Скважинное устройство для управления потоком текучей среды в скважине

1 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к скважинному устройству для управления потоком текучей среды через скважину для добычи углеводородного сырья. Существует множество устройств для управления потоком текучей среды в скважине. Обычно эти устройства содержат корпус клапана, который открывает или закрывает прохождение текучей среды в ответ на активирование клапана с помощью электрического или гидравлического двигателя. Поскольку давление текучей среды и разница давлений на скважинном клапане обычно являются большими, то необходимы мощные электрические или гидравлические двигатели,которые требуют значительного пространства в обычно узкой скважине и применения кабелепроводов для подачи электрической или гидравлической энергии питания высокой мощности, или высокого напряжения, или же высокого давления. Целью данного изобретения является создание скважинного устройства для управления текучей средой для использования в скважине для добычи углеводородного сырья, которое является компактным и не требует применения специальных каналов для подачи энергии высокого напряжения или высокого давления. Сущность изобретения Скважинное устройство согласно изобретению содержит деформируемую камеру, которая содержит гель, реагирующий на управляющие воздействия, при этом гель имеет объем,который изменяется в ответ на изменение выбранного физического воздействующего параметра, и проход для текучей среды, который закрывается в ответ на увеличение объема, по меньшей мере, части геля и деформируемой камеры. Гель предпочтительно является гелем, реагирующим на электромагнитное поле, который выделяет воду, если электромагнитное поле с определенной силой поля воздействует на гель,и который абсорбирует воду при отсутствии электромагнитного поля, а устройство снабжено средством передачи электромагнитного поля,которое выполненo с возможностью воздействия на гель электромагнитным полем с выбранной силой воздействия. Подходящими гелями, реагирующими на электромагнитное поле, являются полиакриламидные гели и гели полиметилакриловой кислоты. Гели, реагирующие на электромагнитное поле, этого типа известны из патента US-А 5100933, WO-A-9202005 и JP-A-2711119. В этих относящихся к уровню техники источниках указывается, что гели, реагирующие на электромагнитное поле, можно использовать для различных применений, таких как микрокапсулы для красителей или лекарств, датчики, исполни 003112 2 тельные механизмы, преобразователи, запоминающие устройства и селективные насосы. Известные применения ограничиваются поверхностным оборудованием и используются в относительно небольших механических узлах,которые работают в контролируемых внешних условиях. Однако было установлено, что такие гели можно применять в скважинном устройстве для управления потоком текучей среды, которое работает в скважине при высоких давлении и температуре. Гели можно приводить в действие посредством электромагнитного поля, напряженность которого составляет от 0,5 до 50 В на сантиметр длины деформируемой камеры, так что требуемая энергия является небольшой по сравнению с механическими клапанами и может простым образом генерироваться находящейся в скважине аккумуляторной батареей, гальваническим элементом, генератором мощности и/или передаваться по стенке скважинной трубы. Гель предпочтительно содержится в эластичном баллоне, который перекрывает проход для текучей среды в ответ на увеличение объема, по меньшей мере, части геля в камере. Эластичный баллон имеет предпочтительно тороидальную форму и окружает отверстие в эксплуатационной обсадной колонне во входной зоне скважины для добычи нефти и/или газа,при этом обеспечивают набухание геля в эластичном баллоне, так что баллон закрывает отверстие в ответ на обнаружение притока жидкости в скважину через отверстие. В качестве альтернативного решения эластичный баллон имеет тороидальную форму и расположен в кольцевом пространстве между двумя коаксиальными секциями эксплуатационной колонны, стенки которых перфорированы вблизи одного конца кольцевого пространства,так что перфорация закрывается в ответ на увеличение объема, по меньшей мере, части объема геля внутри баллона и перфорация открывается в ответ на уменьшение объема, по меньшей мере, части объема геля внутри баллона. Следует отметить, что в публикации WO 97/0330 раскрыта рецептура бурового раствора,включающая неполиамфолитные полимеры и гели, которые изменяют свое состояние гидратации в ответ на воздействие окружающей среды. Известный буровой раствор селективно блокирует поры породы вне скважины в противоположность данному изобретению, которое относится к скважинному устройству для управления потоком, которое расположено внутри ствола скважины. Описание предпочтительного варианта выполнения Ниже приводится подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее: 3 фиг. 1 А - устройство согласно изобретению с наполненным гелем баллоном в открытом положении; фиг. 1 В - устройство согласно фиг. 1 А, когда наполненный гелем баллон закрывает проход для текучей среды; фиг. 2 А - альтернативный вариант выполнения устройства согласно изобретению в открытом положении; фиг. 2 В - устройство согласно фиг. 2 А в закрытом положении; фиг. 3 А - другой альтернативный вариант выполнения устройства согласно изобретению в открытом положении; фиг. 3 В - устройство согласно фиг. 3 А в закрытом положении; фиг. 4 А и 4 В - модификации устройства согласно фиг. 3 А и 3 В на виде сверху и в изометрической проекции; фиг. 5 - разрез устройства согласно фиг. 4 А и 4 В в трубе скважины; фиг. 6 - труба скважины согласно фиг. 5, в которой установлено несколько устройств согласно изобретению в изометрической проекции. На фиг. 1 А и 1 В показана скважина 1 для добычи нефти и/или газа, которая проходит через пласт 2, несущий нефть и/или газ. Обсадной хвостовик 3 образует вкладыш ствола скважины, а перфорация 10 в хвостовике 3 обеспечивает прохождение нефти и/или газа в скважину 1 из окружающего пласта. Внутри обсадного хвостовика 3 съемно закреплена втулка 4 с помощью пары надувных пакеров 5. Втулка 4 содержит кольцевое пространство 6, которое образовано между внутренней и внешней стенками 7 и 8 втулки 4 и в правой части кольцевого пространства 6 как внутренняя, так и наружная стенки втулки имеют перфорацию 9. В кольцевом пространстве 6 расположен наполненный гелем баллон 11. Баллон 11 содержит две части 11 А и 11 В, которые разделены перегородкой 12. Перегородка 12 проницаема для воды, однако непроницаема для геля 13,реагирующего на электромагнитное поле, в баллоне 11. Втулка 4 снабжена аккумуляторной батареей 14 и блоком 15 приема и/или передачи электрической энергии, который выполнен с возможностью воздействия электрическим полем на первую или вторую части 11 А или 11 В соответственно баллона. На фиг. 1 А электромагнитное поле воздействует на первую часть 11 А и вода, содержащаяся в геле 13, выдавливается из него через перегородку 12 во вторую часть 11 В, в которой гель 13 абсорбирует воду. В результате, баллон 11 выталкивается в правую сторону чертежа и закрывает перфорацию 9, так что исключается приток текучей среды внутрь втулки 4. Вырав 003112 4 нивающие давление каналы 17 обеспечивают свободное перемещение частей 11 А и 11 В баллона в кольцевом пространстве 6. На фиг. 1 В электромагнитное поле воздействует на вторую часть 11 В, и тогда вода выдавливается из геля 13, содержащегося в ней, в первую часть 11 А, так что баллон перемещается влево и обеспечивает проход текучей среды через отверстия 9 и 10 из пласта 2 в скважину 1. На фиг. 2 показано устройство, по существу, аналогичное устройству, показанному на фиг. 1, в котором аналогичные компоненты обозначены одинаковыми позициями, за исключением того, что в баллоне расположены две проницаемых для воды перегородки 12 А и 12 В,между которыми имеется тело 16 для облегчения протекания воды между частями 11 А и 11 В. На фиг. 2 А устройство показано в открытом положении, а на фиг. 2 В - в закрытом положении. На фиг. 3 А и 3 В показан другой вариант выполнения скважинного устройства для управления потоком текучей среды согласно изобретению, которое, как показано на фиг. 6, может быть вставлено в отверстие трубы скважины. На фиг. 3 А показано устройство 30 в открытом положении, так что текучая среда может протекать в скважину, как обозначено стрелкой 31. Устройство 30 содержит дискообразный корпус 32, в котором имеется дискообразная полость 33. Тороидальный баллон 34 установлен в корпусе 32, так что центральное отверстие 35 в баллоне 34 находится на одной оси с центральным проходом 36 для текучей среды в корпусе 32. На входе прохода 36 расположено противопесочное сито 37 для предотвращения попадания песка и других твердых частиц в скважину. Баллон 34 окружен тороидальным корпусом из вспененного материала 38, поры которого заполнены водой. Вспененный материал содержит также ячейки или гранулы, которые заполнены расширяющимся газом. Баллон 34 заполнен реагирующим на электромагнитное поле гелем 39 и имеет цилиндрическую наружную стенку 40, которая проницаема для воды, но непроницаема для геля 39. В корпус из вспененного материала 38 встроена электрическая катушка 41. Катушка 41 образует часть электрического контура 42, который содержит электрический переключатель 43 и электрический источник 44 в виде заряжаемой аккумуляторной батареи. Батарея может заряжаться посредством пропускания низковольтного электрического тока через стенку трубы скважины и/или с помощью скважинного генератора электрической энергии (не изображен), который приводится в действие небольшим вентилятором или турбиной, которая, в свою очередь, вращается потоком текучей среды, проходящим через скважину. 5 На фиг. 3 А переключатель 43 разомкнут,так что через катушку 41 не проходит электрический ток. В результате на гель 39 не воздействует электромагнитное поле и гель выпускает воду, которая просачивается через проницаемую для воды наружную стенку 40 баллона 34 и абсорбируется материалом 38. Это приводит к сокращению геля 39, так что баллон 34 сжимается в направлении цилиндрической наружной стенки 40 и создается центральное отверстие 35,через которое текучая среда может протекать в скважину, как обозначено стрелкой 31. На фиг. 3 В переключатель 43 замкнут, так что электрическая катушка 41 воздействует электромагнитным полем на гель 39. В результате гель абсорбирует воду из вспененного материала 38 через цилиндрическую наружную стенку 40 баллона 34. Это приводит к набуханию геля 39, так что баллон 34 расширяется и тем самым закрывает центральный проход 36 для текучей среды. Переключатель 43 может быть соединен с расположенным внутри скважины датчиком (не изображен), который замыкает переключатель,если обнаруживается приток воды через устройство. Датчик может также образовывать часть сенсорного блока, который контролирует несколько параметров и который соединен с блоком обработки данных, который запрограммирован для оптимизации добычи углеводородного сырья из залежи. На фиг. 4 А и 4 В показан вариант выполнения устройства согласно изобретению, в котором корпус 50 имеет продолговатую или эллиптическую форму. Как показано на фиг. 4 А, в этом случае гель, заполняющий баллон 51, может быть отделен от пары тел 52 из вспененного наполненного водой материала парой водопроницаемых перегородок 53. Центральный проход для текучей среды может иметь цилиндрическую или эллиптическую форму и содержать противопесочное сито 54, при этом в корпус 50 встроена электрическая катушка (не изображена). На фиг. 5 показан разрез устройства согласно фиг. 4 А и 4 В, которое вставлено в стенку трубы 55 скважины. На фиг. 6 показана в изометрической проекции труба 55 скважины согласно фиг. 5, в которой установлена пара устройств для управления притоком, показанных на фиг. 4 А, 4 В и 5. Корпуса 50 устройств, показанных на фиг. 6,ориентированы в продольном направлении относительно трубы скважины для обеспечения,по существу, плоской формы корпусов 50, что упрощает процесс изготовления. Следует понимать, что заполненный гелем баллон может иметь водопроницаемую стенку,которая находится в контакте с текучей средой скважины и которая обеспечивает абсорбирование и выделение гелем воды из текучей среды скважины и обратно. В этом случае стенка бал 003112 6 лона должна быть проницаемой для воды, но непроницаемой для геля и добываемых нефти и/или газа. Следует также понимать, что реагирующий на электромагнитное поле гель может быть заменен гелем, реагирующим на другие управляющие воздействия, такое как температурное воздействие, и что баллон может быть заменен другой деформируемой камерой, такой как цилиндрическая камера, в которой гель вынуждает поршень перемещаться вверх и вниз в ответ на изменение объема геля. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Скважинное устройство для управления потоком текучей среды через перфорацию обсадной трубы в скважине при добыче углеводородного сырья, содержащее деформируемую камеру, заполненную гелем, реагирующим на управляющее воздействие и способным изменять свой объем в ответ на изменение выбранного физического воздействующего параметра,обеспечивая при этом перекрытие перфораций в обсадной трубе. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем,что гель является реагирующим на электромагнитное поле гелем, способным выделять воду,когда на гель воздействует электромагнитное поле заданной напряженности, и абсорбировать воду при отсутствии электромагнитного поля,при этом устройство снабжено излучателем электромагнитного поля, выполненным с возможностью воздействия на гель электромагнитным полем заданной напряженности. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем,что гель выбран из группы полиакриламидных гелей или гелей полиметилакриловой кислоты. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем,что гель содержится в эластичном баллоне, который выполнен с возможностью герметизации перфорации в ответ на увеличение объема, по меньшей мере, части геля в баллоне. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем,что эластичный баллон имеет тороидальную форму и окружает отверстие в эксплуатационной обсадной колонне в зоне притока скважины для добычи нефти и/или газа, при этом гель в эластичном баллоне герметизирует отверстие в ответ на обнаружение притока воды в скважину через отверстие. 6. Устройство по п.4, отличающееся тем,что эластичный баллон имеет тороидальную форму и расположен в кольцевом пространстве между двумя коаксиальными секциями эксплуатационной колонны, стенки которых перфорированы вблизи одного конца кольцевого пространства, так что перфорация закрывается в ответ на увеличение объема, по меньшей мере,части тела геля внутри баллона и перфорация открывается в ответ на уменьшение объема, по меньшей мере, части тела геля внутри баллона. 7. Устройство по п.5, отличающееся тем,что эластичный баллон содержит две части, отделенные одна от другой, по меньшей мере, одной перегородкой, непроницаемой для геля и,по меньшей мере, временно проницаемой для воды. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем,что, по меньшей мере, одна перегородка выполнена из материала, который проницаем для воды, когда на материал перегородки воздействует электромагнитное поле, и который непроницаем для воды, когда воздействие электромагнитного поля отсутствует. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем,что, по меньшей мере, одна перегородка разде Фиг. 1A 8 ляет две части эластичного баллона, каждая из которых содержит гель по п.2 или 3, и устройство содержит один или более источник электромагнитного поля, выполненный с возможностью избирательного воздействия электромагнитным полем на одну из частей камеры и/или перегородки. 10. Устройство по п.7, отличающееся тем,что эластичный баллон содержит две заполненные гелем части, которые разделены с помощью пары непроницаемых для геля перегородок, которые, в свою очередь, разделены посредством промежуточного участка камеры, заполненного водой.