Устройство регулирования потока для существенного уменьшения потока флюида, когда его характеристика находится в заданном диапазоне

Устройство регулирования потока для существенного уменьшения потока флюида, когда его характеристика находится в заданном диапазоне

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение в целом относится к устройствам и способам регулирования потока текучей среды (флюида), поступающей из пласта в эксплуатационную колонну скважины.

Уровень техники

Углеводороды, такие как нефть и газ, добывают из подземных месторождений с использованием скважин, пробуренных в продуктивный пласт. В некоторых случаях скважины заканчивают путем установки обсадной колонны по длине скважины и перфорирования обсадных труб, прилегающих к каждой эксплуатационной зоне (зоне, содержащей углеводороды), случаях скважина может эксплуатироваться без обсадных труб (необсаженная скважина). Для регулирования потока флюидов в скважину в ней устанавливают одно или несколько устройств регулирования притока. Эти устройства регулирования потока и эксплуатационные зоны обычно отделяют друг от друга путем установки между ними пакеров. Флюид из каждой эксплуатационной зоны поступает в скважину и затем в лифтовую колонну, которая проходит до самой поверхности. Желательно, чтобы вдоль эксплуатационной зоны обеспечивался примерно равномерный поток флюида. Неравномерное поступление может приводить к возникновению нежелательных состояний, таких как газовый или водяной конус. Например, в случае нефтяной скважины газовый конус может приводить к поступлению газа в скважину, в результате чего может произойти значительное снижение добычи нефти. Аналогично, водяной конус может приводить к поступлению воды в поток добываемой нефти, в результате чего снижается объем добываемой нефти и ее качество.

Для извлечения флюидов из эксплуатационных зон в них часто бурят наклонные или горизонтальные скважины. Вдоль такой скважины на некотором расстоянии друг от друга устанавливают несколько устройств регулирования притока для извлечения пластового флюида или для закачивания флюида в пласт. Флюиды в пластах часто представляют собой слой нефти, слой воды ниже нефти и слой газа над нефтью. Горизонтальные эксплуатационные скважины обычно располагаются выше слоя воды. Границы между слоями нефти, воды и газа могут изменяться по всей длине горизонтальной скважины. Кроме того, некоторые характеристики пласта, такие как пористость и проницаемость, также могут изменяться по длине скважины. Поэтому флюид между пластом и скважиной может протекать через устройства регулирования притока неравномерно. Для эксплуатационных скважин необходимо иметь сравнительно равномерный поток добываемого флюида в скважину, а также необходимо подавлять поток воды и газа, проходящий через каждое устройство регулирования притока. Для регулирования потока флюида из пласта в скважину используются активные регулирующие устройства. Такие устройства достаточно дороги и содержат движущиеся части, которые требуют технического обслуживания и могут быть недостаточно надежными в течение всего срока эксплуатации скважины. Поэтому существует потребность в пассивных устройствах регулирования притока, которые способны ограничивать поток воды и газа в скважину.

В настоящем изобретении предлагаются пассивные устройства регулирования притока (УРП), которые могут ограничивать поток флюидов с заданными вязкостями и плотностями и поддерживать примерно постоянный поток флюидов, имеющих требуемые вязкости и плотности.

Сущность изобретения

В настоящем изобретении предлагается устройство регулирования потока для управления потоком флюида между пластом и скважиной, содержащее зону прохода потока, на которой обеспечивается существенное повышение падения давления, когда величина выбранной характеристики флюида находится в первом диапазоне, и поддерживание постоянной величины падения давления, когда величина выбранной характеристики флюида находится во втором диапазоне, причем зона прохода потока включает секции (ступени), каждая из которых содержит впускное и выпускное отверстия, между которыми образован извилистый путь потока (лабиринт), имеющий продольную и радиальную составляющие, так что обеспечивается проход потока по извилистому пути каждой секции зоны прохода потока.

В частных вариантах осуществления выбранной характеристикой является вязкость и первый диапазон включает вязкости, величины которых менее примерно 10 сП, а второй диапазон включает вязкости, величины которых превышают примерно 10 сП; или выбранной характеристикой является плотность и первый диапазон включает плотности, величины которых превышают примерно 8,33 фунт/галлон, а второй диапазон включает плотности, величины которых менее примерно 8,33 фунт/галлон.

Извилистый путь обеспечивает падение давления на зоне прохода потока, причем падение давления на одном извилистом пути изменяется в соответствии с изменением величины выбранной характеристики флюида, которая находится в первом диапазоне; или извилистый путь включает остроконечный изгиб, и падение давления возле остроконечного изгиба изменяется в соответствии с изменением величины выбранной характеристики флюида, которая находится в первом диапазоне.

Зона прохода потока характеризуется смещением h между впускным и выпускным отверстиями, размером d выпускного отверстия и размером х между впускным и выпускным отверстиями в продольном направлении, причем величина h в 4-6 раза больше величины d; или величина h/x больше величины d/h.

Зона прохода потока может содержать z-образный проход для потока флюида или s-образный проход для потока флюида, или проход для потока флюида, содержащий круговую часть и остроконечный изгиб.

В настоящем изобретении также предлагается устройство регулирования потока для управления потоком флюида между пластом и скважиной, содержащее зону прохода потока, обеспечивающую увеличение коэффициента эффективности, по существу, экспоненциально, когда число Рейнольдса флюида изменяется в первом диапазоне, и оставление его, по существу, постоянным, когда число Рейнольдса флюида находится во втором диапазоне, причем зона прохода потока включает секции, каждая из которых содержит впускное и выпускное отверстия, между которыми образован один извилистый путь потока, имеющий продольную и радиальную составляющие, так что обеспечивается проход потока по извилистому пути каждой секции зоны прохода потока.

В частных вариантах осуществления первый диапазон соответствует флюиду, содержащему в основном воду или газ, а второй диапазон соответствует флюиду, содержащему в основном добываемую нефть.

Каждая секция вносит вклад в увеличение коэффициента эффективности, когда число Рейнольдса изменяется в первом диапазоне.

Извилистый путь вызывает турбулентности в потоке флюида в зависимости от содержания воды или газа во флюиде, и эти турбулентности изменяют эффективную площадь поперечного сечения для прохождения флюида возле выпускного отверстия.

В настоящем изобретении также предлагается устройство для использования в скважине, содержащее:

устройство регулирования содержания песка, предназначенное для снижения содержания твердых частиц в пластовом флюиде, проходящем через устройство регулирования содержания песка; и

устройство регулирования потока, предназначенное для приема пластового флюида из устройства регулирования содержания песка, причем устройство регулирования потока включает зону прохода потока, обеспечивающую существенное повышение величины выбранного параметра, относящегося к зоне прохода потока, когда величина выбранной характеристики флюида находится в первом диапазоне, и поддержание, по существу, постоянной величины выбранного параметра, когда величина выбранной характеристики флюида находится во втором диапазоне, причем зона прохода потока включает секции, каждая из которых содержит впускное и выпускное отверстия, между которыми образован извилистый путь потока, имеющий продольную и радиальную составляющие, так что обеспечивается проход потока по извилистому пути каждой секции зоны прохода потока.

В частных вариантах осуществления выбранный параметр является вязкостью флюида или плотностью флюида, или коэффициентом эффективности для флюида.

В настоящем изобретении также предлагается эксплуатационная система скважины, содержащая:

лифтовую колонну в скважине;

устройство регулирования содержания песка, расположенное снаружи колонны и предназначенное для снижения содержания твердых частиц в пластовом флюиде, поступающем в колонну; и

устройство регулирования потока, предназначенное для приема пластового флюида из устройства регулирования содержания песка, причем устройство регулирования потока включает зону прохода потока, обеспечивающую существенное повышение величины выбранного параметра зоны прохода потока, когда величина выбранной характеристики флюида находится в первом диапазоне, и поддерживание, по существу, постоянной величины выбранного параметра, когда величина выбранной характеристики флюида находится во втором диапазоне, причем зона прохода потока включает секции, каждая из которых содержит впускное и выпускное отверстия, между которыми образован извилистый путь потока, имеющий продольную и радиальную составляющие, так что обеспечивается проход потока по извилистому пути каждой секции зоны прохода потока.

Способ получения устройства регулирования потока для использования в скважине для регулирования потока флюида из пласта в скважину может включать шаги, на которых определяют расход флюида для устройства регулирования притока; выбирают геометрические характеристики зоны прохода устройства регулирования потока, достаточные для обеспечения падения давления на зоне прохода, которое существенно выше для флюидов, имеющих вязкости или плотности, величины которых находятся в первом диапазоне, по сравнению с флюидами, имеющими вязкости или плотности, величины которых находятся во втором диапазоне, для заданного расхода; и формируют устройство регулирования потока, имеющее выбранные геометрические характеристики.

В изобретении может использоваться машиночитаемый носитель, к которому может иметь доступ процессор для выполнения команд программы, которая записана на машиночитаемом носителе и может содержать: а) команды считывания расхода для устройства регулирования потока флюида; б) команды считывания первых геометрических характеристик для зоны прохода устройства регулирования притока, сформированного на трубчатом элементе, причем зона прохода содержит впускное отверстие, выпускное отверстие и извилистый лабиринт между входным и выходным отверстиями, сконфигурированный для создания турбулентности потока флюида между впускным и выпускным отверстиями, достаточной для уменьшения эффективной площади поперечного сечения выпускного отверстия, в результате чего обеспечивается падение давления на выпускном отверстии, которое существенно выше для флюидов, имеющих вязкости или плотности, величины которых находятся в первом диапазоне, по сравнению с флюидами, имеющими вязкости или плотности, величины которых находятся во втором диапазоне, для заданного расхода; в) команды расчета падений давления на выпускном отверстии в соответствии с первыми геометрическими характеристиками для множества вязкостей или плотностей флюидов; г) команды определения приемлемости падений давлений, полученных в результате расчетов; д) команды выбора других геометрических характеристик, если расчетные падения давления неприемлемы; и е) команды повторения стадий б) и в) с использованием других геометрических характеристик, пока расчетные падения давления не станут приемлемыми; и ж) команды записи геометрических характеристик, для которых получены приемлемые падения давления.

Краткое описание чертежей

Другие преимущества и аспекты настоящего изобретения будут также понятны специалистам из нижеследующего описания и прилагаемых чертежей, на которых одинаковые или сходные элементы указаны одинаковыми ссылочными обозначениями, и на которых показано:

на фиг. 1 - схематический вид вертикальной проекции многозонной скважины, в которой установлена эксплуатационная колонна, содержащая несколько УРП, размещенных в заданных местах по ее длине;

на фиг. 2 - график зависимости падения давления от вязкости флюида для некоторых типов известных устройств регулирования потока, а также необходимого падения давления для устройства регулирования потока проходящей через него воды;

на фиг. 3 - график требуемой зависимости между числом Рейнольдса и коэффициентом падения давления для устройства регулирования потока проходящей через него воды;

на фиг. 4 - вид изометрической проекции устройства регулирования потока, включающего устройство фильтрации зернистого материала и пассивного устройства регулирования потока по одному из вариантов осуществления изобретения;

на фиг. 5 - схема конструкции прохода для потока или канал для потока в устройстве регулирования потока по одному из вариантов осуществления изобретения;

на фиг. 6 - схема потока, представляющая собой результаты моделирования скорости потока воды для многосекционного (многоступенчатого) канала для потока, показанного на фиг. 5;

на фиг. 7 - схема потока, представляющая собой результаты моделирования скорости потока нефти с вязкостью 189 сП для многосекционного канала для потока, показанного на фиг. 5;

на фиг. 8 - график падения давления в зависимости от вязкости для дроссельного устройства, спирального устройства, комбинированного устройства (результаты получены в лабораторных испытаниях), а также график необходимого падения давления для устройства регулирования потока проходящей через него воды;

на фиг. 9 - вид в перспективе устройства регулирования потока по одному из вариантов осуществления изобретения;

на фиг. 10 - виды проходов для потока флюида в каналах устройства регулирования потока, показанного на фиг. 9;

фиг. 11 - вид канала для потока, который может использоваться в устройстве регулирования потока по одному из вариантов осуществления изобретения;

фиг. 12 - вид другого канала для потока, который может использоваться в устройстве регулирования потока по другому варианту осуществления изобретения;

фиг. 13 - вид еще одного канала для потока, который может использоваться в устройстве регулирования притока еще по одному варианту осуществления изобретения;

фиг. 14 - вид еще одного канала для потока, который может использоваться в устройстве регулирования притока еще по одному варианту осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение относится к устройствам и способам управления потоком пластовых флюидов в скважине. В нижеприведенном описании рассматриваются некоторые варианты устройства и способов по настоящему изобретению, которые иллюстрируются на прилагаемых чертежах и представляют собой примеры осуществления изобретения, причем объем изобретения не ограничивается этими примерами.

На фиг. 1 представлена схема системы 100 добычи флюидов, которая содержит скважину 110, пробуренную в толще пород 112 и проходящую через две эксплуатационные зоны или месторождения 114, 116, из которых предполагается добывать углеводороды. Как показано на фиг. 1, скважина 110 имеет обсадную колонну с множеством перфораций 118, которые открывают проход в эксплуатационные зоны 114, 116 пластов, чтобы добываемые флюиды могли поступать из этих зон 114, 116 в скважину 110. В представленном примере Скважина 110 имеет вертикальную секцию/участок 110а и, по существу, горизонтальную секцию/участок 110b. В скважине 110 установлена эксплуатационная колонна (сборка) 120, которая содержит насосно-компрессорную (лифтовую) колонну 122, проходящую вниз от устья 124 скважины на поверхности 126 скважины 110. В эксплуатационной колонне 120 по всей ее длине сформирован внутренний продольный канал 128. Между эксплуатационной колонной 120 и обсадной колонной скважины имеется кольцевое (затрубное) пространство 130. Эксплуатационная колонна 120 имеет наклонную, примерно горизонтальную, часть 132, проходящую вдоль наклонной секции 110b скважины 110. В выбранных местах по длине эксплуатационной колонны 120 расположены эксплуатационные узлы 134. Каждый эксплуатационный узел 134 при необходимости может быть изолирован внутри скважины 110 с помощью двух пакеров 136. Хотя на фиг. 1 показаны только два эксплуатационных узла 134, установленных вдоль горизонтальной части 132, фактически может использоваться большее количество таких эксплуатационных узлов, установленных последовательно.

Каждый эксплуатационный узел 134 снабжен устройством 138 регулирования дебита (или устройством регулирования потока), которое используется для управления одной или несколькими характеристиками потока одного или нескольких флюидов в эксплуатационную колонну 120. Под термином "флюид/текучая среда" ("флюиды") в настоящем описании понимаются жидкости, газы, углеводороды, многофазные текучие среды, смеси нескольких таких флюидов, вода и флюиды, закачиваемые с поверхности, такие как вода. Кроме того, указание "вода" охватывает также и жидкости на основе воды, например, соляной раствор или морскую воду. В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения устройство 138 регулирования потока может иметь различные конструктивные особенности, обеспечивающие необходимое выборочное управление протекающим через него потоком флюида.

Подземные пласты обычно содержат воду или соляной раствор вместе с нефтью и газом. Вода может находиться ниже нефтеносной зоны, а газ может находиться выше этой зоны. Горизонтальную скважину, такую как секция 110b, обычно бурят через эксплуатационную зону, такую как эксплуатационная зона 116, причем она может иметь длину, превышающую 5000 футов. Когда начинается эксплуатация скважины, в некоторые из устройств 138 регулирования потока поступает вода. Количество поступающей воды и характер его изменения во времени может изменяться по длине эксплуатационной зоны. Необходимо, чтобы устройства регулирования потока ограничивали поток флюидов, когда содержание воды в добываемом флюиде превышает заданную величину. За счет ограничения потока добываемого флюида, содержащего воду, устройство регулирования потока обеспечивает добычу большего количества нефти за весь период эксплуатации скважины.

На фиг. 2 приведены графики зависимости падения давления для флюидов, имеющих разные вязкости, в некоторых типах УРП. Падение Δр давления на устройстве откладывается по вертикальной оси, а вязкость µ флюида откладывается по горизонтальной оси. Вязкость чистой воды равна 1 сП, а вязкость большинства сортов нефти в подземных пластах находится в диапазоне от 10 сП до 200 сП. График 202 относится к падению давления для УРП дроссельного типа, в которых основная часть падения давления происходит на дроссельном отверстии и зависит от его диаметра. Общее падение давления на УРП дроссельного типа обычно представляет собой сумму падений давлений на всех дроссельных отверстиях, имеющихся в УРП. Можно видеть, что падение давления резко возрастает при увеличении вязкости флюида. В частности падение давления для большей части сортов нефти больше, чем падение давления для воды. График 204 относится к УРП спирального типа, в которых добываемый флюид протекает по сравнительно длинному спиральному проходу вокруг трубчатого элемента. График 204 показывает, что падение давления для воды превышает падение давления для флюидов с вязкостью примерно до 60 сП. Падение давления для воды и для флюидов с вязкостью примерно до 20 сП уменьшается и начинает расти для флюидов с вязкостью, превышающей 20 сП. График 204 показывает, что увеличивается сопротивление для прохождения воды и нефти с вязкостью, превышающей 20 сП. График 206 относится к комбинированной конструкции, которая содержит дроссельные отверстия, разделенные извилистыми проходами. Одно такое устройство описывается в заявке US 12/417,346, поданной 2 апреля 2009 г., права на которую переданы правопреемнику по настоящей заявке, и полное содержание которой вводится здесь ссылкой. График 206 показывает, что изменение падения давления на таких устройствах больше, чем на устройствах спирального типа, и что падение давления продолжает уменьшаться для флюидов с вязкостью примерно до 60 сП. Таким образом, такие устройства создают затруднения для прохождения воды и лучше пропускают некоторые сорта нефти по сравнению с устройствами спирального типа. Устройства, работающие в соответствии с графиком 206, лучше препятствуют прохождению воды в скважину по сравнению с устройствами дроссельного и спирального типов. Данные, отраженные на графиках 202, 204 и 206, получены в результате лабораторных испытаний.

Рассмотрение графиков фиг. 2 приводит к выводу о необходимости устройств регулирования потока, которые будут увеличивать падение давления для флюидов с низкой вязкостью, например, для флюидов с вязкостью меньше чем примерно 6 сП или 10 сП, и примерно постоянное падение давления для флюидов с вязкостью, превышающей примерно 6 сП или 10 сП. Падение давления может увеличиваться по экспоненциальному закону при уменьшении вязкости в указанных диапазонах. График 208 показывает более предпочтительное изменение падения давления при прохождении потока флюида через устройство регулирования потока, причем падение давления существенно выше для флюидов с вязкостями, величины которых находятся в первом диапазоне, например, ниже примерно 10 сП, и примерно постоянно для флюидов с вязкостями, величины которых находятся во втором диапазоне, например, выше примерно 6 сП или 10 сП.

На фиг. 3 приведен график 300 предпочтительной эффективности устройства регулирования потока, выраженной зависимостью между числом Рейнольдса (Re) и коэффициентом (К) падения давления. Число Re откладывается по вертикальной оси, и коэффициент К откладывается по горизонтальной оси. Число Re не имеет размерности и является отношением сил инерции и сил внутреннего трения (вязкости). Выражение для числа Re для флюидов может иметь следующий вид:

Re=Силы инерции/Сила вязкости

Re=(ρ·V·dv/dx)/µ ·d²v/dx²

Re=ρ·V·D/µ, где

ρ - плотность флюида, V - расход, v - скорость флюида, D - размер поперечного сечения потока, такой как, например, диаметр отверстия, и µ - вязкость флюида. Число Рейнольдса для флюидов с низкой вязкостью, таких как, например, вода, имеет сравнительно большую величину по сравнению с флюидами, имеющими высокую вязкость, такими как, например, нефть. Поэтому выражение для числа Re может быть также записано в следующем виде:

Re=f (плотность, вязкость, скорость флюида и размер(ы) поверхности)

Падение Δр давления на площади А сечения потока может быть записано как:

где А - площадь сечения потока. Коэффициент К падения давления является функцией числа Рейнольдса (К=f (Re)). Авторами изобретения было найдено, что коэффициент К зависит также от геометрических характеристик прохода для потока флюида в устройстве регулирования потока и в особенности от извилистости прохода внутри устройства, и что поэтому создание турбулентности в потоке флюида влияет на падение давления флюидов, имеющих разные вязкости, как это описано ниже более подробно. Выражение для коэффициента К падения давления может быть записано как:

К=f (Re, размер отверстия, извилистость).

Как показано на графике 300, предпочтительным является устройство регулирования потока, которое имеет большую величину коэффициента К падения давления для флюидов с числом Рейнольдса, превышающим число Рейнольдса для воды 301, как показано на участке 302 графика. Также график 300 показывает, что предпочтительное устройство регулирования потока имеет сравнительно постоянный коэффициент К падения давления для чисел Рейнольдса, не превышающих число Рейнольдса для воды 301, как показано на участке 306 графика. Общее поведение потока флюида, проходящего через УРП, зависит от реологических свойств флюида. Реологические свойства определяются несколькими параметрами, включая, например, площадь сечения потока, извилистость проходов, трение, скорость потока, вязкость флюида и его плотность. Вообще говоря, реологические характеристики могут быть рассчитаны или заданы для получения устройств регулирования потока, которые будут препятствовать прохождению потока воды. В настоящем изобретении используются реологические характеристики флюида и другие вышеуказанные факторы для обеспечения устройств регулирования потока, которые препятствуют прохождению потока флюидов с вязкостью или плотностью, находящейся в одном диапазоне, и обеспечивают практически постоянный поток флюидов с вязкостью или плотностью, находящейся в другом диапазоне. Варианты устройств регулирования потока и способов изготовления таких устройств описаны со ссылками на фиг. 4-14.

На фиг. 4 показан один из вариантов конструкции эксплуатационного узла 400, обеспечивающего регулирование потока флюидов из месторождения в эксплуатационную колонну. Эксплуатационный узел 400 содержит устройство 410 регулирования содержания зернистого материала (или фильтрующее устройство), обеспечивающее снижение количества и размеров твердых частиц, захваченных флюидами, и устройство 450 регулирования притока флюида, которое управляет общей интенсивностью отбора пластового флюида 455 в скважину. В одном из вариантов фильтрующее устройство 419 может содержать кожух 412, охватывающий насосно-компрессорную трубу (НКТ) 402, фильтрующий материал 414, размещенный между кожухом 412 и НКТ 402, и проход 416, расположенный между фильтрующим материалом 414 и трубчатой секцией 418. Пластовый флюид протекает в кожух 412, снабженный перфорационными отверстиями, через которые пластовый флюид может поступать в фильтрующее устройство 410. Кожух 412 отделяет компоненты фильтрующего устройства 410 от непосредственного воздействия пластового флюида, содержащего твердые частицы, и от флюидов, имеющих сравнительно высокие скорости. Кроме того, кожух 412 предотвращает поступление в фильтрующий материал 414 потока твердых частиц, имеющих большие размеры. Фильтрующий материал 414 отфильтровывает твердые частицы, имеющие сравнительно небольшие размеры, затем пластовый флюид поступает в проход 416 потока флюида и далее в устройство 450 регулирования потока. Ниже рассмотрены примеры устройств регулирования потока.

На фиг. 5 приведена схема конструкции прохода для потока в устройстве 500 регулирования потока по одному из вариантов осуществления изобретения. Устройство 500 регулирования потока может иметь входную зону 510, выходную зону 520 и зону 530 прохода для потока. Зона 530 прохода для потока может содержать одну или несколько секций (ступеней), таких как секции 530а, 530b, 530с и т.д. В конфигурации устройства 500 регулирования потока пластовый флюид 501 поступает во входную зону 510, затем в первую секцию 530а через отверстие 532а и выходит из отверстия 532b во вторую секцию 530b. Затем из второй секции 530b флюид выходит в следующую секцию 530с через отверстие 532с и далее в выходную зону 520 через отверстие 532d.

В одном из вариантов первая секция 530а может иметь ширину или размер x1 в продольном направлении и высоту или размер y1 в радиальном направлении. Смещение выходного отверстия 532b относительно входного отверстия 532а секции 530а указано обозначением h1. Аналогично, размеры в продольном направлении, размеры в радиальном направлении и смещения выходных отверстий секций 530b и 530с указаны обозначениями х2, у2, h2 и х3, у3, h3, соответственно. Пути потока через эти секции указаны обозначениями Fp1, Fp2 и Fp3. На отверстии 532а происходит первое существенное падение Δр1 давления. Затем флюид 501 протекает по извилистому пути Fp1 и выходит через отверстие 532b. Второе падение Δр2 давления происходит на отверстии 532b. Соответствующие падения давления имеют место на отверстиях 532с и 532d. В одном из вариантов основная часть падений давления происходит на отверстиях. Падение давления на устройстве 500 будет примерно равно сумме падений давления на каждой из секций, а именно, Δр1, Δр2 и Δр3. Как уже указывалось, для определенного типа флюида (вязкость, плотность и т.п.) и его расхода падение давления зависит от площади сечения потока, извилистости прохода для потока и т.п. В одном из вариантов все секции устройства 500 регулирования потока могут иметь одинаковые размеры. В другом варианте размер в радиальном направлении, смещение отверстий и их размеры могут выбираться для обеспечения требуемой извилистости прохода, так чтобы падение давления зависело от вязкости или плотности флюида. Еще в одном варианте размеры секций могут быть разными. Было найдено, что устройство регулирования потока, выполненное в соответствии с конфигурацией, показанной на фиг. 5, может обеспечивать более высокое падение давления для флюидов, имеющих сравнительно низкую вязкость, например, менее 10 сП, и примерно постоянное падение давления для флюидов с вязкостью, превышающей 10 сП. В общем случае падение давления на отверстии, таком как отверстие 532b зависит от смещения h, размера х в продольном направлении и размера d отверстия. В одном из вариантов для устройства 500 регулирования потока может выполняться соотношение x/h>d/h. В другом варианте величина h может быть в 4-6 больше величины d.

На фиг. 6 приведена схема 600 потока, иллюстрирующая результаты моделирования, в котором определялась скорость потока воды для многосекционного (630а-630g) устройства регулирования потока, показанного на фиг. 5, причем линии тока воды на схеме имеют разный цвет в зависимости от скорости (фут/сек). Скорость флюида увеличивается, по мере того как флюид 601 протекает из одной секции в другую. Замкнутые контуры, такие как контуры 640а и 640b в секции 630а, указывают, что флюид имеет сравнительно низкую скорость, и можно считать, что он практически не протекает через секцию 630а. Флюид 601 протекает по извилистому пути 750а потока в первой секции 630а, который содержит продольную составляющую 650а и радиальную составляющую 650b. Смещение отверстий равно h. Затем флюид 601 выходит из отверстия 660b. Извилистость пути 650 потока и соответствующее падение давления на отверстии 660b может регулироваться изменением таких параметров, как размер в продольном направлении, размер в радиальном направлении, смещения отверстий и их размеры. Соответственно, в одном из вариантов может быть разработано устройство регулирования потока, которое обеспечивает ограничение потока флюида, содержащего воду, путем выбора соответствующих величин размера в продольном направлении, размера в радиальном направлении, смещений отверстий и их размеров для обеспечения существенного падения давления на устройстве регулирования потока.

На фиг. 7 приведена схема 700, иллюстрирующая результаты моделирования, в котором определялась скорость потока нефти с вязкостью 189 сП для многосекционного (630а-630g) устройства регулирования потока, показанного на фиг. 6, причем линии тока нефти на схеме имеют разный цвет в зависимости от скорости (фут/сек). Скорость флюида увеличивается, по мере того как флюид 701 протекает из одной секции в другую. Замкнутые контуры, такие как контуры 740а и 740b в секции 630а, указывают, что флюид имеет сравнительно низкую скорость, и можно считать, что он практически не протекает через секцию 630а. Следует отметить, что эти замкнутые контуры имеют меньшую интенсивность по сравнению с контурами 640а и 640b для воды. Флюид 701 протекает по извилистому пути 750а потока в первой секции 630а, который содержит первую, по существу, продольную составляющую 650а и вторую, по существу, радиальную составляющую 650b. Радиальная составляющая 650b примерно равна величине смещения h. Затем флюид 701 выходит из отверстия 660b. Извилистость пути 750а потока и соответствующее падение давления на отверстии 660b может регулироваться изменением таких параметров, как размер в продольном направлении, смещения отверстий и их размеры. Более высокая турбулентность приводит к более высокому падению давления на отверстиях устройств, как это показано на фиг. 7.

На фиг. 8 приведены сравнительные графики падения давления относительно воды в устройствах дроссельного, спирального и комбинированного типов, а также в устройстве, работа которого иллюстрируется на фиг. 6 и 7. Изменение падения давления в процентах относительно воды откладывается по вертикальной оси, и вязкость флюида откладывается по горизонтальной оси. График 802 относится к устройству регулирования потока дроссельного типа, график 804 относится к спиральному устройству, график 806 относится к комбинированному устройству, и график 808 относится к устройству регулирования потока, работа которого иллюстрируется на фиг. 6 и 7. Как можно видеть, устройство регулирования потока, выполненное в соответствии с принципами, описанными со ссылками на фиг. 6 и 7, характеризуется сравнительно высоким изменением падения давления в процентах для флюидов с низкой вязкостью, таких как флюиды с вязкостью в диапазоне, указанном 810а (примерно до 10 сП), и примерно постоянным падением давления для флюидов с вязкостью в диапазоне 810b (от примерно 10 сП до 180 сП).

На фиг. 9 приведен вид в перспективе одного из вариантов пассивного устройства 900 регулирования потока по настоящему изобретению. Как показано на фиг. 9, устройство 900 регулирования потока содержит конструктивные участки 920а, 920b, 920с и 920d для потока, сформированные вокруг трубчатого элемента 902, причем каждый участок формирует канал или проход для потока. Каждый участок может быть сконфигурирован для получения заданного падения давления с целью регулирования расхода добываемого флюида, который поступает из пласта в насосно-компрессорную колонну скважины. Один или нескольких таких проходов потока или участков могут быть закрыты (не сообщаются с другими участками) для обеспечения заданного падения давления на таких участках. Поток флюида через такой участок может регулироваться путем закрытия отверстий 938 для выбранного участка для потока. Общее падение давления на устройстве 900 представляет собой сумму падений давления, создаваемых каждым активным участком. Участки 920а-920d для потока могут также указываться как каналы потока. Для упрощения рассмотрения устройства 900, регулирование потока через каждый канал описывается со ссылками на канал 920а. Канал 920а содержит входную зону 910 и выходную зону 912. Пластовый флюид поступает во входную зону 910 канала 920а и выходит из канала через выходную зону 912. Канал 920а создает падение давления при прохождении флюида через проход 930 для потока, который может включать одну или несколько секций, таких как секции 932а, 932b, 932с и 932d. Каждый участок может содержать любое необходимое количество секций. В некоторых вариантах каналы устройства могут содержать разное количество секций. В других вариантах каждый канал или участок может быть сконфигурирован для обеспечения независимого прохода для потока между входной зоной и выходной зоной. Как уже указывалось, некоторые или все каналы 920а-920d могут быть гидравлически, по существу, изолированы друг от друга. То есть, поток через каналы и через устройство 900 может считаться составленным из параллельных потоков. Таким образом, поток через один из каналов может быть частично или полностью перекрыт без существенного влияния на поток, протекающий по другому каналу. Необходимо понимать, что термин "параллельный" используется, прежде всего, в функциональном смысле, а не в смысле определенной структуры или физической конфигурации.

На фиг. 9 показаны и другие детали устройства 900 регулирования потока, которое создает падение давления при прохождении поступающего флюида через один или несколько каналов 920а-920d. Каждый канал 920а-920d может быть сформирован вдоль стенки основной трубчатой части 902 и включает конструктивные признаки, обеспечивающие управление потоком заданным образом. Каналы 920а-920d могут проходить вдоль продольной оси трубчатой части 902 параллельно друг другу, хотя это и не обязательно. Каждый канал 920а-920d может иметь один конец 132, сообщающийся с проходом 402 в трубной колонне скважины (фиг. 4), и второй конец 134, который сообщается с затрубным пространством (фиг. 3), разделяющим устройство 120 регулирования потока и пласт. В общем случае каналы 920а-920d могут быть отделены друг от друга, например, на участке между их соответствующими входными и выход