ПЛАТФОРМА КЛАПАНА-РЕГУЛЯТОРА РАСХОДА Российский патент 2014 года по МПК E21B34/10 E21B43/14 

Настоящее изобретение, в общем, относится к платформе клапана-регулятора расхода.

Обычная скважина может включать в себя клапаны-регуляторы расхода для управления движением текучих сред нагнетания и/или добычи. Одним типом обычного клапана-регулятора расхода является двухпозиционный клапан, имеющий два положения: открытое положение для прохождения потока текучей среды через перепускной канал клапана и закрытое положение для блокировки потока через перепускной канал. Другим типом обычного клапана-регулятора расхода является «штуцер», клапан в котором проходное сечение канала потока может изменяться для регулирования расхода добычи или нагнетания через клапан.

Вне зависимости от того, является ли клапан-регулятор расхода двухпозиционным клапаном или штуцером, типичный клапан-регулятор расхода может представлять собой клапан золотникового типа, обычно включающий в себя одиночную скользящую втулку и исполнительный механизм для перемещения втулки для закрытия или открытия расходных отверстий в камере клапана. Втулка штуцера может иметь много открытых положений, каждое из которых соответствует разному проходному сечению (для приспособления к различным условиям в коллекторе) и различным наборам расходных отверстий на сердечнике. Штуцер может дополнительно включать в себя механизм пошагового перемещения или счетный механизм для выполнения цикла работы штуцера из одного открытого положения в другое.

Использование обычного клапана-регулятора расхода может сталкиваться с несколькими проблемами. Механизмы пошагового перемещения или счетные механизмы фонтанного штуцера, регулирующего давление, обычно являются сложными и дорогими. Кроме того, мощность или усилие, используемые для перемещения скользящей втулки при перепаде давления на забое скважины, обычно могут быть значительными, вследствие большого размера уплотнений. Указанное, в общем, означает, что относительно высокое рабочее давление используется для привода втулки, что может требовать выработки относительно высокого давления наземным оборудованием скважины.

Клапаны-регуляторы расхода не являются обычно перенастраиваемыми. Поэтому насосно-компрессорные трубы разных размеров требуют штуцеров разного размера, чтобы путь потока через насосно-компрессорную трубу не был ограничен ненадлежащим образом центральным проходным каналом через штуцер. Дополнительно к этому, клапаны-регуляторы расхода для нефтедобывающих скважин могут отличаться от клапанов-регуляторов расхода нагнетательных скважин.

Таким образом, существует необходимость создания платформы клапанов-регуляторов расхода, решающих одну или несколько проблем, изложенных выше, а также другие, неидентифицированные проблемы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно изобретению создана скважинная система, содержащая насосно-компрессорную трубу, проходящую в изолированную зону скважины, и множество модулей штуцеров, расположенных в изолированной зоне, для управления перемещением текучей среды между проходным каналом насосно-компрессорной трубы и указанной зоной, при этом каждый модуль штуцера содержит соответствующий штуцер, удаляемый из модуля без разборки насосно-компрессорной трубы, и способен независимо управляться относительно одного или нескольких других модулей штуцера для избирательного пропуска и блокировки потока через соответствующий штуцер.

По меньшей мере, один из соответствующих штуцеров может иметь проходное сечение, отличное от проходного сечения другого из соответствующих штуцеров.

По меньшей мере, один из соответствующих штуцеров может иметь проходное сечение, по существу равное проходному сечению другого из соответствующих штуцеров.

Система может дополнительно содержать клапаны-регуляторы расхода, каждый из которых связан с, по меньшей мере, одним из модулей штуцеров для избирательного пропуска и блокировки потока через соответствующий штуцер.

Система может дополнительно содержать первую и вторую гидравлические линии, способные приводить в действие клапаны-регуляторы расхода.

Система может дополнительно содержать другое множество модулей штуцеров, расположенных в другой изолированной зоне, для управления перемещением текучей среды между проходным каналом насосно-компрессорной трубы и другой зоной, при этом другое множество модулей штуцеров способно управляться первой и второй гидравлическими линиями.

Система может дополнительно содержать дополнительные клапаны, каждый из которых связан с, по меньшей мере, одним из клапанов-регуляторов расхода для управления перемещением текучей среды между первой и второй гидравлическими линиями и соответствующим клапаном-регулятором расхода. Каждый дополнительный клапан может быть электрически управляемым клапаном.

Модули штуцеров могут быть радиально распределены вокруг продольной оси насосно-компрессорной трубы.

Система может дополнительно содержать обсадную колонну, в которой модули штуцеров радиально распределены в ограниченном угловом диапазоне вокруг периметра насосно-компрессорной трубы, и насосно-комопрессорная труба расположена внецентренно по отношению к обсадной колонне.

Модули штуцеров могут быть радиально распределены вокруг периметра насосно-компрессорной трубы.

Модули штуцеров могут дополнительно содержать обратный клапан для, по существу, однонаправленного потока.

Согласно изобретению создан способ для использования в скважине, имеющей множество изолированных зон и насосно-компрессорную трубу, содержащий следующие стадии:

создание в каждой из двух или более изолированных зон группы модулей штуцеров для управления перемещением текучей среды между проходным каналом насосно-компрессорной трубы и соответствующей изолированной зоной, при этом каждый модуль штуцера содержит соответствующий штуцер, удаляемый из модуля без разборки насосно-компрессорной трубы, и способен независимо управляться относительно других модулей штуцеров группы;

выбор одного или нескольких модулей штуцеров в по меньшей мере, к одной группе модулей штуцеров;

конфигурирование выбранного одного или нескольких модулей штуцеров для перемещения текучей среды между проходным каналом насосно-компрессорной трубы и соответствующей изолированной зоной;

закрытие перемещения текучей среды через один или несколько невыбранных модулей штуцеров.

Способ может дополнительно содержать создание пары гидравлических линий в скважине и электрической линии, связанных с модулями штуцеров, при этом стадии конфигурирования и закрытия дополнительно содержат избирательное управление работой клапанов для управления перемещением текучей среды между гидравлическими линиями и модулями штуцеров, и каждый клапан связан с, по меньшей мере, одним из модулей штуцеров.

Способ может дополнительно содержать закрытие перемещения текучей среды через все модули штуцеров, содержащее избирательное управление работой клапанов для одновременного закрытия перемещения текучей среды через один модуль штуцера в каждой зоне и повторение действия избирательного управления работой клапанов для одновременного закрытия перемещения текучей среды через один модуль штуцера в каждой зоне для различных комплектов модулей штуцеров до закрытия перемещения текучей среды через все модули штуцеров.

Способ может дополнительно содержать открытие перемещения текучей среды через все модули штуцеров, содержащее избирательное управление работой клапанов для одновременного открытия перемещения текучей среды через один модуль штуцера в каждой зоне и повторение действия избирательного управления работой клапанов для одновременного открытия перемещения текучей среды через один модуль штуцера в каждой зоне для различных комплектов модулей штуцеров до открытия перемещения текучей среды через все модули штуцеров.

Способ может дополнительно содержать расположение модулей штуцеров внецентренно по отношению к насосно-компрессорной трубе.

Способ может дополнительно содержать распределение модулей штуцеров, по меньшей мере, частично вокруг внешней части насосно-компрессорной трубы.

Способ может дополнительно содержать управление потоком через модули штуцеров для его прохода, по существу, в одном направлении.

Способ может дополнительно содержать открытие перемещения текучей среды через все штуцера и последовательное закрытие невыбранных штуцеров для каждой зоны.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 и 2 показаны схематичные виды примерной скважинной системы регулирования расхода согласно вариантам осуществления изобретения.

На фиг.3 показана схема сечения платформы клапана-регулятора расхода по линии 3-3 на фиг.1 согласно варианту осуществления изобретения.

На фиг. 4 и 5 показаны виды сечения платформ клапанов-регуляторов расхода согласно другим вариантам осуществления изобретения.

На фиг. 6, 7, 8, 9 и 10 показаны частичные виды сечения модуля клапана-регулятора расхода в различных положениях согласно вариантам осуществления изобретения.

На фиг. 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 и 21 показаны схематичные виды платформы клапана-регулятора расхода в различных положениях согласно вариантам осуществления изобретения.

На фиг.22 показан схематичный вид платформы клапана-регулятора расхода согласно другому варианту осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В следующем описании многочисленные детали изложены для обеспечения понимания настоящего изобретения. Вместе с тем специалистам в данной области техники должно быть понятно, что настоящее изобретение можно применить на практике без указанных деталей и что возможны многочисленные изменения и модификации описанных вариантов осуществления изобретения.

В данном документе термины «сверху» и «снизу», «верх» и «низ», «верхний» и «нижний», «вверх» и «вниз» и другие аналогичные термины, указывающие положения сверху или снизу относительно данной точки или элемента, используются для более ясного описания некоторых вариантов осуществления изобретения. Вместе с тем в приложении к оборудованию и способам, используемым в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, такие термины могут обозначать относительное расположение слева направо, справа налево или по диагонали.

Как показано на фиг.1, скважина 10 содержит ствол 20 скважины, проходящий через различные зоны 40 добычи или нагнетания (зоны 40₁ и 40₂ показаны на фиг.1 как примеры). Колонна 30 насосно-компрессорной трубы (например, эксплуатационная колонна насосно-компрессорной трубы или нагнетательная колонна) проходит в стволе 20 скважины через зоны 40. Ствол 20 скважины может быть обсажен обсадной колонной 22. Вместе с тем согласно другим вариантам осуществления изобретения ствол 20 скважины может быть необсаженным. Скважина 10 может быть подземной скважиной на суше или в море в зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения. Таким образом, предполагается много изменений, находящихся в объеме прилагаемой формулы изобретения.

В зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения колонна 30 насосно-компрессорной трубы может принимать текучую среду, такую, например, как нефть или газ из конкретной зоны 40 и передавать нефть или газ на наземное оборудование скважины 10. Альтернативно колонна 30 насосно-компрессорной трубы может перемещать текучие среды, нагнетаемые в конкретную зону 40. Каждая зона 40 является изолированной зоной, которую можно образовать между изолирующими устройствами, такими, например, как пакеры, образующие кольцевые уплотнения между внешней поверхностью колонны 30 насосно-компрессорной трубы и внутренней поверхностью обсадной колонны 22 (для вариантов осуществления изобретения в которых ствол 20 скважины является обсаженным). Таким образом, например, верхняя зона 40₁, показанная на фиг.1, образована между двумя пакерами 24 и 26, и нижняя зона 40₂ образована между двумя пакерами 26 и 28. Скважина 10 может иметь единственную зону 40 или может иметь больше двух зон согласно другим вариантам осуществления изобретения.

Для регулирования добычи из конкретной зоны 40 или нагнетания в нее, скважина 10 имеет систему платформ клапана-регулятора расхода, образованную из нескольких блоков 50 регулирования расхода (два блока 50₁ и 50₂ регулирования расхода показаны на фиг.1, как пример). Каждый блок 50 расположен в конкретной зоне 40 и содержит картриджи клапана-регулятора расхода или модули 55, расположенные вокруг периметра колонны 30 насосно-компрессорной трубы (распределенные, например, снаружи колонны 30 насосно-компрессорной трубы, вокруг продольной оси 11 колонны 30) для регулирования перемещения текучей среды между кольцевым пространством и центральным проходным каналом 32 колонны 30 насосно-компрессорной трубы.

Более конкретно, согласно вариантам осуществления изобретения, описанным в данном документе, модули 55 каждого блока 50 могут содержать, по меньшей мере, несколько штуцеров разного размера (то есть каждый штуцер может иметь по существу различное проходное сечение). Хотя в других вариантах осуществления изобретения модули 55 каждой станции могут содержать, по меньшей мере, несколько штуцеров одного размера (то есть каждый штуцер может иметь, по существу, одинаковое проходное сечение). Каждый модуль 55 является независимо конфигурируемым как для обеспечения движения текучей среды через его штуцер, так и для блокирования такого движения. Более конкретно, для регулирования движения текучей среды на конкретном блоке 50 один или несколько модулей 55 штуцеров можно выбрать для перемещения текучей среды между кольцевым пространством и центральным проходным каналом 32 колонны 30 насосно-компрессорной трубы, и может не происходить никакого перемещения текучей среды через оставшиеся невыбранными штуцера. Таким образом, один или несколько модулей 55 блока 50₁ можно выбрать для осуществления перемещения текучей среды между кольцевым пространством 41 зоны 40 и центральным проходным каналом 32, и аналогично, один или несколько модулей 55 блока 50₂ можно выбрать для осуществления перемещения текучей среды между кольцевым пространством 43 зоны 40₂ и центральным проходным каналом 32.

Посредством выбора штуцеров таким способом рабочее проходное сечение между зоной и колонной 30 насосно-компрессорной трубы можно регулировать. Поэтому, если внутрискважинные условия в конкретной зоне 40 меняются, модули 55 штуцеров надлежащего блока 50 можно реконфигурировать для установки нового рабочего проходного сечения для решения проблемы изменения.

В общем, каждый модуль 55 включает в себя двухпозиционный клапан, которым можно управлять с наземного оборудования скважины, с внутрискважинной автономной электронной схемы управления или с других площадок для целей выбора, будет ли происходить перемещение текучей среды через штуцер модуля 55. В зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения только одиночный модуль 55 блока 50 может быть открыт или несколько модулей 55 блока 50 могут быть открыты. Таким образом, возможно множество изменений, и они находятся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.

Как дополнительно описано ниже, модули 55 можно расположить по периметру вокруг внешней части колонны 30 насосно-компрессорной трубы, что обеспечивает сравнительно простой доступ к штуцерам для их замены или изменения размеров штуцера. Таким образом, в отличие от обычных устройств, штуцера можно легко заменять для соответствия конкретному практическому применению в скважине. Дополнительно к этому, внутренний центральный перепускной канал блока 50 является независимым от штуцеров или размеров штуцеров. При обеспечении доступа к штуцерам за пределами колонны 30 насосно-компрессорной трубы колонну 30 насосно-компрессорной трубы нет необходимости разбирать для доступа к штуцеру или его замены.

Как дополнительно описано ниже, согласно вариантам осуществления изобретения две гидравлических линии 62 и 64 управления и электрическую линию 60 используют для выбора положения (открытого или закрытого) модуля 55. Хотя линии 60, 62 и 64 показаны проходящими на наземное оборудование скважины 10, констатируем, что положения модуля можно менять автономно посредством логической электронной схемы управления, размещенной внутри скважины или вблизи блоков 50 согласно вариантам осуществления изобретения.

Конкретная зона 40 может содержать клапаны-регуляторы расхода иные, чем клапаны блока 50 согласно вариантам осуществления изобретения. Например, на фиг.2 показана скважина 80, аналогичная скважине 10, показанной на фиг.1, с одинаковыми ссылочными позициями для указания одинаковых элементов. Вместе с тем, для примера, показанного на фиг.2, зона 40₁ включает в себя дополнительный двухпозиционный клапан 84, размещенный в зоне 40₁ с блоком 50₁. Клапаном 84 можно управлять с использованием аналогичных линий 60, 62 и 64, используемых для управления блоками 50₁ и 50₂. Другие изменения предполагаются и находятся в объеме прилагаемой формулы изобретения.

На фиг.3 показан вид сечения блока 50 по линии 3-3 на фиг.1 согласно некоторым иллюстративным вариантам осуществления изобретения. Для данного примера блок 50 сконфигурирован для практического применения в добыче, как указано стрелками, указывающими направление потока на фиг.3. В связи с этим проходной канал 32 насосно-компрессорной трубы служит магистралью, принимающей скважинную текучую среду из открытых модулей 55 штуцеров. Как показано, модули 55 могут находиться снаружи колонны 30 насосно-компрессорной трубы и распределенными концентрично продольной оси 11 колонны 30. Каждый модуль 55 имеет соответствующие радиальные отверстия (не показано на фиг.3) для перемещения текучей среды между внутренним пространством модуля 55 и кольцевым пространством скважины 10 и каждый модуль 55, в общем, имеет одинаковый размер сечения.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения штуцера модулей 55 могут быть разного размера. Вместе с тем согласно другим вариантам осуществления изобретения несколько модулей 55 могут иметь штуцера одного размера. Хотя на фиг.3 показаны восемь модулей 55 (то есть модули 55₁ 55₂ 55₃ 55₄ 55₅ 55₆ 55₇ и 55₈), понятно, что блок 50 может содержать больше или меньше восьми модулей 55 в зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения.

На фиг.4 показан блок 100, специально сконфигурированный для практического применения в нагнетании, как указано стрелками. Для данного примера модули 55 фиг.3 заменены модулями 110 (модулями 110₁ 110₂ 110₃ 110₄ 110₅ 110₆ 110₇ и 110₈, показанными в качестве примера). Аналогично блоку 50, показанному на фиг.3, каждый модуль 110 имеет соответствующий штуцер 200 и проходные сечения штуцеров 200 в модулях 110 могут быть различными. Как показано на фиг.4, для данного примера нагнетания, колонна 30 насосно-компрессорной трубы служит магистралью, когда поток нагнетания проходит через один или несколько штуцеров 200, как указано стрелками, указывающими направление потока через штуцер 200, соответствующий модулю 110₁. Поток проходит через радиальные отверстия 111 в кольцевое пространство скважины 10.

На фиг.5 показан альтернативный блок 120, в котором модули 55 расположены внецентренно вокруг продольной оси 11 колонны 30 насосно-компрессорной трубы. Вследствие внецентренной установки модулей 55, колонна 30 насосно-компрессорной трубы может быть расположена внецентренно относительно обсадной колонны 22. Блок 120 может включать в себя расположенный внецентренно сердечник 126, содержащий отверстия, сконфигурированные для установки модулей. Конечно, распределение модулей 55 может быть различным согласно другим вариантам осуществления изобретения.

На фиг.6 показан вид сечения модуля 55а согласно некоторым вариантам осуществления изобретения. В общем, модуль 55 может включать в себя двухпозиционный клапан, управляющий перемещением текучей среды через штуцер 200, то есть клапан управляет перемещением текучей среды между областью кольцевого пространства, окружающего модуль 55, и центральным проходным каналом 32 колонны 30 насосно-компрессорной трубы. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения клапан образован из сердечника 170, расположенного во внутреннем пространстве 164 корпуса 160 модуля 55. Сердечник 170 может иметь ось, по существу параллельную продольной оси 11.

Сердечник 170 включает в себя поршневую головку 172, образующую две камеры в кольцевой полости 169 внутреннего пространства 164 для управления осевым положением сердечника 170: верхнюю камеру 166, гидравлически связанную с гидравлической линией 64 и верхней поверхностью поршневой головки 172, и нижнюю камеру 168, гидравлически связанную с гидравлической линией 62 и нижней поверхностью поршневой головки 172. Когда давление, прилагаемое на поршневую головку 172 текучей средой в гидравлической линии 64, превосходит давление, прилагаемое на поршневую головку 172 текучей средой в гидравлической линии 62, сердечник 170 перемещается вниз в нижнее осевое положение (см. фиг.7, например). Наоборот, когда давление, прилагаемое на поршневую головку 172 текучей средой в гидравлической линии 62, превосходит давление, прилагаемое на поршневую головку 172 текучей средой в гидравлической линии 64, сердечник 170 перемещается в верхнее осевое положение (как показано на фиг.6). Перепускной канал 171 в сердечнике 170 обеспечивает движение текучей среды между полостями 167 и 164. Перепускной канал 171 выполнен с возможностью предотвращения или ослабления залипания и обеспечивает перемещение сердечника 170 вверх посредством переброски текучей среды из перепускного канала 167 во внутреннее пространство 164 через перепускной канал 171 в сердечнике или обеспечивает перемещение сердечника вниз посредством переброски текучей среды из внутреннего пространства 164 перепускного канала 167 в перепускной канал 167.

В верхнем осевом положении сердечник 170 блокирует перемещение между центральным проходным каналом 32 колонны 30 насосно-компрессорной трубы и одним или несколькими радиальными отверстиями (отверстием) 165 (одно радиальное отверстие показано на фиг.6), выполненными в корпусе 160 и гидравлически связанными с кольцевым пространством, окружающим модуль 55. Таким образом, в верхнем положении сердечник 170 блокирует перемещение текучей среды между радиальными отверстиями (отверстием) 165 и перепускными каналами 167 (один перепускной канал показан на фиг.6), проходящими через корпус 160 к штуцеру 200. Наоборот, в нижнем положении (фиг.7) клапан открыт, и радиальные отверстия 165 и проходной канал 32 гидравлически связаны.

Модуль 55 может дополнительно включать в себя клапан-регулятор 180 (такой, как электромагнитный клапан или клапан другого типа, открывающийся и закрывающийся для обеспечения перемещения текучей среды или ее блокирования в линии движения текучей среды, например), избирательно устанавливающий гидравлическую связь между гидравлическими линиями 62 и 64 и осуществляющий управление, когда перепады давления между линиями 62 и 64 можно использовать для изменения положения модуля 55. На фиг.6 клапан 180 показан открытым, что предотвращает изменение положения модуля 55, вследствие выравнивания давления между линиями 62 и 64. Поэтому, когда клапан 180 остается открытым, сердечник 170 остается в верхнем положении, вне зависимости от давления, прилагаемого гидравлическими линиями 62 и 64.

Как показано на фиг.7, для открытия перемещения текучей среды через штуцер 200 осуществляют следующее управление. Сначала клапан-регулятор 180 закрыт, что обеспечивает реагирование сердечника 170 на перепад давления между гидравлическими линиями 62 и 64. Затем гидравлическую линию 62 конфигурируют для перемещения, переброски, удаления или сброса текучей среды из нижней камеры 168. Другими словами, гидравлическую линию 62 конфигурируют для возврата гидравлической жидкости на наземное оборудование скважины 10. Подача давления по гидравлической линии 64 создает направленное вниз усилие на поршневой головке 172, что обуславливает перемещение сердечника 170 в нижнее осевое положение, как показано на фиг.7. Для данного положения сердечника 170, модуль 55 обеспечивает перемещение текучей среды по пути, включающем в себя радиальное отверстие (отверстия) 165, перепускные каналы 167 и штуцер 200.

На фиг.8 показан модуль 55, открытый и не реагирующий на давление, прилагаемое посредством гидравлических линий 62 и 64. Более конкретно разница между фигурами 7 и 8 состоит в том, что клапан-регулятор 180 открыт, что выравнивает давление в гидравлических линиях 62 и 64.

Для закрытия перемещения текучей среды через штуцер 200, сердечник 170 можно переместить вверх в закрытое положение, как показано на фиг.9. Для этого, клапан-регулятор 180 закрыт, изолируя гидравлические линии 62 и 64 и предоставляя возможность сердечнику 170 реагировать на перепад давления в гидравлических линиях 62 и 64. Затем гидравлическую линию 64 конфигурируют для обеспечения прохода текучей среды из верхней камеры 166 в гидравлическую линию 64 и в гидравлическую линию 62 подают давление. Это создает перепад давления на поршневой головке 172 для перемещения сердечника 170 назад в верхнее осевое положение и закрытия тем самым перемещения текучей среды через штуцер 200.

На фиг.10 показано открытое положение модуля 206, имеющего конструкцию, аналогичную модулю 55, с одинаковыми позициями ссылки, используемыми для обозначения одинаковых компонентов. Вместе с тем модуль 206 используют в основном для нагнетания. Таким образом, стрелки на фиг.10 показывают поток из центрального проходного канала 32 через штуцер 200 в радиальное отверстие 165 для выхода в кольцевое пространство скважины. В отличие от модуля 55 вместе с тем устройство предотвращения обратного потока, такое как обратный клапан 208, расположено на пути потока, ниже по потоку или выше по потоку (как показано) от штуцера 200 в направлении от радиальных отверстий 165 к проходному каналу 32. Таким образом, только поток нагнетания проходит через штуцер 200, когда сердечник 170 находится в нижнем положении, как показано на фиг.10. В других вариантах осуществления изобретения модуль 55 можно эксплуатировать для нагнетания без устройства предотвращения обратного потока, такого, например, как обратный клапан 208. Для положения модуля 205, показанного на фиг.10, клапан 180 открыт для выравнивания давления в гидравлических линиях 62 и 64 так, что модуль 206 не меняет положения вне зависимости от давлений, прилагаемых гидравлическими линиями 62 и 64.

Среди других признаков, модуль 55 (фиг.6, например) или модуль 206 (фиг.10) может включать в себя продольный перепускной канал 171 выравнивания, пересекающий по длине сердечник 170 для выравнивания давления над и под сердечником 170. В дополнение или вместо этого модуль 55 или 206 может включать в себя герметичную съемную пробку 204 для обеспечения сравнительно простого доступа к штуцеру 200 или модулю 55 или 206 с требованием разборки колонны 30 насосно-компрессорной трубы. В этом отношении пробку 204 можно удалять на поверхности на площадке скважины для установки штуцера 200 нужного размера для конкретного практического применения и/или конфигурирования модулей 55 или 206 для нагнетания или добычи. В некоторых альтернативных вариантах осуществления изобретения модули 55 или 206 могут включать в себя газовую или механическую пружину (не показано) для смещения сердечника 170 в одном или другом направлении.

На фиг.11 показан пример платформы 215 клапана-регулятора расхода согласно некоторым вариантам осуществления изобретения. Для данного примера, платформа 215 включает в себя три блока 50₁, 50₂ и 50₃, управляемых по гидравлическим и электрическим линиям 60, 62 и 64. В общем, каждый блок 50 включает в себя четыре модуля 55 (то есть модули 55₁, 55₂, 55₃ и 55₄), гидравлически соединенных так, что верхняя камера 166 (фиг.6, например) каждого модуля 55 гидравлически соединена с нижней камерой 168 (фиг.6, например) другого модуля 55, и верхняя и нижняя камеры 166, 168 каждого модуля 55 разделены соответствующим клапаном-регулятором 180.

Более конкретно, для блока 50₁ нижняя камера 168 модуля 55₁ гидравлически соединена с верхней камерой 166 модуля 55₂, нижняя камера 168 модуля 55₂ гидравлически соединена с верхней камерой 166 модуля 55₃ и нижняя камера 168 модуля 55₃ гидравлически соединена с верхней камерой 166 модуля 55₄. Кроме того, клапан-регулятор 220 (например, электромагнитный клапан с электродистанционным управлением) управляет перемещением текучей среды между верхней камерой 166 модуля 55₁ и гидравлической линией 64, а другой клапан-регулятор 218 (например, электромагнитный клапан с электродистанционным управлением) управляет перемещением текучей среды между нижней камерой 168 модуля 55₄ и гидравлической линией 62. Как показано на фиг.11, модули 55 других двух блоков 50₂ и 50₃ гидравлически соединены вместе и с гидравлическими линиями 62 и 64 аналогичным способом, согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.

Для примера платформа 215 клапана-регулятора расхода показана на фиг.11 в положении, в котором все модули 55 являются открытыми. Данное положение можно использовать как исходное для спуска в ствол скважины платформы 215, после чего в гидравлические линии 62 и 64 можно избирательно подать давление и избирательно управлять клапанами-регуляторами 180, 218 и 220 для управления закрытием и открытием модулей 55.

Продолжение на фиг. 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 показывает пример последовательности перехода платформы 215 от исходного положения, показанного на фиг.11, через другие положения, являющиеся примерами для иллюстрации работы платформы 215. Более конкретно, как показано на фиг.12, для закрытия модуля 55₃ блока 50₂ подают давление в гидравлическую линии 62, а гидравлическую линию 64 используют, как линию сброса. Для изоляции модулей 55 блоков 50₁ и 50₃ от давления в гидравлической линии 62 клапаны-регуляторы 218 блоков 50₁ и 50₃ закрыты. Клапан-регулятор 218 блока 50₂ остается открытым, а клапан-регулятор 180, связанный с модулем 55₃, закрыт. Поэтому вследствие данной конфигурации давление, передаваемое гидравлической линией 62, открывает модуль 55₃. Другие модули 55₁, 55₂ и 55₄ блока 50₂ остаются открытыми вследствие того, что связанные с ними клапаны-регуляторы 180 открыты.

Как показано на фиг.13, для закрытия модуля 55₂ блока 50₃ клапаны-регуляторы 218 блоков 50₁ и 50₂ закрыты, а клапан-регулятор 218 блока 50₃ открыт. Дополнительно к этому, клапан-регулятор 180 модуля 55₂ блока 50₃ закрыт, а другие клапаны-регуляторы 180 открыты. Поэтому подача давления гидравлической линии 62 переводит модуль в его закрытое положение.

Как показано на фиг.14, для закрытия модуля 55₂ блока 50₁ блоки 50₂ и 50₃ изолированы от гидравлической линии 62 закрытием клапанов-регуляторов 218 станций, клапан-регулятор 218 блока 50₁ открыт, а клапан-регулятор 180 модуля 55₂ закрыт. При таком устройстве подача давления гидравлической линией 62 обуславливает закрытие модуля 55₂.

Для открытия выбранного модуля 55 подают давление в гидравлическую линию 64, а гидравлическую линию 62 используют как линию сброса. Как показано на фиг.15, в качестве более конкретного примера, для открытия модуля 55₃ блока 50₂ клапаны-регуляторы 220 блоков 50₁ и 50₃ закрыты для изоляции станций от давления в гидравлической линии 64. Клапан-регулятор 220 блока 50₂ остается открытым, а клапан-регулятор 180 модуля 55₃ блока 50₂ закрыт, так что при подаче давления в гидравлическую линию 64 модуль 55₃ открывается, как показано на фиг.15.

Как показано на фигуре 16, в еще одном примере для закрытия модуля 55₁ блока 50₂ клапаны-регуляторы 218 блоков 50₁ и 50₃ закрыты для изоляции станций от давления в гидравлической линии 62. Клапан-регулятор 218 блока 50₂ остается открытым, а клапан-регулятор 180 модуля 55₁ закрыт, так что подача давления в гидравлическую линию 62 обуславливает закрытия модуля 55₃ блока 50₂.

На фиг.17, 18, 19 и 20 показана последовательность закрытия всех модулей 55 платформы 215. Более конкретно, согласно вариантам осуществления изобретения, модули 55 могут быть закрыты в последовательности, включающей в себя одновременное закрытие всех модулей 55₁, последовательное и одновременное закрытие всех модулей 55₂, последовательное и одновременное закрытие всех модулей 55₃ и, наконец, одновременное закрытие всех модулей 55₄.

Как показано на фиг.17, все клапаны-регуляторы 218 и 220 открыты, а клапаны-регуляторы 180 модулей 55₁ закрыты. Подача давления в гидравлическую линию 62 закрывает все модули 55₁.

Как показано на фиг.18, модули 55₂ закрыты аналогичным способом. Более конкретно, все клапаны-регуляторы 218 и 220 остаются открытыми, клапаны-регуляторы 180 трех модулей 55₂ закрыты, и все остальные клапаны-регуляторы 180 остаются открытыми. Подача давления гидравлической линии 62 обуславливает закрытие всех модулей 55₂.

Как показано на фиг.19, последовательно все модули 55₃ закрыты аналогичным способом закрытием клапана-регулятора 180 модулей 55₃, при этом оставшиеся клапаны-регуляторы остаются открытыми. Последовательная подача давления гидравлической линии 62 поэтому закрывает все модули 55₃. Как показано на фиг.20, аналогично все модули 55₄ закрыты закрытием клапанов-регуляторов 180 модулей 55₄, при этом оставшиеся клапаны-регуляторы остаются открытыми, и при подаче давления в гидравлическую линию 62.

Как показано на фиг.21, все модули 55 платформы 215 клапанов-регуляторов расхода могут быть открыты в последовательности из четырех этапов, включающей в себя одновременное открытие всех модулей 55₁, последовательное одновременное открытие всех модулей 55₂, последовательное одновременное открытие всех модулей 55₃ и, наконец, последовательное одновременное открытие всех модулей 55₄. Для открытия каждого комплекта модулей 55 подают давление в гидравлическую линию 64, а гидравлическая линия 62 служит линией сброса. Клапаны-регуляторы 218 и 220 остаются открытыми, а клапаны-регуляторы 180 модулей 55 открывают и закрывают, при этом остальные клапаны-регуляторы 180 оставляют открытыми. На фиг.21 показан первый этап в последовательности для открытия модулей 55₁ всех трех блоков 50₁, 50₂ и 50₃. Как показано, клапаны-регуляторы 180 блоков 50₁, 50₂ и 50₃ закрыты, при этом остальные клапаны-регуляторы оставлены открытыми. Подача давления в гидравлическую линию 64, поэтому, обуславливает открытие каждого из модулей 55₁, как показано на фиг.21. Остальные модули 55₂, 55₃ и 55₄ всех трех блоков 50₁, 50₂ и 50₃ открываются друг за другом в аналогичных последовательностях.

Другие варианты осуществления изобретения предложены и входят в объем прилагаемой формулы изобретения. Например, как показано на фиг.22, согласно другим вариантам осуществления изобретения, платформа 230 клапанов-регуляторов расхода может быть выполнена из модулей 250, расположенных вдоль оси на колонне 30 насосно-компрессорной трубы. Таким образом, многие изменения предложены и входят в объем прилагаемой формулы изобретения.

Хотя настоящее изобретение описано в отношении ограниченного числа вариантов осуществления, специалисту в данной области техники, воспользовавшемуся раскрытым изобретением, должны быть ясны его многочисленные модификации и изменения. Прилагаемая формула изобретения должна охватывать все такие модификации и изменения в объеме и сущности настоящего изобретения.

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена в скважинных клапанных системах. Скважинная система включает в себя насосно-компрессорную трубу, проходящую в изолированную зону скважины, и множество модулей штуцеров, расположенных в изолированной зоне, для управления перемещением текучей среды между проходным каналом насосно-компрессорной трубы и зоной. Каждый модуль штуцера включает в себя соответствующий штуцер, сменяемый в модуле штуцера без разборки насосно-компрессорной трубы. Каждый модуль штуцера является независимо управляемым по отношению к другому модулю (модулям) штуцера для избирательного пропуска и блокировки потока через соответствующий штуцер. Центральный перепускной канал блока модулей является независимым от штуцеров или размеров штуцеров. Модули штуцеров расположены по периметру вокруг внешней части колонны насосно-компрессорной трубы. Технический результат заключается в обеспечении возможности снижения давления, вырабатываемого наземным оборудованием скважины. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 22 ил.

1. Скважинная система, содержащая насосно-компрессорную трубу, проходящую в изолированную зону скважины, и множество модулей штуцеров, расположенных в изолированной зоне, для управления перемещением текучей среды между проходным каналом насосно-компрессорной трубы и указанной зоной, при этом каждый модуль штуцера содержит соответствующий штуцер, удаляемый из модуля без разборки насосно-компрессорной трубы, и способный независимо управляться относительно одного или нескольких других модулей штуцера для избирательного пропуска и блокировки потока через соответствующий штуцер, при этом центральный перепускной канал блока модулей является независимым от штуцеров или размеров штуцеров, причем модули штуцеров расположены по периметру вокруг внешней части колонны насосно-компрессорной трубы.

2. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, один из соответствующих штуцеров имеет проходное сечение, отличное от проходного сечения другого из соответствующих штуцеров.

3. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, один из соответствующих штуцеров имеет проходное сечение, по существу равное проходному сечению другого из соответствующих штуцеров.

4. Система по п.1, дополнительно содержащая клапаны-регуляторы расхода, каждый из которых связан с, по меньшей мере, одним из модулей штуцеров для избирательного пропуска и блокировки потока через соответствующий штуцер.

5. Система по п.4, дополнительно содержащая первую и вторую гидравлические линии, способные приводить в действие клапаны-регуляторы расхода.

6. Система по п.5, дополнительно содержащая другое множество модулей штуцеров, расположенных в другой изолированной зоне, для управления перемещением текучей среды между проходным каналом насосно-компрессорной трубы и другой зоной, при этом другое множество модулей штуцеров способно управляться первой и второй гидравлическими линиями.

7. Система по п.5, дополнительно содержащая дополнительные клапаны, каждый из которых связан с, по меньшей мере, одним из клапанов-регуляторов расхода для управления перемещением текучей среды между первой и второй гидравлическими линиями и соответствующим клапаном-регулятором расхода.

8. Система по п.7, в которой каждый дополнительный клапан является электрически управляемым клапаном.

9. Система по п.1, в которой модули штуцеров радиально распределены вокруг продольной оси насосно-компрессорной трубы.

10. Система по п.9, дополнительно содержащая обсадную колонну, в которой модули штуцеров радиально распределены в ограниченном угловом диапазоне вокруг периметра насосно-компрессорной трубы, и насосно-компрессорная труба расположена внецентренно по отношению к обсадной колонне.

11. Система по п.8, в которой модули штуцеров радиально распределены вокруг периметра насосно-компрессорной трубы.

12. Система по п.1, в которой модули штуцеров дополнительно содержат обратный клапан для, по существу, однонаправленного потока.

13. Способ для использования в скважине, имеющей множество изолированных зон и насосно-компрессорную трубу, содержащий следующие стадии: создание в каждой из двух или более изолированных зон группы модулей штуцеров для управления перемещением текучей среды между проходным каналом насосно-компрессорной трубы и соответствующей изолированной зоной, при этом каждый модуль штуцера содержит соответствующий штуцер, удаляемый из модуля без разборки насосно-компрессорной трубы, и способен независимо управляться относительно других модулей штуцеров группы; при этом центральный перепускной канал блока модулей является независимым от штуцеров или размеров штуцеров, причем модули штуцеров расположены по периметру вокруг внешней части колонны насосно-компрессорной трубы; выбор одного или нескольких модулей штуцеров в, по меньшей мере, одной группе модулей штуцеров; конфигурирование выбранного одного или нескольких модулей штуцеров для перемещения текучей среды между проходным каналом насосно-компрессорной трубы и соответствующей изолированной зоной; закрытие перемещения текучей среды через один или несколько невыбранных модулей штуцеров.

14. Способ по п.13, дополнительно содержащий создание пары гидравлических линий в скважине и электрической линии, связанных с модулями штуцеров, при этом стадии конфигурирования и закрытия дополнительно содержат избирательное управление работой клапанов для управления перемещением текучей среды между гидравлическими линиями и модулями штуцеров, и каждый клапан связан с, по меньшей мере, одним из модулей штуцеров.

15. Способ по п.14, дополнительно содержащий закрытие перемещения текучей среды через все модули штуцеров, содержащее избирательное управление работой клапанов для одновременного закрытия перемещения текучей среды через один модуль штуцера в каждой зоне и повторение действия избирательного управления работой клапанов для одновременного закрытия перемещения текучей среды через один модуль штуцера в каждой зоне для различных комплектов модулей штуцеров до закрытия перемещения текучей среды через все модули штуцеров.

16. Способ по п.14, дополнительно содержащий открытие перемещения текучей среды через все модули штуцеров, содержащее избирательное управление работой клапанов для одновременного открытия перемещения текучей среды через один модуль штуцера в каждой зоне и повторение действия избирательного управления работой клапанов для одновременного открытия перемещения текучей среды через один модуль штуцера в каждой зоне для различных комплектов модулей штуцеров до открытия перемещения текучей среды через все модули штуцеров.

17. Способ по п.13, дополнительно содержащий расположение модулей штуцеров внецентренно по отношению к насосно-компрессорной трубе.

18. Способ по п.13, дополнительно содержащий распределение модулей штуцеров, по меньшей мере, частично вокруг внешней части насосно-компрессорной трубы.

19. Способ по п.13, дополнительно содержащий управление потоком через модули штуцеров для его прохода, по существу, в одном направлении.

20. Способ по п.13, дополнительно содержащий открытие перемещения текучей среды через все штуцера и последовательное закрытие невыбранных штуцеров для каждой зоны.