Внутрискважинная система управления потоком флюида, задействующая дифференциальное реле давления

Группа изобретений относится к внутрискважинной системе управления потоком флюида с зависимым от вязкости дифференциальным реле давления. Внутрискважинная система управления потоком флюида содержит модуль управления флюидом, имеющий входную сторону, выходную сторону и главный проход для флюида, параллельный дополнительному проходу для флюида, каждый из которых проходит между входной и выходной сторонами. Клапанный элемент, расположенный внутри главного прохода для флюида, имеет открытое и закрытое положения. Детектор вязкости, содержащий чувствительный к вязкости канал, образует по меньшей мере часть дополнительного прохода для флюида. Дифференциальное реле давления, выполненное с возможностью открывания и закрывания клапанного элемента, учитывает первый сигнал в виде давления с входной стороны, второй сигнал в виде давления с выходной стороны и третий сигнал в виде давления из дополнительного прохода для флюида. Величина третьего сигнала зависит от вязкости флюида, проходящего через дополнительный проход для флюида, так что вязкость флюида приводит в действие дифференциальное реле давления, регулируя за счет этого прохождение флюида через главный проход для флюида. Группа изобретений также включает фильтр управления потоком, содержащий основную трубу с внутренним проходом и фильтрующий материал, расположенный вокруг основной трубы. Для осуществления способа управления потоком флюида внутри скважины размещают систему управления потоком, получают требуемый флюид, приводят в действие дифференциальное реле давления со сдвигом скважинного элемента в зависимости от вязкости флюида. Достигается технический результат – повышение эффективности независимого управления притоком добываемых флюидов за счет увеличения чувствительности к изменению свойств флюидов. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 23 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение в общем относится к оборудованию, используемому в связи с операциями, выполняемыми в подземных добывающих и нагнетательных скважинах, и в частности, к внутрискважинной системе управления потоком флюида и способу, которые действуют с учетом зависимого от вязкости дифференциального реле давления.

Уровень техники

[0002] В процессе заканчивания скважины, которая проходит через нефтегазоносный подземный пласт, в скважине устанавливают насосно-компрессорную колонну и различное оборудование для заканчивания, обеспечивающее безопасную и эффективную добычу пластовых флюидов. Например, для управления скоростью потока добываемых флюидов в насосно-компрессорной колонне, обычной практикой является установка системы управления потоком флюида внутри колонны насосно-компрессорных труб, содержащей одно или более устройств регулирования притока, таких как расходные трубы, сопла, лабиринты или другие устройства с извилистой траекторией. Обычно, эксплуатационную скорость потока через эти устройства регулирования притока перед установкой фиксируют на основании ее конструкции.

[0003] Однако было обнаружено, что вследствие изменений давления пласта и изменений состава флюидов пласта в течение периода эксплуатации скважины может быть необходимо регулировать характеристики управления потоком устройств регулирования притока, а конкретно, может быть необходимо регулировать характеристики управления потоком без необходимости доступа в скважину. Кроме того, для некоторых вариантов освоенных скважин, таких как длинные горизонтальные освоенные скважины, имеющих множество продуктивных интервалов, может быть необходимо независимое управление притоком добываемых флюидов в каждом из продуктивных интервалов.

[0004] Делались попытки достижения этих результатов за счет использования автономных устройств регулирования притока. Например, некоторые автономные устройства регулирования притока содержат один или более клапанных элементов, которые полностью открываются в ответ на поток требуемого флюида, такого как нефть, но ограничивают добычу в ответ на поток нетребуемого флюида, такого как вода или газ. Однако было обнаружено, что системы, содержащие существующие автономные устройства регулирования притока, имеют одно или более следующих ограничений: отказ смещающих устройств вследствие усталости; отказ сложных компонентов или сложных конструкций; отсутствие чувствительности к небольшим различиям свойств флюидов, таких как вязкость легкой нефти в зависимости от вязкости воды; и/или невозможность сильно ограничить или прекратить поток нежелательных флюидов вследствие требования существенного потока или требования прохождения через главный канал потока для эксплуатации.

[0005] Соответственно, возникла необходимость во внутрискважинной система управления потоком флюида, которая выполнена с возможностью независимого управления притоком добываемых флюидов из множества продуктивных интервалов без необходимости доступа в скважину по причине изменения с течением времени состава флюидов, добываемых в конкретных интервалах. Также возникла необходимость в такой внутрискважинной системе управления потоком флюида, которая не требует использования смещающих устройств, сложных компонентов или сложных конструкций. Кроме того, возникла необходимость в такой внутрискважинной системе управления потоком флюида, которая обладает чувствительностью, чтобы действовать в ответ на небольшие различия в свойствах флюидов. Кроме того, возникла необходимость в такой внутрискважинной системе управления потоком флюида, которая выполнена с возможностью сильного ограничения или прекращения добычи потока нежелательных флюидов по главному каналу потока.

Сущность изобретения

[0006] В первом аспекте настоящее изобретение относится к внутрискважинной системе управления потоком флюида, которая содержит модуль управления флюидом, имеющий входную сторону, выходную сторону и главный проход для флюида, параллельный дополнительному проходу для флюида, каждый из которых проходит между входной и выходной сторонами. Внутри модуля управления флюидом расположен клапанный элемент. Клапанный элемент переключается между открытым положением, в котором обеспечено прохождение флюида через главный проход для флюида, и закрытым положением, в котором прохождение флюида через главный проход для флюида предотвращено. Внутри модуля управления флюидом расположен детектор вязкости. Детектор вязкости имеет чувствительный к вязкости канал, который образует по меньшей мере часть дополнительного прохода для флюида. Дифференциальное реле давления выполнено с возможностью сдвига клапанного элемента между открытым и закрытым положениями. Дифференциальное реле давления учитывает первый сигнал в виде давления с входной стороны, второй сигнал в виде давления с выходной стороны и третий сигнал в виде давления из дополнительного прохода для флюида. Первый и второй сигналы в виде давления смещают клапанный элемент в открытое положение, в то время как третий сигнал в виде давления смещает клапанный элемент в закрытое положение. Величина третьего сигнала в виде давления зависит от вязкости флюида, проходящего через дополнительный проход для флюида, так что дифференциальное реле давления действует в ответ на изменения вязкости флюида, регулируя за счет этого прохождение флюида через главный проход для флюида.

[0007] В некоторых вариантах осуществления клапанный элемент может иметь первую, вторую и третью площади, так что первый сигнал в виде давления воздействует на первую площадь, второй сигнал в виде давления воздействует на вторую площадь, а третий сигнал в виде давления воздействует на третью площадь. В таких вариантах осуществления дифференциальное реле давления может действовать в ответ на разницу между первым сигналом в виде давления, умноженного на первую площадь, плюс второй сигнал в виде давления, умноженного на вторую площадь (P₁A₁+P₂A₂), и третьим сигналом в виде давления, умноженного на третью площадь (P₃A₃). В некоторых вариантах осуществления детектор вязкости может представлять собой дисковый детектор вязкости. В таких вариантах осуществления главный проход для флюида может содержать по меньшей мере один радиальный проход через дисковый детектор вязкости. Также, в таких вариантах осуществления чувствительный к вязкости канал может иметь извилистую траекторию детектора вязкости, например, извилистую траекторию, образованную на поверхности детектора вязкости, или извилистую траекторию, образованную через детектор вязкости. В некоторых вариантах осуществления извилистая траектория может включать в себя по меньшей мере одну круговую траекторию и/или по меньшей мере одно изменение направления траектории.

[0008] В некоторых вариантах осуществления третий сигнал в виде давления может быть из местоположения на выходе чувствительного к вязкости канала, и третий сигнал в виде давления может представлять собой сигнал общего давления. В других вариантах осуществления третий сигнал в виде давления может быть из местоположения на входе чувствительного к вязкости канала, и третий сигнал в виде давления может представлять собой сигнал статического давления. В некоторых вариантах осуществления величина третьего сигнала в виде давления увеличивается с понижением вязкости флюида, проходящего через дополнительный проход для флюида. В некоторых вариантах осуществления величина третьего сигнала в виде давления, создаваемого притоком требуемого флюида, может сдвигать клапанный элемент в открытое положение, а величина третьего сигнала в виде давления, создаваемого притоком нетребуемого флюида, может сдвигать клапанный элемент в закрытое положение. В некоторых вариантах осуществления дополнительный проход для флюида может содержать диод флюида, имеющий направленное сопротивление потоку флюида, расположенный между чувствительным к вязкости каналом и выходной стороной. В таких вариантах осуществления диод флюида может обеспечивать большее сопротивление потоку флюида в направлении закачивания, чем в направлении притока, так что величина третьего сигнала в виде давления, создаваемого потоком нагнетания флюида, сдвигает клапанный элемент в открытое положение. В некоторых вариантах осуществления отношение скорости потока между главным проходом для флюида и дополнительным проходом для флюида может быть от приблизительно 3 к 1 до приблизительно 10 к 1, когда клапанный элемент находится в открытом положении. В некоторых вариантах осуществления дополнительный проход для флюида может содержать не чувствительный к вязкости канал, расположенный между чувствительным к вязкости каналом и выходной стороной. В таких вариантах осуществления третий сигнал в виде давления может быть из местоположения вдоль не чувствительного к вязкости канала, такого как местоположение на входе, местоположение посередине или местоположение на выходе не чувствительного к вязкости канала.

[0009] Во втором аспекте настоящее изобретение относится к фильтру управления потоком, содержащему основную трубу с внутренним проходом, фильтрующий материал, расположенный вокруг основной трубы, и систему управления потоком флюида, расположенную на пути потока флюида между фильтрующим материалом и внутренним проходом. Система управления потоком флюида содержит модуль управления флюидом, имеющий входную сторону, выходную сторону и главный проход для флюида, параллельный дополнительному проходу для флюида, каждый из которых проходит между входной и выходной сторонами. Внутри модуля управления флюидом расположен клапанный элемент. Клапанный элемент переключается между открытым положением, в котором обеспечено прохождение флюида через главный проход для флюида, и закрытым положением, в котором прохождение флюида через главный проход для флюида предотвращено. Внутри модуля управления флюидом расположен детектор вязкости. Детектор вязкости имеет чувствительный к вязкости канал, который образует по меньшей мере часть дополнительного прохода для флюида. Дифференциальное реле давления выполнено с возможностью сдвига клапанного элемента между открытым и закрытым положениями. Дифференциальное реле давления учитывает первый сигнал в виде давления с входной стороны, второй сигнал в виде давления с выходной стороны и третий сигнал в виде давления из дополнительного прохода для флюида. Первый и второй сигналы в виде давления смещают клапанный элемент в открытое положение, в то время как третий сигнал в виде давления смещает клапанный элемент в закрытое положение. Величина третьего сигнала в виде давления зависит от вязкости флюида, проходящего через дополнительный проход для флюида, так что дифференциальное реле давления действует в ответ на изменения вязкости флюида, регулируя за счет этого прохождение флюида через главный проход для флюида.

[0010] В третьем аспекте настоящее изобретение относится к способу управления потоком флюида внутри скважины, включающему размещение системы управления потоком флюида в заданном местоположении внутри скважины, причем система управления потоком флюида содержит модуль управления флюидом, имеющий входную сторону, выходную сторону и главный проход для флюида, параллельный дополнительному проходу для флюида, каждый из которых проходит между входной и выходной сторонами, детектор вязкости и дифференциальное реле давления, причем детектор вязкости имеет чувствительный к вязкости канал, который образует по меньшей мере часть дополнительного прохода для флюида; получение требуемого флюида с входной стороны к выходной стороне через модуль управления флюидом; приведение в действие дифференциального реле давления со сдвигом клапанного элемента в открытое положение в ответ на получение требуемого флюида посредством приложения первого сигнала в виде давления с входной стороны к первой площади клапанного элемента, второго сигнала в виде давления с выходной стороны на вторую площадь клапанного элемента и третьего сигнала в виде давления из дополнительного прохода для флюида на третью площадь клапанного элемента; получение нетребуемого флюида с входной стороны к выходной стороне через модуль управления флюидом; и приведение в действие дифференциального реле давления со сдвигом клапанного элемента в закрытое положение в ответ на получение нетребуемого флюида посредством приложения первого сигнала в виде давления к первой площади клапанного элемента, второго сигнала в виде давления ко второй площади клапанного элемента и третьего сигнала в виде давления к третьей площади клапанного элемента; причем величина третьего сигнала в виде давления зависит от вязкости флюида, проходящего через дополнительный проход для флюида, так что вязкость флюида приводит в действие дифференциальное реле давления, регулируя за счет этого прохождение флюида через главный проход для флюида.

Краткое описание чертежей

[0011] Далее для более полного понимания признаков и преимуществ настоящего изобретения сделана ссылка на подробное описание наряду с приложенными фигурами, на которых соответствующие номера на разных фигурах относятся к соответствующим деталям и на которых:

[0012] на фиг. 1 представлена схематичная иллюстрация скважинной системы с задействованным множеством фильтров управления потоком согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;

[0013] на фиг. 2 представлен вид сверху фильтра управления потоком, содержащего внутрискважинную систему управления потоком флюида согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;

[0014] на фиг. 3A-3D представлены различные виды внутрискважинной системы управления потоком флюида согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;

[0015] на фиг. 4A-4B представлены виды сверху и снизу пластины детектора вязкости для внутрискважинной системы управления потоком флюида согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;

[0016] на фиг. 5A-5B представлены виды в поперечном разрезе внутрискважинного модуля управления потоком флюида в открытом положении и закрытом положении, соответственно, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;

[0017] на фиг. 6A-6C представлены графики давления в зависимости от расстояния, показывающие влияние чувствительного к вязкости канала на проходящие через него флюиды согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;

[0018] на фиг. 7A-7B представлены схематичные иллюстрации внутрискважинного модуля управления потоком флюида согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;

[0019] на фиг. 8A-8B представлены схематичные иллюстрации внутрискважинного модуля управления потоком флюида согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;

[0020] на фиг. 9A-9C представлены схематичные иллюстрации внутрискважинного модуля управления потоком флюида согласно вариантам осуществления настоящего изобретения; а

[0021] на фиг. 10A-10C представлены схематичные иллюстрации внутрискважинного модуля управления потоком флюида согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

[0022] Хотя ниже подробно обсуждается создание и использование различных вариантов осуществления настоящего изобретения, должно быть понятно, что в настоящем изобретении представлено множество применимых концепций изобретения, которые могут быть реализованы в большом множестве конкретных контекстов. Конкретные варианты осуществления, обсуждаемые в данном документе, являются всего лишь иллюстративными и не ограничивают объем настоящего изобретения. Для ясности в настоящем изобретении могут быть описаны не все признаки реального варианта исполнения. Конечно, должно быть понятно, что при разработке любого такого фактического варианта осуществления для достижения конкретных целей разработчика нужно принять множество специфических для исполнения решений, таких как соответствие связанным с системой и бизнесом ограничений, которые будут меняться от одного варианта исполнения к другому. Кроме того, должно быть понятно, что такие усилия по разработке могут быть сложными и отнимать много времени, но будут обычным делом для специалистов в данной области, получающим преимущество от этого описания.

[0023] В описании может быть сделана ссылка на пространственное взаимное расположение между разными компонентами и на пространственную ориентацию разных аспектов компонентов так, как устройства показаны на приложенных чертежах. Однако, как должно быть понятно специалистам в данной области после окончания чтения настоящего описания, устройства, элементы, аппараты и тому подобное, описанные в данном документе, можно расположить в любой требуемой ориентации. Таким образом, использование таких терминов как «выше», «ниже», «верхний», «нижний», или других подобных терминов для описания пространственного взаимного расположения между разными компонентами или для описания пространственной ориентации аспектов таких компонентов следует понимать как описание относительного взаимного расположения между компонентами или пространственной ориентации аспектов таких компонентов, соответственно, так как устройство, описанное в данном документе, может быть ориентировано в любом требуемом направлении. Как использовано в данном документе, термин «соединенный» может включать в себя прямое или непрямое соединение с помощью любого средства, содержащего подвижные и/или неподвижные механические соединения.

[0024] Сначала со ссылкой на фиг. 1 показана скважинная система, содержащая множество внутрискважинных систем управления потоком флюидов, расположенных в фильтрах управления потоком, воплощающая принципы настоящего изобретения, которая схематично проиллюстрирована и обозначена в общем 10. В проиллюстрированном варианте осуществления ствол 12 скважины проходит через разные земляные слои. Ствол 12 скважины имеет по существу вертикальный участок 14, верхняя часть которого имеет зацементированную в ней обсадную колонну 16. Ствол 12 скважины также имеет по существу горизонтальный участок 18, который проходит через нефтегазоносный подземный пласт 20. Как показано, по существу горизонтальный участок 18 ствола 12 скважины представляет собой открытое отверстие.

[0025] Внутри ствола 12 скважины расположена и выходит из поверхности колонна 22 насосно-компрессорных труб. Колонна 22 насосно-компрессорных труб обеспечивает трубопровод для движения пластовых флюидов из пласта 20 к поверхности и/или для движения закачиваемых флюидов с поверхности в пласт 20. На нижнем конце колонна 22 насосно-компрессорных труб соединена с колонной 24 заканчивания, которая была вставлена в ствол 12 скважины и делит интервал заканчивания на разные продуктивные интервалы, например, продуктивные интервалы 26a, 26b, которые находятся рядом с пластом 20. Колонна 24 заканчивания содержит множество фильтров 28a, 28b управления потоком, каждый из которых расположен между парой кольцевых барьеров, показанных в виде пакеров 30, которые обеспечивают гидравлическое уплотнение между колонной 24 заканчивания и стволом 12 скважины, образуя за счет этого продуктивные интервалы 26a, 26b. В проиллюстрированном варианте осуществления фильтры 28a, 28b управления потоком выполняют функцию фильтрации вещества в виде частиц из потока добываемого флюида, а также обеспечения автономного управления потоком флюидов, проходящего через него, с использованием зависимых от вязкости дифференциальных реле давления.

[0026] Например, секции управления потоком фильтров 28a, 28b управления потоком могут быть выполнены с возможностью управления притоком добываемого потока флюида во время фазы добычи при эксплуатации скважины. Альтернативно или дополнительно, секции управления потоком фильтров 28a, 28b управления потоком могут быть выполнены с возможностью управления прохождением потока нагнетания флюида во время фазы обработки при эксплуатации скважины. Как объяснено более подробно ниже, секции управления потоком предпочтительно управляют притоком добываемых флюидов из каждого продуктивного интервала без необходимости доступа в скважину, когда с течением времени изменяется состав флюидов, добываемых в конкретных интервалах, чтобы сделать максимальной добычу требуемого флюида и минимизировать добычу нетребуемого флюида. Например, настоящие фильтры управления потоком можно настроить, чтобы сделать максимальной добычу нефти и минимизировать добычу воды. В качестве другого примера, настоящие фильтры управления потоком можно настроить, чтобы сделать максимальной добычу газа и минимизировать добычу воды. В еще одном примере настоящие фильтры управления потоком можно настроить, чтобы сделать максимальной добычу нефти и минимизировать добычу газа. Важно, что секции управления потоком согласно настоящему изобретению обладают высокой чувствительностью к изменениям вязкости добываемого флюида, так что секции управления потоком способны, например, распознавать легкую сырую нефть и воду.

[0027] Хотя на фиг. 1 фильтры управления потоком согласно настоящему изобретению представлены в условиях открытого забоя, специалистам в данной области должно быть понятно, что настоящие фильтры управления потоком также хорошо подходят для использования в обсаженных скважинах. Также, хотя на фиг. 1 в каждом продуктивном интервале представлен один фильтр управления потоком, специалистам в данной области должно быть понятно, что внутри продуктивного интервала можно развернуть любое количество фильтров управления потоком без отклонения от принципов настоящего изобретения. Кроме того, хотя на фиг. 1 фильтры управления потоком представлены в горизонтальном участке ствола скважины, специалистам в данной области должно быть понятно, что настоящие фильтры управления потоком также хорошо подходят для использования в скважинах, имеющих другие конфигурации направления, включая вертикальные скважины, наклонные скважины, искривленные скважины, многоствольные скважины и тому подобное. Кроме того, хотя системы управления потоком на фиг. 1 были описаны, как связанные с фильтрами управления потоком в колонне труб, специалистам в данной области должно быть понятно, что системы управления потоком согласно настоящему изобретению не должны быть связаны с фильтром или быть развернуты в качестве части колонны труб. Например, одну или более систем управления потоком можно развернуть и вставить с возможностью удаления в центр колонны насосно-компрессорных труб или внутренние расширения в колонне насосно-компрессорных труб.

[0028] Далее со ссылкой на фиг. 2 показан фильтр управления потоком согласно настоящему изобретению, который показан в качестве примера и в общем обозначен 100. Фильтр 100 управления потоком может быть соответствующим образом соединен с другими аналогичными фильтрами управления потоком, эксплуатационными пакерами, установочными патрубками, эксплуатационными трубами или другими внутрискважинными инструментами для образования колонны заканчивания, которая описана выше. Фильтр 100 управления потоком содержит основную трубу 102, которая предпочтительно имеет участок труб без отверстий, расположенных во внутренней части фильтрующего элемента или фильтрующего материала 106, такого как фильтр с проволочной обмоткой, фильтр с тканой проволочной сеткой, фильтр с предварительной набивкой и тому подобное, с расположенным вокруг него внешним кожухом или без него, предназначенного для обеспечения прохождения через него флюидов, но предотвращающего прохождение через него веществ в виде частиц заданного размера. Однако специалистам в данной области должно быть понятно, что варианты осуществления настоящего изобретения не должны иметь связанный с ними фильтрующий материал, соответственно, точная конструкция фильтрующего материала не является критичной для настоящего изобретения.

[0029] Флюид, получаемый через фильтрующий материал 106, двигается в направлении и входит в кольцевую зону между внешним корпусом 108 и основной трубой 102. Чтобы попасть во внутреннюю часть основной трубы 102, флюид должен пройти через модуль 110 управления флюидом, видимый через участок выреза внешнего корпуса 108, и перфорированный участок основной трубы 102, не видимый и расположенный во внутренней части модуля 110 управления флюидом. Система управления потоком каждого фильтра 100 управления потоком может содержать один или более модулей 110 управления флюидом. В некоторых вариантах осуществления модули 110 управления флюидом могут быть распределены по окружности вокруг основной трубы 102, например, с интервалами 180 градусов, с интервалами 120 градусов, с интервалами 90 градусов или другим подходящим распределением. Альтернативно или дополнительно, модули 110 управления флюидом могут быть продольно распределены вдоль основной трубы 102. Независимо от точной конфигурации модулей 110 управления флюидом на основной трубе 102 в фильтр 100 управления потоком может быть включено любое требуемое количество модулей 110 управления флюидом, причем точная конфигурация зависит от факторов, которые известны специалистам в данной области, включая давление резервуара, ожидаемый состав добываемого флюида, ожидаемый дебит скважины и тому подобное. Различные соединения компонентов фильтра 100 управления потоком можно сделать любым подходящим образом, включая сварку, скручивание и тому подобное, а также посредством использования таких крепежных приспособлений, как штифты, установочные винты и тому подобное. Хотя модуль 110 управления флюидом был описан и показан, как соединенный с внутренней частью основной трубы 102, специалистам в данной области должно быть понятно, что модули управления флюидом согласно настоящему изобретению можно альтернативно расположить, например, внутри отверстий основной трубы или во внутренней части основной трубы при условии, что модули управления флюидом расположены между стороной на входе или стороной пласта и стороной на выходе или внутренней стороной основной трубы пути пластового флюида.

[0030] Модули 110 управления флюидом могут быть выполнены с возможностью управления потоком флюида как в направлении добычи, так и в направлении закачивания через них. Например, во время фазы добычи при эксплуатации скважины флюид проходит из пласта в насосно-компрессорную колонну через фильтр 100 управления потоком флюида. Добываемый флюид после фильтрации через фильтрующий материал 106, при наличии, проходит в кольцевое пространство между основной трубой 102 и внешним корпусом 108. Затем флюид поступает в один или более впусков модулей 110 управления флюидом, где в зависимости от вязкости и/или плотности добываемого флюида происходит управление требуемым потоком. Например, при получении требуемого флюида, такого как нефть, обеспечивается прохождение через главный канал потока модуля 110 управления флюидом. При получении нетребуемого флюида, такого как вода, поток через главный канал потока модуля 110 управления флюидом ограничен или предотвращен. В случае получения требуемого флюида флюид выпускают через модули 110 управления флюидом во внутренний канал потока основной трубы 102 для подачи на поверхность. В качестве другого примера, во время фазы обработки при эксплуатации скважины, состав для обработки можно нагнетать внутрь скважины с поверхности во внутреннем канале потока основной трубы 102. В этом случае состав для обработки затем поступает в модули 110 управления флюидом, когда происходит операция управления требуемым потоком, включающая открывание главного канала потока. Затем флюид проходит в кольцевое пространство между основной трубой 102 и внешним корпусом 108 перед нагнетанием в окружающий пласт.

[0031] Далее со ссылкой на фиг. 3A-3D в качестве примера показан модуль управления флюидом для использования во внутрискважинной системе управления потоком флюида согласно настоящему изобретению, который в общем обозначен 110. Модуль 110 управления флюидом содержит элемент 112 корпуса и крышку 114 корпуса, которые соединены вместе множеством болтов 116. Между элементом 112 корпуса и крышкой 114 корпуса расположено уплотнительное кольцо 118 для обеспечения герметичного уплотнения между ними. Как лучше всего видно на фиг. 3C, элемент 112 корпуса образует в общем цилиндрическую полость 120. В проиллюстрированном варианте осуществления внутри полости 120 плотно расположен дисковый детектор 122 вязкости. Дисковый детектор 122 вязкости содержит верхнюю пластину детектора 122a вязкости и нижнюю пластину 122b детектора вязкости. Между нижней поверхностью нижней пластины 122b детектора вязкости и нижней камерой 125a элемента 112 корпуса расположен в общем цилиндрический уплотнительный элемент 124.

[0032] Как лучше всего видно на фиг. 3C, дисковый детектор 122 вязкости образует в общем цилиндрическую полость 126, имеющую контурный и ступенчатый профиль. В проиллюстрированном варианте осуществления внутри полости 126 расположен клапанный элемент 128. Клапанный элемент 128 содержит верхнюю пластину 128a клапана и нижнюю пластину 128b клапана. Между верхней пластиной 128a клапана и нижней пластиной 128b клапана расположен в общем цилиндрический уплотнительный элемент 130. Кроме того, между верхней пластиной 122a детектора вязкости и нижней пластиной 122b детектора вязкости расположена радиально внешняя часть уплотнительного элемента 130. В проиллюстрированном варианте осуществления внутреннее кольцо 130a уплотнительного элемента 130 расположено внутри сальников верхней пластины 128a клапана и нижней пластины 128b клапана. Внешнее кольцо 130b уплотнительного элемента 130 расположено внутри сальника нижней пластины 122b детектора вязкости. Верхняя пластина 128a клапана, нижняя пластина 128b клапана и уплотнительный элемент 130 соединены вместе болтом 132 и шайбой 134, так что верхняя пластина 128a клапана и нижняя пластина 128b клапана выступают в качестве сигнального клапанного элемента 128.

[0033] Модуль 110 управления флюидом содержит главный проход для флюида, проходящий между входной стороной 135a и выходной стороной 135b модуля 110 управления флюидом, проиллюстрированным на фиг. 3C вдоль линии 136 тока. В проиллюстрированном варианте осуществления главный проход 136 для флюида содержит впуск 136a между нижней поверхностью верхней пластины 122a детектора вязкости и верхней поверхностью клапанного элемента 128. Главный проход 136 для флюида также содержит три радиальных прохода 136b (только один виден на фиг. 3C), которые проходят через верхнюю пластину 122a детектора вязкости, три продольных прохода 136c (только один виден на фиг. 3C), которые проходят через верхнюю пластину 122a детектора вязкости, три продольных прохода 136d (только один виден на фиг. 3C), которые проходят через нижнюю пластину 122b детектора вязкости, и три продольных прохода 136e (только один виден на фиг. 3C), которые проходят через элемент 112 корпуса. Как лучше всего видно на фиг. 3B, главный проход 136 для флюида содержит три выпуска 136f. Хотя главный проход 136 для флюида был показан и описан, как имеющий конкретную конфигурацию с конкретным количеством проходов, специалистам в данной области должно быть понятно, что главный проход для флюида согласно настоящему изобретению может иметь множество конструкций с любым количеством проходов, ответвлений и/или выпусков как больше, так и меньше, чем три при условии, что главный проход для флюида обеспечивает путь для флюида между входной и выходной сторонами модуля управления флюидом.

[0034] Модуль 110 управления флюидом содержит дополнительный проход для флюида, проходящий между входной стороной 135a и выходной стороной 135b модуля 110 управления флюидом, проиллюстрированный в виде линии 138 тока на фиг. 3C. В проиллюстрированном варианте осуществления дополнительный проход 138 для флюида содержит впуск 138a в верхней пластине 122a детектора вязкости. Дополнительный проход 138 для флюида также содержит чувствительный к вязкости канал 138b, который проходит через верхнюю пластину 122a детектора вязкости, продольный проход 138c, который проходит через нижнюю пластину 122b детектора вязкости, продольный проход 138d, который проходит через элемент 112 корпуса, радиальный проход 138e, который проходит через элемент 112 корпуса и продольный проход 138f, который проходит через элемент 112 корпуса. Как лучше всего видно на фиг. 3B, дополнительный проход 138 для флюида содержит выпуск 138g. Дополнительный проход 138 для флюида находится в гидравлическом сообщении с нижней камерой 125a посредством напорного порта 140, который находится в гидравлическом сообщении с радиальным проходом 138e. В проиллюстрированном варианте осуществления напорный порт 140 пересекает дополнительный проход 138 для флюида в местоположении на выходе чувствительного к вязкости канала 138b. В других вариантах осуществления напорный порт 140 может пересекать дополнительный проход 138 для флюида в местоположении на входе чувствительного к вязкости канала 138b или в другом подходящем местоположении вдоль дополнительного прохода 138 для флюида. Модуль 110 управления флюидом содержит напорный порт 142, который проходит в нижнюю пластину 122b детектора вязкости и элемент 112 корпуса, обеспечивая гидравлическое сообщение между выходной стороной 135b и верхней камерой 125b, образуемое между уплотнительным элементом 124 и уплотнительным элементом 130. Отношение скорости потока между главным проходом 136 для флюида и дополнительным проходом 138 для флюида может составлять от приблизительно 3 к 1 до приблизительно 10 к 1 или выше и предпочтительно больше, чем 4 к 1, когда главный проход 136 для флюида открыт.

[0035] Дополнительно со ссылкой на фиг. 4A-4B показана иллюстративная верхняя пластина 122a детектора 122 вязкости. Как лучше всего видно на фиг. 4A, верхняя поверхность 144 верхней пластины 122a детектора вязкости содержит впуск 138a дополнительного прохода 138 для флюида. Впуск 138a выровнен с начальной частью 146 чувствительного к вязкости канала 138b. Как лучше всего видно на фиг. 4B, нижняя поверхность 148 верхней пластины 122a детектора вязкости содержит три продольных прохода 136c главного прохода 136 для флюида и выравнивающий паз 150, который совпадает с выступом нижней пластины 122b детектора вязкости, обеспечивая правильную ориентацию верхней пластины 122a детектора вязкости и нижней пластины 122b детектора вязкости друг относительна друга. Нижняя поверхность 148 также содержит чувствительный к вязкости канал 138b дополнительного прохода 138 для флюида. В проиллюстрированном варианте осуществления чувствительный к вязкости канал 138b содержит начальную часть 146, внутренний круговой путь 152, поворот, показанный в виде изменения направления траектории 154, внешний круговой путь 156 и концевой участок 158. Концевой участок 158 находится в гидравлическом сообщении с продольным проходом 138c, который проходит через нижнюю пластину 122b детектора вязкости.

[0036] Чувствительный к вязкости канал 138b обеспечивает извилистую траекторию для флюидов, проходящих через дополнительный проход 138 для флюида. Кроме того, чувствительный к вязкости канал 138b предпочтительно имеет характерный размер, достаточно маленький, чтобы сделать несущественным эффект вязкости проходящего через него флюида. При получении флюида с низкой вязкостью, такого как вода, поток через чувствительный к вязкости канал 138b может быть турбулентным и иметь число Рейнольдса в диапазоне от 10000 до 100000 или выше. При получении флюида с высокой вязкостью, такого как нефть, поток через чувствительный к вязкости канал 138b может быть менее турбулентным или даже ламинарным и иметь число Рейнольдса в диапазоне от 1000 до 10000.

[0037] Хотя верхняя пластина 122a детектора вязкости была показана и описана, как имеющая конкретную форму, причем чувствительный к вязкости канал имеет извилистая траектория с конкретной ориентацией, специалистам в данной области должно быть понятно, что верхняя пластина детектора вязкости согласно настоящему изобретению может иметь множество форм и может иметь извилистую траекторию с множеством разных ориентаций. Кроме того, хотя детектор 122 вязкости был показан и описан, как имеющий верхнюю и нижнюю пластины детектора вязкости, специалистам в данной области должно быть понятно, что детектор вязкости согласно настоящему изобретению может иметь другие количества пластин как меньше, так и больше, чем две. Кроме того, хотя чувствительный к вязкости канал 138b был показан и описан, как находящийся на поверхности пластины детектора вязкости, специалистам в данной области должно быть понятно, что чувствительный к вязкости канал альтернативно может быть образован внутри детектора вязкости, такого как детектор вязкости, образованный из сигнального компонента.

[0038] Далее со ссылкой на фиг. 5A-5B в качестве примера показан внутрискважинный модуль управления потоком флюида в открытом и закрытом положениях, который в общем обозначен 110. Модуль 110 управления флюидом имеет элемент 112 корпуса и крышку 114 корпуса, которые соединены вместе множеством болтов (см. Фиг. 3C) с уплотнительным элементом 118 между ними. Детектор 122 вязкости и уплотнительный элемент 124 расположены внутри полости 120 элемента 112 корпуса. Клапанный элемент 128 и уплотнительный элемент 130 расположены внутри полости 126 детектора 122 вязкости. Модуль 110 управления флюидом образует главный проход 136 для флюида и дополнительный проход 138 для флюида, каждый из которых проходит между входной стороной 135a и выходной стороной 135b модуля 110 управления флюидом. Детектор 122 вязкости содержит чувствительный к вязкости канал 138b, который образует часть дополнительного прохода 138 для флюида. Кроме того, детектор 122 вязкости и элемент 112 корпуса образуют напорный порт 142, который обеспечивает гидравлическое сообщение от выходной стороны 135b в верхнюю камеру 125b. Напорный порт 140 в элементе 112 корпуса обеспечивает гидравлическое сообщение из дополнительного прохода 138 для флюида в нижнюю камеру 125a.

[0039] Как можно видеть путем сравнения фиг. 5A и 5B, клапанный элемент 128 выполнен с возможностью движения внутри модуля 110 управления флюидом и показан в полностью открытом положении на фиг. 5A и полностью закрытом положении на фиг. 5B. Специалистам в данной области следует отметить, что клапанный элемент 128 также имеет множество положений засорения между полностью открытым и полностью закрытым положениями. Клапанный элемент 128 функционирует между открытым и закрытым положениями с учетом дифференциального реле давления. Дифференциальное реле давления учитывает сигнал P₁ давления с входной стороны 135a, действующего на верхней поверхности A₁ верхней пластины 128a клапана, создавая силу F₁, которая смещает клапанный элемент 128 в открытое положение. Дифференциальное реле давления также учитывает сигнал P₂ давления с выходной стороны 135b посредством напорного порта 142, действующего на верхней поверхности A₂ нижней пластины 128b клапана, создавая силу F₂, которая смещает клапанный элемент 128 в открытое положение. Кроме того, дифференциальное реле давления учитывает сигнал P₃ давления из дополнительного прохода 138 для флюида посредством напорного порта 140, действующего на нижней поверхности A₃ клапанного элемента 128, создавая силу F₃, которая смещает клапанный элемент 128 в закрытое положение.

[0040] Как лучше всего видно на фиг. 5A, когда (P₁A₁) + (P₂A₂) > (P₃A₃) или F₁+F₂ > F₃, клапанный элемент 128 смещается в открытое положение. Данная фигура может отображать сценарий добычи при получении требуемого флюида, имеющего высокую вязкость, такого как нефть. Как лучше всего видно на фиг. 5B, когда (P₁A₁) + (P₂A₂) < (P₃A₃) или F₁+F₂ < F₃, клапанный элемент 128 смещается в закрытое положение. Данная фигура может отображать сценарий добычи при получении нетребуемого флюида, имеющего низкую вязкость, такого как вода. Дифференциальное реле давления действует в ответ на изменения величины сигнала в виде давления P₃ из дополнительного прохода 138 для флюида, который определяет величину F₃. Величина сигнала в виде давления P₃ устанавливается на основании вязкости флюида, проходящего через дополнительный проход 138 для флюида. Более конкретно, извилистая траектория, создаваемая чувствительным к вязкости каналом 138b, оказывает иное влияние на флюиды высокой вязкости, такие как нефть, по сравнению с флюидами низкой вязкости, такими как вода. Например, извилистая траектория будет иметь большее влияние в отношении скорости проходящих по ней флюидов высокой вязкости по сравнению со скоростью проходящих по ней флюидов низкой вязкости, что приводит к большему снижению динамического давления P_D флюидов высокой вязкости по сравнению с флюидами низкой вязкости, проходящих через чувствительный к вязкости канал 138b. Таким образом, использование системы управления потоком флюида согласно настоящему изобретению, имеющей зависимое от вязкости дифференциальное реле давления, обеспечивает автономную работу клапанного элемента при изменениях вязкости добываемого флюида в течение периода эксплуатации скважины, обеспечивая добычу требуемого флюида, такого как нефть, по главному каналу потока, ограничивая или прекращая в то же время добычу нетребуемого флюида, такого как вода или газ, по главному каналу потока.

[0041] Согласно принципу Бернулли сумма статического давления P_S, динамического давления P_D и показателя силы тяжести является постоянной и в данном документе называется общим давлением P_T. В настоящем случае показатель силы тяжести является ничтожно малым вследствие низкого изменения высоты. На фиг. 6A представлен график давления в зависимости от расстояния, иллюстрирующий влияние извилистой траектории на динамическое давление P_D флюида высокой вязкости по сравнению с флюидом низкой вязкости, проходящих через чувствительный к вязкости канал 138b. На фиг. 6B представлен график давления в зависимости от расстояния, иллюстрирующий влияние извилистой траектории на статическое давление P_S флюида высокой вязкости по сравнению с флюидом низкой вязкости, проходящих через чувствительный к вязкости канал 138b. На фиг. 6C представлен график давления в зависимости от расстояния, иллюстрирующий влияние извилистой траектории на общее давление P_T флюида высокой вязкости по сравнению с флюидом низкой вязкости, проходящих через чувствительный к вязкости канал 138b. На графиках принято, что в обоих случаях флюида высокой вязкости и флюида низкой вязкости давление на входной стороне 135a является постоянным и давление на выходной стороне 135b является постоянным. Как лучше всего видно на фиг. 6C, общее давление P_T флюида высокой вязкости вблизи местоположения на выходе чувствительного к вязкости канала 138b меньше, чем общее давление P_T флюида низкой вязкости в том же самом месте, таком как местоположение L₁ на графике. Таким образом, величина сигнала в виде давления P₃, определенная в местоположении на выходе чувствительного к вязкости канала 138b для флюида высокой вязкости будет меньше, чем величина сигнала в виде давления P₃, определенная в том же самом месте для флюида низкой вязкости. Эта разница величины сигнала в виде давления P₃ является достаточной для инициирования сдвига дифференциальным реле давления клапанного элемента 128 между открытым положением при прохождении флюида высокой вязкости, такого как нефть, и закрытым положением при прохождении флюида низкой вязкости, такого как вода.

[0042] Далее со ссылкой на фиг. 7A-7B внутрискважинный модуль 110 управления потоком флюида представлен в виде принципиальной схемы. Модуль 110 управления флюидом содержит главный проход 136 для флюида, имеющий расположенный в нем клапанный элемент 128. Модуль 110 управления флюидом также содержит дополнительный проход 138 для флюида, имеющий чувствительный к вязкости канал 138b. Модуль 110 управления флюидом дополнительно содержит дифференциальное реле 150 давления, учитывающее сигнал 152 в виде давления с входной стороны 135a, смещающего клапанный элемент 128 в открытое положение, сигнал 154 в виде давления с выходной стороны 135b, смещающего клапанный элемент 128 в открытое положение, и сигнал 156 в виде давления из дополнительного прохода 138 для флюида, смещающего клапанный элемент 128 в закрытое положение.

[0043] На фиг. 7A через модуль 110 управления флюидом получают флюид высокой вязкости, такой как нефть, который представлен сплошными стрелками 158. Как обсуждалось в данном документе, чувствительный к вязкости канал 138b оказывает большое влияние на скорость проходящего через него флюида высокой вязкости, так что величина сигнала 156 в виде давления будет вызывать перевод дифференциальным реле 150 давления клапанного элемента 128 в открытое положение, как показано большим количеством стрелок 158, проходящих через модуль 110 управления флюидом. На фиг. 7B через модуль 110 управления флюидом получают флюид низкой вязкости, такой как вода, который представлен пустыми стрелками 160. Как обсуждалось в данном документе, чувствительный к вязкости канал 138b оказывает маленькое влияние на скорость проходящего через него флюида низкой вязкости, так что величина сигнала 156 в виде давления будет вызывать перевод дифференциальным реле 150 давления клапанного элемента 128 в закрытое положение, как показано небольшим количеством стрелок 160, проходящих через модуль 110 управления флюидом, которые могут отображать поток, проходящий только через дополнительный проход 138 для флюида. В проиллюстрированном варианте осуществления сигнал 156 в виде давления представляет собой сигнал общего давления P_T, определенный в местоположении на выходе чувствительного к вязкости канала 138b.

[0044] Далее со ссылкой на фиг. 8A-8B, внутрискважинный модуль 210 управления потоком флюида представлен в виде принципиальной схемы. Модуль 210 управления флюидом содержит главный проход 236 для флюида, имеющий расположенный в нем клапанный элемент 228. Модуль 210 управления флюидом также содержит дополнительный проход 238 для флюида, имеющий чувствительный к вязкости канал 238b. Модуль 210 управления флюидом дополнительно содержит дифференциальное реле 250 давления, учитывающее сигнал 252 в виде давления с входной стороны 235a, смещающего клапанный элемент 228 в открытое положение, сигнал 254 в виде давления с выходной стороны 235b, смещающего клапанный элемент 228 в открытое положение и сигнал 256 в виде давления из дополнительного прохода 238 для флюида, смещающего клапанный элемент 228 в закрытое положение.

[0045] На фиг. 8A через модуль 210 управления флюидом получают флюид высокой вязкости, такой как нефть, который представлен сплошными стрелками 258. Как обсуждалось в данном документе, чувствительный к вязкости канал 238b оказывает большое влияние на скорость проходящего через него флюида высокой вязкости, так что величина сигнала 256 в виде давления будет вызывать перевод дифференциальным реле 250 давления клапанного элемента 228 в открытое положение, как показано большим количеством стрелок 258, проходящих через модуль 210 управления флюидом. На фиг. 8B через модуль 210 управления флюидом получают флюид низкой вязкости, такой как вода, который представлен пустыми стрелками 260. Как обсуждалось в данном документе, чувствительный к вязкости канал 238b оказывает маленькое влияние на скорость проходящего через него флюида низкой вязкости, так что величина сигнала 256 в виде давления будет вызывать перевод дифференциальным реле 250 давления клапанного элемента 228 в закрытое положение, как показано небольшим количеством стрелок 260, проходящих через модуль 210 управления флюидом, которые могут отображать поток, проходящий только через дополнительный проход 238 для флюида. В проиллюстрированном варианте осуществления сигнал 256 в виде давления представляет собой сигнал статического давления P_S, определенный в местоположении на входе чувствительного к вязкости канала 238b.

[0046] Далее со ссылкой на фиг. 9A-9C внутрискважинный модуль 310 управления потоком флюида представлен в виде принципиальной схемы. Модуль 310 управления флюидом содержит главный проход 336 для флюида, имеющий расположенный в нем клапанный элемент 328. Модуль 310 управления флюидом также содержит дополнительный проход 338 для флюида, имеющий чувствительный к вязкости канал 338b и не чувствительный к вязкости канал 360. Модуль 310 управления флюидом дополнительно содержит дифференциальное реле 350 давления, учитывающее сигнал 352 в виде давления с входной стороны 335a, смещающего клапанный элемент 328 в открытое положение, сигнал 354 в виде давления с выходной стороны 335b, смещающего клапанный элемент 328 в открытое положение, и сигнал 356 в виде давления из дополнительного прохода 338 для флюида, смещающего клапанный элемент 328 в закрытое положение.

[0047] На фиг. 9A через модуль 310 управления флюидом получают флюид высокой вязкости, такой как нефть, который представлен сплошными стрелками 358. Как обсуждалось в данном документе, чувствительный к вязкости канал 338b оказывает большое влияние на скорость проходящего через него флюида высокой вязкости, так что величина сигнала 356 в виде давления будет вызывать перевод дифференциальным реле 350 давления клапанного элемента 328 в открытое положение, как показано большим количеством стрелок 358, проходящих через модуль 310 управления флюидом. В проиллюстрированном варианте осуществления сигнал 356 в виде давления представляет собой сигнал общего давления P_T, определенный на выходе чувствительного к вязкости канала 338b и в местоположении 360a на входе не чувствительного к вязкости канала 360. На фиг. 9B сигнал 356 в виде давления представляет собой сигнал общего давления P_T, определенный на выходе чувствительного к вязкости канала 338b и в местоположении 360b посередине не чувствительного к вязкости канала 360. На фиг. 9C, сигнал 356 в виде давления представляет собой сигнал общего давления P_T, определенный на выходе чувствительного к вязкости канала 338b и в местоположении 360c на выходе не чувствительного к вязкости канала 360. Использование не чувствительного к вязкости канала 360 в комбинации с чувствительным к вязкости каналом 338b в дополнительном проходе 338 для флюида обеспечивает гибкость конструкции модуля 310 управления потоком. Аналогично модулям 110 и 210 управления флюидом, описанным в данном документе, при получении флюида низкой вязкости, такого как вода, через модуль 310 управления флюидом чувствительный к вязкости канал 338b оказывает маленькое влияние на скорость проходящего через него флюида низкой вязкости, так что величина сигнала 356 в виде давления будет вызывать перевод дифференциальным реле 350 давления клапанного элемента 328 в закрытое положение.

[0048] Далее со ссылкой на фиг. 10A-10C внутрискважинный модуль 410 управления потоком флюида представлен в виде принципиальной схемы. Модуль 410 управления флюидом содержит главный проход 436 для флюида, имеющий расположенный в нем клапанный элемент 428. Модуль 410 управления флюидом также содержит дополнительный проход 438 для флюида, имеющий чувствительный к вязкости канал 438b, и диод флюида, имеющий направленное сопротивление, показанное в виде клапана 460 теслы. Модуль 410 управления флюидом дополнительно содержит дифференциальное реле 450 давления, учитывающее сигнал 452 в виде давления с входной стороны 435a, смещающего клапанный элемент 428 в открытое положение, сигнал 454 в виде давления с выходной стороны 435b, смещающего клапанный элемент 428 в открытое положение, и сигнал 456 в виде давления из дополнительного прохода 438 для флюида, смещающего клапанный элемент 428 в закрытое положение.

[0049] На фиг. 10A через модуль 410 управления флюидом получают флюид высокой вязкости, такой как нефть, который представлен сплошными стрелками 458. Как обсуждалось в данном документе, чувствительный к вязкости канал 438b оказывает большое влияние на скорость проходящего через него флюида высокой вязкости, так что величина сигнала 456 в виде давления будет вызывать перевод дифференциальным реле 450 давления клапанного элемента 428 в открытое положение, как показано большим количеством стрелок 458, проходящих через модуль 410 управления флюидом. В проиллюстрированной конфигурации клапан 460 теслы не оказывает или оказывает небольшое влияние на флюиды, проходящие в направлении добычи.

[0050] На фиг. 10B через модуль 410 управления флюидом получают флюид низкой вязкости, такой как вода, который представлен пустыми стрелками 462. Как обсуждалось в данном документе, чувствительный к вязкости канал 438b оказывает маленькое влияние на скорость проходящего через него флюида низкой вязкости, так что величина сигнала 456 в виде давления будет вызывать перевод дифференциальным реле 450 давления клапанного элемента 428 в закрытое положение, как показано небольшим количеством стрелок 462, проходящих через модуль 410 управления флюидом, которые могут отображать поток, проходящий только через дополнительный проход 438 для флюида. В проиллюстрированной конфигурации клапан 460 теслы не оказывает или оказывает небольшое влияние на флюиды, проходящие в направлении добычи.

[0051] На фиг. 10C состав для обработки, представленный сплошными стрелками 464, закачивают с поверхности через модуль 410 управления флюидом для закачивания в окружающий пласт или ствол скважины. Клапан 460 теслы обеспечивает значительное сопротивление потоку флюида в направлении закачивания, вызывая значительную потерю давления в проходящем через него потоке, так что величина сигнала 456 в виде давления будет вызывать перевод дифференциальным реле 450 давления клапанного элемента 428 в открытое положение, как показано большим количеством стрелок 464, проходящих через модуль 410 управления флюидом.

[0052] Представленное выше описание вариантов осуществления изобретения было приведено с целью иллюстрации и описания. Оно не предназначено быть исчерпывающим или для ограничения изобретения точной описанной формой, и в свете представленных выше идей возможны модификации и варианты, которые могут потребоваться при практическом осуществлении изобретения. Варианты осуществления выбраны и описаны для объяснения принципов изобретения и его практического применения, обеспечивая специалисту в данной области возможность использования изобретения в различных вариантах осуществления и с различными модификациями, которые подходят для конкретного предполагаемого использования. Другие замены, модификации, изменения и исключения можно сделать в конструкции, рабочих условиях и компоновке вариантов осуществления без отклонения от объема настоящего изобретения. Такие модификации и комбинации иллюстративных вариантов осуществления, а также другие варианты осуществления будут понятны специалистам в данной области при ссылке на описание. Вследствие этого предполагается, что приложенная формула изобретения включает в себя любые такие модификации или варианты осуществления.

1. Внутрискважинная система управления потоком флюида, содержащая:

модуль управления флюидом, имеющий входную сторону и выходную сторону, причем модуль управления флюидом содержит главный проход для флюида, параллельный дополнительному проходу для флюида, каждый из которых проходит между входной и выходной сторонами;

клапанный элемент, расположенный внутри модуля управления флюидом, причем клапанный элемент выполнен с возможностью переключения между открытым положением, в котором обеспечено прохождение флюида через главный проход для флюида, и закрытым положением, в котором прохождение флюида через главный проход для флюида предотвращено;

детектор вязкости, неподвижно расположенный внутри модуля управления флюидом, причем детектор вязкости имеет чувствительный к вязкости канал, который образует по меньшей мере часть дополнительного прохода для флюида; и

дифференциальное реле давления, выполненное с возможностью сдвига клапанного элемента между открытым и закрытым положениями, причем дифференциальное реле давления учитывает первый сигнал в виде давления с входной стороны, второй сигнал в виде давления с выходной стороны и третий сигнал в виде давления из дополнительного прохода для флюида, причем первый и второй сигналы в виде давления смещают клапанный элемент в открытое положение, третий сигнал в виде давления смещает клапанный элемент в закрытое положение;

причем величина третьего сигнала в виде давления зависит от вязкости флюида, проходящего через дополнительный проход для флюида; и

при этом дифференциальное реле давления действует в ответ на изменения вязкости флюида, регулируя за счет этого прохождение флюида через главный проход для флюида.

2. Система управления потоком по п. 1, в которой клапанный элемент имеет первую, вторую и третью площади и в которой первый сигнал в виде давления воздействует на первую площадь, второй сигнал в виде давления воздействует на вторую площадь, а третий сигнал в виде давления воздействует на третью площадь, так что дифференциальное реле давления действует в ответ на разницу между первым сигналом в виде давления, умноженного на первую площадь, плюс второй сигнал в виде давления, умноженного на вторую площадь, и третьим сигналом в виде давления, умноженного на третью площадь.

3. Система управления потоком по п. 1, в которой детектор вязкости, кроме того, представляет собой дисковый детектор вязкости.

4. Система управления потоком по п. 3, в которой главный проход для флюида дополнительно содержит по меньшей мере один радиальный проход через дисковый детектор вязкости.

5. Система управления потоком по п. 3, в которой чувствительный к вязкости канал дополнительно имеет извилистую траекторию детектора вязкости.

6. Система управления потоком по п. 5, в которой извилистая траектория образована на поверхности детектора вязкости.

7. Система управления потоком по п. 5, в которой извилистая траектория образована через детектор вязкости.

8. Система управления потоком по п. 5, в которой извилистая траектория дополнительно содержит по меньшей мере одну круговую траекторию.

9. Система управления потоком по п. 5, в которой извилистая траектория дополнительно содержит по меньшей мере одно изменение направления траектории.

10. Система управления потоком по п. 1, в которой третий сигнал в виде давления происходит из местоположения на выходе чувствительного к вязкости канала и в которой третий сигнал в виде давления представляет собой сигнал общего давления.

11. Система управления потоком по п. 1, в которой величина третьего сигнала в виде давления увеличивается с понижением вязкости флюида, проходящего через дополнительный проход для флюида.

12. Система управления потоком по п. 1, в которой величина третьего сигнала в виде давления, создаваемого потоком требуемого флюида через дополнительный путь для флюида, сдвигает клапанный элемент в открытое положение и в которой величина третьего сигнала в виде давления, создаваемого потоком нетребуемого флюида через дополнительный путь для флюида, сдвигает клапанный элемент в закрытое положение.

13. Система управления потоком по п. 1, в которой отношение скорости потока между главным проходом для флюида и дополнительным проходом для флюида составляет от приблизительно 3 к 1 до приблизительно 10 к 1, когда клапанный элемент находится в открытом положении.

14. Система управления потоком по п. 1, в которой дополнительный проход для флюида дополнительно содержит не чувствительный к вязкости канал, расположенный между чувствительным к вязкости каналом и выходной стороной; и

в которой третий сигнал в виде давления происходит из местоположения вдоль не чувствительного к вязкости канала.

15. Фильтр управления потоком, содержащий:

основную трубу с внутренним проходом;

фильтрующий материал, расположенный вокруг основной трубы; и

модуль управления флюидом, имеющий входную сторону и выходную сторону, причем модуль управления флюидом содержит главный проход для флюида, параллельный дополнительному проходу для флюида, каждый из которых проходит между входной и выходной сторонами;

клапанный элемент, расположенный внутри модуля управления флюидом, причем клапанный элемент выполнен с возможностью переключения между открытым положением, в котором обеспечено прохождение флюида через главный проход для флюида, и закрытым положением, в котором прохождение флюида через главный проход для флюида предотвращено;

детектор вязкости, неподвижно расположенный внутри модуля управления флюидом, причем детектор вязкости имеет чувствительный к вязкости канал, который образует по меньшей мере часть дополнительного прохода для флюида; и

дифференциальное реле давления, выполненное с возможностью сдвига клапанного элемента между открытым и закрытым положениями, причем дифференциальное реле давления учитывает первый сигнал в виде давления с входной стороны, второй сигнал в виде давления с выходной стороны и третий сигнал в виде давления из дополнительного прохода для флюида, причем первый и второй сигналы в виде давления смещают клапанный элемент в открытое положение, третий сигнал в виде давления смещает клапанный элемент в закрытое положение;

при этом величина третьего сигнала в виде давления зависит от вязкости флюида, проходящего через дополнительный проход для флюида; и

при этом дифференциальное реле давления действует в ответ на изменения вязкости флюида, регулируя за счет этого прохождение флюида через главный проход для флюида.

16. Фильтр управления потоком по п. 15, в котором клапанный элемент имеет первую, вторую и третью площади и в котором первый сигнал в виде давления воздействует на первую площадь, второй сигнал в виде давления воздействует на вторую площадь, а третий сигнал в виде давления воздействует на третью площадь, так что дифференциальное реле давления действует в ответ на разницу между первым сигналом в виде давления, умноженного на первую площадь, плюс второй сигнал в виде давления, умноженного на вторую площадь, и третьим сигналом в виде давления, умноженного на третью площадь.

17. Фильтр управления потоком по п. 15, в котором детектор вязкости, кроме того, представляет собой дисковый детектор вязкости, в котором главный проход для флюида дополнительно содержит по меньшей мере один радиальный проход через дисковый детектор вязкости и в котором чувствительный к вязкости канал дополнительно имеет извилистую траекторию детектора вязкости.

18. Фильтр управления потоком по п. 15, в котором величина третьего сигнала в виде давления увеличивается с понижением вязкости флюида, проходящего через дополнительный проход для флюида.

19. Фильтр управления потоком по п. 15, в котором величина третьего сигнала в виде давления, создаваемого потоком требуемого флюида через дополнительный путь для флюида, сдвигает клапанный элемент в открытое положение и в котором величина третьего сигнала в виде давления, создаваемого потоком нетребуемого флюида через дополнительный путь для флюида, сдвигает клапанный элемент в закрытое положение.

20. Способ управления потоком флюида внутри скважины, включающий в себя этапы, на которых осуществляют:

размещение системы управления потоком флюида в заданном местоположении внутри скважины, причем система управления потоком флюида содержит модуль управления флюидом, имеющий входную сторону и выходную сторону, детектор вязкости и дифференциальное реле давления, причем модуль управления флюидом содержит главный проход для флюида, параллельный дополнительному проходу для флюида, каждый из которых проходит между входной и выходной сторонами, детектор вязкости, неподвижно расположенный внутри модуля управления флюидом и имеющий чувствительный к вязкости канал, который образует по меньшей мере часть дополнительного прохода для флюида;

получение требуемого флюида с входной стороны к выходной стороне через модуль управления флюидом;

приведение в действие дифференциального реле давления со сдвигом клапанного элемента в открытое положение в ответ на получение требуемого флюида посредством приложения первого сигнала в виде давления с входной стороны к первой площади клапанного элемента, второго сигнала в виде давления с выходной стороны на вторую площадь клапанного элемента и третьего сигнала в виде давления из дополнительного прохода для флюида на третью площадь клапанного элемента;

получение нетребуемого флюида с входной стороны к выходной стороне через модуль управления флюидом; и

приведение в действие дифференциального реле давления со сдвигом клапанного элемента в закрытое положение в ответ на получение нетребуемого флюида посредством приложения первого сигнала в виде давления к первой площади клапанного элемента, второго сигнала в виде давления ко второй площади клапанного элемента и третьего сигнала в виде давления к третьей площади клапанного элемента;

причем величина третьего сигнала в виде давления зависит от вязкости флюида, проходящего через дополнительный проход для флюида, так что вязкость флюида приводит в действие дифференциальное реле давления, регулируя за счет этого прохождение флюида через главный проход для флюида.