Способ для регулирования расхода и автономные клапан или устройство для регулирования расхода

013497 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к способу для самонастройки (автономной настройки) расхода текучей среды через клапан или устройство регулирования расхода, и самонастраивающемуся клапану или устройству регулирования расхода, особенно полезным в добывающей трубе для добычи нефти и/или газа из скважины в нефтяном и/или газовом коллекторе, каковая добывающая труба включает в себя нижнюю дренирующую трубу, предпочтительно разделенную по меньшей мере на две секции, каждая из которых включает в себя одно или более устройств регулирования притока, которое соединяет геолого-промысловую формацию с пространством потока дренирующей трубы. Уровень техники Устройства для добычи нефти и газа из длинных горизонтальных и вертикальных скважин известны из патентных публикаций США под номерами 4821801; 4858691; 4577691 и патентной публикации Великобритании под номером 2169018. Эти известные устройства содержат перфорированную дренирующую трубу с, например, фильтром для борьбы с песком вокруг трубы. Существенный недостаток известных устройств для добычи нефти и/или газа в высокопроницаемых геологических формациях заключается в том, что в результате гидравлического сопротивления в трубе давление в дренирующей трубе увеличивается по экспоненте в направлении вверх по потоку. Поскольку в результате этого перепад давления между коллектором и дренирующей трубой уменьшится, то количество нефти и/или газа, текущего из коллектора в дренирующую трубу соответствующим образом уменьшится. Общее количество нефти и/или газа, добытое посредством этого, будет, следовательно, низким. При тонких нефтеносных зонах и высокопроницаемых геологических формациях, существует, кроме того, высокий риск, заключающийся в образовании конуса обводнения, то есть потока нежелательной воды или газа в нисходящий поток дренирующей трубы там, где скорость потока нефти из коллектора в трубу является самой большой. Из World Oil, том 212, N. 11 (11/91), стр. 73-80, ранее был известен способ разделения дренирующей трубы на секции с одним или более устройствами ограничения притока, такими как скользящие муфты или дроссельные устройства. Однако эта ссылка главным образом относится к использованию регулирования притока для того, чтобы ограничить скорость притока для зон восстающей скважины и тем самым избежать или уменьшить образование конуса из воды и/или газа.WO-А-9208875 описывают горизонтальную добывающую трубу, содержащую множество добывающих секций, соединенных смесительными камерами, имеющими более высокий внутренний диаметр чем добывающие секции. Добывающие секции содержат внешний хвостовик с щелевидными отверстиями, который можно рассматривать как оказывающий фильтрующее действие. Однако последовательность секций различного диаметра создает турбулентность потока и препятствует использованию инструментов для ремонтных работ. При добыче нефти и/или газа из геолого - промысловых формаций текучие среды с различными свойствами, то есть нефть, газ, вода (и песок), добываются в различных количествах и смешанные различным образом в зависимости от характеристики или свойства формации. Ни одно из вышеупомянутых, известных устройств не в состоянии проводить различие и регулировать приток нефти, газа или воды на основе их относительного состава и/или свойства. Сущность изобретения Настоящее изобретение предусматривает устройство регулирования притока, которое является самонастраивающимся или автономным и может легко быть встроено в стенку добывающей трубы и которое, следовательно, обеспечивает использование инструментов для ремонтных работ. Устройство предназначено для того, чтобы "отличать" между собой нефть и/или газ и/или воду и в состоянии регулировать расход или приток нефти или газа в зависимости от того, для какой из этих текучих сред требуется такое регулирование расхода. Устройство является надежным, может выдерживать большие силы и высокие температуры, предотвращает депрессии (перепада давления), не нуждается ни в каком источнике энергии, может выдерживать вынос песка, надежно, но, тем не менее, является простым и очень дешевым. Способ согласно изобретению отличается тем, что текучая среда течет через вход или проем, тем самым образуя путь потока через регулирующее устройство, проходящий мимо подвижного диска или тела, которое предназначено для того, чтобы свободно перемещаться относительно отверстия входа и таким образом уменьшать или увеличивать площадь проходного сечения, используя эффект Бернулли и любое давление торможения, создаваемое над диском, благодаря чему регулирующее устройство в зависимости от состава текучей среды и ее свойств автономно настраивает расход текучей среды на основе предварительно оцененной модели потока, как это определено в отличительной части п.1 формулы изобретения. Самонастраивающийся клапан или регулирующее устройство по изобретению отличается тем, что регулирующее устройство является отдельной или неотъемлемой частью конструкции регулирования расхода текучей среды, включающей в себя диск или свободно перемещающееся регулирующее тело,предусматриваемое в углублении в стенке трубы или предусматриваемое в отдельном корпусном теле,расположенном в этой стенке, причем диск или регулирующее тело обращено к выходу проема или от-1 013497 верстия в центре углубления или корпусного тела и удерживается на своем месте в углублении или корпусном теле посредством удерживающего устройства или конструкции, тем самым образуя путь потока,на котором текучая среда поступает в регулирующее устройство через центральный проем или вход,протекая по направлению к диску или телу и вдоль них и из углубления или корпуса, как это определено в отличительной части пункта 4 формулы изобретения. Зависимые пп.2-3 и 5-8 формулы изобретения определяют предпочтительные варианты реализации изобретения. Перечень фигур Настоящее изобретение будет более подробно описано ниже посредством примеров и со ссылкой на чертежи, на которых: фиг. 1 показывает схематический вид добывающей трубы с регулирующим устройством согласно настоящему изобретение; фиг. 2 а) показывает в более крупном масштабе поперечное сечение регулирующего устройства согласно изобретению, b) показывает то же самое устройство на виде сверху,фиг. 3 представляет собой диаграмму, показывающую объемный расход через регулирующее устройство согласно изобретению в зависимости от перепада давления по сравнению с устройством с постоянным притоком,фиг. 4 показывает устройство, показанное на фиг. 2, но с указанием различных зон давления,влияющих на конструкцию устройства для различных вариантов применения,фиг. 5 показывает набросок главного вида другого варианта реализации регулирующего устройства согласно изобретению,фиг. 6 показывает набросок главного вида третьего варианта реализации регулирующего устройства согласно изобретению,фиг. 7 показывает набросок главного вида четвертого варианта реализации регулирующего устройства согласно изобретению,фиг. 8 показывает набросок главного вида пятого варианта изобретения, в котором регулирующее устройство является неотъемлемой частью расположения потока. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Фиг. 1 показывает, как было сказано выше, секцию добывающей трубы (1), в которой предусмотрен прототип регулирующего устройства (2) согласно изобретению. Предпочтительно, чтобы регулирующее устройство (2) имело круглую, относительно плоскую форму и могло быть снабжено наружными резьбами (3) (см. фиг. 2) для ввинчивания в круглое отверстие с соответствующими внутренними резьбами в трубе. Регулируя толщину, можно приспособить устройство (2) к толщине трубы и совместить с ее внешней и внутренней периферией. Фиг. 2 а) и b) показывает регулирующее устройство (2) в более крупном масштабе. Устройство состоит из первого имеющего форму диска корпусного тела (4) с внешним цилиндрическим участком (5) и внутренним цилиндрическим участком (6) и с центральным отверстием или проемом (10) и второго имеющего форму диска удерживающего тела (7) с внешним цилиндрическим участком (8), так же как и из предпочтительно плоского диска или свободно перемещающегося тела (9), предусматриваемого в открытом пространстве (14), образованном между первым (4) и вторым (7) имеющими форму диска корпусным и удерживающим телами. Тело (9) может для конкретных вариантов применения и настройки отклоняться от плоской формы и иметь частично коническую или полукруглую форму (например, по направлению к отверстию (10. Как можно видеть на фигуре, цилиндрический участок (8) второго имеющего форму диска удерживающего тела (7) размещен в пределах внешнего цилиндрического участка (5) первого имеющего форму диска корпусного тела (4) и выступает в противоположном этому участку направлении, что образует путь потока, показанный стрелками (11), на котором текучая среда поступает в это регулирующее устройство через центральное отверстие или проем (вход) (10) и течет по направлению к диску (9) и в радиальном направлении вдоль него перед тем, как протекает через кольцевое отверстие (12), образованное между цилиндрическими участками (8) и (6), и далее наружу через кольцевое отверстие (13), образованное между цилиндрическими участками (8) и (5). Два имеющих форму диска корпусное и удерживающее тело (4), (7) прикреплены друг к другу винтовым соединением, сваркой или другими средствами (не показанными далее на фигурах) в области (15) соединения, которая показана на фиг. 2b). Настоящее изобретение использует эффект Бернулли, в соответствии с которым сумма статического давления, давления от динамического давления и трения является постоянной вдоль линии потока: Когда под действием потока текучей среды находится диск (9), как это имеет место в случае настоящего изобретения, перепад давления на диске (9) может быть выражен следующим образом: По причине своей более низкой вязкости текучая среда, такая как газ "выполняет поворот позже" и-2 013497 будет следовать далее вдоль диска по направлению к его внешнему краю (обозначенному ссылочной позицией (14. Это создает более высокое давление торможения в области (16) на краю диска (9), что в свою очередь создает более высокое давление над диском. И диск (9), который способен свободно перемещаться в пределах пространства между имеющими форму диска телами (4), (7), будет перемещаться по направлению вниз и, таким образом, сужать путь потока между диском (9) и внутренним цилиндрическим участком (6). Таким образом, диск (9) перемещается по направлению вниз или по направлению вверх в зависимости от вязкости текучей среды, протекающей через него, благодаря чему этот принцип может быть использован для того, чтобы регулировать (закрывать / открывать) поток текучей среды через устройство. Кроме того, перепад давления на традиционном устройстве регулирования притока (ICD - устройстве) с неизменной геометрией будет пропорциональным динамическому давлению: где постоянная K является, главным образом, функцией геометрии и в меньшей степени зависит от числа Рейнольдса. В регулирующем устройстве согласно настоящему изобретению площадь проходного сечения будет уменьшаться при возрастании перепада давления, так что объемный расход через регулирующее устройство не будет, или почти не будет, увеличиваться при увеличении перепада давления. Сравнение между регулирующим устройством согласно настоящему изобретению с подвижным диском и регулирующим устройством с постоянным проходным отверстием, показано на фиг. 3, и как можно видеть на этой фигуре, проходящий объемный расход для настоящего изобретения выше заданного перепада давления является постоянным. Это представляет большое преимущество настоящего изобретения, поскольку оно может быть использовано для того, чтобы обеспечивать протекание через каждую секцию по всей горизонтальной скважине одного и того же объема, что не возможно при использовании устройств регулирования притока с постоянным проходным отверстием. При добыче нефти и газа регулирующее устройство согласно изобретению может иметь два различных варианта применения: использование его в качестве устройства регулирования притока для уменьшения притока воды или использование его для уменьшения притока газа в ситуациях прорыва газа. При проектировании регулирующего устройства согласно изобретению для различного его применения, такого как вода или газ, как было упомянуто выше, на эффективность и пропускные свойства устройства будут оказывать влияние различные площади и зоны давления, показанные на фиг. 4. Что касается фиг. 4, то различные площади/зоны давления могут быть подразделены на A1, P1 представляет собой площадь и давление притока, соответственно. Сила (P1A1), создаваемая этим давлением будет стремиться открыть регулирующее устройство (переместить диск (9) вверх).A2, P2 представляет собой площадь и давление в зоне, где скорость будет наибольшей и, следовательно, представляет источник динамического давления. Результирующая сила динамического давления будет стремиться закрыть регулирующее устройство (переместить диск вниз по мере увеличения скорости потока).A3, P3 представляет собой площадь и давление на выходе. Оно должно быть таким же, как давление в скважине (давление на входе). А 4, P4 представляет собой площадь и давление (давление торможения) позади диска. Давление торможения в положении (16) (фиг. 2) создает давление и силу позади диска. Она будет стремиться закрыть регулирующее устройство (переместить диск вниз). Текучие среды с различной вязкостью обеспечивают различные силы в каждой зоне в зависимости от конструкции этих зон. Для того чтобы оптимизировать эффективность и пропускные свойства регулирующего устройства, расчет площадей будет отличен для различных вариантов применения, например газового/нефтяного или нефтяного водного потока. Следовательно, для каждого варианта применения площади должны быть тщательно сбалансированы и оптимально рассчитаны с учетом свойств и физических условий (вязкости, температуры, давления и т.д.) для каждой расчетной ситуации. Фиг. 5 показывает набросок главного вида другого варианта реализации регулирующего устройства согласно изобретению, который имеет более простую конструкцию чем версия, показанная на фиг. 2. Регулирующее устройство (2) состоит, как и в случае с версией, показанной на фиг. 2, из первого имеющего форму диска корпусного тела (4) с внешним цилиндрическим участком (5) и с центральным отверстием или проемом (10), и второго имеющего форму диска удерживающего тела (17), прикрепленного к участку (5) корпусного тела (4), так же как и из предпочтительно плоского диска (9), предусматриваемого в открытом пространстве (14), образованном между первым и вторым имеющими форму диска корпусным и удерживающим телами (4), (17). Однако, поскольку второе имеющее форму диска удерживающее тело (17) открыто вовнутрь (через отверстие или отверстия (23) и т.д.), и в данном случае только удерживает диск на его месте, и поскольку цилиндрический участок (5) короче с путем потока, отличным от того, что показан на фиг. 2, то нарастание давления торможения (Р 4) на задней стороне диска (9),которое объяснялось выше в связи с фиг. 4, отсутствует. При этом решении без давления торможения монтажная толщина устройства ниже и оно может выдерживать более высокое количество частиц, содержащихся в текучей среде.-3 013497 Фиг. 6 показывает третий вариант реализации согласно изобретению, где конструкция является той же самой, что и в случае с примером, показанным на фиг. 2, но где с любой стороны диска предусматривается пружинный элемент (18) в форме спирали или другого подходящего пружинного устройства, и он соединяет диск с держателем (7, 22), углублением (21) или корпусом (4). Пружинный элемент (18) используется для балансировки и регулирования площади притока между диском (9) и входом (10), или скорее окружающей кромкой или опорной поверхностью (19) входа (10). Таким образом, в зависимости от жесткости пружины а, следовательно, силы пружины, отверстие между диском (9) и кромкой (19) будет больше или меньше, и при соответствующей жесткости пружины, выбранной в зависимости от условий притока и давления в выбранном месте, в котором предусматривается это регулирующее устройство,может быть получен постоянный массовый расход через устройство. Фиг. 7 показывает четвертый вариант реализации изобретения, где конструкция является той же самой, что и в случае с примером, показанным на фиг. 6, но где диск (9) на стороне, обращенной к входному отверстию (10), снабжен термически чувствительным устройством, таким как биметаллический элемент (20). При добыче нефти и/или газа условия могут быстро изменяться от ситуации, при которой добывается только или, главным образом, нефть, до ситуации, при которой добывается только или, главным образом, газ, добыт (прорыв газа или образование газового конуса). Например, при падении давления на 16 бар (1,6 МПа) от 100 бар (10 МПа) падение температуры соответствовало бы приблизительно 20 С. Благодаря снабжению диска (9) термически чувствительным элементом, таким как биметаллический элемент, который показан на фиг. 7, диск изогнется вверх или будет перемещен вверх элементом(20), упираясь в имеющее форму держателя тело (7), и таким образом, сузит отверстие между диском и входом (10), или полностью закроет упомянутый вход. Вышеописанные примеры регулирующего устройства согласно изобретению, которые показаны на фиг. 1 и 2 и 4-7, все связаны с решениями, где регулирующее устройство по существу представляет собой отдельный блок или устройство, подлежащее установке в сочетании с ситуацией или конструкцией для потока текучей среды, такой как стенка добывающей трубы при добыче нефти и газа. Однако регулирующее устройство может, как показано на фиг. 8, являться неотъемлемой частью конструкции для потока текучей среды, при этом диск (9) может быть предусмотрен в углублении (21), обращенном к выходу отверстия или проема (10), например, в стенке трубы (1), которая показана на фиг. 1, вместо того,чтобы быть предусмотренным в отдельном корпусном теле (4). Кроме того, диск может удерживаться на своем месте в углублении посредством удерживающего устройства, такого как выступающие вовнутрь шипы, круговое кольцо (22) или тому подобное, присоединяемые к внешнему отверстию углубления посредством свинчивания, сварки или тому подобного. Настоящее изобретение, которое определено в формуле изобретения, не ограничивается вариантом своего применения, относящемуся к притоку нефти и/или газа из скважины, как это описано выше или при нагнетании газа (природного газа, воздуха или CO2), пара или воды в нефте- и/или газодобывающую скважину. Таким образом, изобретение может быть использовано в любых процессах или связанном с процессами вариантом применения, где требуется регулировать расход текучих сред с различными составами газа и/или жидкости. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ для автономной настройки расхода текучей среды через клапан или устройство регулирования расхода, применяемый для регулирования расхода текучей среды, то есть нефти и/или газа, включая любую воду, из коллектора и в добывающую трубу скважины в нефтяном и/или газовом коллекторе,добывающая труба включает в себя нижнюю дренирующую трубу, предпочтительно разделенную по меньшей мере на две секции (1), каждая из которых включает в себя одно или более устройств (2) регулирования притока, которое соединяет геолого-промысловую формацию с пространством потока дренирующей трубы, отличающийся тем, что текучая среда течет через вход или проем (10), тем самым, образуя путь (11) потока через регулирующее устройство (2), проходящий мимо подвижного диска или тела(9), которое предназначено для того, чтобы свободно перемещаться относительно отверстия входа и таким образом уменьшать или увеличивать площадь (А 2) проходного сечения, используя эффект Бернулли и любое давление торможения, создаваемое над диском (9), благодаря чему регулирующее устройство в зависимости от состава текучей среды и ее свойств автономно настраивает расход текучей среды на основе предварительно оцененной модели потока. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что текучая среда состоит из одного или более газов и/или одной или более жидкостей. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что текучая среда представляет собой воду и нефть или воду и природный или добытый газ и/или СО 2. 4. Самонастраивающийся клапан или устройство (2) регулирования расхода для регулирования расхода текучей среды из одного пространства или области в другую, применяемые для регулирования расхода текучей среды, то есть нефти и/или газа, включая любую воду, из коллектора и в добывающую трубу скважины в нефтяном и/или газовом коллекторе, добывающая труба включает в себя нижнюю дрени-4 013497 рующую трубу, предпочтительно разделенную по меньшей мере на две секции (1), каждая из которых включает в себя одно или более устройств (2) регулирования притока, которое соединяет геологопромысловую формацию с пространством потока дренирующей трубы, отличающееся тем, что регулирующее устройство является отдельной или неотъемлемой частью конструкции регулирования расхода текучей среды, включающей в себя диск или свободно перемещающееся регулирующее тело (9), предусматриваемое в углублении (21) в стенке трубы (1) или предусматриваемое в отдельном корпусном теле(4), расположенном в этой стенке, причем диск или регулирующее тело (9) обращено к выходу проема или отверстия (10) в центре углубления (21) или корпусного тела (4) и удерживается на своем месте в углублении (21) или корпусном теле (4) посредством удерживающего устройства или конструкции (7,22), тем самым образуя путь (11) потока, на котором текучая среда поступает в регулирующее устройство через центральный проем или вход (10), протекая по направлению к диску или телу (9) и вдоль них и из углубления или корпуса. 5. Самонастраивающийся клапан или регулирующее устройство по п.4, отличающееся тем, что регулирующее устройство состоит из первого имеющего форму диска тела (4) с внешним цилиндрическим участком (5) и внутренним цилиндрическим участком (6) и с центральным проемом (10) и второго имеющего форму диска тела (7) с внешним цилиндрическим участком (8), так же как и из, в основном,плоского диска (9), предусматриваемого между первым (4) и вторым имеющими форму диска телами,при этом цилиндрический участок (8) второго имеющего форму диска тела (7) размещен в пределах внешнего цилиндрического участка (5) первого имеющего форму диска тела (4) и выступает в противоположном этому участку направлении, что образует путь (11) потока, на котором текучая среда поступает в это регулирующее устройство через центральный проем или вход (10) и течет по направлению к диску (9) и вдоль него перед тем, как протекает через кольцевое отверстие (12), образованное между цилиндрическими участками (8 и 6), и далее наружу через кольцевое отверстие (13), образованное между цилиндрическими участками (8) и (5). 6. Самонастраивающийся клапан или регулирующее устройство по п.4 или 5, отличающееся тем,что между любой стороной диска (9) предусматривается пружина (15), и она соединяет диск с держателем (7, 22), углублением (21) или корпусом (4). 7. Самонастраивающийся клапан или регулирующее устройство по п.4 или 5, отличающееся тем,что диск на стороне, обращенной к проему (10), снабжен термически чувствительным устройством (20). 8. Самонастраивающийся клапан или регулирующее устройство по п.7, отличающееся тем, что термически чувствительное устройство (20) представляет собой биметаллический элемент.