RU2781604C2

RU2781604C2 - System and method for control of borehole fluid inflow, as well as system for control of fluid flow

Info

Publication number: RU2781604C2
Application number: RU2020123707A
Authority: RU
Inventors: Гоча Чочуа; Александар РУДИК; Вадим БЛЕКМАН; Амрендра КУМАР
Original assignee: Шлюмбергер Текнолоджи Б.В.
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2022-10-14

Abstract

FIELD: oil industry.

SUBSTANCE: group of inventions relates to a system and a method for control of a borehole fluid inflow. The system contains a tubing string. In this case, the tubing string is placed in a wellbore, wherein the tubing string contains the main pipe, a set of filter nodes located around the main pipe, and a set of inflow control devices located along the main pipe in interaction with the set of filter nodes for control of a fluid flow flowing into the inner part of the main pipe. In this case, each inflow control device contains a case, an outlet, and at least one inlet channel. The case defines a chamber having the first end, the second end, and a length, along which the cross-sectional area of the chamber decreases. Moreover, the chamber is conical. The outlet is located at the second end of the chamber. In this case, the outlet communicates with the inner part of the main pipe. At least one inlet channel communicates with the chamber. Moreover, at least one inlet channel has a cross-sectional size, which increases, when moving from the inlet of at least one inlet channel to the outlet of at least one inlet channel. In this case, at least one inlet channel is made with the possibility, in response to the fluid flow, of pumping the flow into the chamber near the first end of the chamber in such a way that a fluid flow is created inside the chamber, which is rotated and moved in the direction along the length of the chamber to the outlet.

EFFECT: increase in the efficiency of control of a borehole fluid inflow.

10 cl, 8 dwg

Description

Уровень техникиState of the art

Во многих применениях углеводородных скважин скважинные колонны насосно-компрессорных труб содержат узлы песчаного фильтра для фильтрации приточного скважинного флюида. Узлы песочного фильтра могут быть установлены вокруг основной трубы и расположены в зонах скважины вдоль ствола скважины. Множество устройств регулирования притока может использоваться для регулирования потока скважинного флюида, протекающего во внутреннюю часть основной трубы в зонах скважины, распределенных вдоль ствола скважины. Устройства регулирования притока могут использоваться для выравнивания притока флюида в основную трубу, а также могут помочь задержать прорыв нежелательных флюидов в основную трубу. Тем не менее, существующие устройства регулирования притока имеют ограничения в отношении выравнивания притока и ограничения прорыва некоторых нежелательных флюидов, например, многофазных флюидов, когда такие флюиды протекают в узлы песчаного фильтра. In many hydrocarbon well applications, the downhole tubing strings contain sand screen assemblies to filter influx well fluid. Sand screen assemblies may be installed around the main pipe and located in well zones along the wellbore. A plurality of inflow control devices may be used to control the flow of well fluid flowing into the interior of the base pipe in well zones distributed along the wellbore. Influx control devices can be used to equalize the influx of fluid into the main pipe, and can also help to delay the breakthrough of unwanted fluids into the main pipe. However, existing inflow control devices have limitations in terms of inflow equalization and limiting the breakthrough of some undesirable fluids, such as multiphase fluids, when such fluids flow into sand screen assemblies.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

В целом, предложены система и методология для облегчения усовершенствованного регулирования приточных флюидов. В соответствии с вариантам осуществления устройство регулирования притока улучшает способность задерживать или предотвращать прорыв нежелательных флюидов, например, газа и/или воды, которые могут содержаться в многофазных флюидах, а также ограничивать приток нежелательного флюида в случае прорыва. В качестве примера одно или более устройств регулирования притока могут использоваться во взаимодействии с узлом фильтра или узлами фильтра колонны насосно-компрессорных труб, размещенной в стволе скважины. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления устройства регулирования притока могут использоваться вдоль насосно-компрессорных труб для заканчивания без песчаных фильтров. Устройство регулирования притока может содержать корпус, определяющий камеру, имеющую первый конец и второй конец. Кроме того, устройство регулирования притока содержит по меньшей мере один впускной канал, расположенный на первом конце и имеющий контур, который обеспечивает требуемое воздействие на приточный флюид в зависимости от типа флюида. (Тип флюида может варьироваться в зависимости от вязкости флюида, плотности флюида или других характеристик флюида). В качестве примера, контур может иметь размер поперечного сечения, который изменяется для обеспечения увеличивающейся площади поперечного сечения. Расширяющаяся площадь поперечного сечения может иметь форму конуса или другую расширяющуюся форму. В некоторых вариантах осуществления впускное отверстие впускного канала может иметь закругленный край, например, для создания сначала уменьшающейся, а затем увеличивающейся площади поперечного сечения вдоль впускного канала.Overall, a system and methodology has been proposed to facilitate improved supply fluid management. In accordance with embodiments, the inflow control device improves the ability to contain or prevent breakthrough of unwanted fluids, such as gas and/or water, which may be contained in multi-phase fluids, as well as limit the influx of unwanted fluid in the event of a breakthrough. As an example, one or more inflow control devices may be used in conjunction with a filter assembly or filter assemblies of a tubing string located in a wellbore. However, in some embodiments, inflow control devices may be used along the completion tubing without sand screens. The inflow control device may include a housing defining a chamber having a first end and a second end. In addition, the inflow control device includes at least one inlet located at the first end and having a contour that provides the desired effect on the inflow fluid depending on the type of fluid. (The type of fluid may vary depending on the viscosity of the fluid, the density of the fluid, or other characteristics of the fluid). As an example, the contour may have a cross-sectional dimension that changes to provide an increasing cross-sectional area. The expanding cross-sectional area may be in the form of a cone or other expanding shape. In some embodiments, the inlet port of the inlet port may have a rounded edge, for example, to create a first decreasing and then increasing cross-sectional area along the inlet port.

Согласно первому объекту настоящего изобретения создана система регулирования притока скважинного флюида, содержащая:According to the first object of the present invention, a well fluid inflow control system is provided, comprising:

колонну насосно-компрессорных труб, размещенную в стволе скважины, причем колонна насосно-компрессорных труб содержит основную трубу, множество узлов фильтра, расположенных вокруг основной трубы, и множество устройств регулирования притока, расположенных вдоль основной трубы, во взаимодействии с множеством узлов фильтра для регулирования потока флюида, протекающего во внутреннюю часть основной трубы, при этом каждое устройство регулирования притока содержит:a tubing string located in a wellbore, the tubing string comprising a main pipe, a plurality of filter assemblies located around the main pipe, and a plurality of inflow control devices located along the main pipe, in cooperation with a plurality of filter assemblies to control the flow fluid flowing into the interior of the main pipe, each inflow control device comprising:

- корпус, определяющий камеру, имеющую первый конец, второй конец и длину, вдоль которой уменьшается площадь поперечного сечения камеры, причем камера является конической;a housing defining a chamber having a first end, a second end and a length along which the cross-sectional area of the chamber decreases, the chamber being conical;

- выпускное отверстие, расположенное на втором конце камеры, при этом выпускное отверстие сообщается с внутренней частью основной трубы; и- an outlet located at the second end of the chamber, with the outlet in communication with the inside of the main pipe; and

- по меньшей мере один впускной канал, сообщающийся с камерой, причем по меньшей мере один впускной канал имеет размер поперечного сечения, который увеличивается при перемещении от впускного отверстия по меньшей мере одного впускного канала к выпускному отверстию по меньшей мере одного впускного канала, при этом по меньшей мере один впускной канал выполнен с возможностью, в ответ на поступление флюида, закачки потока в камеру рядом с первым концом камеры таким образом, что внутри камеры создается поток флюида, который вращается и перемещается в направлении вдоль длины камеры к выпускному отверстию.- at least one inlet channel communicating with the chamber, and at least one inlet channel has a cross-sectional size that increases when moving from the inlet hole of at least one inlet channel to the outlet hole of at least one inlet channel, while at least one inlet is configured to, in response to fluid input, pump a flow into the chamber near the first end of the chamber such that a fluid flow is created within the chamber that rotates and moves in a direction along the length of the chamber toward the outlet.

Предпочтительно, впускное отверстие имеет закругленный край.Preferably, the inlet has a rounded edge.

Предпочтительно, по меньшей мере один впускной канал содержит по меньшей мере одно, выбранное из группы, состоящей из секции конического диффузора и пары впускных каналов, смещенных относительно друг друга, чтобы облегчить вращение потока флюида в камере. Preferably, the at least one inlet comprises at least one selected from the group consisting of a cone section and a pair of inlets offset from each other to facilitate rotation of the fluid flow in the chamber.

Предпочтительно, каждый впускной канал запирает поток флюида, протекающий в камеру, когда флюид представляет собой многофазный флюид с заданным процентным содержанием газа и/или воды. Preferably, each inlet blocks fluid flow into the chamber when the fluid is a multi-phase fluid with a predetermined percentage of gas and/or water.

Согласно второму объекту настоящего изобретения создана система регулирования потока флюида, содержащая:According to the second object of the present invention, a fluid flow control system is provided, comprising:

устройство регулирования притока, содержащее:an inflow control device, comprising:

- выпускное отверстие, расположенное на втором конце камеры; и- an outlet located at the second end of the chamber; and

- множество впускных каналов, сообщающихся с камерой, при этом каждый впускной канал имеет контур с размером поперечного сечения, который увеличивается при перемещении от впускного отверстия к выпускному отверстию впускного канала, причем каждый впускной канал выполнен с возможностью, в ответ на поступление флюида, закачки потока в камеру рядом с первым концом камеры таким образом, что внутри камеры создается поток флюида, который вращается и перемещается в направлении вдоль длины камеры к выпускному отверстию, при этом контур имеет форму, подходящую для увеличения сопротивления потоку при наличии определенных типов флюидов. - a plurality of inlets communicating with the chamber, each inlet having a contour with a cross-sectional dimension that increases as one moves from the inlet to the outlet of the inlet, each inlet is configured to, in response to fluid input, pump a flow into the chamber near the first end of the chamber in such a way that a fluid flow is created inside the chamber, which rotates and moves in a direction along the length of the chamber towards the outlet, the contour being shaped to increase the resistance to flow in the presence of certain types of fluids.

Предпочтительно, впускное отверстие имеет закругленный край, при этом каждый впускной канал содержит секцию конического диффузора.Preferably, the inlet has a rounded edge, with each inlet containing a section of a conical diffuser.

Предпочтительно, впускные каналы смещены относительно друг друга, чтобы облегчить вращение потока флюида в камере. Preferably, the inlets are offset from each other to facilitate rotation of the fluid flow in the chamber.

Предпочтительно, система дополнительно содержит узел песчаного фильтра, расположенный вокруг основной трубы, причем устройство регулирования притока расположено на основной трубе таким образом, что выпускное отверстие сообщается с внутренней частью основной трубы.Preferably, the system further comprises a sand filter assembly located around the main pipe, the inflow control device being located on the main pipe such that the outlet is in communication with the interior of the main pipe.

Согласно третьему объекту настоящего изобретения создан способ регулирования притока скважинного флюида, включающий:According to the third object of the present invention, a method for controlling the inflow of a well fluid is provided, including:

расположение множества устройств регулирования притока вдоль скважинной колонны насосно-компрессорных труб; arranging a plurality of inflow control devices along the downhole tubing string;

формирование каждого устройства регулирования притока с корпусом, определяющим камеру, имеющую первый конец, второй конец и длину, вдоль которой уменьшается площадь поперечного сечения камеры; выпускным отверстием, расположенным на втором конце камеры, причем выпускное отверстие сообщается с внутренней частью скважинной колонны насосно-компрессорных труб; и множеством впускных каналов, сообщающихся с камерой; forming each inflow control device with a body defining a chamber having a first end, a second end, and a length along which the cross-sectional area of the chamber decreases; an outlet located at a second end of the chamber, the outlet communicating with the inside of the downhole tubing string; and a plurality of inlet channels communicating with the chamber;

обеспечение каждого впускного канала с размером поперечного сечения, который увеличивается при перемещении от впускного отверстия к выпускному отверстию впускного канала; иproviding each inlet with a cross-sectional dimension that increases as one moves from the inlet to the outlet of the inlet; and

ориентацию каждого впускного канала для закачки поступившего флюида в камеру рядом с первым концом камеры таким образом, что внутри камеры создается поток флюида, который вращается и перемещается в направлении вдоль длины камеры к выпускному отверстию.orienting each inlet to inject incoming fluid into a chamber proximate the first end of the chamber such that a fluid flow is created within the chamber that rotates and moves in a direction along the length of the chamber toward the outlet.

Предпочтительно, способ дополнительно включает:Preferably, the method further comprises:

формирование впускного отверстия каждого впускного канала с закругленным краем; иforming an inlet of each inlet with a rounded edge; and

обеспечение каждого впускного канала расширяющейся секцией конического диффузора ниже по потоку от закругленного края.providing each inlet with a flared cone diffuser section downstream of the rounded edge.

Тем не менее, многие модификации возможны без существенного отступления от идей настоящего изобретения. Соответственно, такие модификации предназначены для включения в объем настоящего изобретения, определенный в формуле изобретения. However, many modifications are possible without substantially departing from the teachings of the present invention. Accordingly, such modifications are intended to be included within the scope of the present invention as defined in the claims.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения далее в настоящем документе будут описаны со ссылкой на прилагаемые графические материалы, в которых одинаковые позиционные обозначения обозначают одинаковые элементы. Однако следует понимать, что прилагаемые фигуры показывают различные варианты реализации, описанные в настоящем документе, и не предназначены для ограничения объема различных технологий, описанных в настоящем документе; на чертежах: Some embodiments of the present invention will be described hereinafter with reference to the accompanying drawings, in which like reference numerals designate like elements. However, it should be understood that the accompanying figures show various implementations described herein and are not intended to limit the scope of the various technologies described herein; on the drawings:

фиг. 1 - схематическое изображение системы скважины, содержащей скважинную колонну насосно-компрессорных труб, содержащую узлы фильтра, размещенные в отклоненной секции, например, горизонтальной секции, ствола скважины, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;fig. 1 is a schematic representation of a well system comprising a downhole tubing string containing filter assemblies placed in a deviated section, such as a horizontal section, of a wellbore, in accordance with an embodiment of the present invention;

фиг. 2 - вид с частичным разрезом примера одного из узлов фильтра, показанных на фиг. 1, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;fig. 2 is a partial sectional view of an example of one of the filter assemblies shown in FIG. 1 according to an embodiment of the present invention;

фиг. 3 - вид в поперечном сечении примера устройства регулирования притока в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;fig. 3 is a cross-sectional view of an example of an inflow control device according to an embodiment of the present invention;

фиг. 4 - вид в осевом поперечном сечении устройства регулирования притока, показанного на фиг. 3, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; fig. 4 is an axial cross-sectional view of the inflow control device shown in FIG. 3 according to an embodiment of the present invention;

фиг. 5 - вид в осевом поперечном сечении другого примера устройства регулирования притока в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;fig. 5 is an axial cross-sectional view of another example of an inflow control device according to an embodiment of the present invention;

фиг. 6 - графическое изображение, показывающее различные рабочие характеристики устройств регулирования притока в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;fig. 6 is a graphical representation showing various performance characteristics of inflow control devices according to an embodiment of the present invention;

фиг. 7 - графическое изображение, сравнивающее объемную долю нежелательного флюида (например, объемную долю газа и/или объемную долю воды) с плотностью смеси флюида, движущегося через устройства регулирования притока, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; иfig. 7 is a graph comparing the volume fraction of unwanted fluid (eg, volume fraction of gas and/or volume fraction of water) with the density of the fluid mixture moving through the inflow control devices, in accordance with an embodiment of the present invention; and

фиг. 8 - другой пример устройства регулирования притока, обладающего различными характеристиками регулирования потока флюида, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.fig. 8 is another example of an inflow control device having different fluid flow control characteristics according to an embodiment of the present invention.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

В последующем описании изложены многочисленные подробности, чтобы обеспечить понимание некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения. Тем не менее, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что указанная система и/или методология могут быть реализованы на практике без этих подробностей и что возможны многочисленные вариации или модификации описанных вариантов осуществления.In the following description, numerous details are set forth in order to provide an understanding of certain embodiments of the present invention. However, those skilled in the art will appreciate that the system and/or methodology may be practiced without these details and that numerous variations or modifications to the described embodiments are possible.

Настоящее изобретение в целом относится к системе и методологии, которые способствуют улучшенному регулированию потока флюида, например, в различных скважинных применениях. В соответствии с вариантами осуществления устройство регулирования притока улучшает способность задерживать или предотвращать прорыв нежелательных флюидов, таких как газ и/или вода, которые могут содержаться в многофазных флюидах. Устройство регулирования притока может также уменьшить приток нежелательного флюида в случае прорыва. В скважинном применении одно или более устройств регулирования притока могут использоваться во взаимодействии с узлом фильтра или узлами фильтра колонны насосно-компрессорных труб, размещенной в стволе скважины. Например, скважинный флюид может течь из пласта в ствол скважины в заданной зоне скважины. Скважинный флюид продолжает протекать в узел фильтра, а затем через устройство регулирования притока во внутреннюю часть основной трубы колонны насосно-компрессорных труб для доставки в место сбора.The present invention relates generally to a system and methodology that facilitates improved fluid flow control, for example, in various downhole applications. In accordance with embodiments, an inflow control device improves the ability to contain or prevent breakthrough of unwanted fluids, such as gas and/or water, that may be contained in multi-phase fluids. The influx control device can also reduce the influx of unwanted fluid in the event of a breakthrough. In a downhole application, one or more inflow control devices may be used in conjunction with a filter assembly or filter assemblies of a tubing string located in the wellbore. For example, well fluid may flow from the formation into the wellbore in a given zone of the well. The downhole fluid continues to flow into the filter assembly and then through the inflow control device into the interior of the main pipe of the tubing string for delivery to a collection point.

Каждое устройство регулирования притока может содержать корпус, определяющий камеру, через которую протекает флюид, причем камера имеет первый конец и второй конец. Кроме того, устройство регулирования притока содержит по меньшей мере один впускной канал, расположенный на первом конце и имеющий контур, например, изменяющийся размер поперечного сечения, который обеспечивает требуемое воздействие на приточный флюид в зависимости от типа флюида, например, в зависимости от вязкости флюида. Например, размер поперечного сечения может обеспечивать расширяющуюся площадь поперечного сечения. Расширяющаяся площадь поперечного сечения может иметь форму конуса или другую расширяющуюся форму. В некоторых вариантах осуществления впускное отверстие впускного канала может иметь закругленный край, например, для создания сначала уменьшающейся, а затем увеличивающейся площади поперечного сечения вдоль впускного канала. Each inflow control device may include a housing defining a chamber through which fluid flows, the chamber having a first end and a second end. In addition, the inflow control device includes at least one inlet channel located at the first end and having a contour, for example, a changing cross-sectional size, which provides the desired effect on the inflow fluid depending on the type of fluid, for example, depending on the viscosity of the fluid. For example, the cross-sectional dimension may provide an expanding cross-sectional area. The expanding cross-sectional area may be in the form of a cone or other expanding shape. In some embodiments, the inlet port of the inlet port may have a rounded edge, for example, to create a first decreasing and then increasing cross-sectional area along the inlet port.

Устройства регулирования притока могут использоваться в разнообразном скважинном оборудовании для заканчивания скважины и скважинных применениях. Например, устройства регулирования притока могут использоваться в скважинных эксплуатационных секциях для выравнивания истощения потока в горизонтальных скважинах. В таких скважинах образование конуса границы раздела нефть/вода и/или нефть/газ может привести к преждевременному прорыву «нежелательных флюидов», например, газа и/или воды, в определенных зонах.Inflow control devices may be used in a variety of downhole completion equipment and downhole applications. For example, flow control devices may be used in downhole production sections to equalize flow depletion in horizontal wells. In such wells, the coning of the oil/water and/or oil/gas interface can lead to premature breakthrough of "undesirable fluids", eg gas and/or water, in certain zones.

Прорыв газа и/или воды может быть нежелательным по ряду причин. Например, газ и вода могут играть важную роль, когда они остаются на месте в окружающем пласте. Из-за своей высокой сжимаемости газ может обладать высокой накопленной энергией, которая может служить движущей силой для вытеснения нефти в пласте. С другой стороны, вода помогает поднимать нефть и доставлять ее в ствол скважины.Gas and/or water breakthrough may be undesirable for a number of reasons. For example, gas and water can play an important role when they remain in place in the surrounding formation. Due to its high compressibility, the gas can have a high stored energy that can act as a driving force to displace oil in the reservoir. On the other hand, water helps to lift the oil and deliver it to the wellbore.

Газ и/или вода обладают относительно высокой подвижностью, что может привести к их прорыву в различных секциях оборудования для заканчивания, а это, в свою очередь, может уменьшить «толчок» нефти в пласте. Варианты осуществления устройств регулирования притока, описанные в настоящем документе, могут использоваться для ограничения нежелательного прорыва газа в оборудование для заканчивания. К тому же, варианты осуществления устройств регулирования притока могут быть выполнены для использования в обеспечении сопротивления потоку при столкновении с многофазными флюидами и/или однофазными флюидами.Gas and/or water have relatively high mobility, which can lead to their breakthrough in various sections of the completion equipment, and this, in turn, can reduce the “shock” of oil in the reservoir. The inflow control device embodiments described herein can be used to limit unwanted gas breakthrough into completion equipment. In addition, embodiments of flow control devices may be designed for use in providing flow resistance in the face of multi-phase fluids and/or single-phase fluids.

Поскольку и вода, и газ обладают более низкой вязкостью, чем нефть, эти флюиды могут протекать через пласт с меньшим сопротивлением, чем нефть, в тех же или аналогичных пластовых условиях. Следовательно, вода и/или газ могут начать преобладать в объемной доле получаемой смеси, что создает дополнительную нагрузку на системы рециркуляции и наземные сепараторы. Это может привести к преждевременному отказу от эксплуатации частично истощенных пластов с относительно большим процентным содержанием недобытой нефти. Тем не менее, устройства регулирования притока можно использовать вдоль скважинной колонны насосно-компрессорных труб, например, вдоль скважинного оборудования для заканчивания скважины, чтобы выровнять добычу между зонами или секциями скважинной колонны насосно-компрессорных труб для различных типов приточного флюида. Следовательно, увеличивается процентное содержание нефти, которую можно добыть.Since both water and gas have a lower viscosity than oil, these fluids can flow through the reservoir with less resistance than oil under the same or similar reservoir conditions. Consequently, water and/or gas may begin to predominate in the volume fraction of the resulting mixture, which creates an additional load on the recirculation systems and surface separators. This can lead to premature abandonment of partially depleted reservoirs with a relatively high percentage of unproduced oil. However, inflow control devices can be used along a downhole tubing string, for example, along a well completion, to equalize production between zones or sections of the downhole tubing string for different types of influx fluid. Consequently, the percentage of oil that can be extracted increases.

В пористых пластовых средах сопротивление потоку флюида линейно зависит от вязкости и скорости, как изложено в законе Дарси. Тем не менее, устройства регулирования притока могут быть выполнены с возможностью генерирования турбулентного струйного потока, который делает сопротивление потоку почти независимым от вязкости и пропорциональным плотности, умноженной на квадрат скорости потока (согласно уравнению Бернулли). В результате, если прорыв газа и/или воды происходит в заданной секции скважинной колонны насосно-компрессорных труб, поток в этой секции гидродинамически «запирается» соответствующим устройством регулирования притока с сопротивлением, пропорциональным квадрату скорости потока. Таким образом, отдельные устройства регулирования притока способны запирать флюиды с низкой вязкостью, такие как газ и/или вода, обеспечивая при этом более низкое сопротивление флюидам с более высокой вязкостью, таким как сырая нефть.In porous reservoir media, fluid flow resistance is a linear function of viscosity and velocity as outlined in Darcy's law. However, flow control devices can be configured to generate a turbulent jet stream that makes flow resistance almost independent of viscosity and proportional to density times the square of the flow rate (according to Bernoulli's equation). As a result, if a gas and/or water breakthrough occurs in a given section of the downhole tubing string, the flow in that section is hydrodynamically "locked" by an appropriate inflow control device with a resistance proportional to the square of the flow rate. Thus, individual flow control devices are able to lock in low viscosity fluids such as gas and/or water while providing lower resistance to higher viscosity fluids such as crude oil.

Варианты осуществления устройств регулирования притока, описанные в настоящем документе, предназначены для повышения и улучшения возможности регулирования притока нежелательных флюидов, например, газа и/или воды, чтобы, таким образом, продлить период эксплуатации скважины и повысить добычу нефти. Устройства регулирования притока могут быть выполнены с возможностью автономной работы и работы в течение длительных периодов времени без электропитания и без связи с поверхностью. Во многих применениях устройства регулирования притока имеют размеры, подходящие для кольцевого пространства между основной трубой и фильтром соответствующего узла фильтра.The inflow control embodiments described herein are intended to increase and improve the ability to control the influx of unwanted fluids such as gas and/or water, thereby extending the life of a well and increasing oil recovery. Influx control devices can be configured to operate autonomously and operate for long periods of time without power and without contact with the surface. In many applications, the inflow control devices are sized to fit the annulus between the main pipe and the filter of the respective filter assembly.

Как более подробно описано ниже, устройства регулирования притока могут быть «настроены» для обеспечения требуемых эффектов регулирования потока. Например, впускные каналы устройства регулирования притока могут быть выполнены с соответствующими формами, чтобы обеспечить повышенное сопротивление потоку в случае определенных многофазных флюидов. Такие устройства можно использовать для того, чтобы начать запирать приток газа и/или воды при меньших объемных долях нежелательного флюида во время притока многофазных смесей. As described in more detail below, flow control devices can be "tuned" to provide desired flow control effects. For example, the inlets of an inflow control device may be shaped to provide increased flow resistance for certain multi-phase fluids. Such devices can be used to start locking in gas and/or water at lower volume fractions of undesirable fluid during the inflow of multiphase mixtures.

В целом, как показано на фиг. 1, скважинная система 20 содержит ствол 22 скважины, имеющий наклонную секцию 24 ствола скважины, проходящую в пласт 26, содержащий углеводородные флюиды. В зависимости от применения ствол 22 скважины может содержать одну или более наклонных секций 24 ствола скважины, например, горизонтальные секции ствола скважины, которые могут быть обсажены или не обсажены. В показанном примере колонна 28 насосно-компрессорных труб размещена в забое ствола 22 скважины и содержит скважинное оборудование 30 для заканчивания скважины, размещенное в отклоненной, например, горизонтальной, секции 24 ствола скважины.In general, as shown in FIG. 1, the well system 20 includes a wellbore 22 having a deviated wellbore section 24 extending into a formation 26 containing hydrocarbon fluids. Depending on the application, the wellbore 22 may include one or more deviated wellbore sections 24, such as horizontal wellbore sections, which may or may not be cased. In the illustrated example, tubing string 28 is positioned at the bottom of wellbore 22 and includes well completion equipment 30 located in a deviated, eg, horizontal, section 24 of wellbore.

Скважинное оборудование 30 для заканчивания скважины может быть выполнено с возможностью облегчения добычи скважинных флюидов и/или закачки флюидов. В качестве примера, скважинное оборудование 30 для заканчивания скважины может содержать по меньшей мере один узел 32 фильтра, например, множество узлов 32 фильтра. Каждый узел 32 фильтра может содержать песочный фильтр 34, через который флюид может поступать в соответствующий узел 32 фильтра для добычи с доставкой в подходящее место, например, место на поверхности. Например, флюиды углеводородной скважины могут протекать из пласта 26 в ствол 22 скважины и в узлы 32 фильтра через песчаные фильтры 34. В некоторых вариантах осуществления скважинное оборудование 30 для заканчивания скважины также может содержать множество пакеров 36, которые могут использоваться для изоляции секций или зон 38 вдоль ствола 22 скважины.The well completion equipment 30 may be configured to facilitate production of well fluids and/or injection of fluids. As an example, well completion equipment 30 may include at least one filter assembly 32, such as a plurality of filter assemblies 32. Each filter assembly 32 may include a sand screen 34 through which fluid may enter a respective filter assembly 32 for production to be delivered to a suitable location, such as a surface location. For example, hydrocarbon well fluids may flow from the formation 26 into the wellbore 22 and into the screen assemblies 32 through the sand screens 34. In some embodiments, the well completion 30 may also include a plurality of packers 36 that may be used to isolate sections or zones 38 along the trunk 22 wells.

В целом, как показано на фиг. 2, пример одного из узлов 32 фильтра включает песчаный фильтр 34, проходящий в продольном направлении от сплошной секции 40. Песчаный фильтр 34 и соответствующая сплошная секция 40 могут иметь кольцевую форму и располагаться вокруг основной трубы 42, создавая таким образом между ними кольцевое пространство 44. Песчаный фильтр 34 и сплошная секция 40 могут быть прикреплены к основной трубе 42 на концах крепления или с помощью других подходящих механизмов крепления для установки песчаного фильтра 34 и сплошной секции 40 вокруг основной трубы 42. Основная труба 42 может содержать секции, которые соединены между собой для формирования всего скважинного оборудования 30 для заканчивания скважины с множеством узлов 32 фильтра.In general, as shown in FIG. 2, an example of one of the filter assemblies 32 includes a sand filter 34 extending longitudinally from the solid section 40. The sand filter 34 and the corresponding solid section 40 may be annular and located around the main pipe 42, thus creating an annular space 44 between them. The sand filter 34 and solid section 40 may be attached to the main tube 42 at the ends of the attachment or other suitable attachment mechanisms to install the sand filter 34 and the solid section 40 around the main tube 42. The main tube 42 may include sections that are interconnected for forming the entire well completion equipment 30 with a plurality of filter assemblies 32.

Устройство 46 регулирования притока может быть расположено вдоль основной трубы 42 на каждом узле 32 фильтра. Тем не менее, в зависимости от параметров заданной операции добычи или другой операции, связанной с работой в скважине, могут использоваться другие количества и компоновки устройств 46 регулирования притока. Например, каждое устройство 46 регулирования притока может сообщаться с каналом 48 основной трубы, проходящим во внутреннюю часть 50 основной трубы 42. Таким образом, устройство 46 регулирования притока может использоваться для регулирования потока между кольцевым пространством 44 и внутренней частью 50 основной трубы 42. В некоторых вариантах осуществления устройства 46 регулирования притока могут использоваться вдоль насосно-компрессорных труб для заканчивания без песчаных фильтров для аналогичного регулирования потока флюида во внутреннюю часть насосно-компрессорных труб для заканчивания.An inflow control device 46 may be located along the main pipe 42 on each filter assembly 32 . However, depending on the parameters of a given production operation or other operation associated with working in a well, other numbers and arrangements of inflow control devices 46 may be used. For example, each inflow control device 46 may be in communication with a main pipe bore 48 extending into the interior 50 of the main tube 42. Thus, the inflow control device 46 may be used to control flow between the annulus 44 and the interior 50 of the main tube 42. In some In embodiments, inflow control devices 46 may be used along the completion tubing without sand screens to similarly control fluid flow into the interior of the completion tubing.

В соответствии с примером устройство 46 регулирования притока может быть установлено в кольцевом пространстве 44 и расположено таким образом, что флюид, протекающий в соответствующий узел 32 фильтра через песчаный фильтр 34, протекает через устройство 46 регулирования притока перед поступлением во внутреннюю часть 50 основной трубы 42. Флюид, поступающий во внутреннюю часть 50, может быть доставлен в требуемое место сбора.According to an example, an inflow control device 46 may be installed in the annulus 44 and positioned such that fluid flowing into the respective filter assembly 32 through the sand screen 34 flows through the inflow control device 46 before entering the interior 50 of the main pipe 42. The fluid entering the interior 50 can be delivered to the desired collection point.

В целом в соответствии с фиг. 3 схематичный пример устройства 46 регулирования притока показан в поперечном сечении. Кроме того, на фиг. 4 представлено схематичное изображение того же устройства 46 регулирования притока в осевом поперечном сечении. В соответствии с показанным вариантом осуществления устройство 46 регулирования притока содержит корпус 52, определяющий камеру 54, которая может иметь область 55 с уменьшающейся площадью поперечного сечения вдоль длины между первым концом 56 и вторым концом 58. В качестве примера, камера 54 может быть конической, например, иметь форму усеченного конуса с уменьшением площади поперечного сечения вдоль продольной оси 60, проходящей от первого конца 56 до второго конца 58.In general, in accordance with FIG. 3, a schematic example of an inflow control device 46 is shown in cross section. In addition, in FIG. 4 is a schematic representation of the same inflow control device 46 in axial cross section. In accordance with the illustrated embodiment, the inflow control device 46 includes a housing 52 defining a chamber 54, which may have a region 55 with decreasing cross-sectional area along the length between the first end 56 and the second end 58. As an example, the chamber 54 may be conical, for example , be in the form of a truncated cone with a decrease in cross-sectional area along the longitudinal axis 60 extending from the first end 56 to the second end 58.

Устройство 46 регулирования притока дополнительно содержит выпускное отверстие 62, расположенное на втором конце 58 камеры 54. Выпускное отверстие 62 гидравлически сообщается с каналом 48 основной трубы и, таким образом, с внутренней частью 50 основной трубы 42. Кроме того, устройство 46 регулирования притока содержит по меньшей мере один впускной канал 64, например, множество впускных каналов 64, расположенных на первом конце 56 камеры 54. В показанном примере два впускных канала 64 расположены рядом с первым концом 56.The inflow control device 46 further comprises an outlet 62 located at the second end 58 of the chamber 54. The outlet 62 is in fluid communication with the main pipe bore 48 and thus with the interior 50 of the main pipe 42. In addition, the inflow control device 46 comprises at least one inlet 64, such as a plurality of inlets 64 located at the first end 56 of the chamber 54. In the example shown, two inlets 64 are located near the first end 56.

По меньшей мере один впускной канал 64 имеет размер поперечного сечения и выполнен с возможностью закачки потока флюида, например, струи флюида, в камеру 54 на первом конце 56, когда флюид течет через впускной канал 64 в камеру 54. Каждый впускной канал 64 выполнен с возможностью закачки флюида в камеру 54 таким образом, что внутри камеры 54 создается поток флюида, который вращается и перемещается в направлении вдоль длины камеры 54 к выпускному отверстию 62, как обозначено стрелками 66. В качестве примера, выпускное отверстие 62 может быть ориентировано по одной линии с осью 60, так что флюид, выпускаемый через выпускное отверстие 62 в направлении стрелки 68, перемещается в канал 48 основной трубы, а затем во внутреннюю часть 50 основной трубы.At least one inlet 64 has a cross-sectional dimension and is configured to pump a fluid stream, such as a jet of fluid, into chamber 54 at first end 56 as fluid flows through inlet 64 into chamber 54. Each inlet 64 is configured to pumping fluid into chamber 54 such that a fluid flow is created within chamber 54 that rotates and moves in a direction along the length of chamber 54 to outlet 62, as indicated by arrows 66. As an example, outlet 62 may be oriented in line with axis 60, so that the fluid discharged through the outlet 62 in the direction of the arrow 68 moves into the channel 48 of the main pipe, and then into the inner part 50 of the main pipe.

Тем не менее, впускной канал(-ы) 64 может быть ориентирован в поперечном направлении относительно оси 60, как показано, чтобы облегчить вращательное и поступательное движение флюида, обозначенное стрелками 66. Кроме того, впускные каналы 64 могут быть смещены относительно оси 60 и относительно друг друга, как показано. Расположение со смещением впускных каналов 64 дополнительно облегчает инициирование вращательного движения флюида, когда флюид перемещается вдоль камеры 54.However, inlet(s) 64 may be oriented transversely with respect to axis 60, as shown, to facilitate the rotational and translational movement of the fluid, indicated by arrows 66. In addition, inlets 64 may be offset relative to axis 60 and relative to each other as shown. The offset arrangement of the inlets 64 further facilitates the initiation of rotational movement of the fluid as the fluid moves along the chamber 54.

Для достижения требуемых эффектов в отношении сопротивления потоку определенных типов флюидов, протекающих через устройство 46 регулирования притока, формы впускных каналов 64 могут быть «настроены» таким образом, чтобы ограничивать приток определенных флюидов, например, многофазных флюидов, имеющих заданную долю/процентное содержание газа и/или воды. Например, каждый впускной канал 64 может иметь форму в соответствии с контуром 69, имеющим увеличивающуюся площадь поперечного сечения в направлении потока флюида.To achieve the desired effects in terms of resistance to flow of certain types of fluids flowing through the inflow control device 46, the shapes of the inlets 64 can be "tuned" in such a way as to restrict the inflow of certain fluids, for example, multi-phase fluids having a given fraction/percentage of gas and /or water. For example, each inlet 64 may be shaped according to a contour 69 having an increasing cross-sectional area in the direction of fluid flow.

С дополнительной ссылкой на фиг. 5 показан вариант осуществления устройства 46 регулирования притока, в котором каждый впускной канал 64 имеет размер поперечного сечения, который увеличивается при перемещении от впускного отверстия 68 к выпускному отверстию 70 впускного канала 64. Например, контур 69 впускного канала 64 может быть сформирован в коническую форму с расширяющейся площадью поперечного сечения при перемещении от впускного отверстия 68 к выпускному отверстию 70. Расширение площади поперечного сечения особенно полезно для ограничения притока многофазных смесей флюидов, содержащих фазу низкой плотности, например, газ и/или воду.With additional reference to FIG. 5 shows an embodiment of an inflow control device 46 in which each inlet 64 has a cross-sectional dimension that increases from inlet 68 to outlet 70 of inlet 64. For example, contour 69 of inlet 64 may be formed into a conical shape with expanding cross-sectional area as one moves from inlet 68 to outlet 70. The expansion of cross-sectional area is particularly useful for restricting the inflow of multi-phase fluid mixtures containing a low density phase, such as gas and/or water.

Что касается многофазных смесей, таким смесям присуще значительное поверхностное натяжение в скважинных условиях, и в первичной фазе в них образуются капли или пузырьки вторичной фазы. Образование капель/пузырьков приводит к разделению фаз во вращающихся потоках в камере 54. Разделение фаз эффективно повышает коэффициент расхода смеси по сравнению с характеристиками однородного потока. Коэффициент расхода можно получить с помощью следующего уравнения: With regard to multiphase mixtures, such mixtures have significant surface tension in downhole conditions, and droplets or bubbles of the secondary phase are formed in the primary phase. The formation of droplets/bubbles results in phase separation in the rotating streams in chamber 54. The phase separation effectively increases the flow rate of the mixture over that of a uniform flow. The flow rate can be obtained using the following equation:

, (1)

, (one)

где Q - объемный расход; А - площадь поперечного сечения; ρ_mix - плотность смеси; а Δp - падение давления.where Q is the volume flow; A - cross-sectional area; ρ _mix is the density of the mixture; and Δp is the pressure drop.

Плотность многофазного потока в настоящем уравнении (1) представляет плотность однородной смеси: The multiphase flow density in this equation (1) represents the density of a homogeneous mixture:

. (2)

В последнем уравнении α_o, α_w и α_g представляют собой объемные доли соответственно свободных нефтяной, водной и газовой фаз; ρ_o - плотность свободного масла; ρ_w - плотность воды; ρ_g - плотность газовых фаз. За счет формирования впускных каналов 64 с увеличивающейся площадью поперечного сечения флюид становится более однородным внутри устройства 46 регулирования притока.In the last equation, α _o , α _w and α _g are the volume fractions of the free oil, water and gas phases, respectively; ρ _o - density of free oil; ρ _w is the density of water; ρ _g - density of gas phases. By forming the inlet channels 64 with increasing cross-sectional area, the fluid becomes more uniform within the inflow control device 46 .

В соответствии с вариантом осуществления используют пару впускных каналов 64, и каждый впускной канал 64 может быть выполнен в виде конического диффузора 72 с расширяющейся площадью поперечного сечения. Кроме того, впускные каналы 64 ориентированы в направлениях, противоположных друг другу, с заданным смещением относительно друг друга на противоположных сторонах оси 60, как показано на фиг. 5. Смещение помогает обеспечить завихряющийся поток в камере 54 при поступлении многофазного флюида через впускные каналы 64. Завихряющийся поток внутри устройства 46 регулирования притока отделяет жидкость и образует жидкую пленку вдоль стенок камеры 54. Затем жидкая пленка повторно захватывается поступающим многофазным флюидом, протекающим через конические диффузоры 72 впускных каналов 64, таким образом делая смесь эффективно более тяжелой. В результате этого в случае газовых смесей создается более высокая потеря давления, и в случае таких многофазных смесей достигается требуемое ограничение потока. In accordance with an embodiment, a pair of inlets 64 are used, and each inlet 64 may be in the form of a conical diffuser 72 with an expanding cross-sectional area. In addition, the inlet passages 64 are oriented in opposite directions to each other, with a predetermined offset relative to each other on opposite sides of the axis 60, as shown in FIG. 5. The offset helps provide swirling flow in chamber 54 as multiphase fluid enters through inlets 64. The swirling flow within influx control device 46 separates the liquid and forms a liquid film along the walls of chamber 54. The liquid film is then reentrained by the incoming multiphase fluid flowing through the cone diffusers. 72 inlets 64, thus making the mixture effectively heavier. As a result, a higher pressure loss is generated in the case of gas mixtures, and in the case of such multi-phase mixtures, the required flow restriction is achieved.

Как графически показано на фиг. 6, конические диффузоры 72 начинают реагировать на наличие газа и/или воды при низких объемных долях нежелательного флюида (UFVF), и они сохраняют это преимущество вплоть до UFVF, равного приблизительно 1 (см. линию 74 графика). Для сравнения, график на фиг. 6 также содержит линию 76 графика, которая показывает пример коэффициента C_d, когда поток флюида движется по впускным каналам, которые имеют цилиндрическую форму, а не показанные расширяющиеся конические формы. Пример устройств регулирования притока, в которых используются цилиндрические впускные отверстия, можно найти в родственной заявке на патент США 2016/0160616 А1, содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки. Для дальнейшего сравнения, использование простых отверстий вместо впускных каналов 64 привело бы к относительно постоянному C_d, составляющему приблизительно 1,0. Следует отметить, что конические диффузоры 72/впускные каналы 64 также предназначены для ограничения притока флюида с процентным содержанием воды, например, высокой обводненностью.As shown graphically in FIG. 6, the cones 72 begin to respond to the presence of gas and/or water at low undesirable fluid volume fractions (UFVF), and they retain this advantage down to a UFVF of approximately 1 (see graph line 74). For comparison, the graph in Fig. 6 also contains a graph line 76 which shows an example of the coefficient C _d when fluid flows through inlets that are cylindrical in shape rather than the flared conical shapes shown. An example of flow control devices using cylindrical inlets can be found in related US 2016/0160616 A1, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety. For further comparison, using simple orifices instead of inlets 64 would result in a relatively constant C _d of approximately 1.0. It should be noted that cones 72/inlets 64 are also designed to restrict the influx of fluid with a water percentage, such as a high water cut.

Как дополнительно показано на графике на фиг. 7, противоположные смещенные конические диффузоры 72 впускных каналов 64 делают более постепенным уменьшение плотности смеси с ростом объемной доли газа (GVF), т. е. поток является более однородным (см. линию 78 графика). Для сравнения, график на фиг. 7 также содержит линию 80 графика, которая показывает пример изменений плотности смеси, когда поток флюида движется по впускным каналам, которые имеют цилиндрическую форму, а не показанные расширяющиеся конические формы. Аналогичная тенденция наблюдается в отношении вязкости смеси.As further shown in the graph in FIG. 7, the opposing offset cones 72 of the inlets 64 make the mixture density decrease more gradually as the gas volume fraction (GVF) increases, i.e., the flow is more uniform (see graph line 78). For comparison, the graph in Fig. 7 also contains a graph line 80 that shows an example of mixture density changes as fluid flows through inlets that are cylindrical in shape rather than the expanding cone shapes shown. A similar trend is observed in relation to the viscosity of the mixture.

Следует отметить, что контуры и формы впускных каналов 64 можно регулировать для достижения различных эффектов в отношении регулирования притока нежелательных флюидов. В целом в соответствии с фиг. 8, например, показан вариант осуществления, в котором во впускном отверстии 68 каждого впускного канала 64 предусмотрен закругленный край 82. Было обнаружено, что острые края впускного отверстия могут создавать так называемый эффект «местного сужения потока», который в некоторых случаях может снизить производительность устройства.It should be noted that the contours and shapes of the inlets 64 can be adjusted to achieve various effects in terms of controlling the influx of unwanted fluids. In general, in accordance with FIG. 8, for example, shows an embodiment in which a rounded edge 82 is provided at the inlet 68 of each inlet port 64. It has been found that sharp edges of the inlet can create a so-called "local constriction" effect, which in some cases can reduce the performance of the device. .

В показанном варианте осуществления закругленный край 82 впускного отверстия 68 объединен с коническим диффузором 72 для образования впускного канала 64 типа Вентури. Другими словами, каждый впускной канал 64 выполнен таким образом, что имеет площадь поперечного сечения, которая сначала постепенно уменьшается, а затем увеличивается в направлении потока флюида. Закругленные края 82 создают контур 69, который постепенно направляет протекающий флюид в уменьшенную площадь поперечного сечения до того, как площадь поперечного сечения увеличится, когда флюид протекает вдоль части конического диффузора 72 впускного канала 64. Использование закругленных краев 82 в сочетании с коническими диффузорами 72 помогает устройству 46 регулирования притока сопротивляться как потоку многофазных флюидов, когда доля или процентное содержание газа (или воды) поднимается выше заданного уровня, так и потоку нежелательного однофазного флюида, например, газа и/или воды.In the illustrated embodiment, the rounded edge 82 of the inlet 68 is combined with a conical diffuser 72 to form a venturi-type inlet 64. In other words, each inlet 64 is configured to have a cross-sectional area that first gradually decreases and then increases in the direction of fluid flow. The rounded edges 82 create a contour 69 that gradually directs the flowing fluid into the reduced cross-sectional area before the cross-sectional area increases as the fluid flows along the cone 72 portion of the inlet 64. The use of the rounded edges 82 in combination with the cones 72 aids the device 46 flow control to resist both the flow of multi-phase fluids, when the proportion or percentage of gas (or water) rises above a predetermined level, and the flow of unwanted single-phase fluid, such as gas and/or water.

Во многих скважинных эксплуатационных применениях скважинное оборудование для заканчивания скважины вызывает прорыв нежелательного флюида в виде многофазной смеси, протекающей через устройство, с фазами, которые имеют тенденцию к разделению. Использование противоположных конических диффузоров 72 вдоль впускных каналов 64 для создания противоположных впускных струй с небольшим смещением хорошо срабатывает в случае ограничения притока нежелательных многофазных смесей. По сути, конические диффузоры 72 гомогенизируют смесь флюидов внутри устройства 46 регулирования притока путем повторной закачки разделенных фаз обратно в смесь.In many downhole production applications, downhole completion equipment causes unwanted fluid breakthrough in the form of a multi-phase mixture flowing through the tool, with phases that tend to separate. The use of opposing cones 72 along the inlet channels 64 to create opposing, slightly offset inlet jets works well in limiting the influx of unwanted multiphase mixtures. Essentially, the cones 72 homogenize the fluid mixture within the ICD 46 by reinjecting the separated phases back into the mixture.

Как обсуждалось выше со ссылкой на фиг. 6, конические диффузоры 72 позволяют устройству 46 регулирования притока начать реагировать на наличие газа и/или воды на ранних этапах прорыва, когда доля газа относительно мала. Устройство 46 регулирования притока способно поддерживать это сопротивление притоку газа и/или воды, когда процентное содержание газа увеличивается почти до 100%, как показано значением 1 на горизонтальной оси графика на фиг. 6. Впускные края 82 могут использоваться для обеспечения эффективного сопротивления газу и/или воде, когда содержание газа и/или воды высокое, например, когда смесь флюида представляет собой одну фазу или приближается к одной фазе. Во многих применениях по добыче нефти очень желательна возможность автоматического запирания газа и/или воды при более низких значениях UFVF.As discussed above with reference to FIG. 6, the cones 72 allow the inflow control device 46 to start responding to the presence of gas and/or water in the early stages of a breakthrough when the proportion of gas is relatively small. The inflow control device 46 is able to maintain this resistance to gas and/or water inflow when the gas percentage increases to nearly 100%, as shown by the value 1 on the horizontal axis of the graph in FIG. 6. The inlet edges 82 can be used to provide effective gas and/or water resistance when the gas and/or water content is high, such as when the fluid mixture is one phase or approaches one phase. In many oil recovery applications, the ability to automatically shut off gas and/or water at lower UFVFs is highly desirable.

Следует отметить, что контур расширяющейся площади поперечного сечения каждого впускного канала 64 можно регулировать для обеспечения требуемых эффектов в зависимости от типов нежелательных флюидов и скважинных условий для заданной операции. Впускные каналы 64 каждого устройства 46 регулирования притока можно регулировать, чтобы содействовать регулированию добычи воды и/или газа. Аналогично, размер и форму камеры 54 можно регулировать в зависимости от параметров заданной операции.It should be noted that the contour of the expanding cross-sectional area of each inlet 64 can be adjusted to provide the desired effects depending on the types of undesirable fluids and downhole conditions for a given operation. The inlets 64 of each inflow control device 46 can be adjusted to help control water and/or gas production. Similarly, the size and shape of the camera 54 can be adjusted depending on the parameters of a given operation.

Форма, размер и контур впускных каналов 64 также могут быть выбраны для ограничения потока нежелательных флюидов на основании различных свойств флюидов или комбинаций свойств флюидов. Примеры таких свойств флюидов включают вязкость, плотность, скорость потока или другие свойства приточного флюида. Тип флюида, который является желательным или нежелательным, также можно изменять в зависимости от параметров заданной скважинной операции. Конфигурацию устройств 46 регулирования притока можно соответственно регулировать. The shape, size, and contour of the inlets 64 may also be selected to restrict the flow of unwanted fluids based on various fluid properties or combinations of fluid properties. Examples of such fluid properties include viscosity, density, flow rate, or other properties of the supply fluid. The type of fluid that is desirable or undesirable can also be varied depending on the parameters of a given well operation. The inflow control devices 46 can be configured accordingly.

Несмотря на то, что выше подробно описаны несколько вариантов осуществления настоящего изобретения, специалисты в данной области техники легко поймут, что возможно множество модификаций без существенного отступления от идей настоящего изобретения. Соответственно, такие модификации входят в объем настоящего изобретения, определенный в формуле изобретения.While several embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will readily appreciate that many modifications are possible without substantially departing from the teachings of the present invention. Accordingly, such modifications are within the scope of the present invention as defined in the claims.

Claims

1. A well fluid inflow control system, comprising:

a tubing string located in a wellbore, the tubing string comprising a main pipe, a plurality of filter assemblies located around the main pipe, and a plurality of inflow control devices located along the main pipe, in cooperation with a plurality of filter assemblies to control the flow fluid flowing into the interior of the main pipe, each inflow control device comprising:

a housing defining a chamber having a first end, a second end and a length along which the cross-sectional area of the chamber decreases, the chamber being conical;

- an outlet located at the second end of the chamber, with the outlet in communication with the inside of the main pipe; and

- at least one inlet channel communicating with the chamber, and at least one inlet channel has a cross-sectional size that increases when moving from the inlet hole of at least one inlet channel to the outlet hole of at least one inlet channel, while at least one inlet is configured to, in response to fluid input, pump a flow into the chamber near the first end of the chamber such that a fluid flow is created within the chamber that rotates and moves in a direction along the length of the chamber toward the outlet.

2. The system of claim. 1, in which the inlet has a rounded edge.

3. The system of claim 1, wherein the at least one inlet comprises at least one selected from the group consisting of a cone section and a pair of inlets offset from each other to facilitate rotation of the fluid flow in the chamber.

4. The system of claim. 1, in which each inlet blocks the flow of fluid flowing into the chamber when the fluid is a multi-phase fluid with a given percentage of gas and/or water.

5. A fluid flow control system comprising

an inflow control device, comprising:

- an outlet located at the second end of the chamber; and

- a plurality of inlets communicating with the chamber, each inlet having a contour with a cross-sectional dimension that increases as one moves from the inlet to the outlet of the inlet, each inlet is configured to, in response to fluid input, pump a flow into the chamber near the first end of the chamber in such a way that a fluid flow is created inside the chamber, which rotates and moves in a direction along the length of the chamber to the outlet, while the contour of the inlet is shaped, suitable for increasing resistance to flow in the presence of certain types of fluids.

6. The system of claim. 5, in which the inlet has a rounded edge, and each inlet channel contains a section of a conical diffuser.

7. The system of claim. 5, in which the inlet channels are offset from each other to facilitate the rotation of the fluid flow in the chamber.

8. The system of claim. 5, further comprising a sand filter assembly located around the main pipe, and the inflow control device is located on the main pipe so that the outlet is in communication with the interior of the main pipe.

9. A method for controlling the inflow of a well fluid, including:

arranging a plurality of inflow control devices along the downhole tubing string;

forming each inflow control device with a body defining a chamber having a first end, a second end, and a length along which the cross-sectional area of the chamber decreases; an outlet located at a second end of the chamber, the outlet communicating with the inside of the downhole tubing string; and a plurality of inlet channels communicating with the chamber;

providing each inlet with a cross-sectional dimension that increases as one moves from the inlet to the outlet of the inlet; and

orienting each inlet to inject incoming fluid into a chamber proximate the first end of the chamber such that a fluid flow is created within the chamber that rotates and moves in a direction along the length of the chamber toward the outlet.

10. The method of claim 9, further comprising:

forming an inlet of each inlet with a rounded edge; and

providing each inlet with a flared cone diffuser section downstream of the rounded edge.