Устройство регулирования притока флюида Российский патент 2019 года по МПК E21B43/12 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть применено для регулирования добычи флюида при эксплуатации нефтяных пластов с зонами различной проницаемости.

Данное устройство относится к пассивным узлам регулирования притока флюида и в зависимости от условий эксплуатации (геологии пласта, пластового давления, жидкого или газообразного состояния добываемого продукта и его дебита) может применяться как самостоятельное звено в конструкции добывающих скважин, так и в качестве дополнительного средства для оптимизации потоков рабочей среды в стволе скважины.

Известно устройство регулирования притока пластовой жидкости при эксплуатации горизонтальной скважины, включающее фланец с отверстиями определенного диаметра, прикрепленный к нему сетчатый фильтр, расположенный соосно с эксплуатационной колонной, вдоль которой проложена линия управления, соединенная с соответствующим отверстием во фланце, в корпусе установлены возвратная пружина требуемой жесткости и взаимодействующий с ней гидравлически управляемый поршень, который боковой поверхностью примыкает к корпусу и эксплуатационной колонне, а противоположный пружине конец поршня сообщается с линией управления.

Патент РФ на полезную модель №166287, МПК Е21В 43/12, Е21В 34/10, опубл. 20.11.2016.

Известна система регулирования притока в скважину, обеспечивающая регулирование притока в обсадную трубу жидкости, поступающей снаружи обсадной трубы, например из продуктивного пласта или промежуточной обсадной трубы, содержащая обсадную трубу с осевым направлением и стенку, имеющую толщину, клапан-регулятор притока, имеющий корпус, содержащий упор, с длиной, заданной продольной осью корпуса, и пружинный элемент, подвижный относительно корпуса и тем самым регулирующий приток жидкости, проходящей через клапан от входного отверстия корпуса к выходному отверстию корпуса, в которой клапан расположен таким образом, что осевое направление клапана перпендикулярно осевому направлению обсадной трубы, причем пружинный элемент выполнен с возможностью проявления своих упругих свойств в направлении указанной оси клапана и перпендикулярно осевому направлению обсадной трубы, с созданием упругой силы, обеспечивающей возможность регулирования потока жидкости через клапан от входного отверстия к выходному отверстию корпуса, при этом пружинный элемент выполнен с возможностью работы как диафрагма в направлении указанного упора с обеспечением закрывания отверстия.

Патент РФ №2551599, МПК Е21В 43/12, Е21В 34/08, опубл. 27.05.2015.

Недостатком регулятора притока является низкая долговечность его фильтрующего элемента, размер которого меньше размера клапана, что приведет к его быстрой кольматации.

Известно устройство пассивного управления текучей средой в скважине регулирования потока для регулирования потока текучей среды из пласта, содержащее элемент регулирования потока, сформированный из материала с приспосабливающейся формой с открытоячеистой структурой и гидрофильного полимера, нагнетаемого в проемы открытоячеистой структуры материала с приспосабливающейся формой в количестве, достаточном, чтобы элемент регулирования потока ограничивал поток протекающей через него воды, причем гидрофильный полимер сцеплен со стенками ячеек материала с приспосабливающейся формой и размещается в проемах открытоячеистой структуры для ограничения потока воды через них.

Патент РФ №2540764, МПК Е21В 43/12, Е21В 21/08, опубл. 10.02.2015.

Известно устройство для регулирования расхода флюида, включающее трубчатую диодную втулку, имеющую диодное отверстие; трубчатую внутриканальную втулку, установленную концентрически внутри диодной втулки, причем внутриканальная втулка содержит внутренний канал, находящийся в гидравлическом сообщении с диодным отверстием; и трубчатую наружноканальную втулку, внутри которой концентрически установлена диодная втулка, причем наружноканальная втулка содержит наружный канал, находящийся в гидравлическом сообщении с диодным отверстием; в котором форма диодного отверстия, положение внутреннего канала относительно диодного отверстия и положение наружного канала относительно диодного отверстия определяют сопротивление потоку флюида, перемещающегося во внутренний канал из наружного канала, и другое сопротивление потоку флюида, перемещающегося в наружный канал из внутреннего канала.

Патент РФ №2529316, МПК Е21В 43/12, Е21В 21/08, опубл. 27.09.2014.

Известно устройство для выравнивания притока нефтяной скважины, содержащее несущую трубу, на которой между фиксирующими кольцами установлен фильтрующий элемент, соединенный сетью каналов с отверстием в трубе, сеть каналов для обеспечения высокого гидравлического сопротивления выполнена с многократным изменением направления движения потока жидкости и/или с многократным сужением и расширением потока, на внутренней поверхности удерживающего фильтрующий элемент фиксирующего кольца со стороны сети каналов выполнены пазы для прохождения добываемого продукта, сеть каналов выполнена на кольцах, установленных на несущей трубе в количестве необходимом для создания нужного гидравлического сопротивления, причем на торцах колец выполнены выступы и впадины, обеспечивающие радиальную ориентацию колец относительно друг друга, а перед и после колец с сетью каналов на трубе установлены переходные кольца с отверстиями для прохождения добываемого продукта. Кольца с сетью каналов закрыты кожухом зафиксированным ступенчатым кольцом, на внутренней поверхности которого выполнены пазы для прохождения добываемого продукта. За ступенчатым кольцом в отверстии для прохождения добываемого продукта в несущую трубу на резьбе установлен регулятор притока, выполненный с проходным отверстием, диаметр которого подбирается в зависимости от интенсивности притока в месте установки устройства. Регулятор притока закрыт крышкой, которая зафиксирована на трубе винтами. Крышка, кожух и регулятор притока уплотнены резиновыми кольцами.

Патент РФ на полезную модель №173 196, МПК Е21В 43/12, опубликовано 16.08.2017.

В данном решении рассмотрена лабиринтная схема притока, в которой негативным фактором является возможное забивание каналов, связанное с резким изменением потока и появлением застойных зон в которых собираются мелкие частицы прошедшие через фильтрующий элемент.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного устройства, состоит в создании оптимальных условий добычи фдюида. а также снижение трудоемкости изготовления и сборки устройства

Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство регулирования притока флюида установленное на базовой трубе в зоне расположения перфорационных отверстий между фильтрующими элементами, состоящее из концентрически расположенных элементов, включают центральную симметричную ступенчатую втулку, расположенную между рядами перфорационных отверстий, закрепленную неподвижно на базовой трубе, ступенчатые стаканы - упоры, расположенные с двух сторон от симметричной ступенчатой втулки с другой стороны рядов перфорационных отверстий, ступенчатые втулки, установленные на центральной симметричной ступенчатой втулке и ступенчатых стаканах - упорах с возможностью поворота, при этом между узлом регулирования притока флюида и базовой трубой в зоне расположения перфорационных отверстий образованы симметрично расположенные полости, на торцевой поверхности ступенчатых стаканов - упоров вдоль их оси выполнены сквозные отверстия, в ступенчатых втулках - торцевые сквозные пазы, при совмещении которых образуются каналы для прохода отфильтрованного флюида в полости.

Кроме того количество сквозных отверстий стаканов - упоров, торцевых сквозных пазов ступенчатых втулок одинаково.

Кроме того на наружной поверхности центральной симметричной ступенчатой втулки выполнены два ряда углублений, для расположения фиксирующих шариков.

Кроме того в ступенчатой втулке выполнены отверстия для расположения шариков и пазы на наружной поверхности для расположения упругих элементов, выполненных в виде колец, прижимающих шарики и фиксируемых от проворота штифтом.

Кроме того сквозные отверстия стаканов - упоров, торцевые сквозные пазы ступенчатых втулок расположены радиально с равным угловым шагом в определенном секторе.

Кроме того отверстия, выполненные в ступенчатой втулке и углубления, выполненные на наружной поверхности центральной симметричной ступенчатой втулки для расположения фиксирующих шариков расположены с угловым шагом равным угловому шагу сквозных отверстий стаканов - упоров и торцевых сквозных пазов ступенчатых втулок.

Кроме того фильтрующие элементы выполнены в виде цилиндрической спирали из высокоточного профиля V-образной формы, создающие жесткий экран с кольцевыми щелями размером от 50 до 1000 мкм и с допуском на ширину щели до 15 мкм.

Кроме того параметры устройства регулирования притока флюида рассчитываются по разработанной математической программе.

Изобретение поясняется чертежами.

Фиг. 1 - общий вид расположения устройства регулирования притока флюида на базовой трубе между двумя фильтрующими элементами;

Фиг. 2 - общий вид устройства регулирования притока флюида;

Фиг. 3 - сечение А-А, расположение отверстий в стакане-упоре;

Фиг. 4- сечение Б-Б, расположение торцевых сквозных пазов в ступенчатых втулках;

Фиг. 5 - сечение В-В, расположение фиксирующих шариков;

Фиг. 6 - сечение Г-Г, сечение по перфорационным отверстиям;

Фиг. 7 - вид Д, фильтрующий элемент;

Фиг. 8 - вид Е, открытый канал для прохода флюида.

Устройство регулирования притока флюида 1 состоит из концентрически расположенных элементов, установленных между фильтрующими элементами 2 в зоне расположения перфорационных отверстий 3, выполненных на базовой трубе 4 хвостовика скважины, диаметр которых рассчитывается в режиме реального времени по разработанной математической программе. Фильтрующие элементы 2 выполнены, например, в виде цилиндрической спирали из высокоточного профиля V-образной формы, создающие жесткий экран с кольцевыми щелями размером от 50 до 1000 мкм и с допуском на ширину щели до 15 мкм. Между узлом регулирования притока флюида 1 и базовой трубой 4 в зоне расположения перфорационных отверстий 3 образованы симметрично расположенные полости Ж.

Устройство регулирования притока флюида 1 включает центральную симметричную ступенчатую втулку 5, расположенную между рядами перфорационных отверстий 3, закрепленную неподвижно на базовой трубе 4 хвостовика с помощью стопорных резьбовых винтов 6 с заостренным концом, с потайной головкой с внутренним шестигранником под ключ, на наружной поверхности центральной симметричной ступенчатой втулки 5 выполнены два ряда углублений 7, расположенных с равным угловым шагом ϕ для расположения фиксирующих элементов, например, в виде двух шариков 8.

С двух сторон от центральной симметричной ступенчатой втулки 5 с другой стороны рядов перфорационных отверстий 3 расположены ступенчатые стаканы - упоры 9, с одной стороны в которых установлены фильтрующие элементы 2. На торцевой поверхности стаканов - упоров 9 вдоль их оси выполнены сквозные отверстия 10, расположенные радиально с равным угловым шагом ϕ в определенном секторе, диаметр и угловой шаг рассчитываются по разработанной математической программе.

На центральной симметричной ступенчатой втулке 5 и ступенчатых стаканах - упорах 9 установлены с возможностью поворота ступенчатые втулки 11, с отверстиями 12 для расположения шариков 8, выполненными с равным угловым шагом ϕ, в пазах на наружной поверхности ступенчатой втулки 11 над отверстиями 12 расположены упругие элементы 13, выполненные в виде колец, прижимающие шарики 8 и фиксируемые от проворота штифтом 14. На концах ступенчатых втулок 11, установленных на ступенчатых стаканах - упорах 9 выполнены торцевые сквозные пазы 15 шириной b, расположенные радиально с равным угловым шагом ϕ в определенном секторе, ширина пазов и угловой шаг рассчитываются по разработанной математической программе.

При повороте ступенчатых втулок 11 и совмещении торцевых сквозных пазов со сквозными отверстиями 10 стаканов - упоров 9 образуются каналы для прохода отфильтрованного флюида в полости Ж (фиг. 8)

Угловой шаг углублений 7 для расположения фиксирующих шариков 8, отверстий 12 для расположения шариков 8, сквозных отверстий 10 стаканов - упоров 9, торцевых сквозных пазов 14 ступенчатых втулок 11 одинаков.

Количество сквозных отверстий 10 стаканов - упоров 9, торцевых сквозных пазов 14 ступенчатых втулок 11 одинаково.

Количество устройств регулирования притока флюида, расположенных по длине хвостовика определяется путем расчета по разработанной математической программе в соответствии с параметрами зон проницаемости пласта.

Устройство регулирования притока флюида работает следующим образом.

В соответствии с полученной исходной информацией о состоянии пластового давления, жидкого или газообразного состояния добываемого продукта и его дебита и с целью обеспечения равномерного распределения всасывания флюида по всей длине хвостовика определяется объем добываемого флюида на данном участке скважины. Известен диаметр d сквозных отверстий 10 стаканов - упоров 9 и объем флюида, проходящий через каждое отверстие. Определяется количество отверстий, необходимых для прохода объема добываемого флюида на данном участке скважины.

Открытие каналов для прохода флюида осуществляется поворотом ступенчатой втулки 11 до совмещения торцевых сквозных пазов 15 со сквозными отверстиями 10 стаканов - упоров 9.

В зависимости от количества отверстий 10, необходимых для прохода объема добываемого флюида на данном участке скважины, определяется угол поворота ступенчатой втулки 11, и открывается необходимое количество каналов для прохода флюида.

После открытия необходимого количества каналов для прохода флюида фиксация ступенчатой втулки 11 осуществляется шариками 8, которые по действием кольцевой пружины 13 западают в углубления 7.

Поток флюида пройдя через щелевую решетку фильтрующих элементов 2 движется вдоль поверхности базовой трубы 4, проходит через каналы, образованные совмещением торцевых сквозных пазов 14 со сквозными отверстиями 10 стаканов - упоров 9, попадает в полость Ж, а затем через перфорационные отверстия 3 вливается в общий поток внутри базовой трубы 4.

Применение данного устройства обеспечивает выравнивание притока вдоль ствола скважины, позволяет регулировать перепад давления в сети каналов, повышает технологичность изготовления и сборки устройства.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть применено для регулирования добычи флюида при эксплуатации нефтяных пластов с зонами различной проницаемости. Устройство установлено на базовой трубе в зоне расположения перфорационных отверстий между фильтрующими элементами и включает концентрически расположенные элементы, а именно центральную симметричную ступенчатую втулку, расположенную между рядами перфорационных отверстий, закрепленную неподвижно на базовой трубе, ступенчатые стаканы-упоры, расположенные с двух сторон от симметричной ступенчатой втулки с другой стороны рядов перфорационных отверстий, ступенчатые втулки, установленные на центральной симметричной ступенчатой втулке и ступенчатых стаканах-упорах с возможностью поворота. Между узлом регулирования притока флюида и базовой трубой в зоне расположения перфорационных отверстий образованы симметрично расположенные полости, на торцевой поверхности ступенчатых стаканов-упоров вдоль их оси выполнены сквозные отверстия, в ступенчатых втулках - торцевые сквозные пазы, при совмещении которых образуются каналы для прохода отфильтрованного флюида в полости. Создаются оптимальные условия добычи флюида, снижается трудоемкость изготовления и сборки устройства. 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство регулирования притока флюида, установленное на базовой трубе в зоне расположения перфорационных отверстий между фильтрующими элементами, состоящее из концентрически расположенных элементов, отличающееся тем, что концентрически расположенные элементы включают центральную симметричную ступенчатую втулку, расположенную между рядами перфорационных отверстий, закрепленную неподвижно на базовой трубе, ступенчатые стаканы-упоры, расположенные с двух сторон от симметричной ступенчатой втулки с другой стороны рядов перфорационных отверстий, ступенчатые втулки, установленные на центральной симметричной ступенчатой втулке и ступенчатых стаканах-упорах с возможностью поворота, при этом между узлом регулирования притока флюида и базовой трубой в зоне расположения перфорационных отверстий образованы симметрично расположенные полости, а на торцевой поверхности ступенчатых стаканов-упоров вдоль их оси выполнены сквозные отверстия, в ступенчатых втулках - торцевые сквозные пазы, при совмещении которых образуются каналы для прохода отфильтрованного флюида в полости.

2. Устройство регулирования притока флюида по п. 1, отличающееся тем, что количество сквозных отверстий стаканов-упоров, торцевых сквозных пазов ступенчатых втулок одинаково.

3. Устройство регулирования притока флюида по п. 1, отличающееся тем, что на наружной поверхности центральной симметричной ступенчатой втулки выполнены два ряда углублений, для расположения фиксирующих шариков.

4. Устройство регулирования притока флюида по п. 1, отличающееся тем, что на наружной поверхности ступенчатой втулки выполнены отверстия для расположения шариков и пазы для расположения упругих элементов, выполненных в виде колец, прижимающих шарики и фиксируемых от проворота штифтом.

5. Устройство регулирования притока флюида по п. 1, отличающееся тем, что сквозные отверстия стаканов-упоров, торцевые сквозные пазы ступенчатых втулок расположены радиально с равным угловым шагом в определенном секторе.

6. Устройство регулирования притока флюида по п. 1, отличающееся тем, что отверстия, выполненные в ступенчатой втулке, и углубления, выполненные на наружной поверхности центральной симметричной ступенчатой втулки для расположения фиксирующих шариков, расположены с угловым шагом, равным угловому шагу сквозных отверстий стаканов-упоров и торцевых сквозных пазов ступенчатых втулок.

7. Устройство регулирования притока флюида по п. 1, отличающееся тем, что фильтрующие элементы выполнены в виде цилиндрической спирали из высокоточного профиля V-образной формы, создающие жесткий экран с кольцевыми щелями размером от 50 до 1000 мкм и с допуском на ширину щели до 15 мкм.

8. Устройство регулирования притока флюида по п. 1, отличающееся тем, что его параметры рассчитываются по разработанной математической программе.