СЪЕМНЫЙ ДВУХСТОРОННИЙ РЕГУЛЯТОР ГАРИПОВА Российский патент 2009 года по МПК E21B43/12 

Изобретение относится к технике нефтегазодобывающей промышленности и может быть применено для регулирования параметров потока среды, в частности регулирования расхода среды, перепада давления, давления в колонне труб, забойного или затрубного давления, как при добыче флюида, так и при нагнетании рабочей среды в скважину.

Известен клапан для регулирования потока (RU 2029073 C1, E21B 43/00, опубл. 20.02.95), содержащий полый корпус с наружными проточками, одним или несколькими боковыми пропускными и осевым проходным каналами и уплотнительными элементами, внутри которого установлены затворы со штоками, соединенные снизу и сверху с одним или двумя сильфонами.

Известен клапан Шарифова (RU 2101466 С1, E21B 34/06, 43/00, опубл. 10.01.98), содержащий полый корпус с одним или несколькими боковыми пропускными и осевым проходным каналами и уплотнительными элементами, внутри которого установлены затворы, соединенные снизу и сверху с подвижным разобщителем в виде телескопической пары полый цилиндр - полый шток.

Известные клапаны при ограниченных их диаметрах выполнены двухстороннего направления для увеличения пропускного сечения по рабочему газу при газлифтной эксплуатации скважины. Однако они неприемлемы для нагнетательных, фонтанных и насосных скважин, так как их тарировка осуществляется сжатым газом при ограниченном давлении (не более 13,5 МПа) и не может регулировать высокое трубное, забойное и пластовое давление скважины.

Известен съемный регулятор двухштуцерный Шарифова (RU 2256778 C1, E21B 34/06, 43/00, опубл. 20.07.05), взятый за прототип, содержащий корпус с наружной проточкой, боковыми пропускными и осевым проходным каналами, нижний и верхний манжетодержатели с наружными уплотнительными элементами, ловильную головку с боковыми пропускными каналами и/или со сквозным осевым проходным каналом и хвостовик с фиксатором, корпус, или нижний и верхний манжетодержатели, и/или ловильная головка, и/или хвостовик регулятора выполнены с внутренними посадочными гнездами под затворы или с расточками, по меньшей мере, в двух из которых размещены противоположно с одинаковыми или разными проходными и/или наружными диаметрами съемные сужающие элементы без или с обратными свободными или подпружиненными затворами с ограниченным ходом, причем площадь суммарного проходного сечения съемных сужающих элементов выполнена меньше, чем площадь суммарного сечения боковых пропускных каналов корпуса.

Известный регулятор не позволяет эффективно эксплуатировать скважину, поскольку из-за высоких скоростей фильтрации флюида и турбулизации потока в корпусе регулятора между сужающими элементами происходит быстрый размыв и износ внутренних поверхностей корпуса и посадочных гнезд, в которых установлены сужающие/штудирующие элементы и затворы, что приводит к разрегулированию и преждевременному выходу системы из строя. При этом следует отметить, что промывается не столько сама износостойкая часть регулятора - съемный сужающий элемент-штуцер, сколько посадочный узел, куда устанавливаются штуцер и фиксатор штуцера. В двухштуцерном регуляторе наиболее значительные разрушения отмечаются в зоне смешения встречных разнонаправленных потоков. Все имеющиеся клапаны в основном предназначены для работы в газлифтных скважинах, где основная фаза потока представлена газом, и не рассчитаны для работ с жидкостями с высокой эрозионной способностью, в особенности при смешении и турбулизации потока, включающего мехпримеси и разрушающие кавитационные эффекты.

Технический результат, который достигается при осуществлении изобретения, - повышение эффективности и длительности эксплуатации добывающих и/или нагнетательных пластов скважин за счет снижения интенсивности размыва внутренних поверхностей корпуса регулятора.

Указанный технический результат достигается тем, что съемный двухсторонний регулятор содержит корпус с боковыми пропускными отверстиями и осевыми проходными каналами, расположенный между ловильной головкой и хвостовиком, в которых выполнены гидравлические каналы для сообщения со средой. При этом в корпусе установлена поперечная сплошная перегородка, разделяющая полость корпуса на две несообщающиеся полости, а боковые пропускные отверстия выполнены в корпусе до и после перегородки. Наружный диаметр части корпуса, в которой выполнены боковые пропускные отверстия, уступает наружному диаметру остальной части корпуса.

Кроме того, ловильная головка или хвостовик выполнены с глухим концом, а корпус выполнен составным. Форма поперечной перегородки может иметь обтекаемую шарообразную или конусообразную форму. Перегородка может иметь несколько рядов сквозных отверстий. В осевых каналах корпуса могут быть установлены затворные элементы, выполненные в виде шаров, или конусов, или сфер, или полусфер, или поршней, без или со штоками или с направляющими. Диаметр осевых каналов в полом корпусе, в головке и хвостовике выполнен одинаковым. Площадь эквивалентного суммарного сечения боковых пропускных отверстий корпуса превышает площадь сечения осевых каналов. В корпусе могут быть установлены сужающие элементы, выполненные, например, в виде штуцера, или дросселя, или седла, или насадки, причем площадь сечения сужающего элемента равна площади сечения соответствующих подходящих к ним осевых каналов. Съемный регулятор двухсторонний может быть дополнительно оснащен измерительными приборами для регистрации физических параметров - давления, температуры, обводненности или расхода.

Использование разделителя потоков в виде сплошной поперечной перегородки в корпусе регулятора для раздельного выведения разнонаправленных потоков снизит гидравлические сопротивления, увеличит продолжительность работы регулятора. Использование в виде разделителя потоков поперечной перегородки также предотвратит смешение потоков. Форма поперечной перегородки может иметь обтекаемую шарообразную или конусообразную форму, что снизит завихрения и турбулизацию потока при выходе потока из осевых пропускных каналов в боковые отверстия.

Дополнительное применение одного диаметра осевых каналов в полом корпусе, в головке и хвостовике, с одной стороны, уменьшит гидравлическое сопротивление регулятора в целом, поскольку снизит количество выступов-«неровностей» и, соответственно, турбулизацию, кавитацию и завихрения потока. При этом необходимо, чтобы было незначительное превышение площади эквивалентного суммарного сечения боковых пропускных отверстий корпуса (регулятора) над площадью сечения осевых каналов. В случае установки сужающих элементов, например, штуцеров, площадь сечения штуцера должна быть равна площади сечения, соответствующих, подходящих к ним осевых каналов, что снизит площадь и интенсивность взаимодействия потока с площадью внутренней поверхности каналов, а с другой стороны, сократит из-за отсутствия выступов размываемую площадь внутренней поверхности регулятора в целом.

На фиг.1 приведен разрез регулятора с полым корпусом, включающим перегородку - разделитель потоков с раздельными боковыми отверстиями; на фиг.2 - с установленными в осевых каналах затворными элементами, на фиг.3-5 представлен корпус регулятора с различной формой выполнения перегородки - разделителя потоков.

Регулятор содержит (см. фиг.1) ловильную головку 1, хвостовик 2 и расположенный между ними корпус 3. В ловильной головке 1 и хвостовике 2 выполнены гидравлические осевые 4, 5 и боковые 6, 7 каналы для сообщения со средой, под которой понимается рабочая, технологическая, скважинная жидкость, пластовый флюид, вода. В корпусе 3 выполнены осевые каналы 8 и 9, которые сообщаются с гидравлическими осевыми каналами 4 и 5, соответственно, ловильной головки и хвостовика. В корпусе 3 установлена сплошная поперечная перегородка 10 в виде разделителя потоков, которая делит полость корпуса 3 на две несообщающиеся полости. До и после перегородки 10 в корпусе 3 или в его части выполнены боковые 11, 12 отверстия, предназначенные для выхода среды. Наружный диаметр части корпуса 3, в которой расположены боковые 11 и 12 пропускные отверстия выполнен меньшего диаметра, чем наружный диаметр остальной части корпуса 3. Регулятор снабжен уплотнительными элементами 14 и 15, установленными на манжетодержателях 16, 17 с элементами фиксации в виде цанги 18.

Перегородка 10 может быть выполнена составной, например, из нижней 19 и верхней 20 частей (фиг.2, 5). В осевых каналах 8 и 9 могут быть расположены затворные элементы 21 и 22 (фиг.2). В корпусе 3 перед и/или после перегородки 10 могут быть установлены также сужающие элементы, например в виде штуцеров 23 и 24 (фиг.2), или заглушки 25 (фиг.3). Корпус 3 может быть выполнен составным, например, из муфт 13, между которыми будет располагаться перегородка 10.

Затворные элементы 21 и 22 могут быть выполнены, например, в виде шара, конуса, сферы, полусферы, поршня, и т.п.без или со штоком или с направляющей, для регулирования потока и/или исключения обратного перетока при опрессовке колонны труб скважины. Сужающие элементы 23 и 24 могут быть зафиксированы наружными уплотнителями, стопорными кольцами, упорными втулками или буртами и резьбовыми соединениями полого корпуса.

Форма перегородки 10 может иметь обтекаемую внешнюю поверхность и в срезе представлена в виде конуса (фиг.1, 4), сферы (фиг.2), призмы (фиг.5), с прямолинейной (фиг.3) или угловой направленностью (фиг.5) к боковым отверстиям 11, 12, при этом перегородка может иметь несколько рядов сквозных отверстий (фиг.4).

Материал перегородки, также как и сужающие элементы, например, штуцера могут быть выполнены в износостойком исполнении к устойчивым механическим и химическим воздействиям агрессивной газожидкостной среды и представлен, например, различными многокомпозитными соединениями, из стали, металлических, порошковых наполнителей, полиминеральных, синтетических материалов.

Ловильная головка 1 может быть выполнена с глухим концом или сквозным осевым и/или боковым, по меньшей мере, одним проходным каналом различной формой и конфигурацией (фиг.1-2).

Хвостовик 2 (см. фиг.1-2) может быть выполнен с заглушенным концом или со сквозным осевым и/или, по меньшей мере, одним боковым гидравлическим каналом.

Регулятор дополнительно может иметь манометр, термометр, расходомер, влагомер, резистивиметр или другие измерительные приборы (на фиг. не показаны).

Регулятор работает следующим образом.

В нагнетательных скважинах, в которых для закачки используется скважинная камера с пропускными каналами, в скважинный карман устанавливают съемный двухсторонний регулятор с корпусом 3. Закачиваемая среда, проходя через гидравлические пропускные каналы 4-7 хвостовика 2 ловильной головки 1 регулятора, поступает раздельно с двух сторон в каналы 8 и 9 в корпус 3 регулятора. Два потока, разделенные перегородкой 10, через соответствующие боковые отверстия 11 и 12, устремляются в карман скважинной камеры в пространство между частью корпуса 3 с меньшим наружным диаметром и внутренней расточкой кармана скважинной камеры и далее через боковое отверстие скважинной камеры попадает в пласт.

Изобретение относится к технике нефтегазодобывающей промышленности и может быть применено для регулирования параметров потока среды, в частности регулирования расхода среды, перепада давления, давления в колонне труб, забойного или затрубного давления, как при добыче флюида, так и при нагнетании рабочей среды в скважину. Технический результат - повышение эффективности и длительности эксплуатации добывающих и/или нагнетательных пластов скважин за счет снижения интенсивности размыва внутренних поверхностей корпуса регулятора. Съемный двухсторонний регулятор содержит корпус с боковыми пропускными отверстиями и осевыми проходными каналами, расположенный между ловильной головкой и хвостовиком, в которых выполнены гидравлические каналы для сообщения со средой. В корпусе установлена поперечная сплошная перегородка, разделяющая полость корпуса на две несообщающиеся полости, а боковые пропускные отверстия выполнены в корпусе до и после перегородки. Наружный диаметр части корпуса, в которой выполнены боковые пропускные отверстия, уступает наружному диаметру остальной части корпуса. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Съемный двухсторонний регулятор, содержащий корпус с боковыми пропускными отверстиями и осевыми проходными каналами, расположенный между ловильной головкой и хвостовиком, в которых выполнены гидравлические каналы для сообщения со средой, при этом в корпусе установлена поперечная сплошная перегородка, разделяющая полость корпуса на две несообщающиеся полости, а боковые пропускные отверстия выполнены в корпусе до и после перегородки, причем наружный диаметр части корпуса, в которой выполнены боковые пропускные отверстия, уступает наружному диаметру остальной части корпуса.

2. Съемный регулятор двухсторонний по п.1, отличающийся тем, что форма поперечной перегородки может иметь обтекаемую шарообразную или конусообразную форму.

3. Съемный регулятор двухсторонний по п.1, отличающийся тем, что перегородка может иметь несколько рядов сквозных отверстий.

4. Съемный регулятор двухсторонний по п.1, отличающийся тем, что ловильная головка или хвостовик выполнены с глухим концом.

5. Съемный регулятор двухсторонний по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен составным.

6. Съемный регулятор двухсторонний по п.1, отличающийся тем, что в осевых каналах корпуса могут быть установлены затворные элементы, выполненные в виде шаров, или конусов, или сфер, или полусфер, или поршней, без или со штоками, или с направляющими.

7. Съемный регулятор двухсторонний по п.1, отличающийся тем, что диаметр осевых каналов в полом корпусе, в головке и хвостовике выполнен одинаковым.

8. Съемный регулятор двухсторонний по п.1, отличающийся тем, что площадь эквивалентного суммарного сечения боковых пропускных отверстий корпуса превышает площадь сечения осевых каналов.

9. Съемный регулятор двухсторонний по п.1, отличающийся тем, что в корпусе могут быть установлены сужающие элементы, выполненные, например, в виде штуцера, или дросселя, или седла, или насадки.

10. Съемный регулятор двухсторонний по п.9, отличающийся тем, что площадь сечения сужающего элемента равна площади сечения соответствующих подходящих к ним осевых каналов.

11. Съемный регулятор двухсторонний по п.1, отличающийся тем, что дополнительно оснащен измерительными приборами для регистрации физических параметров - давления, температуры, обводненности или расхода.