СИСТЕМА И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРИТОКА СКВАЖИННОГО ФЛЮИДА, А ТАКЖЕ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОТОКА ФЛЮИДА Российский патент 2022 года по МПК E21B43/12 E21B34/08 E21B43/08 

Уровень техники

Во многих применениях углеводородных скважин скважинные колонны насосно-компрессорных труб содержат узлы песчаного фильтра для фильтрации приточного скважинного флюида. Узлы песочного фильтра могут быть установлены вокруг основной трубы и расположены в зонах скважины вдоль ствола скважины. Множество устройств регулирования притока может использоваться для регулирования потока скважинного флюида, протекающего во внутреннюю часть основной трубы в зонах скважины, распределенных вдоль ствола скважины. Устройства регулирования притока могут использоваться для выравнивания притока флюида в основную трубу, а также могут помочь задержать прорыв нежелательных флюидов в основную трубу. Тем не менее, существующие устройства регулирования притока имеют ограничения в отношении выравнивания притока и ограничения прорыва некоторых нежелательных флюидов, например, многофазных флюидов, когда такие флюиды протекают в узлы песчаного фильтра.

Сущность изобретения

В целом, предложены система и методология для облегчения усовершенствованного регулирования приточных флюидов. В соответствии с вариантам осуществления устройство регулирования притока улучшает способность задерживать или предотвращать прорыв нежелательных флюидов, например, газа и/или воды, которые могут содержаться в многофазных флюидах, а также ограничивать приток нежелательного флюида в случае прорыва. В качестве примера одно или более устройств регулирования притока могут использоваться во взаимодействии с узлом фильтра или узлами фильтра колонны насосно-компрессорных труб, размещенной в стволе скважины. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления устройства регулирования притока могут использоваться вдоль насосно-компрессорных труб для заканчивания без песчаных фильтров. Устройство регулирования притока может содержать корпус, определяющий камеру, имеющую первый конец и второй конец. Кроме того, устройство регулирования притока содержит по меньшей мере один впускной канал, расположенный на первом конце и имеющий контур, который обеспечивает требуемое воздействие на приточный флюид в зависимости от типа флюида. (Тип флюида может варьироваться в зависимости от вязкости флюида, плотности флюида или других характеристик флюида). В качестве примера, контур может иметь размер поперечного сечения, который изменяется для обеспечения увеличивающейся площади поперечного сечения. Расширяющаяся площадь поперечного сечения может иметь форму конуса или другую расширяющуюся форму. В некоторых вариантах осуществления впускное отверстие впускного канала может иметь закругленный край, например, для создания сначала уменьшающейся, а затем увеличивающейся площади поперечного сечения вдоль впускного канала.

Согласно первому объекту настоящего изобретения создана система регулирования притока скважинного флюида, содержащая:

колонну насосно-компрессорных труб, размещенную в стволе скважины, причем колонна насосно-компрессорных труб содержит основную трубу, множество узлов фильтра, расположенных вокруг основной трубы, и множество устройств регулирования притока, расположенных вдоль основной трубы, во взаимодействии с множеством узлов фильтра для регулирования потока флюида, протекающего во внутреннюю часть основной трубы, при этом каждое устройство регулирования притока содержит:

- корпус, определяющий камеру, имеющую первый конец, второй конец и длину, вдоль которой уменьшается площадь поперечного сечения камеры, причем камера является конической;

- выпускное отверстие, расположенное на втором конце камеры, при этом выпускное отверстие сообщается с внутренней частью основной трубы; и

- по меньшей мере один впускной канал, сообщающийся с камерой, причем по меньшей мере один впускной канал имеет размер поперечного сечения, который увеличивается при перемещении от впускного отверстия по меньшей мере одного впускного канала к выпускному отверстию по меньшей мере одного впускного канала, при этом по меньшей мере один впускной канал выполнен с возможностью, в ответ на поступление флюида, закачки потока в камеру рядом с первым концом камеры таким образом, что внутри камеры создается поток флюида, который вращается и перемещается в направлении вдоль длины камеры к выпускному отверстию.

Предпочтительно, впускное отверстие имеет закругленный край.

Предпочтительно, по меньшей мере один впускной канал содержит по меньшей мере одно, выбранное из группы, состоящей из секции конического диффузора и пары впускных каналов, смещенных относительно друг друга, чтобы облегчить вращение потока флюида в камере.

Предпочтительно, каждый впускной канал запирает поток флюида, протекающий в камеру, когда флюид представляет собой многофазный флюид с заданным процентным содержанием газа и/или воды.

Согласно второму объекту настоящего изобретения создана система регулирования потока флюида, содержащая:

устройство регулирования притока, содержащее:

- корпус, определяющий камеру, имеющую первый конец, второй конец и длину, вдоль которой уменьшается площадь поперечного сечения камеры, причем камера является конической;

- выпускное отверстие, расположенное на втором конце камеры; и

- множество впускных каналов, сообщающихся с камерой, при этом каждый впускной канал имеет контур с размером поперечного сечения, который увеличивается при перемещении от впускного отверстия к выпускному отверстию впускного канала, причем каждый впускной канал выполнен с возможностью, в ответ на поступление флюида, закачки потока в камеру рядом с первым концом камеры таким образом, что внутри камеры создается поток флюида, который вращается и перемещается в направлении вдоль длины камеры к выпускному отверстию, при этом контур имеет форму, подходящую для увеличения сопротивления потоку при наличии определенных типов флюидов.

Предпочтительно, впускное отверстие имеет закругленный край, при этом каждый впускной канал содержит секцию конического диффузора.

Предпочтительно, впускные каналы смещены относительно друг друга, чтобы облегчить вращение потока флюида в камере.

Предпочтительно, система дополнительно содержит узел песчаного фильтра, расположенный вокруг основной трубы, причем устройство регулирования притока расположено на основной трубе таким образом, что выпускное отверстие сообщается с внутренней частью основной трубы.

Согласно третьему объекту настоящего изобретения создан способ регулирования притока скважинного флюида, включающий:

расположение множества устройств регулирования притока вдоль скважинной колонны насосно-компрессорных труб;

формирование каждого устройства регулирования притока с корпусом, определяющим камеру, имеющую первый конец, второй конец и длину, вдоль которой уменьшается площадь поперечного сечения камеры; выпускным отверстием, расположенным на втором конце камеры, причем выпускное отверстие сообщается с внутренней частью скважинной колонны насосно-компрессорных труб; и множеством впускных каналов, сообщающихся с камерой;

обеспечение каждого впускного канала с размером поперечного сечения, который увеличивается при перемещении от впускного отверстия к выпускному отверстию впускного канала; и

ориентацию каждого впускного канала для закачки поступившего флюида в камеру рядом с первым концом камеры таким образом, что внутри камеры создается поток флюида, который вращается и перемещается в направлении вдоль длины камеры к выпускному отверстию.

Предпочтительно, способ дополнительно включает:

формирование впускного отверстия каждого впускного канала с закругленным краем; и

обеспечение каждого впускного канала расширяющейся секцией конического диффузора ниже по потоку от закругленного края.

Тем не менее, многие модификации возможны без существенного отступления от идей настоящего изобретения. Соответственно, такие модификации предназначены для включения в объем настоящего изобретения, определенный в формуле изобретения.

Краткое описание чертежей

Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения далее в настоящем документе будут описаны со ссылкой на прилагаемые графические материалы, в которых одинаковые позиционные обозначения обозначают одинаковые элементы. Однако следует понимать, что прилагаемые фигуры показывают различные варианты реализации, описанные в настоящем документе, и не предназначены для ограничения объема различных технологий, описанных в настоящем документе; на чертежах:

фиг. 1 - схематическое изображение системы скважины, содержащей скважинную колонну насосно-компрессорных труб, содержащую узлы фильтра, размещенные в отклоненной секции, например, горизонтальной секции, ствола скважины, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 2 - вид с частичным разрезом примера одного из узлов фильтра, показанных на фиг. 1, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 3 - вид в поперечном сечении примера устройства регулирования притока в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 4 - вид в осевом поперечном сечении устройства регулирования притока, показанного на фиг. 3, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 5 - вид в осевом поперечном сечении другого примера устройства регулирования притока в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 6 - графическое изображение, показывающее различные рабочие характеристики устройств регулирования притока в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 7 - графическое изображение, сравнивающее объемную долю нежелательного флюида (например, объемную долю газа и/или объемную долю воды) с плотностью смеси флюида, движущегося через устройства регулирования притока, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; и

фиг. 8 - другой пример устройства регулирования притока, обладающего различными характеристиками регулирования потока флюида, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

В последующем описании изложены многочисленные подробности, чтобы обеспечить понимание некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения. Тем не менее, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что указанная система и/или методология могут быть реализованы на практике без этих подробностей и что возможны многочисленные вариации или модификации описанных вариантов осуществления.

Настоящее изобретение в целом относится к системе и методологии, которые способствуют улучшенному регулированию потока флюида, например, в различных скважинных применениях. В соответствии с вариантами осуществления устройство регулирования притока улучшает способность задерживать или предотвращать прорыв нежелательных флюидов, таких как газ и/или вода, которые могут содержаться в многофазных флюидах. Устройство регулирования притока может также уменьшить приток нежелательного флюида в случае прорыва. В скважинном применении одно или более устройств регулирования притока могут использоваться во взаимодействии с узлом фильтра или узлами фильтра колонны насосно-компрессорных труб, размещенной в стволе скважины. Например, скважинный флюид может течь из пласта в ствол скважины в заданной зоне скважины. Скважинный флюид продолжает протекать в узел фильтра, а затем через устройство регулирования притока во внутреннюю часть основной трубы колонны насосно-компрессорных труб для доставки в место сбора.

Каждое устройство регулирования притока может содержать корпус, определяющий камеру, через которую протекает флюид, причем камера имеет первый конец и второй конец. Кроме того, устройство регулирования притока содержит по меньшей мере один впускной канал, расположенный на первом конце и имеющий контур, например, изменяющийся размер поперечного сечения, который обеспечивает требуемое воздействие на приточный флюид в зависимости от типа флюида, например, в зависимости от вязкости флюида. Например, размер поперечного сечения может обеспечивать расширяющуюся площадь поперечного сечения. Расширяющаяся площадь поперечного сечения может иметь форму конуса или другую расширяющуюся форму. В некоторых вариантах осуществления впускное отверстие впускного канала может иметь закругленный край, например, для создания сначала уменьшающейся, а затем увеличивающейся площади поперечного сечения вдоль впускного канала.

Устройства регулирования притока могут использоваться в разнообразном скважинном оборудовании для заканчивания скважины и скважинных применениях. Например, устройства регулирования притока могут использоваться в скважинных эксплуатационных секциях для выравнивания истощения потока в горизонтальных скважинах. В таких скважинах образование конуса границы раздела нефть/вода и/или нефть/газ может привести к преждевременному прорыву «нежелательных флюидов», например, газа и/или воды, в определенных зонах.

Прорыв газа и/или воды может быть нежелательным по ряду причин. Например, газ и вода могут играть важную роль, когда они остаются на месте в окружающем пласте. Из-за своей высокой сжимаемости газ может обладать высокой накопленной энергией, которая может служить движущей силой для вытеснения нефти в пласте. С другой стороны, вода помогает поднимать нефть и доставлять ее в ствол скважины.

Газ и/или вода обладают относительно высокой подвижностью, что может привести к их прорыву в различных секциях оборудования для заканчивания, а это, в свою очередь, может уменьшить «толчок» нефти в пласте. Варианты осуществления устройств регулирования притока, описанные в настоящем документе, могут использоваться для ограничения нежелательного прорыва газа в оборудование для заканчивания. К тому же, варианты осуществления устройств регулирования притока могут быть выполнены для использования в обеспечении сопротивления потоку при столкновении с многофазными флюидами и/или однофазными флюидами.

Поскольку и вода, и газ обладают более низкой вязкостью, чем нефть, эти флюиды могут протекать через пласт с меньшим сопротивлением, чем нефть, в тех же или аналогичных пластовых условиях. Следовательно, вода и/или газ могут начать преобладать в объемной доле получаемой смеси, что создает дополнительную нагрузку на системы рециркуляции и наземные сепараторы. Это может привести к преждевременному отказу от эксплуатации частично истощенных пластов с относительно большим процентным содержанием недобытой нефти. Тем не менее, устройства регулирования притока можно использовать вдоль скважинной колонны насосно-компрессорных труб, например, вдоль скважинного оборудования для заканчивания скважины, чтобы выровнять добычу между зонами или секциями скважинной колонны насосно-компрессорных труб для различных типов приточного флюида. Следовательно, увеличивается процентное содержание нефти, которую можно добыть.

В пористых пластовых средах сопротивление потоку флюида линейно зависит от вязкости и скорости, как изложено в законе Дарси. Тем не менее, устройства регулирования притока могут быть выполнены с возможностью генерирования турбулентного струйного потока, который делает сопротивление потоку почти независимым от вязкости и пропорциональным плотности, умноженной на квадрат скорости потока (согласно уравнению Бернулли). В результате, если прорыв газа и/или воды происходит в заданной секции скважинной колонны насосно-компрессорных труб, поток в этой секции гидродинамически «запирается» соответствующим устройством регулирования притока с сопротивлением, пропорциональным квадрату скорости потока. Таким образом, отдельные устройства регулирования притока способны запирать флюиды с низкой вязкостью, такие как газ и/или вода, обеспечивая при этом более низкое сопротивление флюидам с более высокой вязкостью, таким как сырая нефть.

Варианты осуществления устройств регулирования притока, описанные в настоящем документе, предназначены для повышения и улучшения возможности регулирования притока нежелательных флюидов, например, газа и/или воды, чтобы, таким образом, продлить период эксплуатации скважины и повысить добычу нефти. Устройства регулирования притока могут быть выполнены с возможностью автономной работы и работы в течение длительных периодов времени без электропитания и без связи с поверхностью. Во многих применениях устройства регулирования притока имеют размеры, подходящие для кольцевого пространства между основной трубой и фильтром соответствующего узла фильтра.

Как более подробно описано ниже, устройства регулирования притока могут быть «настроены» для обеспечения требуемых эффектов регулирования потока. Например, впускные каналы устройства регулирования притока могут быть выполнены с соответствующими формами, чтобы обеспечить повышенное сопротивление потоку в случае определенных многофазных флюидов. Такие устройства можно использовать для того, чтобы начать запирать приток газа и/или воды при меньших объемных долях нежелательного флюида во время притока многофазных смесей.

В целом, как показано на фиг. 1, скважинная система 20 содержит ствол 22 скважины, имеющий наклонную секцию 24 ствола скважины, проходящую в пласт 26, содержащий углеводородные флюиды. В зависимости от применения ствол 22 скважины может содержать одну или более наклонных секций 24 ствола скважины, например, горизонтальные секции ствола скважины, которые могут быть обсажены или не обсажены. В показанном примере колонна 28 насосно-компрессорных труб размещена в забое ствола 22 скважины и содержит скважинное оборудование 30 для заканчивания скважины, размещенное в отклоненной, например, горизонтальной, секции 24 ствола скважины.

Скважинное оборудование 30 для заканчивания скважины может быть выполнено с возможностью облегчения добычи скважинных флюидов и/или закачки флюидов. В качестве примера, скважинное оборудование 30 для заканчивания скважины может содержать по меньшей мере один узел 32 фильтра, например, множество узлов 32 фильтра. Каждый узел 32 фильтра может содержать песочный фильтр 34, через который флюид может поступать в соответствующий узел 32 фильтра для добычи с доставкой в подходящее место, например, место на поверхности. Например, флюиды углеводородной скважины могут протекать из пласта 26 в ствол 22 скважины и в узлы 32 фильтра через песчаные фильтры 34. В некоторых вариантах осуществления скважинное оборудование 30 для заканчивания скважины также может содержать множество пакеров 36, которые могут использоваться для изоляции секций или зон 38 вдоль ствола 22 скважины.

В целом, как показано на фиг. 2, пример одного из узлов 32 фильтра включает песчаный фильтр 34, проходящий в продольном направлении от сплошной секции 40. Песчаный фильтр 34 и соответствующая сплошная секция 40 могут иметь кольцевую форму и располагаться вокруг основной трубы 42, создавая таким образом между ними кольцевое пространство 44. Песчаный фильтр 34 и сплошная секция 40 могут быть прикреплены к основной трубе 42 на концах крепления или с помощью других подходящих механизмов крепления для установки песчаного фильтра 34 и сплошной секции 40 вокруг основной трубы 42. Основная труба 42 может содержать секции, которые соединены между собой для формирования всего скважинного оборудования 30 для заканчивания скважины с множеством узлов 32 фильтра.

Устройство 46 регулирования притока может быть расположено вдоль основной трубы 42 на каждом узле 32 фильтра. Тем не менее, в зависимости от параметров заданной операции добычи или другой операции, связанной с работой в скважине, могут использоваться другие количества и компоновки устройств 46 регулирования притока. Например, каждое устройство 46 регулирования притока может сообщаться с каналом 48 основной трубы, проходящим во внутреннюю часть 50 основной трубы 42. Таким образом, устройство 46 регулирования притока может использоваться для регулирования потока между кольцевым пространством 44 и внутренней частью 50 основной трубы 42. В некоторых вариантах осуществления устройства 46 регулирования притока могут использоваться вдоль насосно-компрессорных труб для заканчивания без песчаных фильтров для аналогичного регулирования потока флюида во внутреннюю часть насосно-компрессорных труб для заканчивания.

В соответствии с примером устройство 46 регулирования притока может быть установлено в кольцевом пространстве 44 и расположено таким образом, что флюид, протекающий в соответствующий узел 32 фильтра через песчаный фильтр 34, протекает через устройство 46 регулирования притока перед поступлением во внутреннюю часть 50 основной трубы 42. Флюид, поступающий во внутреннюю часть 50, может быть доставлен в требуемое место сбора.

В целом в соответствии с фиг. 3 схематичный пример устройства 46 регулирования притока показан в поперечном сечении. Кроме того, на фиг. 4 представлено схематичное изображение того же устройства 46 регулирования притока в осевом поперечном сечении. В соответствии с показанным вариантом осуществления устройство 46 регулирования притока содержит корпус 52, определяющий камеру 54, которая может иметь область 55 с уменьшающейся площадью поперечного сечения вдоль длины между первым концом 56 и вторым концом 58. В качестве примера, камера 54 может быть конической, например, иметь форму усеченного конуса с уменьшением площади поперечного сечения вдоль продольной оси 60, проходящей от первого конца 56 до второго конца 58.

Устройство 46 регулирования притока дополнительно содержит выпускное отверстие 62, расположенное на втором конце 58 камеры 54. Выпускное отверстие 62 гидравлически сообщается с каналом 48 основной трубы и, таким образом, с внутренней частью 50 основной трубы 42. Кроме того, устройство 46 регулирования притока содержит по меньшей мере один впускной канал 64, например, множество впускных каналов 64, расположенных на первом конце 56 камеры 54. В показанном примере два впускных канала 64 расположены рядом с первым концом 56.

По меньшей мере один впускной канал 64 имеет размер поперечного сечения и выполнен с возможностью закачки потока флюида, например, струи флюида, в камеру 54 на первом конце 56, когда флюид течет через впускной канал 64 в камеру 54. Каждый впускной канал 64 выполнен с возможностью закачки флюида в камеру 54 таким образом, что внутри камеры 54 создается поток флюида, который вращается и перемещается в направлении вдоль длины камеры 54 к выпускному отверстию 62, как обозначено стрелками 66. В качестве примера, выпускное отверстие 62 может быть ориентировано по одной линии с осью 60, так что флюид, выпускаемый через выпускное отверстие 62 в направлении стрелки 68, перемещается в канал 48 основной трубы, а затем во внутреннюю часть 50 основной трубы.

Тем не менее, впускной канал(-ы) 64 может быть ориентирован в поперечном направлении относительно оси 60, как показано, чтобы облегчить вращательное и поступательное движение флюида, обозначенное стрелками 66. Кроме того, впускные каналы 64 могут быть смещены относительно оси 60 и относительно друг друга, как показано. Расположение со смещением впускных каналов 64 дополнительно облегчает инициирование вращательного движения флюида, когда флюид перемещается вдоль камеры 54.

Для достижения требуемых эффектов в отношении сопротивления потоку определенных типов флюидов, протекающих через устройство 46 регулирования притока, формы впускных каналов 64 могут быть «настроены» таким образом, чтобы ограничивать приток определенных флюидов, например, многофазных флюидов, имеющих заданную долю/процентное содержание газа и/или воды. Например, каждый впускной канал 64 может иметь форму в соответствии с контуром 69, имеющим увеличивающуюся площадь поперечного сечения в направлении потока флюида.

С дополнительной ссылкой на фиг. 5 показан вариант осуществления устройства 46 регулирования притока, в котором каждый впускной канал 64 имеет размер поперечного сечения, который увеличивается при перемещении от впускного отверстия 68 к выпускному отверстию 70 впускного канала 64. Например, контур 69 впускного канала 64 может быть сформирован в коническую форму с расширяющейся площадью поперечного сечения при перемещении от впускного отверстия 68 к выпускному отверстию 70. Расширение площади поперечного сечения особенно полезно для ограничения притока многофазных смесей флюидов, содержащих фазу низкой плотности, например, газ и/или воду.

Что касается многофазных смесей, таким смесям присуще значительное поверхностное натяжение в скважинных условиях, и в первичной фазе в них образуются капли или пузырьки вторичной фазы. Образование капель/пузырьков приводит к разделению фаз во вращающихся потоках в камере 54. Разделение фаз эффективно повышает коэффициент расхода смеси по сравнению с характеристиками однородного потока. Коэффициент расхода можно получить с помощью следующего уравнения:

, (1)

где Q - объемный расход; А - площадь поперечного сечения; ρ_mix - плотность смеси; а Δp - падение давления.

Плотность многофазного потока в настоящем уравнении (1) представляет плотность однородной смеси:

. (2)

В последнем уравнении α_o, α_w и α_g представляют собой объемные доли соответственно свободных нефтяной, водной и газовой фаз; ρ_o - плотность свободного масла; ρ_w - плотность воды; ρ_g - плотность газовых фаз. За счет формирования впускных каналов 64 с увеличивающейся площадью поперечного сечения флюид становится более однородным внутри устройства 46 регулирования притока.

В соответствии с вариантом осуществления используют пару впускных каналов 64, и каждый впускной канал 64 может быть выполнен в виде конического диффузора 72 с расширяющейся площадью поперечного сечения. Кроме того, впускные каналы 64 ориентированы в направлениях, противоположных друг другу, с заданным смещением относительно друг друга на противоположных сторонах оси 60, как показано на фиг. 5. Смещение помогает обеспечить завихряющийся поток в камере 54 при поступлении многофазного флюида через впускные каналы 64. Завихряющийся поток внутри устройства 46 регулирования притока отделяет жидкость и образует жидкую пленку вдоль стенок камеры 54. Затем жидкая пленка повторно захватывается поступающим многофазным флюидом, протекающим через конические диффузоры 72 впускных каналов 64, таким образом делая смесь эффективно более тяжелой. В результате этого в случае газовых смесей создается более высокая потеря давления, и в случае таких многофазных смесей достигается требуемое ограничение потока.

Как графически показано на фиг. 6, конические диффузоры 72 начинают реагировать на наличие газа и/или воды при низких объемных долях нежелательного флюида (UFVF), и они сохраняют это преимущество вплоть до UFVF, равного приблизительно 1 (см. линию 74 графика). Для сравнения, график на фиг. 6 также содержит линию 76 графика, которая показывает пример коэффициента C_d, когда поток флюида движется по впускным каналам, которые имеют цилиндрическую форму, а не показанные расширяющиеся конические формы. Пример устройств регулирования притока, в которых используются цилиндрические впускные отверстия, можно найти в родственной заявке на патент США 2016/0160616 А1, содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки. Для дальнейшего сравнения, использование простых отверстий вместо впускных каналов 64 привело бы к относительно постоянному C_d, составляющему приблизительно 1,0. Следует отметить, что конические диффузоры 72/впускные каналы 64 также предназначены для ограничения притока флюида с процентным содержанием воды, например, высокой обводненностью.

Как дополнительно показано на графике на фиг. 7, противоположные смещенные конические диффузоры 72 впускных каналов 64 делают более постепенным уменьшение плотности смеси с ростом объемной доли газа (GVF), т. е. поток является более однородным (см. линию 78 графика). Для сравнения, график на фиг. 7 также содержит линию 80 графика, которая показывает пример изменений плотности смеси, когда поток флюида движется по впускным каналам, которые имеют цилиндрическую форму, а не показанные расширяющиеся конические формы. Аналогичная тенденция наблюдается в отношении вязкости смеси.

Следует отметить, что контуры и формы впускных каналов 64 можно регулировать для достижения различных эффектов в отношении регулирования притока нежелательных флюидов. В целом в соответствии с фиг. 8, например, показан вариант осуществления, в котором во впускном отверстии 68 каждого впускного канала 64 предусмотрен закругленный край 82. Было обнаружено, что острые края впускного отверстия могут создавать так называемый эффект «местного сужения потока», который в некоторых случаях может снизить производительность устройства.

В показанном варианте осуществления закругленный край 82 впускного отверстия 68 объединен с коническим диффузором 72 для образования впускного канала 64 типа Вентури. Другими словами, каждый впускной канал 64 выполнен таким образом, что имеет площадь поперечного сечения, которая сначала постепенно уменьшается, а затем увеличивается в направлении потока флюида. Закругленные края 82 создают контур 69, который постепенно направляет протекающий флюид в уменьшенную площадь поперечного сечения до того, как площадь поперечного сечения увеличится, когда флюид протекает вдоль части конического диффузора 72 впускного канала 64. Использование закругленных краев 82 в сочетании с коническими диффузорами 72 помогает устройству 46 регулирования притока сопротивляться как потоку многофазных флюидов, когда доля или процентное содержание газа (или воды) поднимается выше заданного уровня, так и потоку нежелательного однофазного флюида, например, газа и/или воды.

Во многих скважинных эксплуатационных применениях скважинное оборудование для заканчивания скважины вызывает прорыв нежелательного флюида в виде многофазной смеси, протекающей через устройство, с фазами, которые имеют тенденцию к разделению. Использование противоположных конических диффузоров 72 вдоль впускных каналов 64 для создания противоположных впускных струй с небольшим смещением хорошо срабатывает в случае ограничения притока нежелательных многофазных смесей. По сути, конические диффузоры 72 гомогенизируют смесь флюидов внутри устройства 46 регулирования притока путем повторной закачки разделенных фаз обратно в смесь.

Как обсуждалось выше со ссылкой на фиг. 6, конические диффузоры 72 позволяют устройству 46 регулирования притока начать реагировать на наличие газа и/или воды на ранних этапах прорыва, когда доля газа относительно мала. Устройство 46 регулирования притока способно поддерживать это сопротивление притоку газа и/или воды, когда процентное содержание газа увеличивается почти до 100%, как показано значением 1 на горизонтальной оси графика на фиг. 6. Впускные края 82 могут использоваться для обеспечения эффективного сопротивления газу и/или воде, когда содержание газа и/или воды высокое, например, когда смесь флюида представляет собой одну фазу или приближается к одной фазе. Во многих применениях по добыче нефти очень желательна возможность автоматического запирания газа и/или воды при более низких значениях UFVF.

Следует отметить, что контур расширяющейся площади поперечного сечения каждого впускного канала 64 можно регулировать для обеспечения требуемых эффектов в зависимости от типов нежелательных флюидов и скважинных условий для заданной операции. Впускные каналы 64 каждого устройства 46 регулирования притока можно регулировать, чтобы содействовать регулированию добычи воды и/или газа. Аналогично, размер и форму камеры 54 можно регулировать в зависимости от параметров заданной операции.

Форма, размер и контур впускных каналов 64 также могут быть выбраны для ограничения потока нежелательных флюидов на основании различных свойств флюидов или комбинаций свойств флюидов. Примеры таких свойств флюидов включают вязкость, плотность, скорость потока или другие свойства приточного флюида. Тип флюида, который является желательным или нежелательным, также можно изменять в зависимости от параметров заданной скважинной операции. Конфигурацию устройств 46 регулирования притока можно соответственно регулировать.

Несмотря на то, что выше подробно описаны несколько вариантов осуществления настоящего изобретения, специалисты в данной области техники легко поймут, что возможно множество модификаций без существенного отступления от идей настоящего изобретения. Соответственно, такие модификации входят в объем настоящего изобретения, определенный в формуле изобретения.

Группа изобретений относится к системе и способу регулирования притока скважинного флюида. Система содержит колонну насосно-компрессорных труб (НКТ). При этом колонна НКТ размещена в стволе скважины, причем колонна НКТ содержит основную трубу, множество узлов фильтра, расположенных вокруг основной трубы, и множество устройств регулирования притока, расположенных вдоль основной трубы, во взаимодействии с множеством узлов фильтра для регулирования потока флюида, протекающего во внутреннюю часть основной трубы. При этом каждое устройство регулирования притока содержит корпус, выпускное отверстие и по меньшей мере один впускной канал. Корпус определяет камеру, имеющую первый конец, второй конец и длину, вдоль которой уменьшается площадь поперечного сечения камеры. Причем камера является конической. Выпускное отверстие расположено на втором конце камеры. При этом выпускное отверстие сообщается с внутренней частью основной трубы. По меньшей мере один впускной канал сообщается с камерой. Причем по меньшей мере один впускной канал имеет размер поперечного сечения, который увеличивается при перемещении от впускного отверстия по меньшей мере одного впускного канала к выпускному отверстию по меньшей мере одного впускного канала. При этом по меньшей мере один впускной канал выполнен с возможностью, в ответ на поступление флюида, закачки потока в камеру рядом с первым концом камеры таким образом, что внутри камеры создается поток флюида, который вращается и перемещается в направлении вдоль длины камеры к выпускному отверстию. Техническим результатом является повышение эффективности регулирования притока скважинного флюида. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Система регулирования притока скважинного флюида, содержащая:

колонну насосно-компрессорных труб, размещенную в стволе скважины, причем колонна насосно-компрессорных труб содержит основную трубу, множество узлов фильтра, расположенных вокруг основной трубы, и множество устройств регулирования притока, расположенных вдоль основной трубы, во взаимодействии с множеством узлов фильтра для регулирования потока флюида, протекающего во внутреннюю часть основной трубы, при этом каждое устройство регулирования притока содержит:

- корпус, определяющий камеру, имеющую первый конец, второй конец и длину, вдоль которой уменьшается площадь поперечного сечения камеры, причем камера является конической;

- выпускное отверстие, расположенное на втором конце камеры, при этом выпускное отверстие сообщается с внутренней частью основной трубы; и

- по меньшей мере один впускной канал, сообщающийся с камерой, причем по меньшей мере один впускной канал имеет размер поперечного сечения, который увеличивается при перемещении от впускного отверстия по меньшей мере одного впускного канала к выпускному отверстию по меньшей мере одного впускного канала, при этом по меньшей мере один впускной канал выполнен с возможностью, в ответ на поступление флюида, закачки потока в камеру рядом с первым концом камеры таким образом, что внутри камеры создается поток флюида, который вращается и перемещается в направлении вдоль длины камеры к выпускному отверстию.

2. Система по п. 1, в которой впускное отверстие имеет закругленный край.

3. Система по п. 1, в которой по меньшей мере один впускной канал содержит по меньшей мере одно, выбранное из группы, состоящей из секции конического диффузора и пары впускных каналов, смещенных относительно друг друга, чтобы облегчить вращение потока флюида в камере.

4. Система по п. 1, в которой каждый впускной канал запирает поток флюида, протекающий в камеру, когда флюид представляет собой многофазный флюид с заданным процентным содержанием газа и/или воды.

5. Система регулирования потока флюида, содержащая

устройство регулирования притока, содержащее:

- корпус, определяющий камеру, имеющую первый конец, второй конец и длину, вдоль которой уменьшается площадь поперечного сечения камеры, причем камера является конической;

- выпускное отверстие, расположенное на втором конце камеры; и

- множество впускных каналов, сообщающихся с камерой, при этом каждый впускной канал имеет контур с размером поперечного сечения, который увеличивается при перемещении от впускного отверстия к выпускному отверстию впускного канала, причем каждый впускной канал выполнен с возможностью, в ответ на поступление флюида, закачки потока в камеру рядом с первым концом камеры таким образом, что внутри камеры создается поток флюида, который вращается и перемещается в направлении вдоль длины камеры к выпускному отверстию, при этом контур впускного канала имеет форму, подходящую для увеличения сопротивления потоку при наличии определенных типов флюидов.

6. Система по п. 5, в которой впускное отверстие имеет закругленный край, при этом каждый впускной канал содержит секцию конического диффузора.

7. Система по п. 5, в которой впускные каналы смещены относительно друг друга, чтобы облегчить вращение потока флюида в камере.

8. Система по п. 5, дополнительно содержащая узел песчаного фильтра, расположенный вокруг основной трубы, причем устройство регулирования притока расположено на основной трубе таким образом, что выпускное отверстие сообщается с внутренней частью основной трубы.

9. Способ регулирования притока скважинного флюида, включающий:

расположение множества устройств регулирования притока вдоль скважинной колонны насосно-компрессорных труб;

формирование каждого устройства регулирования притока с корпусом, определяющим камеру, имеющую первый конец, второй конец и длину, вдоль которой уменьшается площадь поперечного сечения камеры; выпускным отверстием, расположенным на втором конце камеры, причем выпускное отверстие сообщается с внутренней частью скважинной колонны насосно-компрессорных труб; и множеством впускных каналов, сообщающихся с камерой;

обеспечение каждого впускного канала с размером поперечного сечения, который увеличивается при перемещении от впускного отверстия к выпускному отверстию впускного канала; и

ориентацию каждого впускного канала для закачки поступившего флюида в камеру рядом с первым концом камеры таким образом, что внутри камеры создается поток флюида, который вращается и перемещается в направлении вдоль длины камеры к выпускному отверстию.

10. Способ по п. 9, дополнительно включающий:

формирование впускного отверстия каждого впускного канала с закругленным краем; и

обеспечение каждого впускного канала расширяющейся секцией конического диффузора ниже по потоку от закругленного края.