Скважинное устройство регулирования потока сред Российский патент 2018 года по МПК E21B43/12 E21B34/08 E21B43/08 F16K15/02 

Область техники.

Изобретение относится к области строительства нефтегазодобывающих и паронагнетающих скважин и применяется с целью регулирования потока жидкости и/или газа/пара. Устройства данного типа применяются в составе хвостовика добывающей колонны с целью отсекания низковязкого протока на конкретном участке хвостовика, а также для борьбы с пескопроявлениями, и/или в составе участка паронагнетающей колонны в зоне коллектора с целью выравнивания потока пара по всей длине паронагнетающей колонны.

Уровень техники.

Из уровня техники (WO 2009/045259 А2, 09.04.2009) известно устройство регулирования потока сред, содержащее фильтр и регулирующие устройства, выполненное в виде клапанов, при этом вышеуказанное устройство позволяет реализовать метод добычи высоковязкой нефти путем нагнетания пара в коллектор для разжижения поступающего флюида. Для этого в зону коллектора бурятся и устанавливаются две параллельные скважины, одна из которых является только подающей, которая состоит из перфорированных труб, а вторая принимающей, хвостовик которой состоит из скважинных проволочно-щелевых фильтров. Также известна технология подачи пара на начальном этапе через обе скважины. После прохождения установленного времени или объема подача через добывающий ствол прекращается и начинается добыча флюида. В то время как через нагнетающую колонну продолжается закачка пара. Данное устройство является наиболее близким аналогом (прототипом).

При использовании вышеуказанной технологии возникает ряд сложностей таких как:

- неравномерное распределение пара по всей длине зоны нагревания;

- большая доля попутных примесей в флюиде при добыче, таких как вода, пар или газ.

Также из уровня техники (US 2017/0306738, 26.10.2017), известно регулирующее устройство, выполненное в виде клапана, содержащее корпус регулирующего устройства, выполненный из цельной стальной заготовки. Выступающая часть корпуса имеет многогранную форму, что позволяет производить установку, оперативную замену устройств на тело трубы при помощи стандартных накидных или иных ключей. Нижняя цилиндрическая часть корпуса снабжена резьбой, что позволяет ввинчивать устройство в резьбовое отверстие, соответствующего диаметра, в трубе. Герметичность торцевого уплотнения обеспечивается путем применения резинового кольца. Регулирующее устройство состоит из корпуса, выполненного из стали и имеющей форму диска крышки с входным отверстием, и подвижной шайбы. Крышка регулирующего устройства размещена в пределах корпуса и выступает в противоположном этому участку направлении.

Однако регулирующие устройства такого типа имеют ряд существенных недостатков, одним из которых является невозможность установки таких регулирующих устройств на тонкостенные трубы.

Также из уровня техники широко известны проволочно щелевые фильтрующие элементы (например, RU 71693 U1, 20.03.2008), однако они не обеспечивают возможность равномерного распределения нагнетаемого пара.

Раскрытие сущности изобретения.

Заявленное скважинное устройство регулирования потока сред позволит устранить вышеуказанные недостатки, при этом основной задачей, которую позволит реализовать устройство регулирования потока сред является увеличение добычи нефти и увеличение дебита скважины.

Технический результат заявленного изобретения заключается в увеличение добычи нефти и увеличение дебита скважины, за счет равномерного распределения нагнетаемого пара по всей длине зоны нагревания, уменьшения доли воды и газа в добываемом флюиде, исключения возможности попадания песка или иных нежелательных частиц в добывающий трубопровод, обеспечения безопасного спуска фильтра в скважину без риска повреждения фильтрующего элемента и других деталей, а также обеспечения возможности проведения технологических операций по промывке скважины при спуске и очистки фильтрующего элемента противотоком жидкости при эксплуатации.

Дополнительным техническим результатом является обеспечение возможности установки клапанов устройства контроля поступающего потока флюида и клапанов устройства контроля потока нагнетаемого пара в полевых условиях на буровой непосредственно перед спуском хвостовика колонны

Указанный технический результат достигается тем, что заявленное скважинное устройство регулирования потока сред содержит базовую трубу (например, обсадная труба по ГОСТ 632-80) с муфтой, на наружной поверхности базовой трубы установлены клапанные устройства и фильтрующий элемент. Первая группа клапанных устройств выполнена в виде, по меньшей мере, одного клапанного устройства контроля поступающего потока флюида, при этом каждое из вышеуказанных клапанных устройств содержит корпус, крышку с входным отверстием, имеющую форму диска и расположенную в верхней части корпуса, подвижную шайбу, выполненную в виде плоского диска, выполненного с возможностью свободного перемещения под воздействием текучей среды в открытом пространстве, образованном между корпусом и крышкой, при этом в нижней части корпуса выполнены выходные отверстия. Вторая группа клапанных устройств выполнена в виде, по меньшей мере, одного клапанного устройства контроля потока нагнетаемого пара, при этом каждое из вышеуказанных клапанных устройств содержит корпус, крышку с входным отверстием, имеющую форму диска и расположенную в нижней части корпуса, подвижную шайбу, выполненную в виде плоского диска, выполненного с возможностью свободного перемещения под воздействием пара в открытом пространстве, образованном между корпусом и крышкой, при этом в верхней части корпуса выполнены выходные отверстия. Поверх клапанных устройств, на установочных кольцах, расположен съемный кожух, прочно зафиксированный на них установочными винтами, между кожухом и установочными кольцами размещены резиновые уплотнительные кольца. Между муфтой базовой трубы и кольцом приварным установлен центратор, выполненный с возможностью свободного вращения на поверхности базовой трубы, при этом наружный диаметр центратора больше наружного диаметра кольца установочного и съемного кожуха. Фильтрующий элемент закреплен на базовой трубе путем приварки через кольцо приварное с оной стороны и посадкой с легким натягом под установочное кольцо с другой, при этом в установочном кольце, взаимодействующем с фильтрующим элементом выполнены каналы, проходящие от фильтрующего элемента к клапанным устройствам. Фильтрующий элемент выполнен проволочно-щелевым и выполнен в виде фильтрующей трубы, расположенной на основной трубе так, что кольцевой зазор между базовой трубой и фильтрующей трубой образует слой направления потока для прохода потока текучей среды, при этом фильтрующая труба выполнена в виде намотанной по спирали проволоки, снабженной множеством фильтрующих щелей в своей стенке, при этом величина щелевых отверстий между витками проволоки различна, щелевые отверстия с наибольшей величиной находятся у кольца приварного и их величина постепенно снижается по направлению к установочному кольцу.

В случае если базовая труба выполнена тонкостенной, то между торцевыми площадками клапанных устройств и поверхностью трубы установлены прокладки, во всех остальных случаях клапанные устройства установлены на фрезерованных площадках базовой трубы. Корпус клапанных устройств выполнен из цельной заготовки высоколегированной коррозионностойкой и жаропрочной стали.

На фигуре 1 изображено скважинное устройство регулирования потока сред.

Позициями обозначены следующие конструктивные элементы:

1. Муфта, 2. Кольцо приварное, 3. Фильтрующий проволочно-щелевой элемент, 4. Кольцо установочное, 5. Кожух съемный, 6. Клапан УКП для притока, 7. Клапан УКП нагнетательный, 8. Кольца резиновые уплотнительные, 9. Винты установочные, 10. Труба базовая, 11. Кольцо установочное заднее, 12. Прокладки установочные, 13. Центратор прямоточный.

Осуществление изобретения.

Скважинные устройства регулирования потока сред (далее по тексту - устройства) входят в состав хвостовика колонны и устанавливаются в зоне открытого ствола скважины (коллектора) с целью отсекания протока низковязкого флюида (воды, пара или газа) на конкретном участке хвостовика, борьбы с пескопроявлениями, и равномерного распределения пара по всей длине.

Настоящие устройства работают автономно в добывающей скважине в составе хвостовика колонны, не требуя дополнительных регулирующих воздействий в процессе эксплуатации.

Настоящее устройство состоит из базовой трубы (10), установленного на него одного или более клапанного устройства контроля поступающего потока флюида (далее по тексту - клапан УКП для притока) (6), одного или более клапанных устройств контроля потока нагнетаемого пара (далее по тексту - клапан УКП нагнетательный) (7) и фильтрующего проволочно-щелевого элемента (3), закрепленного путем приварки через кольцо приварное (2) с одной стороны и посадкой с легким натягом под кольцо установочное (4) с другой.

Установка клапанов УКП на тело трубы может осуществляется с применением специальных металлических или пластиковых прокладок (12) между торцевой площадкой устройства и поверхностью трубы, что увеличивает герметичность соединения. Защита от развинчивания обеспечивается за счет свинчивания резьбы до торцевого упора с последующим натягом.

Поверх клапанов устанавливается съемный кожух (5), с применением резиновых уплотнительных колец (8), и прочно фиксируется установочными винтами (9). Тем самым обеспечивается возможность установки клапанов УКП в полевых условиях на буровой непосредственно перед спуском хвостовика колонны с учетом особенностей конкретной скважины.

Между муфтой базовой трубы (1) и кольцом приварным (2) установлен прямоточный центратор (13) (металлического или пластикового), который свободно вращается на поверхности трубы (10). Наружный диаметр центратора (13) больше наружного диаметра кольца установочного (4) и съемного кожуха (5), что обеспечивает безопасный спуск фильтра в скважину без риска повреждения фильтрующего элемента и других деталей.

Фильтрующий элемент (3) закреплен на базовой трубе путем приварки через кольцо приварное (2) с оной стороны и посадкой с легким натягом под установочное кольцо (4) с другой, при этом в установочном кольце (4), взаимодействующем с фильтрующим элементом выполнены каналы, проходящие от фильтрующего элемента к клапанным устройствам.

Фильтрующий элемент выполнен проволочно-щелевым и выполнен в виде фильтрующей трубы, расположенной на основной трубе так, что кольцевой зазор между базовой трубой и фильтрующей трубой образует слой направления потока для прохода потока текучей среды. Фильтрующая труба выполнена в виде намотанной по спирали проволоки, снабженной множеством фильтрующих щелей в своей стенке, при этом величина щелевых отверстий между витками проволоки различна, щелевые отверстия с наибольшей величиной находятся у кольца приварного и их величина постепенно снижается по направлению к установочному кольцу.

Принцип работы клапанов УКП основан на эффекте Бернулли, а именно уменьшения проходного сечения между подвижной шайбой и крышкой с отверстием заданного диаметра (как следствие уменьшения потока) прямо пропорционально вязкости и скорости проходящего флюида/воды/газа.

Во время нагнетания пара в коллектор подвижный диск клапана УКП для притока плотно прижимается к крышке тем самым перекрывает поток через себя. В свою очередь подвижный диск клапана УКП нагнетательного плотно прижимается к крышке перекрывая поток через себя. Данное свойство также позволяет проводить технологические операции по промывке скважины при спуске и очистки фильтрующего элемента противотоком жидкости при эксплуатации.

Клапан УКП для притока (клапанное устройства контроля поступающего потока флюида) содержит корпус, выполненный из цельной заготовки высоколегированной коррозионностойкой и жаропрочной стали и имеющего форму диска крышки с входным отверстием, через которое поступающий из нефтяного коллектора флюид, обтекая подвижную шайбу, выполненную в виде плоского диска, свободно перемещающегося в открытом пространстве, образованном между корпусом и крышкой регулирующего устройства, поступает через выходные отверстия в тело добывающей скважины. Крышка размещена в пределах корпуса и выступает в противоположном этому участку направлении, что образует путь потока, на котором текучая среда поступает в это регулирующее устройство через входное отверстие и течет по направлению к подвижной шайбе и в радиальном направлении вдоль нее перед тем, как протекает через кольцевое отверстие, образованное между корпусом и подвижной шайбой, и далее наружу через кольцевое отверстие в теле корпуса регулирующего устройства. Корпус и крышка прикреплены друг к другу методом запрессовки с натягом и дальнейшей развальцовкой или кернением в области соединения. Клапан УКП нагнетательный (клапанное устройство контроля потока нагнетаемого пара) оснащен клапанным механизмом обратного действия, который предназначен для регулирования скорости потока пара, подающегося из нагнетающей колонны. Как и клапанное устройства контроля поступающего потока флюида, клапан УКП нагнетательный состоит из корпуса, выполненного из цельной заготовки высоколегированной коррозионностойкой и жаропрочной стали и имеющего форму диска крышки с входным отверстием, через которое поступающий из паронагнетающей колонны пар, обтекая подвижную шайбу, выполненную в виде плоского диска, свободно перемещающегося в открытом пространстве, образованном между корпусом и крышкой, поступает через выходные отверстия, расположенные под углом относительно торца корпуса, в область нефтяного коллектора. Крышка размещена в пределах корпуса со стороны полости трубы, что образует путь потока, на котором пар поступает в это регулирующее устройство через входное отверстие и проходит по направлению к подвижной шайбе и в радиальном направлении вдоль нее перед тем, как протекает через кольцевое отверстие, образованное между корпусом и подвижной шайбой, и далее наружу через кольцевое отверстие в теле корпуса.

Конструктивное решение установки устройства на тело трубы с применением специальных металлических или пластиковых прокладок между торцевой площадкой устройства и поверхностью трубы, или на фрезерованных площадках трубы увеличивает герметичность соединения. Данное решение, также позволяет производить легкую и быструю замену устройств (под конкретные пластовые условия скважины) на теле трубы в полевых условиях без применения клеев, или иных средств, тем самым уменьшая затраты на замену и логистику.

Группа изобретений относится к области строительства нефтегазодобывающих и паронагнетающих скважин. Скважинное устройство регулирования потока сред содержит базовую трубу с муфтой, на наружной поверхности базовой трубы установлены клапанные устройства и фильтрующий элемент. Фильтрующий элемент выполнен проволочно-щелевым. Величина щелевых отверстий между витками проволоки фильтрующего элемента различна, щелевые отверстия с наибольшей величиной находятся у кольца приварного и их величина постепенно снижается по направлению к установочному кольцу. Технический результат заключается в увеличении добычи нефти и повышении дебита скважины. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Скважинное устройство регулирования потока сред, содержащее базовую трубу с муфтой, на наружной поверхности базовой трубы установлены клапанные устройства и фильтрующий элемент, отличающееся тем, что базовая труба выполнена тонкостенной;

первая группа клапанных устройств выполнена в виде по меньшей мере одного клапанного устройства контроля поступающего потока флюида, при этом каждое из вышеуказанных клапанных устройств содержит корпус, крышку с входным отверстием, имеющую форму диска и расположенную в верхней части корпуса, подвижную шайбу, выполненную в виде плоского диска, выполненного с возможностью свободного перемещения под воздействием текучей среды в открытом пространстве, образованном между корпусом и крышкой, при этом в нижней части корпуса выполнены выходные отверстия;

а вторая группа клапанных устройств выполнена в виде по меньшей мере одного клапанного устройства контроля потока нагнетаемого пара, при этом каждое из вышеуказанных клапанных устройств содержит корпус, крышку с входным отверстием, имеющую форму диска и расположенную в нижней части корпуса, подвижную шайбу, выполненную в виде плоского диска, выполненного с возможностью свободного перемещения под воздействием пара в открытом пространстве, образованном между корпусом и крышкой, при этом в верхней части корпуса выполнены выходные отверстия;

между торцевыми площадками клапанных устройств и поверхностью трубы установлены прокладки;

поверх клапанных устройств, на установочных кольцах, расположен съемный кожух, прочно зафиксированный на них установочными винтами, между кожухом и установочными кольцами размещены резиновые уплотнительные кольца;

между муфтой базовой трубы и кольцом приварным установлен центратор, выполненный с возможностью свободного вращения на поверхности базовой трубы, при этом наружный диаметр центратора больше наружного диаметра кольца установочного и съемного кожуха;

фильтрующий элемент закреплен на базовой трубе путем приварки через кольцо приварное с одной стороны и посадкой с легким натягом под установочное кольцо с другой, при этом в установочном кольце, взаимодействующем с фильтрующим элементом, выполнены каналы, проходящие от фильтрующего элемента к клапанным устройствам;

фильтрующий элемент выполнен проволочно-щелевым и выполнен в виде фильтрующей трубы, расположенной на основной трубе так, что кольцевой зазор между базовой трубой и фильтрующей трубой образует слой направления потока для прохода потока текучей среды, при этом фильтрующая труба выполнена в виде намотанной по спирали проволоки, снабженной множеством фильтрующих щелей в своей стенке, при этом величина щелевых отверстий между витками проволоки различна, щелевые отверстия с наибольшей величиной находятся у кольца приварного и их величина постепенно снижается по направлению к установочному кольцу.

2. Скважинное устройство регулирования потока сред по п.1, отличающееся тем, что корпус клапанных устройств выполнен из цельной заготовки высоколегированной коррозионностойкой и жаропрочной стали.

3. Скважинное устройство регулирования потока сред, содержащее базовую трубу с муфтой, на наружной поверхности базовой трубы установлены клапанные устройства и фильтрующий элемент, отличающееся тем, что первая группа клапанных устройств выполнена в виде по меньшей мере одного клапанного устройства контроля поступающего потока флюида, при этом каждое из вышеуказанных клапанных устройств содержит корпус, крышку с входным отверстием, имеющую форму диска и расположенную в верхней части корпуса, подвижную шайбу, выполненную в виде плоского диска, выполненного с возможностью свободного перемещения под воздействием текучей среды в открытом пространстве, образованном между корпусом и крышкой, при этом в нижней части корпуса выполнены выходные отверстия;

а вторая группа клапанных устройств выполнена в виде по меньшей мере одного клапанного устройства контроля потока нагнетаемого пара, при этом каждое из вышеуказанных клапанных устройств содержит корпус, крышку с входным отверстием, имеющую форму диска и расположенную в нижней части корпуса, подвижную шайбу, выполненную в виде плоского диска, выполненного с возможностью свободного перемещения под воздействием пара в открытом пространстве, образованном между корпусом и крышкой, при этом в верхней части корпуса выполнены выходные отверстия;

клапанные устройства установлены на фрезерованных площадках базовой трубы;

поверх клапанных устройств, на установочных кольцах, расположен съемный кожух, прочно зафиксированный на них установочными винтами, между кожухом и установочными кольцами размещены резиновые уплотнительные кольца;

между муфтой базовой трубы и кольцом приварным установлен центратор, выполненный с возможностью свободного вращения на поверхности базовой трубы, при этом наружный диаметр центратора больше наружного диаметра кольца установочного и съемного кожуха;

фильтрующий элемент закреплен на базовой трубе путем приварки через кольцо приварное с одной стороны и посадкой с легким натягом под установочное кольцо с другой, при этом в установочном кольце, взаимодействующем с фильтрующим элементом, выполнены каналы, проходящие от фильтрующего элемента к клапанным устройствам;

фильтрующий элемент выполнен проволочно-щелевым и выполнен в виде фильтрующей трубы, расположенной на основной трубе так, что кольцевой зазор между базовой трубой и фильтрующей трубой образует слой направления потока для прохода потока текучей среды, при этом фильтрующая труба выполнена в виде намотанной по спирали проволоки, снабженной множеством фильтрующих щелей в своей стенке, при этом величина щелевых отверстий между витками проволоки различна, щелевые отверстия с наибольшей величиной находятся у кольца приварного и их величина постепенно снижается по направлению к установочному кольцу.

4. Скважинное устройство регулирования потока сред по п.3, отличающееся тем, что корпус клапанных устройств выполнен из цельной заготовки высоколегированной коррозионностойкой и жаропрочной стали.