RU2531978C2 - Устройство регулирования потока для установки в скважине (варианты) и способ регулирования потока - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к регулированию сопротивления потоку в подземной скважине. Техническим результатом является повышение эффективности регулирования сопротивления потоку флюида в скважине. Устройство регулирования потока в одном варианте имеет поверхность, образующую камеру и включающую боковую и противоположные торцевые поверхности, при этом наибольшее расстояние между противоположными торцевыми поверхностями меньше наибольшей протяженности противоположных торцевых поверхностей, первое отверстие в одной из торцевых поверхностей и второе отверстие в указанной поверхности, обособленное от первого отверстия, причем боковая поверхность предназначена для преобразования потока от второго отверстия в круговой поток, циркулирующий вокруг первого отверстия. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 11 ил.

Description

Данная заявка является частичным продолжением предшествующей заявки США 12/792146, поданной 2 июня 2010 года. Данная заявка также связана с предшествующей заявкой США 12/700685, поданной 4 февраля 2010 года, которая является частичным продолжением предшествующей заявки США 12/542695, поданной 18 августа 2009 года. Полные описания этих предшествующих заявок в настоящем документе заменены данной ссылкой.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к способам и оборудованию, применяемым в технологических процессах, связанных с подземной скважиной, и согласно описанному ниже варианту, в частности, к регулированию сопротивления потоку в подземной скважине.

Уровень техники

Важнейшей задачей при добыче углеводородов скважинным способом является эффективное регулирование потока флюидов, поступающих из геологического пласта в ствол скважины. При эффективном регулировании может быть решен ряд задач, в том числе предотвращение образования водяного и газового конусов, минимизация выноса песка, минимизация выноса воды и/или газа, предельное повышение эффективности добычи нефти и/или газа, эффективное распределение продуктивных зон и т.п.

Основная задача обычно заключается в обеспечении равномерной подачи воды, пара, газа и т.д. через нагнетательную скважину во множество зон для равномерного распределения углеводородов в геологическом пласте во избежание преждевременного прорыва закачанного флюида к стволу продуктивной скважины. Таким образом, оптимальное регулирование потоков флюидов, поступающих из ствола скважины в геологический пласт, также характеризуется полезным эффектом в отношении функционирования нагнетательных скважин.

Таким образом, понятно, что с учетом вышеизложенного для решения задачи эффективного регулирования сопротивления потоку флюида в скважине желательно предложить решение, характеризующееся усовершенствованным уровнем техники, которое также может быть полезным при других обстоятельствах.

Раскрытие изобретения

Ниже приведено описание предложенной системы регулирования сопротивления потоку, характеризующейся усовершенствованным уровнем техники в сфере регулирования потока флюида в скважине. Ниже описан один вариант, в котором сопротивление потоку многокомпонентного флюида увеличивается, если нежелательная характеристика многокомпонентного флюида достигает определенного порогового уровня. Ниже описан другой вариант, в котором сопротивление потоку, протекающему через систему, увеличивается при уменьшении отношения доли желательного флюида к доле нежелательного флюида в многокомпонентном флюиде.

Один аспект настоящего изобретения, обеспечивающий усовершенствование существующего уровня техники, состоит в создании системы регулирования сопротивления потоку для применения в подземных скважинах. Данная система может включать проточную камеру, через которую протекает многокомпонентный флюид. Камера содержит один или несколько входов, выход и одно или несколько приспособлений, препятствующих перенаправлению потока многокомпонентного флюида с круговой траектории, проходящей вокруг указанного выхода, на радиальную, проходящую к данному выходу.

Другой аспект настоящего изобретения состоит в том, что система регулирования сопротивления потоку для применения в подземной скважине может включать проточную камеру, через которую протекает многокомпонентный флюид. Камера содержит один или несколько входов, выход и одно или несколько приспособлений, препятствующих циркуляции потока многокомпонентного флюида вокруг указанного выхода.

Еще один аспект настоящего изобретения состоит в том, что система регулирования сопротивления потоку для применения в подземной скважине может включать проточную камеру, через которую в скважину поступает многокомпонентный флюид, причем камера содержит один или несколько входов, выход и одно или несколько приспособлений, препятствующих перенаправлению потока многокомпонентного флюида с круговой траектории, проходящей вокруг указанного выхода, на радиальную, проходящую к данному выходу.

Другой аспект настоящего изобретения состоит в том, что нижеописанная система регулирования сопротивления потоку может включать проточную камеру, содержащую выход и одно или несколько приспособлений, препятствующих перенаправлению потока многокомпонентного флюида к данному выходу. Направление поступающего в камеру потока многокомпонентного флюида изменяется в зависимости от отношения доли желательного флюида к доле нежелательного флюида в многокомпонентном флюиде.

Еще один аспект настоящего изобретения состоит в том, что предложенная система регулирования сопротивления потоку может содержать устройство перенаправления потока, которое в зависимости от отношения доли желательного флюида к доле нежелательного флюида в многокомпонентном флюиде пускает основной объем флюида по одной из множества траекторий. Система также включает проточную камеру, имеющую выход, первый вход, через который проходит первая из траекторий потока, второй вход, через который проходит вторая из траекторий потока, и одно или несколько приспособлений, препятствующих радиальному потоку многокомпонентного флюида, протекающему от второго входа к указанному выходу в большей степени, нежели радиальному потоку многокомпонентного флюида, протекающему от первого входа к указанному выходу.

В одном варианте устройство регулирования потока для установки в подземном стволе скважины может иметь внутреннюю поверхность, образующую внутреннюю камеру, причем внутренняя поверхность может включать боковую поверхность и противоположные торцевые поверхности, при этом наибольшее расстояние между противоположными торцевыми поверхностями меньше наибольшей протяженности противоположных торцевых поверхностей; первое отверстие в одной из торцевых поверхностей и второе отверстие во внутренней поверхности, отстоящее от первого отверстия, причем боковая поверхность предназначена для преобразования потока от второго отверстия в круговой поток, циркулирующий вокруг первого отверстия; и может далее иметь приспособление для изменения траектории потока, протекающего через внутреннюю камеру.

В другом варианте устройство регулирования потока для установки в подземном стволе скважины может включать цилиндроидальную камеру для приема поступающего через вход камеры потока и направления его к выходу камеры, причем наибольшая осевая протяженность цилиндроидальной камеры меньше наибольшей диаметральной протяженности цилиндроидальной камеры, при этом цилиндроидальная камера обеспечивает циркуляцию потока вокруг выхода камеры, а угол вращения зависит от характеристики входящего потока, протекающего через вход камеры, и может далее иметь приспособление для изменения траектории потока, протекающего через цилиндроидальную камеру.

Способ регулирования потока в подземном стволе скважины может включать прием потока цилиндроидальной камерой устройства регулирования потока в стволе скважины, причем цилиндроидальная камера содержит один или несколько входов, а наибольшая осевая протяженность цилиндроидальной камеры меньше наибольшей диаметральной протяженности цилиндроидальной камеры; направление потока посредством приспособления для изменения траектории потока в цилиндроидальной камере; обеспечение циркуляции потока, протекающего через цилиндроидальную камеру, вокруг выхода камеры, причем угол вращения зависит от характеристики входящего потока, протекающего через вход камеры.

Эти и другие признаки, преимущества и эффекты, понятные специалисту, следуют из подробного описания нижеприведенных вариантов осуществления изобретения и соответствующих чертежей, в которых одинаковые элементы на различных чертежах имеют одни и те же позиционные обозначения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 показывает схематическое изображение частичного поперечного разреза скважинной системы, которая может быть построена на основе принципов настоящего изобретения.

Фиг.2 показывает увеличенное схематическое изображение поперечного разреза скважинного фильтра и системы регулирования сопротивления потоку, которые могут применяться в скважинной системе, приведенной на фиг.1.

Фиг.3 показывает схематический «развернутый» вид сверху одной конфигурации системы регулирования сопротивления потоку в разрезе по линии 3-3, изображенной на фиг.2.

Фиг.4A и 4B показывают схематические виды сверху другой конфигурации проточной камеры системы регулирования сопротивления потоку.

Фиг.5 показывает схематический вид сверху еще одной конфигурации проточной камеры.

Фиг.6A и 6B показывают схематические виды сверху еще одной конфигурации системы регулирования сопротивления потоку.

Фиг.7A-7H показывают схематические поперечные разрезы различных конфигураций проточной камеры, причем разрезы на фиг.7A-7G сделаны по линии 7-7, изображенной на фиг.4B, а разрез на фиг.7H сделан по линии 7H-7H, изображенной на фиг.7G.

Фиг.7I и 7J показывают схематические перспективные виды конфигураций приспособлений, которые могут использоваться в проточной камере системы регулирования сопротивления потоку.

Фиг.8A-11 показывают схематические виды сверху дополнительных конфигураций проточной камеры.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показан пример скважинной системы 10, построенной на основе принципов настоящего изобретения. Как показано на фиг.1, ствол 12 скважины имеет в основном вертикальную необсаженную часть 14, проходящую вниз от обсадной трубы 16, а также в основном горизонтальную необсаженную часть 18, проходящую через геологический пласт 20.

В стволе 12 скважины устанавливается трубчатая колонна 22 (типа насосно-компрессорной колонны). В трубчатой колонне 22 во взаимном соединении находится множество фильтров 24, систем 25 регулирования сопротивления потоку и пакеров 26.

Пакеры 26 герметизируют кольцевое пространство 28, образованное в радиальном направлении между трубчатой колонной 22 и секцией 18 ствола скважины. При этом флюиды 30 могут поступать из множества интервалов или зон пласта 20 через изолированные между соседними пакерами 26 части кольцевого пространства 28.

Расположенные между каждыми двумя соседними пакерами 26 скважинный фильтр 24 и система 25 регулирования сопротивления потоку находятся во взаимном соединении с трубчатой колонной 22. В скважинном фильтре 24 происходит фильтрация флюидов 30, поступающих в трубчатую колонну 22 из кольцевого пространства 28. Система 25 регулирования сопротивления потоку оказывает ограничительное регулирующее воздействие на поток флюидов 30, поступающих в трубчатую колонну 22, в зависимости от определенных характеристик флюидов.

Необходимо отметить, что приведенная на чертежах и описанная в данном документе скважинная система 10 является всего лишь частным примером из множества скважинных систем, в которых могут быть применены принципы настоящего изобретения. Следует четко понимать, что принципы настоящего изобретения ни в коей мере не ограничиваются какими-либо особенностями скважинной системы 10 или ее элементами, приведенными на чертежах или описанными в настоящем документе.

Например, в рамках принципов данного изобретения ствол 12 скважины может не иметь в основном вертикальной части 14 или в основном горизонтальной части 18, а флюиды 30 могут не только извлекаться из пласта 20, но и, в других вариантах, могут нагнетаться в пласт, а также могут как нагнетаться в пласт, так и извлекаться из пласта и т.д.

Любой скважинный фильтр 24 и любая система 25 регулирования сопротивления потоку могут не располагаться между каждыми двумя соседними пакерами 26. Каждая отдельно взятая система 25 регулирования сопротивления потоку может не соединяться с отдельно взятым скважинным фильтром 24. Может использоваться любое количество, любая конфигурация и/или любое сочетание этих элементов.

Любая система 25 регулирования сопротивления потоку может не использоваться со скважинным фильтром 24. Например, при нагнетании флюида он может протекать через систему 25 регулирования сопротивления потоку, но при этом может не протекать через скважинный фильтр 24.

Необсаженные части 14, 18 ствола 12 скважины могут не содержать скважинные фильтры 24, системы 25 регулирования сопротивления потоку, пакеры 26 и любые другие элементы трубчатой колонны 22. Согласно принципам настоящего изобретения, любая часть ствола 12 скважины может быть обсадной или необсаженной, а любая часть трубчатой колонны 22 может располагаться в обсадной или необсаженной части ствола скважины.

Таким образом, следует четко понимать, что данное изобретение описывает создание и применение конкретных вариантов осуществления изобретения, но принципы настоящего изобретения не ограничиваются какими-либо особенностями этих вариантов. Напротив, принципы данного изобретения могут воплощаться во множестве других вариантов, построенных на основе информации, содержащейся в настоящем изобретении.

Специалистам понятно, что полезный эффект состоит в возможности регулирования потока флюидов 30, поступающих в трубчатую колонну 22 из каждой зоны пласта 20, например, для предотвращения образования в пласте водяного конуса 32 или газового конуса 34. Настоящий способ регулирования потока в скважине может использоваться для следующих целей (но не ограничивается этими целями): эффективное распределение зон для извлечения (или нагнетания) флюидов, минимизация выноса или нагнетания нежелательных флюидов, предельное повышение эффективности добычи или нагнетания желательных флюидов и т.п.

Варианты систем 25 регулирования сопротивления потоку, подробно описанные ниже, могут обеспечивать эти полезные эффекты путем увеличения сопротивления потоку при превышении определенного уровня скорости флюидов (например, для распределения потока между зонами, для предотвращения образования водяных или газовых конусов и т.д.), путем увеличения сопротивления потоку при падении вязкости или плотности флюидов ниже определенного уровня (например, для ограничения в нефтяной скважине потока нежелательного флюида, такого как вода или газ) и/или путем увеличения сопротивления потоку при превышении определенного уровня вязкости или плотности флюида (например, для минимизации нагнетания воды в паронагнетательную скважину).

Желательность или нежелательность флюида обуславливается целью производимой операции по извлечению или нагнетанию флюида. Например, если из скважины предполагается извлекать нефть, а не воду или газ, следовательно, нефть является желательным флюидом, а вода и газ - нежелательными флюидами. Если из скважины предполагается извлекать газ, а не воду или нефть, следовательно, газ является желательным флюидом, а вода и нефть - нежелательными флюидами. Если в пласт предполагается нагнетать пар, а не воду, следовательно, пар является желательным флюидом, а вода - нежелательным флюидом.

Необходимо отметить, что при уровнях температуры и давления в скважине газообразные углеводороды могут фактически находиться в полностью или частично жидкой фазе. Таким образом, следует понимать, что при использовании в данном документе слов «газ» и «газообразный» (с учетом их парадигм) в эти понятия входят сверхкритическая, жидкая и/или газообразная фазы вещества.

В варианте осуществления изобретения со ссылкой на фиг.2, на которой показан пример увеличенного изображения поперечного разреза одной из систем 25 регулирования сопротивления потоку и части одного из скважинных фильтров 24, многокомпонентный флюид 36 (который может включать один или несколько флюидов, таких как нефть и вода, жидкая вода и парообразная вода, нефть и газ, газ и вода, нефть, вода и газ и т.п.) поступает в скважинный фильтр 24, где проходит фильтрацию, и затем поступает на вход 38 системы 25 регулирования сопротивления потоку.

Многокомпонентный флюид может содержать один или несколько желательных или нежелательных флюидов. Многокомпонентный флюид может содержать воду и водяной пар. В другом варианте многокомпонентный флюид может содержать нефть, воду и/или газ.

Протекание многокомпонентного флюида 36 через систему 25 регулирования сопротивления потоку ограничивается в зависимости от одной или нескольких характеристик (таких как плотность, вязкость, скорость и др.) многокомпонентного флюида. Затем многокомпонентный флюид 36 выводится из системы 25 регулирования сопротивления потоку внутрь трубчатой колонны 22 через выход 40.

В других вариантах совместно с системой 25 регулирования сопротивления потоку скважинный фильтр 24 может не использоваться (например, при нагнетательных операциях); многокомпонентный флюид 36 может протекать через различные элементы скважинной системы 10 в противоположном направлении (например, при нагнетательных операциях); совместно с множеством скважинных фильтров может использоваться единственная система регулирования сопротивления потоку; совместно с одним или несколькими скважинными фильтрами может использоваться несколько систем регулирования сопротивления потоку; многокомпонентный флюид может извлекаться не из кольцевого пространства или трубчатой колонны, а из других областей скважины и подаваться не в кольцевое пространство или трубчатую колонну, а в другие области скважины; многокомпонентный флюид может протекать через систему регулирования сопротивлением потоку до попадания в скважинный фильтр; со скважинным фильтром и/или с системой регулирования сопротивления потоку со стороны входа или выхода могут находиться во взаимном соединении прочие компоненты и т.д. Таким образом, понятно, что принципы настоящего изобретения ни в коей степени не ограничиваются особенностями варианта, приведенного на фиг.2 и описанного в данном документе.

Несмотря на то, что скважинный фильтр 24, приведенный на фиг.2, известен специалистам и является фильтром с проволочной обмоткой, в других вариантах могут применяться фильтры иных типов и их сочетания (например, спеченный металлический фильтр, расширяемый фильтр, фильтр с набивкой, проволочная сетка и др.). Кроме того, при необходимости, могут использоваться дополнительные компоненты (защитные кожухи, трубчатые перемычки, кабели, измерительные средства, датчики, регуляторы притока и т.д.).

На фиг.2 приведено упрощенное изображение системы 25 регулирования сопротивления потоку, при этом, как подробно описано ниже, в предпочтительном варианте осуществления изобретения система может содержать различные каналы и устройства для выполнения разных функций. Кроме того, система 25 предпочтительно проходит в окружном направлении вокруг трубчатой колонны 22 или данная система может быть встроена в стенку трубчатой конструкции, являющейся частью трубчатой колонны и находящейся с ней во взаимном соединении.

В других вариантах система 25 может не проходить в окружном направлении вокруг трубчатой колонны или не быть встроенной в стенку трубчатой конструкции. Например, система 25 может быть сформирована в плоской конструкции и т.д. Система 25 может находиться в отдельной оболочке, прикрепленной к трубчатой колонне 22, или иметь такую ориентацию, при которой ось выхода 40 параллельна оси трубчатой колонны. Система 25 может находиться на каротажном кабеле или прикрепляться к устройству, имеющему нетрубчатую форму. Принципы данного изобретения могут быть воплощены при любой возможной ориентации или конфигурации системы 25.

На фиг.3 показан подробный разрез одного варианта системы 25. Система 25 изображена как бы «развернутой» на плоскости в окружном направлении.

Как сказано выше, многокомпонентный флюид 36 поступает в систему 25 через вход 38 и вытекает из нее через выход 40. Сопротивление потоку многокомпонентного флюида, протекающему через систему 25, регулируется в зависимости от одной или нескольких характеристик многокомпонентного флюида. Система 25, показанная на фиг.3, в общих чертах аналогична системе, показанной на фиг.23 предшествующей заявки 12/700685, ссылка на которую приведена выше в данном документе.

В варианте, изображенном на фиг.3, многокомпонентный флюид 36 изначально протекает через несколько каналов 42, 44, 46, 48, которые направляют многокомпонентный флюид 36 к двум устройствам 50, 52 перенаправления потока. Устройство 50 пускает основной поток флюида из каналов 44, 46, 48 по одной из двух траекторий 54, 56 протекания потока, а второе устройство 52 пускает основной поток флюида из каналов 42, 46, 48 по одной из двух траекторий 58, 60.

Канал 44 по своей конструкции оказывает большее сопротивление протеканию флюидов с повышенной вязкостью. Чем выше вязкость флюидов, протекающих через канал 44, тем большее сопротивление оказывается их протеканию.

Используемое в данном документе слово «вязкость» (с учетом его парадигмы) характеризует реологические свойства вещества, включающие его кинематическую вязкость, предел текучести, вязкопластичность, поверхностное натяжение, смачивающую способность и прочее.

Например, канал 44 может иметь относительно небольшую площадь сечения потока, данный канал может способствовать протеканию флюида по извилистой траектории, для увеличения сопротивления потоку флюида с повышенной вязкостью могут использоваться шероховатые поверхности или приспособления, препятствующие протеканию потока и т.п. При этом флюид с относительно низкой вязкостью может протекать через канал 44 при сравнительно малом сопротивлении его потоку.

Флюид, протекающий через канал 44, поступает в управляющий канал 64 устройства 50 перенаправления потока. На конце управляющего канала 64 имеется управляющее отверстие 66 с уменьшенной площадью сечения для увеличения скорости флюида, вытекающего из управляющего канала.

Канал 48 оказывает сопротивление потоку, практически не зависящее от вязкости протекающих через него флюидов, но при этом оказывает возрастающее сопротивление потоку флюидов, имеющих большую скорость и/или высокую плотность. Потоку флюидов, протекающих с большой скоростью через канал 48, может оказываться возрастающее сопротивление, величина которого, тем не менее, меньше сопротивления, оказываемого потоку этих флюидов, протекающих через канал 44.

В варианте, приведенном на фиг.3, флюид, протекающий через канал 48, перед попаданием в управляющий канал 68 устройства 50 перенаправления потока попадает в «циклонную» камеру 62. Камера 62 называется «циклонной», так как в данном случае она имеет цилиндрическую форму с выходом, расположенным в ее центре, а многокомпонентный флюид 36 под действием разницы давлений между выходом и входом двигается в данной камере по спирали с увеличивающейся скоростью по мере приближения к этому выходу. В других вариантах могут использоваться один или несколько таких компонентов как сопла, трубы Вентури, конусы и т.п.

На конце управляющего канала 68 имеется управляющее отверстие 70 с уменьшенной площадью сечения потока для увеличения скорости флюида, вытекающего из управляющего канала 68.

Понятно, что чем выше вязкость многокомпонентного потока 36, тем больше доля многокомпонентного флюида, протекающего через канал 48, управляющий канал 68 и управляющее отверстие 70 (вследствие большего сопротивления потоку флюида с высокой вязкостью, протекающего через канал 44, по сравнению с сопротивлением потоку, протекающему через канал 48 и циклонную камеру 62), а чем ниже вязкость многокомпонентного потока, тем больше доля многокомпонентного флюида, протекающего через канал 44, управляющий канал 64 и управляющее отверстие 66.

Флюид, протекающий через канал 46, также протекает через циклонную камеру 72, которая может быть похожей на циклонную камеру 62 (однако в предпочтительном варианте циклонная камера 72 оказывает меньшее сопротивление протекающему через нее потоку, нежели циклонная камера 62), после чего поступает в центральный канал 74. Циклонная камера 72 используется для «согласования общего сопротивления» с целью балансировки потоков, протекающих через каналы 44, 46, 48.

Следует отметить, что для достижения желаемых эффектов геометрические размеры и прочие характеристики различных компонентов системы 25 должны быть выбраны соответствующим образом. В варианте, показанном на фиг.3, желаемый эффект от действия устройства 50 перенаправления потока заключается в том, что поток основного объема многокомпонентного флюида 36, протекающего через каналы 44, 46, 48, направляется по траектории 54, если многокомпонентный флюид характеризуется существенно большим значением отношения доли желательного флюида к доле нежелательного флюида.

В этом случае желательным флюидом является нефть, так ее вязкость выше, нежели вязкость воды или газа, поэтому при существенно большой доле нефти в многокомпонентном флюиде 36 основной объем многокомпонентного флюида 36, поступающего в устройство 50 перенаправления потока, пускается по траектории 54, а не по траектории 56. Такой результат достигается благодаря вытеканию флюида из управляющего отверстия 70 с большей интенсивностью или с большей скоростью, нежели у флюида, вытекающего из другого управляющего отверстия 66, что способствует пуску большей части флюида, вытекающего из каналов 64, 68, 74, по траектории 54.

Если вязкость многокомпонентного флюида 36 не достаточно высока (при этом отношение доли желательного флюида к доле нежелательного флюида ниже определенного уровня), основной объем многокомпонентного флюида 36, поступающего в устройство 50 перенаправления потока, пускается по траектории 56, а не по траектории 54. Такой результат достигается благодаря вытеканию флюида из управляющего отверстия 66 с большей интенсивностью или с большей скоростью, нежели у флюида, вытекающего из другого управляющего отверстия 70, что способствует пуску большей части флюида, вытекающего из каналов 64, 68, 74, по траектории 56.

Понятно, что при соответствующей конфигурации каналов 44, 46, 48, управляющих каналов 64, 68, управляющих отверстий 66, 70, циклонных камер 62, 72 и т.д. заданное отношение доли желательного флюида к доле нежелательного флюида в многокомпонентном флюиде 36, при котором устройство 50 пускает основной объем флюида по одной из траекторий 54 или 56, может быть любым.

По траекториям 54, 56 флюид направляется к соответствующим управляющим каналам 76, 78 второго устройства 52 перенаправления потока. На концах управляющих каналов 76, 78 находятся управляющие отверстия 80, 82. Из канала 42 флюид поступает в центральный канал 75.

Устройство 52 перенаправления потока действует аналогично устройству 50 перенаправления потока, при этом флюид, поступающий в устройство 52 через каналы 75, 76, 78, направляется по одной из траекторий 58, 60, причем выбор траектории обуславливается долей флюида, вытекающего из управляющих отверстий 80, 82. При протекании флюида через управляющее отверстие 80 с большей интенсивностью или с большей скоростью, нежели у флюида, протекающего через управляющее отверстие 82, основной объем многокомпонентного флюида 36 пускается по траектории 60. При протекании флюида через управляющее отверстие 82 с большей интенсивностью или с большей скоростью, нежели у флюида, протекающего через управляющее отверстие 80, основной объем многокомпонентного флюида 36 пускается по траектории 58.

Хотя в варианте системы 25 на фиг.3 приведены два устройства 50, 52 перенаправления потока, понятно, что для воплощения принципов изобретения может использоваться любое количество устройств перенаправления потока (в том числе одно). Устройства 50, 52, показанные на фиг.3, известны специалистам и являются струйными усилителями потока, однако, согласно принципам настоящего изобретения могут использоваться устройства перенаправления потока других типов (например, усилители потока нагнетательного типа, переключатели потока с двумя состояниями, пропорциональные усилители потока и др.).

Флюид, протекающий по траектории 58, поступает в проточную камеру 84 через вход 86, направляющий флюид в камеру в основном по касательной (например, камера 84 по форме напоминает цилиндр, а вход 86 ориентирован по касательной к боковой поверхности цилиндра). В результате, как схематически показано стрелкой 90 на фиг.3, флюид в камере 84 двигается по спирали и, в конечном итоге, вытекает через выход 40.

Флюид, протекающий по траектории 60, поступает в проточную камеру 84 через вход 88, направляющий флюид в большей степени прямо к выходу 40 (например, как схематически показано стрелкой 92 на фиг.3, в радиальном направлении). Понятно, что при протекании потока флюида, направленного в большей степени прямо к выходу 40, по сравнению с потоком флюида, направленным в меньшей степени прямо к данному выходу, при одинаковой скорости этих потоков расходуется меньше энергии.

Таким образом, протекание многокомпонентного флюида 36 в большей степени прямо к выходу 40 характеризуется меньшим сопротивлением, и наоборот, протекание многокомпонентного флюида 36 в меньшей степени прямо к выходу 40 характеризуется большим сопротивлением. Соответственно, при рассмотрении процессов, происходящих до выхода 40, поступление основного объема многокомпонентного флюида 36 в камеру 84 по траектории 60 через вход 88 характеризуется меньшим сопротивлением.

Если флюид выходит из управляющего отверстия 80 с большей интенсивностью или с большей скоростью, нежели флюид, выходящий из управляющего отверстия 82, основной объем флюида 36 протекает по траектории 60. Если основной объем флюида, выходящего из каналов 64, 68, 74, протекает по траектории 54, большая часть флюида вытекает из управляющего отверстия 80.

Если флюид выходит из управляющего отверстия 70 с большей интенсивностью или с большей скоростью, нежели флюид, выходящий из управляющего отверстия 66, основной объем флюида 36, выходящего из каналов 64, 68, 74, протекает по траектории 54. Если вязкость многокомпонентного флюида 36 превышает определенный уровень, большая часть флюида выходит из управляющего отверстия 70.

Таким образом, при повышенной вязкости многокомпонентного флюида 36 (и большем отношении доли желательного флюида к доле нежелательного флюида) потоку, протекающему через систему 25, оказывается меньшее сопротивление. При пониженной вязкости многокомпонентного флюида 36 потоку, протекающему через систему 25, оказывается большее сопротивление.

Потоку многокомпонентного флюида 36, в меньшей степени направленному прямо к выходу 40 (см. направление стрелки 90 на фиг.3), оказывается большее сопротивление. Таким образом, потоку оказывается большее сопротивление, если основной объем многокомпонентного флюида 36 поступает в камеру 84 по траектории 58 через вход 86.

Если флюид выходит из управляющего отверстия 82 с большей интенсивностью или с большей скоростью, нежели флюид, выходящий из управляющего отверстия 80, основной объем флюида 36 протекает по траектории 58. Если основной объем флюида, выходящего из каналов 64, 68, 74, протекает по траектории 56, а не по траектории 54, большая часть флюида выходит из управляющего отверстия 82.

Если флюид выходит из управляющего отверстия 66 с большей интенсивностью или с большей скоростью, нежели флюид, выходящий из управляющего отверстия 70, основной объем флюида, выходящего из каналов 64, 68, 74, протекает по траектории 56. Если вязкость многокомпонентного флюида 36 ниже определенного уровня, большая часть флюида выходит из управляющего отверстия 66.

Как описано выше, в силу своей конструкции система 25 оказывает меньшее сопротивление потоку многокомпонентного флюида 36 с повышенной вязкостью и оказывает большее сопротивление потоку многокомпонентного флюида с пониженной вязкостью. Это характеризуется полезным эффектом при регулировании потока с пропусканием потока флюида с высокой вязкостью и ограничением потока флюида с низкой вязкостью (например, для извлечения в большей степени нефти и в меньшей степени воды и газа).

Если желательно пропускать поток флюида с низкой вязкостью и ограничивать поток флюида с высокой вязкостью (например, для извлечения в большей степени газа и в меньшей степени воды или для нагнетания в большей степени пара и в меньшей степени воды), система 25 может быть просто переконфигурирована. Например, входы 86, 88 необходимо поменять местами, при этом флюид, протекающий по траектории 58, должен направляться на вход 88, а флюид, протекающий по траектории 60, должен направляться на вход 86.

На фиг.4A и 4B приведен пример другой конфигурации проточной камеры 84, показанной отдельно от остальной части системы 25 регулирования сопротивления потоку. Проточная камера 84, изображенная на фиг.4A и 4B, в целом аналогична проточной камере, приведенной на фиг.3, а ее отличие состоит в том, что в данном случае камера содержит одно или несколько приспособлений 94. Как показано на фиг.4A и 4B, приспособление 94 может рассматриваться как единый блок, имеющий одно или несколько отверстий или один или несколько разрывов 96, а также как множество приспособлений, разделенных разрывами или отверстиями.

Приспособление 94 способствует циркуляции в камере 84 любой части многокомпонентного флюида 36, протекающего внутри камеры 84 по круговой траектории и имеющего относительно большую скорость, высокую плотность или низкую вязкость, при этом один или несколько разрывов 96 способствуют протеканию в большей степени прямого потока многокомпонентного флюида от входа 88 к выходу 40. Таким образом, если многокомпонентный флюид 36 поступает в камеру 84 через другой вход 86, он изначально циркулирует в ней вокруг выхода 40, а приспособление 94 при увеличении скорости и/или плотности многокомпонентного флюида и/или при уменьшении вязкости многокомпонентного флюида препятствует или оказывает возрастающее сопротивление изменению направления потока многокомпонентного флюида и его протеканию напрямую к выходу. При этом разрывы 96 способствуют формированию спиралевидной траектории движения многокомпонентного флюида к выходу 40.

На фиг.4A показано, что через вход 86 в камеру 84 поступает многокомпонентный флюид 36 с относительно большой скоростью, низкой вязкостью и/или высокой плотностью. Некоторый объем многокомпонентного флюида 36 также может поступать в камеру 84 через вход 88, но в данном варианте фактически основной объем многокомпонентного флюида протекает через вход 86 и при этом изначально направляется в камеру 84 по касательной (например, под нулевым углом к касательной к наружной окружности проточной камеры).

При поступлении в камеру 84 многокомпонентный флюид 36 изначально циркулирует вокруг выхода 40. На протяжении большей части траектории его движения вокруг выхода 40 приспособление 94 предотвращает или по меньшей мере препятствует перенаправлению потока многокомпонентного флюида 36 на радиальную траекторию протекания к данному выходу. При этом через разрывы 96 постепенно пропускаются части многокомпонентного флюида 36, двигающиеся по спирали радиально внутрь к выходу 40.

На фиг.4B показано, что через вход 88 в камеру 84 поступает многокомпонентный флюид 36 с относительно малой скоростью, высокой вязкостью и/или низкой плотностью. Некоторый объем многокомпонентного флюида 36 также может поступать в камеру 84 через вход 86, но в данном варианте фактически основной объем многокомпонентного флюида протекает через вход 88 и при этом направляется в камеру 84 радиально (например, под углом 90 градусов к касательной к наружной окружности проточной камеры).

Многокомпонентный флюид 36 проходит через один из разрывов 96 напрямую от входа 88 к выходу 40. Таким образом, в данном варианте приспособление 94 не оказывает существенного сопротивления или не препятствует радиальному потоку многокомпонентного флюида 36 к выходу 40.

При возникновении ситуации, при которой часть многокомпонентного потока 36 с относительно малой скоростью, высокой вязкостью и/или низкой плотностью должна циркулировать вокруг выхода 40, как показано на фиг.4B, разрывы 96 позволяют многокомпонентному флюиду быстро изменить траекторию потока и перенаправляют его в большей степени прямо к выходу. Действительно, при увеличении вязкости многокомпонентного флюида или при уменьшении плотности или скорости многокомпонентного флюида приспособления 94 оказывают возрастающее сопротивление круговому потоку многокомпонентного флюида 36 в камере 84, чем способствуют быстрому изменению траектории потока и протеканию его через разрывы 96.

Следует отметить, что приспособление 94 не обязательно должно иметь несколько разрывов 96, так как многокомпонентный флюид 36 может протекать в большей степени прямо от входа 88 к выходу 40 через единственный разрыв, причем единственный разрыв также может пропускать поток, движущийся от входа 86 по спирали радиально внутрь к выходу. Согласно принципам настоящего изобретения приспособление 94 может иметь любое количество разрывов 96 (или иных областей с малым сопротивлением радиальному потоку).

Кроме того, один из разрывов 96 необязательно должен располагаться непосредственно между входом 88 и выходом 40. Разрывы 96 в приспособлении 94 могут способствовать формированию в большей степени прямого потока многокомпонентного флюида 36 от входа 88 к выходу 40, даже если для протекания многокомпонентного флюида внутрь через один из разрывов требуется некоторая циркуляция потока многокомпонентного флюида вокруг данного приспособления.

Понятно, что по сравнению с вариантом, приведенным на фиг.4B, при одной и той же скорости потока в варианте, приведенном на фиг.4A, в большей степени круговой поток многокомпонентного флюида 36 характеризуется большим расходом энергии и, следовательно, большим сопротивлением потоку многокомпонентного флюида. Если желательным флюидом является нефть, а вода и/или газ являются нежелательными флюидами, понятно, что система 25 регулирования сопротивления потоку, приведенная на фиг.4A и 4B, оказывает меньшее сопротивление потоку многокомпонентного флюида 36, характеризующегося повышенным отношением доли желательного флюида к доле нежелательного флюида, и оказывает большее сопротивление потоку многокомпонентного флюида 36, характеризующегося пониженным отношением доли желательного флюида к доле нежелательного флюида.

На фиг.5 приведен пример другой конфигурации камеры 84, в которой камера 84 содержит четыре приспособления 94, равноотстоящих друг от друга и разделенных разрывами 96. В зависимости от требуемых эксплуатационных параметров системы 25 приспособления 94 могут быть разделены на равные или неравные участки.

На фиг.6A и 6B приведен пример другой конфигурации системы 25 регулирования сопротивления потоку, которая существенно отличается от системы 25 регулирования сопротивления потоку, показанной на фиг.3. Отличие данной системы состоит в том, что ее конструкция по меньшей мере проще и содержит значительно меньшее количество компонентов. Действительно, в конфигурации, изображенной на фиг.6A и 6B, между входом 38 и выходом 40 системы 25 находится только камера 84.

Камера 84, приведенная на фиг.6A и 6B, имеет только один вход 86. В камере 84 также содержатся приспособления 94.

На фиг.6A показано, что через вход 86 в камеру 84 поступает многокомпонентный флюид 36 с относительно большой скоростью, низкой вязкостью и/или высокой плотностью, и на его поток внутри камеры оказывает влияние приспособление 94. При этом многокомпонентный флюид 36 циркулирует в камере 84, двигаясь по спирали внутрь к выходу 40 и постепенно обтекая приспособление 94 через разрывы 96.

На фиг.6B показан многокомпонентный флюид 36 с малой скоростью, повышенной вязкостью и/или пониженной плотностью, который, поступая в камеру 84 через вход 86, может быстро изменить направление и протекать в большей степени прямо от входа к выходу через разрывы 96.

Понятно, что по сравнению с потоком многокомпонентного флюида, показанным в варианте на фиг.6B и направленным в большей степени прямо, при одной и той же скорости потока в варианте, приведенном на фиг.6A, в большей степени круговой поток многокомпонентного флюида 36 характеризуется большим расходом энергии и, следовательно, большим сопротивлением многокомпонентному потоку. Если желательным флюидом является нефть, а вода и/или газ являются нежелательными флюидами, понятно, что система 25 регулирования сопротивления потоку, приведенная на фиг.6A и 6B, оказывает меньшее сопротивление потоку многокомпонентного флюида 36, характеризующегося повышенным отношением доли желательного флюида к доле нежелательного флюида, и оказывает большее сопротивление потоку многокомпонентного флюида 36, характеризующегося пониженным отношением доли желательного флюида к доле нежелательного флюида.

Хотя в конфигурациях, приведенных на фиг.6A и 6B, для подачи многокомпонентного флюида 36 в камеру 84 используется единственный вход 86, в других вариантах при необходимости могут использоваться несколько входов. Многокомпонентный флюид 36 может поступать в камеру 84 через несколько входов одновременно или в произвольной последовательности. Например, несколько входов могут использоваться, если многокомпонентный флюид 36 характеризуется различными характеристиками (его компоненты имеют разные скорости, вязкости, плотности).

Приспособления 94 могут представлять собой одну или несколько лопаток, проходящих в окружном направлении и имеющих один или несколько разрывов 96. В ином случае или дополнительно, приспособление 94 может представлять собой одну или несколько выемок, выполненных в одной или нескольких стенках камеры 84 и проходящих в окружном направлении. Приспособление 94 может выступать внутрь и/или наружу относительно одной или нескольких стенок камеры 84. Таким образом, понятно, что согласно принципам настоящего изобретения может использоваться приспособление любого типа, оказывающее усиливающееся воздействие на поток многокомпонентного флюида 36 по поддержанию его циркуляции в камере 84 при увеличении скорости или плотности многокомпонентного флюида или при понижении вязкости многокомпонентного флюида; и/или оказывающее возрастающее сопротивление циркуляции многокомпонентного флюида в камере при уменьшении скорости или плотности многокомпонентного флюида или при повышении вязкости многокомпонентного флюида.

На фиг.7A-7J приведены несколько поясняющих схематически изображенных вариантов приспособления 94, причем на фиг.7A-7G показаны поперечные разрезы по линии 7-7, изображенной на фиг.4B. На данных чертежах показано, что существует множество возможных вариантов конструкции приспособления 94, причем понятно, что принципы настоящего изобретения не ограничиваются применением в камере 84 какой-либо конкретной конфигурации этих приспособлений.

На фиг.7A показано, что приспособление 94 представляет собой стенку или лопатку, проходящую между верхней и нижней (согласно приведенным чертежам) стенками 98, 100 камеры 84. Приспособление 94 в этом варианте блокирует поток многокомпонентного флюида 36, направленный от наружной области камеры 84 радиально внутрь, за исключением его части, протекающей через разрыв 96.

На фиг.7B показано, что приспособление 94 представляет собой стенку или лопатку, лишь частично проходящую между стенками 98, 100 камеры 84. Приспособление 94 в этом варианте не блокирует поток многокомпонентного флюида 36, направленный радиально внутрь, но препятствует изменению траектории потока в наружной части камеры 84 с круговой на радиальную.

Один вход (например, вход 88) может располагаться на такой высоте относительно стенок 98, 100 камеры, что многокомпонентный флюид 36, поступающий в камеру 84 через этот вход, фактически не набегает на приспособление 94 (например, протекает над или под этим приспособлением). Другой вход (например, вход 86) может располагаться на другой высоте, при этом многокомпонентный флюид 36, поступающий в камеру 84 через этот вход, фактически набегает на приспособление 94. Поток многокомпонентного флюида 36, набегающий на данное приспособление, испытывает большее сопротивление.

На фиг.7C показано приспособление 94, представляющее собой щетки, зубчики или жесткую проволоку и оказывающее сопротивление потоку многокомпонентного флюида 36, направленному от наружной области камеры 84 радиально внутрь. В данном варианте приспособление 94 может проходить целиком или частично между стенками 98, 100 камеры 84 и может проходить внутрь от обеих стенок.

На фиг.7D показано приспособление 94, представляющее собой множество выемок и выступов, проходящих в окружном направлении и оказывающих сопротивление потоку многокомпонентного флюида 36, протекающему радиально внутрь. В камере 84 могут содержаться или только выемки, или только выступы, или выемки и выступы. Если в камере 84 содержатся только выемки, приспособление 94 может вообще не выступать внутрь камеры 84.

На фиг.7E показано приспособление 94, представляющее собой множество волн, находящихся на стенках 98, 100 камеры 84 и проходящих в окружном направлении. Аналогично конфигурации, приведенной на фиг.7D, волны имеют выемки и выступы, но в других вариантах данные волны могут иметь или только выемки, или только выступы, или выемки и выступы. Если в камере 84 содержатся только выемки, приспособление 94 может вообще не выступать внутрь камеры 84.

На фиг.7F показано приспособление 94, представляющее собой перегородки или лопатки, проходящие в окружном направлении, но смещенные радиально, и выдающиеся внутрь от стенок 98, 100 камеры 84. Согласно принципам настоящего изобретения количество, расположение и/или конфигурации перегородок или лопаток могут быть разными.

На фиг.7G и 7H показано приспособление 94, представляющее собой перегородку или лопатку, выдающуюся внутрь от стенки 100 камеры и имеющую другую лопатку 102, способствующую осевому перенаправлению потока многокомпонентного флюида 36 относительно выхода 40. Например, при определенном расположении лопатка 102 направляет многокомпонентный флюид 36 по осевой траектории от выхода 40 или к выходу 40.

При определенном расположении лопатка 102 способствует перемешиванию многокомпонентного флюида 36, поступающего из нескольких входов, увеличивает сопротивление циркуляции потока флюида в камере 84 и/или оказывает сопротивление потоку на различных смещенных вдоль оси уровнях камеры и т.д. Согласно принципам настоящего изобретения количество, расположение и/или конфигурации лопаток 102 могут быть разными.

Лопатка 102 может оказывать большее сопротивление круговому потоку флюидов с повышенной вязкостью и быстрее перенаправлять их к выходу 40. Таким образом, приспособление 94 оказывает возрастающее сопротивление потоку многокомпонентного флюида 36 с повышенной скоростью, повышенной плотностью или пониженной вязкостью, протекающему радиально внутрь к выходу 40, а лопатка 102 может оказывать возрастающее сопротивление круговому потоку многокомпонентного флюида с повышенной вязкостью.

Один вход (например, вход 88) может располагаться на такой высоте относительно стенок 98, 100 камеры, что многокомпонентный флюид 36, поступающий в камеру 84 через этот вход, фактически не набегает на приспособление 94 (например, протекает над или под этим приспособлением). Другой вход (например, вход 86) может располагаться на другой высоте, при этом многокомпонентный флюид 36, поступающий в камеру 84 через этот вход, фактически набегает на приспособление 94.

На фиг.7I показано приспособление 94, представляющее собой цельную цилиндрическую стенку с разрывами 96, распределенными по стенке у ее верхней и нижней кромок и расположенными поочередно. Приспособление 94 может находиться между стенками 98, 100 камеры 84.

На фиг.7J показано приспособление 94, представляющее собой цельную цилиндрическую стенку, аналогичную стенке, приведенной на фиг.7I, и отличающуюся тем, что разрывы 96 распределены по стенке между ее верхней и нижней кромками.

На фиг.8A-11 показаны примеры дополнительных конфигураций проточной камеры 84 и содержащихся в ней приспособлений 94. Подразумевается, что могут использоваться различные конфигурации без отклонения от сути настоящего изобретения, принципы которого не ограничиваются какими-либо конкретными примерами, описанными в данном документе и представленными на чертежах.

На фиг.8A показана камера 84 с двумя входами 86, 88, в общих чертах аналогичная камере, изображенной на фиг.4A-5. Основной поток многокомпонентного флюида 36 с относительно большой скоростью, низкой вязкостью и/или высокой плотностью поступает в камеру 84 через вход 86 и циркулирует вокруг выхода 40. Приспособления 94 оказывают сопротивление потоку многокомпонентного флюида 36, направленному радиально внутрь к выходу 40.

На фиг.8B показано, что основной поток многокомпонентного флюида 36 с относительно малой скоростью, высокой вязкостью и/или низкой плотностью поступает в камеру 84 через вход 88. Одно из приспособлений 94 препятствует протеканию прямого потока многокомпонентного флюида 36 от входа 88 к выходу 40, при этом многокомпонентный флюид может быстро изменить направление и начать обтекать каждое из этих приспособлений. Таким образом, система 25 оказывает меньшее сопротивление потоку в случае, показанном на фиг.8B, нежели в случае, изображенном на фиг.8A.

На фиг.9A показана камера 84 с одним входом 86, в общих чертах аналогичная камере, изображенной на фиг.6A и 6B. Многокомпонентный флюид 36 с относительно большой скоростью, низкой вязкостью и/или высокой плотностью поступает в камеру 84 через вход 86 и циркулирует вокруг выхода 40. Приспособление 94 оказывает сопротивление потоку многокомпонентного флюида 36, направленному радиально внутрь к выходу 40.

На фиг.9B показан многокомпонентный флюид 36 с относительно малой скоростью, высокой вязкостью и/или низкой плотностью, поступающий в камеру 84 через вход 86. Приспособление 94 препятствует протеканию прямого потока многокомпонентного флюида 36 от входа 88 к выходу 40, при этом многокомпонентный флюид может быстро изменить направление и начать обтекать каждое из этих приспособлений, протекая через разрыв 96 к выходу. Таким образом, в случае, показанном на фиг.9B, система 25 оказывает меньшее сопротивление потоку, нежели в случае, изображенном на фиг.9A.

Утверждается, что путем препятствования потоку многокомпонентного флюида 36 с относительно малой скоростью, высокой вязкостью и/или низкой плотностью, протекающему прямо к выходу 40 от входа 88 (см. фиг.8B) или от входа 86 (см. фиг.9B), радиальная скорость потока многокомпонентного флюида, направленная к выходу, может быть уменьшена без существенного увеличения сопротивления протоку в системе 25.

На фиг.10 и 11 показана камера 84 с двумя входами 86, 88, в общих чертах аналогичная конфигурации, изображенной на фиг.4A-5. Поток многокомпонентного флюида 36, по меньшей мере изначально поступающего в камеру 84 через вход 86, циркулирует вокруг выхода 40, причем многокомпонентный флюид, поступающий в камеру через вход 88, протекает в большей степени прямо к выходу.

На фиг.10 показано множество чашеобразных приспособлений 94, распределенных по камере 84, на фиг.11 показано множество приспособлений, находящихся в этой камере. Приспособления 94 могут оказывать возрастающее сопротивление циркуляции вокруг выхода 40 многокомпонентного потока 36 с пониженной скоростью, повышенной вязкостью и/или пониженной плотностью. Таким образом, приспособления 94 могут стабилизировать поток флюида с относительно малой скоростью, высокой вязкостью и/или низкой плотностью, протекающего в камере 84, даже несмотря на то, что они не оказывают существенного сопротивления циркуляции вокруг выхода 40 флюида с относительно большой скоростью, низкой вязкостью и/или высокой плотностью.

В отношении приспособлений 94 в камере 84 существует множество других возможных вариаций их размещения, конфигурации, количества и проч. Например, приспособления 94 могут иметь аэродинамическую или цилиндрическую поверхность, могут содержать канавки, ориентированные радиально относительно выхода 40, и т.д. Согласно принципам изобретения могут использоваться любые конфигурации, способы расположения и/или сочетания приспособлений 94.

На основе вышеизложенного понятно, что настоящим изобретением предложено несколько вариантов для улучшения уровня техники в области регулирования потока флюидов в подземной скважине. Различные конфигурации вышеописанной системы 25 регулирования сопротивления потоку позволяют обеспечить управление желательными и нежелательными флюидами в скважине без применения сложных, дорогостоящих или потенциально ненадежных механизмов. При этом система 25 характеризуется простотой и дешевизной в отношении изготовления, эксплуатации и технического обслуживания, а также является надежной в эксплуатации.

Вышеописанным изобретением в области соответствующего уровня техники предложена система 25 регулирования сопротивления потоку флюидов в подземной скважине. Система 25 включает проточную камеру 84, через которую протекает многокомпонентный флюид 36. Камера 84 содержит один или несколько входов 86, 88, выход 40 и одно или несколько приспособлений 94, препятствующих перенаправлению потока многокомпонентного флюида 36 с круговой траектории, проходящей вокруг выхода 40, на радиальную, проходящую к выходу 40.

Многокомпонентный флюид 36 может поступать в скважину через проточную камеру 84.

Приспособление 94 может оказывать возрастающее сопротивление перенаправлению потока многокомпонентного флюида 36 с круговой траектории, проходящей вокруг выхода 40, на радиальную, проходящую к выходу 40, под действием одного или нескольких следующих факторов: а) повышенная скорость многокомпонентного флюида 36, б) пониженная вязкость многокомпонентного флюида 36, в) повышенная плотность многокомпонентного флюида 36, г) пониженное отношение доли желательного флюида к доле нежелательного флюида в многокомпонентном флюиде 36, д) уменьшенный угол входа многокомпонентного флюида 36 в камеру 84 и е) более интенсивное набегание многокомпонентного флюида 36 на приспособление 94.

Приспособление 94 может иметь один или несколько разрывов 96, благодаря которым многокомпонентный флюид 36 может изменять направление и протекать от входов 86, 88 в большей степени прямо к выходу 40.

Один или несколько указанных входов могут представлять собой по меньшей мере первый и второй входы, причем по сравнению со вторым входом 86 первый вход 88 направляет многокомпонентный флюид 36 в большей степени прямо к выходу 40 камеры 84.

По меньшей мере один или несколько указанных входов могут представлять собой единственный вход 86.

Приспособление 94 может представлять собой одну или несколько лопаток и выемок.

Приспособление 94 может выступать по меньшей мере внутрь и наружу относительно стенок 98, 100 камеры 84.

Многокомпонентный флюид 36 может вытекать из камеры 84 через выход 40 в направлении, изменяемом в зависимости от отношения доли желательного флюида к доле нежелательного флюида в многокомпонентном флюиде 36.

Многокомпонентный флюид 36 может протекать от входа 86, 88 в большей степени прямо к выходу 40 при повышении вязкости многокомпонентного флюида 36, при уменьшении скорости многокомпонентного флюида 36, при понижении плотности многокомпонентного флюида 36, при увеличении отношения доли желательного флюида к доле нежелательного флюида в многокомпонентном флюиде 36 и/или при увеличении угла входа многокомпонентного флюида 36.

Приспособление 94 может уменьшать или увеличивать скорость многокомпонентного флюида 36, протекающего от входа 86 к выходу 40.

Вышеописанным изобретением в области соответствующего уровня техники также предложена система 25 регулирования сопротивления потоку флюидов, содержащая проточную камеру 84, через которую протекает многокомпонентный флюид 36. Камера 84 содержит один или несколько входов 86, 88, выход 40 и одно или несколько приспособлений 94, препятствующих циркуляции потока многокомпонентного флюида 36 вокруг выхода 40.

Выше также описана система 25 регулирования сопротивления потоку, предназначенная для применения в подземной скважине, причем данная система включает проточную камеру 84, содержащую выход 40 и одно или несколько приспособлений 94, препятствующих перенаправлению потока многокомпонентного флюида 36 к выходу 40. Направление поступающего в камеру 84 потока многокомпонентного флюида 36 изменяется в зависимости от отношения доли желательного флюида к доле нежелательного флюида в многокомпонентном флюиде 36.

Многокомпонентный флюид 36 может вытекать из камеры через выход 40 в направлении, изменяющемся в зависимости от отношения доли желательного флюида к доле нежелательного флюида в многокомпонентном флюиде 36.

Приспособление 94 может препятствовать перенаправлению потока многокомпонентного флюида 36 с круговой траектории, проходящей вокруг выхода 40, на радиальную, проходящую к выходу 40.

Разрыв 96 в приспособлении 94 может пропускать поток многокомпонентного флюида 36 от первого входа 88 прямо к выходу 40. В одном из вышеописанных вариантов камера 84 имеет только один вход 86.

Приспособление 94 может представлять собой лопатку или выемку. Приспособление 94 может выступать внутрь или наружу относительно одной или нескольких стенок 98, 100 камеры 84.

Многокомпонентный флюид 36 может протекать от входа 86 камеры 84 в большей степени прямо к выходу 40 при повышении вязкости многокомпонентного флюида 36, при уменьшении скорости многокомпонентного флюида 36, при повышении плотности многокомпонентного флюида 36, при увеличении отношения доли желательного флюида к доле нежелательного флюида в многокомпонентном флюиде 36, при увеличении угла входа многокомпонентного флюида 36 и/или при уменьшении интенсивности набегания многокомпонентного флюида 36 на приспособление 94.

Приспособление 94 может способствовать продолжению кругового движения частей многокомпонентного флюида 36, циркулирующего вокруг выхода 40. Предпочтительно, что приспособление 94 препятствует перенаправлению потока многокомпонентного флюида 36 с круговой траектории, проходящей вокруг выхода 40, на радиальную, проходящую к выходу 40.

В вышеописанном изобретении предложена система 25 регулирования сопротивления потоку, включающая проточную камеру 84, через которую протекает многокомпонентный флюид 36. Камера 84 имеет один или несколько входов 86, 88, выход 40 и одно или несколько приспособлений 94, препятствующих перенаправлению потока многокомпонентного флюида 36 с круговой траектории, проходящей вокруг выхода 40, на радиальную, проходящую к выходу 40.

В вышеприведенном изобретении также описана система 25 регулирования сопротивления потоку, включающая устройство 52 перенаправления потока, которое на основе отношения доли желательного флюида к доле нежелательного флюида в многокомпонентном флюиде 36 пускает основной объем флюида по одной из траекторий 58, 60. Проточная камера 84 системы 25 имеет выход 40, первый вход 88, через который проходит первая траектория 60 потока, второй вход 86, через который проходит вторая траектория 58 потока, и одно или несколько приспособлений 94, препятствующих радиальному потоку многокомпонентного флюида 36, протекающему от второго входа 86 к выходу 40 в большей степени, нежели радиальному потоку многокомпонентного флюида 36, протекающему от первого входа 88 к выходу 40.

Устройство регулирования потока (например, система 25 регулирования сопротивления потоку) для установки в подземном стволе 12 скважины может иметь внутреннюю поверхность 98, 100, 110, образующую внутреннюю камеру 84, причем внутренняя поверхность может включать боковую поверхность 110 и противоположные торцевые поверхности (например, стенки 98, 100), при этом наибольшее расстояние между противоположными торцевыми поверхностями меньше наибольшей протяженности противоположных торцевых поверхностей; первое отверстие (например, выход 40) в одной из торцевых поверхностей (например, в стенке 100) и второе отверстие (например, вход 86) во внутренней поверхности, обособленное от первого отверстия, причем боковая поверхность 110 предназначена для преобразования потока от второго отверстия 86 в круговой поток, циркулирующий вокруг первого отверстия 40; и может далее иметь приспособление для изменения траектории потока (например, приспособление 94), протекающего через внутреннюю камеру 84.

Приспособление 94 для изменения траектории потока может использоваться для преобразования потока, поступающего через второе отверстие 86, в круговой поток, циркулирующий вокруг первого отверстия 40. Приспособление 94 для изменения траектории потока может использоваться для пропускания потока, поступающего через второе отверстие 86, прямо к первому отверстию 40.

Первое отверстие 40 может представлять собой выход из внутренней камеры 84, а второе отверстие 86 может представлять собой вход во внутреннюю камеру 84.

Приспособление 94 для изменения траектории потока может содержать внутреннюю стенку (например, см. вариант, приведенный на фиг.7F), проходящую по меньшей мере от одной из противоположных торцевых поверхностей 98, 100. Внутренняя стенка может проходить от одной из противоположных торцевых поверхностей (например, от одной стенки 98 до второй стенки 100, как показано в варианте, приведенном на фиг.7J). Внутренняя стенка может проходить от одной из противоположных торцевых поверхностей, при этом между верхней частью внутренней стенки и второй из противоположных торцевых поверхностей имеется зазор (например, см. вариант, приведенный на фиг.7F).

Приспособление 94 для изменения траектории потока может содержать первую лопатку 102, проходящую от одной из противоположных торцевых поверхностей (например, от стенки 98 или 100), и вторую лопатку 102, проходящую от второй из противоположных торцевых поверхностей.

Приспособление 94 для изменения траектории потока может содержать один или несколько компонентов, таких как щетки, зубчики или жесткие проволоки, проходящих от одной из противоположных торцевых поверхностей 98, 100; выемки, выполненные в одной или обеих противоположных торцевых поверхностях 98, 100; волны, выполненные на одной или обеих противоположных торцевых поверхностях 98, 100; и/или лопатку 102.

Устройство регулирования потока (например, система 25 регулирования сопротивления потоку) для установки в подземном стволе 12 скважины может включать цилиндроидальную камеру 84 для приема поступающего через вход 86 камеры потока и направления его к выходу 40 камеры, причем наибольшая осевая протяженность а (см. фиг.7G) цилиндроидальной камеры 84 меньше наибольшей диаметральной протяженности D цилиндроидальной камеры 84, при этом цилиндроидальная камера 84 обеспечивает циркуляцию потока вокруг выхода 40 камеры, а угол вращения зависит от характеристики входящего потока, протекающего через вход 86 камеры; и включает приспособление 94 для изменения траектории потока, протекающего через цилиндроидальную камеру 84.

Угол вращения может зависеть от плотности входящего потока, от вязкости входящего потока и/или от скорости входящего потока.

Увеличение угла вращения может приводить к увеличению сопротивления потоку между внутренним пространством устройства 25 и наружной средой, а уменьшение угла вращения может приводить к уменьшению сопротивления потоку между внутренним пространством устройства 25 и наружной средой.

Угол вращения может зависеть от пространственного расположения приспособления 94 для изменения траектории потока, содержащегося в цилиндроидальной камере 84, относительно вектора направления входящего потока, протекающего через вход 86 камеры.

Цилиндроидальная камера 84 может иметь форму цилиндра. Цилиндроидальная камера 84 может иметь боковую поверхность 110 и противоположные торцевые поверхности 98, 100, причем боковая поверхность 110 может быть перпендикулярна обеим противоположным торцевым поверхностям 98, 100.

Способ регулирования потока в подземном стволе 12 скважины может включать прием потока цилиндроидальной камерой 84 устройства 25 регулирования потока в стволе 12 скважины, причем цилиндроидальная камера 84 содержит один или несколько входов 86, 88, а наибольшая осевая протяженность а цилиндроидальной камеры 84 меньше наибольшей диаметральной протяженности D цилиндроидальной камеры 84; направление потока посредством приспособления 94 для изменения траектории потока в цилиндроидальной камере 84; обеспечение циркуляции потока, протекающего через цилиндроидальную камеру 84, вокруг выхода 40 камеры, причем угол вращения зависит от характеристики входящего потока, протекающего через один или несколько входов 86, 88 камеры.

Циркуляция потока может осуществляться путем увеличения угла вращения в зависимости от вязкости входящего потока, путем увеличения угла вращения в зависимости от скорости входящего потока и/или путем увеличения угла вращения в зависимости от плотности входящего потока.

Направление потока посредством приспособления 94 для изменения траектории потока может осуществляться путем увеличения или уменьшения угла вращения в зависимости от характеристики входящего потока, протекающего через один или несколько входов 86, 88 камеры, и/или путем пропускания по меньшей мере части потока прямо от одного или нескольких входов 86, 88 камеры к выходу 40 камеры.

Циркуляция потока может осуществляться путем увеличения угла вращения, что в свою очередь может увеличивать сопротивление потоку, протекающему через цилиндроидальную камеру 84.

Следует понимать, что различные варианты, описанные выше, могут применяться в разного рода пространственной ориентации, в том числе наклонной, перевернутой, горизонтальной, вертикальной и т.п., а также в разных конфигурациях без отклонения от сути настоящего изобретения. Варианты осуществления изобретения, приведенные на чертежах, изображены и описаны только в качестве примеров практического применения принципов настоящего изобретения, которые не ограничиваются какими-либо конкретными особенностями данных вариантов осуществления изобретения.

Безусловно, на основе тщательного ознакомления с вышеприведенным описанием вариантов осуществления изобретения специалисту понятно, что отдельные компоненты данных конкретных вариантов осуществления изобретения могут быть модифицированы, дополнены, заменены, исключены, а также в данные конкретные варианты осуществления изобретения могут быть внесены другие изменения в рамках принципов настоящего изобретения. Соответственно, вышеприведенное описание используется в качестве примера и предназначено для более ясного понимания сути изобретения, причем суть и объем настоящего изобретения ограниваются исключительно признаками, указанными в формуле изобретения, и эквивалентными признаками.

Claims (27)

1. Устройство регулирования потока для установки в подземном стволе скважины, содержащее внутреннюю поверхность, образующую внутреннюю камеру, причем внутренняя поверхность включает боковую поверхность и противоположные торцевые поверхности, при этом наибольшее расстояние между противоположными торцевыми поверхностями меньше наибольшей протяженности противоположных торцевых поверхностей; первое отверстие в одной из торцевых поверхностей; второе отверстие во внутренней поверхности, отстоящее от первого отверстия, причем боковая поверхность выполнена с возможностью преобразования потока от второго отверстия в круговой поток, циркулирующий вокруг первого отверстия; и приспособление для изменения траектории потока, протекающего через внутреннюю камеру.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приспособление для изменения траектории потока выполнено с возможностью преобразования потока от второго отверстия в круговой поток, циркулирующий вокруг первого отверстия.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что приспособление для изменения траектории потока выполнено с возможностью пропускания потока от второго отверстия прямо к первому отверстию.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первое отверстие представляет собой выход из внутренней камеры, а второе отверстие представляется собой вход во внутреннюю камеру.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приспособление для изменения траектории потока содержит внутреннюю стенку, проходящую по меньшей мере от одной из противоположных торцевых поверхностей.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что внутренняя стенка проходит от одной из противоположных торцевых поверхностей до второй из противоположных торцевых поверхностей.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что внутренняя стенка проходит от одной из противоположных торцевых поверхностей, при этом между верхней частью внутренней стенки и второй из противоположных торцевых поверхностей имеется зазор.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приспособление для изменения траектории потока содержит первую лопатку, проходящую от одной из противоположных торцевых поверхностей, и вторую лопатку, проходящую от второй из противоположных торцевых поверхностей.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приспособление для изменения траектории потока содержит один или более компонентов, таких как щетки, зубчики или жесткие проволоки, проходящих от одной из противоположных торцевых поверхностей.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приспособление для изменения траектории потока содержит выемки, выполненные в одной или обеих противоположных торцевых поверхностях.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приспособление для изменения траектории потока содержит волны, выполненные на одной или обеих противоположных торцевых поверхностях.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приспособление для изменения траектории потока содержит лопатку.

13. Устройство регулирования потока для установки в подземном стволе скважины, включающее цилиндроидальную камеру для приема поступающего через вход камеры потока и направления его к выходу камеры, причем наибольшая осевая протяженность цилиндроидальной камеры меньше наибольшей диаметральной протяженности цилиндроидальной камеры, при этом цилиндроидальная камера обеспечивает циркуляцию потока вокруг выхода камеры, а угол вращения зависит от характеристики входящего потока, поступающего через вход камеры; и приспособление для изменения траектории потока, протекающего через цилиндроидальную камеру.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что угол вращения зависит от плотности входящего потока.

15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что угол вращения зависит от вязкости входящего потока.

16. Устройство по п.13, отличающееся тем, что угол вращения зависит от скорости входящего потока.

17. Устройство по п.13, отличающееся тем, что увеличение угла вращения приводит к увеличению сопротивления потоку между внутренним пространством устройства и наружной средой, а уменьшение угла вращения приводит к уменьшению сопротивления потоку между внутренним пространством устройства и наружной средой.

18. Устройство по п.13, отличающееся тем, что угол вращения зависит от пространственного расположения приспособления для изменения траектории потока, содержащегося в цилиндроидальной камере, относительно вектора направления входящего потока, протекающего через вход камеры.

19. Устройство по п.13, отличающееся тем, что цилиндроидальная камера имеет форму цилиндра.

20. Устройство по п.13, отличающееся тем, что цилиндроидальная камера имеет боковую поверхность и противоположные торцевые поверхности, причем боковая поверхность перпендикулярна обеим противоположным торцевым поверхностям.

21. Способ регулирования потока в подземном стволе скважины, включающий следующие этапы:
прием потока цилиндроидальной камерой устройства регулирования потока в стволе скважины, причем цилиндроидальная камера имеет вход, а наибольшая осевая протяженность цилиндроидальной камеры меньше наибольшей диаметральной протяженности цилиндроидальной камеры;
направление потока посредством приспособления для изменения траектории потока в цилиндроидальной камере; и
обеспечение циркуляции потока, протекающего через цилиндроидальную камеру, вокруг выхода камеры, причем угол вращения зависит от характеристики входящего потока, протекающего через вход камеры.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что циркуляцию потока осуществляют путем увеличения угла вращения в зависимости от вязкости входящего потока.

23. Способ по п.21, отличающийся тем, что циркуляцию потока осуществляют путем увеличения угла вращения в зависимости от скорости входящего потока.

24. Способ по п.21, отличающийся тем, что циркуляцию потока осуществляют путем увеличения угла вращения в зависимости от плотности входящего потока.

25. Способ по п.21, отличающийся тем, что направление потока посредством приспособления для изменения траектории потока осуществляют путем увеличения или уменьшения угла вращения в зависимости от характеристики входящего потока, протекающего через вход камеры.

26. Способ по п.21, отличающийся тем, что направление потока посредством приспособления для изменения траектории потока осуществляют путем пропускания по меньшей мере части потока прямо от входа камеры к выходу камеры.

27. Способ по п.21, отличающийся тем, что циркуляцию потока осуществляют путем увеличения угла вращения, что в свою очередь повышает сопротивление потоку, протекающему через цилиндроидальную камеру.

Images