СИСТЕМА ПЕРЕМЕННОЙ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ ПОТОКУ (ВАРИАНТЫ), СОДЕРЖАЩАЯ КОНСТРУКЦИЮ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЦИРКУЛЯЦИИ ПОТОКА В ПОДЗЕМНОЙ СКВАЖИНЕ Российский патент 2015 года по МПК E21B43/12 E21B34/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в целом к применяемому оборудованию и операциям, выполняемым при эксплуатации подземной скважины, а в описанном ниже примере, в частности, представлена система переменной сопротивляемости потоку.

Уровень техники

В скважине по добыче углеводородов многократным преимуществом является наличие возможности регулировать поток текучих смесей из геологического пласта в скважину. Такое регулирование может служить достижению различных целей, включая предотвращение образования водяного или газового конуса в пласте, минимизацию добычи песка, минимизацию добычи воды и/или газа, максимизацию добычи нефти и/или газа, балансирование добычи между зонами и т.п.

Обычно в нагнетательной скважине желательно равномерно нагнетать воду, пар, газ и т.п., во множество зон так, чтобы углеводороды равномерно вытеснялись по геологическому пласту, и чтобы нагнетаемая текучая смесь не прорывалась преждевременно к эксплуатационной скважине. Таким образом, способность регулировать поток текучих смесь из скважины в геологический пласт также может быть полезной характеристикой для нагнетательных скважин.

Следовательно, нетрудно понять, что в вышеуказанных обстоятельствах существует потребность усовершенствований в области регулируемого ограничения потока текучей смеси в скважине, и такие усовершенствования могли бы быть полезными в большом разнообразии других обстоятельств.

Раскрытие изобретения

Ниже представлено описание системы переменной сопротивляемости потоку, которая вносит усовершенствования в области управления потоком текучей смеси в скважине. В частности, описан один вариант, в котором поток текучей смеси будет испытывать повышенное сопротивление в том случае, если значение некоторой нежелательной характеристики этой текучей смеси достигло порогового значения. В другом описанном ниже варианте сопротивление потоку при прохождении через систему возрастает по мере уменьшения отношения содержания желательной текучей смеси к нежелательной в составе текучей смеси.

В одном аспекте настоящего изобретения представлена система переменной сопротивляемости потоку текучей смеси, предназначенная для применения в подземной скважине. Эта система может включать проточную камеру, через которую проходит поток текучей смеси. Камера имеет, по меньшей мере, один вход, выход, и, по меньшей мере, одну конструкцию, препятствующую изменению кругового направления движения текучей смеси возле выхода на радиальное направление движения к выходу.

В другом аспекте настоящего изобретения система переменной сопротивляемости потоку текучей смеси, предназначенная для применения в подземной скважине, может включать проточную камеру, через которую проходит поток текучей смеси. Камера имеет, по меньшей мере, один вход, выход, и, по меньшей мере, одну конструкцию препятствующую изменению кругового движения текучей смеси возле выхода.

Еще в одном аспекте представлена система переменной сопротивляемости потоку, предназначенная для применения в подземной скважине. Эта система может включать проточную камеру, через которую проходит поток текучей смеси в скважине, имеющую, по меньшей мере, один вход, выход, и, по меньшей мере, одну конструкцию, препятствующую изменению кругового движения текучей смеси возле выхода на радиальное направление движения к выходу.

В следующем аспекте описанная ниже система переменной сопротивляемости потоку может включать проточную камеру с выходом и, по меньшей мере, одной конструкцией, препятствующей изменению направления движения текучей смеси к выходу. Текучая смесь поступает в камеру в направлении, которое изменяется в зависимости от отношения содержания желательной текучей смеси к нежелательной в составе текучей смеси.

И еще в одном аспекте настоящее изобретение предлагает систему переменной сопротивляемости потоку, которая может содержать переключатель протока, выбирающий, по какому пути из имеющегося множества пойдет основная часть текучей смеси, пройдя через переключатель, в зависимости от отношения содержания желательной текучей смеси к нежелательной в составе текучей смеси. Система также содержит проточную камеру, имеющую выход, первый вход, соединенный с первым из путей потока, второй вход, соединенный со вторым из путей потока, а также, по меньшей мере, одну конструкцию, сильнее препятствующую радиальному прохождению текучей смеси от второго входа до выхода, чем прохождению текучей смеси от первого входа до выхода.

Эти и другие особенности, преимущества и выгоды будут понятны квалифицированным специалистам после внимательного рассмотрения поданного ниже подробного описания представленных вариантов исполнения изобретения с прилагающимися чертежами, на которых аналогичные элементы на разных фигурах обозначены одними и теми же номерами.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схематичный вид с частичным разрезом скважинной системы добычи, в которой могут быть осуществлены принципы настоящего изобретения.

Фиг.2 - увеличенное изображение схематичного вида в разрезе скважинного фильтра и системы переменной сопротивляемости потоку, которые могут применяться в скважинной системе добычи по Фиг.1.

Фиг.3 - схематичный «развернутый» вид одной конфигурации системы переменной сопротивляемости потоку, выполненный по линии 3-3 Фигуры 2.

Фиг.4А и 4В - схематичные виды сверху другой конфигурации проточной камеры системы переменной сопротивляемости потоку.

Фиг.5 - схематичный вид сверху еще одной конфигурации проточной камеры.

Фиг.6А и 6В - схематичный вид сверху еще одной конфигурации системы переменной сопротивляемости потоку.

Фиг.7А-7Н - схематичные виды в разрезе различных конфигураций проточной камеры, при этом разрезы по Фиг.7А-7G выполнены по линии 7-7 Фигуры 4В, а разрез Фиг.7Н выполнен по линии 7Н-7Н Фигуры 7G.

Фиг.7I и 7J - схематичные виды в перспективе конфигураций конструкций, которые могут применимы в проточной камере системы переменной сопротивляемости потоку.

Фигуры 8А-11 - схематичные виды сверху дополнительных конфигураций проточной камеры.

Осуществление изобретения

На Фиг.1 представлен вариант системы скважинной добычи 10, в которой могут быть осуществлены принципы настоящего изобретения. Как показано на Фиг.1, скважина 12 имеет в целом вертикальный необсаженный участок 14, тянущийся вниз от обсадной оболочки 16, а также в целом горизонтальный необсаженный участок 18, проходящий через геологический пласт 20.

В скважине 12 установлена трубная колонна 22 (например, эксплуатационная трубная колонна). В трубной колонне 22 установлены связанные между собой множество скважинных фильтров 24, систем переменной сопротивляемости потоку 25 и уплотнителей 26.

Уплотнители 26 изолируют затрубное пространство 28, образованное в радиальном направлении между трубной колонной 22 и участком скважины 18. Таким способом текучие смеси 30 можно добывать из множества горизонтов или зон пласта 20 через изолированные участки затрубного пространства 28, образованные между соседними парами уплотнителей 26.

Между каждой парой соседних уплотнителей 26 в трубной колонне 22 располагают взаимосвязанные скважинный фильтр 24 и систему переменной сопротивляемости потоку 25. Скважинный фильтр 24 фильтрует текучие смеси 30, входящие в трубную колонну 22 из затрубного пространства 28. Система переменной сопротивляемости потоку 25 регулирует прохождение текучих смесей 30 в трубную колонну 22, по-разному ограничивая прохождение в зависимости от определенных характеристик этих текучих смесей.

Здесь следует заметить, что скважинная система добычи 10 описана и показана на чертежах просто в качестве одного примера из широкого разнообразия скважинных систем добычи, в которых могут быть осуществлены принципы настоящего изобретения. Следует отчетливо понимать, что принципы настоящего изобретения совсем не ограничиваются какими-либо деталями скважинной добывающей системы 10 или ее компонентами, представленными на чертежах или в описании.

Например, в соответствии с принципами настоящего изобретения совсем не обязательно, чтобы скважина 12 содержала в целом вертикальный участок 14 или в целом горизонтальный участок 18. Совсем не обязательно, чтобы текучие смеси 30 только добывались из пласта 20, поскольку в других примерах текучие смеси могут нагнетаться в пласт, текучие смеси можно как нагнетать в пласт, так и добывать из пласта, и т.д.

Совсем не обязательно, чтобы между каждой соседней парой уплотнителей 26 располагались и скважинный фильтр 24 и система переменной сопротивляемости потоку 25. Совсем не обязательно, чтобы одна система переменной сопротивляемости потоку 25 применялась во взаимодействии с одним скважинным фильтром 24. Эти компоненты могут применяться в любом количестве, в любом порядке расположения и/или комбинации.

Совсем не обязательно, чтобы любая система переменной сопротивляемости потоку 25 применялась со скважинным фильтром 24. Например, в нагнетательных операциях нагнетаемая текучая смесь может проходить через систему переменной сопротивляемости потоку 25, не проходя через скважинный фильтр 24.

Совсем не обязательно, чтобы скважинные фильтры 24, системы переменной сопротивляемости потоку 25, уплотнители 26 и любые другие компоненты трубной колонны 22 располагались в необсаженных участках 14, 18 скважины 12. В соответствии с принципами настоящего изобретения любой участок скважины 12 может быть обсажен или не обсажен, и любая часть трубной колонны 22 может располагаться в необсаженном или обсаженном участке скважины.

Таким образом, следует отчетливо понимать, что настоящее описание иллюстрирует каким образом можно выполнить и применить определенные варианты исполнения настоящего изобретения, но принципы изобретения не ограничиваются какими-либо деталями таких вариантов. Напротив, эти принципы могут быть применимы к множеству других вариантов, выполненных на основе знаний, полученных из данного описания.

Квалифицированным специалистам в данной области будет понятно, что было бы очень выгодно иметь возможность регулировать поток текучих смесей 30 в трубную колонну 22 из каждой зоны пласта 20, например, для предотвращения образования водяного конуса 32 или газового конуса 34 в пласте. Другие цели применения регулировки потока в скважине включают, но не ограничивая, балансирование добычи из множества зон (или нагнетания в них), минимизацию добычи или нагнетания нежелательных текучих смесей, максимизацию добычи или нагнетания желательных текучих смесей, и т.д.

Варианты исполнения систем переменной сопротивляемости потоку 25, подробно описанные ниже, могут обеспечить эти преимущества путем повышения сопротивления потоку в случае, когда скорость текучей смеси увеличивается до значения, превышающего выбранный уровень (например, чтобы таким образом балансировать поток между зонами, предотвращать образование водяного или газового конуса и т.п.), путем повышения сопротивления потоку в случае, когда вязкость или плотность текучей смеси уменьшается до значения ниже выбранного уровня (например, чтобы таким образом ограничить поток нежелательной текучей смеси, скажем, воды или газа в нефтедобывающей скважине) и/или путем повышения сопротивления потоку в случае, когда вязкость или плотность текучей смеси увеличивается до значения, превышающего выбранный уровень (например, чтобы таким образом минимизировать нагнетание воды в процессе нагнетания пара в скважину).

Какая текучая смесь является желательной, а какая - нежелательной, зависит от цели выполняемых операций добычи или нагнетания. Например, если требуется добывать нефть из скважины, но не добывать воду или газ, то нефть является желательной текучей смесью, а вода и газ являются нежелательными текучими смесями. Если требуется добывать газ из скважины, но не добывать воду или нефть, то желательной текучей смесью является газ, а нежелательными текучими смесями - вода и нефть. Если требуется нагнетать в пласт пар, но не нагнетать воду, то пар является желательной текучей смесью, а вода -нежелательной текучей смесью.

Следует заметить, что при имеющихся на большой глубине значениях температур и давлений углеводородный газ может частично или полностью пребывать в жидкой фазе. Поэтому, следует понимать, что при использовании термина «газ» в данном описании он включает сверхкритическую, жидкую или газовую фазу этой текучей смеси.

На Фиг.2 представлен вид с увеличением в разрезе одного варианта системы переменной сопротивляемости потоку 25 и части одного скважинного фильтра 24. В этом варианте текучая смесь 36 (которая может включать одну текучую смесь или несколько, например, нефть и воду, жидкую воду и пар, нефть и газ, газ и воду, нефть, воду и газ и т.п.) проходит в скважинный фильтр 24, там фильтруется и затем проходит во вход 38 системы переменной сопротивляемости потоку 25.

Текучая смесь может содержать одну или несколько желательных или нежелательных текучих смесей. В состав текучей смеси могут быть включены вода и пар. В другом примере текучей смеси могут быть включены нефть, вода и/или газ.

Поток текучей смеси 36 через систему переменной сопротивляемости потоку 25 испытывает сопротивление, зависящее от одной или нескольких характеристик (например, плотности, вязкости, скорости и т.п.) текучей смеси. Затем текучая смесь 36 выходит из системы переменной сопротивляемости потоку 25 и проходит внутрь трубной колонны 22 через выход 40.

В других вариантах скважинный фильтр 24 может не применяться в сочетании с системой переменной сопротивляемости потоку 25 (например, в операциях нагнетания), текучая смесь 36 может проходить в противоположном направлении через различные элементы системы скважинной добычи 10 (например, в операциях нагнетания), одна система переменной сопротивляемости потоку может применяться в сочетании с множеством скважинных фильтров, множество систем переменной сопротивляемости потоку могут применяться в сочетании с одним или несколькими скважинными фильтрами, текучая смесь может поступать из участков скважины (или выходить в эти участки), не относящихся к затрубному пространству или трубной колонне, текучая смесь может проходить через систему переменной сопротивляемости потоку прежде, чем пройти через скважинный фильтр, любые другие компоненты могут взаимосвязано располагаться выше или ниже по течению относительно скважинного фильтра и/или системы переменной сопротивляемости потоку, и т.п. Таким образом, следует понимать, что принципы настоящего изобретения совершенно не ограничиваются деталями варианта, показанного на Фиг.2 и описанного здесь.

Хотя показанный на Фиг.2 скважинный фильтр 24 относится к известному в данной области типу скважинных фильтров с проволочной обмоткой, в других вариантах можно применять любые другие типы или комбинации скважинных фильтров (например, фильтры из спеченного порошка, объемные, сетчатые, напыляемые и т.п.). Кроме того, по желанию можно применять дополнительные компоненты (например, кожухи, обводные трубы, трубопроводы, контрольно-измерительную аппаратуру, датчики, регуляторы притока и т.п.).

На Фиг.2 представлена система переменной сопротивляемости потоку 25 в упрощенной форме, но в предпочтительном варианте исполнения эта система может включать различные каналы и устройства для выполнения различных функций, как подробно описано ниже. Кроме того, в предпочтительном варианте система 25, по меньшей мере, частично располагается, выступая по окружности вокруг трубной колонны 22, или же эта система может быть сформирована в стенке трубной конструкции, связанной с трубной колонной в качестве ее составной части.

В других примерах система 25 может не быть расположенной вокруг трубной колонны или не быть сформированной в стенке трубной конструкции. Например, система 25 может быть сформирована в плоской конструкции, и т.д. Система 25 может быть расположена в отдельном корпусе, прикрепленном к трубной колонне 22, или же она может быть сориентирована таким образом, чтобы ось выхода 40 была параллельной оси трубной колонны. Система 25 может находиться в контрольно-измерительной цепи или присоединяться к устройству, форма которого отличается от трубной. В соответствии с принципами настоящего изобретения можно применять любую ориентацию или конфигурацию системы 25.

На Фиг.3 представлен более подробный вид в разрезе одного варианта системы 25. На Фиг.3 система 25 показана так, как будто она «развернута» из своей кольцеобразной конфигурации в практически плоскую конфигурацию.

Как было описано выше, текучая смесь 36 входит в систему 25 через вход 38, а выходит из системы через выход 40. Сопротивление потоку текучей смеси 36 при прохождении ее через систему 25 изменяется в зависимости от одной или нескольких характеристик этой текучей смеси. Представленная на Фиг.3 система 25 во многих отношениях подобна системе, представленной на Фиг.23 предшествующей заявки с порядковым номером 12/700685, включенной сюда путем поданной выше ссылки.

В варианте по Фиг.3 текучая смесь 36 изначально поступает во множество проточных каналов 42, 44, 46, 48. Эти проточные каналы 42, 44, 46, 48 направляют текучую композицию 36 к двум переключателям протока 50, 52. Переключатель 50 выбирает на какой из двух путей 54, 56 поступит основная часть потока текучей смеси из проточных каналов 44, 46, 48, а другой переключатель 52 выбирает на какой из двух путей 58, 60 поступит основная часть потока текучей смеси из проточных каналов 42, 44, 46, 48.

Проточный канал 44 имеет такую конфигурацию, чтобы в большей степени ограничивать поток текучих смесей, обладающих повышенной вязкостью. С увеличением вязкости текучих смесей в потоке проточный канал 44 будет усиливать ограничение этого потока.

Применяемый здесь термин «вязкость» используется для обозначения любого из соответствующих реологических свойств, включая кинематическую вязкость, предел текучести, вязкопластичность, поверхностное натяжение, способность к смачиванию и т.п.

Например, проточный канал 44 может иметь относительно малое проходное сечение, этот проточный канал может вынуждать поток двигаться внутри канала по искривленному пути; увеличить сопротивление потоку текучей смеси с повышенной вязкостью можно, применив шероховатую поверхность или установив препятствующие конструкции на пути потока, и т.д. Однако, поток текучей смеси с относительно низкой вязкостью может проходить через проточный канал 44, испытывая относительно малое сопротивление.

Управляющий канал 64 переключателя протока 50 принимает текучую смесь, проходящую через проточный канал 44. Управляющее отверстие 66 на конце управляющего канала 64 имеет меньшее проходное сечение, тем самым увеличивая скорость текучей смеси, выходящей из управляющего канала.

Проточный канал 48 имеет такую конфигурацию, чтобы его сопротивление потоку было относительно нечувствительным к вязкости проходящих через него текучих смесей, но могло бы возрастать в случае потока текучих смесей с повышенной скоростью и/или плотностью. Поток текучих смесей с возрастающей вязкостью при прохождении через проточный канал 48 может испытывать возрастающее сопротивление, но возрастающее не до такой большой степени, как сопротивление, испытываемое такими текучими смесями при прохождении через проточный канал 44.

В варианте, представленном на Фиг.3, текучая смесь, проходящая через проточный канал 48, должна пройти через «вихревую» камеру 62, прежде, чем войдет в управляющий канал 68 переключателя протока 50. Поскольку камера 62 в этом варианте имеет цилиндрическую форму с центральным выходом, и текучая смесь 36 движется в камере по спирали, увеличивая скорость по мере приближения к выходу под воздействием перепада давления между входом и выходом, такую камеру называют «вихревой» камерой. В других вариантах можно применять одно или несколько отверстий, трубки Вентури, сопла и т.п.

Управляющий канал 68 заканчивается управляющим отверстием 70. Это управляющее отверстие 70 имеет меньшее проходное сечение для того, чтобы увеличивать скорость текучей смеси, выходящей из управляющего канала 68.

Нетрудно понять, что с увеличением вязкости текучей смеси 36 большая часть текучей смеси потечет через проточный канал 48, управляющий канал 68 и управляющее отверстие 70 (вследствие того, что проточный канал 44 оказывает потоку текучей смеси повышенной вязкости большее сопротивление, чем проточный канал 48 и вихревая камера 62), а со снижением вязкости большая часть текучей смеси потечет через проточный канал 44, управляющий канал 64 и управляющее отверстие 66.

Текучая смесь, проходящая через проточный канал 46, также проходит через вихревую камеру 72, которая может быть подобной вихревой камере 62 (хотя вихревая камера 72 в предпочтительном варианте оказывает меньшее сопротивлениепроходящему через нее потоку, чем вихревая камера 62), и выходит в центральный проточный канал 74. Вихревая камера 72 применяется для «согласования полных сопротивлениий» с целью достижения желаемого баланса потоков через проточные каналы 44, 46, 48.

Следует заметить, что другие характеристики различных компонентов системы 25 необходимо выбирать соответствующим образом для достижения требуемых результатов. В варианте по Фиг.3 один требуемый результат работы переключателя протока 50 состоит в том, что поток основной части текучей смеси 36, проходящей через проточные каналы 44, 46, 48, направляется на путь потока 54 в том случае, когда текучая смесь имеет достаточно высокое отношение содержания желательной текучей смеси к нежелательной в своем составе.

В этом случае желательной текучей смесью является нефть, обладающая большей вязкостью, чем вода или газ, и, таким образом, если текучая смесь 36 содержит достаточно высокий процент нефти, то основная часть текучей смеси 36, входящей в переключатель протока 50, будет направлена на путь потока 54, а не на путь потока 56. Этот результат достигнут благодаря тому, что расход или скорость текучей смеси, выходящей из управляющего отверстия 70, будет больше, чем у текучей смеси, выходящей из другого управляющего отверстия 66, посредством чего текучая смесь, выходящая из каналов 64, 68, 74, вынуждена проходить в большей степени на путь потока 54.

Если вязкость текучей смеси 36 недостаточно высока (а следовательно, отношение содержания желательной текучей смеси к нежелательной находится ниже выбранного уровня), то основная часть текучей смеси, поступающей в переключатель протока 50 будет направлена на путь потока 56, а не на путь потока 54. Это произойдет благодаря тому, что расход или скорость текучей смеси, выходящей из управляющего отверстия 66, будет больше, чем у текучей смеси, выходящей из другого управляющего отверстия 70, посредством чего текучая смесь, выходящая из каналов 64, 68, 74, вынуждена проходить в большей степени на путь потока 56.

Нетрудно понять, что с помощью соответствующей конфигурации проточных каналов 44, 46, 48, управляющих каналов 64, 68, управляющих отверстий 66, 70, вихревых камер 62, 72 и т.п., отношение содержания желательной текучей смеси к нежелательной текучей смеси в составе текучей смеси 36, при котором переключатель 50 направляет основную часть проходящего через него потока текучей смеси либо на путь потока 54, либо на путь потока 56, можно устанавливать на разные уровни.

Пути потока 54, 56 направляют текучую смесь в соответствующие управляющие каналы 76, 78 другого переключателя протока 52. Управляющие каналы 76, 78 заканчиваются соответствующими управляющими отверстиями 80, 82. Центральный канал 75 принимает текучую смесь из проточного канала 42.

Работа переключателя протока 52 подобна работе переключателя протока 50 в том, что текучая смесь, поступающая в переключатель 52 через каналы 75, 76, 78, направляется на один из путей потока 58, 60, и выбор пути потока зависит от соотношения скорости текучей смеси, выходящей из управляющих отверстий 80, 82. Если текучая смесь проходит через управляющее отверстие 80 с расходом или скоростью, большей, чем у текучей смеси, проходящей через управляющее отверстие 82, тогда основная часть текучей смеси 36 будет направлена на путь потока 60. Если текучая смесь проходит через управляющее отверстие 82 с расходом или скоростью, большей, чем у текучей смеси, проходящей через управляющее отверстие 80, тогда основная часть текучей смеси 36 будет направлена на путь потока 58.

Хотя в варианте системы 25 по Фиг.3 представлены два переключателя протока 50, 52, однако, нетрудно понять, что в соответствии с принципами настоящего изобретения можно применять любое количество переключателей путей потока (включая один). Представленные на Фиг.3 переключатели 50, 52, относятся к типу устройств, которые известны квалифицированным специалистам в данной области, как струйные усилители соотношения текучих смесей, однако, в соответствии с принципами настоящего изобретения можно применять переключатели путей потока, относящиеся к другим типам устройств (например, усилители соотношения текучих смесей на основе давления, бистабильные переключатели текучих смесей, пропорциональные усилители соотношения текучих смесей, и т.п.).

Текучая смесь, проходящая по пути потока 58, поступает в проточную камеру 84 через вход 86, который направляет входящую в камеру текучую смесь в целом тангенциально (например, камера 84 имеет форму, подобную цилиндру, а вход 86 направлен по касательной к окружности цилиндра). В результате текучая смесь будет двигаться в камере 84 по спирали, пока в итоге не выйдет через выход 40, как показано схематично стрелкой 90 на Фиг.3.

Текучая смесь, проходящая по пути потока 60, поступает в проточную камеру 84 через вход 88, который направляет эту текучую смесь по более прямому пути к выходу 40 (например, в радиальном направлении, как показано схематично стрелкой 92 на Фиг.3). Нетрудно понять, что потребление энергии при одинаковой скорости потока будет значительно меньше в том случае, если текучая смесь проходит к выходу 40 более прямолинейно, чем при менее прямолинейном движении текучей смеси к выходу.

Таким образом, поток будет испытывать меньшее сопротивление в том случае, когда текучая смесь 36 проходит к выходу 40 более прямым путем, и наоборот, поток будет испытывать большее сопротивление в том случае, когда текучая смесь проходит к выходу менее прямолинейным путем. Соответственно, на участке выше по течению от выхода 40 поток испытывает меньшее сопротивление в том случае, когда основная часть текучей смеси 36 проходит в камеру 84 через вход 88 и по пути потока 60.

Основная часть текучей смеси 36 проходит по пути потока 60 в том случае, когда расход или скорость потока текучей смеси, выходящей из управляющего отверстия 80, больше, чем у текучей смеси, выходящей из управляющего отверстия 82. Большее количество текучей смеси выходит из управляющего отверстия 80 в том случае, когда основная часть текучей смеси, проходящей через каналы 64, 68, 74, проходит по пути потока 54.

Основная часть текучей смеси, проходящей через каналы 64, 68, 74, проходит по пути потока 54 в том случае, когда расход или скорость текучей смеси, выходящей из управляющего отверстия 70, больше, чем у текучей смеси, выходящей из управляющего отверстия 66. Большее количество текучей смеси выходит из управляющего отверстия 70 в том случае, когда вязкость текучей смеси 36 превышает выбранный уровень.

Таким образом, поток через систему 25 будет испытывать меньшее сопротивление в том случае, если текучая смесь 36 имеет повышенную вязкость (и более высокое отношение содержания желательной текучей смеси к нежелательной в своем составе). Поток через систему 25 будет испытывать большее сопротивление в том случае, если текучая смесь 36 имеет пониженную вязкость.

Большее сопротивление потоку будет оказано в том случае, когда текучая смесь 36 проходит к выходу 40 менее прямолинейно (например, так, как показано стрелкой 90). Следовательно, поток будет испытывать большее сопротивление в том случае, когда основная часть текучей смеси 36 поступает в камеру 84 из входа 86 и по пути потока 58.

Основная часть текучей смеси 36 проходит по пути потока 58 в том случае, когда расход или скорость потока текучей смеси, выходящей из управляющего отверстия 82, больше, чем у текучей смеси, выходящей из управляющего отверстия 80. Большее количество текучей смеси выходит из управляющего отверстия 82 в том случае, когда основная часть текучей смеси, проходящей через каналы 64, 68, 74, проходит по пути потока 56, а не по пути потока 54.

Основная часть текучей смеси, проходящей через каналы 64, 68, 74, проходит по пути потока 56 в том случае, когда расход или скорость текучей смеси, выходящей из управляющего отверстия 66, больше, чем у текучей смеси, выходящей из управляющего отверстия 70. Большее количество текучей смеси выходит из управляющего отверстия 66 в том случае, когда вязкость текучей смеси 36 будет ниже выбранного уровня.

Как описано выше, система 25 имеет конфигурацию, оказывающую меньшее сопротивление потоку в том случае, когда текучая смесь 36 имеет повышенную вязкость, и оказывающую большее сопротивление потоку в том случае, когда текучая смесь 36 имеет пониженную вязкость. Это является преимуществом тогда, когда требуется пропускать больше текучей смеси повышенной вязкости и меньше текучей смеси пониженной вязкости (например, для добычи большего количества нефти и меньшего количества воды или газа).

Если требуется пропускать большее количество текучей смеси пониженной вязкости, а меньшее количество текучей смеси повышенной вязкости (например, для добычи большего количества газа и меньшего количества воды или для нагнетания большего количества пара и меньшего количества воды), то конфигурацию системы 25 можно легко перестроить для этой цели. Например, входы 86, 88 можно легко поменять местами, в результате чего текучая смесь, проходящая по пути потока 58, будет направляться на вход 88, а текучая смесь, проходящая по пути потока 60, будет направляться на вход 86.

На Фиг.4А и 4В представлена другая конфигурация проточной камеры 84 отдельно от остальной части системы переменной сопротивляемости потоку 25. Проточная камера 84 по Фиг.4А и 4В в большинстве отношений подобна проточной камере по Фиг.3, но отличается, по меньшей мере, тем, что в камере имеется одна или несколько конструкций 94. Как показано на Фиг.4А и 4В, конструкцию 94 можно рассматривать как единую конструкцию, в которой имеется один или несколько разрывов или отверстий 96, или как множество конструкций, разделенных этими разрывами или отверстиями.

Конструкция 94 вынуждает любую часть потока текучей смеси 36, проходящую в камере 84 по кругу, и обладающую относительно высокой скоростью, высокой плотностью или низкой вязкостью, продолжать такое круговое движение по камере, но, по меньшей мере, одно из отверстий 96 дает возможность более прямого прохождения текучей смеси от входа 88 до выхода 40. Следовательно, когда текучая смесь 36 поступает на другой вход 86, она вначале двигается по кругу в камере 84 у выхода 40, а конструкция 94 оказывает все возрастающее сопротивление или противодействие изменению направления движения текучей смеси по направлению к выходу по мере возрастания скорости и/или плотности текучей смеси и/или уменьшения вязкости текучей смеси. Однако, отверстия 96 позволяют текучей смеси 36 постепенно проходить, закручиваясь внутрь по спирали, к выходу 40.

На Фиг.4А текучая смесь 36, обладающая низкой вязкостью и/или высокой плотностью, поступает в камеру 84 через вход 86. Некоторое количество текучей смеси 36 может также поступать в камеру 84 через вход 88, но в этом примере значительно большая часть текучей смеси поступает через вход 86, тем самым направляясь вначале тангенциально по отношению к проточной камере 84 (т.е., под углом 0 градусов относительно касательной к внешней окружности проточной камеры).

Войдя в камеру 84, текучая смесь 36 изначально движется по окружности у выхода 40. На протяжении большей части пути у выхода 40 текучая смесь 36 испытывает воздействие конструкции 94, не позволяющее, или, по меньшей мере, препятствующее изменению направления ее потока и движению к выходу в радиальном направлении. Однако, отверстия 96 позволяют порциям текучей смеси 36 постепенно двигаться по спирали радиально внутрь к выходу 40.

На Фиг.4В текучая смесь 36, обладающая низкой скоростью, высокой вязкостью и/или низкой плотностью, поступает в камеру 84 через вход 88. Некоторое количество текучей смеси 36 может также поступать в камеру 84 через вход 86, но в этом примере подавляющая часть текучей смеси поступает через вход 88, тем самым направляясь радиально через проточную камеру 84 (т.е., под углом 90 градусов относительно касательной к внешней окружности проточной камеры).

Одно из отверстий 96 позволяет текучей смеси 36 проходить более прямым путем от входа 88 к выходу 40. Таким образом, конструкция 94 в этом примере не оказывает существенного сопротивления радиальному потоку текучей смеси 36 по направлению к выходу 40.

Если некоторая порция текучей смеси 36, обладающей низкой скоростью, высокой вязкостью и/или низкой плотностью будет двигаться по кругу у выхода 40 на Фиг.4В, то отверстия 96 дадут возможность этой текучей смеси легко изменить направление и двигаться более прямым путем к выходу. Действительно, чем выше становится вязкость смеси 36, или чем ниже становится ее плотность или скорость, тем сильнее конструкция 94 будет в этой ситуации препятствовать круговому движению текучей смеси 36 по камере 84, позволяя текучей смеси с большей легкостью изменять направление и проходить через отверстия 96.

Следует заметить, что конструкция 94 не обязательно должна иметь множество отверстий 96, поскольку текучая смесь 36 могла бы проходить более прямым путем от входа 88 к выходу 40 через одно отверстие, и одно отверстие также позволяло бы потоку их входа 86 постепенно закручиваться по спирали внутрь к выходу. В соответствии с принципами настоящего изобретения возможно любое количество отверстий 96 (или других зон низкого сопротивления радиальному потоку).

Более того, совершенно не обязательно, чтобы одно из отверстий 96 было расположено прямо между входом 88 и выходом 40. Отверстия 96 в конструкции 94 могут обеспечить более прямой путь прохождения текучей смеси 36 от входа 88 до выхода 40 даже в том случае, если для того, чтобы текучая смесь проходила внутрь через одно из отверстий, потребуется некоторое круговое движение текучей смеси вокруг конструкции.

Нетрудно понять, что более искривленное движение текучей смеси 36 на Фиг.4А требует более высоких затрат энергии при той же скорости потока (расходе), а, следовательно, такой поток текучей смеси испытывает большее сопротивление, чем вариант по Фиг.4В. Если желательной текучей смесью является нефть, а вода и/или газ - нежелательной текучей смесью, то очевидно, что система переменной сопротивляемости потоку 25 по Фиг.4А и 4В будет оказывать меньшее сопротивление потоку текучей смеси 36 в том случае, когда отношение содержания желательной текучей смеси к нежелательной в этой текучей смеси будет повышенным, и эта же система будет оказывать большее сопротивление потоку такой текучей смеси, в которой отношение содержания желательной текучей смеси к нежелательной будет пониженным.

На Фиг.5 иллюстративно представлена другая конфигурация камеры 84. В этой конфигурации камера 84 содержит четыре конструкции 94, отделенные друг от друга четырьмя одинаковыми отверстиями 96. Расстояния между конструкциями 94 могут быть одинаковыми или разными в зависимости от желаемых рабочих параметров системы 25.

На Фиг.6А и 6В иллюстративно представлена другая конфигурация системы переменной сопротивляемости потоку 25. Эта система переменной сопротивляемости потоку 25 по Фиг.6А и 6В существенно отличается от системы по Фиг.3, по меньшей мере, тем, что она намного проще и состоит из значительно меньшего числа компонентов. Действительно, в конфигурации по Фиг.6А и 6В между входом 38 и выходом 40 системы 25 находится только камера 84.

Камера 84 в конфигурации по Фиг.6А и 6В имеет только один вход 86. В камере 84 также имеются конструкции 94.

На Фиг.6А текучая смесь 36, обладающая относительно высокой скоростью, низкой вязкостью и/или высокой плотностью, поступает в камеру 84 через вход 86 и под воздействием конструкции 94 продолжает движение по камере. Таким образом, текучая смесь 36 проходит по искривленному пути через камеру 84, в итоге закручиваясь по спирали внутрь к выходу 40 по мере постепенного обхода конструкции 94 через отверстия 96.

Однако, на Фиг.6В текучая смесь 36 имеет более низкую скорость, повышенную вязкость и/или пониженную плотность. Текучая смесь 36 в этом примере способна с большей легкостью изменять направление движения по мере прохождения в камеру 84 через вход 86, что позволяет ей проходить более прямым путем от входа до выхода 40 через отверстия 96.

Нетрудно понять, что более искривленное движение текучей смеси 36 на Фиг.6А требует более значительных затрат энергии при той же скорости потока (расходе), а, следовательно, такой поток текучей смеси испытывает большее сопротивление, чем поток текучей смеси, проходящий по более прямому пути в варианте по Фиг.6В. Если желательной текучей смесью является нефть, а вода и/или газ - нежелательной текучей смесью, то очевидно, что система переменной сопротивляемости потоку 25 по Фиг.6А и 6В будет оказывать меньшее сопротивление потоку текучей смеси 36 в том случае, когда отношение содержания желательной текучей смеси к нежелательной в этой текучей смеси будет повышенным, и эта же система будет оказывать большее сопротивление потоку такой текучей смеси, в которой отношение содержания желательной текучей смеси к нежелательной будет пониженным.

Хотя в конфигурациях по Фиг.6А и 6В применяется только один вход 86 для впуска текучей смеси 36 в камеру 84, в других вариантах можно, по желанию, предусмотреть несколько входов. Текучая смесь 36 может входить в камеру 84 через множество входов одновременно или по отдельности. Например, различные входы можно использовать тогда, когда текучая смесь имеет соответствующие различные характеристики (например, различные скорости, вязкости, плотности и т.п.).

Конструкция 94 может быть выполнена в форме одной или нескольких расположенных по кругу лопастей с одним или несколькими отверстиями в этой лопасти (между ними). В качестве альтернативы или дополнения конструкция 94 может иметь форму одного или нескольких расположенных по окружности углублений в стенках камеры 84. Конструкция 94 может выступать внутрь и/или наружу по отношению к стенкам камеры 84. То есть, не трудно понять, что в соответствии с принципами настоящего изобретения можно применять любой тип конструкции, тем сильнее воздействующей на текучую композицию 36, вынуждая ее продолжать движение искривленным путем по камере 84, чем выше скорость или плотность текучей смеси или чем ниже вязкость текучей смеси, и/или тем сильнее препятствующей круговому движению текучей смеси по камере, чем меньше скорость и плотность текучей смеси или чем выше вязкость текучей смеси.

Несколько схематичных изображений вариантов конструкции 94 представлены на Фиг.7A-J, при этом разрезы, представленные на Фиг.7A-G, выполнены по линии 7-7 Фиг.4В. Эти различные варианты демонстрируют, что существует большое разнообразие возможных видов конструкции 94, и поэтому, следует понимать, что принципы настоящего изобретения не ограничиваются применением любой конкретной конфигурации конструкции в камере 84.

На Фиг.7А конструкция 94 содержит стенку или лопасть, протянутую между верхней и нижней (как они показаны на этих чертежах) стенками 98, 100 камеры 84. Конструкция 94 в этом варианте препятствует радиальному вхождению потока текучей смеси 36 из внешней части камеры 84, пропуская его только через отверстие 96.

На Фиг.7В конструкция 94 содержит стенку или лопасть, протянутую только частично между верхней и нижней стенками 98, 100 камеры 84. Конструкция 94 в этом варианте не препятствует радиальному вхождению потока текучей смеси 36, однако, оказывает сопротивление изменению направления потока из кругового на радиальное во внешней части камеры 84.

Один вход (например, вход 88) можно расположить на некоторой высоте по отношению к стенкам камеры 98, 100 так, чтобы текучая смесь 36, поступающая в камеру 84 через этот вход, практически не сталкивалась с конструкцией 94 (например, проходя над этой конструкцией или под ней). Другой вход (например, вход 86) можно расположить на другой высоте так, чтобы текучая смесь 36, поступающая в камеру 84 через этот вход, практически полностью сталкивалась с конструкцией 94. Большее сопротивление потоку будет испытывать текучая смесь 36, которая сталкивается с конструкцией.

На Фиг.7В в конструкции 94 имеются усики, щетина или жесткие проводки, препятствующие радиальному вхождению потока текучей смеси 36 из внешней части камеры 84. Конструкция 94 в этом варианте может быть полностью или частично протянута между стенками 98, 100 камеры 84, а также может выступать внутрь от обеих стенок.

На Фиг.7С конструкция 94 содержит множество расположенных по окружности углублений и выступов, препятствующих радиальному вхождению потока текучей смеси 36. В камере 84 могут быть расположены либо углубления, либо выступы, либо то и другое. Если имеются только углубления, то конструкция 94 может совсем не выступать внутрь камеры 84.

На Фиг.7D конструкция 94 содержит множество расположенных по окружности волнистых участков на стенках 98, 100 камеры 84. Подобно конфигурации по Фиг.7С эти волнистые участки содержат углубления и выступы, но в других вариантах могут быть представлены либо углубления, либо выступы, либо то и другое. Если имеются только углубления, то конструкция 94 может совсем не выступать внутрь камеры 84.

На Фиг.7F конструкция 94 содержит расположенные по окружности, но смещенные в радиальном направлении стенки или лопасти, выступающие внутрь из стенок 98, 100 камеры 84. В соответствии с принципами настоящего изобретения можно использовать любое количество, порядок размещения и конфигурацию этих стенок или лопастей.

На Фиг.7G и 7Н конструкция 94 содержит стенку или лопасть, выступающую внутрь из стенки камеры 100, и другую лопасть 102, воздействующую на текучую композицию 36 для изменения направления в аксиальном направлении по отношению к выходу 40. Например, лопасть 102 может иметь такую конфигурацию, которая позволяет направлять поток текучей смеси 36 в аксиальном направлении относительно выхода 40 - к нему или от него.

Конфигурация лопасти 102 может быть такой, чтобы она осуществляла смешивание частей текучей смеси 36, полученных из множества входов, увеличивала сопротивление круговому движению потока текучей смеси в камере 84, и/или оказывала сопротивление потоку текучей смеси на различных аксиальных уровнях камеры, и т.д. В соответствии с принципами настоящего изобретения можно использовать любое количество, порядок размещения и конфигурацию этих лопастей 102.

Лопасть 102 может оказывать большее сопротивление круговому потоку текучих смесей повышенной вязкости, в результате чего такие текучие смеси с большей легкостью отклоняются по направлению к выходу 40. Следовательно, если конструкция 94 тем сильнее препятствует радиальному прохождению потока текучей смеси 36 к выходу 40, чем выше ее скорость и плотность или чем ниже вязкость, то лопасть 102 может тем сильнее препятствовать круговому движению текучей смеси, чем выше ее вязкость.

Один вход (например, вход 88) можно расположить на некоторой высоте по отношению к стенкам камеры 98, 100 так, чтобы текучая смесь 36, поступающая в камеру 84 через этот вход, практически не сталкивалась с конструкцией 94 (например, проходя над этой конструкцией или под ней). Другой вход (например, вход 86) можно расположить на другой высоте так, чтобы текучая смесь 36, поступающая в камеру 84 через этот вход, практически полностью сталкивалась с конструкцией 94.

На Фиг.7I конструкция 94 содержит единую деталь в виде стенки цилиндрической формы с отверстиями 96, поочередно расположенными на верхнем и нижнем краях стенки. Конструкцию 94 можно установить между стенками 98, 100 камеры 84.

На Фиг.7J конструкция 94 содержит единую деталь в виде стенки цилиндрической формы, подобную показанной на Фиг.7J (correctly - Фиг.7I), с тем отличием, что отверстия 96 расположены по средней части стенки между ее верхним и нижним краями.

Дополнительные конфигурации проточной камеры 84 и располагающихся в ней конструкций представлены на Фиг.8А-11. Эти дополнительные конфигурации демонстрируют, что принципы настоящего изобретения позволяют применение большого многообразия различных конфигураций, и что эти принципы совсем не ограничиваются конкретными вариантами, описанными здесь и показанными на чертежах.

На Фиг.8А камера 84 во многих отношениях подобна камере по Фиг.4А-5 с двумя входами 86, 88. Большая часть текучей смеси 36, обладающей высокой скоростью, низкой вязкостью и/или высокой плотностью, поступает в камеру 84 через вход 86 и движется по кругу у выхода 40. Конструкции 94 препятствуют радиальному движению потока текучей смеси 36 к выходу 40.

На Фиг.8В большая часть текучей смеси 36, обладающей относительно низкой скоростью, высокой вязкостью и/или низкой плотностью, поступает в камеру 84 через вход 88. Одна из конструкций 94 препятствует прямому потоку текучей смеси 36 от входа 88 до выхода 40, но эта текучая смесь может с легкостью изменять направление, обтекая каждую из конструкций. Таким образом, сопротивление потоку со стороны системы 25 по Фиг.8В меньше, чем системы по Фиг.8А.

На Фиг.9А камера 84 во многих отношениях подобна камере по Фиг.6А и 6В с одним входом 86. Текучая смесь 36, обладающая относительно высокой скоростью, низкой вязкостью и/или высокой плотностью, поступает в камеру 84 через вход 86 и движется по кругу у выхода 40. Конструкция 94 препятствует радиальному движению потока текучей смеси 36 внутрь к выходу 40.

На Фиг.9В текучая смесь 36, обладающая относительно низкой скоростью, высокой вязкостью и/или низкой плотностью, поступает в камеру 84 через вход 86. Конструкция 94 препятствует прямому потоку текучей смеси 36 от входа 88 до выхода 40, но эта текучая смесь может с легкостью изменять направление, обтекая конструкцию и через отверстие 96 направляясь к выходу. Таким образом, сопротивление потоку со стороны системы 25 по Фиг.9В меньше, чем у системы по Фиг.9А.

Принимается без доказательств, что, препятствуя прямому прохождению потока текучей смеси, обладающей относительно низкой скоростью, высокой вязкостью и/или низкой плотностью, к выходу 40 от входа 88 на Фиг 8В или от входа 86 на Фиг.9В, можно снизить до желаемого значения радиальную скорость потока текучей смеси к выходу без значительного увеличения сопротивления потоку со стороны системы 25.

На Фиг.10 и 11 камера 84 во многих отношениях подобна конфигурации по Фиг.4А-5 с двумя входами 86, 88. Текучая смесь 36, поступающая в камеру 84 через вход 86 будет, по меньшей мере, вначале, двигаться по кругу у выхода 40, а текучая смесь, поступающая в камеру через вход 88, будет двигаться более прямым путем к выходу.

На конфигурации по Фиг.10 множество чашеобразных конструкций 94 распределены по камере 84, и на конфигурации по Фиг.11 множество конструкций расположены в камере. Эти конструкции 94 могут тем сильнее препятствовать круговому движению потока текучей смеси 36 у выхода 40, чем меньше скорость этой текучей смеси, чем выше вязкость и/или чем ниже плотность. Таким способом конструкции 94 могут стабилизировать прохождение текучей смеси, обладающей относительно низкой скоростью, высокой вязкостью и/или низкой плотностью, в камере 84, несмотря на то, что эти конструкции не оказывают существенного препятствия круговому движению текучей смеси, обладающей относительно высокой скоростью, низкой вязкостью и/или высокой плотностью, у выхода 40.

Существует много других возможностей расположения конструкций 94 в камере 84, их количества и т.п.. Например, конструкции 94 могут иметь форму профиля авиационного крыла или форму цилиндра, эти конструкции могут содержать канавки, ориентированные радиально по отношению к выходу 40, и т.п.. В соответствии с принципами настоящего изобретения можно использовать любой порядок размещения, любые положения и/или комбинации конструкций 94.

Теперь можно вполне оценить, что описанное выше изобретение предоставляет ряд усовершенствований в области регулирования потока текучей смеси в подземной скважине. Различные конфигурации системы переменной сопротивляемости потоку 25, описанные выше, позволяют контролировать поток желательных или нежелательных текучих смесей в скважине без применения сложных, дорогих и часто выходящих из строя механизмов. В отличие от них, система 25 относительно проста, не требует больших затрат на изготовление, эксплуатацию и обслуживание, а также надежна в эксплуатации.

Описанное выше изобретение предоставляет для данной области техники систему переменной сопротивляемости потоку 25, предназначенную для применения в подземной скважине. Эта система 25 включает проточную камеру 84, через которую проходит текучая смесь 36. Камера 84 имеет, по меньшей мере, один вход 86, 88, выход 40 и, по меньшей мере, одну конструкцию 94, которая препятствует изменению кругового движения потока текучей смеси 36 у выхода 40 на радиальное движение по направлению к выходу 40.

Текучая смесь 36 может проходить через проточную камеру 84 в скважине.

Конструкция 94 может увеличивать степень противодействия изменению движения потока текучей смеси 36 из кругового у выхода 40 на радиальное по направлению к выходу 40 в ответ на одно из следующих событий: а) повышение скорости текучей смеси 36, б) снижение вязкости текучей смеси 36, в) повышение плотности текучей смеси 36, г) снижение отношения содержания желательной текучей смеси к нежелательной в составе текучей смеси 36, д) уменьшение угла входа текучей смеси 36 в камеру 84, и е) столкновение более существенной части потока текучей смеси 36 с конструкцией 94.

Конструкция 94 может иметь, по меньшей мере, одно отверстие 96, которое позволяет текучей смеси 36 изменять направление и проходить по более прямому пути от входа 86, 88 до выхода 40.

Указанный, по меньшей мере, один вход может содержать, по меньшей мере, первый и второй входы, при этом первый вход 88 направляет текучую смесь 36 по более прямому пути к выходу 40 камеры 84, чем второй вход 86.

Указанный, по меньшей мере, один вход может содержать только один вход 86.

Конструкция 94 может содержать, по меньшей мере, либо лопасть, либо углубление.

Конструкция 94 может выступать, по меньшей мере, либо внутрь, либо наружу по отношению к стенке 98, 100 камеры 84.

Текучая смесь 36 может выходить из камеры 84 через выход 40 в направлении, изменяющемся в зависимости от отношения содержания желательной текучей смеси к нежелательной в составе текучей смеси 36.

Прохождение потока текучей смеси 36 может быть тем более прямым от входа 86, 88 до выхода 40, чем выше вязкость текучей смеси 36, чем ниже скорость этой текучей смеси 36, чем ниже плотность этой текучей смеси 36, чем выше отношение содержания желательной текучей смеси к нежелательной текучей смеси в составе текучей смеси 36, а также/или чем больше угол, под которым входит в камеру текучая смесь 36.

Конструкция 94 может снижать или повышать скорость текучей смеси 36 по мере ее прохождения от входа 86 к выходу 40.

Описанное выше изобретение также предоставляет для данной области техники систему переменной сопротивляемости потоку 25, которая содержит проточную камеру 84, через которую проходит текучая смесь 36. Камера 84 имеет, по меньшей мере, один вход 86, 88, выход 40 и, по меньшей мере, одну конструкцию 94, которая препятствует круговому движению потока текучей смеси 36 у выхода 40.

Кроме того, в приведенном выше описании представлена система переменной сопротивляемости потоку 25 для применения в подземной скважине, указанная система содержит проточную камеру 84, имеющую выход 40, а также, по меньшей мере, одну конструкцию 94, препятствующую изменению направления потока текучей смеси 36 к выходу 40. Текучая смесь 36 поступает в камеру 84 в направлении, изменяющемся в зависимости от отношения содержания желательной текучей смеси к нежелательной в составе текучей смеси 36.

Текучая смесь 36 может выходить из камеры 40 в направлении, изменяющемся в зависимости от отношения содержания желательной текучей смеси к нежелательной в составе текучей смеси 36.

Конструкция 94 может препятствовать изменению кругового движения текучей смеси 36 у выхода 40 на радиальное движение к выходу 40.

Конструкция 94 может иметь, по меньшей мере, одно отверстие 96, позволяющее текучей смеси 36 проходить прямо от первого входа 88 камеры 84 до выхода 40. Первый вход 88 может направлять поток текучей смеси 36 более прямым путем к выходу 40 камеры 84, чем второй вход 86.

Отверстие 96 в конструкции 94 может позволять текучей смеси 36 проходить прямым путем от первого входа 88 до выхода 40. В одном описанном выше варианте камера 84 включает только один вход 86.

Конструкция 94 может содержать лопасть или углубление. Конструкция 94 может выступать либо внутрь, либо наружу по отношению к стенке 98, 100 камеры 84.

Прохождение потока текучей смеси 36 может быть тем прямолинейнее от входа 86, до выхода 40, чем выше вязкость текучей смеси 36, чем ниже скорость этой текучей смеси 36, чем выше плотность этой текучей смеси 36, чем выше отношение содержания желательной текучей смеси к нежелательной текучей смеси в составе текучей смеси 36, а также/или чем больше угол, под которым входит текучая смесь 36, и/или чем меньше текучей смеси 36 сталкивается с конструкцией 94.

Конструкция 94 может воздействовать на части потока текучей смеси 36, двигающиеся по кругу у выхода 40, таким образом, чтобы они продолжали такое круговое движение у выхода 40. Такая конструкция 94 в предпочтительном варианте препятствует изменению кругового движения текучей смеси 36 у выхода 40 на радиальное движение к выходу 40.

Кроме того, в приведенном выше описании представлена система переменной сопротивляемости потоку 25, содержащая проточную камеру 84, через которую проходит текучая смесь 36. Камера 84 имеет, по меньшей мере, один вход 86, 88, выход 40, а также, по меньшей мере, одну конструкцию 94, препятствующую изменению кругового движения потока текучей смеси 36 у выхода 40 на радиальное движение к выходу 40.

В приведенном выше описании также представлена система переменной сопротивляемости потоку 25, которая содержит переключатель протока 52, выбирающий по какому из множества путей 58, 60 пойдет основная часть текучей смеси, прошедшей через переключатель 52, осуществляя этот выбор на основе отношения содержания желательной текучей смеси к нежелательной в составе текучей смеси 36. Проточная камера 84 этой системы 25 содержит выход 40, первый вход 88, соединенный с первым из путей потока 60, второй вход 86, соединенный со вторым из путей потока 58, а также, по меньшей мере, одну конструкцию 94, которая сильнее препятствует радиальному движению потока текучей смеси 36 от второго входа 86 до выхода 40, чем радиальному движению потока текучей смеси 36 от первого входа 88 до выхода 40.

Следует понимать, что различные варианты, описанные выше, можно, не нарушая принципов настоящего изобретения, применять в различных положениях, например, в наклонном, перевернутом, горизонтальном, вертикальном и т.п., а также в различных конфигурациях. Варианты исполнения изобретения, представленные на чертежах, показаны и описаны просто как примеры полезного применения принципов настоящего изобретения, при этом указанные принципы не ограничиваются какими-либо конкретными деталями этих вариантов.

Квалифицированный специалист в данной области, внимательно рассмотрев приведенное выше описание вариантов исполнения изобретения, без труда увидит, что в эти конкретные варианты исполнения можно внести много модификаций, выполнить много добавлений, замен, удалений, других изменений, и такие изменения будут охвачены рамками принципов настоящего изобретения. Соответственно, приведенное выше описание следует воспринимать только в качестве иллюстрации и примера, а объем и сущность изобретения ограничиваются исключительно пунктами прилагающейся формулы изобретения и их эквивалентами.

Группа изобретений относится к оборудованию для эксплуатации подземной скважины и, в частности, к системе переменной сопротивляемости потоку. В скважине по добыче углеводородов имеется необходимость регулирования потока текучих смесей из геологического пласта в скважину. Такое регулирование обеспечивает, например, возможность предотвращения образования водяного или газового конуса в пласте, минимизацию добычи песка, минимизацию добычи воды и/или газа, максимизацию добычи нефти и/или газа, балансирование добычи между зонами. Технический результат - совершенствование регулирования потока текучей смеси в подземной скважине. Система переменной сопротивляемости потоку включает проточную камеру для прохождения по ней текучей смеси. Эта камера имеет по существу цилиндрическую стенку. Имеется, по меньшей мере, один вход, обеспечивающий возможность поступления текучей смеси в упомянутую камеру. Этот вход пересекает указанную цилиндрическую стенку. Имеется выход, обеспечивающий возможность выхода текучей смеси из камеры. Этот выход расположен возле центра указанной камеры. Кроме того, имеется, по меньшей мере, одна конструкция, препятствующая круговому движению текучей смеси у выхода. 4 н. и 45 з.п. ф-лы, 24 ил.

1. Система переменной сопротивляемости потоку, предназначенная для применения в подземной скважине, включающая:
проточную камеру, по которой проходит текучая смесь, имеющую по меньшей мере один вход, через который текучая смесь поступает в указанную камеру, выход, через который эта текучая смесь выходит из камеры, и по меньшей мер одну конструкцию, препятствующую изменению кругового движения текучей смеси у выхода на радиальное движение к выходу.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что текучая смесь проходит через проточную камеру, когда эта проточная камера размещена в скважине.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что указанная конструкция увеличивает степень противодействия изменению кругового движения потока текучей смеси у выхода на радиальное движение к выходу в ответ, по меньшей мере на одно из следующих событий: а) повышение скорости текучей смеси, б) снижение вязкости текучей смеси, в) снижение отношения содержания заданной текучей смеси к нежелательной в составе текучей смеси, г) уменьшение угла входа текучей смеси в проточную камеру, и д) увеличение столкновения потока текучей смеси с конструкцией.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере один вход состоит только из одного входа.

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что указанная конструкция содержит, по меньшей мере, либо лопасть, либо углубление.

6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что указанная конструкция имеет выступ, по меньшей мере, либо внутрь, либо наружу по отношению к стенке камеры.

7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что текучая смесь течет через камеру к выходу в направлении, изменяющемся в зависимости от отношения содержания желательной текучей смеси к нежелательной в составе текучей смеси.

8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что текучая смесь проходит более прямым путем от входа к выходу по мере повышения вязкости текучей смеси.

9. Система по п. 1, отличающаяся тем, что текучая смесь проходит более прямым путем от входа к выходу по мере снижения скорости текучей смеси.

10. Система по п. 1, отличающаяся тем, что текучая смесь проходит более прямым путем от входа к выходу по мере увеличения угла входа текучей смеси в камеру.

11. Система по п. 1, отличающаяся тем, что текучая смесь проходит более прямым путем от входа к выходу по мере повышения отношения содержания желательной текучей смеси к нежелательной в составе текучей смеси.

12. Система по п. 1, отличающаяся тем, что указанная конструкция повышает скорость потока текучей смеси в процессе прохождения текучей смеси от входа до выхода.

13. Система переменной сопротивляемости потоку, предназначенная для применения в подземной скважине, включающая:
проточную камеру, по которой проходит текучая смесь, причем камера имеет по существу цилиндрическую стенку;
по меньшей мере один вход, через который текучая смесь поступает в указанную камеру, причем этот вход пересекает указанную цилиндрическую стенку;
выход, через который текучая смесь выходит из камеры, причем этот выход расположен возле центра указанной камеры,
и по меньшей мере одну конструкцию, препятствующую круговому движению текучей смеси у выхода.

14. Система по п. 13, отличающаяся тем, что текучая смесь проходит через проточную камеру, когда эта проточная камера размещена в скважине.

15. Система по п. 13, отличающаяся тем, что указанная конструкция увеличивает степень противодействия круговому движению потока текучей смеси у выхода в ответ по меньшей мере на одно из следующих событий: а) снижение скорости текучей смеси, б) повышение вязкости текучей смеси, в) повышение отношения содержания желательной текучей смеси к нежелательной в составе текучей смеси, г) уменьшение угла входа текучей смеси в проточную камеру, и д) увеличение столкновения потока текучей смеси с конструкцией.

16. Система по п. 13, отличающаяся тем, что указанная конструкция имеет по меньшей мере одно отверстие, позволяющее потоку текучей смеси изменить направление и проходить более прямым путем от входа к выходу.

17. Система по п. 13, отличающаяся тем, что по меньшей мере один вход содержит по меньшей мере первый и второй входы, при этом первый вход направляет поток текучей смеси к выходу из камеры по более прямому пути, чем второй вход.

18. Система по п. 13, отличающаяся тем, что по меньшей мере один вход состоит только из одного входа.

19. Система по п. 13, отличающаяся тем, что указанная конструкция содержит, по меньшей мере, либо лопасть, либо углубление.

20. Система по п. 13, отличающаяся тем, что указанная конструкция выступает, по меньшей мере, либо внутрь, либо наружу по отношению к стенке камеры.

21. Система по п. 13, отличающаяся тем, что текучая смесь течет через камеру к выходу в направлении, изменяющемся в зависимости от отношения содержания желательной текучей смеси к нежелательной в составе текучей смеси.

22. Система по п. 13, отличающаяся тем, что текучая смесь проходит более прямым путем от входа к выходу по мере повышения вязкости текучей смеси.

23. Система по п. 13, отличающаяся тем, что текучая смесь проходит более прямым путем от входа к выходу по мере снижения скорости текучей смеси.

24. Система по п. 13, отличающаяся тем, что текучая смесь проходит более прямым путем от входа к выходу по мере увеличения угла входа текучей смеси в камеру.

25. Система по п. 13, отличающаяся тем, что текучая смесь проходит более прямым путем от входа к выходу по мере повышения отношения желательной текучей смеси к нежелательной в составе текучей смеси.

26. Система по п. 13, отличающаяся тем, что указанная конструкция снижает скорость потока текучей смеси при ее прохождении от входа до выхода.

27. Система переменной сопротивляемости потоку, предназначенная для применения в подземной скважине, включающая:
проточную камеру, имеющую по меньшей мере один вход, через который текучая смесь поступает в указанную камеру, выход, через который эта текучая смесь выходит из камеры, и по меньшей мере одну конструкцию, препятствующую изменению направления потока текучей смеси к выходу, при этом указанное направление потока текучей смеси к выходу изменяется в зависимости от отношения содержания желательной текучей смеси к нежелательной в составе текучей смеси.

28. Система по п. 27, отличающаяся тем, что указанная конструкция препятствует изменению кругового движения потока текучей смеси у выхода на радиальное движение к выходу.

29. Система по п. 27, отличающаяся тем, что указанная конструкция имеет по меньшей мере одно отверстие, позволяющее изменять круговое движение потока текучей смеси у выхода на радиальное движение к выходу.

30. Система по п. 29, отличающаяся тем, что указанное отверстие в конструкции позволяет потоку текучей смеси проходить к выходу более прямым путем.

31. Система по п. 27, отличающаяся тем, что текучая смесь поступает в камеру только через один вход.

32. Система по п. 27, отличающаяся тем, что указанная конструкция содержит, по меньшей мере, либо лопасть, либо углубление.

33. Система по п. 27, отличающаяся тем, что указанная конструкция имеет выступ, по меньшей мере, либо внутрь, либо наружу по отношению к стенке камеры.

34. Система по п. 27, отличающаяся тем, что текучая смесь проходит к выходу более прямым путем по мере повышения вязкости текучей смеси.

35. Система по п. 27, отличающаяся тем, что текучая смесь проходит к выходу более прямым путем по мере снижения скорости текучей смеси.

36. Система по п. 27, отличающаяся тем, что текучая смесь проходит к выходу более прямым путем по мере увеличения угла входа текучей смеси в камеру.

37. Система по п. 27, отличающаяся тем, что текучая смесь проходит к выходу более прямым путем по мере повышения отношения желательной текучей смеси к нежелательной в составе текучей смеси.

38. Система по п. 27, отличающаяся тем, что указанная конструкция увеличивает степень противодействия изменению кругового движения потока текучей смеси у выхода на радиальное движение к выходу по мере возникновения по меньшей мере одного из следующих обстоятельств: повышения скорости текучей смеси, снижения вязкости текучей смеси, уменьшения угла входа текучей смеси, снижения отношения желательной текучей смеси к нежелательной в составе текучей смеси и увеличения столкновения потока текучей смеси с конструкцией.

39. Система по п. 27, отличающаяся тем, что указанная конструкция сильнее способствует изменению кругового движения потока текучей смеси у выхода на радиальное движение к выходу по мере возникновения по меньшей мере одного из следующих обстоятельств: снижения скорости текучей смеси, повышения вязкости текучей смеси, увеличения угла входа текучей смеси, повышения отношения желательной текучей смеси к нежелательной в составе текучей смеси.

40. Система по п. 27, отличающаяся тем, что указанная конструкция повышает скорость текучей смеси в процессе ее прохождения к выходу.

41. Система по п. 27, отличающаяся тем, что указанная конструкция снижает скорость текучей смеси в процессе ее прохождения к выходу.

42. Система переменной сопротивляемости потоку, предназначенная для применения в подземной скважине, включающая:
переключатель протока, выбирающий множество путей потока, по которому пойдет основная часть текучей смеси, проходящей через этот переключатель, исходя из отношения содержания желательной текучей смеси к нежелательной в составе текучей смеси; и
проточную камеру, имеющую выход, первый вход, соединенный с первым из путей потока, второй вход, соединенный со вторым из путей потока, и по меньшей мере одну конструкцию, препятствующую радиальному потоку текучей смеси от второго входа к выходу в большей степени, чем эта конструкция препятствует радиальному потоку текучей смеси от первого входа к выходу.

43. Система по п. 42, отличающаяся тем, что указанная конструкция имеет по меньшей мере одно отверстие, позволяющее потоку текучей смеси изменить направление и проходить более прямым путем от первого входа к выходу.

44. Система по п. 42, отличающаяся тем, что первый вход направляет поток текучей смеси к выходу из камеры более прямым путем, чем второй вход.

45. Система по п. 42, отличающаяся тем, что указанная конструкция содержит, по меньшей мере, либо лопасть, либо углубление.

46. Система по п. 42, отличающаяся тем, что указанная конструкция выступает, по меньшей мере, либо внутрь, либо наружу по отношению к стенке камеры.

47. Система по п. 42, отличающаяся тем, что указанная конструкция вынуждает части потока текучей смеси, двигающиеся по кругу у выхода, продолжать круговое движение у выхода.

48. Система по п. 42, отличающаяся тем, что указанная конструкция увеличивает степень противодействия изменению кругового движения потока текучей смеси у выхода на радиальное движение к выходу в ответ по меньшей мере на одно из следующих событий: а) повышение скорости текучей смеси, б) снижение вязкости текучей смеси, в) снижение отношения содержания желательной текучей смеси к нежелательной в составе текучей смеси, г) уменьшение угла входа текучей смеси в проточную камеру, и д) увеличение столкновения потока текучей смеси с конструкцией.

49. Система по п. 42, отличающаяся тем, что конструкция в камере повышает скорость прохождения текучей смеси в процессе ее движения к выходу.