Устройство регулирования потока для установки в скважине (варианты) и способ регулирования потока

Устройство регулирования потока для установки в скважине (варианты) и способ регулирования потока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Данная заявка является частичным продолжением предшествующей заявки США 12/792146, поданной 2 июня 2010 года. Данная заявка также связана с предшествующей заявкой США 12/700685, поданной 4 февраля 2010 года, которая является частичным продолжением предшествующей заявки США 12/542695, поданной 18 августа 2009 года. Полные описания этих предшествующих заявок в настоящем документе заменены данной ссылкой.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к способам и оборудованию, применяемым в технологических процессах, связанных с подземной скважиной, и согласно описанному ниже варианту, в частности, к регулированию сопротивления потоку в подземной скважине.

Уровень техники

Важнейшей задачей при добыче углеводородов скважинным способом является эффективное регулирование потока флюидов, поступающих из геологического пласта в ствол скважины. При эффективном регулировании может быть решен ряд задач, в том числе предотвращение образования водяного и газового конусов, минимизация выноса песка, минимизация выноса воды и/или газа, предельное повышение эффективности добычи нефти и/или газа, эффективное распределение продуктивных зон и т.п.

Основная задача обычно заключается в обеспечении равномерной подачи воды, пара, газа и т.д. через нагнетательную скважину во множество зон для равномерного распределения углеводородов в геологическом пласте во избежание преждевременного прорыва закачанного флюида к стволу продуктивной скважины. Таким образом, оптимальное регулирование потоков флюидов, поступающих из ствола скважины в геологический пласт, также характеризуется полезным эффектом в отношении функционирования нагнетательных скважин.

Таким образом, понятно, что с учетом вышеизложенного для решения задачи эффективного регулирования сопротивления потоку флюида в скважине желательно предложить решение, характеризующееся усовершенствованным уровнем техники, которое также может быть полезным при других обстоятельствах.

Раскрытие изобретения

Ниже приведено описание предложенной системы регулирования сопротивления потоку, характеризующейся усовершенствованным уровнем техники в сфере регулирования потока флюида в скважине. Ниже описан один вариант, в котором сопротивление потоку многокомпонентного флюида увеличивается, если нежелательная характеристика многокомпонентного флюида достигает определенного порогового уровня. Ниже описан другой вариант, в котором сопротивление потоку, протекающему через систему, увеличивается при уменьшении отношения доли желательного флюида к доле нежелательного флюида в многокомпонентном флюиде.

Один аспект настоящего изобретения, обеспечивающий усовершенствование существующего уровня техники, состоит в создании системы регулирования сопротивления потоку для применения в подземных скважинах. Данная система может включать проточную камеру, через которую протекает многокомпонентный флюид. Камера содержит один или несколько входов, выход и одно или несколько приспособлений, препятствующих перенаправлению потока многокомпонентного флюида с круговой траектории, проходящей вокруг указанного выхода, на радиальную, проходящую к данному выходу.

Другой аспект настоящего изобретения состоит в том, что система регулирования сопротивления потоку для применения в подземной скважине может включать проточную камеру, через которую протекает многокомпонентный флюид. Камера содержит один или несколько входов, выход и одно или несколько приспособлений, препятствующих циркуляции потока многокомпонентного флюида вокруг указанного выхода.

Еще один аспект настоящего изобретения состоит в том, что система регулирования сопротивления потоку для применения в подземной скважине может включать проточную камеру, через которую в скважину поступает многокомпонентный флюид, причем камера содержит один или несколько входов, выход и одно или несколько приспособлений, препятствующих перенаправлению потока многокомпонентного флюида с круговой траектории, проходящей вокруг указанного выхода, на радиальную, проходящую к данному выходу.

Другой аспект настоящего изобретения состоит в том, что нижеописанная система регулирования сопротивления потоку может включать проточную камеру, содержащую выход и одно или несколько приспособлений, препятствующих перенаправлению потока многокомпонентного флюида к данному выходу. Направление поступающего в камеру потока многокомпонентного флюида изменяется в зависимости от отношения доли желательного флюида к доле нежелательного флюида в многокомпонентном флюиде.

Еще один аспект настоящего изобретения состоит в том, что предложенная система регулирования сопротивления потоку может содержать устройство перенаправления потока, которое в зависимости от отношения доли желательного флюида к доле нежелательного флюида в многокомпонентном флюиде пускает основной объем флюида по одной из множества траекторий. Система также включает проточную камеру, имеющую выход, первый вход, через который проходит первая из траекторий потока, второй вход, через который проходит вторая из траекторий потока, и одно или несколько приспособлений, препятствующих радиальному потоку многокомпонентного флюида, протекающему от второго входа к указанному выходу в большей степени, нежели радиальному потоку многокомпонентного флюида, протекающему от первого входа к указанному выходу.

В одном варианте устройство регулирования потока для установки в подземном стволе скважины может иметь внутреннюю поверхность, образующую внутреннюю камеру, причем внутренняя поверхность может включать боковую поверхность и противоположные торцевые поверхности, при этом наибольшее расстояние между противоположными торцевыми поверхностями меньше наибольшей протяженности противоположных торцевых поверхностей; первое отверстие в одной из торцевых поверхностей и второе отверстие во внутренней поверхности, отстоящее от первого отверстия, причем боковая поверхность предназначена для преобразования потока от второго отверстия в круговой поток, циркулирующий вокруг первого отверстия; и может далее иметь приспособление для изменения траектории потока, протекающего через внутреннюю камеру.

В другом варианте устройство регулирования потока для установки в подземном стволе скважины может включать цилиндроидальную камеру для приема поступающего через вход камеры потока и направления его к выходу камеры, причем наибольшая осевая протяженность цилиндроидальной камеры меньше наибольшей диаметральной протяженности цилиндроидальной камеры, при этом цилиндроидальная камера обеспечивает циркуляцию потока вокруг выхода камеры, а угол вращения зависит от характеристики входящего потока, протекающего через вход камеры, и может далее иметь приспособление для изменения траектории потока, протекающего через цилиндроидальную камеру.

Способ регулирования потока в подземном стволе скважины может включать прием потока цилиндроидальной камерой устройства регулирования потока в стволе скважины, причем цилиндроидальная камера содержит один или несколько входов, а наибольшая осевая протяженность цилиндроидальной камеры меньше наибольшей диаметральной протяженности цилиндроидальной камеры; направление потока посредством приспособления для изменения траектории потока в цилиндроидальной камере; обеспечение циркуляции потока, протекающего через цилиндроидальную камеру, вокруг выхода камеры, причем угол вращения зависит от характеристики входящего потока, протекающего через вход камеры.

Эти и другие признаки, преимущества и эффекты, понятные специалисту, следуют из подробного описания нижеприведенных вариантов осуществления изобретения и соответствующих чертежей, в которых одинаковые элементы на различных чертежах имеют одни и те же позиционные обозначения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 показывает схематическое изображение частичного поперечного разреза скважинной системы, которая может быть построена на основе принципов настоящего изобретения.

Фиг.2 показывает увеличенное схематическое изображение поперечного разреза скважинного фильтра и системы регулирования сопротивления потоку, которые могут применяться в скважинной системе, приведенной на фиг.1.

Фиг.3 показывает схематический «развернутый» вид сверху одной конфигурации системы регулирования сопротивления потоку в разрезе по линии 3-3, изображенной на фиг.2.

Фиг.4A и 4B показывают схематические виды сверху другой конфигурации проточной камеры системы регулирования сопротивления потоку.

Фиг.5 показывает схематический вид сверху еще одной конфигурации проточной камеры.

Фиг.6A и 6B показывают схематические виды сверху еще одной конфигурации системы регулирования сопротивления потоку.

Фиг.7A-7H показывают схематические поперечные разрезы различных конфигураций проточной камеры, причем разрезы на фиг.7A-7G сделаны по линии 7-7, изображенной на фиг.4B, а разрез на фиг.7H сделан по линии 7H-7H, изображенной на фиг.7G.

Фиг.7I и 7J показывают схематические перспективные виды конфигураций приспособлений, которые могут использоваться в проточной камере системы регулирования сопротивления потоку.

Фиг.8A-11 показывают схематические виды сверху дополнительных конфигураций проточной камеры.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показан пример скважинной системы 10, построенной на основе принципов настоящего изобретения. Как показано на фиг.1, ствол 12 скважины имеет в основном вертикальную необсаженную часть 14, проходящую вниз от обсадной трубы 16, а также в основном горизонтальную необсаженную часть 18, проходящую через геологический пласт 20.

В стволе 12 скважины устанавливается трубчатая колонна 22 (типа насосно-компрессорной колонны). В трубчатой колонне 22 во взаимном соединении находится множество фильтров 24, систем 25 регулирования сопротивления потоку и пакеров 26.

Пакеры 26 герметизируют кольцевое пространство 28, образованное в радиальном направлении между трубчатой колонной 22 и секцией 18 ствола скважины. При этом флюиды 30 могут поступать из множества интервалов или зон пласта 20 через изолированные между соседними пакерами 26 части кольцевого пространства 28.

Расположенные между каждыми двумя соседними пакерами 26 скважинный фильтр 24 и система 25 регулирования сопротивления потоку находятся во взаимном соединении с трубчатой колонной 22. В скважинном фильтре 24 происходит фильтрация флюидов 30, поступающих в трубчатую колонну 22 из кольцевого пространства 28. Система 25 регулирования сопротивления потоку оказывает ограничительное регулирующее воздействие на поток флюидов 30, поступающих в трубчатую колонну 22, в зависимости от определенных характеристик флюидов.

Необходимо отметить, что приведенная на чертежах и описанная в данном документе скважинная система 10 является всего лишь частным примером из множества скважинных систем, в которых могут быть применены принципы настоящего изобретения. Следует четко понимать, что принципы настоящего изобретения ни в коей мере не ограничиваются какими-либо особенностями скважинной системы 10 или ее элементами, приведенными на чертежах или описанными в настоящем документе.

Например, в рамках принципов данного изобретения ствол 12 скважины может не иметь в основном вертикальной части 14 или в основном горизонтальной части 18, а флюиды 30 могут не только извлекаться из пласта 20, но и, в других вариантах, могут нагнетаться в пласт, а также могут как нагнетаться в пласт, так и извлекаться из пласта и т.д.

Любой скважинный фильтр 24 и любая система 25 регулирования сопротивления потоку могут не располагаться между каждыми двумя соседними пакерами 26. Каждая отдельно взятая система 25 регулирования сопротивления потоку может не соединяться с отдельно взятым скважинным фильтром 24. Может использоваться любое количество, любая конфигурация и/или любое сочетание этих элементов.

Любая система 25 регулирования сопротивления потоку может не использоваться со скважинным фильтром 24. Например, при нагнетании флюида он может протекать через систему 25 регулирования сопротивления потоку, но при этом может не протекать через скважинный фильтр 24.

Необсаженные части 14, 18 ствола 12 скважины могут не содержать скважинные фильтры 24, системы 25 регулирования сопротивления потоку, пакеры 26 и любые другие элементы трубчатой колонны 22. Согласно принципам настоящего изобретения, любая часть ствола 12 скважины может быть обсадной или необсаженной, а любая часть трубчатой колонны 22 может располагаться в обсадной или необсаженной части ствола скважины.

Таким образом, следует четко понимать, что данное изобретение описывает создание и применение конкретных вариантов осуществления изобретения, но принципы настоящего изобретения не ограничиваются какими-либо особенностями этих вариантов. Напротив, принципы данного изобретения могут воплощаться во множестве других вариантов, построенных на основе информации, содержащейся в настоящем изобретении.

Специалистам понятно, что полезный эффект состоит в возможности регулирования потока флюидов 30, поступающих в трубчатую колонну 22 из каждой зоны пласта 20, например, для предотвращения образования в пласте водяного конуса 32 или газового конуса 34. Настоящий способ регулирования потока в скважине может использоваться для следующих целей (но не ограничивается этими целями): эффективное распределение зон для извлечения (или нагнетания) флюидов, минимизация выноса или нагнетания нежелательных флюидов, предельное повышение эффективности добычи или нагнетания желательных флюидов и т.п.

Варианты систем 25 регулирования сопротивления потоку, подробно описанные ниже, могут обеспечивать эти полезные эффекты путем увеличения сопротивления потоку при превышении определенного уровня скорости флюидов (например, для распределения потока между зонами, для предотвращения образования водяных или газовых конусов и т.д.), путем увеличения сопротивления потоку при падении вязкости или плотности флюидов ниже определенного уровня (например, для ограничения в нефтяной скважине потока нежелательного флюида, такого как вода или газ) и/или путем увеличения сопротивления потоку при превышении определенного уровня вязкости или плотности флюида (например, для минимизации нагнетания воды в паронагнетательную скважину).

Желательность или нежелательность флюида обуславливается целью производимой операции по извлечению или нагнетанию флюида. Например, если из скважины предполагается извлекать нефть, а не воду или газ, следовательно, нефть является желательным флюидом, а вода и газ - нежелательными флюидами. Если из скважины предполагается извлекать газ, а не воду или нефть, следовательно, газ является желательным флюидом, а вода и нефть - нежелательными флюидами. Если в пласт предполагается нагнетать пар, а не воду, следовательно, пар является желательным флюидом, а вода - нежелательным флюидом.

Необходимо отметить, что при уровнях температуры и давления в скважине газообразные углеводороды могут фактически находиться в полностью или частично жидкой фазе. Таким образом, следует понимать, что при использовании в данном документе слов «газ» и «газообразный» (с учетом их парадигм) в эти понятия входят сверхкритическая, жидкая и/или газообразная фазы вещества.

В варианте осуществления изобретения со ссылкой на фиг.2, на которой показан пример увеличенного изображения поперечного разреза одной из систем 25 регулирования сопротивления потоку и части одного из скважинных фильтров 24, многокомпонентный флюид 36 (который может включать один или несколько флюидов, таких как нефть и вода, жидкая вода и парообразная вода, нефть и газ, газ и вода, нефть, вода и газ и т.п.) поступает в скважинный фильтр 24, где проходит фильтрацию, и затем поступает на вход 38 системы 25 регулирования сопротивления потоку.

Многокомпонентный флюид может содержать один или несколько желательных или нежелательных флюидов. Многокомпонентный флюид может содержать воду и водяной пар. В другом варианте многокомпонентный флюид может содержать нефть, воду и/или газ.

Протекание многокомпонентного флюида 36 через систему 25 регулирования сопротивления потоку ограничивается в зависимости от одной или нескольких характеристик (таких как плотность, вязкость, скорость и др.) многокомпонентного флюида. Затем многокомпонентный флюид 36 выводится из системы 25 регулирования сопротивления потоку внутрь трубчатой колонны 22 через выход 40.

В других вариантах совместно с системой 25 регулирования сопротивления потоку скважинный фильтр 24 может не использоваться (например, при нагнетательных операциях); многокомпонентный флюид 36 может протекать через различные элементы скважинной системы 10 в противоположном направлении (например, при нагнетательных операциях); совместно с множеством скважинных фильтров может использоваться единственная система регулирования сопротивления потоку; совместно с одним или несколькими скважинными фильтрами может использоваться несколько систем регулирования сопротивления потоку; многокомпонентный флюид может извлекаться не из кольцевого пространства или трубчатой колонны, а из других областей скважины и подаваться не в кольцевое пространство или трубчатую колонну, а в другие области скважины; многокомпонентный флюид может протекать через систему регулирования сопротивлением потоку до попадания в скважинный фильтр; со скважинным фильтром и/или с системой регулирования сопротивления потоку со стороны входа или выхода могут находиться во взаимном соединении прочие компоненты и т.д. Таким образом, понятно, что принципы настоящего изобретения ни в коей степени не ограничиваются особенностями варианта, приведенного на фиг.2 и описанного в данном документе.

Несмотря на то, что скважинный фильтр 24, приведенный на фиг.2, известен специалистам и является фильтром с проволочной обмоткой, в других вариантах могут применяться фильтры иных типов и их сочетания (например, спеченный металлический фильтр, расширяемый фильтр, фильтр с набивкой, проволочная сетка и др.). Кроме того, при необходимости, могут использоваться дополнительные компоненты (защитные кожухи, трубчатые перемычки, кабели, измерительные средства, датчики, регуляторы притока и т.д.).

На фиг.2 приведено упрощенное изображение системы 25 регулирования сопротивления потоку, при этом, как подробно описано ниже, в предпочтительном варианте осуществления изобретения система может содержать различные каналы и устройства для выполнения разных функций. Кроме того, система 25 предпочтительно проходит в окружном направлении вокруг трубчатой колонны 22 или данная система может быть встроена в стенку трубчатой конструкции, являющейся частью трубчатой колонны и находящейся с ней во взаимном соединении.

В других вариантах система 25 может не проходить в окружном направлении вокруг трубчатой колонны или не быть встроенной в стенку трубчатой конструкции. Например, система 25 может быть сформирована в плоской конструкции и т.д. Система 25 может находиться в отдельной оболочке, прикрепленной к трубчатой колонне 22, или иметь такую ориентацию, при которой ось выхода 40 параллельна оси трубчатой колонны. Система 25 может находиться на каротажном кабеле или прикрепляться к устройству, имеющему нетрубчатую форму. Принципы данного изобретения могут быть воплощены при любой возможной ориентации или конфигурации системы 25.

На фиг.3 показан подробный разрез одного варианта системы 25. Система 25 изображена как бы «развернутой» на плоскости в окружном направлении.

Как сказано выше, многокомпонентный флюид 36 поступает в систему 25 через вход 38 и вытекает из нее через выход 40. Сопротивление потоку многокомпонентного флюида, протекающему через систему 25, регулируется в зависимости от одной или нескольких характеристик многокомпонентного флюида. Система 25, показанная на фиг.3, в общих чертах аналогична системе, показанной на фиг.23 предшествующей заявки 12/700685, ссылка на которую приведена выше в данном документе.

В варианте, изображенном на фиг.3, многокомпонентный флюид 36 изначально протекает через несколько каналов 42, 44, 46, 48, которые направляют многокомпонентный флюид 36 к двум устройствам 50, 52 перенаправления потока. Устройство 50 пускает основной поток флюида из каналов 44, 46, 48 по одной из двух траекторий 54, 56 протекания потока, а второе устройство 52 пускает основной поток флюида из каналов 42, 46, 48 по одной из двух траекторий 58, 60.

Канал 44 по своей конструкции оказывает большее сопротивление протеканию флюидов с повышенной вязкостью. Чем выше вязкость флюидов, протекающих через канал 44, тем большее сопротивление оказывается их протеканию.

Используемое в данном документе слово «вязкость» (с учетом его парадигмы) характеризует реологические свойства вещества, включающие его кинематическую вязкость, предел текучести, вязкопластичность, поверхностное натяжение, смачивающую способность и прочее.

Например, канал 44 может иметь относительно небольшую площадь сечения потока, данный канал может способствовать протеканию флюида по извилистой траектории, для увеличения сопротивления потоку флюида с повышенной вязкостью могут использоваться шероховатые поверхности или приспособления, препятствующие протеканию потока и т.п. При этом флюид с относительно низкой вязкостью может протекать через канал 44 при сравнительно малом сопротивлении его потоку.

Флюид, протекающий через канал 44, поступает в управляющий канал 64 устройства 50 перенаправления потока. На конце управляющего канала 64 имеется управляющее отверстие 66 с уменьшенной площадью сечения для увеличения скорости флюида, вытекающего из управляющего канала.

Канал 48 оказывает сопротивление потоку, практически не зависящее от вязкости протекающих через него флюидов, но при этом оказывает возрастающее сопротивление потоку флюидов, имеющих большую скорость и/или высокую плотность. Потоку флюидов, протекающих с большой скоростью через канал 48, может оказываться возрастающее сопротивление, величина которого, тем не менее, меньше сопротивления, оказываемого потоку этих флюидов, протекающих через канал 44.

В варианте, приведенном на фиг.3, флюид, протекающий через канал 48, перед попаданием в управляющий канал 68 устройства 50 перенаправления потока попадает в «циклонную» камеру 62. Камера 62 называется «циклонной», так как в данном случае она имеет цилиндрическую форму с выходом, расположенным в ее центре, а многокомпонентный флюид 36 под действием разницы давлений между выходом и входом двигается в данной камере по спирали с увеличивающейся скоростью по мере приближения к этому выходу. В других вариантах могут использоваться один или несколько таких компонентов как сопла, трубы Вентури, конусы и т.п.

На конце управляющего канала 68 имеется управляющее отверстие 70 с уменьшенной площадью сечения потока для увеличения скорости флюида, вытекающего из управляющего канала 68.

Понятно, что чем выше вязкость многокомпонентного потока 36, тем больше доля многокомпонентного флюида, протекающего через канал 48, управляющий канал 68 и управляющее отверстие 70 (вследствие большего сопротивления потоку флюида с высокой вязкостью, протекающего через канал 44, по сравнению с сопротивлением потоку, протекающему через канал 48 и циклонную камеру 62), а чем ниже вязкость многокомпонентного потока, тем больше доля многокомпонентного флюида, протекающего через канал 44, управляющий канал 64 и управляющее отверстие 66.

Флюид, протекающий через канал 46, также протекает через циклонную камеру 72, которая может быть похожей на циклонную камеру 62 (однако в предпочтительном варианте циклонная камера 72 оказывает меньшее сопротивление протекающему через нее потоку, нежели циклонная камера 62), после чего поступает в центральный канал 74. Циклонная камера 72 используется для «согласования общего сопротивления» с целью балансировки потоков, протекающих через каналы 44, 46, 48.

Следует отметить, что для достижения желаемых эффектов геометрические размеры и прочие характеристики различных компонентов системы 25 должны быть выбраны соответствующим образом. В варианте, показанном на фиг.3, желаемый эффект от действия устройства 50 перенаправления потока заключается в том, что поток основного объема многокомпонентного флюида 36, протекающего через каналы 44, 46, 48, направляется по траектории 54, если многокомпонентный флюид характеризуется существенно большим значением отношения доли желательного флюида к доле нежелательного флюида.

В этом случае желательным флюидом является нефть, так ее вязкость выше, нежели вязкость воды или газа, поэтому при существенно большой доле нефти в многокомпонентном флюиде 36 основной объем многокомпонентного флюида 36, поступающего в устройство 50 перенаправления потока, пускается по траектории 54, а не по траектории 56. Такой результат достигается благодаря вытеканию флюида из управляющего отверстия 70 с большей интенсивностью или с большей скоростью, нежели у флюида, вытекающего из другого управляющего отверстия 66, что способствует пуску большей части флюида, вытекающего из каналов 64, 68, 74, по траектории 54.

Если вязкость многокомпонентного флюида 36 не достаточно высока (при этом отношение доли желательного флюида к доле нежелательного флюида ниже определенного уровня), основной объем многокомпонентного флюида 36, поступающего в устройство 50 перенаправления потока, пускается по траектории 56, а не по траектории 54. Такой результат достигается благодаря вытеканию флюида из управляющего отверстия 66 с большей интенсивностью или с большей скоростью, нежели у флюида, вытекающего из другого управляющего отверстия 70, что способствует пуску большей части флюида, вытекающего из каналов 64, 68, 74, по траектории 56.

Понятно, что при соответствующей конфигурации каналов 44, 46, 48, управляющих каналов 64, 68, управляющих отверстий 66, 70, циклонных камер 62, 72 и т.д. заданное отношение доли желательного флюида к доле нежелательного флюида в многокомпонентном флюиде 36, при котором устройство 50 пускает основной объем флюида по одной из траекторий 54 или 56, может быть любым.

По траекториям 54, 56 флюид направляется к соответствующим управляющим каналам 76, 78 второго устройства 52 перенаправления потока. На концах управляющих каналов 76, 78 находятся управляющие отверстия 80, 82. Из канала 42 флюид поступает в центральный канал 75.

Устройство 52 перенаправления потока действует аналогично устройству 50 перенаправления потока, при этом флюид, поступающий в устройство 52 через каналы 75, 76, 78, направляется по одной из траекторий 58, 60, причем выбор траектории обуславливается долей флюида, вытекающего из управляющих отверстий 80, 82. При протекании флюида через управляющее отверстие 80 с большей интенсивностью или с большей скоростью, нежели у флюида, протекающего через управляющее отверстие 82, основной объем многокомпонентного флюида 36 пускается по траектории 60. При протекании флюида через управляющее отверстие 82 с большей интенсивностью или с большей скоростью, нежели у флюида, протекающего через управляющее отверстие 80, основной объем многокомпонентного флюида 36 пускается по траектории 58.

Хотя в варианте системы 25 на фиг.3 приведены два устройства 50, 52 перенаправления потока, понятно, что для воплощения принципов изобретения может использоваться любое количество устройств перенаправления потока (в том числе одно). Устройства 50, 52, показанные на фиг.3, известны специалистам и являются струйными усилителями потока, однако, согласно принципам настоящего изобретения могут использоваться устройства перенаправления потока других типов (например, усилители потока нагнетательного типа, переключатели потока с двумя состояниями, пропорциональные усилители потока и др.).

Флюид, протекающий по траектории 58, поступает в проточную камеру 84 через вход 86, направляющий флюид в камеру в основном по касательной (например, камера 84 по форме напоминает цилиндр, а вход 86 ориентирован по касательной к боковой поверхности цилиндра). В результате, как схематически показано стрелкой 90 на фиг.3, флюид в камере 84 двигается по спирали и, в конечном итоге, вытекает через выход 40.

Флюид, протекающий по траектории 60, поступает в проточную камеру 84 через вход 88, направляющий флюид в большей степени прямо к выходу 40 (например, как схематически показано стрелкой 92 на фиг.3, в радиальном направлении). Понятно, что при протекании потока флюида, направленного в большей степени прямо к выходу 40, по сравнению с потоком флюида, направленным в меньшей степени прямо к данному выходу, при одинаковой скорости этих потоков расходуется меньше энергии.

Таким образом, протекание многокомпонентного флюида 36 в большей степени прямо к выходу 40 характеризуется меньшим сопротивлением, и наоборот, протекание многокомпонентного флюида 36 в меньшей степени прямо к выходу 40 характеризуется большим сопротивлением. Соответственно, при рассмотрении процессов, происходящих до выхода 40, поступление основного объема многокомпонентного флюида 36 в камеру 84 по траектории 60 через вход 88 характеризуется меньшим сопротивлением.

Если флюид выходит из управляющего отверстия 80 с большей интенсивностью или с большей скоростью, нежели флюид, выходящий из управляющего отверстия 82, основной объем флюида 36 протекает по траектории 60. Если основной объем флюида, выходящего из каналов 64, 68, 74, протекает по траектории 54, большая часть флюида вытекает из управляющего отверстия 80.

Если флюид выходит из управляющего отверстия 70 с большей интенсивностью или с большей скоростью, нежели флюид, выходящий из управляющего отверстия 66, основной объем флюида 36, выходящего из каналов 64, 68, 74, протекает по траектории 54. Если вязкость многокомпонентного флюида 36 превышает определенный уровень, большая часть флюида выходит из управляющего отверстия 70.

Таким образом, при повышенной вязкости многокомпонентного флюида 36 (и большем отношении доли желательного флюида к доле нежелательного флюида) потоку, протекающему через систему 25, оказывается меньшее сопротивление. При пониженной вязкости многокомпонентного флюида 36 потоку, протекающему через систему 25, оказывается большее сопротивление.

Потоку многокомпонентного флюида 36, в меньшей степени направленному прямо к выходу 40 (см. направление стрелки 90 на фиг.3), оказывается большее сопротивление. Таким образом, потоку оказывается большее сопротивление, если основной объем многокомпонентного флюида 36 поступает в камеру 84 по траектории 58 через вход 86.

Если флюид выходит из управляющего отверстия 82 с большей интенсивностью или с большей скоростью, нежели флюид, выходящий из управляющего отверстия 80, основной объем флюида 36 протекает по траектории 58. Если основной объем флюида, выходящего из каналов 64, 68, 74, протекает по траектории 56, а не по траектории 54, большая часть флюида выходит из управляющего отверстия 82.

Если флюид выходит из управляющего отверстия 66 с большей интенсивностью или с большей скоростью, нежели флюид, выходящий из управляющего отверстия 70, основной объем флюида, выходящего из каналов 64, 68, 74, протекает по траектории 56. Если вязкость многокомпонентного флюида 36 ниже определенного уровня, большая часть флюида выходит из управляющего отверстия 66.

Как описано выше, в силу своей конструкции система 25 оказывает меньшее сопротивление потоку многокомпонентного флюида 36 с повышенной вязкостью и оказывает большее сопротивление потоку многокомпонентного флюида с пониженной вязкостью. Это характеризуется полезным эффектом при регулировании потока с пропусканием потока флюида с высокой вязкостью и ограничением потока флюида с низкой вязкостью (например, для извлечения в большей степени нефти и в меньшей степени воды и газа).

Если желательно пропускать поток флюида с низкой вязкостью и ограничивать поток флюида с высокой вязкостью (например, для извлечения в большей степени газа и в меньшей степени воды или для нагнетания в большей степени пара и в меньшей степени воды), система 25 может быть просто переконфигурирована. Например, входы 86, 88 необходимо поменять местами, при этом флюид, протекающий по траектории 58, должен направляться на вход 88, а флюид, протекающий по траектории 60, должен направляться на вход 86.

На фиг.4A и 4B приведен пример другой конфигурации проточной камеры 84, показанной отдельно от остальной части системы 25 регулирования сопротивления потоку. Проточная камера 84, изображенная на фиг.4A и 4B, в целом аналогична проточной камере, приведенной на фиг.3, а ее отличие состоит в том, что в данном случае камера содержит одно или несколько приспособлений 94. Как показано на фиг.4A и 4B, приспособление 94 может рассматриваться как единый блок, имеющий одно или несколько отверстий или один или несколько разрывов 96, а также как множество приспособлений, разделенных разрывами или отверстиями.

Приспособление 94 способствует циркуляции в камере 84 любой части многокомпонентного флюида 36, протекающего внутри камеры 84 по круговой траектории и имеющего относительно большую скорость, высокую плотность или низкую вязкость, при этом один или несколько разрывов 96 способствуют протеканию в большей степени прямого потока многокомпонентного флюида от входа 88 к выходу 40. Таким образом, если многокомпонентный флюид 36 поступает в камеру 84 через другой вход 86, он изначально циркулирует в ней вокруг выхода 40, а приспособление 94 при увеличении скорости и/или плотности многокомпонентного флюида и/или при уменьшении вязкости многокомпонентного флюида препятствует или оказывает возрастающее сопротивление изменению направления потока многокомпонентного флюида и его протеканию напрямую к выходу. При этом разрывы 96 способствуют формированию спиралевидной траектории движения многокомпонентного флюида к выходу 40.

На фиг.4A показано, что через вход 86 в камеру 84 поступает многокомпонентный флюид 36 с относительно большой скоростью, низкой вязкостью и/или высокой плотностью. Некоторый объем многокомпонентного флюида 36 также может поступать в камеру 84 через вход 88, но в данном варианте фактически основной объем многокомпонентного флюида протекает через вход 86 и при этом изначально направляется в камеру 84 по касательной (например, под нулевым углом к касательной к наружной окружности проточной камеры).

При поступлении в камеру 84 многокомпонентный флюид 36 изначально циркулирует вокруг выхода 40. На протяжении большей части траектории его движения вокруг выхода 40 приспособление 94 предотвращает или по меньшей мере препятствует перенаправлению потока многокомпонентного флюида 36 на радиальную траекторию протекания к данному выходу. При этом через разрывы 96 постепенно пропускаются части многокомпонентного флюида 36, двигающиеся по спирали радиально внутрь к выходу 40.

На фиг.4B показано, что через вход 88 в камеру 84 поступает многокомпонентный флюид 36 с относительно малой скоростью, высокой вязкостью и/или низкой плотностью. Некоторый объем многокомпонентного флюида 36 также может поступать в камеру 84 через вход 86, но в данном варианте фактически основной объем многокомпонентного флюида протекает через вход 88 и при этом направляется в камеру 84 радиально (например, под углом 90 градусов к касательной к наружной окружности проточной камеры).

Многокомпонентный флюид 36 проходит через один из разрывов 96 напрямую от входа 88 к выходу 40. Таким образом, в данном варианте приспособление 94 не оказывает существенного сопротивления или не препятствует радиальному потоку многокомпонентного флюида 36 к выходу 40.

При возникновении ситуации, при которой часть многокомпонентного потока 36 с относительно малой скоростью, высокой вязкостью и/или низкой плотностью должна циркулировать вокруг выхода 40, как показано на фиг.4B, разрывы 96 позволяют многокомпонентному флюиду быстро изменить траекторию потока и перенаправляют его в большей степени прямо к выходу. Действительно, при увеличении вязкости многокомпонентного флюида или при уменьшении плотности или скорости многокомпонентного флюида приспособления 94 оказывают возрастающее сопротивление круговому пот