УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕНИЯ ФЛЮИДА С УЗЛОМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПОТОКА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ДАВЛЕНИЯ
DEVICE FOR FLUID STREAMING WITH PRESSURE-DEPENDENT FLOW SWITCHING UNIT

Область техники, к которой относится изобретение
Предложено устройство для направления потока флюида. В некоторых вариантах осуществления изобретения устройство используется в системе, имеющей по меньшей мере два проточных канала с близкими уровнями противодавления. Согласно одному варианту осуществления изобретения указанная система является регулятором потока флюида. Согласно другому варианту осуществления изобретения регулятор потока флюида используется в подземном пласте.
Раскрытие изобретения
Согласно одному варианту осуществления изобретения устройство для направления потока флюида содержит следующие компоненты: полость для изменения давления, первый проточный канал, переходник с варьирующимся давлением и узел переключения потока в зависимости от давления, причем первый проточный канал функционально соединяет по меньшей мере полость для изменения давления и переходник с варьирующимся давлением, а узел переключения потока граничит с переходником с варьирующимся давлением. В некоторых вариантах осуществления изобретения поступление флюида в полость для изменения давления изменяется в зависимости по меньшей мере от одной из характеристик флюида. Согласно этим вариантам осуществления изобретения по меньшей мере одна из характеристик флюида выбрана из следующих: расход потока флюида во втором проточном канале, вязкость флюида и плотность флюида.
Согласно одному варианту осуществления изобретения форма полости для изменения давления выбирается таким образом, что при уменьшении расхода потока флюида во втором проточном канале интенсивность поступления потока флюида в полость для изменения давления увеличивается; а при увеличении расхода потока флюида во втором проточном канале интенсивность поступления потока флюида в полость для изменения давления уменьшается.
Согласно другому варианту осуществления изобретения требуемое значение расхода потока флюида установлено заранее, и при падении расхода потока флюида во втором проточном канале ниже указанного значения интенсивность поступления флюида в полость для изменения давления увеличивается, в отличии от ситуации, когда расход потока флюида во втором проточном канале превышает указанное значение.
Согласно другому варианту осуществления изобретения регулятор потока флюида содержит следующие компоненты: устройство для направления потока флюида; второй проточный канал; третий проточный канал и четвертый проточный канал, причем при изменении по меньшей мере одной из характеристик флюида изменяется поступление флюида в полость для изменения давления.
Краткое описание чертежей
Признаки и преимущества конкретных вариантов осуществления изобретения следуют из прилагающихся чертежей, которые никоим образом не подразумевают ограничения предпочтительных вариантов осуществления.
Фиг.1 показывает схему устройства для направления потока флюида.
Фиг.2 иллюстрирует процесс интенсивного поступления флюида в один из проточных каналов.
Фиг.3 показывает схему регулятора потока флюида, содержащего один вариант осуществления изобретения устройства для направления потока флюида.
Фиг.4 показывает схему регулятора потока флюида, содержащего другой вариант осуществления изобретения устройства для направления потока флюида.
Фиг.5 показывает скважинную систему, содержащую по меньшей мере один из регуляторов потока флюида, изображенных на фиг.3 или 4.
Осуществление изобретения
В данном документе каждое из слов «содержит», «имеет», «включает» (с учетом их парадигм) имеет широкое, неограничивающее значение, которое не исключает дополнительные элементы или этапы.
Следует понимать, что порядковые числительные «первый», «второй», «третий» и т.д. (с учетом их парадигм) употребляются произвольно и только лишь для выражения различия между двумя и более проточными каналами, входами, выходами и т.п. в зависимости от обстоятельств и не обозначают определенную последовательность. Кроме того, следует понимать, что употребление слова «первый» не означает обязательного присутствия по тексту слова «второй», употребление слова «второй» не означает обязательного присутствия по тексту слова «третий» и т.д.
В данном документе слово «флюид» обозначает вещество, которое при температуре 22°C и давлении в одну атмосферу (ок. 0,1 МПа) характеризуется текучестью и способностью принимать форму, обуславливаемую поверхностью контейнера, в котором содержится данное вещество. Флюид может представлять собой жидкость или газ. Гомогенный флюид характеризуется только одной фазой вещества, в то время как гетерогенный флюид характеризуется несколькими различными фазами вещества.
Нефтеуглеводороды и газообразные углеводороды залегают в подземных пластах. Подземный пласт, содержащий нефть или газ, также называют нефтегазоносным пластом. Нефтегазоносный пласт может находиться под землей на материковой или морской части континента. Нефтегазоносные пласты обычно залегают на глубине от нескольких сотен метров (неглубокие залежи) до нескольких тысяч метров (сверхглубокие залежи). Для добычи нефти и газа в нефтеносном пласте или в непосредственной близости от него пробуривается скважина.
Скважина может являться нефтяной, газовой, водяной или нагнетательной. Скважину, используемую для добычи нефти или газа, обычно называют добывающей. В данном документе подразумевается, что скважина имеет один или несколько стволов. Ствол может иметь вертикальную, наклонную и горизонтальную части, а также может быть прямым, изогнутым или разветвленным. В данном документе под словосочетанием «ствол скважины» (с учетом парадигм слов) подразумевается обсаженная или необсаженная часть ствола скважины. В данном документе словосочетание «в скважину» (с учетом парадигмы слова) обозначает «в любую часть скважины», в том числе «в ствол скважины» и «в прилегающую к стволу скважины область через ствол скважины» (с учетом парадигм слов).
Часть ствола скважины может быть обсаженной или необсаженной. В необсаженную часть ствола скважины может быть введена трубчатая колонна, через которую флюиды могут подаваться в скважину или могут извлекаться из удаленной части скважины. Обсаженная часть ствола скважины характеризуется обсадкой, которая может подразумевать спуск обсадной колонны в данную часть ствола скважины. В стволе скважины может иметься кольцевое пространство, которое может представлять собой (но не ограничивается таковым) следующее: пространство между стенкой необсаженного ствола скважины и наружной поверхностью трубчатой колонны; пространство между стенкой ствола скважины и наружной поверхностью обсадной колонны; и пространство между внутренней поверхностью обсадной колонны и наружной поверхностью трубчатой колонны в обсаженном стволе скважины.
Ствол скважины может тянуться на несколько сотен или тысяч метров в подземном пласте. Подземный пласт может иметь несколько зон с разной проницаемостью, которая характеризует способность пород пласта пропускать флюиды. Например, зона с высокой проницаемостью оказывает меньшее сопротивление флюиду при его фильтрации сквозь подземный пласт, в результате чего флюид перемещается быстрее, нежели в зоне с низкой проницаемостью, которая оказывает большее сопротивление флюиду при его фильтрации сквозь подземный пласт. Одним из примеров зоны подземного пласта с высокой проницаемостью является трещина.
В процессе добычи углеводородов вместе с желательным флюидом обычно извлекается и нежелательный. Например, при добыче нефти или газа (желательные флюиды) может также извлекаться вода (нежелательный флюид). В некоторых случаях при добыче нефти в качестве желательного флюида может извлекаться нежелательный флюид в виде газа. В иных случаях желательным флюидом может являться газ, а нежелательными - нефть и вода. Наиболее продуктивная добыча флюидов характеризуется извлечением наименьшего количества нежелательных флюидов.
При добыче углеводородов вторичными методами может использоваться нагнетательная скважина для заводнения месторождения, при котором в нефтегазоносный пласт закачивается вода для вытеснения нефти или газа, которые не удалось извлечь методами на естественном режиме обработки пласта. Вода, поданная через нагнетательную скважину, физически выносит некоторое количество оставшихся в нефтегазоносном пласте нефти или газа через добывающую скважину.
Проблема извлечения нежелательных флюидов вторичными и третичными методами может усугубляться разным расходом потока флюида, поступающего из подземного пласта в ствол скважины, в различных зонах. Разница в величинах расхода потока флюида в зонах подземного пласта может быть нежелательной. При применении нагнетательной скважины к потенциальным трудностям, связанным с применением технологий заводнения, может добавляться низкая эффективность вторичных и третичных методов добычи углеводородов вследствие переменной проницаемости подземного слоя и различных величинах расхода потока флюида, поступающего из нагнетательной скважины в подземный пласт. Для преодоления некоторых проблем такого рода может применяться регулятор потока флюида.
Регулятор потока флюида может обеспечивать подачу в требуемую зону флюида, характеризующегося относительно постоянным расходом потока. Регулятор потока флюида также может обеспечивать передачу флюида, характеризующегося относительно постоянным расходом потока, между несколькими зонами. Например, регулятор может быть установлен в стволе скважины на определенном участке для конкретной зоны. Для конкретной зоны может использоваться один или несколько регуляторов потока флюида. Кроме того, в конкретном месте ствола скважины для той или иной зоны может устанавливаться один регулятор, и в другом месте ствола скважины для другой зоны может устанавливаться еще один регулятор.
В предложенном устройстве для направления потока флюида в зависимости от изменения давления флюид перенаправляется по двум различным проточным каналам посредством узла переключения потока. Согласно одному варианту осуществления изобретения данное устройство предназначено для применения в системе, имеющей два различных проточных канала с близкими уровнями противодавления. В другом варианте осуществления изобретения указанная система представляет собой регулятор потока флюида. В данном документе словосочетание «близкие уровни противодавления» обозначает, что уровни противодавления в двух различных проточных каналах могут отличаться друг от друга не более чем на 25%; не более чем на 1,72 бар (25 фунтов на квадратный дюйм); не более чем на 25% от общего падения давления в системе. В одном случае два различных проточных канала при одинаковых длинах могут иметь площади поперечного сечения, отличающиеся друг от друга на 25%. В другом случае при разных площадях поперечного сечения двух различных проточных каналов их длины могут регулироваться таким образом, чтобы уровни противодавления в них отличались не более чем на 25%.
Согласно одному варианту осуществления изобретения устройство направления флюида содержит следующие компоненты: полость для изменения давления, первый проточный канал, переходник с варьирующимся давлением и узел переключения потока в зависимости от давления.
Флюид может представлять собой гомогенную или гетерогенную среду.
На фиг.1 показана схема устройства 300 для направления потока флюида, содержащего полость 301 для изменения давления, первый проточный канал 302, переходник 303 с варьирующимся давлением и узел 304 переключения потока в зависимости от давления. В данном документе словосочетание «полость для изменения давления» (с учетом парадигм слов) обозначает объем, заключенный в оболочку, имеющую по меньшей мере два отверстия. Полость 301 для изменения давления может иметь первое отверстие 311, ведущее в первый проточный канал 302, и второе отверстие 310, ведущее во второй проточный канал 202. В одном варианте осуществления изобретения оболочка полости 301 для изменения давления может иметь первое отверстие 311, диаметр и площадь поперечного сечения которого совпадают с диаметром и площадью поперечного сечения второго отверстия 310. Согласно варианту осуществления изобретения изменение по меньшей мере одной характеристики флюида приводит к изменению поступления флюида в полость для изменения давления. Предпочтительно, что по меньшей мере одна характеристика флюида выбирается из группы характеристик, к числу которых относятся расход потока флюида во втором проточном канале 202, вязкость флюида и плотность флюида. Поступление флюида в полость для изменения давления может изменяться. Изменение может состоять в увеличении интенсивности поступления потока флюида в полость для изменения давления, изменение также может состоять в уменьшении интенсивности поступления потока флюида в полость для изменения давления.
Согласно одному варианту осуществления изобретения форма полости 301 для изменения давления выбирается таким образом, что при уменьшении расхода потока флюида во втором проточном канале 202 интенсивность поступления потока флюида в полость для изменения давления 301 увеличивается; а при увеличении расхода потока флюида во втором проточном канале 202 интенсивность поступления потока флюида в полость для изменения давления 301 уменьшается. Согласно другому варианту осуществления изобретения форма полости 301 для изменения давления выбирается таким образом, что при уменьшении расхода потока флюида во втором проточном канале 202 доля флюида, поступающего в полость для изменения давления 301, увеличивается; а при увеличении расхода потока флюида во втором проточном канале 202 доля флюида, поступающего в полость для изменения давления 301, уменьшается. В предпочтительном варианте осуществления изобретения полость 301 для изменения давления имеет округлую, сферическую или эллипсоидную форму. На чертежах показана одна полость 301 для изменения давления, однако может использоваться множество полостей для изменения давления.
Согласно другому варианту осуществления изобретения форма полости 301 для изменения давления выбирается таким образом, что при увеличении вязкости флюида во втором проточном канале 202 интенсивность поступления потока флюида в полость для изменения давления 301 увеличивается; а при уменьшении вязкости флюида во втором проточном канале 202 интенсивность поступления потока флюида в полость для изменения давления 301 уменьшается. Согласно другому варианту осуществления изобретения форма полости 301 для изменения давления выбирается таким образом, что при увеличении вязкости флюида во втором проточном канале 202 доля флюида, поступающего в полость для изменения давления 301, увеличивается; а при уменьшении вязкости флюида во втором проточном канале 202 доля флюида, поступающего в полость для изменения давления 301, уменьшается.
Согласно другому варианту осуществления изобретения форма полости 301 для изменения давления выбирается таким образом, что при уменьшении плотности флюида во втором проточном канале 202 интенсивность поступления потока флюида в полость для изменения давления 301 увеличивается; а при увеличении плотности флюида во втором проточном канале 202 интенсивность поступления потока флюида в полость для изменения давления 301 уменьшается. Согласно другому варианту осуществления изобретения форма полости 301 для изменения давления выбирается таким образом, что при уменьшении плотности флюида во втором проточном канале 202 доля флюида, поступающего в полость для изменения давления 301, увеличивается; а при увеличении плотности флюида во втором проточном канале 202 доля флюида, поступающего в полость для изменения давления 301, уменьшается.
Устройство 300 содержит первый проточный канал 302, который (как и остальные проточные каналы) может иметь трубчатую, прямоугольную, пирамидальную или винтовую форму. Хотя на чертежах приведен единственный проточный канал, первый проточный канал 302 (и остальные проточные каналы) может состоять из множества параллельно соединенных каналов. Как показано на фиг.1, первый проточный канал 302 соединяет между собой по меньшей мере одну полость 301 для изменения давления и по меньшей мере один переходник 303 с варьирующимся давлением. Например, первый проточный канал 302 одним концом может соединяться с полостью 301 для изменения давления, а вторым концом - с переходником 303 с варьирующимся давлением. Первый проточный канал 302 может иметь первый проточный выход 330. Первый проточный канал 302 может сообщаться одним концом через первое отверстие 311 с полостью 301 для изменения давления, а вторым концом может сообщаться через первый проточный выход 330 с переходником 303 с варьирующимся давлением. Узел 304 переключения потока в зависимости от давления в составе второго проточного канала 202 предпочтительно граничит с переходником 303 с варьирующимся давлением. Согласно варианту осуществления изобретения размер и поперечное сечение переходника 303 с варьирующимся давлением совпадают с размером и поперечным сечением первого проточного канала 330.
Компоненты устройства 300 для направления потока флюида могут быть изготовлены из различных материалов. Примеры подходящих материалов включают (но не ограничиваются таковыми) следующие: металлы, например сталь, алюминий, титан и никель; сплавы; пластмассы; композиционные материалы, например армированные волокном пластики на основе фенольных смол; керамика, например карбид вольфрама или керамика на основе оксида алюминия; эластомеры и растворимые материалы.
Согласно варианту осуществления изобретения устройство 300 для направления потока флюида используется в системе, имеющей по меньшей мере два различных проточных канала с близкими уровнями противодавления. Согласно этому варианту осуществления изобретения система может содержать второй проточный канал 202, место 210 разветвления, третий проточный канал 203 и четвертый проточный канал 204. На приведенном чертеже третий и четвертый проточные каналы 203 и 204 являются по меньшей мере двумя различными проточными каналами с близкими уровнями противодавления относительно давления во втором проточном канале 202. Для обеспечения разных уровней противодавления проточные каналы в указанной системе могут изменяться. Например, изменение уровней противодавления во втором и в третьем проточных каналах 203 и 204 относительно давления во втором проточном канале 202 может достигаться изменением площади поперечного сечения второго проточного канала 202 в месте сочленения с полостью 301 для изменения давления.
Как показано на фиг.1, второй проточный канал 202 может разделяться на третий и четвертый проточные каналы 203 и 204 в месте 210 разветвления, при этом угол между третьим проточным каналом 203 и вторым проточным каналом 202 составляет 180°. В другом примере угол между третьим проточным каналом 203 и вторым проточным каналом 202 может отличаться от 180° (например, составлять 45°). Четвертый проточный канал 204 также может ответвляться от второго проточного канала 202 под различными углами. Предпочтительно, что если угол между третьим проточным каналом 203 и вторым проточным каналом 202 составляет 180°, угол между четвертым проточным каналом 204 и вторым проточным каналом 202 отличается от 180°C. В месте 210 ответвления третий проточный канал 203 может иметь второй проточный вход 211, а четвертый проточный канал 204 может иметь третий проточный вход 212. Хотя на фиг.1 показано, что третий и четвертый проточные каналы 203 и 204 являются единственными двумя проточными каналами с близкими уровнями противодавления, на количество используемых различных проточных каналов не накладываются ограничения.
Устройство 300 для направления потока флюида может использоваться в любой системе. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения система может содержать по меньшей мере два различных проточных канала с близкими уровнями противодавления. На фиг.3 и 4 показан пример такой системы, представляющей собой регулятор 25 потока флюида. Указанная система может содержать следующие компоненты: устройство 300 для направления потока флюида; второй проточный канал 202; третий проточный канал 203; четвертый проточный канал 204. Согласно варианту осуществления изобретения третий проточный канал 203 и четвертый проточный канал 204 характеризуются близкими уровнями противодавления. Указанная система далее может иметь первый проточный вход 201. Указанная система также может содержать выходной узел 205, включающий второй проточный выход 206. На чертежах приведена система, имеющая одно устройство 300, однако система может содержать несколько устройств 300.
Согласно варианту осуществления изобретения указанная система представляет собой регулятор 25 потока флюида. Согласно другому варианту осуществления изобретения регулятор потока флюида предназначен для применения в подземном пласте. На фиг.4 показан регулятор 25 потока флюида, применяемый в подземном пласте.
Устройство 300 для направления потока флюида может содержать следующие компоненты: по меньшей мере одну полость 301 для изменения давления; первый проточный канал 302; переходник 303 с варьирующимся давлением и узел 304 переключения потока в зависимости от давления. На фиг.3 показан пример такого устройства. На фиг.4 показано устройство 300, имеющее пять полостей 301 для изменения давления. В устройстве 300, имеющем несколько полостей 301 для изменения давления, эти полости могут последовательно соединяться со вторым проточным каналом 202. Каждая из полостей 301 для изменения давления также может соединяться с первым проточным каналом 302. Любая информация, приведенная в данном документе в отношении компонентов устройства 300 и вариантов осуществления изобретения с устройством 300 для направления потока флюида, подразумевает отсутствие ограничений на общее количество отдельно взятых компонентов. Любая информация, приведенная в данном документе в отношении какого-либо конкретного компонента устройства 300 (например, в отношении полости 301 для изменения давления), подразумевает, что данный компонент может быть как в единственном числе, так и во множественном, при этом отсутствует необходимость в постоянных упоминаниях, что компонент может быть как в единственном числе, так и во множественном. Например, если упоминается словосочетание «полость 301 для изменения давления», следует понимать, что речь идет об одной полости для изменения давления (единственное число) и о нескольких полостях для изменения давления (множественное число).
1
2
Флюид может поступать в систему и течь по второму проточному каналу 202 в направлении 221a. Флюид, перемещающийся в направлении 221a, имеет определенные характеристики: расход потока, вязкость и плотность, которые могут изменяться. Согласно одному варианту осуществления изобретения устройство 300 для направления потока флюида имеет такую конструкцию, что в зависимости по меньшей мере от некоторых характеристик флюида может увеличиваться интенсивность поступления потока флюида в полость 301 для изменения давления или может увеличиваться доля флюида, поступающего в полость 301 для изменения давления. Например, при уменьшении расхода потока флюида, при увеличении вязкости флюида или при уменьшении плотности флюида увеличивается интенсивность поступления потока флюида в полость 301 для изменения давления или увеличивается доля флюида, поступающего в полость 301 для изменения давления. Независимо от соответствующей характеристики флюида (например, расход потока флюида во втором проточном канале 202, вязкость флюида или плотность флюида) при увеличении интенсивности поступления флюида в полость 301 для изменения давления (или при увеличении доли флюида, поступающего в полость 301 для изменения давления) увеличивается интенсивность поступления потока флюида, перемещающегося в направлении 322, в первый проточный канал 302. При увеличении интенсивности поступления флюида в первый проточный канал 302 давление в переходнике 303 с варьирующимся давлением увеличивается. Следует понимать, что при упоминании давления в переходнике с варьирующимся давлением подразумевается, что речь идет о давлении относительно давления в приграничной области. Например, на фиг.1 давление в переходнике 303 с варьирующимся давлением обозначено как P, а давление в приграничной области - как P. При увеличении давления в переходнике 303 с варьирующимся давлением увеличивается интенсивность поступления флюида в направлении 222 в четвертый проточный канал 204 под действием узла 304 переключения потока в зависимости от давления. На фиг.2A показан поток флюида, протекающий через систему при уменьшении расхода потока флюида во втором проточном канале 202, при увеличении вязкости флюида или при уменьшении плотности флюида.
Согласно другому варианту осуществления изобретения при увеличении расхода потока флюида, при уменьшении вязкости флюида или при увеличении плотности флюида уменьшается интенсивность поступления флюида в полость 301 для изменения давления или уменьшается доля флюида, поступающего в полость 301 для изменения давления. При уменьшении интенсивности поступления флюида в полость 301 для изменения давления или уменьшении доли флюида, поступающего в полость 301 для изменения давления, уменьшается интенсивность поступления флюида в первый проточный канал 302. При уменьшении интенсивности поступления флюида в первый проточный канал 302 уменьшается давление в переходнике 303 с варьирующимся давлением. При уменьшении давления в переходнике 303 с варьирующимся давлением увеличивается интенсивность поступления потока флюида, перемещающегося в направлении 221b, в третий проточный канал 203 под действием узла 304 переключения потока в зависимости от давления. На фиг.2B показан поток флюида, протекающий через систему при увеличении расхода потока флюида во втором проточном канале 202, при уменьшении вязкости флюида или при увеличении плотности флюида. В некоторых случаях флюид может перемещаться через первый проточный канал 301 для изменения давления в направлении 321, при этом имеется чистый поток флюида, выходящего из полости 301 для изменения давления и поступающего во второй проточный канал 202.
Компоненты устройства 300 для направления потока флюида могут быть взаимосвязаны таким образом, что могут оказывать друг на друга взаимовлияние. Например, если зависимой характеристикой флюида является расход потока флюида во втором проточном канале 202, то при его уменьшении увеличивается интенсивность поступления флюида в полость 301 для изменения давления, что в свою очередь вызывает увеличение интенсивности поступления флюида в первый проточный канал 302, что в свою очередь вызывает увеличение давления в переходнике 303 с варьирующимся давлением, что в свою очередь приводит к увеличению интенсивности поступления потока в четвертый проточный канал 204 под действием узла 304 переключения потока в зависимости от давления.
Количество флюида, поступающего в полость 301 для изменения давления, может зависеть от следующих факторов: расход потока флюида, перемещающегося в направлении 221a; вязкость флюида; плотность флюида; сочетание перечисленных характеристик. На количество флюида, поступающего в полость для измерения давления, также может оказывать влияние нелинейный характер расхода потока, вязкости и плотности флюида. Например, при увеличении вязкости флюида увеличивается интенсивность поступления флюида в полость 301 для изменения давления, увеличивается интенсивность поступления флюида в первый проточный канал 302, увеличивается давление в переходнике 303 с варьирующимся давлением и увеличивается интенсивность поступления флюида, перемещающегося в направлении 222, в четвертый проточный канал 204 под действием узла 304 переключения потока в зависимости от давления. При уменьшении вязкости флюида уменьшается интенсивность поступления флюида в полость 301 для изменения давления, уменьшается интенсивность поступления флюида в первый проточный канал 302, уменьшается давление в переходнике 303 с варьирующимся давлением и увеличивается интенсивность поступления флюида, перемещающегося в направлении 221b, в третий проточный канал 203 под действием узла 304 переключения потока в зависимости от давления.
Требуемое значение расхода потока флюида может быть известно заранее. Значение заранее известного расхода может быть выбрано на основе вида флюида, поступающего в указанное устройство. Значение заранее известного расхода может отличаться в зависимости от вида флюида. Значение заранее известного расхода также может выбираться на основе по меньшей мере одной из характеристик флюида, поступающего в указанное устройство. По меньшей мере одна из характеристик флюида может выбираться из числа следующих: вязкость флюида, плотность флюида и сочетание перечисленных характеристик. Например, в зависимости от конкретного варианта применения заранее известное значение требуемого расхода флюида в виде газа может составлять 150 баррелей в сутки, а заранее известное значение требуемого расхода флюида в виде нефти может составлять 300 баррелей в сутки. Безусловно, одно устройство может быть рассчитано на заранее известное значение расхода 150 баррелей в сутки, а другое устройство может быть рассчитано на заранее известное значение расхода 300 баррелей в сутки.
Согласно варианту осуществления изобретения устройство 300 для направления потока флюида сконструировано таким образом, что по сравнению с ситуацией, когда расход потока флюида во втором проточном канале превышает определенное значение, при падении расхода потока флюида во втором проточном канале 302 ниже определенного значения интенсивность поступления флюида в полость 301 для изменения давления увеличивается. Согласно другому варианту осуществления изобретения устройство 300 для направления потока флюида сконструировано таким образом, что по сравнению с ситуацией, когда расход потока флюида во втором проточном канале падает ниже определенного значения, при превышении расходом потока флюида во втором проточном канале 302 определенного значения интенсивность поступления флюида в полость 301 для изменения давления уменьшается. Согласно другому варианту осуществления изобретения устройство 300 для направления потока флюида сконструировано таким образом, что по сравнению с ситуацией, когда вязкость флюида превышает определенное значение, при падении вязкости потока флюида ниже определенного значения интенсивность поступления флюида в полость 301 для изменения давления уменьшается; а по сравнению с ситуацией, когда вязкость флюида падает ниже определенного значения, при превышении вязкостью потока флюида определенного значения интенсивность поступления флюида в полость 301 для изменения давления увеличивается. Согласно другому варианту осуществления изобретения устройство 300 для направления потока флюида сконструировано таким образом, что по сравнению с ситуацией, когда плотность флюида превышает определенное значение, при падении плотности потока флюида ниже определенного значения интенсивность поступления флюида в полость 301 для изменения давления увеличивается; а по сравнению с ситуацией, когда плотность флюида падает ниже определенного значения, при превышении плотностью потока флюида определенного значения интенсивность поступления флюида в полость 301 для изменения давления уменьшается.
1
2
Согласно другому варианту осуществления изобретения при заранее известном значении расхода потока, вязкости или плотности устройство 300 для направления потока флюида сконструировано таким образом, что по сравнению с ситуацией, когда вязкость падает ниже определенного значения, расход потока флюида или плотность превышает определенное значение, при превышении вязкостью определенного значения, падении расхода потока или плотности флюида ниже определенного значения количество флюида, поступающего в полость 301 для изменения давления, увеличивается. Согласно этому варианту осуществления изобретения по сравнению с ситуацией, когда в полость 301 для изменения давления поступает меньшее количество флюида, при увеличении количества флюида, поступающего в полость 301 для изменения давления, количество флюида, перемещающегося через первый проточный канал 302 в направлении 322, увеличивается. Когда большее количество флюида перемещается через первый проточный канал 302, значение давления в переходнике 303 с варьирующимся давлением больше значения давления в приграничной области (например, давление P больше, чем P). Когда значение давления в переходнике 303 с варьирующимся давлением больше значения давления в приграничной области, увеличивается интенсивность поступления флюида, перемещающегося в направлении 222, в четвертый проточный канал 204 под действием узла 304 переключения потока в зависимости от давления. Согласно другому варианту осуществления изобретения, когда значение давления в переходнике 303 с варьирующимся давлением больше значения давления в приграничной области, увеличивается доля флюида, перемещающегося в направлении 222 и поступающего в четвертый проточный канал 204 под действием узла 304 переключения потока в зависимости от давления. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, когда значение давления в переходнике 303 с варьирующимся давлением больше значения давления в приграничной области, большая часть флюида, перемещающегося в направлении 222, поступает в четвертый проточный канал 204 под действием узла 304 переключения потока в зависимости от давления. В данном случае словосочетание «большая часть флюида» обозначает долю флюида, превышающую 50% от всего количества флюида. Пример протекания потока флюида через систему, когда давление в переходнике 303 с варьирующимся давлением больше давления в приграничной зоне, показан на фиг.2A.
1
2
Кроме того, по сравнению с ситуацией, когда в полость 301 для изменения давления поступает большее количество флюида, при уменьшении количества флюида, поступающего в полость 301 для изменения давления, количество флюида, перемещающегося через первый проточный канал 302 в направлении 322, уменьшается. Когда меньшее количество флюида перемещается через первый проточный канал 302, значение давления в переходнике 303 с варьирующимся давлением меньше значения давления в приграничной области (например, давление P меньше, чем P). Соответственно, когда давление в переходнике 303 с варьирующимся давлением меньше давления в приграничной области, в первом проточном канале 302 может создаваться разрежение, что может приводить к протеканию флюида в направлении 321. Когда давление в переходнике 303 с варьирующимся давлением меньше давления в приграничной области, увеличивается интенсивность поступления флюида, перемещающегося в направлении 221b, в третий проточный канал 203 под действием узла 304 переключения потока в зависимости от давления. Согласно другому варианту осуществления изобретения, когда давление в переходнике 303 с варьирующимся давлением меньше давления в приграничной области, увеличивается доля флюида, перемещающегося в направлении 221b и поступающего в третий проточный канал 203 под действием узла 304 переключения потока в зависимости от давления. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, когда давление в переходнике 303 с варьирующимся давлением меньше давления в приграничной области, большая доля флюида перемещается в направлении 221b и поступает в третий проточный канал 203 под действием узла 304 переключения потока в зависимости от давления. Пример протекания потока флюида через систему, когда давление в переходнике 303 с варьирующимся давлением меньше давления в приграничной зоне, показан на фиг.2B.
Устройство 300 для направления потока флюида является автономным, то есть оно обеспечивает автоматическое увеличение интенсивности поступления флюида в третий или в четвертый проточные каналы 203 или 204 на основе по меньшей мере расхода потока флюида, вязкости флюида, плотности флюида и сочетания перечисленных характеристик без вмешательства извне.
На фиг.5 показан пример скважинной системы 10, построенной на основе принципов настоящего изобретения. Как показано на фиг.5, ствол 12 скважины имеет в основном вертикальную необсаженную часть 14, проходящую вниз от обсадной трубы 16, а также в основном горизонтальную необсаженную часть 18, проходящую через подземный пласт 20, который может входить в состав нефтегазоносного пласта или граничить с ним.
В стволе 12 скважины устанавливается трубчатая колонна 22 (например, насосно-компрессорная колонна). В трубчатой колонне 22 во взаимном соединении находится множество фильтров 24, регуляторов 25 потока флюида и пакеров 26.
Пакеры 26 герметизируют кольцевое пространство 28, образованное в радиальном направлении между трубчатой колонной 22 и секцией 18 ствола скважины. При этом флюид 30 может поступать из множества зон пласта 20 через изолированные между соседними пакерами 26 части кольцевого пространства 28.
Расположенные между каждыми двумя соседними пакерами 26 скважинный фильтр 24 и регулятор 25 потока флюида находятся во взаимном соединении в трубчатой колонне 22. В скважинном фильтре 24 происходит фильтрация флюида 30, поступающего в трубчатую колонну 22 из кольцевого пространства 28. Регулятор 25 потока флюида изменяет расход флюида 30, поступающего в трубчатую колонну 22, в зависимости от определенных характеристик флюида, например от расхода флюида, поступающего в регулятор 25 потока флюида, от вязкости флюида или плотности флюида. В другом варианте осуществления изобретения скважинная система 10 устанавливается в нагнетательной скважине, а регулятор 25 потока флюида изменяет расход флюида 30, поступающего из трубчатой колонны 22 в пласт 20.
Необходимо отметить, что приведенная на чертежах и описанная в данном документе скважинная система 10 является всего лишь частным примером из множества скважинных систем, в которых могут быть применены принципы настоящего изобретения. Следует четко понимать, что принципы настоящего изобретения ни в коей мере не ограничиваются какими-либо особенностями скважинной системы 10 или ее элементами, приведенными на чертежах или описанными в настоящем документе. Кроме того, скважинная система 10 может содержать другие компоненты, не приведенные на чертежах. Например, для изоляции различных зон вместо пакеров 26 может использоваться цемент. Цемент также может использоваться вместе с пакерами.
В других вариантах ствол 12 скважины может иметь только в основном вертикальную часть 14 или может иметь только в основном горизонтальную часть 18. Флюид 30 может не только извлекаться из пласта 20, но и нагнетаться в пласт, а также может как нагнетаться в пласт, так и извлекаться из пласта.
Скважинная система может не содержать пакер 26. Кроме того, любой скважинный фильтр 24 и любой регулятор 25 потока флюида могут не располагаться между каждыми двумя соседними пакерами 26. Каждый отдельно взятый регулятор 25 потока флюида может не соединяться с отдельно взятым скважинным фильтром 24. Может использоваться любое количество, любая конфигурация и/или любое сочетание этих элементов. Кроме того, регулятор 25 потока флюида может вообще не использоваться со скважинным фильтром 24. Например, в случае нагнетательных скважин, при нагнетании флюида последний может протекать через регулятор 25 потока флюида, но при этом может не протекать через скважинный фильтр 24.
Необсаженные части 14, 18 ствола 12 скважины могут не содержать скважинные фильтры 24, регуляторы 25 потока флюида, пакеры 26 и любые другие элементы трубчатой колонны 22. Согласно принципам настоящего изобретения, любая часть ствола 12 скважины может быть обсаженной или необсаженной, и любая часть трубчатой колонны 22 может располагаться в обсаженной или необсаженной части ствола скважины.
Специалистам понятно, что полезный эффект состоит в возможности регулирования потока флюида 30, поступающего в трубчатую колонну 22 из каждой зоны пласта 20, например для предотвращения образования в пласте водяного конуса 32 или газового конуса 34. Регулирование потока в скважине также может использоваться для следующих целей (но не ограничивается таковыми): эффективное распределение зон для извлечения (или нагнетания) флюидов, минимизация выноса или нагнетания нежелательных флюидов, предельное повышение эффективности добычи или нагнетания желательных флюидов и т.п.
Как показано на фиг.3-5, регулятор 25 потока флюида может располагаться в трубчатой колонне 22 таким образом, что флюид 30 поступает на первый проточный вход 201 и перемещается в направлении 221a через второй проточный канал 202. Например, регулятор 25 может располагаться в добывающей скважине таким образом, что первый проточный вход 201 функционально обращен к пласту 20. Следовательно, флюид 30 будет поступать на первый проточный вход 201 при протекании от пласта 20 в трубчатую колонну 22. В другом случае регулятор 25 может располагаться в нагнетательной скважине таким образом, что первый проточный вход 201 функционально обращен к трубчатой колонне 22. Следовательно, флюид 30 будет поступать на первый проточный вход 201 при протекании от трубчатой колонны 22 в пласт 20.
Преимущество применения устройства 300 для направления потока флюида в регуляторе 25 потока флюида в подземном пласте 20 состоит в том, что оно обеспечивает регулирование потока флюида в определенной зоне, а также регулирование потоков флюида между несколькими зонами. Другое преимущество состоит в том, что применение устройства 300 позволяет решить проблему извлечения гетерогенного флюида. Например, если желательным извлекаемым флюидом является нефть, устройство 300 может быть сконструировано таким образом, что при поступлении воды вместе с нефтью в регулятор 25 потока флюида устройство 300 может увеличивать интенсивность поступления гетерогенного флюида в третий проточный канал 203 на основе уменьшения вязкости флюида. Универсальность устройства 300 позволяет преодолевать некоторые трудности, возникающие при разработке продуктивного пласта.
Таким образом, настоящее изобретение позволяет обеспечить достижение вышеупомянутых целей и обладает присущими ему преимуществами. Некоторые вышеописанные варианты осуществления изобретения предназначены только для наглядности, а настоящее изобретение может быть модифицировано и осуществлено различными, но эквивалентными способами, понятными специалистам, что позволяет извлекать пользу из настоящего изобретения. Кроме того, в отношении изображенных в данном документе конструкций и чертежей не подразумевается наличие каких-либо ограничений, кроме указанных в нижеприведенной формуле. Таким образом, очевидно, что некоторые вышеописанные наглядные варианты осуществления изобретения могут быть изменены или модифицированы, и все такие вариации не противоречат сути и не выходят за рамки настоящего изобретения. При описании содержания и способов использовались слова «содержит», «имеет», «включает» (с учетом парадигм слов), при этом различные компоненты или этапы могут также характеризоваться словосочетаниями «состоит преимущественно из» и «состоит из» (с учетом парадигм слов). При использовании областей числовых значений с нижними пределами и верхними пределами особо отмечены любое число и любой диапазон численных значений, лежащие в указанных областях. В частности, каждый упомянутый в данном документе диапазон значений (выраженный словесными конструкциями типа «приблизительно от А до Б») следует понимать как выражающий каждое число и диапазон, лежащие в более широких границах значений. Кроме того, слова, используемые в формуле, имеют свое прямое, основное значение, если автором явно не указано иное. При возникновении противоречий при использовании слова или термина в данном описании и в одном или нескольких патентах или в других документах, на которые дается ссылка в данном документе, следует использовать определения, согласующиеся с данным описанием.