Автономное устройство регулирования потока флюида в скважине


 


Владельцы патента RU 2633598:

Журавлев Олег Николаевич (RU)

Изобретение относится к области добычи углеводородов и может быть использовано при эксплуатации скважин, в частности для выравнивания профиля притока флюида по длине скважины. Устройство содержит корпус со средствами входа и выхода для прохода потока флюида. Между указанными средствами входа и выхода последовательно размещены, по меньшей мере, одно гидравлическое сопротивление, способное менять свои характеристики в зависимости от расхода и состава проходящей через него жидкости и/или при воздействии внешнего управляющего электрического, электромагнитного или акустического сигнала, и отсечная ступень, содержащая, по меньшей мере, большое постоянное гидравлическое сопротивление и, по меньшей мере, один клапан с фиксированным положением затвора. Технический результат заключается в повышении эффективности регулирования потока флюида в скважине. 4 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области добычи углеводородов и может быть использовано при эксплуатации скважин, в частности для выравнивания профиля притока флюида по длине скважины.

В рамках настоящей заявки термин «заканчивание скважины» означает (см. Соловьев Е.М. Заканчивание скважин: Учеб. для вузов. - М.: Недра, 1979; Теория и практика заканчивания скважин: в 5 т. / А.И. Булатов, П.П. Макаренко, В.Ф. Будников и др. - М.: Недра, 1997-1998. Т. 1-5) спуск компоновки из труб, возможно, фильтров (через них течет жидкость) или последующей перфорации, пакеров (изолирующие элементы) и подвески (крепежное приспособление (якорь) для того, чтобы вся конструкция фиксировалась в указанном месте).

На данный момент в нефтегазовой индустрии существует два основных типа систем контроля притока с использованием заканчивания скважин. Часто используемые системы контроля притока представляют собой пассивные устройства, которые монтируются в противопесочные фильтры. Наиболее распространены модификации штуцерных или трубочно-канальных систем. Данные системы за счет гидравлического сопротивления создают определенный перепад давления между пластом и скважиной, тем самым изменяя депрессию на пласт. При этом уровень штуцерования или гидравлического сопротивления (подбор определенного диаметра штуцера или длины и диаметра трубочно-канальной системы) осуществляют на основе данных каротажа после бурения или по данным каротажа во время бурения – LWD, и, естественно, этот параметр не может быть изменен после установки оборудования в скважину.

Основным недостатком такой системы является невозможность поменять ее настройку в случае изменения со временем характеристик призабойной зоны пласта, а также невозможность при прорыве воды или газа ограничить приток упомянутых компонентов. В случае неправильной установки системы или ее недоспуска весь дизайн настройки не будет соответствовать притоку жидкости по длине самой горизонтальной скважины, что также отрицательно скажется на дебите последней и выработке месторождения в целом.

Известны также активные системы с гидравлически контролируемыми клапанами, которые спускают на насосно-компрессорной трубе (НКТ) внутрь хвостовика или противопесчанных фильтров. Данные клапана имеют возможность регулировать уровень дросселирования каждой зоны с поверхности.

Основными недостатками таких систем являются высокая стоимость оборудования и сервисных работ при установке и эксплуатации, ограничение по глубине спуска и небольшая надежность работы.

Известно (RU, патент 2042788, опубл. 27.08.1995) клапанное устройство для насосной скважины, включающее полый корпус с входными отверстиями, управляющий элемент в виде сильфона, установленный в верхней части корпуса и образующий с ним камеру, заполненную сжатым газом и оборудованную узлом зарядки, подпружиненные седла, размещенные в нижней части корпуса, шток, жестко связанный верхним концом с упругим элементом, а нижним под седлами - с затворами. Известное устройство предназначено для регулирования динамического уровня жидкости в насосной скважине.

Недостатком устройства является невысокая надежность работы.

Известна также (SU, авторское свидетельство 1781416, опубл. 15.12.1992 г.) скважинная установка, включающая спущенный на колонне труб посадочный ниппель со съемным клапаном - регулятором и отсекателем для насосной эксплуатации, состоящий из полого корпуса с пропускными отверстиями, наружными уплотнителями и фиксатором, внутри которого установлен сверху вниз сильфон с ограниченным ходом вверх и вниз, жестко связанный нижним концом со штоком, а верхним торцом с корпусом и образующий с ним камеру зарядки, седло, жестко зафиксированное в корпусе, и под седлом - затвор, связанный со штоком сильфона.

Недостатком известного технического решения является невысокая надежность, обусловленная тем, что клапан-отсекатель установлен по центру труб, из-за чего сужается проходное сечение подъемника и не уравновешиваются его положения в посадочном ниппеле в процессе работы. При этом возникает большая вероятность выброса клапана при высоких перепадах давлений, а также вероятность его забивания механическими примесями при остановке скважины, что затрудняет извлечение клапана из ниппеля. Кроме того, шток сильфона связан с затвором, что увеличивает вероятность обрыва штока от затвора при динамических нагрузках и нарушения герметичности пары "затвор-седло".

Ближайшим аналогом разработанного технического решения можно признать (RU, патент 2513570, опубл. 20.04.2014) клапанный узел, предназначенный для использования в стволе скважины (два варианта). Согласно первому варианту клапанный узел содержит корпус, соединенный с насосно-компрессорной колонной, камеру, образованную внутри корпуса и гидравлически сообщенную через проточный канал с внутренним кольцевым зазором, образованным вблизи скважины; поршень и смещающий элемент, расположенные в камере, причем смещающий элемент приспособлен для смещения поршня в первое положение, и путь потока текучей среды, образованный внутри корпуса, сообщенный с насосно-компрессорной колонной и внутренним кольцевым зазором и содержащий одну или несколько форсунок, расположенных в нем, при этом поршень способен перемещаться между первым положением, обеспечивающим проход потока - проток текучей среды через путь потока в насосно-компрессорную колонну, и вторым положением, предотвращающим поток текучей среды в насосно-компрессорную колонну. Согласно второму варианту клапанный узел содержит корпус, соединенный с насосно-компрессорной колонной, камеру, образованную внутри корпуса и имеющую первый конец, гидравлически сообщенный с внутренним кольцевым зазором проточным каналом, и второй конец, гидравлически сообщенный с насосно-компрессорной колонной через вентиляционный канал, путь потока текучей среды, образованный внутри корпуса и проходящий через камеру, для обеспечения гидравлического сообщения внутреннего кольцевого зазора с насосно-компрессорной колонной, форсунку, расположенную внутри пути потока вблизи насосно-компрессорной колонны, поршень, расположенный внутри камеры, приспособленный для радиального перемещения относительно насосно-компрессорной колонны и имеющий поршень имеет прижимной конец, смещающий конец и центральную часть уменьшенного поперечного сечения, расположенную между прижимным и смещающим концом, и смещающий элемент, расположенный вблизи второго конца камеры и приспособленный для перемещения поршня в первое положение, причем поршень приспособлен для перемещения между первым положением, обеспечивающим поток текучей среды через путь потока в насосно-компрессорную колонну, и вторым положением, предотвращающим поток текучей среды в насосно-компрессорную колонну, - перекрыт.

Недостатком известного решения можно признать следующее: в известном техническом решении клапан способен только закрываться при увеличении разности давлений между внутренней частью насосно-компрессорной колонны и затрубным пространством скважины, т.е. клапан перекрывает проходное сечение прохода флюида при увеличении разницы давлений. Принцип работы клапана основывается на поджатии пружиной, такая конструкция быстро выйдет из строя. Система в указанном патенте не имеет возможности переключаться, клапан может только закрыться и перекрыть весь канал, и нет возможности переключения клапана по сигналу. Клапанный узел непригоден для подстройки под изменение расхода. Гидравлическое сопротивление, функцию которого выполняют форсунки, хотя может быть использовано любое устройство, имеющее сужения и собственное гидравлическое сопротивление, не играет существенной роли. При этом подстройка клапанного узла по разнице давлений неэффективна, поскольку добыча углеводорода прежде всего характеризуется расходом жидкости, преимущественно нефти, а расход зависит только косвенно от разницы давлений. Расход различен для разных скважин и может меняться со временем при засорении призабойной зоны или прорывах воды или газа при одной и той же разнице давлений. Следовательно, известный клапанный узел малоэффективен в качестве устройства регулирования потока флюида в скважине.

Техническая задача, решаемая посредством разработки данного технического решения, состоит в расширении функциональности средств управления потоком флюида при добыче углеводородов.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного устройства, состоит в повышении эффективности регулирования потока флюида в скважине.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать устройство регулирования потока флюида разработанной конструкции. Устройство содержит корпус со средствами входа и выхода для прохода потока флюида, причем между указанными средствами входа и выхода последовательно размещены, по меньшей мере, одно гидравлическое сопротивление, способное менять свои характеристики в зависимости от расхода и состава проходящей через него жидкости и/или при воздействии внешнего управляющего электрического, электромагнитного или акустического сигнала, и отсечная ступень, содержащая, по меньшей мере, большое постоянное гидравлическое сопротивление и, по меньшей мере, один клапан с фиксированным положением затвора.

В качестве гидравлического сопротивления, способного изменять свои характеристики могут быть использованы:

1. Постоянное гидравлическое сопротивление и клапан, которые соединены параллельно друг другу. Таким образом, клапан в отрытом состоянии позволяет жидкости двигаться напрямую, минуя гидравлическое сопротивление, в закрытом состоянии направляет жидкость через указанное постоянное гидравлическое сопротивление.

2. Постоянное гидравлическое сопротивление, клапан, перекрывающий выход в добывающую трубу, при этом гидравлическое сопротивление и клапан соединены последовательно друг другу. Таким образом, клапан в отрытом состоянии позволяет жидкости двигаться напрямую в добывающую трубу, в закрытом состоянии направляет жидкость через указанное постоянное гидравлическое сопротивление, после чего жидкость может попасть в добывающую трубу.

3. Гидравлическое сопротивление достигается за счет сужения и/или расширения потока и их взаимосочетаний и выполнено из резиновой смеси, разбухающей в присутствии большого содержания воды в протекающей через устройство жидкости. При этом проходные сечения в суживающихся местах уменьшаются и гидравлическое сопротивление всей системы возрастает.

Гидравлическое сопротивление, входящее в отсечную ступень, по меньшей мере, в 5 раз больше гидравлического сопротивления, способного изменять свои характеристики. Оно может представлять собой средство увеличения скорости потока в сужении потока.

В отсечной ступени постоянное гидравлическое сопротивление и клапан с фиксированным положением затвора установлены параллельно.

Работа разработанного устройства регулирования потока флюида в скважине в базовом варианте реализации происходит следующим образом. Устройство размещают в фильтре заканчивания скважины. При спуске все клапаны устройства открыты. Если поток флюида слишком мал, то жидкость проходит через открытый клапан и попадает в добывающую трубу. При превышении определенного (заданного) значения расхода на клапане клапан закрывается. Значение расхода закрытия клапана устанавливают с использованием регулировки возвращающей силы затвора клапана, в частности за счет увеличения силы притяжения магнитов или электромагнитов. При этом изменяется тракт течения и поток направляется через гидравлическое сопротивление. Таким образом, гидравлическое сопротивление всей системы возрастает и расход падает. Возможно использовать несколько изменяемых комбинаций гидравлических сопротивлений и клапанов, установленных последовательно или параллельно. В этом случае если расход опять превосходит необходимую величину, то закроется последующий клапан и т.д.

Использование разработанного устройства позволит выравнивать профиль притока флюида к скважине в процессе добычи, что предотвращает такие распространенные проблемы (в особенности для горизонтальных скважин), как прорывы воды и газа в нефтедобывающие скважины либо воды в газодобывающие скважины, а также конусообразование.

При прорыве воды или газа по одному из интервалов между пакерами расход жидкости через фильтры этого интервала увеличивается в 2-10 раз за счет того, что вязкость воды и газа и фазовая проницаемость ниже, чем те же параметры для нефти. При работе устройств контроля притока, при увеличении расхода через фильтры, клапаны закрываются, уменьшая расход. За счет этого уменьшается добыча воды и газа, что позволяет добывать нефть более эффективно. Обводненность при работе устройств контроля притока уменьшается с 89% до 78%.

Таким образом, использование разработанного устройства позволяет регулировать поток флюида в скважине как под внешним воздействием, так и под действием самого потока флюида.

1. Устройство регулирования потока флюида в скважине, содержащее корпус со средствами входа и выхода для прохода потока флюида, отличающееся тем, что между указанными средствами входа и выхода последовательно размещены, по меньшей мере, одно гидравлическое сопротивление, способное менять свои характеристики в зависимости от расхода и состава проходящей через него жидкости и/или при воздействии внешнего управляющего электрического, электромагнитного или акустического сигнала, и отсечная ступень, содержащая, по меньшей мере, большое постоянное гидравлическое сопротивление и, по меньшей мере, один клапан с фиксированным положением затвора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве гидравлического сопротивления, способного изменять свои характеристики, использована комбинация постоянного гидравлического сопротивления и клапана, которые соединены параллельно друг другу, при этом клапан в отрытом состоянии обеспечивает движение флюида напрямую, минуя гидравлическое сопротивление, а в закрытом состоянии обеспечивает движение флюида через указанное постоянное гидравлическое сопротивление.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве гидравлического сопротивления, способного изменять свои характеристики, использована комбинация постоянного гидравлического сопротивления и клапана, перекрывающего выход в добывающую трубу, причем гидравлическое сопротивление и клапан соединены последовательно друг другу, при этом клапан в отрытом состоянии позволяет движение флюида напрямую в добывающую трубу, а в закрытом состоянии клапан направляет движение флюида через указанное постоянное гидравлическое сопротивление с возможностью попадания флюида в добывающую трубу.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве гидравлического сопротивления, способного изменять свои характеристики, использовано сужение и/или расширение потока и их взаимосочетание, причем сужение и расширение выполнены из полимерного материала, способного разбухать в присутствии большого содержания воды в потоке, проходящего через устройство флюида, при этом проходные сечения в суживающихся местах уменьшаются и гидравлическое сопротивление всей системы возрастает.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гидравлическое сопротивление, входящее в отсечную ступень, по меньшей мере, в 5 раз больше гидравлического сопротивления, способного изменять свои характеристики.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к санитарной технике и, в частности, к устройствам для экономии расхода воды водоразборной арматуры кранов и смесителей. Смеситель содержит корпус, каналы для холодной и горячей воды, смесительную камеру и устройство излива воды.

Изобретение относится к водопроводным кранам для бытовых нужд. Кран имеет накопитель воды для разового расхода в виде емкости на конце патрубка.

Группа изобретений относится к водопроводным кранам для бытовых нужд. Дачный умывальник с накопителем состоит из сосуда со штоковым клапаном.

Изобретение относится к области узлов и деталей машин, а именно к области клапанов, обеспечивающих прохождение газового, жидкостного или газожидкостного потоков, и может быть использовано в нефтегазодобывающей, а также в нефтехимической отраслях промышленности.
Изобретение относится к области добычи углеводородов и может быть применено для эксплуатации скважин, в частности, для выравнивания профиля притока флюида по длине горизонтальной скважины.

Автоматически запорный клапан служит для отсечения газа на случай снижения давления в газопроводной трубе ниже минимального уровня. Автоматически запорный клапан, корпус которого с входным и выходным штуцерами снабжен отсечным клапаном, выполненным в виде установленной в корпусе подпружиненной мембраны с запорным органом, взаимодействующим с седлом, проходной канал которого связывает подмембранную полость с входным штуцером.

Изобретение относится к водоразборному оборудованию, в частности к водоразборным клапанам, и предназначено для использования в бытовых смесителях и водопроводных кранах для экономии водопроводной воды в жилищно-коммунальном хозяйстве, в авиации, железнодорожном транспорте, а также в местах общественного пользования, особенно в детских дошкольных учреждениях и детских больницах.

Изобретение относится к области арматурострония и предназначено для применения в дворовых водоразборных колонках, уличных, цокольных и питьевых фонтанчиках и в поливных системах.

Изобретение относится к клапанам для организации слива из емкости различного вида жидких сред, в том числе для слива воды из смывных бачков с верхним пуском, имеющих различную высоту и используемых, например, для промывки унитазов, устанавливаемых в санитарных узлах зданий различного назначения.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть применено для последовательного отбора нефти и воды из скважины. Устройство содержит спущенный в скважину электроцентробежный насос с заглушенным снизу приемным патрубком, проходящим через пакер, разделяющий верхний и нижний пласты, и имеющим отверстия для выхода продукции нижнего пласта в надпакерное пространство и отверстия для входа расслоившихся нефти и воды нижнего пласта в приемный патрубок, верхний и нижний поплавки промежуточной плотности с посадочными седлами, расположенными перед входными отверстиями, глубинный прибор, спущенный внутрь приемного патрубка и соединенный с телеметрической системой погружного электродвигателя кабелем.

Изобретение относится к горному делу и может быть применено в компоновке с пакером при разобщении подпакерной и надпакерной зоны нефтяной или газовой скважины. Внутрискважинный клапан-отсекатель содержит корпус, направляющий цилиндр, запорное устройство, механизм переключения и фиксации в виде стержня с продольной канавкой на наружной цилиндрической поверхности и с фиксатором в виде двух штифтов.

Изобретение относится к способу управления внутрискважинными приборами и к устройству для управления ими. Устройство для управления внутрискважинным прибором в стволе скважины, содержащее корпус с управляющим пазом, в который входит палец.

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена для скважинной селекции флюида. Система содержит селектор флюида, осуществляющий выбор, через какой из множества выходных проточных каналов протекает многокомпонентный флюид, причем этот выбор основан на направлении потока многокомпонентного флюида через селектор флюида, и это направление зависит от типа флюида в многокомпонентном флюиде.

Изобретение относится к оборудованию для заканчивания нефтяных и газовых скважин, в частности для регулирования притока скважинной жидкости на отдельном участке ствола скважины.

Группа изобретений относится к системе регулирования сопротивления потоку, предназначенной для использования в подземной скважине. Причем указанная система может содержать средство, установленное с возможностью перемещения под действием потока многокомпонентного флюида.

Изобретение относится к оборудованию скважин, оснащенных электропогружными насосами. Устройство содержит корпус с кольцевым выступом на внутренней поверхности, ниже которого в корпусе выполнены сливные каналы, подвижный в осевом направлении золотник, имеющий верхний и нижний хвостовики меньшего диаметра.

Группа изобретений относится к внутрискважинным системам регулирования расхода текучей среды двустороннего действия и может быть применена для регулирования притока пластовых текучих сред и выходного потока текучих сред нагнетания.

Раскрываются варианты способа автономного управления потоком текучей среды в трубчатом элементе в стволе скважины. Поток текучей среды направляют через впускной канал в отклоняющий механизм.

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена для регулирования потока текучей среды. Узел устройства регулирования потока текучей среды содержит каналы, способные направлять поток текучей среды на основании одного или нескольких параметров текучей среды.
Наверх