РАСШИРЯЕМОЕ УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОТОКА
EXTENDABLE FLOW CONTROL DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройствам выравнивания потока, предназначенным для регулирования потока, поступающего из пласта в эксплуатационную колонну, таким образом, чтобы более равномерно отбирать флюид из различных частей продуктивного пласта.
Уровень техники
Кольцевой поток, в особенности на длинных горизонтальных участках скважины, создает неравномерность потока в эксплуатационную колонну и способствует выносу песка и вместе с ним эрозии, которая отрицательно воздействует на такое скважинное оборудование, как фильтры. Для подавления такой тенденции к неравномерности входного потока, вызванной кольцевым потоком вокруг наружной поверхности секции фильтра, в прошлом делались попытки введения механизма регулирования потока в отдельные секции фильтра, чтобы перенаправить большую часть потока, которая обычно поступает ближе к верхней или нижней по направлению скважины части сборки фильтра, так как они представляют собой путь наименьшего сопротивления. По существу решение проблемы заключалось в изменении конфигурации секций фильтра так, чтобы в каждой такой секции поток мог бы проходить через фильтрующий материал и затем в кольцевое пространство, сформированное между фильтром и основной трубой, которая была бы сплошной в этой части фильтра. После прохождения такого участка поток направлялся бы по извилистому пути, прежде чем достигнуть отверстия в основной трубе. Каждая секция фильтра могла бы иметь форму, создающую определенное сопротивление, так что сборка фильтров в совокупности могла бы выравнивать поток из пласта по длине продуктивной зоны. Для иллюстрации такого подхода можно сослаться на фильтр марки Equalizer™, поставляемый фирмой Бейкер Хьюз Инкорпорейтед, Хьюстон, Техас, и подробно описанный в опубликованной в Трудах американского общества инженеров-нефтяников (SPE Paper) статье 78293 под названием "Экономический эффект применения устройства регулирования входного потока при заканчивании горизонтальной скважины с использованием взаимосвязанной модели коллектор-скважина" автора Jody Augustine. Этой концепции касаются также патенты US 3450207, 5435393 и 6112815. При использовании таких устройств кольцевое пространство традиционно заполняют гравием, чтобы регулировать параметры потока и ограничивать вынос нежелательного песка.
В последнее время получила распространение концепция расширения (развальцовки) трубы в скважине, и фильтры стали расширять для того, чтобы уменьшить величину окружающего кольцевого пространства с намерением устранить необходимость в гравийном фильтре. В частности, на длинных горизонтальных участках скважины существовала проблема распределения гравия, и идея расширения фильтра казалась путем ее решения, связанным с уменьшением кольцевого пространства вокруг фильтра в необсаженной скважине.
Однако несмотря на использование технологии расширения проблемы, связанные с кольцевым потоком и неравномерностью потока из пласта через фильтры в эксплуатационную колонну, сохранились. Оригинальная конструкция известных устройств выравнивания потока не дает возможности расширять их. Соответственно, в основу настоящего изобретения положена задача создания устройства, пригодного для расширения и при этом обеспечивающего возможность равномерного распределения потока из пласта в эксплуатационную колонну. Эти и другие признаки настоящего изобретения станут для специалиста в данной области более ясными из подробного описания предпочтительного варианта выполнения изобретения, чертежей и формулы изобретения, приведенных далее.
Краткое изложение сущности изобретения
Предлагаемый в изобретении способ включает использование основной трубы, перфорированной только на определенных участках под каждой секцией фильтра. Входящий поток поступает через наружный защитный кожух, введение которого является опционным, и проходит через материал фильтра в кольцевое пространство между материалом фильтра и сплошным участком основной трубы. После движения в продольном направлении в кольцевом пространстве поток на пути, сформированном снаружи по-прежнему сплошной основной трубы, должен пройти через участок дросселирования, предпочтительно содержащий пористую среду. После прохождения через пористую среду в определенной секции фильтра поток может поступить через отверстия в основную трубу. В предпочтительном варианте окружающее кольцо защищает пористую среду при опускании в скважину и расширении и опционно может также создавать дополнительное сопротивление потоку, действуя совместно с пористой средой. Вместо пористой среды могут быть предусмотрены и другие средства дросселирования потока.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - в схематическом виде поперечное сечение предпочтительного варианта выполнения изобретения;
на фиг.2 - сечение секции фильтра, в котором использовано настоящее изобретение;
на фиг.3 - альтернативный вариант выполнения, используемый вместе с фильтром;
на фиг.4 - сечение горизонтального участка скважины, на котором использована сборка расширенных фильтров, выполненных по настоящему изобретению.
Подробное описание предпочтительного варианта выполнения изобретения
На фиг.1 и 2 можно видеть, что предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения включает основную трубу 10, поступающую в виде секций, одна из которых показана на фиг.2. Имеется одно или более отверстие 12, расположенное предпочтительно у верхнего по направлению ствола скважины конца 14 основной трубы 10. Наружный узел 16 перекрывает отверстия 12 так, что образует вход 18 потока, поступающего в кольцевое пространство 20, показанное на фиг.2 под фильтром 22. В одном из вариантов выполнения перед поступлением потока в отверстия 12 на его пути в качестве сопротивления помещается металлическая или неметаллическая среда 24, такая как плетеный материал, стержни или шарики, уложенные слоями или спеченные для создания сопротивления потоку. Хотя среда 24 может отфильтровывать частицы, прошедшие через фильтр 22, ее основное назначение создавать сопротивление потоку, чтобы обеспечить сбалансированность потока из продуктивной зоны 26, показанной на фиг.4, в которой проходят сборки частей 28 фильтра, что может иметь место в почти горизонтальной зоне.
Стрелка 30 на фиг.2 обозначает расширение изнутри канала 32, проходящего в основной трубе 10. Расширение можно осуществлять любым известным способом, таким как введение постоянного или подвижного пуансона, раздувание путем приложения давления между двумя уплотнениями в оправке или применение роликовой развальцовки с неподвижными или катящимися роликами. В предпочтительном варианте выполнения изобретения наружная поверхность в процессе расширения приводится в непосредственную близость с необсаженной скважиной. Пористая среда обладает некоторой устойчивостью к разрушению при расширении основной трубы 10, даже когда наружная поверхность 34 при расширении приходит в контакт со стенкой ствола скважины или окружающей трубной конструкцией. Сопротивление потоку должно быть одинаковым в каждой секции фильтра. Предпочтительно, чтобы сопротивление в верхней части по стволу скважины было бы большим, чтобы скомпенсировать пути наименьшего сопротивления, образуемые там, в отличие от секций 28 фильтра, находящихся ниже по стволу, где сопротивление поступлению и движению потока к поверхности больше.
Как показано на фиг.1, в изобретении можно обойтись вообще без всяких фильтров. Это может быть просто ряд входов 12 с дросселями 24 потока, связанными с каждым из таких отверстий 12, а также наружный узел 16, способствующий удержанию дросселя 24 и/или добавляющий кольцевой канал с входом 18, который сам может работать как дроссель потока в зависимости от ожидаемой скорости потока и площади поперечного сечения входа 18. Альтернативно дросселем 24 потока и узлом 16 можно снабдить только некоторые отверстия. Дальнейшая балансировка потока может быть выполнена путем регулирования размеров отверстий 12, располагая при этом отверстия меньшего размера выше по направлению ствола скважины и отверстия большего размера ниже по направлению ствола скважины. Дроссель 24 потока может действовать как фильтр мелких частиц, прошедших через фильтр 22, хотя его основное назначение обеспечивать падение давления, при котором происходит балансировка потоков через секции фильтра.
На фиг.3 представлен альтернативный вариант выполнения изобретения с наружным кожухом 36, имеющим перфорированные участки 38 и 40, ведущие к фильтрам 42 и 44 соответственно. Основная труба 46 под фильтрами 42 и 44 перфорации не имеет, так что поток движется в продольном направлении в кольцевом пространстве 48, пока с противоположных направлений не достигнет отверстий 50. Наличие наружного кожуха 36 является опционным.
Наружный узел 16 может иметь различный вид. Одним из его предназначений является формирование канала для потока к отверстиям 12. В другом варианте он мог бы использоваться для помещения или защиты пористой среды 24 при опускании в скважину или расширении. Предпочтительно, чтобы пористая среда 24 была бы устойчивой к разрушению в процессе расширения.
Настоящее изобретение может быть использовано для балансировки потоков нефти, газа или воды из различных зон, будь эти зоны вертикальными, горизонтальными или промежуточной ориентации. За счет равномерного отбора продукта и за счет возможности расширения конструкции при использовании изобретения снижается вероятность прорыва жидкости между обсадной колонной и стенками скважины, и в некоторых случаях можно работать без установки гравийных фильтров, обеспечивая при этом лучший отбор углеводородов из зоны. Равномерный поток, который может быть достигнут, снизит также эрозию и поступление из продуктивной зоны песка и жидкости, которые могут замещать полезные флюиды пласта.
Приведенное выше описание иллюстрирует предпочтительный вариант выполнения изобретения, и специалистами в данной области могут быть внесены многочисленные изменения без выхода за рамки изобретения, которые должны точно и эквивалентно определяться согласно приведенной ниже формулы изобретения.