СКВАЖИННЫЙ ЭЛЕКТРОКЛАПАН (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2022 года по МПК E21B34/06 E21B43/12 

Область техники

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к подземному скважинному оборудованию, в частности к скважинным электроклапанам для проведения работ по глушению, освоению, промывке, гидроразрыву продуктивного пласта, последующего контроля и регулирования притока (закачки) для увеличения нефтеотдачи или газоотдачи.

Уровень техники

Из уровня техники известен равнопроходной циркуляционный клапан многоразового действия и гидравлического дистанционного управления RU 2693211 C1, опубл. 01.07.2019. Устройство состоит из нескольких основных секций: полый поршень, пружина, радиальные гидравлические каналы, радиальные отверстия. Устройство не требует установки подземного электрокабеля для подачи энергии, а также дополнительных устройств контроля работы. Устройство способно работать в агрессивных средах при химических обработках пласта, однако главным недостатком устройства являются его конструкционные особенности. Образование гидродинамической связи между внутритрубным и затрубным пространством скважины обеспечивается гидравлическими силами за счет создания избыточного давления в затрубном пространстве, которое приводит полый поршень в движение. Изменение баланса гидравлических сил (снятие избыточного давления) заставляет полый поршень, под воздействием упругой силы пружины, возвращаться в свое первоначальное положение, что обрывает гидродинамическую связь. Таким образом клапан способен выполнять функцию циркуляционного с дистанционным гидравлическим управлением только при условии создания избыточного давления в затрубном пространстве, превышающего внутритрубное давление с учетом силы упругости пружины, свойства которой не могут быть изменены после установки, что ограничивает его использование. Также данный клапан не содержит датчиков давления и температуры, что вынуждает недропользователя устанавливать их дополнительно.

Из уровня техники также известен равнопроходной циркуляционный клапан, многоразового действия, активируемый с помощью специальных инструментов RU150548 U1, опубл. 20.02.2015. Устройство представляет собой механическую подвижную гильзу, активация (открытие) которой осуществляется за счет механического яса, спускаемого в разных положениях в скважину. Гильза может находиться в двух фиксированных положениях. При открытом положении радиальные окна гильзы совпадают с радиальными окнами корпуса, что обеспечивает создание гидродинамической связи между внутритрубным и затрубным пространством. В закрытом положении радиальные каналы корпуса и гильзы не совпадают. Гильза имеет возможность осевого движения внутри корпуса и многократного открытия и закрытия. Устройство способно работать в условиях повышенного содержания механических примесей и больших расходах свойственных газовым скважинам. Главным недостатком устройства являются его конструкционные особенности, за счет которых устройство не может открыться или закрыться без использования дополнительного инструмента, спускаемого в скважину, что требует вызова дополнительных специализированных бригад для проведения работ, что приводит к большим дополнительным затратам времени и денег нефтегазодобывающих компаний. Клапан также не содержит датчики.

Из уровня техники также известен равнопроходной циркуляционный клапан одноразового действия и дистанционной активации. (https://www.nov.com/products/react-completion-circulation-valve). Устройство не требует установки подземного электрокабеля для подачи энергий. Устройство состоит из пяти основных компонентов: подвижная гильза, разрывной диск, циркуляционные отверстия гильзы, циркуляционные отверстия корпуса, приемник гидравлического сигнала, подвижный поршень. При проведении промывки и превышении давления разрушения разрывного диска происходит движение подвижной гильзы и активация (открытие) циркуляционных отверстий корпуса и установление гидродинамической связи между внутритрубным и затрубным пространством. Подача гидравлического сигнала на скважинный приемник трансформируется в электрический сигнал, который активирует движение подвижного поршня, увлекающего за собой подвижную гильзу, приводя ее исходное закрытое состояние. Несмотря на возможность дистанционного управления, устройство не позволяет повторно открыть циркуляционный клапан без применения специального ключа, спускаемого в скважину. Таким образом, основным недостатком является одноразовость использования циркуляционного электроклапана, что ограничивает его применение в случае проведения последующих промывок для вымывания механических примесей из скважины. Дополнительным недостатком является то, что устройство не содержит датчики давления и температуры.

Из уровня техники известен забойный клапан для добычи или закачки, US20190316440 A1, опубл. 17.10.2019 (прототип). Устройство состоит из трех секций: подвижный клапан, электромотор, контроллер, также для определения пластовых условий дополнительно могут быть внедрены датчики давления, температуры. Подача энергии прием и передача сигналов для удаленного управления устройством осуществляется с помощью подземного электрокабеля, который установлен в защитном кожухе и закреплен вдоль ствола скважины. Устройство способно работать в агрессивных средах при химических обработках пласта, однако главным недостатком устройства являются его конструкционные особенности. Подвижный клапан представляет собой запорный элемент, не позволяющий работать в высокодебитных нефтегазовых и газовых добывающих скважинах, а также в нагнетательных скважинах. Устройство имеет только одно боковое отверстие малого сечения, приводящее к резкому снижению расхода в любом положении, что не позволяет прокачивать большие объемы флюида. В известном устройстве используется стандартный мотор-редуктор, который устанавливается сбоку от основного канала клапана. Из-за наличия штуцера и указанных выше конструкционных особенностей клапан способен выполнять функции только устройства контроля притока и не может использоваться при высоких расходах закачки или добычи и в скважинах в которых планируется проведение гидроразрыв пласта (далее - ГРП).

Из уровня техники также известна закрываемая система портов и методы изоляции добычи углеводородов. (US9850742 B2, опубл. 20.08.2015). Устройство представляет собой механическую муфту, активация (открытие) которой осуществляется за счет изменения давления во внутритрубном пространстве. Муфта может находиться в двух основных фиксированных положениях. При открытом положении циркуляционные отверстия корпуса совпадают с отверстиями затвора, расположенной концентрично внутри корпуса, с возможностью осевого движения вверх или вниз. При закрытом положении отверстия корпуса и затвора не совпадают и нет возможности осуществить циркуляцию. Для повторного закрытия муфты необходим спуск ключа. Таким образом основным минусом устройства является невозможность дистанционно и без остановки работы скважины осуществлять повторное закрытие муфты, поскольку необходим спуск дополнительного инструмента - ключа для механического перемещения затвора муфты.

Анализ современного уровня техники показывает, что известные технические решения имеют ряд эксплуатационных и функциональных ограничений.

Раскрытие изобретения

Общей задачей группы изобретений является создание нового скважинного клапана с электрическим двигателем с полым валом-ротором, через который протекает флюид, который обеспечивает возможность эксплуатации устройства в высокодебитных нефтегазовых или газовых добывающих скважинах, а также в нагнетательных скважинах; проведения работы по глушению, освоению, промывке, гидроразрыву продуктивного пласта; при дальнейшей эксплуатации скважины служить устройством контроля притока флюида в добывающую скважину или профилем закачки жидкости в нагнетательную скважину.

Общим техническим результатом заявленной группы изобретений является расширение эксплуатационных и функциональных возможностей скважинного клапана при одновременном повышении его надежности.

Поставленная задача и требуемый технический результат при использовании группы изобретений достигается за счет нового электроклапана для установки в скважину в составе скважинных труб (вариант 1), который выполнен с возможностью управления потоком флюида между пространством внутри труб и пространством за трубами в месте расположения клапана, и содержит полый цилиндрический корпус с отверстиями, расположенную внутри корпуса гильзу с отверстиями, выполненную с возможностью перемещения между открытым положением и закрытым положением по сигналу, поступающему по удаленному каналу связи, и электродвигатель, соединенный с гильзой, при этом корпус выполнен с возможностью осуществления функций статора электродвигателя, а полый вал ротора электродвигателя непосредственно соединен с подвижной гильзой.

В частном варианте осуществления изобретения по первому варианту полый вал может быть соединен с гильзой винтовой парой, для чего внутренняя поверхность полого вала и внешняя поверхность гильзы снабжены резьбой с возможностью совмещения.

Поставленная задача и требуемый технический результат при использовании группы изобретений достигается за счет нового электроклапана для установки в скважину в составе скважинных труб (вариант 2), который выполнен с возможностью управления потоком флюида между пространством внутри труб и пространством за трубами в месте расположения клапана, содержащий полый цилиндрический корпус с отверстиями, расположенную внутри корпуса гильзу с отверстиями, выполненную с возможностью перемещения между открытым положением и закрытым положением по сигналу, поступающему по удаленному каналу связи, и электродвигатель, соединенный с гильзой, при этом корпус выполнен с возможностью осуществления функций статора электродвигателя, а полый вал ротора электродвигателя и подвижная гильза выполнены в виде единого элемента.

В скважинном клапане, выполненном по первому и второму вариантам, внутренняя поверхность корпуса снабжена электромагнитной обмоткой.

В частном варианте осуществления клапана по первому и второму вариантам суммарная площадь отверстий по меньшей мере равна площади поперечного сечения внутреннего пространства гильзы.

В еще одном частном варианте осуществления клапана по первому и второму вариантам канал связи может представлять собой проводной канал или беспроводной канал.

В другом частном варианте осуществления клапана по первому и второму вариантам клапан может быть дополнительно снабжен датчиками температуры и/или давления и/или состава и/или расхода для осуществления контроля притока флюида в скважину или из скважины или любой их возможной комбинацией. При этом клапан может быть выполнен с возможностью реагирования на изменения, предоставляемые, по меньшей мере, одним датчиком.

Отличительной особенностью группы изобретений является расширение эксплуатационных и функциональных возможностей скважинного клапана за счет новой конструкции электрического скважинного клапана, в которой использован установленный в корпусе устройства электродвигатель, полый вал которого связан с подвижной гильзой, что позволяет увеличить внутреннее проходное сечение скважинного клапана без значительного увеличения его наружного диаметра и добиться работы в скважинах малого диаметра или эксплуатации при больших расходах. При этом сохраняется возможность постоянного контроля и оперативного изменения положения подвижной гильзы, что позволяет исключить технологические операции классического глушения, освоения, промывки, гидроразрыва пласта (ГРП) и контроля притока, в которых применяется спускаемые в скважину инструменты. Поскольку в новой конструкции клапана отсутствуют разрывные элементы, гидравлические каналы и иные стационарные механические приводные элементы, то нет необходимости в использовании дополнительных инструментов для активации устройства, что в целом повышает его надежность. Кроме того, это позволяет сразу после проведения работ по цементированию, ГРП или в процессе эксплуатации осуществить промывку скважины. Конструкция также позволяет осуществлять многократное открытие и закрытие циркуляционных отверстий без нарушения целостности устройства, что, повышая эксплуатационную надежность устройства, позволяет регулировать открытие/закрытие циркуляционных отверстий, то есть осуществлять управление и контроль притока (закачки) флюида в скважину или из скважины, в случае установки устройства в продуктивной зоне пласта.

Краткое описание чертежей

Сущность группы изобретений поясняется чертежами.

На Фиг. 1 изображено продольное сечение скважинного клапана, выполненного по первому варианту.

На Фиг. 2 изображен увеличенный вид А Фиг. 1.

На Фиг. 3 изображено продольное сечение скважинного клапана, выполненного по второму варианту.

Осуществление изобретения

Различные особенности конструкции и работы устройства по первому и второму вариантам подробно представлены ниже со ссылкой на фигуры чертежей. Следует понимать, что нижеприведенное подробное описание, включая представленные чертежи и примеры эксплуатации устройства, носят иллюстративный, а не ограничительный характер.

По первому варианту скважинный клапан состоит из корпуса 1, во внутренней части которого располагается подвижная гильза 2 и полый вал 3 электродвигателя (Фиг. 1). При этом подвижная гильза 2 и полый вал 3 могут быть связаны, например, при помощи винтовой пары 4 (Фиг. 2), которая образована за счет наличия резьбы 5 на внешней поверхности гильзы и резьбы 6 на внутренней поверхности полого вала 3. Это позволяет преобразовать вращательное движение полого вала 3 в поступательное движение подвижной гильзы 2 вдоль осевого направления концентрично корпусу 1, тем самым совмещая или разобщая циркуляционные отверстия 7 корпуса 1 с отверстиями 8 подвижной гильзы 2. (Фиг. 1).

По второму варианту скважинный клапан состоит из корпуса 1, во внутренней части которого располагается единый конструктивный элемент 9, осуществляющий одновременно функции подвижной гильзы и полого вала электродвигателя, выполненный с возможностью совмещения или разобщения циркуляционных отверстий 7 корпуса 1 с отверстиями 10 самого элемента 9 в результате поворота на определенный градус (Фиг. 3).

По первому и второму вариантам корпус 1, выполняет одновременно функции статора электродвигателя. Корпус 1 снабжен встроенной электромагнитной обмоткой 11, которая может быть герметизирована (на чертежах не показано). По сути для осуществления перемещения подвижной гильзы 2 и единого элемента 9 используется электродвигатель, встроенный в корпус 1 устройства, что позволяет увеличить внутренний диаметр подвижной гильзы 2 и единого элемента 9 и уменьшить наружный диаметр корпуса 1.

Полый вал 3 по первому варианту и единый элемент 9 по второму варианту соединены с постоянными магнитами 12 (Фиг. 1 и Фиг. 3 соответственно). Для предотвращения перетоков жидкости во внутреннюю полость, где установлен электродвигатель, подвижная гильза 2 по первому варианту и подвижный единый элемент 9 по второму варианту могут быть оснащены уплотнениями 13, расположенными на их обоих концах (Фиг. 1 и Фиг. 3 соответственно).

Питание и дистанционное управление скважинным клапаном по первому и второму вариантам может осуществляться путем передачи сигналов по беспроводному каналу связи (на чертежах не показано) или проводному каналу связи, в частности через скважинный кабель 14, который питает электродвигатель через гермоввод 15, вмонтированный в корпус 1 (Фиг. 1 и Фиг. 3 соответственно). Подача переменного тока с помощью скважинного кабеля 14 через гермоввод 15 питает обмотку 11 электродвигателя в результате чего, возникающее переменное магнитное поле воздействует на постоянные магниты 12, установленные по первому варианту в полом вале 3 или по второму варианту в едином элементе 9, что создает вращающий их крутящий момент. Для снижения трения при вращении полый вал 3 по первому варианту и единый элемент 9 по второму варианту могут быть установлены на подшипниках 16. В частном случае реализации упомянутый выше канал связи может являться частью наземной станции управления (на чертежах не показана) и позволять принимать командный сигнал от компьютера, пульта или блока управления (на чертежах не показаны) и передавать его на скважинный клапан.

В частном варианте осуществления клапана по первому и второму вариантам циркуляционные отверстия 7 корпуса 1 расположены по его окружности и имеют суммарную площадь равную, большую или меньшую площади сечения рабочего (внутреннего) пространства подвижной гильзы 2 или единого элемента 7 (Фиг. 1 и Фиг. 3 соответственно). При этом отверстия 8 подвижной гильзы 2 или отверстия 10 единого элемента 9 могут быть при необходимости выполнены идентичными по расположению, форме и площади циркуляционным отверстиям 7 корпуса 1 для предотвращения размыва элементов устройства при работе в условиях больших расходов и скоростей течения флюида.

В частном случае реализации заявленного технического решения устройство по первому и второму вариантам может дополнительно содержать фиксаторы от осевых перемещений подвижной гильзы 2 и элемента 9 (на чертежах не показано).

В частном случае реализации заявленного технического решения устройство по первому и второму вариантам дополнительно может быть оснащено датчиками температуры, и/или давления, и/или состава, и/или расхода для осуществления контроля притока флюида в скважину или из скважины (на чертежах не показано).

В частном случае реализации заявленного технического решения по первому и второму вариантам электродвигатель снабжен энкодером для подсчета точного количества оборотов полого вала 3 (Фиг. 1) или единого элемента 9 (Фиг. 3), и платой управления, расположенными в корпусе (на чертежах не показано) , который может быть соединен скважинным кабелем 14 с наземной станцией управления (на чертежах не показано) через гермоввод 15, разделяющий скважинную среду от герметичного отсека электроники.

В частном случае реализации заявленного технического решения в подвижной гильзе 2 по первому варианту или в элементе 9 по второму варианту могут быть установлены дополнительные уплотнения для обеспечения герметичности обмотки 11 электродвигателя (на чертежах не показано).

В частном случае реализации заявленного технического решения по первому и второму вариантам скважинный клапан может дополнительно содержать механизм механического открытия/закрытия отверстий 7.

В частном случае реализации заявленного технического решения устройство по первому и второму вариантам может быть дополнительно оснащено аккумуляторами.

В частном случае реализации заявленного технического решения устройство по первому и второму вариантам может быть дополнительно оснащено системами радиочастотной идентификации для беспроводного управления по меньшей мере одним скважинным клапаном.

В частном случае реализации заявленного технического решения скважинные клапаны по первому и второму вариантам могут быть выполнены из материалов в кислотостойком исполнении для кислотных обработок продуктивного пласта.

В частном случае реализации по первому и второму вариантам для обеспечения защиты от поступления флюидов в электродвигатель, обмотка 11 электродвигателя, расположенная внутри корпуса 1 (статор) покрывается устойчивым герметичным покрытием (на чертежах не показана).

В частном случае реализации заявленного технического решения устройство по первому и второму вариантам может быть оснащено аккумуляторами и системами радиочастотной идентификации, позволяющие осуществлять беспроводное управление скважинным клапаном при спуске в скважину устройства, которое является источником командного сигнала необходимой частоты, формы, длительности, либо при помощи передачи электромагнитных сигналов с поверхности земли (на чертежах не показано).

В частном случае реализации заявленного технического решения скважинные клапаны по первому и второму вариантам могут быть установлены на обсадных трубах (без хвостовика), или в комбинированной колонне, или в компоновке хвостовика, или в гибких насосных трубах, или на насосно-компрессорных трубах.

Скважинные клапаны по первому или второму варианту могут быть объединены в систему скважинных клапанов, размещенных на разных глубинах, которая при этом дополнительно может включать клапана иной конструкции при необходимости. В указанной системе скважинных клапанов они могут быть соединены последовательно скважинным кабелем и/или выполнены с возможностью работы на разных режимах относительно друг друга.

По любому из вариантов осуществления в любом положении (открытое/закрытое) устройство обеспечивает минимальный перепад давления и максимальный расход флюида при течении во внутритрубном пространство, когда проходной диаметр клапана равен или не меньше, чем проходной диаметр основной колонны (например, колонны НКТ), для эксплуатации в высокодебитных нефтегазовых или газовых добывающих скважинах, а также в нагнетательных скважинах. В открытом положении устройство может обеспечивать минимальные перепады давления между внутритрубным и затрубным пространством за счет площади отверстий бокового отвода (циркуляционных отверстий 7) равной или не меньшей площади проходного внутреннего диаметра скважинного клапана, для увеличения дебита при эксплуатации в высокодебитных нефтегазовых или газовых добывающих скважинах, а также в нагнетательных скважинах. При это следует отметить, что при малых потоках флюида через клапан (например, меньше 5 м/сек) отверстия 7 корпуса 1 могут иметь суммарную площадь сечения меньше, чем площадь проходного внутреннего диаметра скважинного клапана.

По любому из вариантов устройство может снабжаться датчиками давления, температуры (на чертежах не показано) для замера и передачи на станцию управления параметров рабочей среды, как в затрубном, так и во внутритрубном пространстве. Дополнительно клапан может снабжаться датчиками давления, состава и/или расхода для осуществления контроля притока флюида в скважину или из скважины. Скважинный клапан может входить в состав насосно-компрессорных труб, обсадной колонны или в состав подвесного оборудования (хвостовика) и может быть использован при строительстве скважин для добычи газа или нефти или в нагнетательных скважинах. Устройство также может использоваться как цементировочная муфта. Устройство может работать в системе, состоящей из нескольких клапанов, размещенных на разных глубинах.

По любому из вариантов в процессе эксплуатации скважинный клапан позволяет удаленно проводить как циркуляцию, промывку скважины, гидроразрыв пласта, так и осуществлять контроль притока флюида в скважину или из скважины в случае установки в зоне продуктивного пласта. Работает электроклапан следующим образом.

В закрытом положении гильза 2 клапана по первому варианту или единый элемент 9 по второму варианту перекрывает циркуляционные отверстия 7. При этом гидродинамическая связь между затрубным и внутритубным пространством отсутствует, и движение среды во внутритрубном пространстве происходит внутри колонны, в том числе и внутри гильзы 2 по первому варианту или единого элемента 9 по второму варианту, полая конструкция которых позволяет обеспечить проходное сечение для движения флюида сопоставимое с проходным сечением основной колонны, что позволяет минимизировать гидравлические потери во внутритрубном пространстве. При открытии управляющий сигнал с наземной станции управления (на чертежах не показано) через электрический кабель 14 поступает к электродвигателю клапана. По первому варианту, в этот момент вращательное движение полого вала 3 электродвигателя преобразуется в перемещение гильзы 2, при котором она смещается относительно закрытого положения, открывая циркуляционные отверстия 7, при этом появляется гидродинамическая связь между внутритрубным и затрубным пространством. По второму варианту, так как полый вал и гильзы выполнены в виде единого конструктивного элемента 9, то вращательное движение непосредственно передается на элемент 9, поворот которого на требуемый градус приводит к его смещению относительно закрытого положения, открывая циркуляционные отверстия 7, при этом также появляется гидродинамическая связь между внутритрубным и затрубным пространством. По любому варианту площадь циркуляционных отверстий 7 позволяет обеспечить проходное сечение для движения флюида сопоставимое с проходным сечением основной колонны, что позволяет минимизировать гидравлические потери между затрубным и внутритрубным пространством. В отдельных случаях площадь боковых отверстий 7 может быть меньшей, например при использовании клапана для штуцирования.

Пример 1. Режим промывки скважины.

Промывка скважины происходит следующим образом. Скважинный клапан по первому варианту в составе колонны НКТ спускается в скважину в закрытом положении до заданного интервала ствола скважины. После спуска с наземной станции управления по скважинному кабелю 14 дистанционно передается сигнал открытия скважинного клапана. В исходном положении подвижная гильза 2 перекрывает отверстия 7 корпуса 1, а в открытом положении отверстия 8 подвижной гильзы 2 совпадают с положениями циркуляционных отверстий 7 корпуса 1.

Механизм открытия скважинного клапана (открытие отверстий 7 корпуса 1) происходит следующим образом. После получения сигнала с наземной станции управления по скважинному кабелю 14 электродвигатель поворачивает на необходимое количество оборотов полый вал 3 (ротор), который через винтовую пару 4 связан с подвижной гильзой 2, для преобразования вращательного движения в поступательное. Механическая связь полого вала 3 (ротор) с подвижной гильзой 2 обеспечивает передачу поступательного движения, что позволяет двигать подвижную гильзу 2 вдоль оси корпуса 1. Закрытие отверстий 7 корпуса 1 происходит по аналогичному принципу. После открытия скважинного клапана (совмещение отверстий 7 корпуса 1 и отверстий 8 подвижной гильзы 2) в НКТ нагнетается давление достаточное для течения промывочной жидкости с заданным расходом после чего происходит промывка скважины.

Пример 2. Режим гидроразрыва пласта.

Гидроразрыва пласта происходит следующим образом. Скважинный клапан по первому варианту в составе хвостовика спускается в скважину в закрытом положении (отверстия 7 корпуса 1 и отверстия 8 подвижной гильзы 2 разобщены) до заданного интервала ствола скважины. После спуска с двух противоположных сторон от скважинного клапана происходит активация заколонных пакеров (не изображены на рисунках, поскольку не имеют отношения к устройству) для герметизации пространства в области проведения ГРП. С наземной станции управления по скважинному кабелю 14 дистанционно передается сигнал открытия скважинного клапана. В исходном положении подвижная гильза 2 перекрывает отверстия 7 корпуса 1, а в открытом положении отверстия 8 подвижной гильзы 2 совпадают с положениями отверстий 7 корпуса 1.

Механизм открытия и закрытия скважинного клапана происходит по аналогичному принципу, описанному при применении скважинного клапана для промывки скважины. После открытия скважинного клапана (совмещение отверстий 7 корпуса 1 и отверстий 8 подвижной гильзы 2) в хвостовике нагнетается давление достаточное для образования трещин в пласте после чего происходит ГРП и закачивается заданное количество жидкости и/или пропанта в пласт.

В случае необходимости проведения ГРП на другом участке ствола скважины путем передачи сигнала с наземной станции управления по скважинному кабелю 14 происходит закрытие ранее открытого скважинного клапана, и описанная выше операция проведения ГРП повторяется с участием другого скважинного клапана.

После проведения ГРП в скважине для управления и контроля притоком (закачки) флюида в скважину скважинный клапан может приводиться в движение согласно ранее описанному механизму открытия / закрытия, за счет чего изменяется гидродинамическое сопротивление течению флюида и выравнивается профиль притока или закачки. Команды для управления степенью открытия / закрытия от наземной станции управления через скважинный кабель 14 передаются на электродвигатель. Далее энкодер, который может входить в состав электродвигателя, позволяет производить подсчет количества оборотов полого вала 3 (ротор), что в свою очередь позволяет определять положение подвижной гильзы 2 и регулировать степень открытия или закрытия отверстий 7 корпуса 1.

Описанные выше примеры равно применимы и ко второму варианту скважинного клапана с совмещенной конструкцией полого вала 3 (ротор) и подвижной гильзы 2 - вращающийся единый элемент 9 (Фиг. 3). Полый вал 3 (ротор) соединен с подвижной гильзой 2 в единый конструкционный элемент 9, таким образом, что элемент 9 имеет возможность без поступательного движения вращаться вокруг своей оси и открывать или закрывать отверстия 7 корпуса 1 путем совмещения или не совмещения с отверстиями 10 самого элемента 9. Механизм открытия скважинного клапана (открытие отверстий 7 корпуса 1) происходит следующим образом. После получения сигнала с наземной станции управления по скважинному кабелю 14 электродвигатель поворачивает на определенный градус, например, за счет использования энкодера, вращающийся элемент 9 (ротор), что позволяет изменять его радиальное положение относительно отверстий 7 корпуса 1. Закрытие отверстий 7 корпуса 1 происходит по аналогичному принципу.

Как видно из вышеприведенного описания работы устройства и примеров существенными отличиями представленной группы изобретений является использование электродвигателя с полым ротором для прохождения флюида, а статор электродвигателя фактически встроен во внешний корпус клапана. При этом под ротором электродвигателя по первому варианту следует понимать полый вал 2 с магнитами 12, а по второму варианту подвижный элемент 9 с магнитами 12. Согласно первому варианту устройства перемещение подвижной гильзы 2 осуществляется посредством соединения с полым валом 3, например, при помощи винтовой пары 4 (Фиг. 1, 2) Вращательное движение полого вала 3 за счет работы электродвигателя приводит к поступательному движению гильзы 2 и позволяет двигать гильзу 2 в осевом направлении, открывая или закрывая отверстия 7 в крайних или промежуточных положениях. Согласно второму варианту устройства полый ротор напрямую выполняет функцию подвижной гильзы, вращение которой осуществляется посредством электродвигателя напрямую за счет выполнения полого вала и гильзы в виде единого конструктивного элемента 9 (вращающаяся гильза), который также может перемещаться в крайние положения (открывать или закрывать отверстия 7) или промежуточные положения (Фиг. 3). В обоих вариантах устройства суммарная площадь боковых отверстий, может быть равна, меньше или больше площади сечения рабочего (внутреннего) пространства клапана, что позволяет прокачивать одинаково большие объемы флюида и через открытый клапан, и через закрытый. При этом по первому варианту под площадью сечения рабочего (внутреннего) пространства клапана следует понимать внутреннюю площадь сечения гильзы 2, а по второму варианту - внутреннюю площадь сечения элемента 9.

Следует также отметить, что положение подвижной гильзы 2 по первому варианту или вращающегося элемента 9 по второму варианту при необходимости может быть зафиксировано в любой позиции (не только в положении открыто или положении закрыто, описанных выше), например, открыто на 90% и т. п.

Все описанные конструктивные элементы, узлы и блоки устройства могут быть выполнены из хорошо известных материалов, технологий обработки компонентов и оборудования.

Данная группа изобретений не ограничена описанными вариантами осуществления, а наоборот она охватывает различные модификации и варианты в рамках сущности и объема предлагаемой формулы группы изобретений.

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к скважинным электроклапанам для проведения работ по глушению, освоению, промывке, гидроразрыву продуктивного пласта, последующего контроля и регулирования притока. Электроклапан для установки в скважину в составе скважинных труб выполнен с возможностью управления потоком флюида между пространством внутри труб и пространством за трубами в месте расположения клапана. Электроклапан содержит полый цилиндрический корпус с отверстиями, расположенную внутри корпуса гильзу с отверстиями, выполненную с возможностью перемещения между открытым положением и закрытым положением по сигналу, поступающему по удаленному каналу связи. Электродвигатель соединен с гильзой. Корпус выполнен с возможностью осуществления функций статора электродвигателя. Полый вал ротора электродвигателя непосредственно соединен с подвижной гильзой при помощи винтовой пары, образованной резьбой на внешней поверхности гильзы и резьбой на внутренней поверхности полого вала. Достигается технический результат – обеспечение возможности электрического переключения клапана при повышении его надежности. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электроклапан для установки в скважину в составе скважинных труб, выполненный с возможностью управления потоком флюида между пространством внутри труб и пространством за трубами в месте расположения клапана, содержащий полый цилиндрический корпус с отверстиями, расположенную внутри корпуса гильзу с отверстиями, выполненную с возможностью перемещения между открытым положением и закрытым положением по сигналу, поступающему по удаленному каналу связи, и электродвигатель, соединенный с гильзой, при этом корпус выполнен с возможностью осуществления функций статора электродвигателя, а полый вал ротора электродвигателя непосредственно соединен с подвижной гильзой при помощи винтовой пары, образованной резьбой на внешней поверхности гильзы и резьбой на внутренней поверхности полого вала.

2. Электроклапан по п.1, в котором внутренняя поверхность корпуса снабжена электромагнитной обмоткой.

3. Электроклапан по п.1, в котором суммарная площадь отверстий корпуса по меньшей мере равна площади поперечного сечения внутреннего пространства гильзы.

4. Электроклапан по п.1, в котором канал связи представляет собой проводной канал или беспроводной канал.

5. Электроклапан по п.1, который дополнительно снабжен датчиками температуры, и/или давления, и/или состава, и/или расхода для осуществления контроля притока флюида в скважину или из скважины или любой их возможной комбинацией.

6. Электроклапан по пп. 1 и. 5, который выполнен с возможностью реагирования на изменения, предоставляемые по меньшей мере одним датчиком.

7. Электроклапан для установки в скважину в составе скважинных труб, выполненный с возможностью управления потоком флюида между пространством внутри труб и пространством за трубами в месте расположения клапана, содержащий полый цилиндрический корпус с отверстиями, расположенную внутри корпуса гильзу с отверстиями, выполненную с возможностью перемещения между открытым положением и закрытым положением по сигналу, поступающему по удаленному каналу связи, и электродвигатель, соединенный с гильзой, при этом корпус выполнен с возможностью осуществления функций статора электродвигателя, а полый вал ротора электродвигателя и гильза соединены в единый вращаемый конструктивный элемент.

8. Электроклапан по п.7, в котором внутренняя поверхность корпуса снабжена электромагнитной обмоткой.

9. Электроклапан по п. 7, в котором суммарная площадь отверстий корпуса по меньшей мере равна площади поперечного сечения внутреннего пространства единого элемента.

10. Электроклапан по п. 7, в котором канал связи представляет собой проводной канал или беспроводной канал.

11. Электроклапан по п. 7, который дополнительно снабжен датчиками температуры, и/или давления, и/или состава, и/или расхода для осуществления контроля притока флюида в скважину или из скважины или любой их возможной комбинацией.

12. Электроклапан по пп. 7 и 11, который выполнен с возможностью реагирования на изменения, предоставляемые по меньшей мере одним датчиком.