СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ДЕБИТА СКВАЖИНЫ Российский патент 2013 года по МПК E21B43/12 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к системам регулирования дебита скважины, и может быть использовано для одновременно-раздельной эксплуатации, по меньшей мере, двух пластов одной скважиной.

Известна система регулирования дебита скважины, содержащая несколько трубчатых элементов, расположенных один в другом с образованием, по меньшей мере, одного центрального канала и, по меньшей мере, двух кольцевых каналов с возможностью направления потоков из разных пластов в соответствующие им концентричные каналы, а также клапаны, выполненные с возможностью управления потоком в каждом из каналов. Клапаны размещены в кожухе ствола скважины с обеспечением возможности раздельного перемещения потоков через концентричные каналы и дальнейшего избирательного смешивания потоков из всех каналов в колонне насосно-компрессорных труб. Каждый канал связан с клапаном, имеющим привод. В центральном канале непосредственно над клапаном установлена пробка, блокирующая перемещение потока непосредственно из центрального канала в колонну насосно-компрессорных труб скважины. Система может дополнительно содержать, по меньшей мере, один контроллер с датчиком для измерения, по меньшей мере, одного параметра добываемого продукта, функционально связанные между собой, с возможностью автоматического управления, по меньшей мере, одним клапаном в соответствии с информацией, полученной от датчика. Измеряемый параметр может быть выбран из группы, включающей давление, температуру, химический состав, содержание воды, pH, содержание твердых частиц, склонность к образованию твердого осадка и удельное сопротивление. Система обеспечивает эффективное селективное регулирование дебита из большого числа пластов до смешивания внутри скважины посредством клапанов, установленных внутри скважины, без существенного усложнения и увеличения наземной и подземной компоновок (Патент RU №2320850 С2. Интеллектуальная внутрискважинная клапанная система управления извлечением флюидов из нескольких интервалов скважины и способ управления таким извлечением флюидов. - МПК E21B 34/06, E21B 43/14. - Опубл. 27.03.2008). Данная система принята за прототип.

Недостатком известной системы регулирования дебита скважины, принятой за прототип, является сложность конструкции, снижающей эффективность управления одновременно-раздельной эксплуатацией скважины.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение возможности в режиме реального времени менять режим эксплуатации каждого пласта в скважине и отслеживать фактические изменения параметров флюида скважинного продукта, включающий давление, температуру, химический состав, содержание воды, рН, содержание твердых частиц, склонность к образованию твердого осадка и удельное сопротивление.

Техническим результатом является повышение эффективности одновременно-раздельной эксплуатации скважины при надежном и оптимальном регулировании фазового состава флюида в режиме реального времени.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной системе регулирования дебита скважины, содержащей несколько трубчатых элементов, расположенных один в другом с образованием центрального и кольцевых каналов направления потоков флюидов из разных пластов в разные каналы трубчатых элементов, последние закреплены в обсадной трубе скважины посредством пакеров, при этом каналы снабжены клапанами управления потоком флюида из каждого канала, имеющими отдельные приводы, соединенные с линией управления, обеспечивающими раздельное перемещение потоков флюидов из разных пластов через разные каналы с помощью, по меньшей мере, одного процессора и, по меньшей мере, одного датчика измерения параметра пластового флюида, функционально связанного с процессором автоматического управления, по меньшей мере, одним клапаном в соответствии с информацией, полученной от, по меньшей мере, одного датчика, и дальнейшее избирательное смешивание потоков флюидов из всех каналов согласно предложенному техническому решению, трубчатые элементы центрального и кольцевых каналов закреплены в обсадной трубе верхним пакером и входами соединены с муфтой направления раздельных потоков по разным каналам из разных пластов, для чего муфта центральным каналом соединена посредством хвостовика с заборщиком продукта из нижнего пласта скважины, закрепленным в обсадной трубе нижним пакером, на выходе трубчатые элементы центрального и кольцевых каналов выполнены с раструбом и герметично сопряжены с блоком раздельной подачи и учета флюида в каждом из каналов посредством стыковочного узла с адекватными входными каналами, в корпусе блока раздельной подачи и учета флюида в каждом из каналов установлены регулируемые клапаны с электроприводами, размещенные в обособленных каналах, сообщающихся с центральным и кольцевыми каналами трубчатых элементов через запорные седла регулируемых клапанов и каналы муфты перекрестного течения и стыковочного узла, при этом в стенке каждого обособленного канала выполнены окна для сообщения их с полостью обсадной трубы для дальнейшего избирательного смешивания потоков флюидов из всех каналов, а процессор автоматического управления регулируемыми клапанами размещен в блоке раздельной подачи и учета, последний, в свою очередь, соединен патрубком с электроприводом погружного центробежного насоса, в котором помещен кабель связи для управления процессором от кабеля электропитания и управления, связывающей электропривод насоса с пунктом электропитания и управления скважины;

она дополнительно содержит блок телеметрии, размещенный в патрубке между электроприводом насоса и блоком раздельной подачи и учета флюида в каждом из каналов, соединенный с кабелем электропитания и управления скважины и кабелем связи с процессором автоматического управления регулируемыми клапанами;

в качестве регулируемых клапанов в обособленных каналах блока раздельной подачи и учета флюида в каждом из каналов установлены золотниковые затворы с электроприводами.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленной системы регулирования дебита скважины, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

На приведенной фигуре представлена компоновка системы регулирования дебита скважины, состоящей из двух пластов.

В нижней части обсадной трубы 1 скважины расположены два разных продуктивных пласта А и В, которые снабжены фильтрами 2 и 3 и разобщены пакерами 4 и 5. Внутри обсадной трубы 1 размещена система регулирования дебита скважины, содержащая трубчатые элементы 6 и 7, расположенные один в другом с образованием центрального канала 8 и кольцевого канала 9, закрепленные в обсадной трубе 1 посредством верхнего пакера 5. Входы центрального канала 8 и кольцевого канала 9 трубчатых элементов 6 и 7 соединены с центральным каналом 10 и кольцевым каналом 11 муфты 12 для направления раздельных потоков флюидов из пластов А и В в сообщающие каналы 8 и 9 трубчатых элементов 6 и 7. Муфта 12 расположена в обсадной трубе 1 выше уровня верхнего пласта В скважины и соединена хвостовиком 13 с заборщиком 14 флюида из нижнего пласта А скважины, закрепленным в нижнем пакере 4, сообщающимся через полость хвостовика 13 с центральным каналом 10 муфты 12. Для регулирования дебитом скважины, в обсадной трубе 1 установлен блок 15 раздельной подачи и учета пластового флюида в каждом из каналов, который герметично сопряжен с раструбами трубчатых элементов 6 и 7 посредством стыковочного узла 16, выполненного с адекватными входными элементами с уплотнениями. В корпусе 17 блока 15 раздельной подачи и учета пластового флюида установлены датчики 18 и 19 измерения параметра пластового флюида и золотниковые затворы 20 и 21 с электроприводами 22 и 23 соответственно, которые размещены в обособленных каналах 24 и 25, сообщающихся с центральным и кольцевыми каналами 8 и 9 через запорные седла 26 и 27, каналы муфты 28 перекрестного течения флюидов и стыковочного узла 16. Для каждого золотникового затвора 20 и 21 в стенке каждого обособленного канала 24 и 25 выполнены окна 29 и 30 для сообщения каждого обособленного канала 24 и 25 с полостью 31 в обсадной трубе 1 для дальнейшего избирательного смешивания потоков флюидов из пластов А и В. В обсадной трубе 1 размещен погружной центробежный насос 32 с электроприводом 33, который соединен с колонной насосно-компрессорных труб 34. Электроприводы 22 и 23 золотниковых затворов 20 и 21 соединены с процессором 35 управления электроприводами 22 и 23 золотниковых затворов 20 и 21, размещенным в блоке 15 раздельной подачи и учета флюида, последний, в свою очередь, соединен патрубком 36 с электроприводом 33 погружного центробежного насоса 32, в котором помещен блок телеметрии 37, соединенный с процессором 35 управления электроприводами 22 и 23 золотниковых затворов 20 и 21 посредством кабеля связи 38, соединенной с кабелем 39 электропитания и управления, последней электропривод 33 погружного центробежного насоса 32 соединен с пунктом электропитания и управления системы регулирования дебита скважины, расположенным на поверхности земли.

Система регулирования дебита скважины с двумя пластами работает следующим образом.

При такой конструкции система регулирования дебита скважины устанавливается в обсадную трубу 1 скважины в два приема. Сначала устанавливается пакерная система, состоящая из трубчатых элементов 6 и 7, расположенных один в другом с образованием центрального канала 8 и кольцевого канала 9, закрепленных в верхнем механическом пакере 5, соединенных с муфтой 12, последняя соединена с хвостовиком 13 и заборщиком 14 продукта из нижнего пласта А скважины, закрепленным в нижнем механическом пакере 2, которая устанавливается в обсадную трубу 1 за один спуск колонны. После монтажа пакерной системы производят сборку и спуск компоновки, состоящей из блока 15 раздельной подачи и учета, соединенного патрубком 36 с электроприводом 33 и погружным центробежным насосом 32, соединенных с кабелем электропитания и управления 39. В патрубке 36 помещен блок телеметрии 37, соединенный с процессором 35 управления золотниковыми затворами 20 и 21, размещенными в блоке 15 раздельной подачи и учета пластовых флюидов кабелем связи 38, которые, в свою очередь, соединены с кабелем электропитания и управления 39. Спуск компоновки производится вместе с кабелем электропитания и управления 39 в обсадную трубу 1 завершается ее монтажом и герметичной посадкой в раструбы трубчатых элементов 6 и 7 стыковочного узла 16 с уплотнениями на ответных элементах блока 15 раздельной подачи и учета флюида в каждом из каналов. Электропривод 33 погружного центробежного насоса 32 соединяется кабелем электропитания и управления 39 с пунктом электропитания и управления системы регулирования дебита скважины, расположенным на поверхности земли.

После монтажа системы регулирования дебита скважины в обсадной трубе 1 в последней образуются разные каналы для отвода извлекаемых продуктов из разных пластов скважины. С включением в работу погружного центробежного насоса 32 скважинный флюид начинает раздельно поступать в обсадную трубу 1. При комбинации положений золотниковых затворов 20 и 21, когда проход из пласта В закрыт золотниковым затвором 21, пластовый продукт, поступающий из пласта А через фильтр 2, поднимается вверх по заборщику 14, минуя пакер 4, хвостовику 13, центральному каналу 10 муфты 12 и центральному каналу 8 трубчатого элемента 6, минуя пакер 5, затем по центральному каналу стыковочного узла 16, запорное седло 26 золотникового затвора 20 и полость обособленного канала 24, далее через соответствующее окно 29 в полость 31 обсадной трубы 1. Из полости 31 поток пластового флюида всасывается погружным центробежным насосом 32, последним флюид перекачивается на поверхность земли по колонне насосно-компрессорных труб 34. И при комбинации положений золотниковых затворов 20 и 21, когда проход из пласта А закрыт золотниковым затвором 20, пластовый флюид, поступающий из пласта В через фильтр 3, поднимается вверх по кольцевому каналу 11 муфты 12 и кольцевому каналу 9, образованному между трубчатыми элементами 6 и 7, минуя пакер 5, по кольцевому каналу стыковочного узла 16, запорное седло 27 золотникового затвора 21 и полость обособленного канала 25, далее через соответствующее окно 27 также в полость 31 обсадной трубы 1. Из полости 31 поток пластового флюида всасывается погружным центробежным насосом 32, последним продукт перекачивается на поверхность земли по колонне насосно-компрессорных труб 34. Таким образом происходит отбор скважинного флюида сначала из пласта А изолированно от пласта В или из пласта В изолированно от пласта А при полной изоляции пластов друг от друга независимо от давлений в пластах А и В. Возможность системы работать в таких режимах позволяет исследовать каждый пласт по отдельности, т.е. определить дебит, содержание воды и т.д., а также организовать периодическую откачку пластового флюида из каждого пласта с разными параметрами и с разной цикличностью, не останавливая работу всей скважины. В ходе комбинированного положения золотниковых затворов 20 и 21, когда проходы из пластов А и В дозированно открыты золотниковыми затворами 20 и 21, пластовые флюиды из пластов А и В поступают раздельно через разные каналы в полной изоляции пластов друг от друга независимо от пластовых давлений в полость 31 обсадной трубы 1 для дальнейшего избирательного смешивания в ней потоков флюидов из всех каналов. Из полости 31 смешанный поток всасывается погружным центробежным насосом 32, последним продукт перекачивается на поверхность земли по колонне насосно-компрессорных труб 34. По кабелю связи 38 подается питание на датчики 18 и 19 и управляющие сигналы на приводы 22 и 23 золотниковых затворов 20 и 21 блока 15 раздельной подачи и учета флюида в каждом из каналов. Также по нему в обратном направлении передается информация с блока телеметрии 37 и информация о степени открытия золотниковых затворов 20 и 21.

Измеряемые параметры скважинных флюидов могут контролироваться наземным обслуживающим персоналом скважины или, по меньшей мере, телеметрической системой, осуществляющим изменение рабочего состояния золотниковых затворов 20 и 21 для установления требуемого дебита скважины. Следует также отметить, что регулирование дебита скважины посредством электроприводов 22 и 23 для каждого из золотниковых затворов 20 и 21 позволяет создавать разность давлений между пластами и тем самым поддерживать дебит скважины на оптимальном уровне. Заложив в процессор управления золотниковыми затворами 20 и 21 блока 15 раздельной подачи и учета пластовых флюидов соответствующую программу, данный процесс можно автоматизировать. Измеряемый параметр продукта может быть выбран из группы, включающей давление, температуру, химический состав, содержание воды, pH, содержание твердых частиц, склонность к образованию твердого осадка и удельное сопротивление.

Использование предложенной системы регулирования дебита скважины позволит производить отбор скважинного флюида из каждого пласта оптимально, что значительно повысит эффективность одновременно-раздельной эксплуатации скважины.

Изобретение относится к системам регулирования дебита скважины и может быть применено для одновременно-раздельной эксплуатации пластов одной скважиной. Система содержит несколько трубчатых элементов, расположенных один в другом с каналами направления потоков флюидов из разных пластов скважины в разные каналы трубчатых элементов, закрепленных в обсадной трубе посредством пакеров. Каналы снабжены золотниковыми затворами с электроприводами управления, обеспечивающими раздельное перемещение потоков флюидов из разных пластов через разные каналы с помощью процессора и датчика измерения параметра флюида, установленного в каждом канале и функционально связанного с процессором автоматического управления клапаном в соответствии с информацией, полученной от датчика, и дальнейшее избирательное смешивание потоков в полости обсадной трубы. Трубчатые элементы закреплены в обсадной трубе верхним пакером, а входами соединены с муфтой направления раздельных потоков по разным каналам из разных пластов, которая центральным каналом соединена посредством хвостовика с заборщиком продукта из нижнего пласта скважины, закрепленным в обсадной трубе нижним пакером. Блок раздельной подачи и учета соединен патрубком с электроприводом погружного центробежного насоса, в котором помещен кабель связи для управления клапанами от кабеля электропитания и управления, связывающей электропривод насоса с пунктом электропитания и управления скважины. Технический результат заключается в повышении эффективности эксплуатации пластов скважины. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система регулирования дебита скважины, содержащая несколько трубчатых элементов, расположенных один в другом с образованием центрального и кольцевых каналов направления потоков флюидов из разных пластов в разные каналы трубчатых элементов, последние закреплены в обсадной трубе скважины посредством пакеров, при этом каналы снабжены клапанами управления потоком флюида из каждого канала, имеющими отдельные приводы, соединенные с линией управления, обеспечивающими раздельное перемещение потоков флюидов из разных пластов через разные каналы с помощью, по меньшей мере, одного процессора и, по меньшей мере, одного датчика измерения параметра пластового флюида, функционально связанного с процессором автоматического управления, по меньшей мере, одним клапаном в соответствии с информацией, полученной от, по меньшей мере, одного датчика, и дальнейшее избирательное смешивание потоков флюидов из всех каналов, отличающаяся тем, что трубчатые элементы центрального и кольцевых каналов закреплены в обсадной трубе верхним пакером и входами соединены с муфтой направления раздельных потоков по разным каналам из разных пластов, для чего муфта центральным каналом соединена посредством хвостовика с заборщиком продукта из нижнего пласта скважины, закрепленным в обсадной трубе нижним пакером, на выходе трубчатые элементы центрального и кольцевых каналов выполнены с раструбом и герметично сопряжены с блоком раздельной подачи и учета флюида в каждом из каналов посредством стыковочного узла с адекватными входными каналами, а в корпусе блока раздельной подачи и учета флюида в каждом из каналов установлены регулируемые клапаны с электроприводами, размещенные в обособленных каналах, сообщающихся с центральным и кольцевыми каналами трубчатых элементов через запорные седла регулируемых клапанов и каналы муфты перекрестного течения и стыковочного узла, при этом в стенке каждого обособленного канала выполнены окна для сообщения их с полостью обсадной трубы для дальнейшего избирательного смешивания потоков флюидов из всех каналов, а процессор автоматического управления регулируемыми клапанами размещен в блоке раздельной подачи и учета, последний, в свою очередь, соединен патрубком с электроприводом погружного центробежного насоса, в котором помещен кабель связи для управления процессором от кабеля электропитания и управления, связывающей электропривод насоса с пунктом электропитания и управления скважины.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блок телеметрии, размещенный в патрубке между электроприводом насоса и блоком раздельной подачи и учета флюида в каждом из каналов, соединенный с кабелем электропитания и управления скважины и кабелем связи с процессором автоматического управления регулируемыми клапанами.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве регулируемых клапанов в обособленных каналах блока раздельной подачи и учета флюида в каждом из каналов установлены золотниковые затворы с электроприводами.