УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРИТОКА, СОДЕРЖАЩЕЕ КОНФИГУРИРУЕМЫЕ СНАРУЖИ РАСХОДНЫЕ ОКНА И СТОЙКИЕ К ЭРОЗИИ ДЕФЛЕКТОРЫ
INFLOW CONTROL DEVICE COMPRISING OUTWARD-CONFIGURABLE FLOW WINDOWS AND EROSION RESISTANT DEFLECTORS

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[1] Настоящая заявка является заявкой по предварительной заявке США под номером 62/252,660, поданной 9 ноября 2015 г., которая включена в настоящий документ посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[2] В рыхлых пластах горизонтальные и наклонно-направленные скважины обычно оборудуют системами заканчивания, содержащими интегрированные песчаные фильтры. Для регулирования расхода добытых текучих сред в песчаных фильтрах можно применять средства регулирования притока (ICD), один пример которых раскрыт в патенте US Pat. No. 5,435,393, Brekke et al. Другие примеры средств регулирования притока также имеются, в том числе, FloReg ICD, поставляемый Weatherford International, Equalizer ICD, поставляемый Baker Hughes, ResFlow ICD поставляемый Schlumberger и EquiFlow ICD, поставляемый Halliburton. (EQUALIZER зарегистрированная торговая марка Baker Hughes Incorporated, и EQUIFLOW зарегистрированная торговая марка Halliburton Energy Services, Inc.)
[3] Например, система 10 заканчивания по фиг. 1 имеет компоновки 50 скважинного фильтра для заканчивания, развернутые на колонне 14 заканчивания в стволе 12 скважины. Обычно, данные компоновки 50 скважинного фильтра применяют для горизонтальных и наклонно-направленных скважин, проходящих в рыхлом пласте, как отмечено выше, и можно применять пакеры 16 или другие изоляционные элементы между различными компоновками 50. Во время эксплуатации текучую среду, добываемую из ствола 12 скважины, направляют через компоновки 50 скважинных фильтров и вверх по колонне 14 заканчивания на находящуюся на поверхности буровую установку 18. Компоновки 50 скважинных фильтров не пропускают мелкие фракции и другие твердые частицы в добываемой текучей среде. В данном способе компоновки 50 скважинных фильтров могут минимизировать повреждения компонентов, образование глинистой корки на стенках скважины в системе 10 заканчивания, а также другие проблемы, связанные с мелкими фракциями и частицами, присутствующими в добываемой текучей среде.
[4] На фиг. 2A-2C, компоновка скважинного фильтра 50 для заканчивания уровня техники показана на виде сбоку, с частичным продольным сечением и в виде фрагмента с увеличением. Компоновка 50 скважинного фильтра имеет основную трубу 52 с рубашкой 60 для борьбы с пескопроявлением и средство 70 регулирования притока, установленное на ней. Основная труба 52 образует проходное отверстие 55 и имеет соединительный переходник 56 на одном конце для соединения с другой компоновкой или т.п. Другой конец 54 можно соединять с переходником (не показано) другой компоновки на колонне заканчивания. Внутри проходного отверстия 55, основная труба 52 образует окна 58 трубы, где установлено средство 70 регулирования притока.
[5] Компоновку 50 вводят в действие на эксплуатационной колонне (позиция 14, фиг. 1) с фильтром 60, обычно смонтированным выше по потоку от средства 70 регулирования притока. Здесь средство 70 регулирования притока является аналогичным средству регулирования притока (ICD) FloReg, поставляемомум Weatherford International. Как лучше всего показано на фиг. 2C, средство 70 имеет наружную муфту 72, расположенную вокруг основной трубы 52 на месте окон 58 трубы. Первое замыкающее кольцо 74 уплотнено на основной трубе 52 уплотнительным элементом 75, и второе замыкающее кольцо 76 прикреплено к концу фильтра 60. В целом, муфта 72 образует кольцевое пространство вокруг основной трубы 52, которое создает сообщение окон 58 трубы с рубашкой 60 для борьбы с пескопроявлением. Второе замыкающее кольцо 76 имеет расходные окна 80, которые отделяют внутреннее пространство 86 муфты от фильтра 60.
[6] Со своей стороны, рубашка 60 для борьбы с пескопроявлением расположена вокруг и снаружи основной трубы 52. Как показано, рубашка 60 для борьбы с пескопроявлением может быть фильтром с проволочной обмоткой, содержащим стержни или ребра 64, расположенные вдоль продольной оси основной трубы 52, с намоткой из проволоки 62, выполненной по окружности, для образования различных щелей. Текучая среда из окружающего кольцевого пространства скважины может проходить через кольцевые промежутки и между рубашкой 60 для борьбы с пескопроявлением и основной трубой 52.
[7] Внутри средство 70 регулирования притока имеет сопла 82, установленные в расходных окнах 80. Сопла 82 дросселируют поток фильтрованной текучей среды, проходящий от рубашки 60 фильтра во внутреннее пространство 86 регулятора, и создают падение давления в текучей среде. Например, средство 70 регулирования притока может иметь десять сопел 82. Операторы на поверхности устанавливают некоторое число данных сопел 82 открытыми для конфигурирования средства 70 для применения в скважине в данном исполнении. Таким путем, средство 70 может давать конфигурируемое падение давления на рубашке 60 фильтра в зависимости от числа открытых сопел 82.
[8] Для конфигурирования средства 70 можно избирательно установить штоки 84 в проходах сопел 82 для их закрытия. Штоки 84 обычно забивают по месту с плотной посадкой с натягом и снимают, захватывая шток 84 кулачковым зажимным патроном и затем нанося удары по кулачковому зажимному патрону, чтобы заставить шток 84 выйти из сопла 82. Данные операции следует выполнять не на буровой установке, заранее, чтобы не тратить ценное время буровой установки. Таким образом, операторы должны задавать заранее нужную конфигурацию средств 70 регулирования притока для развертывания в скважине до установки компонентов для буровой установки.
[9] Когда компоновки 50 применяют в горизонтальном или наклонно-направленном стволе скважины, как показано на фиг. 1, средства 70 регулирования притока выполнены с возможностью создавать конкретные падения давления для помощи в равномерном распределении притока вдоль колонны 14 заканчивания и предотвращении образования конуса обводнения в пяточной части. В целом, средства 70 дросселируют добычу для создания выровненного профиля падения давления притока по длине горизонтальной или наклонно-направленной секции ствола 12 скважины.
[10] Хотя средство 70 регулирования притока уровня техники является эффективным, желательно обладать способностью точного конфигурирования падения давления для ствола скважины для соответствия требованиям данной установки и требуемого падения давления. Кроме того, поток, проходящий через средство регулирования притока, может достигать высоких скоростей, когда поток выходит из внутренних окон. Высокоскоростной поток может проявлять тенденцию к повреждению компонентов. Например, высокоскоростной поток может создавать напряжение на поверхности основной трубы в средстве регулирования притока и может способствовать коррозии.
[11] Задачей настоящего изобретения, поэтому, является преодоление или, по меньшей мере, минимизация эффекта одной или более изложенных выше проблем.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[12] Согласно настоящему изобретению, устройство регулирования расхода для ствола скважины содержит основную трубу, фильтр, муфту, и по меньшей мере один дефлектор. Основная труба имеет проходное отверстие для передачи текучей среды и образует по меньшей мере одно отверстие для перемещения текучей среды в проходное отверстие. Фильтр расположен на основной трубе и фильтрует текучую среду снаружи основной трубы для последующего прохождения в проходное отверстие основной трубы через по меньшей мере одно отверстие. Муфта расположена на основной трубе смежно фильтру для регулирования расхода фильтрованной текучей среды. Муфта имеет по меньшей мере один канал потока для сообщения по текучей среде от фильтра к по меньшей мере одному отверстию в основной трубе. Полка муфты проходит ниже по потоку от по меньшей мере одного канала потока и закрывает по меньшей мере участок основной трубы выше по потоку от по меньшей мере одного отверстия. По меньшей мере один дефлектор, расположен на полке муфты ниже по потоку от по меньшей мере одного канала потока и выше по потоку от по меньшей мере одного отверстия. По меньшей мере один дефлектор изменяет направление потока, выходящего из по меньшей мере одного канала потока.
[13] По меньшей мере один дефлектор может быть по меньшей мере частично выполнен из стойкого к эрозии материала. Например, по меньшей мере один дефлектор может иметь защитный экран, прикрепленный к нему причем, защитный экран выполненный из стойкого к эрозии материала. По меньшей мере один дефлектор может содержать множество реберных сегментов, расположенных на полке муфты чередующимся образом относительно друг друга, и по меньшей мере один канал потока.
[14] В одном устройстве муфта образует по меньшей мере одно наружное отверстие, открытое снаружи на муфте и сообщающееся с по меньшей мере одним каналом потока. По меньшей мере один клапан расположен в по меньшей мере одном наружном отверстии в муфте и вставлен в по меньшей мере один канал потока муфты. Вставленный клапан можно конфигурировать снаружи для избирательного регулирования расхода текучей среды, проходящей от фильтра через по меньшей мере один канал потока к по меньшей мере одному отверстию, образованному в основной трубе. Например, клапан можно конфигурировать снаружи между первым и вторым состояниями. Таким образом, клапан в первом состоянии может обеспечивать сообщение по текучей среде к по меньшей мере одному отверстию, а клапан во втором состоянии может предотвращать сообщение по текучей среде к по меньшей мере одному отверстию.
[15] Вставленный клапан может содержать сопловое отверстие, дросселирующее поток текучей среды в первом состоянии клапана, проходящий через по меньшей мере один канал потока. Данное сопловое отверстие может давать требуемое падение давления в потоке.
[16] В одном частном примере вставленный клапан может представлять собой шаровой клапан, содержащий проходное сечение, выполненное в нем, и поворачивающийся относительно по меньшей мере одного канала потока. Шаровой клапан доступен для поворота снаружи муфты и изменяет сообщение по текучей среде через по меньшей мере один канал потока.
[17] Сам по себе по меньшей мере один канал потока может содержать сопло, расположенное в нем, для создания падения давления. Также, для одного устройства, сопло можно избирательно конфигурировать от открытого состояния без штока, установленного в соплe и закрытого состояния с штоком, установленным в соплe.
[18] В другом устройстве муфта образует по меньшей мере одно наружное отверстие, сообщающееся с по меньшей мере одним проходом потока. По меньшей мере один комплект из первой и второй вставок можно избирательно вставлять в по меньшей мере одно наружное отверстие в муфте относительно по меньшей мере одного канала потока. Например, первая вставка может избирательно предотвращать проход потока текучей среды от фильтра через по меньшей мере один канал потока к по меньшей мере одному отверстию, образованному в основной трубе, а вторая вставка может избирательно предотвращать проход потока текучей среды от фильтра через по меньшей мере один канал потока к по меньшей мере одному отверстию, образованному в основной трубе. По меньшей мере один комплект из каждой, первой и второй вставок, можно избирательно прикреплять в по меньшей мере одном наружном отверстие.
[19] В отношении конструкции муфты, одно устройство муфты содержит промежуточный корпус, первый закрывающий участок и второй закрывающий участок. Промежуточный корпус имеет по меньшей мере один канал потока и полку муфты. Первый закрывающий участок расположен вокруг основной трубы между замыкающим кольцом фильтра и промежуточным корпусом. Первый закрывающий участок заключает в себе первую камеру для прохода текучей среды до по меньшей мере одного канала потока. Второй закрывающий участок, расположен вокруг основной трубы от промежуточного корпуса и заключает в себе вторую камеру для прохода текучей среды от по меньшей мере одного канала потока к по меньшей мере одному отверстию в основной трубе. Второй закрывающий участок может заключать в себе по меньшей мере один дефлектор, расположенный на полке муфты.
[20] В отношении конструкции муфты, другое устройство муфты содержит корпус и закрывающий участок. Корпус имеет по меньшей мере один канал потока и имеет первый конец, расположенный в упор к замыкающему кольцу фильтра так, что корпус принимает текучую среду от фильтра, которой обеспечивает проход мимо замыкающего кольца. В свою очередь, закрывающий участок муфты расположен вокруг основной трубы от второго корпуса и заключает в себе камеру для прохода текучей среды от по меньшей мере одного канала потока к по меньшей мере одному отверстию в основной трубе. Закрывающий участок может включать в себя интегральное замыкающее кольцо, прикрепленное к основной трубе, или можно применять отдельное устройство замыкающего кольца.
[21] В отношении конструкции муфты, другое устройство муфты содержит корпус, первый закрывающий участок и второй закрывающий участок. Корпус имеет по меньшей мере один канал потока и имеет полку. Первый закрывающий участок, расположен вокруг основной трубы между замыкающим кольцом фильтра до промежуточного участок корпуса. Первый кожух заключает в себе путь сообщения по текучей среде от по меньшей мере одного фильтра. Второй закрывающий участок, расположен вокруг основной трубы от промежуточного участка корпуса и заключает в себе путь сообщения текучей среды к по меньшей мере одному отверстию в основной трубе. Второй закрывающий участок может включать в себя интегральное замыкающее кольцо, прикрепленное к основной трубе, или можно применять отдельное устройство замыкающего кольца. Для данного устройства закрывающие участки могут закрывать корпус муфты и могут создавать часть канала потока муфты.
[22] Согласно настоящему изобретению, устройство регулирования расхода для ствола скважины содержит основную трубу, фильтр, и по меньшей мере одно устройство расхода. Основная труба имеет проходное отверстие для передачи текучей среды и образует по меньшей мере одно отверстие для перемещения текучей среды в проходное отверстие. Фильтр расположен на основной трубе и фильтрует текучую среду, проходящую из ствола скважины. По меньшей мере одно устройство расхода расположено на основной трубе и поддерживает сообщение по текучей среде от фильтра к по меньшей мере одному отверстию, образованному в основной трубе.
[23] По меньшей мере одно устройство расхода содержит первый закрывающий участок, корпус, и второй закрывающий участок. Первый закрывающий участок заключает в себе первую камеру вокруг основной трубы и принимает текучую среду от фильтра в первую камеру. Корпус расположен на основной трубе и образует по меньшей мере один канал потока, сообщающийся с первой камерой. Корпус имеет по меньшей мере один дефлектор, расположенный ниже по потоку от по меньшей мере одного канала потока и выполненный с возможностью изменения направления потока, выходящего из по меньшей мере одного канала потока. Второй закрывающий участок заключает в себе вторую камеру вокруг основной трубы. Второй закрывающий участок принимает текучую среду от корпуса и сообщается с по меньшей мере одним отверстием в основной трубе.
[24] Устройство расхода может содержать по меньшей мере один дроссель потока, размещенный в по меньшей мере одном канале потока корпуса между первой и второй камерами и регулирующий расход текучей среды между ними. По меньшей мере участок по меньшей мере одного дросселя потока может быть доступным снаружи устройства, так что по меньшей мере один дроссель потока можно конфигурировать снаружи и избирательно регулировать расход текучей среды. Например, по меньшей мере один дроссель потока можно конфигурировать снаружи между первым и вторым состояниями. Поэтому, по меньшей мере один дроссель потока в первом состоянии может обеспечивать сообщение по текучей среде к по меньшей мере одному отверстию, а по меньшей мере один дроссель потока во втором состоянии может предотвращать сообщение по текучей среде к по меньшей мере одному отверстию.
[25] В одном устройстве по меньшей мере один дроссель потока содержит клапан, доступный снаружи устройства, и который можно избирательно конфигурировать между открытым состоянием и закрытым состоянием относительно по меньшей мере одного канала потока. Клапан может представлять собой шаровой клапан, содержащий проходное сечение, образованное в нем, и поворачивающийся относительно расходного окна так, что поворот шарового клапана можно выполнять с доступом снаружи устройства, и изменять сообщение по текучей среде через расходное окно.
[26] Первый закрывающий участок может иметь первое замыкающее кольцо и первую муфту. Первое замыкающее кольцо прикреплено к основной трубе смежно фильтру, и первая муфта образует первую камеру. Первая муфта имеет первый конец, прикрепленный к первому замыкающему кольцу, и имеет второй конец, прикрепленный к корпусу. Второй закрывающий участок может иметь второе замыкающее кольцо и вторую муфту. Второе замыкающее кольцо прикреплено к основной трубе смежно с по меньшей мере одним отверстием, и вторая муфта образует вторую камеру. Вторая муфта имеет первый конец, прикрепленный ко второму замыкающему кольцу, и имеет второй конец, прикрепленный к корпусу. Второе замыкающее кольцо и вторая муфта на первом конце могут быть интегральными друг с другом.
[27] По меньшей мере один дефлектор может содержать одну или более стенок, расположенных частично по окружности корпуса. Одна или более стенок могут быть комплектами одной или более стенок, разделенных по длине корпуса, и участок второго участка корпуса может заключать в себе одну или более стенок. Защитный экран может быть прикреплен к участку по меньшей мере одного дефлектора и может быть выполнен из материала, иного чем по меньшей мере один дефлектор.
[28] Согласно настоящему изобретению, способ регулирования расхода для ствола скважины содержит: избирательное конфигурирование одного или более устройств расхода, установленных в одном или более каналах потока муфты на основной трубе; развертывание основной трубы в стволе скважины; прием текучей среды в муфте снаружи основной трубы; регулирование расхода принимаемой текучей среды, проходящей через один или более каналов потока в одно или более внутренних отверстий в основной трубе, применяя одно или более устройств расхода; и изменение направления потока, выходящего из одного или более каналов потока в одно или более внутренних отверстий основной трубы, применяя по меньшей мере один дефлектор, расположенный на полке муфты, проходящей ниже по потоку от одного или более каналов потока и закрывающей участок основной трубы выше по потоку от одного или более внутренних отверстий.
[23] Избирательное конфигурирование одного или более устройств расхода может содержать избирательное обеспечение или предотвращение сообщения по текучей среде до одного или более внутренних отверстий через одно или более устройств расхода; избирательное открытие или закрытие сообщения по текучей среде через одно или более устройств расхода посредством открытия или закрытия снаружи внутреннего клапана одного или более устройств расхода; или избирательное открытие или закрытие сообщения по текучей среде через одно или более устройств расхода посредством избирательного вставления одного или более комплектов вставок в наружном отверстии кожуха на основной трубе.
[30] Приведенная выше сущность изобретения не служит для выделения каждого потенциального варианта осуществления или каждого аспекта настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[31] На фиг. 1 показана система заканчивания, содержащая компоновки скважинного фильтра для заканчивания, развернутые в стволе скважины.
[32] На фиг. 2A показана компоновка скважинного фильтра для заканчивания уровня техники.
[33] На фиг. 2B показана компоновка скважинного фильтра для заканчивания с частью в виде сечения уровня техники.
[34] На фиг. 2C показана деталь на средстве регулирования притока для уровня техники компоновки скважинного фильтра для заканчивания.
[35] На фиг. 3A показана компоновка скважинного фильтра для заканчивания со средством регулирования притока согласно настоящему изобретению.
[36] На фиг. 3B показана раскрытая компоновка скважинного фильтра для заканчивания с частью в виде сечения.
[37]
[38] На фиг. 3C показан в изометрии участок раскрытой компоновки скважинного фильтра для заканчивания.
[39] На фиг. 3D показана концевая часть раскрытой компоновки скважинного фильтра для заканчивания в виде сечения по линии E-E фиг. 3A.
[40] На фиг. 4 показан участок компоновки скважинного фильтра для заканчивания, содержащего другое средство регулирования притока согласно настоящему изобретению.
[41] На фиг. 5 показан участок компоновки скважинного фильтра для заканчивания с еще одним средством регулирования притока согласно настоящему изобретению.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[42] Показанная на фиг. 3A-3D компоновка скважинного фильтра для заканчивания или устройство 100 регулирования расхода настоящего изобретения может преодолевать ограничения компоновки скважинного фильтра для заканчивания уровня техники. Согласно одному аспекту, устройство 100 обеспечивает операторам внешнее конфигурирование и управление притоком текучей среды с применением идей, раскрытых в публикации U.S. Pub. 2013/0319664, которая полностью включена в данном документе в виде ссылки. Согласно другому аспекту, устройство 100 уменьшает сдвигающее напряжение вследствие высокой скорости текучей среды, выходящей из расходных отверстий в устройстве 100. Как отмечено, высокоскоростная текучая среда проходит по материалу основной трубы и другим внутренним компонентам и может создавать сдвигающие напряжения в материале, которые способствуют коррозии. По указанной причине элементы устройства 100 (а именно, один или более дефлекторов, рассмотренных ниже) применяют для замедления потока текучей среды, выходящей из расходных отверстий посредством смешивания выходящей текучей среды с низкоскоростной текучей средой уже в камере в устройстве 100.
[43] Обратимся к чертежам, компоновка 100 показана на виде сбоку на фиг. 3A, в виде части сечения на фиг. 3B, в виде части изометрии на фиг. 3C и в виде концевого сечения на фиг. 3D. Данную компоновку 100 скважинного фильтра для заканчивания можно применять в такой системе заканчивания, как описанная выше со ссылкой на фиг. 1, поэтому детали здесь не повторяются.
[44] Компоновка 100 скважинного фильтра для заканчивания включает в себя основную трубу 110, рубашку для борьбы с пескопроявлением или фильтр 120 и средство 130 регулирования притока. Средство 130 регулирования притока смонтировано на основной трубе 110 и сообщается с рубашкой 120 для борьбы с пескопроявлением. Основная труба 110 образует проходное отверстие 115 для передачи добытой текучей среды и образует по меньшей мере одно приточное отверстие 118 для направления добытой текучей среды из пространства снаружи основной трубы 110 в проходное отверстие 115. Для соединения компоновки 100 с другими компонентами системы заканчивания основная труба 110 имеет соединительный переходник 116 на одном конце, а другой конец 114 можно соединять с переходником (не показано) другой основной трубы.
[45] Со своей стороны, рубашка 120 для борьбы с пескопроявлением, расположенная снаружи основной трубы 110, фильтрует текучую среду, приходящую снаружи основной трубы 110. Для рубашки 120 можно применять фильтры различных типов или фильтрующие узлы известные в технике, так что характеристики потока и функциональные возможности фильтрования компоновки 100 можно избирательно конфигурировать для конкретного исполнения. В общем, рубашка 120 может содержать один или более слоев, в том числе проволочные намотки, пористое металлическое волокно, полученный спеканием слоистый материал, материал предварительного заполнения, и т.д.
[46] Как показано на фиг. 3A, например, рубашка 120 может являться фильтром с проволочной обмоткой, содержащим стержни или ребра, расположенные продольно вдоль основной трубы 110 с обмоткой из проволоки, намотанной на них. Проволока образует различные щели для фильтрования добытой текучей среды, и продольные ребра создают каналы, которые работают как дренажный слой. Можно применять узлы фильтров других типов для рубашки 120, в том числе металлические сетчатые фильтры, фильтры с предварительным заполнением, защитные оболочечные фильтры, расширяющиеся песчаные фильтры, или фильтры другой конструкции.
[47] Во время эксплуатации текучая среда из окружающего кольцевого пространства ствола скважины может проходить в рубашку 120 для борьбы с пескопроявлением и может проходить вдоль кольцевого зазора между рубашкой 120 для борьбы с пескопроявлением и основной трубой 110. Наружная кромка фильтрующей рубашки 120 имеет закрытое замыкающее кольцо 125 (фиг. 3A), предотвращающее проход фильтрованной текучей среды. Вместо этого, фильтрованная текучая среда в зазоре рубашки 120 и основной трубы 110 проходит в средство 130 регулирования притока, который расположено на основной трубе 110 на месте приточных отверстий 118.
[48] Средство 130 регулирования притока включает в себя по меньшей мере один клапан 170 для по меньшей мере одного канала 154 потока и включает в себя полку 156, а также по меньшей мере один дефлектор 158. Средство 130 регулирования притока расположено на основной трубе 110 и поддерживает сообщение по текучей среде от фильтрующей рубашки 120 через по меньшей мере один канал 154 потока к по меньшей мере одному отверстию 118, образованного в основной трубе 110.
[49] Для облегчения конструирования средство 130 регулирования притока может быть составлено из нескольких компонентов, включающих в себя первый закрывающий участок 140, промежуточный корпус или муфту 150 и второй закрывающий участок 160. В частности, первый закрывающий участок 140 имеет первое замыкающее кольцо 142, расположенное на основной трубе 110 смежно с фильтрующей рубашкой 120. Замыкающее кольцо 142 упирается во внутреннюю кромку фильтрующей рубашки 120 и образует канал 143 текучей среды для сообщения по текучей среде от фильтрующей рубашки 120.
[50] Открытое замыкающее кольцо 142 имеет внутренние каналы, щели или каналы 143, которые можно частично устанавливать поверх внутренней кромки рубашки 120. Во время применения данные каналы 143 обеспечивают текучей среде, фильтруемой рубашкой 120, сообщение через открытое замыкающее кольцо 142 с камерой 145 кожуха, заключенной в первом кожухе 144, таком как цилиндрическая муфта. Как также показано в открытой изометрии фиг. 3C, стенки или перегородки между каналами 143 поддерживают открытое замыкающее кольцо 142 на основной трубе 110 и могут быть прикреплены к наружной поверхности трубы во время изготовления. Понятно, что открытое замыкающее кольцо 142 может быть выполнено с другой конфигурацией отверстий для обеспечения сквозного прохода текучей среды через них.
[51] Промежуточная муфта 150 включает в себя промежуточное кольцо или корпус 152, расположенный на основной трубе 110 смежно с первым замыкающим кольцом 142 и первым кожухом 144. Промежуточное кольцо 152 образует по меньшей мере один канал 154 потока и имеет по меньшей мере один клапан 170 и по меньшей мере один дефлектор 158, расположенный на нем. Первый кожух 144 расположен между первым замыкающим кольцом 142 и промежуточным кольцом 152 и заключает в себе первую камеру 145 с основной трубой 110 для прохода текучей среды до по меньшей мере одного канала 154 потока. Как показано, первый кожух 144 может быть отдельным компонентом, прикрепленным к первому замыкающему кольцу 142 и промежуточному кольцу 152 сваркой или т.п.
[52] Второй закрывающий участок 160 включает в себя второе замыкающее кольцо или корпус 162, расположенный на основной трубе 110 смежно с промежуточным кольцом 152 для предотвращения дальнейшего прохода потока по меньшей мере за одно отверстие 118 в основной трубе 100. Второй кожух или муфта 164 расположена между промежуточным кольцом 152 и вторым замыкающим кольцом 162 и заключает в себе вторую камеру 165 с основной трубой 110 для прохода текучей среды до отверстий 118. Как показано, второй кожух 164 может быть интегральным компонентом со вторым замыкающим кольцом 162 и прикрепленным к промежуточному кольцу 152 сваркой или т.п.
[53] Для данного узла кожухи 144 и 164 прикреплены к замыкающим кольцам 142 и 162 и промежуточному кольцу 150, и замыкающие кольца 142 и 162 и промежуточное кольцо 150 прикреплены к основной трубе 110. Таким образом, средство 130 регулирования притока может быть постоянно прикреплено к основной трубе 110, и никакие кольца круглого сечения или другие уплотнительные элементы не требуются для компонентов 140, 150 и 160 регулятора притока. Конструкция данного вида может улучшить долговечность устройства 130 расхода при развертывании в скважине.
[54] Второй кожух 164 фактически заключает в себе по меньшей мере один дефлектор 158 на промежуточном кольце 152. В частности, промежуточный кольцо 152 устройства 130 расхода имеет муфтовый участок, переходную муфту или полку 156, проходящую ниже по потоку от канала 154 потока и проходящую смежно с участком основной трубы 110. По меньшей мере один дефлектор 158 расположен на полке 156 и заключен в закрывающем участке 164.
т.e.,
[55] На фиг. 3C-3D показаны дополнительные детали промежуточной муфты 150 и путь, которым поток фильтрованной текучей среды (притока) может достигать отверстий 118 трубы. Несколько каналов 154 потока образованы в промежуточном кольце 152 и сообщаются с одной или более внутренними камерами (165) второго закрывающего участка 160. В свою очередь, одна или более внутренних камер 165 сообщаются с отверстиями 118 трубы.
[56] Во время эксплуатации, например, фильтрованная текучая среда из фильтрующей рубашки 120 может смешиваться в первой камере 145 средства. В свою очередь, каждый из каналов 154 потока может поддерживать сообщение по смешанной фильтрованной текучей среде от первой камеры 145 до одной или более внутренних камер 165, которые поддерживают сообщение по текучей среде с отверстиями 118 основной трубы.
[57] Для установления конфигурации входа фильтрованной текучей среды в основную трубу 110 через отверстия 118 промежуточная муфта 150 имеет по меньшей мере один клапан 170 расположенный в ней. Хотя все каналы 154 потока имеют клапан 170, также один или более могут иметь клапан 170, а другие каналы 154 потока могут иметь постоянно открытые сопла или т.п. Фактически, каждый или по меньшей мере больше одного из каналов 154 потока в промежуточном кольце 152 могут иметь такой клапан 170. Вместе или отдельно, канал 154 потока и клапаны 170 дросселируют поток фильтрованной текучей среды и создают падение давления в потоке для достижения целей, рассмотренных в данном документе.
[58] Клапан 170 можно конфигурировать снаружи между первым и вторым состояниями. В первом состоянии клапан 170 обеспечивает сообщение по текучей среде через канал 154 потока до отверстия 118. Во втором состоянии клапан 170 предотвращает сообщение по текучей среде через канал 154 потока до отверстия 118. Промежуточные состояния можно также применять для дроссельного регулирования сообщения по текучей среде. В общем, клапан 170 может включать в себя расходное окно, дроссельное проходное сечение, сопло, трубу, сифон или другой элемент расхода, который регулирует и дросселирует поток текучей среды. Здесь, клапан 170 имеет дроссель, проходное сечение или сопло 172, которое дросселирует поток текучей среды, проходящий через канал 154 потока, и создает падение давления в потоке текучей среды.
[59] Детали одного из клапанов 170, по меньшей мере одного такого дефлектора 158 и т.д., показаны на фиг. 3C. Каналы 154 потока дросселируют проход фильтрованной текучей среды от камеры 145 кожуха до одной или более внутренних камер 165, связанных с каналами 154 потока. Данная внутренняя камера 165 является, по существу, карманом, образованным во внутренней поверхности второго закрывающего участка 160 и обеспечивает потоку из канала 154 потока сообщение с отверстиями 118 трубы. Карман или камера 165 может сообщаться или не сообщаться с одним или более каналами 154 потока. Возможны также другие конфигурации.
[60] В зависимости от конфигурация клапанов 170 и характеристик притока, поток, проходящий через каналы 154 потока во вторую камеру 165, до прохода через отверстия 118 может достигать некоторых высоких расходов, которые увеличивают шансы эрозии и/или коррозии. Например, основная труба 110 может быть выполнена из подходящего материала, такого как сталь 13Cr. В данных случаях основная труба 110 может находиться под воздействием высоких расходов во время эксплуатации, и высокие сдвиговые величины текучей среды на границе стали 13Cr и текучей среды могут возбуждать коррозию на основной трубе 110. Рекомендуемое максимальное сдвигающее напряжение на стенке может составлять 40Па.
[61] Для уменьшения шансов возникновения возбужденной эрозии и/или коррозии, устройство 130 расхода имеет интегральное устройство дефлектора с расположенными вразбежку дефлекторами 158, введенными ниже по потоку от каналов 154 потока и выше по потоку от отверстий 118 и открытой воздействию основной трубы 110. Когда текучая среда выходит из каналов 154 потока, поток падает на дефлекторы 158. Указанное обуславливает мгновенное изменение направления потока текучей среды, что предотвращает контакт текучей среды со сталью 13Cr основной трубы 110 вблизи отверстий 118 на высокой скорости. Изменение направления обеспечивает высокоcкоростной текучей среде возможность смешиваться с низкоскоростной текучей средой, присутствующей в камере 165. Указанное предпочтительно достигает такого уровня, что, когда текучая среда затем входит в контакт со сталью 13Cr основной трубы 110, текучая среда должна перемещаться так медленно, что фактический сдвиг на стенке значительно ниже максимально допустимого (например, около 40Па).
[62] Дополнительно, полка 156 промежуточного кольца 152 расположена выше по потоку (с перекрыванием) от открытого воздействию участка основной трубы 110 с отверстием 118. Когда текучая среда выходит из каналов 154 потока, полка 156 может предотвращать прямое взаимодействие выходящей текучей среды с материалом основной трубы.
[63] Как показано, промежуточное кольцо 152 устройства 130 расхода можно подвергать станочной обработке с устройством 158 дефлекторов, как одно целое. При этом весь корпус промежуточного кольца 152 можно выполнить из стойкого к эрозии материала. Например, кольцо 152 можно выполнить из более стойкого к эрозии материала, чем основную трубу 110 или можно даже выполнить из стали 13Cr. В одном устройстве, рассмотренном ниже, специально обработанные участки поверхности, вставки или защитные экраны (не показано) можно прикреплять, формовать, наплавлять, наклеивать, напаивать высокотемпературным припоем или т.п. на поверхность дефлекторов 158 для обеспечения их сопротивления эрозии.
[64] Здесь также, по меньшей мере один дефлектор 158 включает в себя несколько дефлекторов, расположенных на полке 156 промежуточного кольца 152. Данные дефлекторы 158 расположены ниже по потоку от клапанов 170 и канала 154 потока и расположены выше по потоку от участка основной трубы 110 смежного с отверстием 118. В показанном частном устройстве дефлекторы 158 выполнены, как множество реберных сегментов, расположенных по меньшей мере, частично, по окружности полки 156. Реберные сегменты дефлекторов 158 выступают от полки 156 и имеют шахматное расположение относительно друг друга и каналов 154 потока. Полка 156 и дефлекторы 158 уменьшают эрозию от потока текучей среды, выходящей из канала 154 потока и любой струи, которая может возникать. Дефлекторы 158 можно по меньшей мере частично выполнить из стойкого к эрозии материала. Аналогично, полку 156 можно по меньшей мере частично выполнить из стойкого к эрозии материала. Когда поток выходит из канала 154, дефлекторы 158 изменяют направление потока до достижения им отверстий 118 и до его взаимодействия с любой открытой воздействию площадью основной трубы 110 в камере 165.
[65] Как отмечено выше, клапаны 170 доступны снаружи устройства 130 расхода. Таким образом, клапаны 170 можно конфигурировать снаружи для избирательного регулирования расхода текучей среды, проходящей от фильтрующей рубашки 120, через канал 154 потока и до отверстий 118, образованных в основной трубе 110.
[65] В частности, регулируемые клапаны 170 могут быть доступны через наружное отверстие 157 в промежуточном кольце 152 для открытия или закрытия прохода текучей среды через каналы 154 потока. Как показано на фиг. 3A-3B и 3D, клапаны 170 могут являться шаровыми клапанами с шаровым корпусом 172, который вставлен в наружное отверстие 157 промежуточного кольца 152 и установлен между концами канала 154 потока. Предпочтительно, клапан 170 выполнен из стойкого к эрозии материала, такого как карбид вольфрама, для предотвращения возбуждаемой потоком эрозии. Уплотнительные элементы могут входить в контакт вокруг шарового корпуса 172 клапана 170 для герметизации прохода текучей среды вокруг него, и шпиндель клапана 170 может проходить за стопор 178 прикрепленный на резьбе или иначе в наружном отверстии 157 промежуточного кольца 152 для удержания клапана 170. Уплотнительные элементы могут быть выполнены из полимера или другого подходящего материала.
[67] Открытый воздействию шпиндель может быть доступен для инструмента (например, плоской отвертки, торцового внутреннего ключа или т.п.) снаружи на промежуточном кольце 152, так что клапан 170 можно поворачивать в открытое или закрытое положение без открытия или снятия частей кожуха (позиции 140, 150, 160). Данный поворот ориентирует проходное сечение 174 в клапане 170 по каналу 154 потока или не по нему. В общем, повороты на четверть оборота могут быть всем, что требуется для полного открытия и закрытия клапанов 170. Частичные обороты можно применять для частичного открытия и закрытия клапанов 170 с приведением в промежуточные положения для дросселирования потока, если требуется.
[68] Когда клапан 170 полностью закрыт, и проходное сечение 174 не сообщается с проходом 154 потока, поток текучей среды не проходит через канал 154 потока до отверстия 118 в трубе. Когда клапан 170 открыт (полностью или по меньшей мере, частично), поток через канал 154 потока проходит через проходное сечение 174 до отверстия 118 в трубе, так что поток может входить в проходное отверстие 115 трубы. Проходное сечение 174 в открытом клапане 170 может действовать, как штуцер, для дросселирования потока в дополнению к любому дросселированию потока, обеспеченному самим каналом 154 потока. Таким образом, внутренний диаметр проходного сечения 174 можно подобрать, как требуется для конкретных встречающихся текучих сред, и нужного падения давления.
[69] Для конфигурирования средства 130 регулирования притока фиг. 3A-3D, установленное число клапанов 170 открывают, поворачивая требуемое число клапанов 170 в открытое положение. Другие клапаны 170 поворачивают в закрытое положение. С помощью конфигурирования нужного числа открытых клапанов 170 операторы могут конфигурировать средство 130 регулирования притока для получения частного падения давления, требуемого в данном исполнении.
[70] В качестве примера, средство 130 регулирования притока может иметь несколько (например, десять) клапанов 170, хотя не все они могут быть открыты во время данного развертывания. Таким образом, операторы могут конфигурировать поток, проходящий через средство 130 регулирования притока к отверстиям 118 в основной трубе через любое число, от одного до десяти, открытых клапанов 170 так, что средство 130 регулирования притока обеспечивает уменьшенный приток и может давать конфигурируемое падение давления на фильтрующей рубашке 120. Если один клапан 170 открыт, средство 130 регулирования притока может давать увеличивающееся падение давления на средстве 130 с увеличивающимся расходом. Чем больше клапанов 170 открыты, тем больший приток является возможным, но средство 130 должно менее заметно демонстрировать изменение в падении давления относительно увеличения в расходе.
[71] Дополнительные детали, относящиеся к клапанам 170 и их применению на средстве 130 регулирования притока раскрыты в включенной в состав публикации U.S. Pub. 2013/0319664.
[72] В предыдущих устройствах клапаны 170 включают дроссель потока, так что проходное сечение 174 действует, как сопло для дросселирования потока текучей среды, проходящего через канал 154 потока. Как альтернатива, дроссель потока или сопло может быть отдельным от клапана, применяемого для регулирования расхода через канал 154 потока.
[73] В устройствах описанных выше, в качестве клапанов 170 применены шаровые клапаны, которые можно поворачивать в наружных отверстиях 157 в промежуточном кольце 152 для открытия или закрытия прохода текучей среды через каналы 154 потока. Можно применять клапаны и механизмы закрытия других типов, в том числе, но без ограничения этим, шиберные клапаны, клапаны с дроссельной заслонкой и механизмы с штоками или пробками, такие, как раскрыты во включенной в документ публикации U.S. Pub. 2013/0319664.
[74] В отличие от предыдущих вариантов осуществления, в компоновке 100 можно применять обычное сопло без конфигурируемых снаружи клапанов. Например, на фиг. 4 показан участок компоновки 100 скважинного фильтра для заканчивания, содержащего другое средство 130 регулирования притока согласно настоящему изобретению. Многие компоненты компоновки 100 и средства 130 являются одинаковыми с описанными, выше так что их описание здесь не повторяется.
[75] Здесь также, компоновка 100 скважинного фильтра включает в себя основную трубу 110, фильтрующую рубашку 120 и средство 130 регулирования притока. Основная труба 110 имеет проходное отверстие 115 для передачи текучей среды и образует по меньшей мере одно отверстие 118 для передачи текучей среды в проходное отверстие 115. Фильтрующая рубашка 120 расположена на основной трубе 110 и фильтрует текучую среду, проходящую снаружи основной трубы 110.
[76] Здесь средство 130 регулирования притока включает в себя муфту, переходную муфту или полку 250 (т.e., муфтовый участок) и закрывающие участки (позиции 140, 160). Муфтовый участок 250 расположен на основной трубе 110 и имеет по меньшей мере один канал 154 потока. Закрывающие участки (позиции 140, 160) расположены на основной трубе 110 вокруг муфтового участка 250 и заключают в себе сообщение по текучей среде от фильтрующей рубашки 120, через проход 254 потока и до отверстия 118, образованного в основной трубе 110.
[77] По меньшей мере один дефлектор 258 расположен на муфтовом участке 250 ниже по потоку от канала 254 потока и выше по потоку от участка основной трубы 110 смежного с отверстием 118. Как отмечено выше, по меньшей мере один дефлектор 258 может быть по меньшей мере частично выполнен из стойкого к эрозии материала и изменяет направление потока, выходящего из канала 254 потока.
[78] Как показано здесь, канал 254 потока включает в себя сопло 255, расположенное в нем. Сопло 255 можно избирательно конфигурировать от открытого состояния без штока 257, установленного в соплe 255, и закрытого состояния с штоком 257, установленным в соплe 255.
[79] Закрывающие участки (позиции 140, 160) включают в себя замыкающие кольца 142 и 162 и одну или более муфт 144, 164 кожуха. В частности, первое замыкающее кольцо 142 расположено на основной трубе 110 смежно с фильтрующей рубашкой 120 и образует канал 143 текучей среды в сообщении по текучей среде от фильтрующей рубашки 120. Второе замыкающее кольцо 162 расположено на основной трубе 110 смежно с отверстием 118 и предотвращает дальнейший проход потока за отверстие 118 в основной трубе 110. Муфты 144, 164 кожуха расположены вокруг муфтового участка 250 между первым и вторым замыкающими кольцами 142 и 162, встречаются на промежуточном участке, и заключают в себе канал текучей среды от фильтрующей рубашки 120 до отверстия 118. Можно применять блокирующее кольцо 163 для удержания второй муфты 164 кожуха 164 на месте, и муфты 144, 164 кожуха могут перекрываться и уплотняться друг с другом.
[80] Как отмечено выше, можно применять другие закрывающие механизмы в средстве 130 регулирования притока настоящего изобретения. Например, на фиг. 5 показана в виде сечения другая компоновка 100 скважинного фильтра для заканчивания, содержащее другое средство 130 регулирования притока согласно настоящему изобретению. Многие компоненты компоновки 100 и средства 130 являются одинаковыми с описанными выше, так что их описание здесь не повторяется.
[81] Здесь средство 130 регулирования притока включает в себя муфту 150 с промежуточным кольцом 152, расположенным на основной трубе 110 и поддерживающим сообщение по текучей среде от фильтрующей рубашки 120 через по меньшей мере один канал 154 потока до отверстия 118, образованного в основной трубе 110. Конец промежуточного кольца 152 напрямую упирается в замыкающее кольцо 142 фильтра 120 и прикрепляется к нему. Закрывающий участок 160 с замыкающим кольцом 162 и муфтой 164 кожуха, заключающий в себе камеру 165, прикрепляется к другому концу промежуточного кольца 152.
[82] По меньшей мере один дефлектор 158 расположен на полке 156 кольца 152 ниже по потоку от канала 154 потока и выше по потоку от участка основной трубы 110 смежного с отверстием 118.
[82] Для конфигурирования потока можно избирательно вставлять комплект из первой и второй вставок 180A-B снаружи промежуточного кольца 152 относительно канала 154 потока. Первая вставка 180A имеет канал 182, а вторая вставка 180B не имеет. Когда первая вставка 180A вставлена в проходящее поперечно отверстие 157, как показано на фиг. 5, первая вставка 180A избирательно обеспечивает проход потока текучей среды от фильтрующей рубашки 120 через канал 154 потока до отверстия 118, образованного в основной трубе 110. Можно обеспечить отдельное сопло 184, или канал 182 потока первой вставки 180A может включать в себя такое сопло. Когда вторая вставка 180B взамен вставлена в проходящее поперечно отверстие 157, вторая вставка 180B избирательно предотвращает протекание текучей среды через канал 154 потока.
[84] Вставки 180A-B можно избирательно прикреплять в проходящем поперечно отверстии 157 на наружной части промежуточного кольца 152. Например, вставки 180A-B можно ввинчивать в наружное отверстие 157 и/или фиксировать пружинной защелкой 188, а также герметизировать уплотнительными элементами (не показано).
[85] Как показано здесь, по меньшей мере один дефлектор 158 включает в себя защитный экран 159 из отличающегося материала, прикрепленный к внутренней поверхности стенки дефлектора 158. Данный защитный экран 159 выполнен из стойкого к эрозии материала, а оставшуюся часть дефлектора 158 можно не выполнять из него. Например, защитный экран 159 может быть выполнен из карбида вольфрама и может быть прикреплен, наплавлен, наклеен, припаян высокотемпературным припоем или т.п. к поверхности дефлектора.
[86] Любые из дефлекторов 158/258 различных вариантов осуществления, раскрытых в данном документе, можно аналогично выполнять с такими защитными экранами. Естественно, любой из дефлекторов 158/258 различных вариантов осуществления может быть выполнен как одно целое из стойкого к эрозии материала.
[87] Приведенное выше описание предпочтительных и других вариантов осуществления не служит для ограничения или сужения объема или применимости патентоспособных концепций, предложенных Заявителями. Понятно, что для полезного применения настоящего изобретения, признаки, описанные выше по любому варианту осуществления или аспекту раскрытого предмета изобретения можно применять, автономно или в комбинации с любым другим описанным признаком в любом другом варианте осуществления или аспекте раскрытого предмета изобретения.
[88] В вариантах исполнения, приведенных выше, в регуляторах 130 притока применены каналы потока, сопла и/или клапанные механизмы для управления и дросселирования сообщения по текучей среде с отверстиями 118 трубы и создания требуемого падения давления. Можно применять дополнительные элементы для управления расходом и создания падения давления, в том числе дроссельное проходное сечение, трубу, сифон или другой такой элемент. Например, в средстве 130 регулирования притока можно применять извилистые каналы или пути для управления и дросселирования сообщения по текучей среде от фильтрующей рубашки 120 до отверстий 118 в стенке трубы.
[89] Любые из различных компонентов, раскрытых в данном документе для одного из средств 130 регулирования притока, можно заменить любым из других компонентов других средств 130 регулирования притока. Дополнительно, любые из различных компонентов для одного из средств 130 регулирования притока можно применять в комбинации с любым из других компонентов других средств 130 регулирования притока, так что можно применять гибридное устройство на том-же средстве 130 регулирования притока.
[90] При раскрытии патентоспособных концепций, содержащихся в данном документе, Заявители сохраняют все патентные права, гарантируемые прилагаемой формулой изобретения. Поэтому, считается, что прилагаемая формула изобретения включает в себя в полной мере все модификации и изменения, определенные в объеме следующей формулы изобретения или их эквиваленты.