Способ автономной регулировки расхода текучей среды через клапан или регулятор расхода инжекторов при добыче нефти

СПОСОБ АВТОНОМНОЙ РЕГУЛИРОВКИ РАСХОДА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ ЧЕРЕЗ КЛАПАН ИЛИ РЕГУЛЯТОР РАСХОДА ИНЖЕКТОРОВ ПРИ ДОБЫЧЕ НЕФТИ Способ закачки текучей среды в нефтяной и/или газовый коллектор или пласт, при котором вводят текучую среду в коллектор или пласт через множество автономных клапанов или регулирующих расход устройств (2), расположенных вдоль инжектора (24) и имеющих, по существу, постоянный объемный расход выше заданного перепада давления для автономного регулирования расхода текучей среды для обеспечения, по существу, постоянного объемного расхода из инжектора (24) в коллектор или пласт вдоль длины инжектора. 016671 Изобретение относится к способу закачки текучей среды в нефтяной и или газовый коллектор или пласт. В частности, изобретение относится к способу использования автономного клапана или устройства регулировки расхода в инжекторах при добыче нефти, описанному в патентной заявке 20063181 отозванной перед публикацией и в международной заявкеPCT/NO 2007/000204, имеющей приоритет по заявке NO 20063181 и не опубликованной на дату регистрации настоящей заявки. Устройства для добычи нефти и газа из глубоких горизонтальных и вертикальных скважин известны из патентов США 4821801, 4858691, 4577691 и патента Великобритании 2169018. Данные известные устройства содержат перфорированную дренажную трубу, например, с фильтром для борьбы с пескопроявлениями вокруг трубы. Существенный недостаток известных устройств для добычи нефти и/или газа в высокопроницаемых геологических пластах состоит в том, что давление в дренажной трубе увеличивается экспоненциально в направлении вверх по потоку в результате гидравлического трения в трубе. Поскольку перепад давления между коллектором и дренажной трубой должен уменьшаться вверх по потоку, приток нефти и/или газа из коллектора в дренажную трубу должен соответственно уменьшаться. Общий объем добычи нефти и/или газа таким устройством является низким. Для тонких нефтеносных слоев и высокопроницаемых геологических пластов существует дополнительный высокий риск образования конуса обводнения в пласте, то есть притока нежелательных воды или газа в дренажную трубу ниже по потоку, где скорость потока нефти из коллектора в трубе наивысшая. Из статьи World Oil, vol. 212, N. 11 (11/91), стр. 73-80, известно деление дренажной трубы на секции с одним или несколькими устройствами дросселирования притока, таким как скользящие муфты или дросселирующие устройства. Данная статья в основном относится к регулировке притока для ограничения интенсивности притока в зонах ближе к устью скважины и, таким образом предотвращения или уменьшения образования конуса обводнения или газового конусообразования в пласте. Публикация WO-A-9208875 описывает горизонтальную эксплуатационную трубу, содержащую множество эксплуатационных секций, соединенных камерами смешения, имеющими диаметр больше диаметра эксплуатационных секций. Эксплуатационные секции содержат внутреннюю щелевую гильзу,которую можно рассматривать в качестве фильтра. Вместе с тем, последовательность секций различного диаметра создает турбулентность потока и препятствует спуску инструмента капитального ремонта скважины. При извлечении нефти и/или газа из геологических продуктивных пластов текучие среды различного качества, то есть нефть, газ, вода (и песок) добывают в различных количествах и смесях, в зависимости от свойств или качества пласта. Ни одно из вышеупомянутых известных устройств не способно различать нефть, газ или воду на основе их состава и/или качества и раздельно регулировать их приток. Автономный клапан, как описано в заявках NO 20063181 и PCT/NO 2007/000204, использован в устройстве регулировки притока, являющемся саморегулируемым или автономным, легко устанавливаемым в стенке трубы добычи и, следовательно, обеспечивающим использование инструментов капитального ремонта скважины. Устройство способно различать нефть и/или газ и/или воду и способно регулировать расход или приток нефти или газа в зависимости от текучей среды, которой требуется регулировка расхода. Устройство, описанное в заявках NO 20063181 и PCT/NO 2007/000204, является прочным, может выдерживать большие усилия и температуры, предотвращает снижение давления в пласте (перепад давления), не требует энергопитания, может выдерживать вынос песка, является надежным, простым и очень дешевым. В известных технологиях нагнетающие скважины (инжекторы) в нефтяных коллекторах используют для повышения нефтеотдачи и/или увеличения нефтеизвлечения. Инжекторы можно использовать для закачки, например, воды, пара, углеводородного газа и/или СО 2. Нагнетающие скважины могут иметь различную ориентацию и глубину. Во многих ситуациях закачиваемую текучую среду следует равномерно распределять в коллекторе. В данных вариантах используют глубокие нагнетающие скважины и закачивают текучие среды в различных секциях скважины. При закачке текучей среды в различных секциях по длине скважины должна быть неравномерной(см. фиг. 10), что в основном обуславливается неоднородным коллектором, который может включать в себя, например, зоны высокой и низкой проницаемости, разрывы и меандры. Для всех потоков текучих сред естественно прохождение текучей среды по пути наименьшего сопротивления. Данный факт обуславливает частую и сильную неравномерность закачки. Результатом является неудовлетворительное использование закачиваемой текучей среды и низкий коэффициент нефтеотдачи/нефтеизвлечения пласта. Способ, согласно настоящему изобретению, отличается тем, что текучую среду вводят в коллектор или пласт через множество автономных клапанов или устройств регулировки расхода, расположенных вдоль инжектора и имеющих, по существу постоянный объемный расход выше заданного перепада давления для автономной регулировки расхода текучей среды для обеспечения, по существу постоянного объемного расхода из инжектора в коллектор или пласт вдоль длины инжектора, как определено в п.1 формулы изобретения. Зависимый п.2 формулы изобретения определяет предпочтительный вариант осуществления изо-1 016671 бретения. Настоящее изобретение дополнительно описано ниже посредством примеров и со ссылками на следующие чертежи. На фиг. 1 показан схематичный вид эксплуатационной трубы с регулирующим устройством согласно заявке PCT/NO 2007/000204 или настоящему изобретению. На фиг. 2 а) показано, в увеличенном масштабе, сечение регулирующего устройства согласно заявкеPCT/NO 2007/000204, на фиг. 2b) показан вид сверху того же устройства. На фиг. 3 показан график объемного расхода через регулирующее устройство согласно изобретению, как функции перепада давления в сравнении с устройством с фиксированным притоком. На фиг. 4 показано устройство фиг. 2 с индикацией зон различного давления, влияющих на конструкцию устройства для различных вариантов применения. На фиг. 5 показана принципиальная схема другого варианта осуществления регулирующего устройства согласно заявке PCT/NO 2007/000204. На фиг. 6 показана принципиальная схема третьего варианта осуществления регулирующего устройства согласно заявке PCT/NO 2007/000204,На фиг. 7 показана принципиальная схема четвертого варианта осуществления регулирующего устройства согласно заявке PCT/NO 2007/000204. На фиг. 8 показана принципиальная схема пятого варианта осуществления согласно заявке PCT/NO 2007/000204 с регулирующим устройством, являющимся интегральной частью устройства организации потока. На фиг. 9 показан типичный профиль приемистости в коллекторе с разрывами согласно известному способу. На фиг. 10 показан типичный профиль приемистости в коллекторе с разрывами согласно настоящему изобретению. На фиг. 1 показана секция эксплуатационной трубы 1, оборудованной известным регулирующим устройством 2, согласно заявке PCT/NO 2007/000204. Регулирующее устройство 2 предпочтительно имеет круглую, относительно плоскую форму и может быть снабжено внешней резьбой 3 (фиг. 2) для завинчивания в круглое отверстие с соответствующей внутренней резьбой в трубе или инжекторе. Посредством регулирования толщины устройство 2 можно приспособить к толщине трубы или инжектора и выполнить подходящим к его внешнему и внутреннему периметру. На фиг. 2 а) и 2b) показано существующее регулирующее устройство 2 согласно PCT/NO 2007/000204 в увеличенном масштабе. Устройство 2 состоит из первой детали 4 корпуса в форме диска с внешним цилиндрическим участком 5 и внутренним цилиндрическим участком 6 и с центральным входным отверстием 10, и второй деталью 7 держателя в форме диска с внешним цилиндрическим участком 8, предпочтительно плоского диска или свободно перемещающейся детали 9, установленной в открытом пространстве 14, образованном между первой деталью 4 корпуса и второй деталью 7 в форме диска. Деталь 9 может в практических вариантах применения и регулировки отходить от плоской формы и иметь частично коническую или полукруглую форму (например, обращенную к дроссельному отверстию 10). Как можно видеть на фигуре, цилиндрический участок 8 второй детали 7 держателя в форме диска входит во внешний цилиндрический участок 5 первой детали 4 корпуса в форме диска и выступает из нее,образуя путь потока, показанный стрелками 11, по которому текучая среда входит в регулирующее устройство через центральное входное отверстие 10 и проходит к диску 9 и радиально по нему перед проходом через кольцевое отверстие 12, образованное между цилиндрическими участками 8 и 6, и далее на выход через кольцевое отверстие 13, образованное между цилиндрическими участками 8 и 5. Две детали 4, 7 прикреплены друг к другу болтовым соединением, сваркой или другим средством (не показано далее на фигурах) в области 15 соединения, показанной на фиг 2b). Настоящее изобретение использует действие закона Бернулли, указывающего, что сумма статического давления, динамического давления и трения постоянна вдоль линии потока: Когда диск 9 находится под воздействием потока текучей среды в варианте настоящего изобретения, перепад давления на диске 9 можно выразить следующим образом: Вследствие более низкой вязкости текучая среда, такая как газ, должна "выполнять поворот позже" и следовать дополнительно вдоль диска к его внешнему концу 14. При этом повышается давление торможения в области 16 на конце диска 9, повышая давление на диске. Диск 9, свободно перемещающийся в пространстве между деталями 4,7, должен перемещаться вниз и сужать путь потока между диском 9 и внутренним цилиндрическим участком 6. Таким образом, диск 9 перемещается вниз или вверх в зависимости от вязкости текучей среды, проходящей через него, при этом данный принцип можно использовать для управления (закрытия/открытия) расходом текучей среды через устройство.-2 016671 Дополнительно, скачок давления на традиционных устройствах управления притоком с фиксированной геометрией должен быть пропорционален динамическому давлению: где константа K в основном является функцией геометрии и меньше зависит от числа Рейнольдса. В регулирующем устройстве, согласно настоящему изобретению, проходное сечение должно уменьшаться с увеличением перепада давления так, что объемный расход через регулирующее устройство должен не увеличиваться или почти не увеличивается при увеличении скачка давления. Сравнение регулирующего устройства, согласно настоящему изобретению, с перемещающимся диском и регулирующего устройства с фиксированным проходным отверстием показано на фиг. 3, и, как можно видеть на фигуре, объемный расход для настоящего изобретения является постоянным при данном перепаде давления. Это является главным преимуществом настоящего изобретения, которое можно использовать для обеспечения подачи с одинаковым объемным расходом через каждую секцию всей горизонтальной скважины, что невозможно с устройствами регулировки с фиксированным притоком. При добыче нефти и газа регулирующее устройство, согласно изобретению, может иметь два различных варианта применения, т.е. устройство, регулирующее расход для уменьшения притока воды или для уменьшения притока газа в ситуациях прорыва газа. При разработке регулирующего устройства, согласно изобретению, для различных вариантов применения, таких как для воды или газа, различные области и зоны давления, как показано на фиг. 4, должны иметь динамическое воздействие на производительность и пропускную способность устройства. Как показано на фиг. 4, различные области/зоны давления можно подразделять следующим образом.A1, P1 являются проходным сечением и давлением притока соответственно. Сила (P1.A1) указанного давления должна открывать регулирующее устройство (перемещать диск или деталь 9 вверх). А 2, Р 2 являются проходным сечением и давлением в зоне, где скорость должна быть наибольшей и,следовательно, представляют собой источник динамического давления. Равнодействующая сила динамического давления должна стремиться закрыть регулирующее устройство (переместить диск или деталь 9 вниз с увеличением скорости потока). А 3, Р 3 являются проходным сечением и давлением на выходе. Они должны быть одинаковы с давлением в скважине (давлением на входе). А 4, Р 4 являются проходным сечением и давлением (давлением торможения) за перемещающимся диском или деталью 9. Давление торможения в положении 16 (фиг. 2) создает давление и силу давления за деталью. Она должна стремиться закрыть регулирующее устройство (переместить деталь вниз). Текучие среды с различной вязкостью должны создавать различные силы давления в каждой зоне, в зависимости от конструкции данных зон. Для оптимизирования производительности и расхода через свойства регулирующего устройства, конструкция проходных сечений должна быть различной для различных вариантов применения, то есть потоков газа/нефти или нефти/воды. Таким образом, для каждого варианта применения проходные сечения должны быть тщательно сбалансированы и оптимально разработаны с учетом свойств и физических условий (вязкости, температуры, давления и т.п.) для конструкции для каждой ситуации. На фиг. 5 показана принципиальная схема другого варианта осуществления регулирующего устройства согласно заявкеPCT/NO 2007/000204, более простой конструкции, чем в варианте на фиг. 2. Регулирующее устройство 2 состоит, как в варианте, показанном на фиг. 2, из первой детали 4 корпуса в форме диска с внешним цилиндрическим участком 5 и с центральным отверстием 10 и второй детали 17 держателя в форме диска, прикрепленной к участку 5 детали 4 корпуса, предпочтительно плоского диска 9, размещенного в открытом пространстве 14, образованном между первой и второй деталями 4, 17. Вторая деталь 17 держателя в форме диска открыта внутрь (через отверстие или отверстия 23, и т.д.) и теперь только удерживает диск на месте, и поскольку цилиндрический участок 5 имеет различные пути потока, более короткие, чем показанные на фиг. 2, отсутствует увеличение давления торможения (Р 4) на обратной стороне диска 9, описанного выше для фиг. 4. В данном решении без давления торможения высота устройства меньше и может выдерживать большее количество частиц, содержащихся в текучей среде. На фиг. 6 показан третий вариант осуществления согласно заявке PCT/NO 2007/000204, конструкция которого аналогична варианту, показанному на фиг. 2, но с использованием пружинного элемента 18 в форме спиральной пружины или другого подходящего пружинного устройства на каждой стороне диска, соединяющего диск с держателем 7, 22, пазом 21 или деталью 4. Пружинный элемент 18 используется для стабилизации и управления проходным сечением притока между диском 9 и входным отверстием 10, или вместо этого окружающей кромкой 19 входного отверстия 10. Таким образом, в зависимости от пружинной константы и, следовательно, усилия пружины, проем между диском 9 и кромкой 19 должен быть больше или меньше, и с соответствующей подобранной пружинной константой в зависимости от условий притока и давления в выбранном месте, где оборудовано регулирующее устройство, можно обеспечить постоянный массовый расход через устройство.-3 016671 На фиг. 7 показан четвертый вариант осуществления согласно заявке PCT/NO 2007/000204, имеющий конструкцию, аналогичную варианту фиг. 6, но с диском 9, расположенным на стороне, обращенной к входному отверстию 10, оснащенному термочувствительным устройством, таким как биметаллический элемент 20. При добыче нефти и/или газа условия могут быстро меняться от ситуации, где поступает только или по большей части нефть, к ситуации, где поступает только или по большей части газ (газ прорыва или газ образования конуса обводнения в пласте). Например, при скачке давления 16 бар (1,7 кПа) от 100 бар (10,5 кПа) скачок температуры должен соответствовать приблизительно 20 С. При оборудовании диска 9 термочувствительным элементом, таким как биметаллический элемент, как показано на фиг. 7,диск должен отклоняться вверх или перемещаться вверх элементом 20, упирающимся в деталь 7 в форме держателя, и при этом сужать проем между диском и входным отверстием 10 или полностью закрывать входное отверстие. Приведенные выше варианты регулирующего устройства, показанные на фиг. 1, 2 и 4-7, относятся к решениям, где регулирующее устройство является отдельным блоком или устройством, оборудованным в соответствии с режимом потока текучей среды или устройством, таким как стенка эксплуатационной трубы, применительно к добыче нефти и газа. Регулирующее устройство может, как показано на фиг. 8,являться интегральной частью устройства организации потока текучей среды, при этом, перемещающаяся деталь 9 может размещаться в углублении 21, обращенном к выходу отверстия 10 например в стенке трубы 1, как показано на фиг. 1 вместо размещения в отдельной детали 4 корпуса. Дополнительно, перемещающаяся деталь 9 может удерживаться на месте в углублении посредством удерживающего устройства, такого как выступающие внутрь штыри, круглое кольцо 22 или т.п., соединенные с внешним проемом углубления на резьбе, сваркой или т.п. На фиг. 9 и 10 показан типичный профиль приемистости в коллекторе с разрывами F при использовании известной технологии и способа согласно настоящему изобретению. В инжекторе 24 на фиг. 10 множество автономных клапанов или регулирующих устройств 2 (не показано) расположены по его длине, что приводит, по существу, к равномерно распределенной закачке текучей среды, как показано линией UIF со стрелками почти равной длины. Напротив, известная технология закачки, показанная на фиг. 9,приводит к неравномерно распределенной закачке текучей среды, на линии NIF, особенно в разрывах F в которые закачиваемая текучая среда проходит по кратчайшему пути, что также упомянуто во вводной части настоящего описания. На фиг. 9 и 10 эксплуатационная труба 1 является одинаковой, и направления потока в эксплуатационной трубе 1 и в инжекторе 24 указаны стрелками 25 и 26 соответственно. На обеих фиг. 9 и 10 дополнительно показаны две линии, т.е. линия GOC газонефтяного контакта и линияWOC водонефтяного контакта. Настоящее изобретение благодаря постоянному объемному расходу обеспечивает значительно лучшее дренирование коллектора. Результатом является значительное увеличение добычи из данного коллектора. Одновременно, требуемый объем закачки текучей среды можно значительно уменьшить. Это очень важно при добыче, например, битума, где закачивают пар. Дополнительно, вследствие расходных характеристик клапана закачка в различных секциях скважины должна быть, по существу, равномерно распределенной. Это обеспечивает уникальный объемный расход клапана даже для неоднородного коллектора с изменением перепада давления. В качестве текучих сред для закачки можно использовать, например, воду, пар, углеводородный газ и/или СО 2, другие текучие среды также являются возможными в объеме настоящего изобретения, определенном прилагаемой формулой изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ закачки текучей среды в нефтяной и/или газовый коллектор или пласт, отличающийся тем, что вводят текучую среду в коллектор или пласт через множество автономных клапанов или регулирующих расход устройств (2), расположенных вдоль инжектора и имеющих, по существу, постоянный объемный расход выше заданного перепада давления для автономной регулировки расхода текучей среды для обеспечения, по существу, постоянного объемного расхода из инжектора в коллектор или пласт вдоль длины инжектора. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что включают в инжектор свободно перемещающуюся регулирующую деталь (9), установленную в углублении (21) стенки (24) инжектора или в отдельной детали(4) корпуса в стенке, обращенную к выходу входного отверстия (10) в центре углубления (21) или детали(4) корпуса и удерживаемую на месте в углублении (21) или детали (4) корпуса посредством удерживающего устройства (7, 22), с образованием пути (11) потока, по которому текучая среда входит в регулирующее расход устройство через центральное входное отверстие (10), проходит и вдоль детали (9) и выходит из углубления или корпуса. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что текучая среда является водой, паром, углеводородным газом и/или СО 2.