СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОТОКУ, ПРЕДНАЗНАЧЕННАЯ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ПОДЗЕМНОЙ СКВАЖИНЕ
FLOW RESISTANCE CONTROL SYSTEM INTENDED FOR USE IN UNDERGROUND WELLS

Область техники
Настоящее изобретение, в целом, относится к способам и оборудованию, применяемым в технологических процессах, связанных с подземной скважиной, и, как описано в приведенном ниже варианте осуществления изобретения, в частности, к системе регулирования сопротивления потоку.
Уровень техники
Среди многочисленных причин, по которым необходимо регулировать сопротивление потоку, выделяют следующие: а) управление добываемыми флюидами, b) контроль над источником добываемых флюидов, с) предотвращение повреждения пласта, d) соответствие техническим условиям, е) управление нагнетаемыми флюидами, f) контроль над зонами, в которые нагнетаются флюиды, g) предотвращение образования водяного и газового конусов, h) интенсификация притока в скважине и т.д. Таким образом, следует понимать, что существует постоянная потребность в усовершенствованных технических решениях.
Раскрытие изобретения
Ниже приведено описание предложенных в настоящем изобретении систем и способов, которые вносят конструктивные улучшения в известные из уровня техники системы регулирования сопротивления потоку флюидов, связанные с эксплуатацией скважин. В одном нижеописанном варианте осуществления настоящего изобретения сопротивление потоку регулируют путем изменения направления потока флюидов, протекающих через систему регулирования сопротивления потоку. В другом нижеописанном варианте осуществления настоящего изобретения сопротивление потоку регулируют путем изменения состояния предусмотренного в конструкции средства.
В одном из описанных вариантов осуществления настоящего изобретения предлагаемая система регулирования сопротивления потоку может содержать средство, установленное с возможностью перемещения под действием потока многокомпонентного флюида. При этом при изменении соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду в многокомпонентном флюиде происходит изменение сопротивления потоку.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения предлагаемая система регулирования сопротивления потоку может содержать камеру, через которую протекает многокомпонентный флюид, причем при изменении направления указанного потока в указанной камере происходит изменение сопротивления потоку многокомпонентного флюида, протекающему через указанную камеру. Кроме того, указанная система может содержать материал, выполненный с возможностью разбухания в ответ на уменьшение соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду в указанном многокомпонентном флюиде.
Еще в одном варианте осуществления настоящего изобретения система регулирования сопротивления потоку может содержать по меньшей мере две проточные линии, причем при изменении соотношения частей многокомпонентного флюида, протекающих через указанные проточные линии, происходит изменение сопротивления потоку многокомпонентного флюида, протекающему через указанную систему. Согласно данному варианту поток многокомпонентного флюида отклоняется относительно указанных проточных линий в ответ на изменение соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду в указанном многокомпонентном флюиде посредством предусмотренного в системе элемента с аэродинамическим профилем.
Еще в одном варианте осуществления настоящего изобретения предложен способ регулирования сопротивления потоку в подземной скважине. Указанный способ может предусматривать перемещение средства под действием потока многокомпонентного флюида и изменение сопротивления потоку многокомпонентного флюида в ответ на изменение соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду в многокомпонентном флюиде.
Эти и другие признаки, преимущества и эффекты будут понятны специалисту в данной области техники после внимательного ознакомления с подробным описанием нижеприведенных вариантов осуществления настоящего изобретения и соответствующими чертежами, на которых одинаковые элементы обозначены одними и теми же номерами позиций.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 в частичном поперечном разрезе показана скважинная система, а также проиллюстрирован соответствующий способ, которые воплощают принципы настоящего изобретения.
На фиг. 2 в поперченном разрезе показана система регулирования сопротивления потоку, которая воплощает принципы настоящего изобретения.
На фиг. 3 система регулирования сопротивления потоку показана в поперечном разрезе по линии 3-3 с фиг. 2.
На фиг. 4 в поперечном разрезе показана система регулирования сопротивления потоку, причем в камере указанной системы проиллюстрирован вихревой поток.
На фиг. 5 и 6 в поперечном разрезе показана другая конфигурация системы регулирования сопротивления потоку, причем сопротивление потоку, проиллюстрированное на фиг. 5, больше, чем в случае, представленном на фиг. 6.
На фиг. 7 в поперечном разрезе показана еще одна конфигурация системы регулирования сопротивления потоку.
На фиг. 8 система с фиг. 7 показана в поперечном разрезе по линии 8-8.
На фиг. 9 в поперечном разрезе показана система регулирования сопротивления потоку, причем сопротивление потоку, проиллюстрированное на фиг. 8, больше, чем в случае, представленном на фиг. 9.
На фиг. 10 и 11 в поперечном разрезе показана другая конфигурация системы регулирования сопротивления потоку, причем сопротивление потоку, проиллюстрированное на фиг. 11, больше, чем в случае, представленном на фиг. 10.
На фиг. 12 в поперечном разрезе показана еще одна конфигурация системы регулирования сопротивления потоку.
На фиг. 13 система с фиг. 12 показана в поперечном разрезе по линии 13-13.
На фиг. 14 в поперечном разрезе показана другая конфигурация системы регулирования сопротивления потоку.
На фиг. 15 и 16 в поперечном разрезе показан вариант исполнения переключателя потока флюида, который может быть использован в предлагаемой системе регулирования сопротивления потоку.
На фиг. 17 и 18 в поперечном разрезе показана другая конфигурация системы регулирования сопротивления потоку, причем разрез, приведенный на фиг. 17, выполнен по линии 17-17 с фиг. 18.
На фиг. 19 в поперечном разрезе показана проточная камера, которая может быть использована в предлагаемой системе регулирования сопротивления потоку.
На фиг. 20-27 в поперечном разрезе показаны дополнительные варианты исполнения переключателя потока флюида, которые могут быть использованы в предлагаемой системе регулирования сопротивления потоку.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показана система 10, предназначенная для использования в скважине, причем указанная система воплощает принципы настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, ствол 12 скважины имеет, по существу, вертикальный необсаженный участок 14, проходящий вниз от обсадной трубы 16, а также, по существу, горизонтальный необсаженный участок 18, проходящий через геологический пласт 20.
В стволе 12 скважины установлена трубчатая колонна 22 (типа насосно-компрессорной колонны). В трубчатой колонне 22 расположено множество скважинных фильтров 24, систем 25 регулирования сопротивления потоку и пакеров 26, соединенных между собой.
Пакеры 26 герметизируют кольцевое пространство 28, образованное в радиальном направлении между трубчатой колонной 22 и участком 18 ствола скважины. При этом флюиды 30 могут поступать из множества областей или зон пласта 20 через изолированные части кольцевого пространства 28 между соседними пакерами 26.
Скважинный фильтр 24 и система 25 регулирования сопротивления потоку, расположенные между каждыми двумя соседними пакерами 26, соединены между собой внутри трубчатой колонны 22. В скважинном фильтре 24 происходит фильтрация флюидов 30, поступающих в трубчатую колонну 22 из кольцевого пространства 28. Система 25 регулирования сопротивления потоку обеспечивает переменное ограничение потока флюидов 30, поступающих в трубчатую колонну 22, в зависимости от конкретных характеристик флюидов.
Необходимо отметить, что представленная на чертежах и описанная в данном документе система 10 является лишь частным примером из широкого разнообразия 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 системы 10 или ее элементами, показанными на чертежах или описанными в настоящем документе.
Например, в соответствии с принципами настоящего изобретения ствол 12 скважины может не иметь, по существу, вертикальный участок 14 или, по существу, горизонтальный участок 18. Кроме того, флюиды 30 можно не только извлекать из пласта 20, но и в других вариантах осуществления настоящего изобретения можно нагнетать в пласт, а также можно как нагнетать в пласт, так и извлекать из пласта, и т.д.
Также необязательно, чтобы каждый скважинный фильтр 24 и каждая система 25 регулирования сопротивления потоку располагались между каждой парой соседних пакеров 26. Кроме того, необязательно, чтобы каждая отдельно взятая система 25 регулирования сопротивления потоку использовалась совместно с отдельно взятым скважинным фильтром 24. При этом возможно использование любого количества, любой конфигурации и/или любого сочетания указанных элементов.
Любая система 25 регулирования сопротивления потоку может не использоваться со скважинным фильтром 24. Например, при нагнетании флюид может протекать через систему 25 регулирования сопротивления потоку, не проходя при этом через скважинный фильтр 24.
Также необязательно, чтобы скважинные фильтры 24, системы 25 регулирования сопротивления потоку, пакеры 26 и любые другие элементы трубчатой колонны 22 располагались в необсаженных участках 14, 18 ствола 12 скважины. В соответствии с принципами настоящего изобретения любой участок ствола 12 скважины может быть обсаженным или необсаженным, при этом любая часть трубчатой колонны 22 может располагаться в обсаженном или необсаженном участке ствола скважины.
Таким образом, следует четко понимать, что в настоящем документе раскрыты методы создания и использования конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения, однако принципы настоящего изобретения не ограничиваются какими-либо особенностями указанных вариантов. Напротив, принципы настоящего изобретения могут быть воплощены во множестве других вариантов, построенных на основе информации, содержащейся в настоящем документе.
Специалисту в данной области техники понятно, что преимущество настоящего изобретения состоит в возможности управления потоком 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. Предлагаемый способ управления потоком в скважине можно также использовать, помимо прочего, для сбалансированной добычи флюидов из нескольких зон или нагнетания флюидов в несколько зон пласта, минимизации добычи или нагнетания нежелательных флюидов, повышения до максимума добычи или нагнетания целевых флюидов, передачи сигналов и т.д.
В нижеприведенных вариантах осуществления настоящего изобретения сопротивление потоку, протекающему через системы 25, можно регулировать выборочно, по мере необходимости и/или в зависимости от конкретного условия. Например, поток через системы 25 может быть относительно ограничен во время установки трубчатой колонны 22 и во время установки гравийных фильтров, при этом поток через системы может проходить относительно беспрепятственно при добыче флюида 30 из пласта 20. В другом варианте осуществления настоящего изобретения поток через системы 25 может быть относительно ограничен при повышенной температуре, указывающей на прорыв пара при нагнетании пара в пласт, при этом поток через системы может протекать относительно беспрепятственно при пониженных температурах.
Варианты осуществления систем 25 регулирования сопротивления потоку, подробно описанные ниже, также могут увеличивать сопротивление потоку при повышении скорости или плотности флюидов (например, для оптимального распределения потока между зонами, для предотвращения образования водяных или газовых конусов и т.д.) или увеличивать сопротивление потоку при уменьшении вязкости флюидов (например, для ограничения в нефтяной скважине потока нежелательного флюида, например воды или газа). И наоборот, системы 25 регулирования сопротивления потоку могут уменьшать сопротивление потоку при уменьшении скорости или плотности флюидов, а также при увеличении вязкости флюидов.
Цель выполняемой операции по добыче или нагнетанию флюида определяет то, является ли флюид целевым или нет. Например, если из скважины предполагается извлекать нефть, а не воду или газ, то соответственно нефть является целевым флюидом, а вода и газ - нежелательными флюидами. Если в скважину предполагается нагнетать пар, а не воду, то, соответственно, пар является целевым флюидом, а вода - нежелательным флюидом. Если из скважины предполагается извлекать газообразные углеводороды, а не воду, то соответственно газообразные углеводороды являются целевым флюидом, а вода - нежелательным флюидом.
Необходимо отметить, что при заданных значениях температуры и давления в скважине газообразные углеводороды могут фактически находиться полностью или частично в жидкой фазе. Таким образом, следует понимать, что используемые в данном документе понятия «газ» и «газообразный» включают в себя сверхкритическую жидкую и/или газообразную фазы вещества.
На фиг. 2 в увеличенном масштабе представлен поперечный разрез системы 25 регулирования сопротивления потоку согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, а также показана часть одного из скважинных фильтров 24. В данном варианте многокомпонентный флюид 36 (который может содержать один или несколько флюидов разных типов, таких как нефть и вода, жидкая вода и парообразная вода, нефть и газ, газ и вода, нефть, вода и газ и т.д.) 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 целевых или нежелательных флюидов. В многокомпонентном флюиде могут быть смешаны жидкая вода и пар. В другом варианте в многокомпонентном флюиде могут быть смешаны нефть, вода и/или газ.
Поток многокомпонентного флюида 36, протекающий через систему 25 регулирования сопротивления потоку, ограничивают в зависимости от одной или нескольких характеристик (таких как вязкость, скорость, плотность и т.д.) многокомпонентного флюида. Затем многокомпонентный флюид 36 выпускают из системы 25 регулирования сопротивления потоку во внутреннее пространство трубчатой колонны 22 через выход 40.
В других вариантах осуществления настоящего изобретения скважинный фильтр 24 можно не использовать совместно с системой 25 регулирования сопротивления потоку (например, при нагнетательных операциях). В этом случае многокомпонентный флюид 36 может протекать через различные элементы скважинной системы 10 в противоположном направлении (например, при нагнетательных операциях). Отдельно взятая система регулирования сопротивления потоку может быть использована совместно с множеством скважинных фильтров. Кроме того, совместно с одним или несколькими скважинными фильтрами можно использовать несколько систем регулирования сопротивления потоку. Многокомпонентный флюид может быть извлечен не из кольцевого пространства или трубчатой колонны, а из других областей скважины, а также может быть подан не в кольцевое пространство или трубчатую колонну, а в другие области скважины. Многокомпонентный флюид может протекать через систему регулирования сопротивления потоку до попадания в скважинный фильтр. Выше по потоку или ниже по потоку от скважинного фильтра и/или системы регулирования сопротивления потоку могут быть подсоединены любые другие элементы. Таким образом, понятно, что принципы настоящего изобретения ни в коей мере не ограничиваются признаками варианта осуществления настоящего изобретения, раскрытого со ссылкой на фиг. 2 и проиллюстрированного на указанном чертеже.
Конструкция скважинного фильтра 24, показанного на фиг. 2, известна из уровня техники. Например, фильтр может представлять собой фильтр с проволочной обмоткой. Однако в других вариантах осуществления настоящего изобретения возможно использование фильтров иных типов и их сочетаний (например, спеченный металлический фильтр, расширяемый фильтр, фильтр с набивкой, проволочная сетка и т.д.). Кроме того, при необходимости можно использовать дополнительные элементы (защитные кожухи, трубчатые перемычки, кабели, измерительные средства, датчики, регуляторы притока и т.д.).
На фиг. 2 система 25 регулирования сопротивления потоку показана упрощенно, при этом, как подробно описано ниже, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения система может содержать различные каналы и устройства для выполнения разных функций, подробно раскрытых далее. Кроме того, система 25 предпочтительно, по меньшей мере, частично 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 иметь плоскую конструкцию и т.д. Система 25 может находиться в отдельном корпусе, прикрепленном 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 может быть прикреплена к устройству, имеющему не трубчатую форму. В соответствии с принципами настоящего изобретения система 25 может иметь любую возможную ориентацию или конфигурацию.
На фиг. 3 система 25 регулирования сопротивления потоку показана в поперечном разрезе по линии 3-3 с фиг. 2. Система 25 регулирования сопротивления потоку, изображенная на фиг. 3, может быть использована в скважинной системе 10, показанной на фиг. 1 и 2, или может быть использована в других скважинных системах, соответствующих принципам настоящего изобретения.
Как показано на фиг. 3, многокомпонентный флюид 36 протекает от входа 38 к выходу 40 через канал 44, входные проточные линии 46, 48 и проточную камеру 50. Проточные линии 46, 48 являются ответвлениями канала 44 и пересекают камеру 50 у входов 52, 54.
Как показано на фиг. 3, проточные линии 46, 48 отходят от входного канала 44 примерно под одинаковыми углами, однако в других вариантах осуществления настоящего изобретения проточные линии 46, 48 могут проходить не симметрично относительно канала 44. Например, проточная линия 48 может отходить от входного канала 44 под меньшим углом по сравнению с проточной линией 46 так, что большая часть многокомпонентного флюида 36 протекает в камеру 50 по проточной линии 48, и наоборот.
Сопротивление потоку многокомпонентного флюида 36, протекающему через систему 25, зависит от пропорций, в которых части данного многокомпонентного флюида поступают в указанную камеру по соответствующим проточным линиям 46, 48 и через соответствующие входы 52, 54. Как показано на фиг. 3, примерно половина многокомпонентного флюида 36 поступает в камеру 50 по проточной линии 46 через вход 52 и примерно половина данного многокомпонентного флюида поступает в указанную камеру по проточной линии 48 через вход 54.
При такой компоновке системы поток протекает через систему 25 относительно беспрепятственно. Многокомпонентный флюид 36 в камере 50 может свободно протекать по направлению к выходу 40 между различными лопастными элементами 56.
На фиг. 4 показана другая конфигурация системы 25, в которой сопротивление потоку, протекающему через указанную систему, выше по сравнению с конфигурацией, представленной на фиг. 3. Данное увеличение сопротивления потоку, протекающему через систему 25, может быть обусловлено изменением характеристики многокомпонентного флюида 36, изменением конфигурации системы 25 и т.д.
Часть многокомпонентного флюида, поступающая в камеру 50 через вход 52 и проточную линию 46, превышает ту часть многокомпонентного флюида, которая поступает в указанную камеру через вход 54. Когда большая часть многокомпонентного флюида 36 поступает в камеру 50 через вход 52, поток многокомпонентного флюида 36 закручивается в данной камере против часовой стрелки (как показано на фиг. 4).
Лопастные элементы 56 в силу своей конструкции способствуют формированию в камере 50 вихревого потока, в результате чего больше энергии потока многокомпонентного флюида 36 рассеивается. Таким образом, по сравнению с конфигурацией, представленной на фиг. 3, в конфигурации, показанной на фиг. 4, сопротивление потоку, протекающему через систему 25, увеличивается.
Как показано на фиг. 3 и 4, проточная камера 50 имеет несколько входов 52, 54, при этом следует отметить, что в соответствии с принципами настоящего изобретения может быть предусмотрено любое количество входов (в том числе один вход). Например, в патентной заявке США №12/792117, поданной 2 июня 2010 года, описана проточная камера с единственным входом, причем сопротивление потоку, протекающему через данную камеру, изменяется в зависимости от траектории, по которой в данную камеру поступает большая часть многокомпонентного флюида.
На фиг. 5 и 6 показана другая конфигурация системы регулирования сопротивления потоку, в которой сопротивление потоку, протекающему через систему 25, может меняться в ответ на изменение характеристики многокомпонентного флюида 36.
Как показано на фиг. 5, поток многокомпонентного флюида 36 имеет относительно высокую скорость. Многокомпонентный флюид 36, протекающий по каналу 44, проходит мимо нескольких камер 64, выполненных в боковой части данного канала. Каждая из камер 64 сообщается с переключателем 66 потока флюида, управляемым давлением.
При повышенных скоростях потока многокомпонентного флюида 36, протекающего по каналу 44, на переключатель 66 потока флюида будет действовать пониженное давление, так как данный многокомпонентный флюид протекает мимо камер 64. При этом, как показано на фиг. 5, поток данного многокомпонентного флюида будет отклоняться по направлению к ответвляющейся проточной линии 48. Большая часть многокомпонентного флюида 36 поступает в камеру 50 через вход 54, при этом сопротивление потоку, протекающему через систему 25, увеличивается. При пониженных скоростях потока и увеличенных значениях вязкости большая часть многокомпонентного флюида 36 будет поступать в камеру 50 через вход 52. При этом сопротивление потоку, протекающему через систему 25, уменьшается вследствие меньшего закручивания потока в данной камере.
Как показано на фиг. 6, скорость закручивания потока многокомпонентного флюида 36 в камере 50 уменьшена, и соответственно сопротивление потоку, протекающему через систему 25, также уменьшено. Следует отметить, что если скорость потока многокомпонентного флюида 36 в канале 44 уменьшается или вязкость потока данного многокомпонентного флюида увеличивается, то часть данного многокомпонентного флюида может поступать в камеры 64 и к переключателю 66 потока флюида, что также способствует отклонению потока многокомпонентного флюида по направлению к ответвляющейся проточной линии 46.
При относительно высоких скоростях, низкой вязкости и/или высокой плотности многокомпонентного флюида 36 большая часть его будет поступать в камеру 50 через проточную линию 48, как показано на фиг. 5, при этом сопротивление такому потоку будет увеличено. При относительно низкой скорости, высокой вязкости и/или низкой плотности многокомпонентного флюида 36 большая часть его будет поступать в камеру 50 через проточную линию 46, как показано на фиг. 6, при этом сопротивление такому потоку будет уменьшено.
Если целевым флюидом является нефть, а нежелательным флюидом является вода, то очевидным является тот факт, что система 25, показанная на фиг. 5 и 6, будет оказывать меньшее сопротивление потоку многокомпонентного флюида 36, протекающему через систему, при увеличении соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду, и будет оказывать большее сопротивление указанному потоку при уменьшении соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду вследствие того, что нефть имеет более высокую вязкость и меньшую плотность по сравнению с водой. Благодаря высокой вязкости нефть, при заданном перепаде давления в системе 25, как правило, течет медленнее воды.
Однако в других вариантах осуществления настоящего изобретения камера 50 и лопастные элементы 56 могут иметь противоположную компоновку (например, они могут иметь компоновку, развернутую в противоположную сторону по сравнению с компоновкой, представленной на фиг. 5 и 6, наподобие компоновки, показанной на фиг. 3 и 4), при этом сопротивление потоку большей части многокомпонентного флюида 36, протекающему через проточную линию 46, будет больше сопротивления потоку большей части многокомпонентного флюида 36, протекающему через проточную линию 48. Увеличение соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду может привести к увеличению или уменьшению сопротивления потоку, протекающему через систему 25, в зависимости от конфигурации системы. Таким образом, объем настоящего изобретения не ограничивается только лишь признаками описанных в данном документе конкретных систем 25 регулирования сопротивления потоку.
В конфигурации, показанной на фиг. 3 и 4, большая часть многокомпонентного флюида 36 будет продолжать протекать через одну из проточных линий 46, 48 (вследствие эффекта Коанда) или будет протекать через обе линии 46, 48 в сравнительно равных пропорциях, пока не изменится направление потока, протекающего от канала 44. В конфигурации, показанной на фиг. 5 и 6, направление потока, протекающего от канала 44, может быть изменено посредством переключателя 66 потока флюида, который воздействует на многокомпонентный флюид 36, вынуждая его протекать по направлению к одной из двух проточных линий 46, 48. В других вариантах осуществления настоящего изобретения при необходимости может быть использовано большее или меньшее количество проточных линий.
Далее приведено описание дополнительных методов перенаправления потока многокомпонентного флюида 36, протекающего через систему 25, и регулирования сопротивления потоку указанного многокомпонентного флюида. Указанные методы могут быть использованы в сочетании с конфигурациями, показанными на фиг. 3-6, или могут быть использованы с системами регулирования сопротивления потоку других типов.
На фиг. 7-9 показана другая конфигурация системы 25 регулирования сопротивления потоку. Данная система в некоторой степени похожа на конфигурацию, представленную на фиг. 3-6. Отличие конфигурации с фиг. 7-9 состоит в том, что вместо проточной камеры 50 в показанной системе использовано средство 58, выполненное с возможностью перемещения при изменении соотношения частей многокомпонентного флюида 36, протекающих через проточные линии 46, 48 (данное соотношение представляет собой отношение части многокомпонентного флюида, протекающей через одну проточную линию, к части многокомпонентного флюида, протекающей через вторую проточную линию).
Например, как показано на фиг. 8, большая часть многокомпонентного флюида 36 протекает через проточную линию 48, при этом такой поток, наталкиваясь на средство 58, приводит к перемещению данного средства в положение, в котором сопротивление указанному потоку увеличивается. Следует отметить, что, как показано на фиг. 8, средство 58 само по себе фактически полностью блокирует протекание многокомпонентного флюида 36 к выходу 40.
Как показано на фиг. 9, большая часть многокомпонентного флюида 36 протекает через проточный канал 46, в результате чего средство 58 перемещается в положение, в котором сопротивление указанному потоку в системе 25 уменьшается. На фиг. 9 показано, что средство 58 не блокирует протекание многокомпонентного флюида 36 к выходу 40 в той степени, как это происходит в конфигурации, показанной на фиг 8.
В других примерах средство 58 само по себе может не перекрывать поток многокомпонентного флюида 36, при этом указанное средство может смещаться в положения, показанные на фиг. 8 и/или на фиг. 9 (например, под действием пружин, сжатого газа, прочих смещающих устройств и т.д.), изменяя, тем самым, соотношение частей многокомпонентного флюида 36, которые должны протекать через конкретную проточную линию 46, 48 для перемещения указанного средства. Предпочтительно, что многокомпонентный флюид 36 необязательно должен протекать только лишь через одну из проточных линий 46, 48 для перемещения средства 58 в конкретное положение, однако при необходимости такая конфигурация также может быть применена.
Указанное средство 58 закреплено с помощью соединителя 60. Указанный соединитель 60 предпочтительно служит не только для прикрепления средства 58, но и для противодействия перепаду давления, действующему на указанное средство на участке от проточных линий 46, 48 до выхода 40. Данный перепад давления может формироваться при протекании многокомпонентного флюида 36 через систему 25, при этом указанный соединитель может оказывать сопротивление результирующим силам, действующим на указанное средство 58, при этом указанное средство сохраняет способность свободно перемещаться при изменении соотношения частей потока, протекающих через проточные линии 46, 48.
В примере, показанном на фиг. 8 и 9, соединитель 60 изображен в виде вращательного или поворотного соединителя. Однако в других примерах указанный соединитель 60 может быть жестким, скользящим, с возможностью поступательного движения и т.д., обеспечивая при этом перемещение средства 58 в любом из направлений - окружном, осевом, продольном, поперечном, радиальном и т.д.
В одном из примеров указанный соединитель 60 представляет собой жесткий соединитель, содержащий упругий стержень 62, проходящий между соединителем и указанным средством 58. Указанный соединитель 60 не обладает способностью вращаться, при этом указанный стержень 62 может изгибаться, обеспечивая возможность перемещения указанного средства 58, причем он создает смещающее усилие в направлении к положению, показанному на фиг. 8 и характеризующемуся большим сопротивлением потоку, к положению, показанному на фиг. 9 и характеризующемуся меньшим сопротивлением потоку, или к любому другому положению (например, промежуточному положению между указанным положением, характеризующимся большим сопротивлением потоку, и указанным положением, характеризующимся меньшим сопротивлением потоку).
Другое отличие конфигурации, показанной на фиг. 7-9, от конфигураций, показанных на фиг. 3-6, состоит в том, что в данной конфигурации предусмотрен переключатель 66 потока флюида с множеством управляющих каналов 68, 70. В отличие от этого, в конфигурации, показанной на фиг. 3 и 4, управляемый переключатель потока флюида отсутствует, а в конфигурации, показанной на фиг. 5 и 6, переключатель 66 потока флюида имеет единственный управляющий канал 68. Однако следует понимать, что в соответствии с принципами настоящего изобретения в любой конфигурации системы 25 регулирования сопротивления потоку может быть использован любой переключатель потока флюида и любое количество управляющих каналов.
Как показано на фиг. 7, переключатель 66 потока флюида направляет многокомпонентный флюид 36 к проточной линии 46, когда поток 72 через управляющий канал 68 протекает к указанному переключателю и/или когда поток 74 в управляющем канале 70 протекает от указанного переключателя. Переключатель 66 потока флюида направляет многокомпонентный флюид 36 к проточной линии 48, когда поток 72 через управляющий канал 68 протекает от указанного переключателя и/или когда поток 74 в управляющем канале 70 протекает к указанному переключателю.
Таким образом, поскольку соотношение частей многокомпонентного флюида 36, протекающих через проточные линии 46, 48, можно менять посредством переключателя 66 потока флюида в зависимости от потоков 72, 74, протекающих через управляющие каналы 68, 70, сопротивление потоку многокомпонентного флюида 36, протекающему через систему 25, можно регулировать путем изменения потоков через указанные управляющие каналы. Для этого управляющие каналы 68, 70 могут быть соединены с любым из множества устройств, позволяющих воздействовать на потоки 72, 74, протекающие через указанные управляющие каналы.
Например, камеры 64 в конфигурации, показанной на фиг. 5 и 6, могут быть соединены с управляющим каналом 68 или 70 и другой группой камер, или другое устройство может быть соединено с оставшимся управляющим каналом. Потоки 72, 74, протекающие через управляющие каналы 68, 70, можно изменять автоматически (например, посредством камер 64 и т.д.) при изменении одного или нескольких свойств (таких как плотность, вязкость, скорость и т.д.) многокомпонентного флюида 36; указанными потоками можно управлять на месте (например, на основании результатов измерений, получаемых от датчиков, и т.д.); или указанными потоками можно управлять удаленно (например, с поверхности земли, из другого удаленного места и т.д.). В соответствии с принципами настоящего изобретения возможно использование любых методов управления потоками 72, 74, протекающими через управляющие каналы 68, 70.
Предпочтительно, что поток 72 протекает к переключателю 66 потока флюида и/или поток 74 протекает от указанного переключателя потока флюида, когда многокомпонентный флюид 36 характеризуется увеличенным соотношением целевого флюида к нежелательному флюиду. В результате, большая часть указанного многокомпонентного флюида будет направляться указанным переключателем потока флюида к проточной линии 46, что приведет к уменьшению сопротивления потоку, протекающему через систему 25. И наоборот, предпочтительно, что поток 72 протекает от переключателя 66 потока флюида и/или поток 74 протекает к указанному переключателю потока флюида, когда многокомпонентный флюид 36 характеризуется уменьшенным соотношением целевого флюида к нежелательному флюиду. В результате, большая часть указанного многокомпонентного флюида будет направляться указанным переключателем потока флюида к проточной линии 48, что приведет к увеличению сопротивления потоку, протекающему через систему 25.
На фиг. 10 и 11 показана другая конфигурация системы 25 регулирования сопротивления потоку. В указанной конфигурации средство 58 установлено с возможностью вращения вокруг соединителя 60, что обеспечивает переключение между положением, характеризующимся меньшим сопротивлением потоку (фиг. 10), и положением, характеризующимся большим сопротивлением потоку (фиг. 11).
Как и в конфигурации, показанной на фиг. 7-9, в конфигурации, представленной на фиг. 10 и 11, предусмотрено средство 58, на которое действует поток со стороны обеих проточных линий 46, 48. В зависимости от соотношения указанных потоков средство 58 может перемещаться в любое из положений, показанных на фиг. 10 и 11 (или в любое промежуточное положение между указанными положениями). Указанное средство 58 в конфигурациях, показанных на фиг. 7-11, может смещаться в сторону любого положения или удерживаться в любом положении с возможностью отцепления для регулирования соотношения протекающих через проточные линии 46, 48 потоков, необходимого для перемещения указанного средства в другое положение.
На фиг. 12 и 13 показана другая конфигурация системы 25 регулирования сопротивления потоку. В указанной конфигурации средство 58 расположено в камере 50, соединенной с проточными линиями 46, 48.
В примере, показанном на фиг. 12 и 13, большая часть потока многокомпонентного флюида 36, протекающая через проточную линию 46, вызывает вращение средства 58 вокруг соединителя 60 и переход средства 58 в положение, в котором поток между элементами 56 (в данном примере - элементами, представляющими собой лопатки, проходящие в окружном направлении) не перекрывается средством 58. Если же большая часть указанного потока протекает в проточную камеру 50 через проточную линию 48, то средство 58, вращаясь, перейдет в положение, в котором поток между лопастными элементами 56 перекрывается средством 58, увеличивая, тем самым, сопротивление потоку.
На фиг. 14 показана другая конфигурация системы 25 регулирования сопротивления потоку. В данном примере, в отличие от конфигурации, показанной на фиг. 12 и 13, проточная линия 46 соединена с камерой 50 в большей степени в радиальном направлении (нежели по касательной).
Кроме того, средство 56 и элементы 58 расположены на расстоянии друг от друга, обеспечивая прохождение относительно прямого потока многокомпонентного флюида 36 от входа 54 к выходу 40. Такая конфигурация может быть особенно целесообразной, когда многокомпонентный флюид 36 направлен переключателем 66 потока флюида к проточной линии 46 при увеличенном соотношении целевых флюидов к нежелательным флюидам в многокомпонентном флюиде.
В данном примере при протекании большей части многокомпонентного флюида 36 через проточную линию 48 поток в камере 50 закручивается сильнее, что приводит к повышению рассеяния энергии и увеличению сопротивления потоку, кроме того, средство 58 начинает вращаться, перемещаясь в положение, при котором сопротивление потоку, протекающему между элементами 56, увеличивается. Такая ситуация предпочтительно возникает при уменьшении соотношения целевых флюидов к нежелательным флюидам в многокомпонентном флюиде 36.
На фиг. 15 и 16 показаны дополнительные варианты исполнения переключателя 66 потока флюида. Переключатель 66 потока флюида в указанных вариантах исполнения имеет блокирующее устройство 76, установленное с возможностью вращения вокруг соединителя 78 для увеличения степени перекрытия потока, протекающего через одну из входных проточных линий 46, 48, когда указанный переключатель потока флюида направляет поток к оставшейся проточной линии. Переключатель 66 потока флюида согласно указанным вариантам исполнения может быть использован в системе 25 любой конфигурации.
В примере, показанном на фиг. 15, один из потоков 72, 74, протекающих через управляющие каналы, или оба указанных потока воздействуют на многокомпонентный флюид 36, вынуждая его протекать по направлению к проточной линии 46. Поскольку указанный поток, направленный к проточной линии 46, наталкивается на блокирующее устройство 76, указанное устройство начинает вращаться, перемещаясь в положение, в котором оставшаяся проточная линия 48 оказывается полностью или частично перекрытой, что приводит к тому, что возросшая часть указанного многокомпонентного флюида протекает через проточную линию 46, а не через проточную линию 48. Если же один из потоков 72, 74, протекающих через управляющие каналы, или оба указанных потока воздействуют на многокомпонентный флюид 36, вынуждая его протекать по направлению к проточной линии 48, то указанный поток, наталкиваясь на блокирующее устройство 76, вызовет вращение блокирующего устройства и перемещение его в положение, в котором оставшаяся проточная линия 46 окажется полностью или частично перекрытой, что приведет к тому, что возросшая часть указанного многокомпонентного флюида станет протекать через проточную линию 48, а не через проточную линию 46.
В примере, показанном на фиг. 16, один из потоков 72, 74, протекающих через управляющие каналы, или оба указанных потока воздействуют на блокирующее устройство 76 так, что оно увеличивает степень перекрытия одной из проточных линий 46, 48. Таким образом, возросшая часть многокомпонентного флюида 36 будет протекать через проточную линию 46, 48, в меньшей степени перекрытую блокирующим устройством 76. Когда один из потоков 72, 74 или оба указанных потока воздействуют на блокирующее устройство 76 так, что оно увеличивает степень перекрытия проточной линии 46, то указанное блокирующее устройство, вращаясь, перемещается в положение, в котором оставшаяся проточная линия 48 оказывается не перекрытой, что способствует протеканию возросшей части указанного многокомпонентного флюида через проточную линию 48, а не через проточную линию 46. Если же один из потоков 72, 74, протекающих по управляющим каналам, или оба указанных потока вызывают вращение блокирующего устройства 76 в сторону проточной линии 48, то оставшаяся проточная линия 46 не будет перекрыта, и большая часть многокомпонентного флюида 36 будет протекать через проточную линию 46, а не через проточную линию 48.
Работа системы 25 становится более эффективной с увеличением соотношения частей многокомпонентного флюида 36, протекающих через проточную линию 46 или 48. Например, сопротивление потоку, протекающему через систему 25, может быть увеличено, когда многокомпонентный флюид 36 характеризуется неприемлемо низким соотношением целевых флюидов к нежелательным флюидам, при этом сопротивление потоку, протекающему через указанную систему, может быть уменьшено, когда указанный многокомпонентный флюид характеризуется сравнительно высоким соотношением целевых флюидов к нежелательным флюидам.
На фиг. 17 и 18 показана еще одна конфигурация системы 25. В некотором отношении указанная конфигурация похожа на конфигурацию, представленную на фиг. 12 и 13, а именно тем, что средство 58 установлено с возможностью вращения в камере 50 для изменения сопротивления потоку. Направление вращения средства 58 зависит от того, через какую из проточных линий 46 или 48 протекает большая часть многокомпонентного флюида 36.
В примере, показанном на фиг. 17 и 18, средство 58 имеет лопатки 80, на которые наталкивается многокомпонентный флюид 36. Таким образом, вихревой поток в камере 50 наталкивается на лопатки 80 и смещает указанное средство 58, вызывая его вращение в камере.
Когда средство 58 находится в положении, показанном на фиг. 17 и 18, отверстия 82 совмещены с отверстиями 84, при этом указанное средство, по существу, не перекрывает поток, протекающий из камеры 50. Если же средство 58, вращаясь, перемещается в положение, при котором отверстия 82, 84 не совмещены друг с другом, то указанное средство увеличивает степень перекрытия потока, протекающего из камеры 50, а сопротивление потоку повышается.
Хотя в конкретных примерах, приведенных выше, указанное средство 58 перемещается путем вращения или поворота, понятно, что оно может иметь подходящую конструкцию для перемещения в любом направлении и изменения, тем самым, сопротивления потоку в системе 25. В различных примерах указанное средство 58 может быть установлено с возможностью перемещения в окружном, осевом, продольном, поперечном и/или радиальном направлениях.
На фиг. 19 показан еще один вариант исполнения камеры 50. Указанную камеру 50, показанную на фиг. 19, можно использовать в любой конфигурации системы 25.
Одно из отличий камеры 50, показанной на фиг. 19, от остальных описанных в данном документе камер состоит в том, что у входов 52, 54 в камеру предусмотрен разбухающий материал 86, а у выхода 40 предусмотрен разбухающий материал 88. Указанные разбухающие материалы 86, 88 предпочтительно увеличиваются в объеме при контакте с нежелательными флюидами (такими как вода или газ и т.д.) и не увеличиваются в объеме при контакте с целевыми флюидами (такими как жидкие углеводороды, газ и т.д.). Однако в других примерах материалы 86, 88 могут разбухать при контакте с целевыми флюидами.
В примере, показанном на фиг. 19, разбухающие материалы 86, находящиеся у входов 52, 54, имеют форму лопаток или элементов с аэродинамическим профилем. В результате, при разбухании указанного материала поток многокомпонентного флюида 36 закручивается (как показано стрелками 36а) в камере 50, а не протекает в основном радиально (как показано стрелками 36b). При увеличении скорости закручивания потока в камере 50 рассеивается больше энергии, благодаря чему потоку, протекающему через систему 25, оказывается большее сопротивление.
Разбухающий материал 88 расположен у выхода 40 так, что при уменьшении соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду в многокомпонентном флюиде 36 указанный материал разбухает, все больше ограничивая поток через указанный выход. Таким образом, разбухающий материал 88 может увеличивать степень перекрытия потока, протекающего через систему 25, при контакте с нежелательным флюидом.
Очевидно, что разбухающие материалы 86 изменяют направление потока многокомпонентного флюида 36, протекающего через камеру 50, тем самым, изменяя сопротивление потоку, при этом разбухающий материал 88 выборочно перекрывает поток, протекающий через систему, тем самым, изменяя сопротивление потоку. В других примерах, подпадающих под объем настоящего изобретения, разбухающие материалы 86 могут изменять направление потока не у входов 52, 54, а в других местах, при этом разбухающий материал 88 может перекрывать поток не у выхода 40, а в других местах.
Разбухающие материалы 86, 88, предусмотренные в примере, показанном на фиг. 19, позволяют увеличивать сопротивление потоку при уменьшении соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду в многокомпонентном флюиде 36. Однако в других примерах указанные разбухающие материалы 86, 88 могут увеличиваться в объеме при контакте с целевым флюидом, или сопротивление потоку, протекающему через систему 25, может быть уменьшено при уменьшении соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду в многокомпонентном флюиде 36.
Слово «разбухать» и схожие с ним слова (такие как «разбухающий») в данном документе обозначают увеличение в объеме разбухающего материала. Обычно такое увеличение в объеме обусловлено введением непосредственно в разбухающий материал молекулярных компонентов активирующего вещества, однако при необходимости могут быть использованы другие процессы или механизмы, приводящие к разбуханию. Следует отметить, что процесс разбухание не идентичен процессу расширения, хотя в результате разбухания материал может расширяться.
Активирующее вещество, вызывающее разбухание указанного разбухающего материала, может представлять собой углеводородный флюид (например, нефть, газ и т.д.) или не углеводородный флюид (например, воду, пар и т.д.) В скважинной системе 10 разбухающий материал может разбухать, если многокомпонентный флюид 36 содержит активирующее вещество (например, когда активирующее вещество поступает в ствол 12 скважины из пласта 20, окружающего скважину; когда активирующее вещество циркулирует в системе 25; или когда активирующее вещество выпускают в скважине и т.д.). В результате контакта с активирующим веществом разбухающие материалы 86, 88 разбухают и, тем самым, изменяют сопротивление потоку, протекающему через систему 25.
Активирующее вещество, вызывающее разбухание указанного разбухающего материала, может содержаться во флюиде любого типа. Активирующее вещество может естественным образом присутствовать в скважине или при необходимости может быть доставлено вместе с системой 25, подано отдельно или приведено в контакт с разбухающим материалом в скважине. В соответствии с принципами настоящего изобретения может быть использован любой способ приведения активирующего вещества в контакт с разбухающим материалом.
Специалистам в данной области техники известны различные разбухающие материалы, которые разбухают при контакте с водой и/или углеводородным флюидом, поэтому полный перечень таких материалов в данном документе не приводится. Неполные перечни разбухающих материалов приведены в патентах США №3385367 и №7059415, а также в опубликованной заявке США №2004-0020662, полное содержание которых включено в данный документ путем ссылки.
В качестве альтернативного варианта, значительная часть разбухающего материала может иметь полости, сжатые или сплющенные в условиях на земной поверхности. После попадания в скважину под высоким давлением такой материал разбухает вследствие заполнения указанных полостей флюидом.
Устройство и способ такого типа могут быть использованы в случаях, в которых требуется расширение разбухающего материала в присутствии газа, а не нефти или воды. Подходящий разбухающий материал раскрыт в опубликованной заявке США №2007-0257405, полное содержание которой включено в данный документ путем ссылки.
Разбухающий материал, используемый в системе 25, может разбухать в результате диффузии углеводородов в разбухающий материал или, в случае разбухающего от воды материала, в результате поглощения воды материалом со сверхвысокой поглощающей способностью (таким как целлюлоза, глина и т.д.) и/или в результате осмотического действия солеподобного материала. При необходимости можно сочетать материалы, разбухающие от углеводородов, воды и газа.
-
Разбухающий материал может разбухать вследствие присутствия во флюиде ионов. Например, полимерные гидрогели разбухают при изменении водородного показателя рН флюида, являющегося мерой активности ионов водорода во флюиде (или, то же самое, концентрацией гидроксид-ионов [ОН] во флюиде). Также возможно разбухание вследствие присутствия во флюиде ионов соли. Такие разбухающие материалы могут разбухать в зависимости от концентрации во флюиде ионов хлора, натрия, кальция и/или калия.
Таким образом, следует четко понимать, что в соответствии с принципами настоящего изобретения может быть использован любой разбухающий материал, который разбухает при контакте с предварительно заданным активирующим веществом. Разбухающий материал также может разбухать при контакте с любым из множества активирующих веществ. Например, разбухающий материал может разбухать при контакте с углеводородным флюидом и/или при контакте с водой, и/или при контакте с конкретными ионами.
На фиг. 20-27 показаны дополнительные варианты исполнения переключателя 66 потока флюида. Данные варианты исполнения переключателя 66 потока флюида могут быть использованы с любой конфигурацией системы 25.
В примере, показанном на фиг. 20, переключатель 66 потока флюида содержит элемент 90 с аэродинамическим профилем, установленный с возможностью вращения вокруг шарнирного соединителя 92. Указанный элемент 90 с аэродинамическим профилем предпочтительно смещается (например, посредством тарельчатой пружины, устройств подмагничивания, исполнительных механизмов и т.д.) так, что он изначально направляет поток многокомпонентного флюида 36 к одной из проточных линий 46, 48. Как показано на фиг. 20, указанный элемент 90 с аэродинамическим профилем расположен так, чтобы направлять многокомпонентный флюид 36 к проточной линии 48.
Специалистам в данной области техники будет понятно, что при увеличении скорости потока подъемная сила, развиваемая указанным элементом 90 с аэродинамическим профилем, также увеличивается, и, в конечном итоге, может превысить смещающее усилие, приложенное к указанному элементу с аэродинамическим профилем, что приведет к повороту указанного элемента с аэродинамическим профилем вокруг соединителя 92 и переходу в положение, в котором указанный элемент с аэродинамическим профилем направит многокомпонентный флюид 36 к оставшейся проточной линии 46. Подъемная сила, развиваемая указанным элементом 90 с аэродинамическим профилем, также может изменяться в зависимости от прочих свойств многокомпонентного флюида 36 (например, плотности, вязкости и т.д.).
Таким образом, элемент 90 с аэродинамическим профилем обеспечивает возможность автоматического функционирования переключателя 66 потока флюида при изменении свойств многокомпонентного флюида 36. Указанный элемент 90 с аэродинамическим профилем может не содержать устройство 94 подмагничивания, а может быть само изготовлено из магнитного материала.
Указанные устройства 94, 96, 98 подмагничивания можно использовать для смещения элемента 90 с аэродинамическим профилем к одному или обоим положениям, в которых указанный элемент с аэродинамическим профилем направляет многокомпонентный флюид 36 к проточным линиям 46, 48. Устройства 96, 98 подмагничивания могут быть расположены дальше выше по потоку или ниже по потоку относительно их положений, показанных на чертеже, и при необходимости они могут проходить в проточные линии 46, 48. В соответствии с принципами настоящего изобретения устройства 94, 96, подмагничивания 98 (или смещающие устройства других типов) могут быть использованы для смещения указанного элемента 90 с аэродинамическим профилем по направлению к любому положению.
На фиг. 21 проиллюстрирован вариант, согласно которому предусмотрено несколько элементов 90 с аэродинамическим профилем. На чертеже показано два элемента 90 с аэродинамическим профилем, однако понятно, что в других примерах может быть использовано любое количество элементов с аэродинамическим профилем.
Перемещение элементов 90 с аэродинамическим профилем может быть ограничено возможностью их совместного поворота (например, за счет их механического соединения друг с другом, посредством синхронизированных шаговых двигателей и т.д.), или указанные элементы с аэродинамическим профилем могут быть установлены с возможностью поворота независимо друг от друга. Как показано на фиг. 21, к каждому из указанных элементов 90 с аэродинамическим профилем приложено крутящее смещающее усилие 100. Указанное смещающее усилие 100 можно приложить с использованием любого подходящего средства, например одного или нескольких вращающихся исполнительных механизмов, торсионных пружин, смещающих устройств 96, 98 и т.д.
В конфигурации, показанной на фиг. 22, множество элементов 90 с аэродинамическим профилем расположены на расстоянии друг от друга как в продольном, так и в поперечном направлениях. Кроме того, элементы 90 с аэродинамическим профилем установлены с возможностью перемещения в поперечном и продольном направлениях 102, 104 (например, посредством линейных исполнительных механизмов и т.д.) для перевода их в требуемые положения.
В конфигурации, показанной на фиг. 23, элементы 90 с аэродинамическим профилем расположены на расстоянии друг от друга в продольном направлении. В некоторых примерах элементы 90 с аэродинамическим профилем могут быть непосредственно расположены на одной линии.
В примере, показанном на фиг. 23, элемент 90 с аэродинамическим профилем, находящийся выше по потоку, направляет поток многокомпонентного флюида 36 преимущественно к элементу с аэродинамическим профилем, находящемуся ниже по потоку. Однако разнесение элементов 90 с аэродинамическим профилем в продольном направлении можно использовать и в других целях, что также подпадает под объем настоящего изобретения.
В конфигурации, приведенной на фиг. 24, на стенках переключателя 66 потока флюида выполнены поверхности аэродинамической формы. Таким образом, при заданных условиях (например, при высокой скорости потока, низкой вязкости и т.д.) многокомпонентный флюид 36 направлен преимущественно к проточной линии 48. При других же условиях многокомпонентный флюид 36 может протекать через проточные линии 46, 48 в относительно равных пропорциях.
В примере, показанном на фиг. 25, предусмотрен клиновидный заграждающий элемент 106, расположенный выше по потоку относительно элемента 90 с аэродинамическим профилем. Указанный заграждающий элемент 106 оказывает влияние на поток многокомпонентного флюида 36, протекающий над элементом 90 с аэродинамическим профилем. Указанный заграждающий элемент 106 также может представлять собой магнитное устройство, предназначенное для приложения смещающего усилия к элементу 90 с аэродинамическим профилем.
В примере, показанном на фиг. 26, предусмотрены цилиндрические выступы 108, расположенные на противоположных боковых сторонах переключателя 66 потока флюида. Указанные цилиндрические выступы 108 оказывают влияние на поток многокомпонентного флюида 36, протекающий над элементом 90 с аэродинамическим профилем. Цилиндрические выступы 108 также могут представлять собой магнитные устройства (например, устройства 96, 98 подмагничивания), предназначенные для приложения смещающего усилия к элементу 90 с аэродинамическим профилем.
В примере, показанном на фиг. 27, предусмотрен цилиндрический заграждающий элемент 110, расположенный выше по потоку относительно указанного элемента 90 с аэродинамическим профилем. Указанный заграждающий элемент 110 воздействует на поток многокомпонентного флюида 36, протекающий над элементом 90 с аэродинамическим профилем. Заграждающий элемент 110 также может представлять собой магнитное устройство, предназначенное для приложения смещающего усилия на элемент 90 с аэродинамическим профилем.
Очевидно, что настоящее изобретение вносит значительные улучшения в известные технические решения, относящиеся к регулированию сопротивления потоку при проведении операций на скважине. В нескольких вышеописанных примерах сопротивление потоку можно надежно и эффективно увеличить при сравнительно высоком соотношении целевого флюида к нежелательному флюиду в многокомпонентном флюиде 36 и/или сопротивление потоку можно уменьшать при уменьшенном соотношении целевого флюида к нежелательному флюиду в указанном многокомпонентном флюиде.
Выше раскрыта система 25 регулирования сопротивления потоку, используемая в подземной скважине. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения система 25 содержит средство 58, установленное с возможностью перемещения под действием потока многокомпонентного флюида 36, причем при изменении соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду в многокомпонентном флюиде 36 происходит изменение сопротивления потоку многокомпонентного флюида 36.
На указанное средство 58 могут действовать части потока многокомпонентного флюида 36, протекающие в различных направлениях, при этом сопротивление потоку может меняться в ответ на изменение соотношения частей многокомпонентного флюида 36, протекающих в указанных направлениях.
Указанное средство 58 может в большей степени смещаться в одном направлении под действием потока многокомпонентного флюида 36, протекающего в большей степени в первом направлении, причем указанное средство 58 может в большей степени смещаться в другом направлении под действием потока многокомпонентного флюида 36, протекающего в большей степени во втором направлении.
Первое и второе направления могут быть противоположными друг другу. Указанные направления могут представлять собой по меньшей мере одно из следующих направлений: окружное, осевое, продольное, поперечное и радиальное.
Система 25 может содержать переключатель 66 потока флюида, направляющий поток многокомпонентного флюида 36 по меньшей мере по двум проточным линиям 46, 48.
Указанное средство 58 может в большей степени смещаться в одном направлении под действием потока многокомпонентного флюида 36, протекающего в большей степени через первую проточную линию 46, причем указанное средство 58 может в большей степени смещаться в другом направлении под действием потока многокомпонентного флюида 36, протекающего в большей степени через вторую проточную линию 48.
Указанное средство 58 может быть установлено с возможностью поворота или вращения для регулирования, тем самым, сопротивления потоку в ответ на изменение соотношения частей многокомпонентного флюида 36, протекающих через первую и вторую проточные линии 46, 48.
Указанное средство 58 может быть установлено с возможностью вращения для регулирования, тем самым, сопротивления потоку в ответ на изменение соотношения целевых флюидов к нежелательным флюидам.
Указанный переключатель 66 потока флюида может содержать блокирующее устройство 76, по меньшей мере частично перекрывающее поток многокомпонентного флюида 36, протекающий по меньшей мере через одну из указанных первой и второй проточных линий 46, 48. Блокирующее устройство 76 может увеличивать степень перекрытия одной из указанных первой и второй проточных линий 46, 48 при протекании многокомпонентного флюида 36 к оставшейся из указанных первой и второй проточных линий.
Переключатель 66 потока флюида может направлять поток многокомпонентного флюида 36 к одной из указанных первой и второй проточных линий 46, при увеличении степени перекрытия оставшейся из указанных первой и второй проточных линий 46, 48 посредством блокирующего устройства 76.
Система 25 может содержать элемент 90 с аэродинамическим профилем, который отклоняет поток многокомпонентного флюида 36 в ответ на изменение соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду.
Система 25 может содержать материал 86, 88, который разбухает в ответ на уменьшение соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду, при этом сопротивление потоку увеличивается.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения сопротивление потоку уменьшается при увеличении соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения сопротивление потоку увеличивается при уменьшении соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду.
Кроме того, выше раскрыта другая система 25 регулирования сопротивления потоку, в которой предусмотрено средство 58, установленное с возможностью вращения под действием потока многокомпонентного флюида 36, причем переключатель 66 потока флюида отклоняет многокомпонентный флюид 36 относительно по меньшей мере первой и второй проточных линий 46, 48, при этом при изменении соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду в многокомпонентном флюиде 36 происходит изменение сопротивления потоку многокомпонентного флюида 36, протекающему через систему 25.
На указанное средство 58 могут действовать части потока многокомпонентного флюида 36, протекающие через первую и вторую проточные линии 46, 48, при этом сопротивление указанному потоку может меняться в ответ на изменение соотношения частей многокомпонентного флюида 36, протекающих через первую и вторую проточные линии 46, 48.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения система 25 регулирования сопротивления потоку может содержать камеру 50, через которую протекает многокомпонентный флюид 36, причем при изменении направления указанного потока в камере 50 происходит изменение сопротивления потоку многокомпонентного флюида 36, протекающему через камеру 50. Предусмотрен материал 86, 88, который разбухает в ответ на уменьшение соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду в многокомпонентном флюиде 36.
При разбухании материала 86, 88 сопротивление потоку может увеличиваться или уменьшаться.
При разбухании указанный материал 86, 88 может воздействовать на поток многокомпонентного флюида 36, вынуждая его все больше закручиваться, протекая через камеру 50.
При разбухании указанный материал 88 может увеличивать степень перекрытия потока многокомпонентного флюида 36, протекающего через систему 25.
При разбухании указанный материал 86 может увеличивать степень отклонения потока многокомпонентного флюида 36.
Система 25 также может содержать средство 25, установленное с возможностью перемещения под действием потока многокомпонентного флюида 36, причем при уменьшении соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду происходит увеличение сопротивления потоку многокомпонентного флюида 36. Указанное средство 58 может вращаться при изменении соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду.
В другом вышеописанном варианте осуществления настоящего изобретения система 25 регулирования сопротивления потоку может содержать по меньшей мере первую и вторую проточные линии 46, 48, причем при изменении соотношения частей многокомпонентного флюида 36, протекающих через указанные проточные линии 46, 48, происходит изменение сопротивления потоку многокомпонентного флюида 36, протекающему через систему 25. Возможно использование одного или нескольких элементов 90 с аэродинамическим профилем, способных изменять угол отклонения потока многокомпонентного флюида 36 относительно первой и второй проточных линий 46, 48 в ответ на изменение соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду в многокомпонентном флюиде 36.
Элемент 90 с аэродинамическим профилем может вращаться при изменении соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду в многокомпонентном флюиде 36.
Элемент 90 с аэродинамическим профилем может изменять угол отклонения потока многокомпонентного флюида 36 при изменении вязкости, скорости и/или плотности многокомпонентного флюида 36.
Система 25 может содержать устройство 94, 96 или 98 подмагничивания, прикладывающее силу магнитного поля к элементу 90 с аэродинамическим профилем, причем указанный элемент 90 с аэродинамическим профилем отклоняет многокомпонентный флюид 36 к соответствующей первой или второй проточной линии 46, 48. Система 25 может содержать первое и второе устройства 94, 96 подмагничивания, прикладывающие силы магнитного поля к элементу 90 с аэродинамическим профилем, причем указанный элемент 90 с аэродинамическим профилем отклоняет многокомпонентный флюид 36 к соответствующим первой и второй проточным линиям 46, 48.
Система 25 может содержать средство 58, установленное с возможностью перемещения под действием потока многокомпонентного флюида 36, причем при уменьшении соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду происходит увеличение сопротивления потоку многокомпонентного флюида 36. Система 25 может содержать средство 58, установленное с возможностью вращения при изменении соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду.
Система 25 может содержать множество элементов 90 с аэродинамическим профилем. Перемещение элементов 90 с аэродинамическим профилем может быть ограничено возможностью их совместного вращения или указанные элементы с аэродинамическим профилем можно перемещать независимо друг от друга. Указанные элементы 90 с аэродинамическим профилем могут быть установлены с возможностью перемещения как в поперечном, так и в продольном направлениях относительно первой и второй проточных линий 46, 48. Элементы 90 с аэродинамическим профилем могут быть расположены на расстоянии друг от друга в поперечном и/или продольном направлениях.
Выше раскрыт способ регулирования сопротивления потоку в подземной скважине. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения указанный способ может предусматривать перемещение указанного средства 58 под действием потока многокомпонентного флюида 36, а также изменение сопротивления потоку многокомпонентного флюида 36 в ответ на изменение соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду в многокомпонентном флюиде.
Указанный способ может предусматривать воздействие на указанное средство 58 частями потока многокомпонентного флюида 36, протекающими по меньшей мере в первом и втором направлениях. Дополнительно может быть осуществлено изменение сопротивления потоку в ответ на изменение соотношения частей многокомпонентного флюида 36, протекающих в первом и втором направлениях.
Средство 58 может в большей степени отклоняться в первом направлении под действием потока многокомпонентного флюида 36, протекающего в большей степени в первом направлении, при этом средство 58 может в большей степени отклоняться во втором направлении под действием потока многокомпонентного флюида 36, протекающего в большей степени во втором направлении.
Первое и второе направления могут быть противоположными друг другу. Первое и второе направления могут представлять собой любое из следующих направлений: окружное, осевое, продольное, поперечное и радиальное.
Указанный способ может предусматривать направление потока многокомпонентного флюида 36 по меньшей мере к первой и второй проточным линиям 46, 48. Указанное средство 58 может в большей степени отклоняться в первом направлении под действием потока многокомпонентного флюида 36, протекающего в большей степени через первую проточную линию 46, при этом указанное средство 58 может в большей степени отклоняться во втором направлении под действием потока многокомпонентного флюида 36, протекающего в большей степени через вторую проточную линию 48.
Перемещение средства 58 может включать в себя поворот или вращение средства 58 для изменения, тем самым, сопротивления потоку в ответ на изменение соотношения частей многокомпонентного флюида 36, протекающих через первую и вторую проточные линии 46, 48.
Перемещение средства 58 может включать в себя вращение средства 58 для изменения, тем самым, сопротивления потоку в ответ на изменение соотношения целевых флюидов к нежелательным флюидам.
Указанный способ может предусматривать по меньшей мере частичное перекрытие потока многокомпонентного флюида 36, протекающего по меньшей мере через одну из указанных первой и второй проточных линий 46, 48 посредством блокирующего устройства 76 переключателя 66 потока флюида. Указанное блокирующее устройство 76 может увеличивать степень перекрытия одной из указанных первой и второй проточных линий 46, 48 при протекании многокомпонентного флюида 36 к оставшейся из указанных проточных линий.
Указанный переключатель 66 потока флюида может направлять поток многокомпонентного флюида 36 к одной из указанных первой и второй проточных линий 46, 48 при увеличении степени перекрытия оставшейся из указанных проточных линий 46, 48 посредством блокирующего устройства 76.
Указанный способ может предусматривать отклонение потока многокомпонентного флюида 36 в ответ на изменение соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду посредством элемента 90 с аэродинамическим профилем.
Указанный способ может предусматривать разбухание материала 86, 88 в ответ на уменьшение соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду. Изменение сопротивления потоку может включать в себя увеличение сопротивления потоку при разбухании материала 86, 88.
Изменение сопротивления потоку может включать в себя увеличение или уменьшение сопротивления потоку в ответ на увеличение соотношения целевого флюида к нежелательному флюиду.
Хотя каждый из вышеописанных примеров характеризуется конкретными признаками, следует понимать, что тот или иной признак, относящийся к конкретному примеру, необязательно присущ только лишь данному примеру. Напротив, любые из признаков, описанных выше и/или проиллюстрированных на чертежах, могут относиться к любому из примеров в дополнении к другим признакам, присущим указанным примерам, или вместо тех или иных признаков, присущих указанным примерам. Признаки, относящиеся к одному примеру, не являются взаимоисключающими по отношению к признакам, относящимся к другому примеру. Напротив, объем настоящего изобретения охватывает любые признаки в любом их сочетании.
Следует понимать, что различные варианты осуществления настоящего изобретения, раскрытые в данном документе, можно использовать с различной пространственной ориентацией, в том числе наклонной, перевернутой, горизонтальной, вертикальной и т.д., а также использовать в разных конфигурациях, не выходя за рамки настоящего изобретения. Варианты осуществления настоящего изобретения приведены только в качестве примеров полезного практического применения принципов настоящего изобретения, которые не ограничиваются какими-либо конкретными признаками данных вариантов осуществления изобретения.
В вышеизложенном описании приведенных для примера вариантов осуществления настоящего изобретения слова, соответствующие указателям направления, такие как «над», «под», «верхний», «нижний» и т.д., использованы для удобства иллюстрации информации, приведенной на соответствующих чертежах. Однако следует четко понимать, что объем настоящего изобретения не ограничивается каким-либо из конкретных направлений, описанных в данном документе.
Безусловно, после тщательного ознакомления с вышеизложенным описанием приведенных для примера вариантов осуществления настоящего изобретения специалисту в данной области техники будет понятно, что в данные конкретные варианты осуществления изобретения могут быть внесены различные модификации, дополнения, замены, исключения и другие изменения, при этом такие изменения соответствуют принципам настоящего изобретения. Соответственно, следует четко понимать, что вышеприведенное подробное описание дано только лишь в качестве примера и иллюстрации, причем суть и объем настоящего изобретения ограничиваются исключительно признаками, изложенными в пунктах формулы изобретения, и их эквивалентами.