Устройство селективного заканчивания скважины
Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для селективной изоляции пластов при заканчивании скважин. Обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства. Устройство селективного заканчивания скважины содержит, по меньшей мере, один регулирующий золотниковый клапан, корпус которого установлен на трубе, по меньшей мере, один термодатчик и наземный блок управления и контроля, связанный с клапаном и датчиком посредством линии управления. Клапан расположен напротив продуктивного пласта и сообщается с последним через отверстия в обсадной трубе скважины. Исполнительный механизм клапана постоянно соединен с его золотником и выполнен, по меньшей мере, с двумя рабочими элементами из сплава, обладающего эффектом памяти формы, каждый из которых постоянно или периодически расположен в зоне действия электрического нагревательного элемента, причем каждый рабочий элемент одним концом соединен с опорой, а другим - с золотником своего золотникового клапана, по меньшей мере, один из рабочих элементов каждого золотникового клапана установлен над, а другой - под соединенным с ним золотником. Устройство может дополнительно содержать подъемный механизм и челночное приспособление, на котором закреплены, по меньшей мере, один нагревательный элемент и связанная с ним термопара. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для селективной изоляции пластов при заканчивании нефтяных и газовых скважин.
Известно устройство селективного заканчивания разобщенной, по меньшей мере, одним пакером скважины, содержащее регулирующий золотниковый клапан, снабженный закрепленным в скважине органом регулирования [1]. Исполнительный механизм регулирующего клапана имеет вид периодически погружаемого в скважину гидравлического захватного приспособления, которое соединено колонной насосно-компрессорных труб с расположенным на поверхности земли подъемным устройством и насосом. Для переключения клапана захват спускают в скважину. При помощи насоса повышают давление в колонне насосно-компрессорных труб и гидравлическом приводе захватного приспособления, в результате чего оно стыкуется с золотником органа регулирования. Далее, приводя в действие подъемное устройство, захват с золотником либо поднимают вверх, либо опускают вниз, производя тем самым открытие или закрытие клапана.
Недостаток известного устройства заключается в его ограниченных функциональных возможностях.
Проведение длительных и дорогостоящих операций по монтажу и демонтажу массивной колонны усложняет эксплуатацию известного устройства, переключить которое можно только после прекращения нефте- или газодобычи и извлечения на поверхность скважинного оборудования. Операции захвата и перемещения золотника требуют высокой точности управления громоздкой колонной насосно-компрессорных труб, в результате чего повышена вероятность механического повреждения клапана при его переключении.
Известно выбранное в качестве прототипа устройство селективного заканчивания скважины интеллектуальной внутрискважинной клапанной системы для управления извлечением флюидов из нескольких разобщенных соответствующими пакерами интервалов скважины [2]. Устройство содержит связанный с наземным блоком управления и контроля регулирующий золотниковый клапан, и орган регулирования, и исполнительный механизм которого закреплены в скважине. Корпус органа регулирования закреплен на трубе, внутренняя поверхность которой сообщается с устьем скважины, а наружная - с перфорированным напротив одного из продуктивных пластов или пропластков и снабженным, по меньшей мере, одним пакером участком обсадной колонны. Исполнительный механизм выполнен гидро- или пневматическим, постоянно соединен с золотником органа регулирования и посредством линии управления через расположенный на поверхности земли блок управления и контроля связан с насосом или компрессором. Устройство содержит связанный с золотником электрический контролирующий датчик, электрический измерительный прибор для считывания его показаний электрический кабель и электрический источник питания. Датчик закреплен в скважине и соединен с измерительным прибором посредством электрического кабеля и указанного блока управления и контроля. Переключение клапана осуществляют по команде с блока регулирования и контроля путем повышения и понижения давления в линии управления и исполнительном механизме. При этом работа клапана контролируется по показаниям электрического измерительного прибора.
Недостаток известного устройства заключается в его ограниченных функциональных возможностях.
Золотниковый регулирующий клапан предназначен для работы при перепаде давлений на входе и выходе, достигающем сотен атмосфер, чем обусловлены повышенные требования к его прочностным характеристикам и герметичности уплотнений. Развиваемое исполнительным механизмом усилие при неизменном давлении в линии управления зависит от площади поперечного сечения гидро- или пневмоцилиндра. Поэтому приходится использовать дорогостоящий и малонадежный при длительной работе в скважине привод высокого давления, починка которого крайне затруднительна. Замена же привода высокого давления на более надежный исполнительный механизм с гидро- или пневмоцилиндром повышенного диаметра ведет к значительному увеличению его габаритов, а следовательно, к необходимости неоправданно завышать диаметр скважины и применять при ее эксплуатации низкопризводительное скважинное оборудование малого диаметра. Функция датчика ограничена только передачей информации о работе клапана. Между тем он занимает дополнительное место и является дополнительным источником поломок устройства.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства селективного заканчивания скважины.
Указанная цель достигается тем, что устройство селективного заканчивания скважины содержит снабженный органом регулирования и исполнительным механизмом регулирующий золотниковый клапан, корпус органа регулирования которого установлен на трубе и связан с перфорированным напротив продуктивного пласта или пропластка участком обсадной колонны, исполнительный механизм закреплен в скважине, постоянно соединен с золотником органа регулирования и посредством линии управления связан с расположенным на поверхности земли блоком управления и контроля, а золотник расположен в зоне действия датчика, соединенного соответствующими электрическими кабелями со связанным с электрическим источником питания и с указанным блоком управления и контроля электрическим измерительным прибором. При этом, по меньшей мере, один регулирующий золотниковый клапан, линия управления выполнена электрической в виде соответствующих электрических кабелей и проводов, датчик имеет вид термодатчика, исполнительный механизм каждого золотникового клапана снабжен, по меньшей мере, двумя рабочими элементами из сплава, обладающего эффектом памяти формы, каждый из которых постоянно или периодически расположен в зоне действия электрического нагревательного элемента, причем каждый рабочий элемент одним концом соединен с опорой, а другим - с золотником своего золотникового клапана, по меньшей мере, один из рабочих элементов каждого золотникового клапана установлен над, а другой - под соединенным с ним золотником, каждый рабочий элемент либо в виде электрического нагревательного элемента сопротивления сам связан указанным кабелем через блок управления и контроля с электрическим источником питания, либо постоянно или периодически расположен в зоне действия только одного нагревательного элемента, который независимо связан указанным кабелем через блок управления и контроля с электрическим источником питания. Устройство селективного заканчивания скважины дополнительно содержит, по меньшей мере, два защитных теплоизоляционных трубчатых щита и, по меньшей мере, два кольцевидных эластичных теплоизоляционных уплотнения, каждое из которых концентрично закреплено на одном из щитов, последние концентрично закреплены в скважине и обращены наружной поверхностью к рабочим элеметам, и каждый рабочий элемент соединен с соответствующим золотником посредством механической тяги, установленной с возможностью продольного перемещения в кольцевидном эластичном теплоизоляционном уплотнении одного из щитов. В устройстве, снабженном несколькими регулирующими золотниковыми клапанами, отношение полезного усилия исполнительного механизма к площади поперечного сечения, по меньшей мере, одного из клапанов выше, чем у остальных клапанов. Рабочие элементы одного и того же клапана, расположенные соответственно выше и ниже соединенного с ними золотника, разновелики. Каждый рабочий элемент соединен с опорой и с тягой посредством соответствующих электрических изоляторов, расположен внутри эластичной электроизоляционной оболочки, и в качестве электрических нагревательных элементов сопротивления и термодатчиков с переменным электрическим сопротивлением каждый рабочий элемент связан концами через кабель и блок управления и контроля с одним из каналов многоканального прибора для измерения его электрического сопротивления. Устройство селективного заканчивания скважины содержит два нагревательных элемента, в зоне действия одного из которых установлены те рабочие элементы всех клапанов, что расположены выше соединенных с ними золотников, в зоне действия другого нагревательного элемента расположены остальные рабочие элементы соответствующих клапанов, в зоне действия каждого нагревательного элемента установлен один термодатчик в виде термопары, соединенной через кабель и блок управления и контроля с одним из каналов многоканального потенциометра. Устройство селективного заканчивания скважины дополнительно содержит подъемный механизм и соединенное с ним соответствующим кабелем челночное приспособление, на котором закреплен, по меньшей мере, один нагревательный элемент и связанный с ним термодатчик в виде термопары, защитные щиты снабжены отверстиями, а рабочие элементы соответствующих исполнительных механизмов закреплены в скважине таким образом, что те из них, что расположены над соответствующими золотниками, установлены на одном уровне, остальные же - на другом. Указанное челночное приспособление содержит закрепленную на нижнем конце каротажного кабеля теплоизоляционную трубчатую раму, на которой закреплено грузило и концентрично установлены снаружи два снабженных общим тепломеханическим приводом кольцевидных раздвижных теплоизоляционных центровочных затвора, нагревательный элемент выполнен кольцевидным и концентрично закреплен снаружи рамы между указанными затворами, привод последних содержит расположенный в зоне действия нагревательного элемента рабочий элемент с эффектом памяти формы и пружину.
На фиг.1 схематично показано устройство селективного заканчивания скважины с двумя регулирующими клапанами и рабочими элементами, нагреваемыми путем прямого пропускания через них электрического тока. На фиг.2 схематично показано устройство селективного заканчивания скважины с двумя регулирующими золотниковыми клапанами и рабочими элементами, нагреваемыми путем косвенного электрического нагрева, стационарно установленными электрическими нагревательными элементами. На фиг.3 схематично представлено устройство селективного заканчивания скважины с двумя регулирующими золотниковыми клапанами и рабочими элементами, нагреваемыми путем косвенного электрического нагрева одним передвижным электрическим нагревательным элементом. На фиг.4 схаматично показан пример исполнения устройства с одним регулирующим клапаном и двумя рабочими элементами, нагреваемыми одним передвижным электрическим нагревательным элементом.
В предлагаемом описании: 1 - обсадная колонна; 2 - колонна напорно-компрессорных труб; 3 - продуктивный пласт (пропласток); 4 - труба; 5 -отверстие; 6 - пакер; 7 - регулирующий золотниковый клапан; 8 - корпус клапана 7; 9 - золотник клапана 7; 10 - исполнительный механизм клапана 7; 11 - тепломеханический рабочий элемент с эффектом памяти формы; 12 - механическая тяга; 13 - защитный электротеплоизоляционный трубчатый щит; 14 - эластичное кольцевидное теплоизоляционное уплотнение; 15 - электрический изолятор; 16 - эластичная электроизоляционная оболочка; 17 - одножильный электрический провод; 18 - электрический кабель; 19 - блок управления и контроля; 20 - электрический источник питания; 21 - электрический измерительный прибор; 22 - электрический нагревательный элемент; 23 - термодатчик; 24 - подъемный механизм; 25 - челночное приспособление; 26 - электрический кольцевидный нагревательный элемент; 27 - трубчатый регулирующий золотниковый клапан; 28 - трубчатый корпус клапана 27; 29 - трубчатый золотник клапана 27; 30 - электрическая лебедка; 31 - электрический самостопорящийся червячный мотор-редуктор лебедки 30; 32 - барабан лебедки 30; 33 - электрический скользящий контактный распределитель лебедки 30; 34 - консоль; 35 - шкив; 36 - теплоизоляционная трубчатая рама; 37 - грузило; 38 - кольцевидный раздвижной теплоизоляционный центровочный затвор; 39 - тепломеханический привод затворов 38; 40 - продольный паз; 41 - кольцевидная эластичная теплоизоляционная манжета; 42 - кольцевидный вальцовочный зажим; 43 - пружина; 44 - теплоизоляционный кожух; 45 - направляющая втулка.
Устройство селективного заканчивания скважины содержит закрепленную в обсадной колонне 1 колонну 2 напорно-компрессорных труб с установленной напротив продуктивного пласта (пропластка) 3 трубой 4 (фиг.1-3). Расположенный в пласте (пропластке) 3 участок колонны 1 снабжен отверстиями 5. Кольцевидная полость между колонной 1 и трубой 4 разобщена с остальными внутренними полостями колонны 1, например, двумя пакерами 6. Посредством золотниковых регулирующих клапанов 7 внутренняя и внешняя полости трубы 4 периодически соединены между собой. Каждый клапан 7 содержит корпус 8, установленный в нем с возможностью продольного перемещения золотник 9 и исполнительный механизм 10 в виде двух периодически нагреваемых тепломеханических рабочих элементов 11, изготовленных из сплава, обладающего эффектом памяти формы, например, из никелида титана. Память элемента 11 выражается в самопроизвольном укорачивании при нагреве и принудительном удлинении при охлаждении. При этом один из рабочих элементов 11 каждого золотникового клапана 7 расположен над, а другой под его золотником 9 и каждый элемент 11 одним концом закреплен на опоре, а другим соединен со своим золотником 9 посредством соответствующей механической тяги 12, например, троса. Между трубой 4 и внутренней полостью скважины установлены соединенные встык с колонной 2 защитные электротеплоизоляционные, например, пластмассовые, щиты 13, каждый из которых снабжен соответствующим эластичным, например, резиновым теплоизоляционным уплотнением 14. Элементы 11 расположены в кольцевидных зазорах между щитами 13 и трубой 4, и каждая из тяг 12 установлена с возможностью скольжения в соответствующем уплотнении 14.
На фиг.1 каждый рабочий элемент снабжен на концах соответствующими электрическими изоляторами 15, например, из стеклотекстолита и установлен внутри эластичной электроизоляционной, например, силиконовой оболочки 16. В качестве электрического нагревательного элемента сопротивления каждый рабочий элемент 11 через соответствующие электрические линии управления в виде одножильных проводов 17 и многожильных кабелей 18 и блок 19 управления и контроля соединен с электрическим источником 20 питания. В качестве термоэлектрического датчика электрического сопротивления каждый элемент 11 через соответствующие провода 17 и кабели 18 соединен с источником 20 питания и электрическим измерительным прибором 21, который выполнен, например, в виде многоканального прибора измерения электрического сопротивления каждого из рабочих элементов 11.
На фиг.2 исполнительный механизм каждого клапана 7 содержит два электрических нагревательных элемента 22, каждый из которых выполнен, например, в виде электрического нагревательного элемента сопротивления или индукционным. Внутри кольцевидных зазоров между трубой 4 и щитами 13 в зоне действия каждого нагревательного элемента 22 установлен, по меньшей мере, один термоэлектрический датчик, например, в виде термопары 23. Каждый элемент 22 через соответствующие кабели 18 и блок 19 связан с источником 20 питания. Каждая термопара 23 соответствующими кабелями 18 соединена через блок 19 с источником 20 питания и электрическим измерительным прибором 21, например, с одним из каналов многоканального потенциометра для измерения электрического сопротивления термопар 23.
На фиг.3, 4 устройство дополнительно содержит подъемный механизм 24 и соединенное с ним кабелем 18 челночное приспособление 25. На последнем закреплен, по меньшей мере, один нагревательный элемент 22, связанный соответствующими кабелями через блок 19 с источником 20 питания. В зоне действия элемента 22 расположена термопара 23, которая закреплена на челночном приспособлении 25 и соответствующими кабелями 18 через блок 19 соединена с источником 20 питания и прибором 21. Щиты 13 снабжены отверстиями 5. Рабочие элементы 11 соответствующих исполнительных механизмов 10 закреплены в скважине таким образом, что те из них, что расположены над соответствующими золотниками 9, установлены на одном уровне, остальные же - на другом.
На фиг.4 устройство содержит кольцевидный, например, нихромовый электрический нагревательный элемент 26 сопротивления, трубчатый регулирующий золотниковый клапан 27 и четыре рабочих элемента 11. Клапан 27 снабжен трубчатым корпусом 28 и трубчатым золотником 29. Два элемента расположены над, а другие два под соединенными с ними соответствующими тягами 12 золотниками 29. Подъемный механизм 24 имеет вид электрической лебедки 30, снабженной мотор-редуктором 31, барабаном 32 и закрепленным на последнем электрическим скользящим контактным распределителем 33. Мотор-редуктор 31 выполнен самостопорящимся, например, червячным. Кабель 18 намотан на барабан 32 и связан с блоком 19 посредством скользящего контактного распределителя 33. Кабель 18 через установленный на консоли 34 шкив 35 спущен в скважину и соединен нижним концом с челночным приспособлением 25 и закрепленным на нем кольцевидным нагревательным элементом 26. Челночное приспособление 25 содержит теплоизоляционную трубчатую раму 36, грузило 37 и два кольцевидных раздвижных теплоизоляционных центровочных затвора 38, снабженных общим тепломеханическим приводом 39. Рама 36 снабжена двумя продольными пазами 40 и двумя расположенными соответственно наверху и внизу рамы 36 консолями 34, посредством нижней из которых рама 36 соединена с расположенным ниже грузилом 37, а верхней - с нижним концом кабеля 18. Каждый затвор 38 имеет вид кольцевидной эластичной теплоизоляционной манжеты 41, на каждом из торцов которой концентрично закреплено по одному кольцевидному вальцовочному зажиму 42. Манжета 41 имеет, например, вид патрубка из эластичного теплоизоляционного материала, например, из пористой резины. Привод 39 содержит рабочий элемент 11, пружину 43 его реверса, электротеплоизоляционный кожух 44, термопару 23, две тяги 12, два их уплотнения 14, два шкива 35 и две направляющие втулки 45 с закрепленной на каждой консолью 34. Кожух 44 соединен с возможностью теплообмена с элементом 26, а остальные его части выполнены теплоизолированными. Элемент 11 привода 39 и термопара 23 расположены внутри кожуха 44. Элемент 11 привода 39 соединен противоположными концами с концами соответствующих тяг 12, которые установлены с возможностью перемещения внутри соответствующих уплотнений 14, огибают закрепленные на консолях 34 рамы 32 соответствующие шкивы 35 и соединены между собой пружиной 43. Каждый затвор 38 концентрично закреплен одним из своих зажимов 42 на одном из концов рамы 36, а другим зажимом 42 на одной из втулок 45.
Устройство селективного заканчивания скважины работает следующим образом (фиг.1-3). В исходном положении клапаны 7 открыты и через них пласты (пропластки) 3 сообщаются с внутренними полостями трубы 4 и колонны 2. При этом все рабочие элементы 11 устройства имеют температуру, приближенную к температуре окружающих их скважинных флюидов, и верхние рабочие элементы 11 каждого исполнительного механизма 10 короче нижних. Для закрытия клапанов 7 необходимо нагреть более длинные - нижние из рабочих элементов 11 соответствующих механизмов 10. На фиг.1 для нагрева более длинных - нижних из элементов 11 по команде с блока 19 пропускают через них ток, тем самым производя их прямой электрический нагрев. На фиг.2, 3 для нагрева более длинных - нижних из элементов 11 по команде с блока 19 включают нагревательные элементы 22, в зоне действия которых они расположены, осуществляя этим их косвенный электрический нагрев. В определенный момент (фиг.1-3) из-за нагрева вследствие реализации эффекта памяти формы данные нижние рабочие элементы 11 самопроизвольно укорачиваются, совершая рабочий ход. В результате соединенные с ними золотники 9 перемещаются вниз, а расположенные с противоположной от тех же золотников 9 стороны, охлаждаемые скважинными флюидами, и благодаря этому более пластичные рабочие элементы 11 удлиняются, совершая холостой ход. При закрытых клапанах 7 отсутствует сообщение между продуктивным пластом (пропластком) 3, внутренними полостями трубы 4 и колонны 2. При этом все рабочие элементы 11 устройства постепенно охлаждаются до температуры, приближенной к температуре окружающих их скважинных флюидов. Для повторного открытия клапанов 7 необходимо нагреть более длинные - верхние из рабочих элементов 11 соответствующих механизмов 10. На фиг.1 для нагрева более длинных - верхних из элементов 11 по команде с блока 19 пропускают через них ток, тем самым производя их прямой электрический нагрев. На фиг.2, 3 для нагрева более длинных - верхних из элементов 11 по команде с блока 19 включают нагревательные элементы 22, в зоне действия которых они расположены, осуществляя этим их косвенный электрический нагрев. В определенный момент (фиг.1-3) из-за нагрева вследствие реализации эффекта памяти формы данные верхние рабочие элементы 11 самопроизвольно укорачиваются, совершая рабочий ход. В результате соединенные с ними золотники 9 перемещаются вверх, а расположенные с противоположной от тех же золотников 9 стороны, охлаждаемые скважинными флюидами, и благодаря этому более пластичные рабочие элементы 11 удлиняются, совершая холостой ход. Дальнейшее переключение клапанов 7 осуществляется аналогичным образом.
Связанный с соответствующим прибором 21 каждый элемент 11 как термодатчик (фиг.1) обеспечивает прямое наблюдение за своей температурой, а соединенная с соответствующим прибором 21 каждая термопара 23 (фиг.2, 3) обеспечивает косвенное наблюдение за температурой связанного с ней элемента 11. Что в обоих случаях однозначно наблюдению за степенью деформации контролируемых элементов 11 с целью своевременного предупреждения их порчи в результате перегрева. После поступления от прибора 21 на блок 19 информации о завершении в соответствующих элементах 11 аустенитного превращения блок 19 самопроизвольно прекращает их прямой (фиг.1) или косвенный (фиг.2, 3) электрический нагрев.
Операции закрытия и открытия трубчатого регулирующего золотникового клапана 27 (фиг.4) при использовании одного кольцевидного нагревательного элемента 26 производятся после установки челночного приспособления 25 непосредственно над колонной 2. Нагревательный элемент 26 транспортируют к месту его работы в отключенном состоянии путем включения через блок 19 мотор-редуктора 31 лебедки 30. При этом под действием пружины, находящийся в охлажденном пластичном состоянии элемент 11 привода 39 до предела растянут пружиной 43. Расстояние между верхней и нижней втулками 45 минимально, затворы 38 имеют максимальную длину и минимальный наружный диаметр, и поэтому их манжеты 41 не препятствуют спуску элемента 26 в скважину. Для закрытия клапана 27 данный спуск продолжают вплоть до момента, когда элемент 26 окажется расположенным напротив закрепленных в скважине рабочих элементов 11 клапана 27, установленных ниже соединенных с ними соответствующих золотников 29. Подав команду на блок 19, мотор-редуктор 31 лебедки 30 отключают, а закрепленный на кабеле 18 элемент 26 включают. В результате нагревательный элемент 26 начинает нагревать рабочий элемент 11 привода 39, и тот, «вспоминая» предварительно заданную форму, укорачивается и, действуя через соответствующие тяги 12, начинает растягивать пружину 43 и передвигать втулки 45 врозь одна от другой. При этом манжеты 41 соединенных с ними затворов 38 деформируются, и их наружный диаметр увеличивается. При минимальной длине элемента 11 привода 39 манжеты 41 прижимаются к соответствующим щитам 13 и, начиная препятствовать массопереносу скважинных флюидов к стационарно закрепленным в скважине рабочим элементам 11 механизма 10, обеспечивают приемлемые условия для нагрева этих элементов 11 нагревателем 26. При нагреве в определенный момент рабочие элементы 11 механизма 10 вследствие реализации эффекта памяти формы самопроизвольно укорачиваются, совершая рабочий ход. В результате соединенный с ними золотник 29 перемещается вниз и клапан 27 запирается, а расположенные с противоположной от золотника 29 стороны, охлаждаемые скважинными флюидами, и благодаря этому более пластичные рабочие элементы 11 удлиняются, совершая холостой ход. Тепловые потери при этом снижены как за счет увеличения наружного диаметра манжет 41 соответствующих затворов 38, так и в результате покрытия стенок полостей, в которых расположены рабочие элементы 11 теплоизоляционными материалами, например, фторопластом (не показаны). Перед последующей транспортировкой, подав соответствующую команду на блок 19, элемент 26 отключают. Постепенно охлаждаясь скважинными флюидами, рабочий элемент 11 привода 39 становится пластичным и растягивается под действием пружины 43. Расстояние между верхней и нижней втулками 45 до предела уменьшается, затворы 38 приобретают максимальную длину, наружный диаметр их манжет 41 уменьшается, и они перестают препятствовать дальнейшей транспортировке элемента 26 в скважине.
Повторное открытие клапана 27 осуществляется аналогичным образом, с той лишь разницей, что движение нагревательного элемента 26 в скважине прекращают и его включают после того, как в зоне действия элемента 26 окажутся те из элементов 11 механизма 10, что расположены выше связанного с ними золотника 29.
После прекращения работ по переключению клапана 27, подав соответствующую команду на блок 19, элемент 26 отключают и после завершения процесса удлинения пружиной 43 охлажденного элемента 11 привода 39, подав другую команду на блок 19, включают мотор-редуктор 31 лебедки 30 и извлекают челночное приспособление 25 из скважины.
Соединенная с соответствующим прибором 21 термопара 23 (фиг.4) обеспечивает косвенное наблюдение за температурой связанного с ней элемента 11, что однозначно наблюдению за степенью деформации контролируемых элементов 11 механизма 10 и привода 39 с целью своевременного предупреждения их порчи в результате перегрева. После поступления от прибора 21 на блок 19 информации о завершении в соответствующих элементах 11 аустенитного превращения блок 19 самопроизвольно прекращает их косвенный электрический нагрев.
Происходящее в элементах 11 из никелида титана аустенитное и мартенситное превращение находит яркое отражение в аномальном гистерезисном изменении их электрического сопротивления [3], что позволяет использовать никелидтитановые рабочие элементы 11 в качестве термодатчиков.
Как и в прототипе [2], предлагаемое устройство обеспечивает управление потоками скважинных флюидов и технологических жидкостей, направленных от одного из нескольких разобщенных пакерами 6 участков скважины к ее устью. При этом предлагаемое устройство может быть использовано, как в случае, когда разобщение осуществляется только одним пакером, так и при совместном применении нескольких предлагаемых устройств, в процессе разработки одной скважиной нескольких пересекаемых ею продуктивных пластов и пропластков, управление которыми можно осуществлять с единого блока управления и контроля с использованием общих кабелей 18.
Повышению скорости охлаждения элементов 11 отвечает уменьшение габаритов кольцевидных полостей, в которых они расположены. С той же целью могут быть применены электрические нагревательные элементы 22 индукционного действия, посредством которых может быть осуществлен нагрев в первую очередь самих металлических по природе элементов 11.
Тепловые потери на фиг.1 снижены за счет покрытия элементов 11 с прямым электрическим нагревом соответствующими оболочками 16, а также путем уменьшения массопереноса флюидов при помощи щитов 13 и уплотнений 14 (фиг.1, 2) или защиты зоны нагрева нагреваемого элемента 11 затворами 33 (фиг.3). Кроме того, для снижения тепловых потерь необходимо покрыть стенки полостей, в которых расположены рабочие элементы 11 теплоизоляционными материалами, например, фторопластом (на фиг.1-3 не показаны).
В предлагаемом описании (фиг.1, 2) кабель 18 закреплен внутри колонны 2. При этом предполагается использовать закрепленный на стенках скважинных труб плоский бронированный кабель 18. При хорошей теплоизоляции зон нагрева и возможности проведения нагрева элементов 11 в течение несколько минут возможно применение маломощных нагревательных элементов 22, которые связаны с источником 20 соответствующими электрическими кабелями в виде запрессованных в плоскую герметичную металлическую броню и электроизолированных друг от друга плоских лент из нержавеющей стали. При прокладке кабеля 18 или монтаже элементов 22 предполагается использовать малогабаритный робот. Тот же робот будет востребован при ремонте или замене поврежденных кабелей 18 или испорченных стационарных элементов 22.
Предложенный в описании (фиг.4) червячный мотор-редуктор 27 при отключении путем самостопорения обеспечивает надежную фиксацию положения нагревательного элемента 26 на заданной глубине независимо от направления его предшествующего движения. При этом точность наведения элемента 26 на соответствующие элементы 11 механизма 10 в момент его остановки может быть повышена в результате применения лебедки 30 с автоматически задаваемой глубиной стравливания кабеля 18 или доукомплектования челночного приспособления 25 прицельным приспособлением (не показаны). Чтобы предотвратить заклинивание приспособления 25, его концы имеют заостренную форму (не показано).
Рабочие элементы 11 изготовлены из работающих на растяжение-сжатие прямолинейных никелидтитановых проволок (не показаны). Для увеличения рабочего усилия элемента 11 несколько таких проволок объединяют в мышцевидные пакеты (не показаны). При необходимости увеличения рабочего хода такую проволоку несколько раз огибают относительно закрепленных на опорах шкивов или дополнительно снабжают двуплечим рычагом, подвижным блоком и.т.п.(не показаны).
Удешевлению, повышению надежности и упрощению снабженного несколькими регулирующими клапанами устройства способствует то, что на работу в нем при максимальном перепаде давлений на входе и выходе может быть рассчитан, по крайней мере, только один клапан 7, который, являясь подрывным, обеспечивает своим открытием снижение предъявляемых к остальным клапанам 7 аналогичных требований. Важным преимуществом предлагаемых регулирующих клапанов 7, 27 является также простота соизмерения усилий, запрашиваемых для обеспечения их открытия и закрытия с соответствующими усилиями их исполнительных механизмов 10. Для обеспечения расхода исполнительным механизмом 10 ровно такого количества энергии, которое необходимо как для открытия, так и для закрытия соответствующего клапана 7, 27, варьируют количеством никелидтитановых проволок в соответствующих элементах 11. В результате более рационально используется сплав с эффектом памяти формы и смягчаются требования к прочностным характеристикам силовых элементов конструкции.
Основным условием сохранения работоспособности элементов 11 является предохранение их от перегрева, которому при использовании промышленных никелидтитановых сплавов соответствует превышение 250°С [3]. Для защиты элементов 11 от разрушения вследствие короткого замыкания (фиг.1) особое внимание следует уделить их электроизоляции.
Список использованной литературы
1. Патент РФ №2244801, МКИ 7 Е21В 23/04, опубликован в 2005 г.
2. Патент РФ №2320850, Е21В 34/06, Е21В 43/14. (43) Дата публикации заявки: 2005.09.20, (45) Опубликовано: 2008.03.27.
3. Оцука К., Симидзу К., Судзуки Ю. и др. Сплавы с эффектом памяти формы. Перевод с японского под редакцией А.М.Глезера, Москва, «Металлургия», 1990 г., стр.76, 165.
1. Устройство селективного заканчивания скважины, содержащее регулирующий золотниковый клапан, корпус которого установлен на трубе, датчик и наземный блок управления и контроля, связанный с клапаном и датчиком посредством линии управления, при этом клапан расположен напротив продуктивного пласта и сообщается с последним через отверстия в обсадной трубе скважины, а исполнительный механизм клапана постоянно соединен с его золотником, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, один регулирующий золотниковый клапан и датчик, причем при наличии нескольких клапанов все они расположены параллельно напротив одного продуктивного пласта или пропластка, дополнительно содержит электрические нагревательные элементы, каждый датчик выполнен в виде термодатчика, линия управления состоит из электрических кабелей и проводов, датчик и блок управления и контроля выполнены электрическими и соединены с электрическим источником питания, исполнительный механизм каждого золотникового клапана установлен на указанной трубе и выполнен, по меньшей мере, с двумя рабочими элементами из сплава, обладающего эффектом памяти формы, каждый из которых постоянно или периодически расположен в зоне действия электрического нагревательного элемента, причем каждый рабочий элемент одним концом соединен с опорой, а другим - с золотником своего золотникового клапана, по меньшей мере, один из рабочих элементов каждого золотникового клапана установлен над, а другой - под соединенным с ним золотником, каждый рабочий элемент либо в виде электрического нагревательного элемента сопротивления сам связан указанным кабелем через блок управления и контроля с электрическим источником питания, либо постоянно или периодически расположен в зоне действия только одного нагревательного элемента, который независимо связан указанным кабелем через блок управления и контроля с электрическим источником питания.
2. Устройство селективного заканчивания скважины по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит, по меньшей мере, два защитных теплоизоляционных трубчатых щита и, по меньшей мере, два кольцевидных эластичных теплоизоляционных уплотнения, каждое из которых концентрично закреплено на одном из щитов, последние концентрично закреплены в скважине и обращены наружной поверхностью к рабочим элеметам, и каждый рабочий элемент соединен с соответствующим золотником посредством механической тяги, установленной с возможностью продольного перемещения в кольцевидном эластичном теплоизоляционном уплотнении одного из щитов.
3. Устройство селективного заканчивания скважины по п.1, отличающееся тем, что в устройстве, снабженном несколькими регулирующими золотниковыми клапанами, отношение полезного усилия исполнительного механизма к площади поперечного сечения, по меньшей мере, одного из клапанов выше, чем у остальных клапанов.
4. Устройство селективного заканчивания скважины по п.1, отличающееся тем, что рабочие элементы одного и того же клапана, расположенные соответственно выше и ниже соединенного с ними золотника, разновелики.
5. Устройство селективного заканчивания скважины по п.1, отличающееся тем, что каждый рабочий элемент соединен с опорой и с тягой посредством соответствующих электрических изоляторов, расположен внутри эластичной электроизоляционной оболочки и в качестве электрических нагревательных элементов сопротивления и термодатчиков с переменным электрическим сопротивлением каждый рабочий элемент связан концами через кабель и блок управления и контроля с одним из каналов многоканального прибора для измерения его электрического сопротивления.
6. Устройство селективного заканчивания скважины по п.1, отличающееся тем, что содержит два нагревательных элемента, в зоне действия одного из которых установлены те рабочие элементы всех клапанов, что расположены выше соединенных с ними золотников, в зоне действия другого нагревательного элемента расположены остальные рабочие элементы соответствующих клапанов, в зоне действия каждого нагревательного элемента установлен один термодатчик в виде термопары, соединенной через кабель и блок управления и контроля с одним из каналов многоканального потенциометра.
7. Устройство селективного заканчивания скважины по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит подъемный механизм и соединенное с ним соответствующим кабелем челночное приспособление, на котором закреплен, по меньшей мере, один нагревательный элемент и связанный с ним термодатчик в виде термопары, защитные щиты снабжены отверстиями, а рабочие элементы соответствующих исполнительных механизмов закреплены в скважине таким образом, что те из них, что расположены над соответствующими золотниками установлены на одном уровне, остальные же - на другом.
8. Устройство селективного заканчивания скважины по п.7, отличающееся тем, что, указанное челночное приспособление содержит закрепленную на нижнем конце каротажного кабеля теплоизоляционную трубчатую раму, на которой закреплено грузило и концентрично установлены снаружи два снабженных общим тепломеханическим приводом кольцевидных раздвижных теплоизоляционных центровочных затвора, нагревательный элемент выполнен кольцевидным и концентрично закреплен снаружи рамы между указанными затворами, привод последних содержит расположенный в зоне действия нагревательного элемента рабочий элемент с эффектом памяти формы и пружину.
