АВТОНОМНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПРИТОКА Российский патент 2020 года по МПК E21B34/08 E21B43/12 E21B43/32 

Изобретение относится к оборудованию, используемому для добычи нефти, конкретно к системам управления потоком флюида в скважине.

Известен автономный скважинный регулятор притока по патенту РФ на изобретение №2513570. Представлен клапанный узел для регулирования потока текучей среды в горизонтальной скважине. Корпус может быть соединен насосно-компрессорной колонной. Камера образована внутри корпуса и может быть гидравлически сообщена проточным каналом с внутренним кольцевым зазором, образованным вблизи ствола скважины. Поршень и смещающий элемент могут быть расположены внутри камеры, причем смещающий элемент приспособлен для смещения поршня в первое положение. Путь потока текучей среды образован внутри корпуса и сообщен с насосно-компрессорной колонной и внутренним кольцевым зазором. Путь потока может содержать одну или несколько форсунок, расположенных в нем, и поршень может быть приспособлен для перемещения между первым положением, обеспечивающим поток текучей среды через путь потока в насосно-компрессорную колонну, и вторым положением, предотвращающим поток текучей среды в насосно-компрессорную колонну - перекрыт.Недостатком автономного регулятора притока является сложность конструкции.

Известна система управления потоком флюида в скважине, содержащая флюидный модуль с мостовой сетью для флюида, и способ применения такой системы по патенту РФ на изобретение №2568619. Группа изобретений относится к способам и системам управления потоком флюида в скважине. Система содержит флюидный модуль с основным протоком, клапаном и мостовой сетью. Клапан имеет первое положение, при котором флюид может течь через основной проток, и второе положение, при котором течение флюида через основной проток блокируется. Мостовая сеть имеет первый и второй ответвительные протоки, каждый из которых имеет сообщающиеся с основным протоком впуск и выпуск и каждый из которых включает в себя два гидравлических сопротивления с расположенным между ними терминалом отбора давления. При работе перепад давления между терминалами первого и второго ответвительных протоков, смещает клапан между первым и вторым положениями. Технический результат заключается в повышении эффективности регулирования потока флюида в скважине. Недостатком система управления потоком флюида в скважине является наличие сети каналов, что повышает вероятность их кольматации и выхода системы из строя.

Известно устройство для выравнивания притока нефтяной скважины по патенту РФ на полезную модель №173196. Полезная модель относится к области добычи углеводородов и может быть применено для эксплуатации скважин, в частности для выравнивания профиля притока флюида по длине горизонтальной скважины. Задачей создания полезной модели является обеспечение возможности регулировки перепада давления в сети каналов и на регуляторе притока, а также снижение трудоемкости изготовления и сборки устройства. Решение указанных задач достигнуто за счет того, что 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. Недостатком устройства для выравнивания притока нефтяной скважины является сложность его конструкции.

Известно устройство и способ пассивного управления текучей средой в скважине по патенту РФ на изобретение №2540764. Группа изобретений относится к нефтегазовой промышленности и, в частности, к области выборочного управления потоком текучих сред - флюидов, поступающих в эксплуатационную колонну скважины. Технический результат - ограничение поступления воды в потоке углеводородов. По способу изготовления устройства для регулирования потока текучей среды из пласта предусматривают использование материала с приспосабливающейся формой и с открытоячеистой структурой. Формируют элемент регулирования потока путем нагнетания в проемы открытоячеистой структуры материала с приспосабливающейся формой - гидрофильного полимера. Количество гидрофильного полимера предусматривают в объеме, достаточном, чтобы элемент регулирования потока ограничивал поток протекающей через него воды. Гидрофильный полимер размещают в проемах открытоячеистой структуры для ограничения потока воды через них. При этом, обеспечивают сцепление гидрофильного полимера со стенками ячеек материала с приспосабливающейся формой. Недостатком устройства и способа пассивного управления текучей средой в скважине является низкая эффективность работы при изменении режимов работы скважины.

Известен регулируемый ограничитель потока для использования в подземной скважине по патенту РФ на изобретение №2532410. Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена для регулирования притока флюида в скважину. Система содержит проточную камеру, через которую протекает многокомпонентный флюид, причем данная камера содержит, по меньшей мере, один вход, выход и, по меньшей мере, одну конструкцию, расположенную по спирали относительно выхода, способствующую закручиванию потока многокомпонентного флюида по спирали вокруг выхода. Другой вариант системы содержит проточную камеру, имеющую выход, по меньшей мере, одну конструкцию, способствующую закручиванию многокомпонентного флюида по спирали вокруг выхода, и, по меньшей мере, еще одну конструкцию, препятствующую перенаправлению потока многокомпонентного флюида на радиальную траекторию, проходящую к выходу. Технический результат заключается в предотвращении образования газового конуса и/или конуса обводнения вокруг скважины. Недостатком регулируемого ограничителя потока является низкая эффективность отделения скважинного флюида с меньшей вязкостью.

Известен электрогидравлический клапан контроля притока по патенту РФ на полезную модель №181704. Полезная модель относится к области добычи углеводородов и может быть применена для эксплуатации скважин, в частности для выравнивания профиля притока флюида по длине горизонтальной скважины. Задачей полезной модели является создание нового устройства - электрогидравлического клапана контроля притока с достижением следующего технического результата: обеспечение протекания жидкости из производственного пласта в несущую трубу с возможностью ограничения протекания через клапан нежелаемой жидкости или газа и возможности регулировки перепада давления в сети каналов с устья скважины. Электрогидравлический клапан контроля притока включает корпус, содержащий основной канал с исполнительным механизмом, перекрывающим канал, и вторичный канал с ограничителями потока, для создания требуемого перепада давления. Исполнительный механизм приводится в действие поршнем, положение которого определяется с помощью датчика перемещения; во вторичном канале выполнена сеть из ограничителей потока, выполненная в виде дроссельных пакетов и жиклеров; установлен датчик перепада давления, при этом вторичный канал ограничен заслонкой и электромагнитным клапаном, приводимым в действие с поверхности скважины. Кроме того электрогидравлический клапан контроля притока содержит буферную емкость для вытесненной заслонкой жидкости. Недостатком электрогидравлического клапана контроля притока является то, что он приводится в действие с поверхности.

Известно устройство регулирования потока по патенту РФ на изобретение №2600401. Изобретение относится к оборудованию для заканчивания нефтяных и газовых скважин, в частности для регулирования притока скважинной жидкости на отдельном участке ствола скважины. Устройство содержит корпус, состоящий из верхней и нижней частей, соединенных между собой резьбовым соединением, осевой вход в корпус и радиально расположенные выходы, вход во вторичный канал в верхней части корпуса, выполненный в виде проточки, в которой расположен пористый элемент, систему капиллярных каналов в осевом направлении, выполненных в стенках корпуса, подвижный элемент, цангу и сопло малого диаметра. В нижней части корпуса капиллярные каналы объединены в полость между подвижным элементом и нижней частью корпуса. Недостатком устройства регулирования потока является низкая надежность, связанная с наличием капиллярных каналов во вторичном потоке, проходя по которым поток неоднократно поворачивает, что при наличии механических примесей приведет к засорению вторичного канала и быстрому выходу устройства из строя.

Известен автономный клапан контроля притока АУКП-FLOWREG AICD по техническому паспорту компании Weatherford (прототип). Автономный клапан контроля притока устанавливается в скважине на боковой поверхности трубы между трубным и за трубным пространством. Он включает два гидравлических сопротивления, выполненные в виде одного отверстия в крышке и нескольких отверстий в днище корпуса, между которыми с возможностью осевого перемещения установлен диск. Диск выполняет функции клапана, осевое перемещение которого с одной стороны ограничено крышкой, а с другой стороны выступами осевой ориентации, расположенными на днище внутри корпуса. В крышке отверстие выполнено в центре, а в днище отверстия расположены по краю внутренней полости корпуса. Недостатком автономного клапана контроля притока является низкая надежность, связанная с тем, что выступы осевой ориентации расположенные близко к центру создают условия для кольматации внутренней полости устройства, а также к перекосу в нем диска, так как в процессе установки трубы в скважину ее ориентация при спуске может меняться на 360°.

Задачей изобретения является повышение надежности автономного регулятора притока с достижением следующего технического результата: предотвращение кольматации внутренней полости устройства и повышению надежности ориентации диска.

Решение указанных задач достигнуто за счет того, что автономный регулятор притока, устанавливаемый в скважине на боковой поверхности трубы между трубным и затрубным пространством, включающий два гидравлических сопротивления, выполненные в виде одного отверстия в крышке и нескольких отверстий в днище корпуса, между которыми с возможностью осевого перемещения установлен диск, выполняющий функции клапана, осевое перемещение которого с одной стороны ограничено крышкой, а с другой стороны выступами осевой ориентации, расположенными на днище внутри корпуса, в крышке отверстие выполнено в центре, а в днище отверстия расположены по краю внутренней полости корпуса, причем не менее трех выступов осевой ориентации диска расположены равномерно по окружности между отверстиями в днище корпуса. При максимальном боковом смещении диска, его края не выходят за выступы осевой ориентации диска. Выступы осевой ориентации диска выполнены треугольной или многоугольной формы. Суммарная площадь отверстий в днище корпуса больше, чем площадь отверстия в крышке. Отверстие в крышке выполнено с размерами от 2,0 до 14 мм, в зависимости от необходимого дебита в месте установки регулятора 1. Перед отверстием в крышке может быть установлен, снижающий кольматацию устройства, фильтрующий элемент, при этом автономный регулятор притока закрывается кожухом, который крепится на трубе винтами.

Проведенные патентные исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной, промышленной применимостью и изобретательским уровнем, т.е. удовлетворяет всем критериям изобретения. Изобретательский уровень подтверждается тем, что новая совокупность существенных признаков обеспечивает получение нового технического результата. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении автономного регулятора притока применяются недефицитные материалы и известные технологии.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1…7, где:

На фиг. 1 приведен автономный регулятор притока, установленный на трубе в скважине.

На фиг. 2 показан автономный регулятор притока с установленным перед отверстием в крышке фильтрующим элементом, снижающим кольматацию устройства.

На фиг. 3 приведен продольный разрез автономного регулятора притока и схема движения скважинного флюида в нем.

На фиг. 4 показан разрез А-А. Диск клапана смещен по направлению стрелок до упора в край внутренней полости, при этом он опирается на три выступа осевой ориентации треугольной формы.

На фиг. 5 показан выступ осевой ориентации диска, выполненный многоугольной формы.

На фиг. 6 показан корпус шестью выступами осевой ориентации треугольной формы, крышка и диск не показаны.

На фиг. 7 показан трехмерный вид корпуса шестью выступами осевой ориентации треугольной формы.

Автономный регулятор притока 1 устанавливается в скважине на боковой поверхности трубы 2 между трубным 3 и затрубным 4 пространством, включает два гидравлических сопротивления, выполненные в виде одного отверстия 5 в крышке 6 и нескольких отверстий 7 в днище 8 корпуса 9, между которыми с возможностью осевого перемещения установлен диск 10, выполняющий функции клапана, осевое перемещение которого с одной стороны ограничено крышкой 6, а с другой стороны выступами осевой ориентации 11, расположенными на днище 8 внутри корпуса 9, в крышке 6 отверстие 5 выполнено в центре, а в днище 8 отверстия 7 расположены по краю внутренней полости 12 корпуса 9, причем не менее трех выступов осевой ориентации 11 диска 10 расположены равномерно по окружности между отверстиями 7 в днище корпуса 8. При максимальном боковом смещении диска 10, его края не выходят за выступы осевой ориентации диска 11. Выступы осевой ориентации диска 11 выполнены треугольной или многоугольной формы. Суммарная площадь отверстий 7 в днище 8 корпуса 9 больше, чем площадь отверстия 5 в крышке 6. Отверстие 5 в крышке 6 выполнено с размерами от 2,0 до 14 мм, в зависимости от необходимого дебита в месте установки регулятора 1. Перед отверстием 5 в крышке 6 может быть установлен, снижающий кольматацию устройства, фильтрующий элемент 13, при этом автономный регулятор притока 1 закрывается кожухом 14, который крепится на трубе 2 винтами 15.

Автономный регулятор притока 1 работает следующим образом. Регулятор перед спуском в скважину устанавливается на боковую поверхность трубы 2. В случае выноса большого количества песка перед отверстием 5 в крышке 6 может быть установлен, снижающий кольматацию устройства, фильтрующий элемент 13, при этом автономный регулятор притока 1 закрывается кожухом 14, который крепится на трубе 2 винтами 15. Скважинный флюид из затрубного пространства 4 проходит напрямую или через фильтрующий элемент 13 и поступает через отверстие 5 в крышке 6 внутрь регулятора, далее огибает диск 10 и через отверстия 7 в днище 8 корпуса 9 проходит в трубное пространство 3. Диск 10 имеет возможность осевого перемещения между выступами осевой ориентации диска 11 и крышкой 6. Положение диска 10 зависит от вязкости добываемого продукта и скорости его прохождения через регулятор. В соответствии с законом Бернулли сумма статического давления, динамического давления и потерь давления на трение по линии потока, является постоянной. При прохождении вязкого флюида, например нефти, диск 10 прижимается к выступам осевой ориентации диска 11 и обеспечивает максимальное проходное сечение. В случае прохождения через регулятор с высокой скоростью менее вязких флюидов, например воды и газа, внутри устройства возникает разница давления, под воздействием которой диск 10 перемещается в сторону отверстия 5 в крышке 6 и перекрывает его. За счет чего ограничивается поступление воды и газа в трубное пространство 3, в случае их прорыва. Отверстие 5 в крышке 6 выполнено с размерами от 2,0 до 14 мм, в зависимости от необходимого дебита в месте установки регулятора. Для повышения надежности ориентации диска 10, а также предотвращению кольматации внутреннего пространства корпуса, выступы осевой ориентации 11 смещены к краю внутренней полости 12 корпуса 9 и расположены между отверстиями 7, выполненными в днище 8. Количество выступов осевой ориентации 11 может быть не менее трех и не более количества промежутков между отверстиями 7. В процессе установки трубы в скважину, ее ориентация при спуске может меняться на 360°, что может приводить к перекосу диска 10 в корпусе 9. Для предотвращения перекосов, длина L выступов осевой ориентации 11 выполнена таким образом, чтобы при максимальном боковом смещении диска 10, его края не выходили за выступы осевой ориентации диска 11.

Применение изобретения позволило:

1. Повысить надежность автономного регулятора притока.

2. Предотвратить перекосы диска.

3. Повысить эффективность работы устройства.

4. Снизить обводненность добываемого продукта.

5. Предотвратить образование водяного и газового конусов.

6. Повышение эффективности отсечения флюида при уменьшении его вязкости.

Изобретение относится к оборудованию, используемому для добычи нефти, конкретно к системам управления потоком флюида в скважине. Автономный регулятор притока, устанавливаемый в скважине на боковой поверхности трубы между трубным и затрубным пространством, содержит два гидравлических сопротивления, выполненных в виде одного отверстия в крышке и нескольких отверстий в днище корпуса. Между крышкой и днищем с возможностью осевого перемещения установлен диск, выполняющий функции клапана, осевое перемещение которого с одной стороны ограничено крышкой, а с другой стороны выступами осевой ориентации, расположенными на днище внутри корпуса. В крышке отверстие выполнено в центре. В днище отверстия расположены по краю внутренней полости корпуса. Не менее трех выступов осевой ориентации диска расположены равномерно по окружности между отверстиями в днище корпуса. Достигается технический результат – повышение надежности автономного регулятора притока за счет предотвращения кольматации внутренней полости устройства и повышения надежности ориентации диска. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Автономный регулятор притока, устанавливаемый в скважине на боковой поверхности трубы между трубным и затрубным пространством, включающий два гидравлических сопротивления, выполненные в виде одного отверстия в крышке и нескольких отверстий в днище корпуса, между которыми с возможностью осевого перемещения установлен диск, выполняющий функции клапана, осевое перемещение которого с одной стороны ограничено крышкой, а с другой стороны выступами осевой ориентации, расположенными на днище внутри корпуса, в крышке отверстие выполнено в центре, а в днище отверстия расположены по краю внутренней полости корпуса, отличающийся тем, что не менее трех выступов осевой ориентации диска расположены равномерно по окружности между отверстиями в днище корпуса.

2. Автономный регулятор притока по п. 1, отличающийся тем, что при максимальном боковом смещении диска его края не выходят за выступы осевой ориентации диска.

3. Автономный регулятор притока по п. 1, отличающийся тем, что выступы осевой ориентации диска выполнены треугольной или многоугольной формы.

4. Автономный регулятор притока по п. 1, отличающийся тем, что суммарная площадь отверстий в днище корпуса больше, чем площадь отверстия в крышке.

5. Автономный регулятор притока по п. 1, отличающийся тем, что отверстие в крышке выполнено с размерами от 2,0 до 14 мм в зависимости от необходимого дебита в месте установки регулятора.

6. Автономный регулятор притока по п. 1, отличающийся тем, что перед отверстием в крышке может быть установлен снижающий кольматацию устройства фильтрующий элемент, при этом автономный регулятор притока закрывается кожухом, который крепится на трубе винтами.