Адаптируемое устройство регулирования притока, реагирующее на воду, и способ его использования
Номер патента: 17358
Опубликовано: 30.11.2012
Авторы: Питерсон Элмер Р., Ричард Беннетт, Коронадо Мартин П., Джонсон Майкл Х.
Формула / Реферат
1. Устройство регулирования потока текучей среды в скважинный трубчатый элемент, имеющее
проход потока, соединенный с устройством регулирования дебита и выполненный с возможностью пропускания текучей среды из пласта в скважинный канал потока;
устройство регулирования содержания твердых частиц, размещенное вдоль прохода потока; и
по меньшей мере один элемент регулирования притока, расположенный вдоль прохода потока после устройства регулирования содержания твердых частиц и содержащий материал, который при взаимодействии с водой обеспечивает уменьшение площади поперечного сечения по меньшей мере части прохода потока без его полной блокировки, при этом указанный материал
обеспечивает разделение текучей среды на составляющие компоненты на основе размеров или зарядов молекул;
обеспечивает выборочное управление потоком компонентов текучей среды на основе притяжения или отталкивания молекул или
включает полярное покрытие.
2. Устройство по п.1, в котором упомянутый материал представляет собой зернистый материал.
3. Устройство по п.2, в котором обеспечивается протекание текучей среды через внутренние проходы в зернистом материале.
4. Устройство по любому из пп.1-3, в котором элемент регулирования притока включает рабочее пространство, содержащее упомянутый материал.
5. Устройство по п.1 или 2, в котором по меньшей мере один элемент регулирования притока включает канал, содержащий упомянутый материал, размещенный по меньшей мере на части площади поверхности, формирующей канал.
6. Устройство по п.5, в котором канал имеет первую площадь поперечного сечения перед тем, как упомянутый материал взаимодействует с водой, и вторую площадь поперечного сечения после такого взаимодействия.
7. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором упомянутый материал способен взаимодействовать с регенерирующим флюидом.
8. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором упомянутый материал представляет собой сплошное тело неорганического материала.
9. Способ регулирования потока текучей среды в скважинный трубчатый элемент, при выполнении которого
направляют флюид через проход потока из пласта в скважинный трубчатый элемент и
осуществляют уменьшение площади поперечного сечения по меньшей мере части прохода потока без его полной блокировки прохода потока с помощью материала, который взаимодействует с водой и который
обеспечивает разделение текучей среды на составляющие компоненты на основе размеров или зарядов молекул;
обеспечивает выборочное управление потоком компонентов текучей среды на основе притяжения или отталкивания молекул или
включает полярное покрытие.
10. Способ по п.9, в котором в качестве упомянутого материала используют зернистый материал.
11. Способ по п.9 или 10, в котором пропускают текучую среду через первую площадь поперечного сечения перед тем, как упомянутый материал взаимодействует с водой, и через вторую площадь поперечного сечения после такого взаимодействия.
12. Способ по любому из пп.9-11, в котором упомянутый материал представляет собой сплошное тело неорганического материала.
13. Способ по любому из пп.9-12, в котором дополнительно калибруют упомянутый материал для обеспечения прохождения через него после взаимодействия с водой потока текучей среды определенной величины.
14. Система регулирования потока текучей среды в скважину, содержащая скважинный трубчатый элемент и устройство по любому из пп.1-8, размещенное вдоль скважинного трубчатого элемента.

Текст
АДАПТИРУЕМОЕ УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРИТОКА, РЕАГИРУЮЩЕЕ НА ВОДУ, И СПОСОБ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В изобретении описываются устройство и система регулирования потока флюида, поступающего в скважинный трубчатый элемент, которые могут содержать проход потока в устройстве регулирования дебита и по меньшей мере один элемент регулирования притока, установленный в проходе потока. Площадь поперечного сечения прохода потока изменяется регулируемым образом при взаимодействии с водой материала, размещенного в элементе регулирования притока. В качестве материала может использоваться сплошное тело из неорганического материала, полимер,разбухающий в воде, или гранулы ионообменной смолы. Также описывается способ регулирования потока флюида в скважинный трубчатый элемент, который может включать пропускание флюида через проход потока из пласта в скважинный трубчатый элемент и регулирование площади поперечного сечения по меньшей мере части прохода потока с помощью материала, который взаимодействует с водой. Способ может включать калибровку материала, обеспечивающую прохождение через среду после ее взаимодействия с водой потока флюида определенной величины. 017358 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение в целом относится к системам и способам выборочного управления потоком текучей среды (флюидов), поступающим в эксплуатационную колонну скважины. Уровень техники Углеводороды, такие как нефть и газ, добываются из подземных месторождений с использованием скважин, пробуренных в продуктивный пласт. Такие скважины обычно заканчивают путем установки обсадной колонны по длине скважины и перфорирования обсадных труб, прилегающих к каждой эксплуатационной зоне, для извлечения из пласта в скважину пластовых флюидов (таких как углеводороды). Эти эксплуатационные зоны иногда разделяют друг от друга путем установки между ними пакеров. Флюид из каждой эксплуатационной зоны поступает в скважину и затем в лифтовую колонну, которая проходит до самой поверхности. Желательно, чтобы вдоль эксплуатационной зоны обеспечивался примерно равномерный отбор пластового флюида. Неравномерное поступление может приводить к возникновению нежелательных состояний, таких как мешающий газовый или водяной конус. Например, в случае нефтяной скважины газовый конус может приводить к поступлению газа в скважину, в результате чего может произойти значительное снижение добычи нефти. Аналогично, водяной конус может приводить к поступлению воды в поток добываемой нефти, в результате чего снижается объем добываемой нефти и ее качество. Соответственно, желательно обеспечивать равномерный отбор флюида по всей эксплуатационной зоне и/или возможность выборочного прекращения или снижения притока в эксплуатационных зонах, который влечет за собой нежелательное поступление воды и/или газа. Настоящее изобретение направлено на решение этих и других проблем, присущих предшествующему уровню техники. Краткое изложение сущности изобретения В настоящем изобретении предлагаются устройство регулирования потока текучей среды (далее флюида) в скважинный трубчатый элемент (трубную колонну) и система, содержащая такое устройство. В одном из вариантов осуществления изобретения устройство может содержать проход (тракт) потока,соединенный с устройством регулирования дебита, по которому флюид пропускается из пласта в скважинный канал потока. В проходе потока расположен по меньшей мере один элемент регулирования притока, содержащий материал (среду), который при ее взаимодействии с водой изменяет площадь поперечного сечения по меньшей мере части прохода потока. Флюид может проходить сквозь материал и/или сквозь внутренние проходы материала. В одном из вариантов элемент регулирования притока может включать рабочее пространство, содержащее этот материал. В другом варианте по меньшей мере один элемент регулирования притока может включать канал, содержащий материал, размещенный по меньшей мере на части площади поверхности, формирующей канал. Канал может иметь первую площадь поперечного сечения перед тем, как материал взаимодействует с водой, и вторую площадь поперечного сечения после такого взаимодействия. В некоторых вариантах материал может быть выполнен таким образом, чтобы он взаимодействовал с регенерационным флюидом. В некоторых вариантах материал может представлять собой сплошное тело неорганического материала, такого как, например, диоксид кремния, вермикулит, слюда, алюмосиликаты, бентонит и их смеси, и в некоторых вариантах материал может представлять собой полимер, разбухающий в воде, например модифицированный полистирол. В качестве материала также могут использоваться гранулы ионообменной смолы. В настоящем изобретении предлагается также способ регулирования потока флюида в скважинный трубчатый элемент. Способ может включать пропускание флюида через проход потока из пласта в скважинный трубчатый элемент и регулирование площади поперечного сечения по меньшей мере части прохода потока с помощью материала, который взаимодействует с водой. В некоторых вариантах способ может включать пропускание флюида через материал. Пропускание может осуществляться через первую площадь поперечного сечения перед тем, как материал взаимодействует с водой, и через вторую площадь поперечного сечения после такого взаимодействия. В некоторых вариантах способ может включать калибровку этого материала, обеспечивающую прохождение через материал после взаимодействия с потоком флюида определенной величины. Необходимо понимать, что примеры более важных признаков изобретения были изложены достаточно широко для того, чтобы можно было лучше понять нижеприведенное подробное описание изобретения, и для того, чтобы можно было оценить вклад изобретения в уровень техники. Имеются также дополнительные признаки и преимущества изобретения, которые будут описаны ниже и раскрыты в приложенной формуле изобретения.-1 017358 Краткое описание чертежей Другие преимущества и аспекты настоящего изобретения будут также понятны специалистам из нижеследующего описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано: на фиг. 1 - схематический вид вертикальной проекции многозонной скважины и эксплуатационного комплекса (сборки), который содержит систему регулирования притока в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения; на фиг. 2 - схематический вид вертикальной проекции эксплуатационного комплекса необсаженной скважины, который содержит систему управления притоком в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения; на фиг. 3 - схематический вид сечения устройства регулирования притока, выполненного в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения; на фиг. 4 - схематический вид сечения первого варианта конструкции элемента регулирования притока в соответствии с изобретением; на фиг. 4A - вид части конструкции, показанной на фиг. 4, на которой изображено рабочее пространство элемента регулирования притока, заполненное этим материалом, представляющей собой зернистый материал; на фиг. 5 - схематический вид сечения второго варианта конструкции элемента регулирования притока в соответствии с изобретением; на фиг. 6 А и 6 Б - схематический вид сечения третьего варианта конструкции элемента регулирования притока в соответствии с изобретением. Осуществление изобретения Настоящее изобретение относится к устройствам и способам управления дебитом скважины по добыче углеводородов. Настоящее изобретение допускает его осуществление в различных формах. Некоторые из конкретных вариантов осуществления изобретения показаны на чертежах и ниже будут описаны подробно, однако при этом следует понимать, что рассмотренные варианты приведены только для иллюстрации принципов изобретения и никоим образом не ограничивают его объем. Кроме того, хотя конкретные варианты могут содержать один или несколько признаков или сочетание нескольких признаков, однако такой признак или сочетание признаков не следует считать существенным, если это не указано здесь в явной форме. В одном из вариантов осуществления изобретения осуществляется управление притоком воды в скважинный трубчатый элемент (трубную колонну в стволе скважины), при котором, по меньшей мере частично, используется элемент регулирования притока, содержащий материал, который может взаимодействовать с водой, содержащейся во флюидах, добываемых из подземных пластов. Взаимодействие материала с водой может быть таким, что оно может быть использовано для целей прекращения или уменьшения потока флюида через рабочее пространство элемента, заполненное этим материалом. Такое взаимодействие может заключаться, например, в разбухании, когда материал разбухает в присутствии воды, в результате чего создаются препятствия для потока воды или флюидов, содержащих воду, через рабочее пространство. На фиг. 1 показан вид скважины 10, которая пробурена в толще пород и проходит через два пласта 14, 16, из которых необходимо осуществлять добычу углеводородов. В скважине 10 установлена известная в технике металлическая обсадная колонна, и множество перфораций 18 открывают проход в пласты 14, 16, чтобы добываемые флюиды могли поступать из пластов 14, 16 в скважину 10. Скважина 10 имеет наклонную или проходящую примерно в горизонтальном направлении секцию/участок 19. В скважине 10 установлено эксплуатационное оборудование (сборка), указанное в целом ссылочным номером 20,которое формируется насосно-компрессорной колонной 22 (лифтовой колонной), проходящей вниз от устья 24 скважины на поверхности 26. В эксплуатационном оборудовании 20 по всей его длине сформирован внутренний продольный канал 28 для потока флюида. Между эксплуатационным оборудованием 20 и обсадной колонной скважины имеется кольцевое (затрубное) пространство 30. Эксплуатационное оборудование 20 имеет отклоненную часть 32, проходящую примерно горизонтально вдоль секции 19 скважины 10. В выбранных местах эксплуатационного оборудования 20 расположены эксплуатационные узлы 34. Каждый эксплуатационный узел 34 при необходимости может быть изолирован внутри скважины 10 с помощью двух пакеров 36. Хотя на фиг. 1 показаны только два эксплуатационных узла 34 в горизонтальной части 32, фактически может использоваться большее количество таких эксплуатационных узлов, установленных последовательно. Каждый эксплуатационный узел 34 снабжен устройством 38 регулирования дебита (эксплуатационное регулирующее устройство), которое используется для управления одной или несколькими характеристиками потока одного или нескольких флюидов в эксплуатационное оборудование 20. Под термином"флюид/текучая материал" ("флюиды") в настоящем описании понимаются жидкости, газы, углеводороды, многофазные текучие материала, смеси нескольких таких текучих сред, вода, соляной раствор, технические текучие материала, такие как буровой раствор, текучие материала, закачиваемые с поверхности, такие как вода, и текучие материала природного происхождения, такие как нефть и газ. Кроме того,указание "вода" должно пониматься также как жидкости на основе воды, например соляной раствор или-2 017358 морская вода В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения устройство 38 регулирования дебита может иметь различные конструкции, обеспечивающие выборочное управление потоком флюидов, протекающих через устройство. На фиг. 2 иллюстрируется устройство необсаженной скважины 11, в которой могут быть использованы эксплуатационные устройства по настоящему изобретению. Конструкция и работа необсаженной скважины 11 во многом аналогичны конструкции и работе скважины 10, показанной на фиг. 1. Однако скважина 11 не имеет обсадной колонны и находится в непосредственном контакте с пластами 14, 16. Поэтому добываемые флюиды протекают из пластов 14, 16 непосредственно в кольцевое пространство 30, которое формируется между эксплуатационным оборудованием 21 и стенкой скважины 11. В этом случае перфорации отсутствуют, и для изоляции устройств 38 регулирования дебита такой скважины могут использоваться пакеры 36. Устройства регулирования дебита принципиально действуют таким образом, что поток флюида направляется из пласта 16 непосредственно в ближайшее эксплуатационное устройство 34, что позволяет получить равновесный поток. В некоторых случаях при заканчивании необсаженных скважин пакеры не используются. На фиг. 3 показан один из вариантов конструкции устройства 100 регулирования дебита, обеспечивающего управление потоком флюидов из месторождения в канал 102 трубной секции 104 эксплуатационной колонны (лифтовая колонна 22 на фиг. 1). Такое управление потоком может быть функцией одной или нескольких характеристик или параметров пластового флюида, в том числе содержания воды, скорости флюида, содержания газа и т.п. Кроме того, устройства 100 регулирования дебита могут быть распределены по длине секции эксплуатационной скважины для обеспечения управления потоком флюидов в разных местах. Такое решение обладает тем преимуществом, что поток добываемой нефти может быть стабилизирован в таких ситуациях, когда большая интенсивность потока ожидается у "пятки" горизонтальной скважины по сравнению с интенсивностью потока у ее "носка". Путем соответствующей настройки устройств 100 регулирования дебита, например путем стабилизации давления или ограничения поступления газа или воды, владелец скважины может повысить вероятность эффективного дренирования нефтяного месторождения. Ниже рассмотрены примеры устройств регулирования дебита. В одном из вариантов осуществления изобретения устройство 100 регулирования дебита содержит устройство 110 регулирования содержания твердых частиц, обеспечивающее снижение количества и размеров твердых частиц, захваченных флюидами, и устройство 120 регулирования притока, которое управляет общей интенсивностью отбора из пласта. Устройство 120 регулирования притока содержит один или несколько проходов для потока (трактов прохождения потока) между пластом и трубной колонной скважины, которые могут быть исполнены таким образом, чтобы обеспечивалась возможность управления одной или несколькими характеристиками потока, такими как расход флюида, давление и т.п. Устройство 110 регулирования содержания твердых частиц может содержать известные устройства,такие как, например, песчаные фильтры и соответствующие гравийные набивки. В некоторых вариантах осуществления изобретения в устройстве 120 регулирования притока используется один или несколько каналов, которые обеспечивают регулирование интенсивности притока и/или типа флюидов, поступающих в канал 102 для потока флюида через один или несколько проходных отверстий 122 для потока. В вариантах осуществления изобретения устройство 120 регулирования притока может содержать один или несколько элементов 130 регулирования притока, которые содержат материал/среду 200, взаимодействующий с одним или несколькими выбранными флюидами, в результате чего поток флюида в канал 102 для потока блокируется полностью или частично. Взаимодействие материала 200 с флюидом может быть откалибровано. Под калибровкой понимается, что одна или несколько характеристик, относящихся к способности материала 200 взаимодействовать с водой или другим флюидом, целенаправленно изменяется (регулируется), чтобы такое взаимодействие происходило заданным образом при действии определенного фактора или набора факторов. Хотя на фиг. 3 показано, что элемент 130 регулирования притока и материал 200 расположены после устройства 110 регулирования содержания твердых частиц (по направлению потока), необходимо понимать, что элемент 130 регулирования притока и материал 200 могут быть расположены в любом месте по ходу потока между пластом и каналом 102 для потока флюида. Например, элемент 130 регулирования притока может быть встроен в устройство 110 регулирования содержания твердых частиц и/или в любые проходы для потока, такие как, например, каналы 124, которые могут использоваться для создания падения давления на устройстве 100 регулирования дебита. Ниже рассматриваются различные иллюстративные варианты. На фиг. 4 показан первый вариант конструкции элемента 130 регулирования притока в соответствии с настоящим изобретением, в котором используется материал, взаимодействующий с флюидом для управления потоком флюида, проходящим через устройство 120 регулирования притока (фиг. 3). Элемент 130 регулирования притока содержит проход 204 для потока флюида. В проходе 204 для потока флюида имеется первая 202 а и вторая 202b сетки, формирующие рабочее пространство 206. В рабочем пространстве 206 расположен материал 200. Материал 200 может практически полностью заполнять рабочее пространство 206, так что флюид, протекающий по проходу 204, будет проходить через этот материал 200.-3 017358 В этом варианте флюид, поступающий из пласта, проходит сквозь материал 200, и при этом не возникает заметного изменения давления, пока пластовый флюид содержит сравнительно небольшие количества воды. Если в пластовый флюид начинает поступать вода, то материал 200 будет взаимодействовать с пластовым флюидом, в результате чего будет полностью или частично блокировать проход для флюида. На фиг. 4 А показан альтернативный вариант части конструкции, представленной на фиг. 4, которая обведена пунктирной линией. В этом варианте материал 200 представляет собой зернистый материал,например набивку из гранул ионообменной смолы (фиг. 4), и рабочее пространство 206 (фиг. 4) имеет фиксированный объем. Гранулы могут быть шариками, имеющими низкую или вообще нулевую проницаемость. Когда через рабочее пространство 206 (фиг. 4) протекает вода, ионообменная смола поглощает воду и увеличивается в размерах. Поскольку гранулы сравнительно непроницаемы, площадь поперечного сечения прохода потока уменьшается из-за разбухания ионообменной смолы. Таким образом, поток через рабочее пространство 206 (фиг. 4) может уменьшиться или вообще прекратиться. На фиг. 5 иллюстрируется второй вариант выполнения элемента 130 регулирования притока в соответствии с изобретением. Так же, как и на фиг. 4, элемент 130 регулирования притока содержит проход 204 для потока флюида, и в проходе 204 имеются первая 202 а и вторая 202b сетки, формирующие рабочее пространство 206, в котором размещается материал 200. В этом варианте используется клапан 300,расположенный между рабочим пространством 206, содержащим материал 200, и входом в элемент 130 регулирования притока. Как показано на фиг. 5, клапан 300 является запорным клапаном, однако в других вариантах может использоваться и другой тип клапана, который способен ограничивать поток флюида по меньшей мере в одном направлении внутри прохода 204. Также используется подающая трубка 302, по которой в пространство между клапаном и рабочим пространством 206 может подаваться регенерирующий флюид. В вариантах, представленных на фиг. 4 и 5, сетки 202 а и 202b используются для формирования рабочего пространства 206, которое содержит материал 200. Если материал 200 имеет форму гранул или порошка, то сетка представляет собой естественный выбор, поскольку она может удерживать на месте гранулы или порошок, и при этом обеспечивается прохождение флюида по проходу 204 и через материал 200. Однако изобретение не ограничивается использованием сеток. Материал 200 может удерживаться в рабочем пространстве 206 с использованием любого подходящего способа, известного специалистам в данной области техники. Например, если материал 200 представляет собой сплошное тело из полимера,он может удерживаться на месте с помощью зажима или фиксирующего кольца. Если же материал 200 представляет собой зернистый материал, то для его удерживания могут использоваться (кроме сеток) мембраны, фильтры, щелевые экраны, пористые упаковочные материалы и др. На фиг. 6 А и 6 Б показан проход 310 для потока флюида, содержащий материал 320, который может расширяться или сжиматься при взаимодействии с флюидом, протекающим по проходу 310. Например,проход 310 для потока флюида может иметь первую площадь 322 поперечного сечения для флюида, который состоит в основном из нефти, и вторую площадь 324 поперечного сечения для флюида, который состоит в основном из воды. Таким образом, при прохождении флюида, состоящего в основном из воды,возникает большее падение давления, и расход флюида снижается. Проход 310 для потока флюида может располагаться внутри устройства 110 регулирования содержания твердых частиц, вдоль каналов 124 или в других местах устройства 100 регулирования дебита (см. фиг. 3). В качестве материала 320 может использоваться любой материал, указанный выше или рассмотренный ниже в настоящем описании. В некоторых вариантах материал 320 может представлять собой покрытие поверхности 312 прохода 310 для потока флюида или вставку, размещенную в проходе 310. Могут использоваться также и другие известные устройства и способы для фиксации материала 320 в проходе 310. Кроме того, следует понимать, что прямоугольная форма сечения прохода показана лишь в качестве примера, и могут использоваться и другие формы, например круглая. Материал 320 может быть размещен на всех поверхностях,формирующих проход 310 для потока флюида, или только на некоторых из них. В других вариантах материал 310 может иметь такую форму и размеры, чтобы он полностью перекрывал проход 310. В одном из вариантов работы устройства материал 320 обеспечивает первую площадь 322 поперечного сечения прохода, когда он не взаимодействует с флюидом, вторую, меньшую, площадь 324 поперечного сечения прохода, когда он взаимодействует с флюидом, таким как вода. Таким образом, в некоторых вариантах материал 320 не разбухает или не расширяется таким образом, чтобы он полностью перекрывал проход 310 для потока флюида. В этом случае при разбухании материала 320 флюид продолжает протекать по проходу 310, но величина расхода флюида уменьшается. Такой режим может оказаться полезным в случае динамичного пласта. Например, в какой-то момент вода может исчезнуть, и флюид будет снова содержать в основном нефть. Поддержание сравнительно небольшого и регулируемого расхода флюида может обеспечивать возможность возврата разбухшего материала 320 в исходное состояние и формирования большей площади 322 поперечного сечения прохода потока нефти.-4 017358 По меньшей мере в одном варианте может обеспечиваться возможность регенерации материала 200 после ее взаимодействия с водой, чтобы можно было восстановить поток флюида из пласта. В таком варианте клапан 300 может, например, блокировать поток флюида в направлении пласта, обеспечивая подачу регенерирующего флюида под сравнительно высоким давлением через материал 200 для его регенерации. Один из вариантов осуществления изобретения содержит способ перекрытия или уменьшения потока воды в скважинный трубчатый элемент с использованием элемента регулирования притока. Элемент регулирования притока может использоваться в одном из вариантов, в котором материал не реагирует, когда содержание углеводородов в флюиде, добываемом из пласта, достаточно велико. При добыче нефти из пласта концентрация воды в добываемом флюиде может увеличиваться до уровня, при котором может оказаться нецелесообразно далее извлекать флюид из скважины. Когда содержание воды в добываемом флюиде достигает такого уровня, материал может взаимодействовать с водой в добываемом флюиде для уменьшения потока флюида через элемент регулирования притока. Одним из механизмов взаимодействия воды со средой, который может использоваться в различных вариантах осуществления изобретения, является разбухание материала. Разбухание означает, для целей настоящего описания, увеличение объема материала. Если элемент регулирования притока имеет ограниченный объем и материал разбухает так, что добываемый флюид не может проходить через материал,то поток прекращается, в результате чего предотвращается или снижается приток воды в системы сбора сырой нефти на поверхности. Разбуханию может подвергаться как зернистый, так и сплошной материалы. В качестве материала могут использоваться, например, полимеры, разбухающие в воде. Такие полимеры могут использоваться в форме гранул или в форме сплошного материала, отлитого по форме элемента регулирования притока. В предлагаемом в настоящем изобретении способе может использоваться известный специалистам любой подходящий полимер, разбухающий в воде и устойчивый к действию условий, существующим в скважине. К таким полимерам относятся, например, соли сшитых полиакрилатов; омыленные продукты сополимеров эфиров акриловой кислоты и винилацетатов; модифицированные продукты сшитого поливинилового спирта; сшитые продукты частично нейтрализованных солей полиакрилатов; сшитые продукты сополимеров изобутилена и малеинового ангидрида и привитые полимеры акриловой кислоты на крахмале. Также могут использоваться и другие полимеры: поли-н-винил-2-пирролидон; сополимеры винилалкилового эфира и малеинового ангидрида; сополимеры винилалкилового эфира и малеиновой кислоты; сополимеры винил-2-пирролидона и винилалкилового эфира, где алкильный остаток содержит от 1 до 3 атомов углерода; низшие алкильные эфиры сополимеров винилалкилового эфира и малеинового ангидрида и сшитые полимеры и сополимеры указанных соединений. Могут использоваться модифицированный полистирол и модифицированные полиолефины, где полимер модифицируется для включения функциональных групп, которые вызывают разбухание модифицированных полимеров в присутствии воды. В вариантах осуществления изобретения может использоваться, например, полистирол, модифицированный ионными функциональными группами, такими как группы сульфоновой кислоты. Один такой модифицированный полистирол является ионообменной смолой. Могут использоваться также полимеры природного происхождения или их производные, к которым относятся аравийская камедь, трагакантовая камедь, арабиногалактан, камедь бобов рожкового дерева,гуаровая камедь, камедь карайя, каррагенан, пектин, агар-агар, смола семян айвы (мармело), рисовый крахмал, кукурузный крахмал, картофельный крахмал, пшеничный крахмал, коллоид водорослей; полимеры, произведенные бактериями, такие как ксантановая смола, декстран, сукциноглюкан и пуллулан; полимеры животного происхождения, такие как коллаген, казеин, альбумин и желатин; полимеры на основе крахмала, такие как карбоксиметиловый крахмал и метилгидроксипропиловый крахмал; полимеры на основе целлюлозы, такие как метилцеллюлоза, этилцеллюлоза, метилгидроксицеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза, гидроксиметилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза, нитроцеллюлоза, сульфат натриевой целлюлозы, карбоксиметилцеллюлоза натрия, кристаллическая целлюлоза и порошок целлюлозы; полимеры на основе альгиновой кислоты, такие как альгинат натрия и альгинат пропиленгликоля; виниловые полимеры, такие как поливинилметиловый эфир, поливинилпирролидон. В одном из вариантов осуществления изобретения материал представляет собой гранулы ионообменной смолы. Материал, который может разбухать, также может быть неорганическим соединением. Из диоксида кремния могут быть получены гели кремниевой кислоты, которые разбухают в присутствии воды. Разбухающие в воде гранулы и порошки могут быть получены из вермикулита и слюды, а также из некоторых глин, таких как алюмосиликаты и бентонит. Другая группа материалов, которая может использоваться в качестве материала в настоящем изобретении, включает такие материалы, которые в присутствии воды уплотняются в большей степени, чем в присутствии углеводородов. Одним из таких материалов является тонкоразмолотый инертный материал, имеющий высокополярное покрытие. Он может использоваться в качестве материала в элементе регулирования притока. В вариантах осуществления изобретения могут использоваться любые такие материалы, устойчивые к действию условий, имеющихся в скважине.-5 017358 Если в нефтяной скважине установлено предлагаемое в настоящем изобретении устройство и существует необходимость прекращения эксплуатации скважины в случае появления воды, когда происходит заводнение месторождения при его вторичной эксплуатации, то устройство регулирования притока может сработать в скважине без всякого воздействия с поверхности. С другой стороны, если устройство предназначено для долговременного использования, когда сырая нефть со сравнительно низким содержанием воды в конечном счете будет приводить к тому, что материал будет снижать интенсивность потока добываемых флюидов, или же когда необходимо восстановить интенсивность потока добываемых флюидов после того, как этот поток был перекрыт, может возникнуть необходимость в регенерации или замене материала в элементе регулирования притока. Этот материал может быть регенерирован с использованием любого подходящего способа, известного специалистам в данной области техники. Один из таких способов может заключаться в воздействии на материал потоком регенерирующего флюида. В одном таком варианте флюид может закачиваться по трубной колонне с поверхности под давлением, достаточным для принудительного пропускания регенерирующего флюида сквозь материал. В другом варианте, когда подача регенерирующего флюида в пласт нежелательна, может использоваться устройство, схема которого приведена на фиг. 5. В таком варианте регенерационный флюид подается по питающей трубке 302 в пространство между клапаном 300 и рабочим пространством 206. Если клапан является запорным клапаном, то регенерирующий флюид может просто закачиваться в это пространство под давлением, достаточным для прокачивания флюида сквозь материал и далее в трубную колонну, поскольку запорный клапан будет предотвращать обратный поток в пласт. Если клапан не является запорным клапаном, то может потребоваться закрыть его перед тем, как начинать подачу регенерирующего флюида. Регенерирующие флюиды должны обладать по меньшей мере двумя свойствами. Первое свойство заключается в том, что регенерирующий флюид должен иметь большее сродство к воде, чем материал. Второе свойство заключается в том, что регенерирующий флюид не должен вызывать ухудшения свойств материала или такое ухудшение должно быть минимальным. Поскольку существует множество веществ, которые могут использоваться в изобретении в качестве упомянутого материала, то также существует множество жидкостей, которые могут использоваться в качестве регенерирующих флюидов. Например, если материал является порошком или гранулами неорганического вещества, то в некоторых нефтяных скважинах в качестве регенерирующих флюидов могут использоваться метанол, этанол, пропанол, изопропанол, ацетон, метилэтилкетон и аналогичные вещества. Если материал является полимером, который чувствителен к таким веществам, или же требуется регенерирующий флюид с более высокой точкой кипения, то могут использоваться некоторые из полиэфирных спиртов, имеющихся на рынке. Специалистам в области эксплуатации нефтяных скважин будет понятно, как можно выбрать регенерирующий флюид, который эффективен в условиях, существующих в скважине, и совместим со средой,которая должна регенерироваться. В вариантах, иллюстрируемых на фиг. 6 А и 6 Б, может быть выбран такой материал 320, размещаемый в проходе 310 для потока флюида, который работает по принципу высокоэффективной жидкостной хроматографии. Материал 320 может содержать один или несколько химреагентов, которые могут разделять протекающий флюид на составляющие компоненты (например, нефть и воду) в соответствии с такими факторами, как диполь-дипольное взаимодействия, ионные взаимодействия или размеры молекул. Например, известно, что размеры молекул нефти больше размеров молекул воды. Таким образом, может быть подобран такой материал 320, в который проникает вода, но сравнительно плохо проникает нефть. Такой материал будет удерживать воду. В другом примере материал 320 может использовать технологию ионообменной хроматографии для разделения флюида на основе характеристик зарядов молекул. Притяжение или отталкивание молекул материалом может использоваться для выборочного управления потоком компонентов (например, нефти или воды) во флюиде. Элементы регулирования притока в соответствии с изобретением могут быть особенно полезны при использования вторичных способов добычи нефти, таких как заводнение месторождения. Когда вода прорывается из заводненного горизонта, устройство регулирования притока может временно заблокировать поток флюидов, в результате чего предотвращается поступление больших количеств воды в добываемую сырую нефть. Устройство регулирования притока (или, возможно, только элемент регулирования притока) может быть извлечено, если оператор скважины посчитает целесообразным дальнейшее использование скважины. Например, такая скважина может использоваться для продолжения заводнения пласта. Необходимо понимать, что фиг. 1 и 2 являются всего лишь иллюстрациями систем эксплуатации скважин, в которых может применяться настоящее изобретение. Например, в некоторых эксплуатационных системах для подъема на поверхность добываемых флюидов в скважинах 10, 11 может использоваться только обсадная колонна или обшивка скважины. Принципы настоящего изобретения могут применяться для регулирования потока, проходящего в таких и других трубных колоннах скважин.-6 017358 В целях наглядности и сокращения описания в нем опущено рассмотрение большей части резьбовых соединений между трубчатыми элементами, эластомерных уплотнений, таких как, например, уплотнительные кольца, и других хорошо известных устройств. Следует учитывать, что такие термины, как"щель", "проходы" и "каналы", используются в самом широком значении и не ограничиваются какимлибо определенным типом или конструкцией. В вышеприведенном описании рассматриваются конкретные варианты осуществления настоящего изобретения для целей иллюстрации и пояснения принципов изобретения. Однако специалистам будет ясно, что возможны многочисленные модификации и изменения вариантов осуществления изобретения, рассмотренных выше, без выхода за пределы его объема. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство регулирования потока текучей среды в скважинный трубчатый элемент, имеющее проход потока, соединенный с устройством регулирования дебита и выполненный с возможностью пропускания текучей среды из пласта в скважинный канал потока; устройство регулирования содержания твердых частиц, размещенное вдоль прохода потока; и по меньшей мере один элемент регулирования притока, расположенный вдоль прохода потока после устройства регулирования содержания твердых частиц и содержащий материал, который при взаимодействии с водой обеспечивает уменьшение площади поперечного сечения по меньшей мере части прохода потока без его полной блокировки, при этом указанный материал обеспечивает разделение текучей среды на составляющие компоненты на основе размеров или зарядов молекул; обеспечивает выборочное управление потоком компонентов текучей среды на основе притяжения или отталкивания молекул или включает полярное покрытие. 2. Устройство по п.1, в котором упомянутый материал представляет собой зернистый материал. 3. Устройство по п.2, в котором обеспечивается протекание текучей среды через внутренние проходы в зернистом материале. 4. Устройство по любому из пп.1-3, в котором элемент регулирования притока включает рабочее пространство, содержащее упомянутый материал. 5. Устройство по п.1 или 2, в котором по меньшей мере один элемент регулирования притока включает канал, содержащий упомянутый материал, размещенный по меньшей мере на части площади поверхности, формирующей канал. 6. Устройство по п.5, в котором канал имеет первую площадь поперечного сечения перед тем, как упомянутый материал взаимодействует с водой, и вторую площадь поперечного сечения после такого взаимодействия. 7. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором упомянутый материал способен взаимодействовать с регенерирующим флюидом. 8. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором упомянутый материал представляет собой сплошное тело неорганического материала. 9. Способ регулирования потока текучей среды в скважинный трубчатый элемент, при выполнении которого направляют флюид через проход потока из пласта в скважинный трубчатый элемент и осуществляют уменьшение площади поперечного сечения по меньшей мере части прохода потока без его полной блокировки прохода потока с помощью материала, который взаимодействует с водой и который обеспечивает разделение текучей среды на составляющие компоненты на основе размеров или зарядов молекул; обеспечивает выборочное управление потоком компонентов текучей среды на основе притяжения или отталкивания молекул или включает полярное покрытие. 10. Способ по п.9, в котором в качестве упомянутого материала используют зернистый материал. 11. Способ по п.9 или 10, в котором пропускают текучую среду через первую площадь поперечного сечения перед тем, как упомянутый материал взаимодействует с водой, и через вторую площадь поперечного сечения после такого взаимодействия. 12. Способ по любому из пп.9-11, в котором упомянутый материал представляет собой сплошное тело неорганического материала. 13. Способ по любому из пп.9-12, в котором дополнительно калибруют упомянутый материал для обеспечения прохождения через него после взаимодействия с водой потока текучей среды определенной величины. 14. Система регулирования потока текучей среды в скважину, содержащая скважинный трубчатый элемент и устройство по любому из пп.1-8, размещенное вдоль скважинного трубчатого элемента.
МПК / Метки
МПК: E21B 47/001, E21B 33/10, E21B 43/10
Метки: воду, притока, реагирующее, использования, устройство, способ, адаптируемое, регулирования
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/10-17358-adaptiruemoe-ustrojjstvo-regulirovaniya-pritoka-reagiruyushhee-na-vodu-i-sposob-ego-ispolzovaniya.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Адаптируемое устройство регулирования притока, реагирующее на воду, и способ его использования</a>
Предыдущий патент: Волокно из полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы и способ его получения
Следующий патент: Способ и композиция для достижения бронхиальной релаксации
Случайный патент: 5,6-диалкил-7-аминотриазолопиримидины, способ их получения и их применение для борьбы с патогенными грибами, а также содержащие их средства