motstandssystem. Styringssystemet for strømningsforhold har en første og andre bane, der produksjonsfluidstrømforholdet som strømmer gjennom banene er relatert til fluidstrømmens egenskaper. Det baneavhengige motstandssystemet inkluderer et virvelkammer med et første og andre innløp og et utløp, der det første innløpet av det baneavhengige motstandssystemet er i fluidkommunikasjon med den første bane av fluidforholdstyringssystemet og det andre innløpet er i fluidkommunikasjon med den andre bane av fluidforholdstyringssystemet. Det første innløpet er innrettet for å styre fluid inn i virvelkammeret slik at fluidet strømmer hovedsakelig tangentielt inn i virvelkammeret, og det andre innløpet er innrettet for å styre fluidet slik at det strømmer hovedsakelig radielt inn i virvelkammeret. Uønskete fluider i en oljebrønn, slik som naturgass eller vann, er, basert på deres relative særpreg, styrt hovedsakelig tangentielt inn i virvelen, for derved å begrense fluidstrømmen når det uønskede fluidet er tilstedeværende som en bestanddel av produksj onsfluidet.

En felles fordel med alle de ovenfor nevnte eksempler på AICD'er er at de bidrar med mer jevn innstrømning langs med brønnbanen sammenlignet med dyser i tradisjonelle ICD'er. Hensikten er å forsinke gass og/eller vann-gjennombrudd så mye som mulig. Imidlertid lider de alle av den ulempe at produksjonen er strupt også for oljen. Resultatet er en generell økning i utvinningsgrad rundt brønnene sammenlignet med de tradisjonelle ICD'er, men med et vesentlig tap av produksjon (tønne/dag) i løpet av den initiale fasen av brønnens levetid.

Videre vil løsninger slik som de presentert i US 2011/0067878 og US 2011/0198097 Al verken strupe eller stenge for uønskete faser (gass/vann) i gjennombruddsøyeblikket.

US 2008/0041580 Al, WO 2008/004875 Al, US 2008/0041582 Al og US 2011/0308806 A9 bidrar alle til en ICD-karakter som har en autonom egenskap som til en viss grad struper uønskete faser, dog ikke i den grad at det oppstår en full eller nær full stopp i innstrømningen. Publikasjoner US 2008/0041580 Al og US 2008/0041582 Al vil i tillegg ikke vise noe reversibel egenskap, dvs. evnen til autonomisk å gjenåpne en ventil som har vært avstengt på grunn av inntregning av uønskete faser i det øyeblikk når olje igjen starter å strømme inn i brønnen.

AICD'er som har evnen til autonomisk å stenge, eller nær stenge, slike uønskete faser er kjent i feltet.

Ett eksempel finnes i publikasjonen US 7 918 275 B2 som beskriver et apparat med en strømstyringsdel som selektivt innretter en munning med en åpning som er i kommunikasjon med et strømningshull i et oljebrønnsrør. Strømstyringsdel en kan ha en åpen posisjon og en stengt posisjon, hvor munningen er hhv. opplinjert med åpningen og forskjøvet i forhold til åpningen. Strømstyringsdelen beveges mellom den åpne posisjonen og den stengte posisjonen avhengig av en endring i motstandskraften som påføres ved et strømmende fluid. Et forspenningselement tvinger strømstyringsdelen til åpen eller stengt posisjon. Apparatet kan inkludere en beholder som mottar strømstyringsdelen. Strømstyringsdelen og beholderen kan definere et strømningsrom som genererer en Couette-strøm som forårsaker motstandskraften. Strømningsrommet kan inkludere et hydrofilt og/eller vannsvellbart materiale.

Imidlertid er et stort problem med løsningen presentert i US 7918 275 B2 at ventilen er i stengt posisjon når den installeres, dvs. når fluidhastigheten og friksjonen er null. Dermed vil det ikke være noe kraft for å aktuere åpningen. Dersom dette problemet løses vil det uansett være vanskelig å styre åpningen / stengningen av ventilen basert på strømfriksjonen siden sistnevnte friksjon normalt er liten sammenlignet med friksjonen av ventilmekanismene. I tillegg anses funksjonaliteten av enhver form for reversibel egenskap basert på motstandskraft / friksjon som tvilsom.

Et annet eksempel på et dokument som presenterer en løsning for en AICD med autonom stengning kan finnes i publikasjon US 2009/0283275 Al. Her beskrives et apparat for styring av en fluidstrøm inn i et borehullsrør. Apparatet inkluderer en hovedstrømsbane som assosieres med en produksjonsstyringsinnretning, en lukkingsdel beliggende langs med hovedstrømsbanen som selektivt lukker hovedstrømsbanen, og et reaktivt medium anordnet langs hovedstrømsbanen som endrer en trykkforskjell over minst en del av hovedstrømsbanen ved å vekselvirke med et valgt fluid. Det reaktive mediet kan være et vannsvellbart materiale eller et oljesvellbart materiale.

Et oljereaktivt materiale installert i hovedstrømsbanen vil US 2009/0283275 Al vil følgelig resultere i en høyere strømningsmotstand i løpet av gjennomstrømning av ønskete faser slik som olje, sammenlignet med ikke-reaktive medier. Et reaktivt materiale som stopper vann/gass og ikke olje er ukjent for oppfinnerne. Publikasjonen tar ikke i bruk en andre pilotstrøm som tilfelle er for den foreliggende oppfinnelse for å unngå noe hindring av hovedstrømmen.

Publikasjonen US 7 819 196 B2 beskriver også en strømstyreenhet som har en strømbegrenser og en trykkstyrt aktuator koplet til et ventillegeme, som igjen samvirker med en ventilåpning. En osmotisk celle benyttes for å drifte aktuatoren, hvilken celle er anordnet i fluidstrømmen, hvorpå den nødvendige aktuatorbevegelsen for å drive en ventil er oppnådd ved å benytte osmotisk trykkforskjell mellom løsningen i cellen og den/det eksterne fluidstrøm-/reservoar i forhold til cellen. Dette konseptet er vist å virke i henhold til dets prinsipper og viser en høy initial oljeproduksjon mens den samtidig stenger for uønskete faser. Imidlertid er løsningen avhengig av en membran som er i stand til å håndtere de tøffe brønnforholdene (høyt trykk og temperatur, forurensning, etc.) på en tilfredsstillende måte. En slik membran er på de nåværende tidspunkt ikke kjent i feltet.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å overfinne ulempene med den kjente teknikk og å oppnå ytterligere fordeler.

Sammendrag av oppfinnelsen

Oppfinnelsen er fremsatt ogkarakteriserti hovedkravene, mens de avhengige krav beskriver andre karakteristikker med oppfinnelsen.

Det er følgelig tilveiebrakt en styringsinnretning for fluidstrøm som omfatter en beholder med et fluidinnløp og minst ett fluidutløp,karakterisert veden første fluidstrømbegrenser som tjener som en innstrømningsmunning til et kammer i beholderen, og en andre fluidstrømningsbegrenser som tjener som en utstrømningsmunning fra kammeret, og hvor den første fluidstrømningsbegrenseren og den andre fluidsstrømningsbegrenseren er konfigurert til å generere ulike fluidstrømningskarakteri stikker; samt at kammeret omfatter aktueringsinnretning som aktueres ved fluidtrykkendringer i kammeret.

I én utførelse omfatter styringsinnretningen for fluidstrøm en ventilinnretning arrangert mellom fluidinnløpet og det minst ene fluidutløp, og som er operativt koplet til aktueringsinnretningen.

Den første fluidstrømbegrenseren og den andre fluidstrømbegrenseren er konfigurert til å påtvinge de respektive ulike fluidstrømningskarakteristikker basert på ulike fluidegenskaper.

I én utførelse er den første fluidstrømbegrenseren konfigurert til å påtvinge hovedsakelig laminær strømningskarakteristikker på et fluid som strømmer gjennom begrenseren, og den andre strømbegrenseren er konfigurert til å påtvinge hovedsakelig turbulent strømningskarakteristikker på et fluid som strømmer gjennom begrenseren. I én utførelse er den første fluidstrømbegrenseren konfigurert til å påtvinge strømningskarakteristikker basert på fluidviskositet, og den andre fluidstrømbegrenseren er konfigurert til å påtvinge strømningskarakteristikker basert på fluidtetthet.

Den første fluidstrømbegrenseren kan være et porøst element og den andre fluidstrømbegrenseren kan være en munning / "orifice".

Den første fluidstrømbegrenseren kan med fordel tjene som den eneste innstrømningsåpningen til kammeret og den andre fluidstrømbegrenseren kan med fordel tjene som utstrømningsåpningen fra kammeret.

I én utførelse omfatter beholderen en primærstrømbane og en sekundærstrømbane, og fluidstrømbegrenserne og kammeret er anordnet i sekundærstrømbanen. I én utførelse er ventilinnretningen anordnet for å stenge av primærstrømbanen.

Den første fluidstrømbegrenseren kan være en del av ventilinnretningen, og/eller den andre fluidstrømbegrenseren kan være en del av ventilinnretningen.

I én utførelse omfatter ventilinnretningen et bevegbart legeme som er koplet via en fleksibel belg til beholderen. I en annen utførelse omfatter ventilinnretningen et bevegbart stempel som er anordnet for glidbar bevegelse inne i beholderen.

I én utførelse omfatter styringsinnretningen for fluidstrøm et fluidbegrensningselement som er konfigurert til progressivt å strupe strømmen ut av åpningen når ventilinnretningen beveges mot en stengt posisjon.

Det er også tilveiebrakt en fremgangsmåte for å styre fluidstrømmen gjennom en beholder basert på endringer i fluidegenskaper,karakterisert vedå: - tillate minst en strømdel/-mengde av fluidet å strømme inn i en sekundærstrømbanevia en første fluidstrømbegrenser, inn i et kammer og videre ut av kammeret via en andre fluidstrømbegrenser; - benytte begrenserindusert trykkendringen i kammeret, som oppstår når en egenskap av fluidet endres, for å betjene en ventilinnretning som stenger av strømmen i

primærstrømbanen ved bruk.

I én utførelse av fremgangsmåten omfatter nevnte egenskap av fluidet viskositet. I en annen utførelse av fremgangsmåten omfatter nevnte egenskap av fluidet tetthet. I én utførelse omfatter fremgangsmåten generering av en hovedsakelig laminær strøm ved den første fluidstrømbegrenseren, og generering av en hovedsakelig turbulent strøm ved den andre fluidstrømbegrenseren.

Oppfinnelsen benytter endringen i trykket som oppstår mellom to fluidbegrensere når fluidegenskapene (slik som viskositet) endres. Denne endring av trykket benyttes til å bevege et legeme og/eller aktuere en ventil.

Selv om utførelser av oppfinnelsen har blitt beskrevet der strømbegrenserne er et porøst element og en åpning / munning, er oppfinnelsen i like stor grad anvendbar på andre strømningsbegrensere slik som eksempelvis et langt rør og/eller en brå geometriendring i et rør.

Den oppfinneriske strømstyringsinnretning stopper uønskete fluider (eksempelvis vann, gass, damp og CO2) fra å entre produksjonsstrømmen av et ønsket fluid (eksempelvis olje) på en bedre måte enn de kjente ICD'er og AICD'er. Den oppfinneriske strømstyringsinnretning er robust og helt autonom. Den er reversibel i og med at ventilinnretningen endrer posisjon når egenskapene (eksempelvis viskositet) av fluidet endres. For eksempel: når strømstyringsinnretningen stenges ved synkende viskositeten (dvs. eksponert for vann eller gass) vil den åpnes igjen når viskositeten øker (dvs. eksponert for olje).

Det er en betydelig økonomisk gevinst i å forhindre struping av den initiale oljeproduksjonen (nåverdi) og å øke graden av produksjon grunnet effektiv stekning av uønskete fluidfaser slik som vann og/eller gass. Den estimerte økning i produksjonen og utvinning fra en brønn, som vil være en funksjon av reservoaret og fluidegenskaper, vil være på minst 10 %. Produksjonskostnaden av den oppfinneriske ventil er nær ubetydelig sammenlignet med den potensielle gevinsten som følge av økt oljeproduksjon.

Kort beskrivelse av tegningene

Disse og andre karakteristikker av oppfinnelsen vil bli klart fra den følgende beskrivelse av utførelser som gis som ikke-begrensende eksempler, og med henvisning til de tilhørende snittdelte riss og tegninger, hvor: figur la illustrerer prinsippet bak oppfinnelsen og den oppfinneriske strømstyringsinnretningen i sin elementære form;

figur lb illustrerer korrelasjonen mellom endring i trykk inne i kammeret (dvs. mellom fluidbegrenserne) og endringen i fluidviskositet;

figur 2 er et prinsippriss av strømstyringsinnretningen ifølge oppfinnelsen;

figur 3 er et prinsippriss som illustrerer en andre utførelse av strømstyringsinnretningen ifølge oppfinnelsen;

figur 4 illustrerer en tredje utførelse av strømstyringsinnretningen ifølge oppfinnelsen;

figur 5 illustrerer en fjerde utførelse av strømstyringsinnretningen ifølge oppfinnelsen;

figur 6 illustrerer en femte utførelse av strømstyringsinnretningen ifølge oppfinnelsen;

figur 7 illustrerer en sjette utførelse av strømstyringsinnretningen ifølge oppfinnelsen;

figur 8 illustrerer en syvende utførelse av strømstyringsinnretningen ifølge oppfinnelsen;

figur 9 illustrerer en åttende utførelse av en strømstyringsinnretning ifølge kjent teknikk;

figur 10 illustrerer en niende utførelse av strømstyringsinnretningen ifølge oppfinnelsen;

figur 11 illustrerer en tiende utførelse av strømstyringsinnretningen ifølge oppfinnelsen;

figur 12 illustrerer en ellevte utførelse av strømstyringsinnretningen ifølge oppfinnelsen;

figurer 13a og 13b er grafer som illustrerer stengnings- og åpningskrefter for hhv. olje og vann i en utførelse av den oppfinneriske strømstyringsinnretning som er konfigurert for autonomt å stoppe vann fra å entre en strøm av olje; og

figur 14 er en graf som illustrerer stengnings- og åpningskrefter som en funksjon av trykk i en utførelse av den oppfinneriske strømstyringsinnretning som er konfigurert for autonomt å stoppe fluidstrøm ved en forhåndsbestemt trykkforskjell.

Detaljert beskrivelse av utførelser

Figur la illustrerer hvordan et fluid F strømmer inn i et rør 3a ved et første trykk, pu gjennom en første strømbegrenser 1 og inn i et kammer B hvor det får et andre trykkP2, og så strømmer gjennom en andre strømbegrenser 2 før det slipper ut av røret 3a ved et tredje trykk p3. Når fluidstrømraten og fluidegenskaper (eksempelvis viskositet, tetthet) er konstant er trykkene ( pi, P2, pi) konstant, og/?;, > P2,<>>P3-

På figur la er den første strømbegrenser 1 et porøst element og den andre strømbegrenser 2 er en åpning/munning.

Generelt kan strømkarakteristikkene gjennom et porøst medium beskrives ved bruk av Darcy's lov (dvs. laminær strøm), uttrykt som:

hvor: Q = fluidstrømraten (volumenheter per tidsenhet)

Kperm= relativ permeabilitet av det porøse medium (typisk enhet: Darcy)

A = tverrsnittsareal av det porøse medium

//= viskositet av fluidet (typisk enhet: centipoise; SI-enhet: Pa<*>s)

AP = differensielt fluidtrykk over det gjennomtrengelige medium (typisk enhet: Pa), og

AL = lengden av det porøse medium løpende parallelt med fluidstrømmen.

Følgelig vil fluidet gjennomgå et trykkfall AP (fra p} til p2på figur la) ved strømning gjennom det porøse elementet 1, ifølge Darcy's lov (likning 1), fra hvilket det kan utledes at trykkendringen ( AP) over det porøse elementet er proporsjonal med fluidviskositeten (//) og fluidstrømningsraten (Q).

Strømningskarakteristikkene i et fluid som strømmer gjennom en åpning / munning eller annen begrenser (dvs. turbulent strøm) kan uttrykkes som:

hvor: AP = differensielt fluidtrykk over munningen (typisk enhet: Pa)

Koriflce=munning-spesifikk koeffisient (dimensjonsløs)

p = fluidtetthet (masseenhet per volumenhet)

v = fluidhastighet (lengdeenheter per tidsenhet)

Ved strømning gjennom munningen 2 opplever fluidet følgelig et trykkfall ( AP) (fra p2 tilP3) som kan uttrykkes ved likning 2. Fluidtrykkendringen over munningen er nær uavhengig av viskositeten, men proporsjonal med tettheten og munning-koeffisienten, samt til kvadratet av fluidhastigheten.

Derved vil (med henvisning til figur la) fluidtrykket p2i kammeret B - mellom det porøse elementet 1 og munningen 2 - endres hvis egenskapene (viskositet eller tetthet) av fluidet endres. Dette er illustrert grafisk på figur lb som viser en første (nedre) verdi for p2ved en høyere viskositet ( jthigh) og en andre (høyere) verdi for p2ved en lavere fluidviskositet (Hiow)- Denne forskjellen mellom verdiene for p2 ( AP2) som oppstår når viskositeten endres (for eksempel minker) kan benyttes for å utføre arbeid, eksempelvis aktuere en aktuator 5, som igjen kan bevege et stempel/legeme og/eller en ventil (ikke vist på figur la).

Selv om oppfinnelsen forklares her med henvisning til fluider som strømmer gjennom et porøst element og en munning, og som benytter viskositetsendringen, skal det forstås at oppfinnelsen kan benyttes på enhver kombinasjon av fluidstrømbegrensere hvor én gir turbulent strøm (helt eller i alle hovedsak) og den andre gir laminær strøm (helt eller i all hovedsak), eller omvendt.

Generelt benytter oppfinnelsen trykkendringen ( AP2) som oppstår mellom to ulike strømbegrensere når de utsettes for fluider med ulike egenskaper, eksempelvis olje og vann. Disse egenskaper kan være viskositet, som beskrevet ovenfor, men også tetthet, som kommer klart frem i likning 2. De to strømbegrenserne er konfigurert til å påtvinge ulike strømkarakteristikker på fluidene. I eksemplet beskrevet ovenfor genererer den første strømbegrenser 1 en hovedsakelig laminær strøm og den andre strømbegrenser 2 genererer en hovedsakelig turbulent strøm.

Figur 2 er en skjematisk illustrasjon på én anvendelse av prinsippet beskrevet ovenfor, og illustrerer en utførelse av den oppfinneriske strømstyringsinnretning i en elementær form (dvs. at tetninger, pakninger og andre påkrevne, tilhørende deler som er kjent i feltet ikke er vist). En fluidstrøm F entrer en beholder 3b som har en primærstrømbane (kanal) 18b og en sekundærstrømbane (kanal) 19b. Hovedmengden (Fø) av fluidet ( F) strømmer gjennom primærkanalen 18b og en ventil 4b (som initialt er åpen), mens en mindre mengde ( f) av fluidet ( F) strømmer gjennom sekundærkanalen 19b via en første fluidbegrenser 1 i form av et porøst element (som genererer laminær strøm) og via en andre fluidbegrenser 2 i form av en munning, før den igjen entrer primærkanalen 18b og ut av kanalen 18b. Når viskositeten (//) av fluidet ( F) som strømmer endres vil trykketP2i kammeret B i sekundærkanalen 19b, som defineres av de to fluidbegrenserne, også endres som beskrevet ovenfor. For eksempel, dersom en strøm F av olje erstattes med vann vil viskositeten minke og trykket p2 øke (som forklart ovenfor med henvisning til figurene la og lb).

Figur 2 viser videre (skjematisk) at en aktuator 5b er anordnet i kammeret Æ. Aktuatoren 5b er koplet via overføringsinnretning 6 (eksempelvis hydraulisk kopling, mekanisk kopling eller signalkabel) til ventilen 4b. Når fluidviskositeten (//) endres som beskrevet ovenfor påtvinger forskjellen i verdier for p2 ( AP2, se figur lb) en aktueringskraft på aktuatoren 5b, som igjen betjener (eksempelvis stenger) ventilen 4b. Følgelig kan kanalene og fluidbegrenserne konfigureres og dimensjoneres slik at (når gjennombrudd skal forhindres) ventilen 4b stenges automatisk når viskositeten (//) av fluidet ( F) faller under et forhåndsbestemt nivå. Følgelig forhindrer denne innretningen uønsket innstrømning av vann og/eller gass i et produksjonsrør i en oljefeltapplikasjon.

En annen utførelse av den oppfinneriske strømstyringsinnretning er skjematisk illustrert på figur 3. En beholder 3c er anordnet i en strømbane mellom et fluidreservoar R og det indre av et produksjonsrør S. Beholderen omfatter et innløp 7 i fluidkommunikasjon med reservoaret R og et utløp 8 i fluidkommunikasjon med produksjonsrøret S. På innsiden av beholderen 3c er det et ventilelement 4c i form av et bevegbart legeme eller stempel (heretter også referert til som generelt et legeme). Legemet 4c er holdt i beholderen 3c ved en belg 9c omfattende en strukturell og elastisk del slik som en helisk fjær (ikke vist). Legemet 4c omfatter videre en første fluidbegrenser 1 i form av et porøst element. Legemet 4c og belg 9c definerer et kammer B inne i beholderen 3 c. En andre fluidbegrenser 2 i form av en munning tilveiebringer et fluidutløp fra kammeret B.

Ved bruk entrer en fluidstrøm F (eksempelvis fra et undergrunnsreservoar) beholderen 3 c gjennom innløpet 7. Inne i beholderen 3c følger hovedmengden F0av fluidet F en primærkanal 18c før den unnslipper beholderen 3c gjennom utløpet 8 og strømmer inn i produksjonsrøret S. Restmengden/av fluidet F strømmer gjennom det porøse elementet 1 i legemet 4c og inn i en sekundærkanal 19c, som defineres av kammeret B, før den unnslipper kammeret gjennom munningen 2 og strømmer inn i produksjonsrøret S. Dersom vann og/eller gass entrer strømmen F, og som forårsaker at den samlete viskositeten \ i faller, vil den resulterende forskjellen i verdier på p2 ( AP2, se figur lb) tjene til å utøve et trykk mot en legemeoverflate 5c. Denne endringen i trykk som virker på legemeoverflaten 5c genererer en drivende kraft som sørger for å stenge legemet 4c mot innløpet 7, og dermed forhindre fluidet fra å entre beholderen 3c.

Figur 4 illustrerer enda en utførelse av den oppfinneriske strømstyringsinnretningen. Beholderen 3d omfatter en øvre del lid og en nedre del 12d som er sammenkoplet ved en gjenget kopling 20 og som har tetninger (eksempelvis o-ringer) 16b. Beholderen 3d omfatter et innløp 7 og radielt anordnete utløp 8. Et element 4d er anordnet for bevegelse (på figuren: opp og ned) inne i beholderen 3d. O-ringer 16a tetter mellom det bevegbare elementet og innerveggen i beholderen. Et kammer B er følgelig definert av det bevegbare elementet 4d og den nedre del 12d av beholderen 3d. Det bevegbare elementet 4d (i denne utførelsen: et stempel) omfatter en første fluidbegrenser 1 i form av et porøst element og en andre fluidbegrenser 2 i form av en munning.

Denne utførelsen av strømstyringsinnretningen omfatter videre også et fluidbegrensningselement 32, her i form av en flate som tjener til progressivt å strupe strømmen ut av munningen 2 når det bevegbare stempelet 4d beveges mot en tetningsoverflate 14.

Ved bruk entrer en fluidstrøm F (eksempelvis fra et undergrunnsreservoar) beholderen 3d gjennom innløpet 7. Inne i beholderen 3d følger hovedmengden F0av fluidet F en primærkanal 18d før den unnslipper beholderen 3d gjennom utløpene 8. En mengde / av fluidet F strømmer gjennom det porøse elementet 1 i stempelet 4d og inn i kammeret B før den unnslipper kammeret gjennom munningen 2 og blandes med strømmen fra primærkanalen 18d. I denne utførelsen av styringsinnretningen vil forskjellen i verdier på p2 ( AP2) når fluidviskositeten//endres tjene til å utøve et trykk mot en stempeloverflate 5d. Denne endringen i trykk som virker på stempeloverflaten 5c genererer en drivende kraft som sørger for å stenge stempelet 4d mot innløpet 7. Tetningsoverflater 14 og 15 bringes sammen og følgelig i all hovedsak forhindrer fluid fra å entre beholderen 3d.

Figur 5 illustrerer en videre utførelse av den oppfinneriske strømstyringsinnretningen. Beholderen 3e omfatter en øvre del lie og en nedre del 12e som er sammenkoplet ved en gjenget kopling 20 og som har tetninger (eksempelvis o-ringer) 16a. Beholderen 3e omfatter et innløp 7 og radielt anordnete utløp 8. Et element 4e er anordnet for bevegelse (på figuren: opp og ned) inne i beholderen 3e, ledet av en støttestruktur 17. Elastisk belg 9e strekker seg mellom det bevegbare elementet 4e og den nedre beholderen 12e, og følgelig danner et kammer B sammen med det bevegelige elementet 4e og den nedre del 12e av beholderen 3e. Det bevegbare elementet 4e omfatter en første fluidbegrenser 1 i form av et porøst element, og den nedre beholderen 12e omfatter en andre fluidbegrenser 2 i form av en munning.

Ved bruk entrer en fluidstrøm F (eksempelvis fra et undergrunnsreservoar) beholderen 3e gjennom innløpet 7. Inne i beholderen 3e følger hovedmengden F0av fluidet F en primærkanal 18e før den unnslipper beholderen 3e gjennom utløpene 8. En mengde / av fluidet F strømmer gjennom det porøse elementet 1 i det bevegbare elementet 4e og inn i kammeret B før den unnslipper kammeret B gjennom munningen 2. I denne utførelsen av styringsinnretningen vil endringen i verdier for p2( AP2, se figur lb) når fluidviskositeten//endres tjene til å utøve et trykk mot overflaten 5e på det bevegbare elementet og å stenge det bevegbare elementet 4e mot innløpet 7. Tetningsoverflater 14 og 15 bringes sammen og følgelig i all hovedsak forhindrer fluid F fra å entre beholderen 3e.

Figur 6 illustrerer en videre utførelse av den oppfinneriske strømstyringsinnretningen. Beholderen 3f omfatter en øvre del llf og en nedre del 12f som er sammenkoplet for å danne en primærkanal 18f som løper langs med innerveggene av beholderen 3f fra innløpet 7 til radielt anordnet utløp 8. Sammenkoplingen av de to delene llf,12f kan for eksempel oppnås ved skruekopling eller sveising (ikke vist). Et stempel-formet element 4f er anordnet for translasjonsbevegelse (på figuren: opp og ned) inne i beholderen 3f, ledet av en egnet støttestruktur og følgelig danner et kammer B beliggende mellom en nedre overflate 5f av elementet 4f og innerveggene av den nedre del 12f. Det bevegbare elementet 4f omfatter en første fluidbegrenser 1 i form av et porøst element og en andre fluidbegrenser 2b i form av en munning, for derved å danne en sekundærkanal 19f definert ved kammeret B. Størrelsen av munningens 2b åpning kan fortrinnsvis være av variabel radiell bredde. Likens kan den nedre beholder 12f omfatte en annen andre fluidbegrenser 2c i form av en munning. I enda en annen utførelse kan et egnet filter 22 anordnes i én eller flere av utløpene 8 for å forhindre noe forurensing, slik som partikler, å trenge inn og blokkere eller begrense strømmen. Det bevegbare elementet 4f og den nedre beholder 12f er konfigurert til å danne et fluidbegrensningselement eller område 32a, her i form av en hjørneåpning, som tjener til progressivt å strupe strømmen ut av munningen 2b,2c når trykket bygges opp i kammeret B og i fluidbegrensningsområdet 32a. Hensikten med de illustrerte fremspring 23 er å unngå fullstendig stengning av munningen(e) 2 i løpet av strøm av fluidfaser som har lavere viskositeter enn de ønskede faser slik som olje.

Ved bruk entrer en fluidstrøm F (eksempelvis fra et undergrunnsreservoar) beholderen 3f gjennom innløpet 7. Inne i beholderen 3f følger hovedmengden Fo av fluidet F en primærkanal 18f før den unnslipper beholderen 3f gjennom utløpene 8. En mindre mengde/ av fluidet F strømmer gjennom det porøse elementet 1 i det bevegbare elementet 4f og inn i kammeret B før den unnslipper kammeret B gjennom munningen 2b beliggende i det bevegbare elementet 4f og/eller munningen 2c beliggende i den nedre del 12f. Også i utførelsen av styringsinnretningen vist på figur 6 vil endringen i verdier for p2( AP2, se figur lb) når fluidviskositeten // endres tjene til å utøve et trykk mot den nedre overflaten 5f på det bevegbare elementet 4f og å stenge det bevegbare elementet 4f mot innløpet 7. Tetningsoverflater 14 og 15 på henholdsvis innerveggene til den øvre del llf og den øvre overflate på det bevegbare elementet 4f bringes således sammen og følgelig i all hovedsak forhindrer fluid F fra å entre beholderen 3f. På grunn av dets forsterkende stagnasjonseffekt bidrar fluidbegrensningsområdet 32a til en mer effektiv stengning av primærkanalen 18f i løpet av inntrengning av fluidfaser med lave viskositeter.

Figur 7 illustrerer en videre utførelse av den oppfinneriske strømstyringsinnretningen. Beholderen 3g utgjør en integrert del hvor dens indre er konstruert slik at det dannes en primærkanal 18g som løper langs med innerveggene av beholderen 3g fra innløpet 7 til én eller flere radielt anordnete utløp 8. Et translasjonsbevegbart element 4g anordnet inne i beholderen 3g er sammensatt av en øvre del 4gu og en nedre del 4gl, eksempelvis koplet sammen ved en gjenget kopling (ikke vist) og tetninger (eksempelvis o-ringer) 16g. Den øvre 4gu og nedre 4gl del av elementet 4g kan ledes ved en egnet støttestruktur (ikke vist) og konfigurert for motsatt rettet relative bevegelser 8 (på figuren: opp og ned) inne i beholderen 3g. Et kammer er således definert av innerveggene til det sammensatte elementet 4g. Elementet 4g (i denne utførelsen: et stempel) omfatter videre en første fluidbegrenser 1 i form av et porøst element og to andre fluidbegrensere 2b,2c, eksempelvis i form av henholdsvis en variabel og en fast munning, for derved å danne en sekundærkanal 19g definert ved kammeret B. Alternativt kan styringsinnretningen ha kun én munning 2 av enten variabel type 2b eller fast type 2c, eller to fluidbegrensere 2 av samme type. Som for utførelsen vist på figur 6 kan et filter 22 anordnes i én eller flere av utløpene 8 for å forhindre noe forurensning, slik som partikler, å trenge inn og følgelig blokkere eller begrense strømmen. Størrelsen av munningens 2b åpning kan fortrinnsvis være av variabel radiell bredde. Likens kan den nedre beholder 12f omfatte en annen andre fluidbegrenser 2c i form av en munning. Hensikten med de illustrerte fremspring 23 er å unngå fullstendig stengning av munning 2c i løpet av strøm av fluidfaser som har lavere viskositeter enn de ønskede faser slik som olje.

Ved bruk entrer en fluidstrøm F (eksempelvis fra et undergrunnsreservoar) beholderen 3g gjennom innløpet 7. Inne i beholderen 3g følger hovedmengden F0av fluidet F en primærkanal 18f før den unnslipper beholderen 3g gjennom utløpet eller utløpene 8. En del /av fluidet F strømmer gjennom det porøse elementet 1 arrangert i det bevegbare elementet 4g og inn i kammeret B før den unnslipper kammeret B gjennom munningen 2b beliggende i den øvre del 4gu av det bevegbare elementet 4f og/eller munningen 2c beliggende i den nedre del 4gl av det bevegbare elementet 4g. Også i denne utførelsen av styringsinnretningen vil forskjellen i verdier for p2 ( AP2, se figur lb) når fluidviskositeten // endres tjene til å utøve et trykk mot overflatene 5g på innerveggene til det bevegbare elementet 4g og således stenge den øvre del 4gu mot innløpet 7. Tetningsoverflater 14 og 15 bringes således sammen og i all hovedsak forhindrer fluid F fra å entre beholderen 3g.

Figur 8 illustrerer en videre utførelse av den oppfinneriske strømstyringsinnretningen. Beholderen 3h utgjør én del hvor dens indre er konstruert slik at det dannes en primærkanal 18h som løper langs med innerveggene av beholderen 3h fra et tangentielt innløp 7 til et utløp 8. Et element 4h, i dette eksempelet formet som et stempel, er anordnet via egnete tetninger 16h til innsiden av beholderen 3h, som således danner et kammer B mellom en øvre overflate 5h av elementet 4h og den øvre innervegg i beholderen 3h. Elementet 4h kan være bevegbart (i denne utførelsen: et stempel som går opp og ned) eller kan omfatte belg (eller noen annen strekkbar innretning) som strekker seg i det minste delvis over det radielle tverrsnitt satt opp av innerveggene til beholderen 3h. Alternativt kan elementet 4h være en kombinasjon av belg / strekkbar innretning og stivere materiale(r). Elementet 4h kan alternativt videre omfatte én eller flere andre fluidbegrensere 2 i form av munning(er) beliggende eksempelvis i elementets 4h senter. Videre strekker én eller flere kanaler 24 seg inne i beholderen 3h fra utløpet 8 til kammeret B som har alternativt porøst element / porøse elementer 1 anordnet i kanalen(e) 24. De induserte virvlene ved utløpet 8 danner et høytrykksområde som resulterer i et høyere trykk i kammeret B, og dermed en mer effektiv stengning. Dersom én eller flere andre fluidbegrensere 2 fins i tillegg til nevnte kanal(er) 24 utgjør innretningen en sekundærkanal 19h for strøm av en mindre del/av fluidet F.

Ved bruk entrer en fluidstrøm F (eksempelvis fra et undergrunnsreservoar) beholderen 3h gjennom det tangentielle innløpet 7. Inne i beholderen 3h følger fluidet F en primærkanal 18h før den unnslipper gjennom utløpet 8, som induserer et høytrykksområde med virvler. En mindre del/av fluidet F strømmer inn i kanalen(e) 24, alternativt gjennom de(t) porøse elementet/elementene 1, videre inn i kammeret B og ut gjennom munningen(e) 2 i elementet 4h. Også i denne utførelsen av oppfinnelsen vil forskjellen i verdier for p2( AP2, se figur lb) når fluidviskositeten//endres tjene til å utøve et trykk mot den øvre overflaten 5h på elementet 4g. Tetningsoverflater 14 og 15 bringes således sammen og således i all hovedsak forhindrer fluid F fra å entre beholderen 3h. Alternativt, dersom det ikke fins noen andre fluidbegrensere 2 i elementet 4h vil stagnasjonstrykket dannet i et stagnasjonsområde 33 og i kammeret B fortsatt effektivt tvinge elementet 4h ned og dermed i all hovedsak forhindre fluid F fra å entre beholderen 3h, enten ved stiv bevegelse eller ved utvidelse av belgen nedover, eller en kombinasjon derav.

Figur 9 illustrerer en annen utførelse av en styringsinnretning for innstrømning, der beholderen 3i danner et kammer B som har et innløp 7 til et utløp 8 som igjen utgjør henholdsvis en første fluidbegrenser 1 i form av en munning og en andre fluidbegrenser 2 i form av en åpning med et porøst materiale innsatt, for således å danne en sekundærkanal 19i definert ved kammeret B. Med unntak av introduseringen av et porøst materiale ved utløpet 8, som danner en i hovedsak laminær strøm ved dets nedstrøms side ved bruk, samt munningskonstruksjonen ved innløpet 7, som danner en i hovedsak turbulent strøm ved dens nedstrøms side ved bruk, er den strukturelle konstruksjonen av innretningen lignende eller identisk med innretningen presentert i publikasjonen US 2011/0067878 Al, som er inkludert heri ved referanse.

Ved bruk entrer en fluidstrøm F beholderen 3i gjennom innløpet / munningen 7,1. Dersom viskositeten av fluidstrømmen er tilstrekkelig høy, slik tilfellet er for olje, er et translasjonsbevegende element / aktuator 4i omfattende et stempel 24 og fjær 25 koplet ved egnede tetninger 16i inne i et andre kammer 26 i en åpen posisjon, dvs. at et ventilelement 27 som tillater blokkering av utløpet 8 har blitt løftet av aktuatoren 4i. Dette er en konsekvens av den korresponderende høye trykket (p^) som dannes inne i kammeret B grunnet den høye motstanden som settes opp av den andre fluidbegrenseren ved utløpet 8, som igjen forårsaker den oppad rettete bevegelsen til stempelet 24. Likens, fluider med tilstrekkelig lav viskositet, slik tilfellet er med vann eller gass, vil ikke danne tilstrekkelig trykk i kammer B for å opprettholde stempelet 24 i en forhøyet posisjon, og forårsaker dermed en stengning av utløpet 8. Et øvre kammer 28 vist over stempelet 24 er satt i fluidkommunikasjon med utsiden av beholderen 3i via en øvre kanal 29, for således å sikre en konstant nedad rettet kraft på aktuatoren 4i som tilsvarer det rådende ytre trykk ( pi).

Figur 10 illustrerer en alternativ utførelse som den beskrevet ovenfor for figur 9 men der det porøse materialet 1 som sikrer laminær strøm ved bruk i den nå oppfinneriske utførelsen er i stedet anordnet inne i den øvre kanalen 29, og en passasje / dyse 30 er introdusert som strekker seg fra det øvre kammer 28 og inn til utgangsområdet 31 beliggende nedstrøms av utløpet 8. I denne utførelsen korresponderer sekundærkanalen 19j strømmen gjennom den øvre kanalen 29 og passasjen / dysen 30.

Ved bruk entrer en fluidstrøm F beholderen 3j gjennom den øvre kanalen 29 og det porøse materialet 1, og videre gjennom passasjen / dysen 30 inn i utløpsområdet 31. Det porøse materialet 1 og passasjen / dysen 30 virker følgelig som henholdsvis den første strømbegrenser 1 og den andre strømbegrenser 2, mens det øvre kammer 28 har den samme funksjon som kammeret B på figur 9. Dersom fluider med tilstrekkelig høy viskositet, slik tilfellet er med olje, strømmer inn i kanal 29, er det bevegende elementet / aktuatoren 4j i en åpen posisjon siden den høye strømmotstanden fra det reaktive materialet 1 danner et korresponderende lavt trykk i det øvre kammer 28, dvs. som ikke er tilstrekkelig til å tvinge ventilelementet 24 nedover og således forårsake en stengning av utløpet 8. På den annen side, dersom fluider med tilstrekkelig lav viskositet, slik tilfellet er med vann eller gass, strømmer inn i den øvre kanalen 29, forårsaker den lave motstanden fra det porøse materialet 1 et korresponderende høyt trykk i det øvre kammeret 28 som er tilstrekkelig til å danne et trykk på overflaten 5j til aktuatoren 4j slik at ventilelementet 24 beveges nedover, for således å stenge utløpet 8.

Figur 11 illustrerer en videre utførelse av den oppfinneriske strømstyringsinnretningen, hvor beholderen 3k er konstruert med et aktuatorkammer 28 i dens indre. Innretningen omfatter videre et innløp 7, en sekundær innløpssammenstilling 7', et utløp 8 og et bevegende element / aktuator 4k beliggende inne i aktuatorkammeret 28, hvilken aktuator 4k omfatter et stempel 24 og en fjær 25 koplet til innerveggen til kammeret 28 ved egnete tetninger 16k. Den sekundære innløpssammenstillingen 7' er anordnet oppstrøms av aktuatoren 4k og danner et trykkammer B som har en motsatt beliggende åpning med et porøst materiale 1. Videre er én eller flere passasjer / dyser 30 introdusert som strekker seg fra kammeret B og helt gjennom eller rundt aktuatoren 4k, for derved å danne en sekundærkanal 19k definert ved den sekundære innløpssammenstillingen 7' og den ene eller flere passasjer / dyser 30. Med unntak av introduseringen av et porøst materiale 1 ved den sekundære innløpssammenstillingen 7', for derved å danne en i hovedsak laminær strøm inn i trykkammeret B ved bruk, samt introduseringen av passasje(r) / dyse(r) 30 gjennom eller rundt det bevegende elementet / aktuatoren 4k, for således å danne en i hovedsak turbulent strøm ved bruk, er den strukturelle utformingen liknende eller identisk med innretningen beskrevet i publikasjonen US 2011/0198097 Al, som herved er inkludert ved referanse.

Ved bruk entrer en hovedfluidstrøm F0en primærkanal 18k gjennom et primærinnløp 7, og en mindre fluidstrøm / entrer trykkammeret B gjennom porøst materiale 1, videre inn i aktuatorkammeret 28, så gjennom passasjen(e) / dysen(e) 30 og til slutt gjennom utløpet 8 sammen med hovedfluidstrømmen F0. Det porøse materialet 1 og passasjen(e) / dysen(e) 30 virker derfor som henholdsvis den første strømbegrenser 1 og den andre strømbegrenser 2, og trykkammeret B har den samme funksjon som kammer B i figur 10. Dersom fluider med tilstrekkelig høy viskositet, slik tilfellet er med olje, strømmer inn i trykkammeret B er det bevegende elementet / aktuatoren 4k i en åpen posisjon siden de høye strømningsmotstanden indusert ved det porøse materialet 1 forårsaker et korresponderende lavt trykk ( p2) i trykkammeret B, dvs. som ikke er tilstrekkelig til å tvinge stempelet sideveis og følgelig resultere i en stengning av utløpet 8. På den annen side, dersom fluider med tilstrekkelig lav viskositet, slik tilfellet er med vann eller gass, strømmer inn i trykkammeret B vil den lave motstanden som settes opp av det porøse materialet 1 sammenlignet med høyviskositetsfluidet, og den korresponderende høyde motstanden ved passasjen / dysen 30, forårsake et korresponderende høyt trykk i trykkammeret B som er tilstrekkelig til å bevege stempelet 24 sideveis og dermed stenge utløpet 8.

Figur 12 illustrerer en videre utførelse av den oppfinneriske strømstyringsinnretningen. Beholderen 31 omfatter en øvre del 111 (skrånete linjer ned mot venstre) og en nedre del 121 (skrånete linjer ned mot høyre) som er sammenkoplet ved en gjenget kopling 20. Ulike tetninger 16a-c (eksempelvis o-ringer) er illustrert på figuren som forhindrer fluid fra å lekke mellom den øvre del 111 og den nedre del 121. Beholderen 31 omfatter et innløp 7 og radielt anordnete utløp 8, og danner derved en primærkanal 181 for fluidet F. Et element 41 er anordnet for bevegelse (på figuren: opp og ned) inne i beholderen 31, ledet av en støttestruktur 17. Videre, en sekundærkanal 191 er anordnet fra innløpet 7 og strekker seg langs innerveggene av beholderen 31, via et kammer B beliggende under elementet 41, dvs. ved siden av elementet 41 som er motsatt beliggende primærkanalen 181, og ender i fluidkommunikasjon med utsiden av beholderen 31 ved den nedre del 121. En første fluidbegrenser 1 i form av et porøst element og en andre fluidbegrenser 2 i form av en munning er beliggende nær innløpet 7 i den øvre del 111.

Ved bruk entrer en fluidstrøm F (eksempelvis fra et undergrunnsreservoar) beholderen 31 gjennom innløpet 7. Inne i beholderen 31 følger hovedmengden F0av fluidet F primærkanalen 181 før den unnslipper beholderen 31 gjennom utløpet / utløpene 8. En mengde/av fluidet F strømmer gjennom det porøse elementet 1 inn i sekundærkanalen 191, for så å entre kammeret B beliggende under elementet 41, og tilslutt å unnslippe kammeret B gjennom munningen 2. I denne utførelsen av styringsinnretningen vil forskjellen i verdier for p2( AP2, se figur lb) når fluidviskositeten//endres tjene til å utøve et trykk mot overflaten 51 på det bevegbare elementet og å stenge det bevegbare elementet 41 mot innløpet 7. Tetningsoverflater 14 og 15 bringes sammen og følgelig i all hovedsak forhindrer fluid F fra å entre kanalen 181.

Merk at for alle de ovenfor nevnte utførelser er oppfinnelsen ikke begrenset til et spesifikt materiale slik som porøst element for den første eller andre fluidbegrenser, eller en spesifikk geometri slik som en munning for den andre fluidbegrenser. Faktisk er ethvert valg av materiale og/eller geometri mulig så lenge én av begrenserne danner en i hovedsak laminær strøm og den andre begrenser danner en i hovedsak turbulent strøm ved bruk. I tillegg, selv om retningsgivende ord slik som opp, ned, under, over, sideveis, etc. benyttet med henvisning til tegningene skal det forstås dithen at disse ordene kun er ment for å øke forståelsen, og skal ikke tolkes til å begrense retningsposisjonen for den oppfinneriske styringsinnretningen.

Samtlige av utførelsene av den oppfinneriske strømstyringsinnretningen beskrevet ovenfor er autonome ved at de beveges (for å stenge eller åpne et fluidinnløp) basert på en endring av egenskap (eksempelvis viskositet u) av fluidet. Det porøse elementet 1, munningen 2 og de indre dimensjoner av beholderen 3a-l kan utformes slik at de er egnet til ulike anvendelser.

Som et første eksempel refereres det til figurene 13a og 13b som viser krefter ( E) som virker på det bevegbare stempelet 4b-k i en autonom strømstyringsinnretning konfigurert for å stoppe vann å entre den ønskete oljefasen, som funksjon av trykkfallet ( pi - pi) over strømstyringsinnretningen, idet E0angir kraften som kreves for å åpne styringsinnretningen, mens Ecangir kraften som kreves for å stenge innretningen. Det kan sees at mens fluidstyringsinnretningen er åpen når den utsettes for olje (Eo>E0) (figur 13a) stenger den nesten øyeblikkelig når den utsettes for vann (Eo<E0) (figur 13b).

Som et andre eksempel refereres det til figur 14 som viser kreftene ( E) som virker på det bevegbare stempelet i en autonom strømstyringsinnretning konfigurert til å stoppe enhver fluidinnstrømning når trykkforskjellen overskrider en gitt grense. Eo angir kraften som åpner styringsinnretningen, mens Ecangir kraften som stenger innretningen. Det kan sees at fluidstyringsinnretningen stenger ved trykkfall ( pi - pi) på omtrentlig 8 bar.

Disse eksemplene er ment å illustrere funksjonen til den oppfinneriske styringsinnretningen for innstrømning. Det skal forstås at fluidstrømbegrenserne 1,2 kan anordnes og konfigureres forskjellig, for eksempel essensielt reversert i strømbanen dersom innretningen er ment for anvendelse i et gassreservoar, og det er ønsket å forhindre vann fra å entre produksjonen.

Det skal forstås at den oppfinneriske strømstyringsinnretningen kan også anordnes og konfigureres for å styre og forhindre innstrømning av andre fluider slik som C02 (som har blitt injisert inn i reservoaret) og damp (injisert i forbindelse med for eksempel såkalt Steam-Assisted Gravity Drainage (SAGD) av tungolje), samt vann i gass-produserende brønner.

Selv om oppfinnelsen har blitt beskrevet med henvisning til styring av brønnfluider (slik som olje, gass, vann) fra undergrunnsreservoar, vil en fagmann i feltet forstå at den oppfinneriske innretningen og fremgangsmåten er nyttig i enhver anvendelse der hensikten er å styre fluidstrøm basert på egenskapene (eksempelvis viskositet, tetthet) av de ulike fluider i strømmen for å hindre uønskete fluider å endre en fluidstrøm. Eksempler på slike anvendelser er injiseringsbrønner, separasjonsprosesser og dampfeller.

Claims (15)

1. En fluidstrømstyringsinnretning som inkluderer en beholder (3a-l), og en primærstrømbane (18a-l) beliggende inne i beholderen (3a-l) som omfatter et fluidinnløp (7) med et første fluidtrykk Pi_og minst ett fluidutløp (8) med et tredje fluidtrykk P3, karakterisert vedat minst én sekundærstrømbane (19b-l) er anordnet i fluidkommunikasjon med primærstrømbanen (18a-l), idet sekundærstrømbanen (19b-l) omfatter en første fluidstrømbegrenser (1) og en andre fluidstrømbegrenser (2) som tjener som henholdsvis en innstrømningsåpning til et kammer (B) og en utstrømningsåpning fra kammeret (B), idet den første fluidstrømbegrenser (1) er konfigurert til å fremtvinge én av i hovedsak laminær og turbulent strømkarakteristikk på et fluid som strømmer gjennom begrenseren, og den andre fluidstrømbegrenser (2) er konfigurert til å fremtvinge én av i hovedsak turbulent og laminær strømkarakteristikk på et fluid som strømmer gjennom begrenseren og som er forskjellig fra førstnevnte strømkarakteristikk; idet kammeret (B), med et andre fluidtrykk P2, videre omfatter aktueringsinnretning (5a-l) som aktueres av begrenserindusert fluidtrykkendringer ( AP2) i kammeret (B), idet aktueringsinnretningen (5a-l) er betjenbart koplet til minst én ventilinnretning (4a-k) anordnet mellom fluidinnløpet (7) og det minst ene fluidutløp (8), hvilken ventilinnretning (4a-l) er bevegbar mellom en åpen posisjon hvor primærstrømbanen (18a-l) er åpen og en stengt posisjon hvor primærstrømbanen (18a-l) er stengt, idet ventilinnretningen (4a-l) er forspent mot den åpne posisjonen grunnet det første fluidtrykket Pi og mot den stengte posisjonen grunnet nevnte induserte fluidtrykkendring (AP2).

2. Fluidstrømstyringsinnretningen ifølge krav 1, hvor den minst ene sekundærstrømbane (19b-d,l) er anordnet i det minst delvis parallelt med primærstrømbanen (18a-l).

3. Fluidstrømstyringsinnretningen ifølge ett av de foregående krav, hvor den første fluidstrømbegrenser (1) og den andre fluidstrømbegrenser (2) er konfigurert til å fremtvinge de respektive ulike fluidstrømkarakteristikker basert på forskjellige fluidegenskaper.

4. Fluidstrømstyringsinnretningen ifølge ett av de foregående krav, hvor den første fluidstrømbegrenser (1) er konfigurert til å fremtvinge strømkarakteristikker basert på fluidviskositet, og den andre fluidstrømbegrenser (2) er konfigurert til å fremtvinge strømkarakteristikker basert på fluidtetthet.

5. Fluidstrømstyringsinnretningen ifølge ett av de foregående krav, hvor én av fluidstrømbegrenserne (1,2) forårsaker en trykkøkning i kammer (B) når strømmen endres til fluider som har en samlet viskositet som er lavere enn den initiale fluid under anvendelse.

6. Fluidstrømstyringsinnretningen ifølge ett av de foregående krav, hvor én av strømbegrenserne (1,2) er i det minste delvis fremstilt av et materiale som forårsaker en trykkendring mellom oppstrømssiden og nedstrømssiden som er proporsjonal med den samlete fluidviskositet i løpet av fluidgjennomgang.

7. Fluidstrømstyringsinnretningen ifølge krav 6, hvor den andre av de to strømbegrenserne (1,2) er konstruert for å sikre en trykkendring mellom oppstrømssiden og nedstrømssiden som er proporsjonal med fluidtettheten i løpet av fluidgjennomgang.

8. Fluidstrømstyringsinnretningen ifølge ett av de foregående krav, hvor ventilinnretningen (4a-l) er anordnet for å stenge primærstrømbanen (18a-k).

9. Fluidstrømstyringsinnretningen ifølge ett av de foregående krav, hvor ventilinnretningen (4d-l) omfatter et bevegbart stempel arrangert for glidbar bevegelse inne i beholderen (3d-l).

10. Fluidstrømstyringsinnretningen ifølge ett av de foregående krav, som videre omfatter et fluidbegrensningselement eller område (32d,f) som er konfigurert til progressivt å strupe strømmen ut av den andre fluidbegrenser (2) når ventilinnretningen (4d,f) beveges mot en stengt posisjon.

11. Fluidstrømstyringsinnretningen ifølge ett av de foregående krav, hvor ventilinnretningen (4b) omfatter et bevegbart legeme koplet via en fleksibel belg (9a) til beholderens (3c) innervegger.

12. En fremgangsmåte for styring av fluidstrøm ( F) gjennom en beholder (3b-l) basert på endring i fluidegenskaper, hvor en hovedstrømdel ( F0) av fluidstrømmen ( F) følger en primærstrømbane (18a-l) som strekker seg fra et fluidinnløp (7) med et første fluidtrykk Pi til minst ett fluidutløp (8) med et tredje fluidtrykk P3, karakterisert ved: - tillate en mindre strømningsmengde ( f) av fluidet ( F) å strømme inn i en sekundærstrømbane (19b-l), gjennom en første fluidstrømbegrenser (1), inn i et kammer (B) med et andre fluidtrykk P2, og videre ut av kammeret (B) via en andre fluidstrømbegrenser (2), idet én av en hovedsakelig laminær og turbulent strøm genereres ved den første fluidstrømbegrenseren (1) og én av en hovedsakelig turbulent eller laminær strøm genereres av ved den andre fluidstrømbegrenseren (2), og som er forskjellig fra førstnevnte strømkarakteristikk; - benytte begrenserindusert trykkendring ( AP2) i kammeret (B) som oppstår når en egenskap av fluidet endres til å betjene en ventilinnretning (4a-l) som stenger strømmen inne i primærstrømbanen (18a-l) ved bruk, hvilken ventilinnretning (4a-l) er bevegbar mellom en åpen posisjon hvor primærstrømbanen (18a-l) er åpen og en stengt posisjon hvor primærstrømbanen (18a-l) er stengt, idet ventilinnretningen (4a-l) er forspent mot den åpne posisjonen grunnet det første fluidtrykket Pi og mot den stengte posisjonen grunnet nevnte induserte fluidtrykkendring (AP2).

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor den første fluidstrømbegrenser (1) forårsaker en reduksjon i trykkforskjellen over begrenseren (1) når strømmen endres fra fluid sammensatt av i hovedsak ønskete faser til fluid sammensatt av i hovedsak uønskete faser ved bruk.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12 eller 13, hvor nevnte egenskap av fluidet omfatter viskositet.

15. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 12-14, hvor nevnte egenskap av fluidet omfatter tetthet.