УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ФЛЮИДА Российский патент 2014 года по МПК E21B43/12 E21B21/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к инструментам для обслуживания скважин.

Уровень техники

Некоторые инструменты для обслуживания скважин создают множество протоков между внутренней частью инструмента для обслуживания скважин и стволом скважины. Однако протекание флюида через подобное множество протоков может происходить в нежелательном и/или негомогенном режиме. Колебание в режиме перемещения флюида через множество протоков может быть обусловлено колебаниями параметров флюида в окружающей углеводородной формации и/или может быть обусловлено нарушением рабочего режима инструмента для обслуживания скважин, таким как непреднамеренное закупоривание протоков твердыми частицами.

Раскрытие изобретения

Предлагается способ обслуживания скважины, включающий создание гидравлического диода в канале для гидравлического сообщения со скважины и перемещение флюида через гидравлический диод.

Предлагается также инструмент для регулирования расхода флюида, включающий трубчатую диодную втулку, имеющую диодное отверстие, трубчатую внутриканальную втулку, установленную концентрически внутри диодной втулки, причем внутриканальная втулка содержит внутренний канал, имеющий гидравлическое сообщение с диодным отверстием, и трубчатую наружноканальную втулку, внутри которой концентрически установлена диодная втулка, причем наружноканальная втулка содержит наружный канал, имеющий гидравлическое сообщение с диодным отверстием, причем форма диодного отверстия, положение внутреннего канала относительно диодного отверстия и положение наружного канала относительно диодного отверстия определяют гидравлическое сопротивление перемещению флюида во внутренний канал из наружного канала и другое гидравлическое сопротивление перемещению флюида в наружный канал из внутреннего канала.

Предлагается далее способ добычи углеводородов из подземной формации, включающий нагнетание пара в скважину, которая проникает в подземную формацию, паровую активацию движения углеводородов в подземной формации и извлечение, по крайней мере, части движущихся углеводородов, причем, по крайней мере, один поток среди потока нагнетаемого пара или потока извлекаемых углеводородов регулируют с помощью гидравлического диода.

Предлагается далее инструмент для регулирования расхода флюида, предназначенный для обслуживания скважины, который включает гидравлический диод, имеющий вход с низким гидравлическим сопротивлением и вход с высоким гидравлическим сопротивлением, причем гидравлический диод имеет такую конфигурацию, чтобы он мог создавать более высокое гидравлическое сопротивление флюиду, перемещающемуся на вход с низким гидравлическим сопротивлением от входа с высоким гидравлическим сопротивлением с некоторой массовой скоростью, чем гидравлическое сопротивление флюиду, перемещающемуся на вход с высоким гидравлическим сопротивлением от входа с низким гидравлическим сопротивлением с этой же массовой скоростью. Этот инструмент для регулирования расхода флюида может далее включать трубчатую диодную втулку, имеющую диодное отверстие, внутриканальную втулку, установленную, по существу, концентрически внутри диодной втулки, причем внутриканальная втулка имеет внутренний канал, и наружноканальную втулку, установленную, по существу, концентрически вокруг диодной втулки, причем наружноканальная втулка имеет наружный канал. Внутренний канал может быть связан со входом с низким гидравлическим сопротивлением, а наружный канал может быть связан со входом с высоким гидравлическим сопротивлением. Внутренний канал может быть связан со входом с высоким гидравлическим сопротивлением, а наружный канал может быть связан со входом с низким гидравлическим сопротивлением. Диодная втулка может перемещаться относительно внутриканальной втулки так, чтобы внутренний канал мог оказаться связанным со входом с низким гидравлическим сопротивлением, и диодная втулка может перемещаться относительно наружноканальной втулки так, чтобы наружный канал мог оказаться связанным со входом с высоким гидравлическим сопротивлением. Гидравлический диод может иметь такую конфигурацию, чтобы можно было генерировать флюидный вихрь при перемещении флюида от входа с высоким гидравлическим сопротивлением до входа с низким гидравлическим сопротивлением. Инструмент для регулирования расхода флюида может иметь такую конфигурацию, чтобы можно было перемещать флюид между внутренним каналом инструмента для регулирования расхода флюида и скважиной.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 приведено аксонометрическое изображение с вырезом инструмента для регулирования расхода флюида согласно варианту воплощения этого изобретения.

На фиг.2 приведено частичное сечение инструмента для регулирования расхода флюида, показанного на фиг.1, вдоль плоскости сечения А-А на фиг.1.

На фиг.3 приведено частичное сечение инструмента для регулирования расхода флюида, показанного на фиг.1, вдоль плоскости сечения В-В на фиг.1.

На фиг.4 приведено частичное сечение инструмента для регулирования расхода флюида согласно другому варианту воплощения этого изобретения.

На фиг.5 приведено другое частичное сечение инструмента для регулирования расхода флюида, показанного на фиг.4.

На фиг.6 приведено упрощенное схематическое изображение множества инструментов для регулирования расхода флюида, изображенных на фиг.1, соединенных друг с другом и образующих участок спусковой колонны, согласно варианту воплощения этого изобретения.

На фиг.7 приведено сечение системы обслуживания скважин, включающей множество инструментов для регулирования расхода флюида, изображенных на фиг.1, и множество инструментов для регулирования расхода флюида, изображенных на фиг.5.

На фиг.8 приведено аксонометрическое изображение диодной втулки согласно другому примеру воплощения этого изобретения.

На фиг.9 приведено ортогональное изображение диодного отверстия инструмента для регулирования расхода флюида, показанного на фиг.1, в развернутом на плоскую поверхность виде.

На фиг.10 приведено ортогональное изображение диодного отверстия диодной втулки, изображенной на фиг.8, в развернутом на плоскую поверхность виде.

На фиг.11 приведено ортогональное изображение диодного отверстия согласно другому примеру воплощения этого изобретения.

На фиг.12 приведено ортогональное изображение диодного отверстия согласно еще одному примеру воплощения этого изобретения.

На фиг.13 приведено ортогональное изображение диодного отверстия согласно еще другому примеру воплощения этого изобретения.

Осуществление изобретения

На этих фигурах и в последующем описании сходные детали и части обычно обозначаются на всех фигурах и в описании одними и теми же номерами. Изображения на фигурах необязательно выполнены в одном и том же масштабе. Некоторые детали изобретения могут быть показаны в увеличенном виде или изображены несколько схематически, а некоторые детали обычных элементов могут быть не показаны, чтобы повысить четкость изображения и упростить его описание.

Если только нет других указаний, любое использование в любой форме терминов «соединять, присоединять», «вводить в зацепление, в контакт», «сцеплять», «прикреплять» ("connect," "engage," "couple," "attach") или любых других терминов, обозначающих взаимодействие между элементами, не подразумевает, что следует ограничиваться прямым взаимодействием между этими элементами. Эти термины охватывают также непрямое взаимодействие между описываемыми элементами. В последующем описании и формуле изобретения термины «включающий» и «содержащий» ("including" и "comprising") используются в расширительном смысле, т.е. они используются в значении «включающий, содержащий (какие-либо элементы), но не ограничивающийся только (этими элементами)». Обозначение пространственных отношений с помощью определений "up," "upper," "upward," "upstream" подразумевает нахождение ближе к выходу на поверхность, а определения "down," "lower," "downward," "downstream" подразумевают нахождение ближе к забою скважины, независимо от ориентации самой скважины. Термин «зона» или «продуктивная зона» используется здесь для обозначения отдельных частей скважины, предназначенных для обработки или добычи, и они могут относиться ко всей углеводородной формации в целом или к отдельным участкам одной формации, таким как горизонтально и/или вертикально расположенные участки одной и той же формации.

Термин «инструмент зональной изоляции» используется здесь для обозначения снабженного приводом устройства любого типа, предназначенного для регулирования расхода флюидов или для изоляции зон повышенного давления в скважине, включая пробку-мост, пробку для закупоривания трещин и пакер-пробку, но не ограничиваясь только ими. Термин «инструмент зональной изоляции» может использоваться и для постоянно действующего устройства и для извлекаемого устройства.

Термин «пробка-мост» будет использоваться здесь для обозначения скважинного инструмента, который можно размещать и устанавливать так, чтобы изолировать нижнюю часть скважины под скважинным инструментом от верхней части скважины над скважинным инструментом. Термин «пробка-мост» может использоваться и для постоянно действующего устройства и для извлекаемого устройства.

Термины «перемычка», «уплотнение», «герметизация» и «гидравлическое уплотнение» используются здесь в значении «идеальное уплотнение» и «неидеальное уплотнение». «Идеальное уплотнение» может относиться к ограничению потока (закупориванию), которое полностью прекращает поступление флюида через или сквозь ограничитель потока и заставляет флюид течь в другом направлении или прекращать течение. «Неидеальное уплотнение» может относиться к ограничению потока (закупориванию), которое значительно снижает поступление флюида через или сквозь ограничитель потока и заставляет значительную часть флюида течь в другом направлении или прекращать течение.

Различные упомянутые выше характеристики, а также другие особенности и характеристики, описанные ниже более подробно, будут очевидными для сведущих в этой области после ознакомления с подробным описанием примеров воплощения этого изобретения, снабженным ссылками на прилагаемые фигуры.

На фиг.1 приведено аксонометрическое изображение инструмента 100 для регулирования расхода флюида согласно примеру воплощения этого изобретения. Как будет показано ниже, понятно, что один или несколько деталей инструмента 100 могут быть установлены, в сущности, коаксиально центральной оси 102. Инструмент 100 обычно включает четыре коаксиально установленные и/или коаксиальные цилиндрические трубы, описанные ниже более подробно. Если рассматривать их в порядке следования от центра к периферии, то инструмент 100 содержит в самом центре внутриканальную втулку 104, затем диодную втулку 106, наружноканальную втулку 108, а на самой периферии наружный перфорированный хвостовик 110. Различные детали инструмента 100, изображенного на фиг.1, показаны на аксонометрическом изображении на различном удалении вдоль продольной оси, чтобы дать более ясное представление об их особенностях. В частности, хотя это и не отражено на фиг.1, в некоторых примерах воплощения все втулки среди внутриканальной втулки 104, диодной втулки 106, наружноканальной втулки 108 и наружного перфорированного хвостовика 110 могут иметь примерно одинаковую продольную длину. Инструмент 100 включает далее множество гидравлических диодов 112, которые имеют такую конфигурацию, чтобы можно было обеспечивать протекание флюида между самым внутренним каналом 114 инструмента 100 и кольцевым зазором 116 между наружноканальной втулкой 108 и наружным перфорированным хвостовиком 110. Внутриканальная втулка 104 имеет множество внутренних отверстий 118, а наружноканальная втулка 108 имеет множество наружных каналов 120. Диодная втулка 106 имеет множество диодных отверстий 122. Разные внутренние каналы 118, наружные каналы 120 и диодные отверстия 122 установлены друг относительно друга так, чтобы каждое диодной отверстие 122 могло быть связанным с одним внутренним каналом 118 и одним наружным каналом 120.

Далее каждое диодное отверстие 122 имеет вход 124 с высоким сопротивлением и вход 126 с низким сопротивлением. Однако термины «отверстие 124 с высоким сопротивлением» и «отверстие 126 с низким сопротивлением» не следует воспринимать так, что флюид может поступать в диодное отверстие 122 только через входы 124, 126. Вместо этого термин «отверстие 124 с высоким сопротивлением» следует считать показывающим, что диодное отверстие 122 имеет такую геометрию, что оно больше способствует повышению сопротивления перемещению флюида через гидравлический диод 112 при поступлении флюида через вход 124 с высоким сопротивлением и вытекании через вход 126 с низким сопротивлением, чем повышению сопротивления перемещению флюида через гидравлический диод 112 при поступлении флюида через вход 126 с низким сопротивлением и вытекании через вход 124 с высоким сопротивлением. Инструмент 100 изображен на фиг.1-4 имеющим такую конфигурацию, когда внутренние каналы 118 связаны со входами 126 с низким сопротивлением, тогда как наружные каналы 120 связаны со входами 124 с высоким сопротивлением. Другими словами, когда инструмент 100 имеет такую конфигурацию, как показано на фиг.1-4, поток флюида, поступающий из протока 116 в канал 114 через гидравлические диоды 112, испытывает большее сопротивление, чем поток флюида, поступающий из канала 114 в проток 116 через гидравлические диоды 112. В этом примере воплощения инструмента 100 диодные отверстия 122 имеют такую конфигурацию, чтобы можно было обеспечивать указанное выше направление течения, зависящее от сопротивления перемещению флюида, заставляя флюид проходить по вихревой траектории перед тем, как выходить из диодного отверстия 122 через вход 126 с низким сопротивлением. Однако в альтернативных примерах воплощения диодные отверстия 122 могут иметь любую другую подходящую геометрию, чтобы можно было создавать диодно-гидравлический эффект при протекании флюида через гидравлические диоды 112.

На фиг.2 и 3 показаны частичные сечения инструмента 100, изображенного на фиг.1. На фиг.2 показано частичное сечение вдоль плоскости сечения А-А на фиг.1, а на фиг.3 показано частичное сечение вдоль плоскости сечения В-В на фиг.1. На фиг.2 показано, что существует проток между пространством вне наружного перфорированного хвостовика 110 и пространством, ограниченным диодным отверстием 122. В частности, пространство вне наружного перфорированного хвостовика 110 сообщается с пространством, образованным наружным каналом 120, через прорезь 128 в наружном перфорированном хвостовике 110. Однако в альтернативных примерах воплощения перфорированный хвостовик 110 может иметь просверленные отверстия, сочетать просверленные отверстия с прорезями 128 и/или иметь другие подходящие отверстия. Понятно, что перфорированный хвостовик 110 может носить характер какого-либо другого подходящего хвостовика с щелевидными продольными отверстиями, хвостовика с проволочной обмоткой и/или перфорированного хвостовика. В этом примере воплощения и при этой конфигурации наружный канал 120 имеет гидравлическое сообщение с пространством, ограниченным входом 124 с высоким сопротивлением диодного отверстия 122. На фиг.3 показано, что пространство, ограниченное входом 126 с низким сопротивлением диодного отверстия 122, имеет гидравлическое сообщение с пространством, ограниченным внутренним каналом 118. Внутренний канал 118 имеет гидравлическое сообщение с каналом 114, являясь тем самым последним участком протока между пространством вне наружного перфорированного хвостовика 110 и каналом 114. Понятно, что диодное отверстие 122 может разграничивать пространство, которое простирается в виде примерно концентрической орбиты вокруг центральной оси 102. Конфигурацию инструмента 100, показанного на фиг.2 и 3, можно назвать «регулирующей приток конфигурацией», поскольку гидравлический диод 112 имеет такую конфигурацию, чтобы можно было оказывать большее сопротивление потоку, поступающему в канал 114 через гидравлический диод 112, чем потоку, вытекающему из канала 114 через гидравлический диод 112.

На фиг.4 и 5 показаны частичные сечения изображенного на фиг.1 инструмента 100, который имеет альтернативную конфигурацию. В частности, в то время как инструмент 100, имеющий такую конфигурацию, как на фиг.1, оказывает более высокое сопротивление потоку, поступающему из зазора 116 в канал 114, инструмент 100' на фиг.4 и 5 имеет конфигурацию, оказывающую противоположное действие. Иначе говоря, инструмент 100', показанный на фиг.4 и 5, имеет такую конфигурацию, чтобы можно было оказывать большее сопротивление потоку, поступающему из канала 114 в зазор 116. На фиг.4 показано, что существует проток между пространством вне наружного перфорированного хвостовика 110 и пространством, ограниченным диодным отверстием 122. В частности, прорезь 128 в наружном перфорированном хвостовике 110 связывает пространство вне наружного перфорированного хвостовика 110 с пространством, образованным наружным каналом 120. В этом примере воплощения и при этой конфигурации наружный канал 120 имеет гидравлическое сообщение с пространством, ограниченным входом 126 с низким сопротивлением диодного отверстия 122. На фиг.5 показано, что пространство, ограниченное входом 124 с высоким сопротивлением диодного отверстия 122, имеет гидравлическое сообщение с пространством, ограниченным внутренним каналом 118. Внутренний канал 118 имеет гидравлическое сообщение с каналом 114, являясь тем самым последним участком протока между пространством вне наружного перфорированного хвостовика 110 и каналом 114. Соответственно, конфигурацию, показанную на фиг.4 и 5, можно назвать «регулирующей отток конфигурацией», поскольку гидравлический диод 112 имеет такую конфигурацию, чтобы можно было оказывать большее сопротивление потоку, вытекающему из канала 114 через гидравлический диод 112, чем потоку, поступающему в канал 114 через гидравлический диод 112.

На фиг.6 приведено упрощенное изображение двух соединенных друг с другом инструментов 100. Понятно, что в некоторых примерах воплощения инструменты 100 могут включать соединители 130, имеющие такую конфигурацию, чтобы можно было соединять инструменты 100 друг с другом и/или другими компонентами спусковой колонны скважины. Понятно, что в этом примере воплощения инструменты 100 имеют такую конфигурацию, чтобы можно было соединить друг с другом два инструмента 100 таким образом, как показано на фиг.4, и чтобы отверстия 114 имели гидравлическое сообщение друг с другом. Однако в этом примере воплощения предусмотрены уплотнения и/или другие подходящие детали, чтобы можно было разделять зазоры 116 соседних и соединенных инструментов 100. В альтернативных примерах воплощения инструменты 100 могут быть соединены друг с другом с помощью труб, элементов спусковой колонны или любыми другими подходящими устройствами для соединения инструментов 100 и обеспечения гидравлического сообщения.

На фиг.7 показана система 200 обслуживания скважин, имеющая такую конфигурацию, чтобы можно было добывать и/или извлекать углеводороды методом гравитационного дренирования при закачке пара. Система 200 включает нагнетательную установку 202 для обслуживания скважин (например, буровую установку, установку для закачивания пробуренной скважины или установку для капитального ремонта скважин), которая находится на земной поверхности 204 вокруг нагнетательной скважины 206, проникающей в подземную формацию 208.

Хотя на фиг.7 и показана нагнетательная установка 202 для обслуживания скважин, в некоторых примерах воплощения с системой 200 может быть связана не обслуживающая установка 202, а стандартное наземное устьевое оборудование (или подземное устьевое оборудование в некоторых примерах воплощения). Нагнетательная скважина 206 может быть пробурена в подземной формации 208 с использованием любой подходящей технологии бурения. Нагнетательная скважина 206 проходит примерно вертикально вниз от земной поверхности 204 над вертикальным участком 210 нагнетательной скважины, отклоняется от вертикали относительно земной поверхности 204 над отклонившимся участком 212 нагнетательной скважины и переходит в горизонтальный участок 214 нагнетательной скважины.

Система 200 включает далее экстракционную обслуживающую установку 216 (например, буровую установку, установку для заканчивания пробуренной скважины или установку для капитального ремонта скважин), которая находится на земной поверхности 204 вокруг ствола скважины 218, проникающей в подземную формацию 208. Хотя на фиг.7 и показана экстракционная обслуживающая установка 216, в некоторых примерах воплощения с системой 200 может быть связана не обслуживающая установка 216, а стандартное наземное устьевое оборудование (или подземное устьевое оборудование в некоторых примерах воплощения). Ствол скважины 218 может быть пробурен в подземной формации 208 с использованием любой подходящей технологии бурения. Ствол скважины 218 проходит почти вертикально вниз от земной поверхности 204 над вертикальным участком 220 ствола скважины, отклоняется от вертикали относительной земной поверхности 204 над отклоняющимся участком 222 ствола скважины и переходит в горизонтальный участок 224 ствола скважины. Часть горизонтального участка 224 ствола скважины расположена на некотором расстоянии прямо под горизонтальным участком 214 нагнетательной скважины. В некоторых примерах воплощения участки 214, 224 могут быть в вертикальном направлении расположены на расстоянии около пяти метров друг от друга.

Система 200 включает далее нагнетательную спусковую колонну 226 (например, эксплуатационную колонну), содержащую множество инструментов 100', каждый из которых имеет конфигурацию, соответствующую регулирующей отток конфигурации. Аналогичным образом система 200 включает экстракционную спусковую колонну 228 (например, эксплуатационную колонну), содержащую множество инструментов 100, каждый из которых имеет конфигурацию, соответствующую регулирующей приток конфигурации. Понятно, что можно использовать кольцевые устройства зональной изоляции 230, чтобы изолировать кольцевые пространства нагнетательной скважины 206, связанные с инструментами 100', друг от друга в нагнетательной скважине 206. Аналогичным образом можно использовать кольцевые устройства зональной изоляции 230, чтобы изолировать друг от друга кольцевые пространства ствола скважины 218, связанные с инструментами 100.

Хотя описанная выше система 200 содержит две отдельные скважины 206, 218, альтернативные примеры воплощения могут иметь другую конфигурацию. Например, в некоторых примерах воплощения спусковые колонны 226, 228 могут быть расположены в одной скважине. Или же вертикальные участки спусковых колонн 226, 228 могут находиться в общей скважине, но они могут расходиться из общего вертикального участка в разные отклоняющиеся и/или горизонтальные участки скважины. Или же вертикальные участки спусковых колонн 226, 228 могут находиться в разных вертикальных участках скважины, но могут сходиться в совместном горизонтальном участке скважины. В каждом из описанных выше примеров воплощения инструменты 100 и 100' можно использовать совместно и/или порознь, чтобы подавать флюиды в скважину с регулирующей отток конфигурацией и/или извлекать флюиды из скважины с регулирующей приток конфигурацией. Далее в альтернативных примерах воплощения любые сочетания инструментов 100 и 100' могут находиться в совместной скважине и/или среди множества скважин, и инструменты 100 и 100' могут быть связаны с разными и/или совместными изолированными кольцевыми пространствами скважин, причем кольцевые пространства в некоторых примерах воплощения по меньшей мере частично ограничены одним или несколькими устройствами зональной изоляции 230.

Во время эксплуатации можно нагнетать пар в нагнетательную спусковую колонну 226 и выпускать его из инструментов 100' в формацию 208. Введение пара в формацию 208 может уменьшать вязкость некоторых углеводородов под действием нагнетаемого пара, в результате под действием силы тяжести подвергшиеся действию пара углеводороды увлекаются в сторону забоя скважины и попадают в ствол скважины 218. С помощью ствола спусковой колонны 228 можно поддерживать такое внутрискважинное давление (например, перепад давления), которое способствует извлечению подвергшихся действию пара углеводородов в экстракционную спусковую колонну 228 через инструменты 100. После этого углеводороды можно выкачивать из ствола скважины 218 и подавать в хранилище углеводородов и/или в систему для подачи углеводородов (т.е. в трубопровод).

Понятно, что каналы 114 инструментов 100, 100' могут представлять собой участки внутренних каналов ствола спусковой колонны 228 и нагнетательной спусковой колонны 226, соответственно. Понятно также, что флюид, поступающий в инструменты 100, 100' и/или вытекающий из инструментов 100, 100', можно считать поступающим в ствол скважину 218 и нагнетательную скважину 206 и/или вытекающим из ствола скважины 218 и нагнетательной скважины 206, соответственно. Значит, настоящее изобретение предполагает перемещение флюидов между скважиной и спусковой колонной, сообщающейся со скважиной через гидравлический диод. В некоторых примерах воплощения гидравлические диоды представляют собой участок спусковой колонны и/или инструмента спусковой колонны.

Понятно, что в некоторых примерах воплощения гидравлический диод может избирательно проводить регулирование расхода флюида, таким образом, чтобы сопротивление потоку флюида возрастало, когда массовая скорость протекания флюида достигает максимального значения. Предлагаемые гидравлические диоды могут обеспечивать линейную и/или нелинейную кривую зависимости сопротивления от массовой скорости протекания флюида через них. Например, когда массовая скорость протекания флюида через гидравлический диод возрастает почти линейно, сопротивление потоку флюида может возрастать экспоненциально. Понятно, что такой характер изменения сопротивления потоку флюида может способствовать более однородному распределению массовой скорости протекания флюида среди разных гидравлических диодов в одном инструменте для регулирования расхода флюида 100, 100'. Например, когда массовая скорость протекания флюида через первый гидравлический диод инструмента возрастает, сопротивление дальнейшему увеличению скорости протекания флюида через первый гидравлический диод инструмента может возрастать, способствуя тем самым протеканию флюида через второй гидравлический диод инструмента, а иначе скорость протекания флюида через этот инструмент продолжала бы понижаться.

Понятно, что внутренние каналы 118, наружные каналы 120, диодные отверстия 122 и прорези 128 могут быть созданы в металлических трубах с использованием лазерной резки, чтобы придать им раскрытые здесь особенности. Далее сравнительно плотную посадку между гидравлическими диодами 106 и внутриканальной втулкой 104, и наружноканальной втулкой 108 можно обеспечить путем точного соблюдения допусков на диаметр труб путем нанесения на компоненты смоляных и/или эпоксидных покрытий и/или другими подходящими методами. В некоторых примерах воплощения посадку диодной втулки 106 на внутриканальную втулку 104 можно производить путем нагревания диодной втулки 106 и охлаждения внутриканальной втулки 104. Нагревание диодной втулки 106 может приводить к равномерному ее расширению, а охлаждение внутриканальной втулки 104 может приводить к равномерному ее сужению. В этих, расширенном и суженном, состояниях можно обеспечить допуск на сборку, который больше допуска на посадку, и тем самым облегчить посадку внутриканальной втулки 104 в диодную втулку 106. Аналогичный процесс можно использовать при посадке диодной втулки 106 в наружноканальную втулку 108, но только теперь диодная втулка 106 подвергается охлаждению, а нагреванию подвергается наружноканальная втулка.

В альтернативных примерах воплощения диодная втулка 106 может быть подвижной относительно внутриканальной втулки 104 и наружноканальной втулки 108, чтобы можно было избирательно менять конфигурацию инструмента 100 для регулирования расхода флюида, переходя от регулирующей отток конфигурации к регулирующей приток конфигурации и/или от регулирующей приток конфигурации к регулирующей отток конфигурации. Например, инструменты 100, 100' могут иметь конфигурацию, обеспечивающую подобное изменение конфигурации при продольном смещении диодной втулки 106 относительно внутриканальной втулки 104 и наружноканальной втулки 108, при повороте диодной втулки 106 относительно внутриканальной втулки 104 и наружноканальной втулки 108 или при смещении и повороте. В других альтернативных примерах воплощения инструмент для регулирования расхода флюида может содержать больше или меньше гидравлических диодов, гидравлические диоды могут находиться ближе друг к другу или дальше друг от друга, разные гидравлические диоды в одном инструменте могут обеспечивать множество максимальных скоростей течения флюида, и/или один инструмент может содержать комбинацию диодов, имеющих конфигурацию для регулирования притока, и других гидравлических диодов, имеющих конфигурацию для регулирования оттока.

Понятно также, что протоки флюида, связанные с гидравлическими диодами, могут иметь такую конфигурацию, чтобы можно было поддерживать максимальное поперечное сечение и предотвращать забивание твердыми частицами. Соответственно, гидравлические диоды могут выполнять функцию регулирования расхода без чрезмерного увеличения вероятности забивания протоков. Понятно, что в этом изобретении термин «гидравлический диод» может отличаться от простого обратного клапана. В частности, гидравлические диоды 112, согласно настоящему изобретению, не могут полностью прекращать поступление флюида в определенном направлении, скорее они могут иметь такую конфигурацию, чтобы можно было создавать переменное сопротивление протеканию флюида через гидравлические диоды, в зависимости от направления протекания флюида. Гидравлические диоды 112 могут иметь такую конфигурацию, которая позволяет флюиду течь от входа 124 с высоким сопротивлением до входа 126 с низким сопротивлением, позволяя вместе с тем флюиду течь от входа 126 с низким сопротивлением до входа 124 с высоким сопротивлением. Конечно, направление протекания флюида через гидравлический диод 112 может зависеть от режима работы, связанной с использованием гидравлического диода 112.

На фиг.8 показан альтернативный пример воплощения диодной втулки 300. Диодная втулка 300 содержит диодные отверстия 302, каждое из которых имеет вход с высоким сопротивлением и вход с низким сопротивлением. Понятно, что системы и способы, описанные выше на примере использования внутриканальных втулок 104, наружноканальных втулок 108 и наружных перфорированных хвостовиков 110, можно использовать для избирательной компоновки инструмента, содержащего диодную втулку 300, чтобы создать определенным образом направленное сопротивление протеканию флюида между каналами 114 и зазорами 116. В этом примере воплощения диодные отверстия 302 концентрически охватывают центральную ось 102. В этом примере воплощения поток флюида, текущий в направлении, показанном стрелками 304, обычно испытывает более высокое сопротивление, чем аналогичный поток флюида, текущий в противоположном направлении. Конечно, другие альтернативные примеры воплощения диодных втулок и диодных отверстий могут иметь другую форму и/или другую ориентацию.

На фиг.9 приведено ортогональное изображение формы диодного отверстия 122 в развернутом на плоскую поверхность виде.

На фиг.10 приведено ортогональное изображение формы диодного отверстия 302 в развернутом на плоскую поверхность виде.

На фиг.11 приведено ортогональное изображение диодного отверстия 400. Диодное отверстие 400 имеет обычно такую конфигурацию, чтобы перемещение флюида в обратном направлении 402 испытывало более высокое сопротивление, чем перемещение флюида в прямом направлении 404. Понятно, что геометрия внутреннего сужения потока 406 способствует созданию описанной выше направленной разницы в сопротивлениях протеканию флюида.

На фиг.12 приведено ортогональное изображение диодного отверстия 500. Диодное отверстие 500 имеет обычно такую конфигурацию, чтобы перемещение

флюида в обратном направлении 502 испытывало более высокое сопротивление, чем перемещение флюида в прямом направлении 504. Диодное отверстие 500 имеет конфигурацию, рассчитанную на использование обтекаемых преград 506, которые создают препятствия протеканию флюида через диодное отверстие 500. Преграды 506 могут быть прикреплены к внутриканальной втулке 104, диодной втулке 106 и/или наружноканальной втулке 108 или могут быть формованы с одной или несколькими из этих втулок как единое целое заодно. В некоторых примерах осуществления воплощения преграды 506 могут быть приварены или каким-либо иным образом прикреплены к внутриканальной втулке 104.

На фиг.13 приведено ортогональное изображение диодного отверстия 600. Диодное отверстие 600 имеет обычно такую конфигурацию, чтобы перемещение флюида в обратном направлении 602 испытывало более высокое сопротивление, чем перемещение флюида в прямом направлении 604. Диодное отверстие 600 имеет конфигурацию, рассчитанную на использование обтекаемых преград 606, которые создают препятствия протеканию флюида сквозь диодное отверстие 600. Преграды 606 могут быть прикреплены к внутриканальной втулке 104, диодной втулке 106 и/или наружноканальной втулке 108 или могут быть формованы с одной или несколькими из этих втулок как единое целое. В некоторых примерах воплощения преграды 606 могут быть приварены или каким-либо иным образом прикреплены к внутриканальной втулке 104.

Приведено описание по меньшей мере одного примера воплощения, а изменения, сочетания и/или модификации примера (примеров) воплощения и/или признаки примера (примеров) воплощения, вносимые специалистом, обладающим обычными знаниями в данной области, не выходят за пределы объема этого изобретения. Альтернативные примеры воплощения, полученные в результате комбинирования, интегрирования и/или исключения признаков примера (примеров) воплощения, также не выходят за пределы объема этого изобретения. Если четко выражены диапазоны или ограничения числовых значений, то такие диапазоны или ограничения должны, понятно, включать итеративные диапазоны и ограничения подобной величины, не выходящие за пределы четко выраженных диапазонов или ограничений (например, диапазон «примерно от 1 примерно до 10» включает значения 2, 3, 4 и т.д., а ограничение «больше, чем 0,10» включает значения 0,11, 0,12, 0,13 и т.д.). Например, если установлен диапазон числового значения, имеющий нижний предел R_I и верхний предел R_u, то подразумевается любое число, находящееся внутри этого диапазона. В частности, внутри этого диапазона подразумеваются следующие численные значения R=R_I+k*(R_u-R_I), где k - переменная, составляющая от 1 процента до 100 процентов с 1-процентным приращением, т.е. k составляет 1 процент, 2 процента, 3 процента, 4 процента, 5 процентов, …50 процентов, 51 процент, 52 процента, …95 процентов, 96 процентов, 97 процентов, 98 процентов, 99 процентов или 100 процентов. Более того, любой числовой диапазон, охваченный двумя R числами, показанными выше, также считается заданным. Использование термина «необязательно» (optionally) в отношении любого элемента в формуле изобретения означает, что этот элемент является необходимым или же этот элемент не является необходимым, причем оба варианта считаются входящими в объем этого изобретения. Использование терминов более широкого значения, таких как «включает» (comprises), «содержит» (includes) и «имеет» (having), должно подразумевать и использование терминов, имеющих менее широкое значение, таких как «состоит из» (consisting of), «состоит в сущности из» (consisting essentially of) и «включает главным образом» (comprised substantially of). Соответственно, объем охраны не ограничивается приведенным выше описанием и определяется приведенной далее формулой, причем в этот объем входят все эквиваленты объектов формулы изобретения. Любой из пунктов формулы включен в описание для раскрытия сущности, и любой пункт формулы представляет собой пример воплощения настоящего изобретения. Обсуждение включенной ссылки не является признанием ее за прототип, особенно если дата приоритета этой заявки предшествует дате опубликования такой ссылки. Описание все патентов, заявок на патент и публикаций ограничивается в этом описании ссылкой на полное их содержание.

На рассмотрение передаются следующие конкретные примеры воплощения:

1. Способ обслуживания скважины, включающий:

создание гидравлического диода в канале для гидравлического сообщения со скважиной и перемещение флюида через гидравлический диод.

2. Способ согласно примеру воплощения 1, в котором гидравлический диод расположен внутри скважины.

3. Способ согласно примеру воплощения 1 или 2, в котором перемещение представляет собой удаление флюида из скважины.

4. Способ согласно примеру воплощения 3, в котором флюид представляет собой углеводороды, добытые из углеводородной формации, с которой связана скважина.

5. Способ согласно примеру воплощения 1 или 2, в котором перемещение представляет собой подачу флюида в скважину.

6. Способ согласно примеру воплощения 5, в котором флюид представляет собой пар.

7. Способ согласно любому из предыдущих примеров воплощения, в котором гидравлический диод обеспечивает нелинейное увеличение сопротивления перемещению флюида в ответ на линейное увеличение массового расхода флюида, текущего через гидравлический диод.

8. Способ согласно любому из предыдущих примеров воплощения, в котором гидравлический диод находится в гидравлическом сообщении с внутренним каналом спусковой колонны.

9. Инструмент для регулирования расхода флюида, включающий:

трубчатую диодную втулку, имеющую диодное отверстие;

трубчатую внутриканальную втулку, установленную концентрически внутри диодной втулки, причем внутриканальная втулка содержит внутренний канал, находящийся в гидравлическом сообщении с диодным отверстием; и

трубчатую наружноканальную втулку, внутри которой концентрически установлена диодная втулка, причем наружноканальная втулка содержит наружный канал, находящийся в гидравлическом сообщении с диодным отверстием;

в котором форма диодного отверстия, положение внутреннего канала относительно диодного отверстия и положение наружного канала относительно диодного отверстия определяют сопротивление потоку флюида, перемещающегося во внутренний канал из наружного канала, и другое сопротивление потоку флюида, перемещающегося в наружный канал из внутреннего канала.

10. Инструмент для регулирования расхода флюида согласно примеру воплощения 9, в котором диодное отверстие имеет такую конфигурацию, чтобы создавать вихревой диод.

11. Инструмент для регулирования расхода флюида согласно примеру воплощения 9 или 10, который содержит еще и перфорированный хвостовик, внутри которого концентрически установлена наружноканальная втулка, таким образом, чтобы между перфорированным хвостовиком и наружноканальной втулкой оставался зазор.

12. Инструмент для регулирования расхода флюида согласно примеру воплощения 9, 10 или 11, в котором сопротивление потоку флюида подвергается нелинейному изменению в ответ на линейное изменение массового расхода флюида, перемещающегося между внутренним каналом и наружным каналом.

13. Способ добычи углеводородов из подземной формации, включающий:

нагнетание пара в скважину, которая проникает в подземную формацию, причем пар способствует движению углеводородов в подземной формации; и добычу по меньшей мере части движущихся углеводородов;

в котором по меньшей мере один поток среди потоков нагнетаемого пара и

добываемых углеводородов регулируется гидравлическим диодом.

14. Способ согласно примеру воплощения 13, в котором добыча движущихся углеводородов происходит по меньшей мере частично под действием силы тяжести.

15. Способ согласно примеру воплощения 13 или 14, в котором пар нагнетают в то место формации, которое расположено выше места, из которого добывают углеводороды.

16. Способ согласно примеру воплощения 13 или 14, в котором пар нагнетают в первый участок скважины, а углеводороды добывают на втором участке скважины.

17. Способ согласно примеру воплощения 16, в котором первый участок и второй участок скважины смещены друг относительно друга в вертикальном направлении.

18. Способ согласно примеру воплощения 16, в котором первый участок и второй участок скважины являются горизонтальными участками скважины, которые связаны с совместным вертикальным участком скважины.

19. Способ согласно примеру воплощения 13, 14, 15, 16, 17 или 18, в котором пар нагнетают через гидравлический диод, имеющий регулирующую отток конфигурацию, а углеводороды добывают через гидравлический диод, имеющий регулирующую приток конфигурацию.

20. Способ согласно примеру воплощения 19, в котором по меньшей мере один из гидравлических диодов связан с изолированным кольцевым пространством скважины, которое по меньшей мере частично ограничено устройством зональной изоляции.

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена для регулирования потока флюида в скважине. Способ включает обеспечение гидравлического диода в канале гидравлического сообщения со скважиной и перемещение флюида через гидравлический диод. При этом гидравлический диод расположен внутри скважины. Инструмент содержит трубчатую диодную втулку, имеющую диодное отверстие, трубчатую внутриканальную втулку, концентрически установленную внутри диодной втулки, причем внутриканальная втулка содержит внутренний канал, находящийся в гидравлическом сообщении с диодным отверстием, и трубчатую наружноканальную втулку, внутри которой концентрически установлена диодная втулка. Причем наружноканальная втулка содержит наружный канал, находящийся в гидравлическом сообщении с диодным отверстием. Причем в этом инструменте форма диодного отверстия, положение внутреннего канала относительно диодного отверстия и положение наружного канала относительно диодного отверстия определяют сопротивление потоку флюида, текущего во внутренний канал из наружного канала, и другое сопротивление потоку флюида, текущего в наружный канал из внутреннего канала. Технический результат заключается в повышении эффективности регулирования потока флюида в скважине. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Способ обслуживания скважины, включающий: обеспечение гидравлического диода в канале для гидравлического сообщения со скважиной, причем гидравлический диод расположен внутри скважины; и перемещение флюида через гидравлический диод.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемещение флюида представляет собой удаление флюида из скважины.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что флюид представляет собой углеводороды, добытые из углеводородной формации, с которой связана скважина.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемещение флюида представляет собой подачу флюида в скважину.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что флюид представляет собой пар.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидравлический диод обеспечивает нелинейное увеличение сопротивления потоку флюида в ответ на линейное увеличение массового расхода флюида, текущего через гидравлический диод.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидравлический диод находится в гидравлическом сообщении с внутренним каналом спусковой колонны.

8. Инструмент для регулирования расхода флюида, включающий: трубчатую диодную втулку, имеющую диодное отверстие; трубчатую внутриканальную втулку, установленную концентрически внутри диодной втулки, причем внутриканальная втулка содержит внутренний канал, находящийся в гидравлическом сообщении с диодным отверстием; и трубчатую наружноканальную втулку, внутри которой концентрически установлена диодная втулка, причем наружноканальная втулка содержит наружный канал, находящийся в гидравлическом сообщении с диодным отверстием; причем форма диодного отверстия, положение внутреннего канала относительно диодного отверстия и положение наружного канала относительно диодного отверстия определяют сопротивление потоку флюида, перемещающегося во внутренний канал из наружного канала, и другое сопротивление потоку флюида, перемещающегося в наружный канал из внутреннего канала.

9. Инструмент по п.8, отличающийся тем, что диодное отверстие имеет конфигурацию, обеспечивающую создание вихревого диода.

10. Инструмент по п.8 или 9, включающий перфорированный хвостовик, внутри которого концентрически установлена наружноканальная втулка, таким образом, чтобы между перфорированным хвостовиком и наружноканальной втулкой оставался зазор.

11. Инструмент по п.8 или 9, отличающийся тем, что сопротивление потоку флюида меняется нелинейно в ответ на линейное изменение массового расхода флюида, перемещающегося между внутренним каналом и наружным каналом.

12. Способ добычи углеводородов из подземной формации, включающий: нагнетание пара в скважину, которая проникает в подземную формацию, причем пар способствует движению углеводородов в подземной формации; и добычу, по меньшей мере, части движущихся углеводородов; причем, по меньшей мере, один поток среди потоков нагнетаемого пара и добываемых углеводородов регулируется гидравлическим диодом.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что добыча движущихся углеводородов происходит, по меньшей мере, частично под действием силы тяжести.

14. Способ по п.12 или 13, отличающийся тем, что пар нагнетают в то место формации, которое расположено выше места, из которого добывают углеводороды.

15. Способ по п.12 или 13, отличающийся тем, что пар нагнетают на первом участке скважины, а углеводороды добывают на втором участке скважины.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что первый участок и второй участок скважины смещены друг относительно друга в вертикальном направлении.

17. Способ по п.15, отличающийся тем, что первый участок и второй участок скважины являются горизонтальными участками скважины, которые связаны с совместным вертикальным участком скважины.

18. Способ по п.12 или 13, отличающийся тем, что пар нагнетают через гидравлический диод, имеющий регулирующую отток конфигурацию, а углеводороды добывают через гидравлический диод, имеющий регулирующую приток конфигурацию.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из гидравлических диодов связан с изолированным кольцевым пространством скважины, которое, по меньшей мере, частично ограничено устройством зональной изоляции.