Устройство и способ регулирования потока
Формула / Реферат
1. Устройство регулирования потока текучей среды, поступающего в скважинный трубчатый элемент, имеющее
тракт прохождения потока, выполненный с возможностью передачи текучей среды из подземного пласта в канал потока скважинного трубчатого элемента;
группу элементов регулирования потока, расположенных вдоль тракта прохождения потока и выполненных с возможностью формирования участков падения давления вдоль тракта прохождения потока посредством обеспечения ряда изменений инерционного направления текучей среды, движущейся по тракту прохождения потока, причем на упомянутых участках падения давления обеспечивается, по меньшей мере, первое падение давления, обусловленное проходом, сформированным по меньшей мере в одном из элементов регулирования потока, обеспечивающим направленный по оси скважинного трубчатого элемента поток, и второе падение давления, обусловленное каналом, сформированным между двумя элементами регулирования потока, обеспечивающим направленный по окружности скважинного трубчатого элемента поток, и при этом второе падение давления более постепенное, чем первое;
втулку, расположенную в пространстве прохождения потока устройства;
при этом элементы регулирования потока сформированы на наружной поверхности втулки в виде ребер.
2. Устройство по п.1, в котором группа элементов регулирования потока обеспечивает разделение текучей среды в канале между ними по меньшей мере на два тракта прохождения потока в первом месте и воссоединение разделенной текучей среды во втором месте.
3. Устройство по п.1, в котором группа элементов регулирования потока выполнена с возможностью обеспечения увеличения падения давления на тракте прохождения потока при возрастании концентрации содержания воды в текучей среде.
4. Устройство по п.3, в котором увеличение падения давления на тракте прохождения потока при возрастании концентрации содержания воды в текучей среде обеспечивается посредством по меньшей мере одного свойства элемента регулирования потока из группы, включающей коэффициент трения, поверхностные свойства тракта прохождения потока, его геометрию и размеры.
5. Устройство по п.1, в котором проходы элементов регулирования потока выполнены в виде смещенных по окружности прорезей, обеспечивающих сообщение с каналами между элементами регулирования потока.
6. Устройство по п.1, содержащее ряд мест перехода вдоль тракта прохождения потока, на каждом из которых происходит изменение инерционного направления.
7. Способ регулирования потока текучей среды, поступающего в скважинный трубчатый элемент, при осуществлении которого
устанавливают определенное падение давления текучей среды, протекающей по тракту прохождения потока между подземным пластом и каналом потока скважинного трубчатого элемента;
формируют участки падения давления вдоль тракта прохождения потока посредством изменения инерционного направления текучей среды по тракту прохождения потока, где каждое изменение направления связано с одним из участков падения давления, на которых происходит, по меньшей мере, первое падение давления, полученное в результате направления потока по оси скважинного трубчатого элемента, и второе более постепенное падение давления, полученное в результате направления потока по окружности скважинного трубчатого элемента, и при этом участки падения давления формируют посредством группы элементов регулирования потока, выполненных в виде ребер на наружной поверхности втулки.
8. Способ по п.7, в котором обеспечивают разделение текучей среды в канале между элементами регулирования по меньшей мере на два тракта прохождения потока с последующим воссоединением текучей среды в канале.
9. Способ по п.7, в котором обеспечивают увеличение падения давления на тракте прохождения потока при возрастании концентрации воды в текучей среде.
10. Способ по п.7, в котором для формирования участков определенного падения давления используют группу первых и вторых участков падения давления.

Текст
В изобретении описано устройство регулирования притока, которое вдоль тракта прохождения потока содержит элементы регулирования потока. Элементы регулирования потока могут изменять инерционное направление текучей среды, движущейся по тракту прохождения потока. Изменение инерционного направления происходит в местах перехода на тракте прохождения потока. Кроме того, элементы регулирования потока могут быть выполнены так, чтобы создавать разделенные на участки перепады давления на тракте прохождения потока. Участки перепада давления могут включать участок первого падения давления и участок второго падения давления, отличающийся от участка первого падения давления. Участки падения давления могут быть образованы каналом,отверстием или прорезью. В вариантах выполнения изобретения группа элементов регулирования потока может разделять текучую среду по меньшей мере на два тракта прохождения потока. Кроме того, элементы регулирования потока могут быть выполнены так, чтобы вызывать увеличение падения давления на тракте прохождения потока при возрастании концентрации воды в текучей среде. 017651 Изобретение в общем относится к системам и способам селективного регулирования потока текучей среды в скважинную эксплуатационную колонну. Углеводороды, такие как нефть и газ, извлекают из подземного пласта, используя скважину, пробуренную в породе. Такие скважины обычно заканчивают установкой обсадной колонны по всей глубине скважины и выполнением в обсадной колонне перфорации у каждой продуктивной зоны для извлечения пластовых флюидов (таких как углеводороды) в скважину. Иногда эти продуктивные зоны разделяют друг от друга установкой между ними пакеров. Текучая среда из каждой продуктивной зоны, поступающая в скважину, вводится в колонну труб, проходящую на поверхность. Желательно, чтобы отбор по всей протяженности продуктивной зоны был равномерным. Неравномерный отбор может привести к созданию нежелательных условий, таких как возникновение активного газового или водяного конуса. Например, в случае нефтеносной скважины образование газового конуса может привести к проникновению газа в скважину, что может существенно снизить добычу нефти. Аналогичным образом образование водяного конуса вызывает поступление воды в поток добываемой нефти, что снижает ее количество и качество. Соответственно желательно обеспечить равномерный отбор по продуктивной зоне и/или возможность селективного перекрытия или снижения притока в продуктивной зоне, содержащего нежелательные примеси воды и/или газа. Изобретение обращено на решение этих и других проблем, присущих предшествующему уровню техники. В изобретении предлагается устройство регулирования потока текучей среды, поступающего в скважинный трубчатый элемент в стволе скважины. Устройство имеет тракт (путь) прохождения потока,сконфигурированный так, чтобы передавать текучую среду из подземного пласта в скважинный канал потока (канал потока в скважинном трубчатом элементе), а также группу элементов регулирования потока, расположенных вдоль тракта прохождения потока. Элементы регулирования потока выполнены с возможностью формирования участков с различной величиной падения давления вдоль тракта прохождения потока посредством обеспечения ряда изменений инерционного направления текучей среды, движущейся по тракту прохождения потока, причем на упомянутых участках падения давления обеспечивается, по меньшей мере, первое падение давления, связанное с проходом, сформированным по меньшей мере в одном из элементов регулирования потока, обеспечивающим направленный по оси поток, и второе падение давления, связанное с каналом, сформированным между двумя элементами регулирования потока, обеспечивающим направленный по окружности поток, и при этом второе падение давления более постепенное, чем первое. При этом элементы регулирования потока сформированы в виде ребер на втулке. Таким образом, в предлагаемом в изобретении устройстве формируется ряд разделенных на участки перепадов давления на тракте прохождения потока, где обеспечивается, по меньшей мере, первое падение давления и второе падение давления, отличающееся от первого падения давления. В частных вариантах выполнения изобретения изменение инерционного направления происходит в местах перехода на тракте прохождения потока. Группа элементов регулирования потока может разделять текучую среду по меньшей мере на два тракта прохождения потока в первом месте перехода в канале и обеспечивать воссоединение разделенной текучей среды во втором месте перехода в канале. Устройство может содержать ряд мест перехода вдоль тракта прохождения потока, на каждом из которых происходит изменение инерционного направления. Кроме того, элементы регулирования потока могут быть выполнены так, чтобы вызывать увеличение падения давления на тракте прохождения потока при возрастании концентрации воды в текучей среде. При этом увеличение падения давления на тракте прохождения потока при возрастании концентрации содержания воды в текучей среде обеспечивается посредством по меньшей мере одного свойства элемента регулирования потока из группы, включающей коэффициент трения, поверхностные свойства тракта прохождения потока, его геометрию и размеры. Проходы могут быть выполнены в виде смещенных по окружности прорезей, обеспечивающих сообщение с каналом. В одном из частных вариантов выполнения изобретения тракт прохождения потока может быть проложен по наружной поверхности трубы, по меньшей мере, частично охватывающей тракт прохождения потока. Тракт прохождения потока может быть сформирован элементами регулирования потока, образующими каналы. Каждый элемент регулирования потока может включать прорези, обеспечивающие передачу текучей среды между каналами. В вариантах выполнения изобретения тракт прохождения потока может быть сформирован группой расположенных последовательно элементов регулирования потока, образующих каналы. Каждый элемент регулирования потока может быть снабжен отверстиями, обеспечивающими передачу текучей среды между каналами. В изобретении предлагается способ регулирования потока текучей среды, поступающего в скважинный трубчатый элемент. При осуществлении способа устанавливают определенное падение давления текучей среды, протекающей по тракту прохождения потока между подземным пластом и каналом потока в скважинном трубчатом элементе; и формируют участки падения давления вдоль тракта прохождения потока посредством изменения инерционного направления текучей среды по тракту прохождения-1 017651 потока, где каждое изменение направления связано с одним из участков падения давления, на которых происходит, по меньшей мере, первое падение давления, связанное с направленным по оси потоком, и второе более постепенное падение давления, связанное с направленным по окружности потоком, и при этом участки падения давления формируют посредством группы элементов регулирования потока, выполненных в виде ребер на втулке. Способ может также включать разделение текучей среды по меньшей мере на два тракта прохождения потока и воссоединение текучей среды в канале. В частных вариантах выполнения способ может включать увеличение падения давления на тракте прохождения потока при возрастании концентрации воды в текучей среде. Для формирования участков определенного падения давления может использоваться группа первых и вторых участков падения давления. Должно быть понятно, что варианты наиболее важных свойств изобретения изложены достаточно обобщенно, чтобы последующее подробное их описание могло быть лучше понято и чтобы можно было оценить их вклад в существующий уровень техники. Существуют, конечно, дополнительные признаки изобретения, которые будут описаны далее и раскрыты в приложенной формуле изобретения. Другие преимущества и аспекты изобретения будут понятны специалистам из нижеследующего описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано: на фиг. 1 - схематический вид в вертикальном разрезе приведенной в качестве иллюстрации скважины с несколькими продуктивными зонами и эксплуатационной сборки, включающей предлагаемую в одном из вариантов выполнения изобретения систему регулирования притока; на фиг. 2 - схематический вид в вертикальном разрезе приведенной в качестве иллюстрации эксплуатационной сборки для необсаженной скважины, включающей предлагаемую в одном из вариантов выполнения изобретения систему регулирования притока; на фиг. 3 - схематическое сечение примера эксплуатационного устройства регулирования, предлагаемого в одном из вариантов выполнения изобретения; на фиг. 4 - вид в изометрии предлагаемого в одном из вариантов выполнения изобретения устройства регулирования притока с лабиринтным трактом прохождения потока; на фиг. 5 А и 5 Б - вид в изометрии и в разрезе соответственно предлагаемого в одном из вариантов выполнения изобретения устройства регулирования притока, в котором обеспечиваются разделенные на участки перепады давления; на фиг. 6 - вид в изометрии другого предлагаемого в одном из вариантов выполнения изобретения устройства регулирования притока, в котором обеспечиваются разделенные на участки перепады давления; и на фиг. 7 - графическое представление перепадов давления, соответствующих различным устройствам регулирования притока. Настоящее описание относится к устройствам и способам регулирования дебита углеводородной эксплуатационной скважины. Изобретение может быть выполнено в различных вариантах. На чертежах представлены и далее будут подробно описаны конкретные варианты выполнения, но при этом нужно понимать, что настоящее описание нужно рассматривать как пример реализации принципов, заложенных в изобретение, и оно не ставит целью ограничение объема изобретения тем, что представлено для иллюстрации и описано. Кроме того, хотя варианты выполнения могут быть представлены как содержащие один или более признаков или сочетание двух или более признаков, такие признаки или сочетание признаков не должны рассматриваться как существенные до тех пор, пока не будет специально оговорено,что они существенные. Обращаясь, прежде всего, к фиг. 1, можно видеть, что представлен иллюстративный вариант скважины 10, пробуренной через земную толщу 12 в два продуктивных пласта 14, 16, из которых желательно извлекать углеводороды. Скважина 10 обсажена металлической обсадной трубой, как это известно в уровне техники, через которую проходят в продуктивные пласты 14, 16 несколько перфорационных отверстий 18, так чтобы промышленные флюиды могли поступать из продуктивных пластов 14, 16 в скважину 10. Скважина 10 имеет наклонный или в основном горизонтальный участок 19. Скважина 10 снабжена конечной эксплуатационной сборкой, в общем отмеченной ссылочным номером 20, с помещенной в ней насосно-компрессорной колонной 22, проходящей вниз от устья 24, находящегося у поверхности 26 скважины 10. Эксплуатационная сборка 20 имеет внутренний скважинный канал 28 потока по ее длине. Между эксплуатационной сборкой 20 и обсадной трубой сформировано кольцевое пространство 30. Эксплуатационная сборка 20 имеет наклонную или в основном горизонтальную часть 32, проходящую вдоль наклонного участка 19 скважины 10. В выбранных точках по длине эксплуатационной сборки 20 установлены эксплуатационные ниппели/штуцеры 34. Дополнительно каждый эксплуатационный ниппель 34 в скважине 10 изолирован парой пакерных устройств 36. Хотя на фиг. 1 показаны только два эксплуатационных ниппеля 34, фактически по длине горизонтальной части 32 последовательно может быть установлено большое число таких ниппелей. Каждый эксплуатационный ниппель 34 отличается наличием эксплуатационного регулирующего устройства 38, используемого для направления одной или более разновидностей потока одной или более-2 017651 текучих сред в эксплуатационную сборку 20. В данном случае термины "текучая среда", "текучие среды" включают жидкости, газы, углеводороды, многофазные текучие среды, смеси из двух или более текучих сред, воду, минерализованную воду, технологические жидкости, такие как буровой раствор, жидкости,накачиваемые с поверхности, такие как вода, и текучие среды естественного происхождения, такие как нефть и газ. В соответствии с вариантами, изложенными в настоящем описании, эксплуатационное регулирующее устройство 38 может иметь несколько альтернативных выполнений, обеспечивающих выборочное действие и регулирование потока текучей среды через него. На фиг. 2 в качестве примера изображена необсаженная скважина 11, в которой могут быть использованы предлагаемые в изобретении эксплуатационные устройства. Устройство и действие необсаженной скважины 11 во многом схожи с описанной ранее скважиной 10. Однако необсаженная скважина 11 не снабжена обсадкой ствола скважины, открытого непосредственно в продуктивные пласты 14, 16. Поэтому промышленные флюиды поступают непосредственно из продуктивных пластов 14, 16 в кольцевой промежуток 30, образованный между эксплуатационной сборкой 21 и стенкой скважины 11. Перфорация отсутствует, и для разделения эксплуатационных ниппелей могут быть установлены пакеры 36. Однако могут быть ситуации, в которых пакеры 36 не устанавливают. Сущность эксплуатационного регулирующего устройства такова, что текучая среда направляется из продуктивного пласта 16 непосредственно к ближайшему эксплуатационному ниппелю 34. На фиг. 3 представлен один из вариантов выполнения эксплуатационного регулирующего устройства 100, предназначенного для регулирования потока текучих сред из коллектора в канал 102 потока,сформированный трубчатым элементом (трубой), проходящим вдоль эксплуатационной колонны (например, насосно-компрессорной колонной 22 с фиг. 1). Это регулирование потока может быть функцией одной или более характеристик или параметров пластового флюида, включая содержание воды, вязкость текучей среды, содержание газа и т.д. Кроме того, регулирующие устройства 100 могут быть распределены вдоль части эксплуатационной скважины, чтобы обеспечить контроль текучей среды в нескольких местоположениях. Это может давать такое преимущество, как, например, выравнивание продуктивного потока нефти в ситуациях, когда ожидается большая величина дебита у изгиба горизонтальной скважины, чем с горизонтального участка скважины. За счет соответствующей компоновки эксплуатационных регулирующих устройств 100, обеспечивающей, например, выравнивание или ограничение входящего потока газа или воды, владелец скважины может повысить вероятность того, что нефтеносный коллектор будет опустошаться полностью. Далее рассмотрены иллюстративные варианты выполнения эксплуатационных регулирующих устройств. В первом варианте выполнения эксплуатационное регулирующее устройство 100 содержит устройство 110 регулирования содержания (улавливания) твердых частиц, предназначенное для снижения количества и величины твердых частиц, увлекаемых потоками, и устройство 120 регулирования притока,предназначенное для регулирования общей скорости отбора из пласта. Устройство 110 регулирования содержания твердых частиц может включать известные узлы, такие как песочные фильтры и соответствующие гравийные фильтры. В различных вариантах выполнения в устройстве 120 регулирования притока используются каналы прохождения потока, регулирующие скорость притока и/или вид текучих сред, поступающих в канал 102 через одно или более открытые в канал отверстия 122. Иллюстративные варианты выполнения описаны ниже. На фиг. 4 представлен пример выполнения устройства 180 регулирования притока, предназначенного для регулирования одной или более характеристик потока текучей среды из пласта в канал 102 прохождения потока (фиг. 3). В вариантах выполнения устройство 180 регулирования притока содержит последовательность элементов 182 регулирования потока, которые могут быть выполнены так, чтобы для данной текучей среды влиять на определенные характеристики потока, поступающего в устройство 180 регулирования притока. Для примера, в характеристики входят, но без ограничения этим, величина расхода, скорость, содержание пластовой воды, состав текучей среды и давление. Элементы 182 регулирования потока могут обладать одним или более свойствами, обеспечивающими регулирование коэффициентов трения, поверхностных свойств канала потока и размеров и геометрии этого канала. Эти свойства,по отдельности или в сочетании, могут приводить к изменению параметров потока при прохождении текучих сред с различными характеристиками (например, плотностью и вязкостью) через устройство 180 регулирования притока. Например, элементы 182 регулирования потока могут быть выполнены так, чтобы создавать большее сопротивление потоку воды, чем потоку нефти. Поэтому в устройстве 180 регулирования притока можно снизить скорость потока через него при возрастании концентрации воды или"содержания пластовой воды" во входящем потоке. В одном из вариантов выполнения элементы 182 регулирования потока выполнены на втулке 184 с наружной поверхностью 186. Втулка 184 может быть выполнена в виде трубчатого элемента, вводимого в пространство 130 прохождения потока (фиг. 3) устройства 180 регулирования притока. В одной из конструкций элементы 182 регулирования потока могут представлять собой детали, аналогичные перегородкам, которые расположены в виде лабиринта, образующего извилистый тракт (путь) 188 прохождения потока для текучей среды, поступающей через устройство 180 регулирования притока. В одном из вариантов выполнения извилистый тракт 188 прохождения потока может включать первую последова-3 017651 тельность каналов 190 и вторую последовательность каналов 192. Первая последовательность каналов 190 и вторая последовательность каналов 192 могут быть ориентированы отлично друг от друга, например каналы 190 могут направлять поток по часовой стрелке вокруг втулки 184, в то время как каналы 192 могут направлять поток в основном вдоль втулки 184. Канал 190 может быть сформирован между двумя регулирующими элементами 182 и может частично или полностью охватывать втулку 184. Канал 192 может быть выполнен в виде прорези в элементе 186 регулирования потока, отстоящей (смещенной) на 180 по окружности от канала 192 в соседнем элементе 186 регулирования потока. Должно быть понятно, что показанная конструкция служит просто иллюстрацией и не исчерпывает возможных конфигураций элементов 182 регулирования потока. Например, в некоторых устройствах могут быть также использованы изогнутые или направленные по диагонали каналы. Кроме того, хотя показан один тракт 188, для передачи текучей среды могут быть использованы два или более пути, идущих параллельно через устройство 180 регулирования притока. В одном из иллюстративных вариантов текучая среда может сначала проходить в основном по круговой траектории вдоль канала 190, пока не достигнет канала 192. Затем поток текучей среды превращается в направленный главным образом по оси поток, проходящий через канал 192. Выйдя из канала 192 текучая среда разделяется в следующем канале 190 на два потока: один поток, направленный по часовой стрелке, и другой поток, направленный против часовой стрелки. После прохождения пути, составляющего приблизительно 180, два потока текучей среды снова соединяются для прохождения через следующий канал 192. Текучая среда движется по лабиринтной траектории до тех пор, пока не выйдет через отверстие 122 (фиг. 3). Должно быть понятно, что движущаяся текучая среда изменяет направление движения в местах 194 перехода между каналами 190 и 192. Так как в местах 194 перехода происходит изменение инерционного направления потока текучей среды, то есть направление потока вынуждено измениться на другое, в движущейся текучей среде возникает перепад давления. Кроме того, свой вклад в потерю энергии и связанное с этим падение давления в текучей среде может также вносить разделение и затем снова соединение потока текучей среды в местах 194 перехода. Кроме того, в вариантах выполнения некоторые или все поверхности, формирующие каналы 190,могут быть выбраны такими, чтобы оказывать потоку определенное сопротивление трения. В некоторых вариантах выполнения трение можно увеличить, используя текстурирование поверхности, шершавые поверхности или другие поверхностные элементы. Альтернативно, трение может быть уменьшено использованием полированных или шлифованных поверхностей. В некоторых вариантах выполнения поверхности могут быть покрыты материалом, снижающим или увеличивающим поверхностное трение. Кроме того, покрытие может быть таким, чтобы изменять трение в зависимости от вида текущего продукта (то есть воды или нефти). Например, поверхность может быть покрыта гидрофильным материалом,поглощающим воду для увеличения сопротивления трения потоку воды, или гидрофобным материалом,отталкивающим воду для снижения сопротивления трения потоку воды. Должно быть понятно, что описанные выше элементы могут независимо или в совокупности вносить вклад в возникновение определенного падения давления вдоль устройства 180 регулирования притока. Падение давление может быть создано путем изменения инерционного направления потока текучей среды и/или введением сил трения на тракте прохождения потока. Кроме того, устройство регулирования входящего потока может быть выполнено так, чтобы для одной текучей среды было одно падение давление, а для другой текучей среды - другое падение давления. Ниже описаны другие иллюстративные варианты выполнения, в которых используются элементы регулирования потока. На фиг. 5 А и 5 Б представлен другой иллюстративный вариант выполнения устройства 200 регулирования притока, в котором использованы один или более элементы 202 регулирования потока, предназначенные для воздействия на одну или более характеристики потока, поступающего из пласта в канал 102 прохождения потока. В вариантах выполнения элементы 202 регулирования потока могут быть выполнены в виде полос 203. Полосы 203 могут быть расположены встык друг другу между устройством регулирования содержания твердых частиц (фиг. 3) и проходящими в канал потока отверстиями 122(фиг. 3). Каждая полоса 203 имеет отверстие 204 и канал/проход 206. Отверстие 204 в основном представляет собой круглый проход, сечение которого показано на фиг. 5 Б. Отверстия 204 и каналы 206 ориентированы таким образом, чтобы текучая среда, поступающая через пространство 130 прохождения потока (фиг. 3) устройства 200 регулирования притока, периодически изменяла направление движения по мере изменения конфигурации тракта прохождения потока. Каждый из этих элементов может вносить вклад в создание перепадов давления различной величины вдоль устройства 200 регулирования притока. Например, отверстия 204 могут быть ориентированы так, чтобы направлять поток в основном вдоль оси канала 102 прохождения потока, а величина их - обеспечивать относительно большое падение давления. Вообще говоря, диаметр отверстий 204 является одним из факторов, влияющих на регулирование величины падения давления на них. Каналы 206 могут быть выполнены так, чтобы направлять поток по окружности, охватывающей продольную ось канала 102 прохождения потока, а конфигурация их - обеспечивать относительно малое падение давления. Вообще говоря, потери-4 017651 на трение в каналах 206 определяют величину падения давления вдоль этих каналов. В факторы, влияющие на потери на трение, входят площадь поперечного сечения потока, форма поперечного сечения потока (например, квадратная, прямоугольная и т.д.) и кривизна каналов 206. В одном из вариантов каналы 206 могут быть выполнены как кольцевые тракты прохождения потока, занимающие дугу в 180 между отверстиями 204. Каналы 206 могут быть выполнены полностью в одной полосе 203 или, как показано, в каждой полосе может быть сформирована часть каждого канала 206. Кроме того, в полосе 203 может быть два или более отверстия 204 и/или два или более канала 206. Соответственно в одном из частных вариантов выполнения устройство 200 может быть представлено как имеющее тракт прохождения потока, сформированный группой отверстий 204, каждое из которых сконфигурировано так, чтобы вызывать первый перепад давления, и группой каналов 206, каждый из которых сконфигурирован так, чтобы вызывать второй перепад давления, отличный от первого перепада давления. В одном из вариантов выполнения, как показано, каналы 206 и отверстия 204 могут чередоваться. В других вариантах выполнения два или более канала 206 или два или более отверстия 204 могут быть расположены друг за другом. В другом частном варианте выполнения изобретения устройство 200 регулирования притока может быть представлено как имеющее изменяемую конфигурацию, приспособленную как для регулирования величины общего падения давления на нем, так и для изменения способа, которым создается общее падение давления на устройстве 200 регулирования притока. Под способом подразумевается природа, число и величина раздельных перепадов давления, образующих общее падение давления на устройстве 200 регулирования притока. В одном из иллюстративных вариантов выполнения с изменяемой конфигурацией полосы 203 могут быть съемными или взаимозаменяемыми. В каждой полосе 203 может быть одно или более отверстия 204 и один или несколько каналов 206. В каждой полосе 203 могут быть выполнены одинаковые отверстия 204 (например, одинакового диаметра, формы, направления и т.д.) или разные отверстия 204 (например, имеющие разный диаметр, форму, направление и т.д.). Аналогично, в каждой полосе 203 могут быть выполнены одинаковые каналы 206 (например, одинаковой длины, ширины, кривизны и т.д.) или разные каналы 206 (например, имеющие разную длину, ширину, кривизну и т.д.). Как было сказано ранее, каждое из отверстий 204 создает относительно резкое падение давления и каждый из каналов 206 создает относительно постепенное падение давления. Поэтому устройство 200 регулирования притока может быть выполнено так, чтобы обеспечить заданное общее падение давления за счет соответствующего выбора числа полос 203. Параметры отдельных шагов падения давления, составляющих общее падение давления, можно изменять соответствующим выбором отверстий 204 и каналов 206 в полосах 203. На фиг. 6 представлен другой пример выполнения устройства 220 регулирования притока, предназначенного для регулирования одной или более характеристик потока текучей среды, поступающего из пласта в канал 102 прохождения потока. В разных вариантах выполнения устройство 220 регулирования притока содержит втулку 222 с наружной поверхностью 224, которая сформирована последовательностью элементов 226 регулирования потока. Втулка 202 может быть выполнена в виде трубчатого элемента, вводимого в пространство 130 прохождения потока (фиг. 3) устройства 220 регулирования притока. В одном из вариантов элементы 226 регулирования потока могут представлять собой ребра, образующие извилистый тракт 228 прохождения потока текучей среды, поступающего в устройство 220 регулирования притока. Извилистый тракт 228 прохождения потока может включать последовательность относительно узких прорезей 230 и относительно широких каналов 232. Проходы 230 могут быть выполнены в элементах 226 регулирования потока и могут вызывать относительно резкое падение давления аналогично отверстиям 204 на фиг. 5 А. Каналы 232 могут быть выполнены между элементами 226 регулирования потока и могут создавать относительно постепенное падение давления аналогично каналам 206 на фиг. 5 А. Узкие прорези 230 и широкие каналы 232 ориентированы таким образом, чтобы текучая среда, проходящая через устройство 220 регулирования притока, периодически изменяла направление движения по мере изменения конфигурации тракта 228 прохождения потока. Аналогично описанному выше, каждый из этих элементов может вносить вклад в создание перепадов давления различной величины вдоль устройства 220 регулирования притока. Вообще говоря, длина, ширина, глубина и количество узких прорезей 230 определяет величину падения давления на них. В общем потери на трение в каналах 232 определяют величину падения давления вдоль этих каналов. В факторы, влияющие на потери на трение, входят площадь поперечного сечения потока и кривизна каналов 232. В одном из вариантов каналы 232 могут быть выполнены как кольцевые тракты прохождения потока, занимающие дугу в 180 между прорезями 230. Хотя узкие прорези 230 показаны направленными вдоль оси канала 102 прохождения потока, а широкие каналы 232 показаны как направляющие поток по окружности, охватывающей продольную ось канала 102 прохождения потока, могут быть использованы другие направления в зависимости от характеристик потока, которые желательно достичь. На фиг. 7 графически изображены приводимые в качестве примера перепады давления, связанные с различными конфигурациями элементов, создающих падение давления, которые могут быть использованы в устройствах регулирования притока. На графике 260 в достаточно обобщенном виде изображена-5 017651 зависимость давления от длины устройства регулирования притока. Линия 262 приближенно представляет падение давления на отверстии. Линия 264 приближенно представляет падение давления на спиральном тракте прохождения потока. Линия 266 приближенно представляет падение давления для представленного на фиг. 4 варианта выполнения устройства регулирования притока. Линия 268 приближенно представляет падение давления для представленных на фиг. 5 или 6 вариантов выполнения устройства регулирования притока. Для лучшей иллюстрации заложенных в изобретение идей линии 262-268 должны показать для данного перепада давления (Р) разницу в общем характере перепада давления и длине устройства, необходимой для получения перепада давления (Р). По линии 262 можно видеть, что отверстие вызывает относительно резкое падение давления на очень коротком промежутке, что приводит к возникновению скоростей потока, вызывающих износ и коррозию отверстия. Спиральный тракт прохождения потока, связанный с линией 264, создает постепенное падение давления и не приводит к возникновению высоких скоростей потока. Однако длина, необходимая для создания перепада давления (Р), может быть больше, чем необходимая в случае отверстия. Как можно видеть по линии 266 для устройства регулирования притока с фиг. 4 перепад давления(Р) получается на меньшей длине. Эта уменьшенная длина может быть связана с описанными ранее изменениями инерционного направления, что в добавление к силам трения на поверхностях прохождения потока создает регулируемое падение давления на тракте прохождения потока. Линия 266 отображает постепенное падение, так как перепады давления, связанные с изменениями инерционного направления,могут быть приблизительно такими же, как перепады давления, связанные с потерями на трение. Однако в других вариантах выполнения изменения инерционного направления могут создавать перепад давления, отличный от того, что создается силами трения. Как видно по линии 268 в представленных на фиг. 5 А, Б и 6 устройствах создается падение давления, разбитое на участки, дающие общий перепад давления (Р). Участки перепада давления, связанные с отверстиями 204 (фиг. 5 А, Б) круче, чем участки перепада давления, связанные с каналами 206 (фиг. 5 А,Б), что приводит к "ступенчатому" или пошаговому уменьшению давления. В некоторых вариантах выполнения разбитое на участки падение давление может быть использовано для уменьшения требуемой длины устройства регулирования притока. В других вариантах выполнения устройства, представленные на фиг. 5 А, Б и 6, могут создаваться для конкретных типов нефти (например, для тяжелых видов нефти). При рассмотрении линий 266 и 268 должно стать понятным, что при использовании устройств регулирования притока, предлагаемых в изобретении, можно уменьшить длину, необходимую для достижения падения давления (Р) по сравнению со спиральным трактом прохождения потока, и при этом все же избежать возникновения высоких скоростей потока, присущих отверстию. Должно быть понятно, что фиг. 1 и 2 предназначены просто для иллюстрации эксплуатационных систем, в которых могут быть использованы идеи, заложенные в изобретение. Например, в некоторых эксплуатационных системах в скважинах 10, 11 для передачи промышленных флюидов на поверхность может использоваться только обсадная труба или колонна. Идеи изобретения могут быть использованы для регулирования потока через такие скважинные трубные системы. Для ясности и краткости в приведенном изложении опущены описания большинства резьбовых соединений между трубными элементами, эластомерных уплотнений, таких как кольцевые уплотнения, и других общеизвестных технических решений. Кроме того, такие термины, как "прорезь", "проходы" и"каналы" используются в их наиболее расширенном понимании и не ограничены каким-нибудь конкретным типом или конфигурацией, если это не оговорено отдельно. Предшествующее описание ориентировано на конкретные варианты выполнения изобретения, приведенные для иллюстрации и объяснения. Однако для специалиста в данной области будет ясно, что на основе приведенного выше возможны многочисленные модификации и изменения в вариантах, не выходящие за объем и сущность изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство регулирования потока текучей среды, поступающего в скважинный трубчатый элемент, имеющее тракт прохождения потока, выполненный с возможностью передачи текучей среды из подземного пласта в канал потока скважинного трубчатого элемента; группу элементов регулирования потока, расположенных вдоль тракта прохождения потока и выполненных с возможностью формирования участков падения давления вдоль тракта прохождения потока посредством обеспечения ряда изменений инерционного направления текучей среды, движущейся по тракту прохождения потока, причем на упомянутых участках падения давления обеспечивается, по меньшей мере, первое падение давления, обусловленное проходом, сформированным по меньшей мере в одном из элементов регулирования потока, обеспечивающим направленный по оси скважинного трубчатого элемента поток, и второе падение давления, обусловленное каналом, сформированным между двумя элементами регулирования потока, обеспечивающим направленный по окружности скважинного трубчатого элемента поток, и при этом второе падение давления более постепенное, чем первое; втулку, расположенную в пространстве прохождения потока устройства;-6 017651 при этом элементы регулирования потока сформированы на наружной поверхности втулки в виде ребер. 2. Устройство по п.1, в котором группа элементов регулирования потока обеспечивает разделение текучей среды в канале между ними по меньшей мере на два тракта прохождения потока в первом месте и воссоединение разделенной текучей среды во втором месте. 3. Устройство по п.1, в котором группа элементов регулирования потока выполнена с возможностью обеспечения увеличения падения давления на тракте прохождения потока при возрастании концентрации содержания воды в текучей среде. 4. Устройство по п.3, в котором увеличение падения давления на тракте прохождения потока при возрастании концентрации содержания воды в текучей среде обеспечивается посредством по меньшей мере одного свойства элемента регулирования потока из группы, включающей коэффициент трения, поверхностные свойства тракта прохождения потока, его геометрию и размеры. 5. Устройство по п.1, в котором проходы элементов регулирования потока выполнены в виде смещенных по окружности прорезей, обеспечивающих сообщение с каналами между элементами регулирования потока. 6. Устройство по п.1, содержащее ряд мест перехода вдоль тракта прохождения потока, на каждом из которых происходит изменение инерционного направления. 7. Способ регулирования потока текучей среды, поступающего в скважинный трубчатый элемент,при осуществлении которого устанавливают определенное падение давления текучей среды, протекающей по тракту прохождения потока между подземным пластом и каналом потока скважинного трубчатого элемента; формируют участки падения давления вдоль тракта прохождения потока посредством изменения инерционного направления текучей среды по тракту прохождения потока, где каждое изменение направления связано с одним из участков падения давления, на которых происходит, по меньшей мере, первое падение давления, полученное в результате направления потока по оси скважинного трубчатого элемента, и второе более постепенное падение давления, полученное в результате направления потока по окружности скважинного трубчатого элемента, и при этом участки падения давления формируют посредством группы элементов регулирования потока, выполненных в виде ребер на наружной поверхности втулки. 8. Способ по п.7, в котором обеспечивают разделение текучей среды в канале между элементами регулирования по меньшей мере на два тракта прохождения потока с последующим воссоединением текучей среды в канале. 9. Способ по п.7, в котором обеспечивают увеличение падения давления на тракте прохождения потока при возрастании концентрации воды в текучей среде. 10. Способ по п.7, в котором для формирования участков определенного падения давления используют группу первых и вторых участков падения давления.
МПК / Метки
МПК: E21B 34/06, E21B 43/12
Метки: устройство, регулирования, потока, способ
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/10-17651-ustrojjstvo-i-sposob-regulirovaniya-potoka.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Устройство и способ регулирования потока</a>
Предыдущий патент: Устройство для разделения ступеней конвертера
Следующий патент: Одноразовая крышка для резьбовой горловины
Случайный патент: Способ качественной и количественной оценки туши