АВТОНОМНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПРИТОКА
AUTONOMOUS INFLOW REGULATOR

Изобретение относится к оборудованию, используемому для добычи нефти, конкретно к системам регулирование притока в обсадную трубу жидкости, поступающей снаружи обсадной трубы, например, из продуктивного пласта.
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.
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.
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 не желаемой 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.
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 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 затрубным пространством. Он включает корпус с отверстиями в днище, расположенными по краю внутренней полости корпуса, крышку с одним отверстием по центру и подвижный диск, выполняющий функции клапана установленный с зазором относительно крышки и днища внутри корпуса на выступах осевой ориентации диска. Недостатком автономного клапана контроля притока является отсутствие возможности регулировки дебита скважины, а также регулировки гидравлического сопротивления образованного зазором между крышкой и диском для выбора оптимального зазора, обеспечивающего перекрытие клапана при изменении вязкости и скорости прохождения через него добываемого продукта.
Задачей изобретения является регулировка гидравлического сопротивления образованного зазором между крышкой и диском, с достижением следующего технического результата: повышение эффективности перекрытия клапана при снижении вязкости и увеличении скорости прохождения через него добываемого продукта, а также регулировка оптимального соотношения дебита и обводненности добываемого продукта.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что автономный регулятор притока, устанавливаемый в скважине на боковой поверхности трубы между трубным и затрубным пространством, включает корпус с отверстиями в днище, расположенными по краю внутренней полости корпуса, крышку с одним отверстием в центре и подвижный диск, выполняющий функции клапана, установленный с зазором относительно крышки и днища внутри корпуса на выступах осевой ориентации диска, причем в центре днища корпуса выполнено резьбовое отверстие, в котором с возможностью осевого перемещения для регулировки зазора между диском и крышкой, установлена резьбовая вставка с выступами осевой ориентации. На верхнем торце резьбовой вставки выполнено не менее трех выступов осевой ориентации, расположенных равномерно по окружности. На нижнем торце резьбовой вставки выполнено многоугольное отверстие или шлицевой паз под ключ. Резьбовая вставка устанавливается в корпусе на уплотнителе резьбовых соединений или герметике. Резьбовая вставка фиксируется в корпусе холодной сваркой. В резьбовом отверстии корпуса и на резьбовой вставке шаг резьбы, для плавности регулировки, выполнен мелким. При максимальном боковом смещении диска, его края не выходят за выступы осевой ориентации диска.
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…6, где:
На фиг. 1 приведен автономный регулятор притока, установленный на трубе в скважине.
На фиг. 2 приведен продольный разрез автономного регулятора притока и схема движения скважинного флюида в нем.
На фиг. 3 показан разрез А-А. Диск, выполняющий функции клапана на разрезе не показан.
На фиг. 4 Показана резьбовая вставка с шестью выступами осевой ориентации, вид сверху.
На фиг. 5 Показана резьбовая вставка, разрез Б-Б.
На фиг. 6 показан вид «В» на шестиугольное отверстие под ключ, выполненное снизу в резьбовой вставке.
Автономный регулятор притока 1 устанавливается в скважине 2 на боковой поверхности трубы 3 между трубным 4 и затрубным 5 пространством, включает корпус 6 с отверстиями 7 в днище 8, расположенными по краю внутренней полости 9 корпуса 6, крышку 10 с одним отверстием 11 в центре и подвижный диск 12, выполняющий функции клапана, установленный с зазором относительно крышки 10 и днища 8 внутри корпуса 6 на выступах осевой ориентации 13 диска 12, причем в центре днища корпуса 8 выполнено резьбовое отверстие 14, в котором с возможностью осевого перемещения для регулировки зазора «S» между диском 12 и крышкой 10, установлена резьбовая вставка 15 с выступами осевой ориентации 13. На верхнем торце 16 резьбовой вставки 15 выполнено не менее трех выступов осевой ориентации 13, расположенных равномерно по окружности. На окружности. На нижнем торце 17 резьбовой вставки 15 выполнено многоугольное отверстие 18 или шлицевой паз под ключ. Резьбовая вставка 15 устанавливается в корпусе 6 на уплотнителе резьбовых соединений или герметике. Резьбовая вставка 15 фиксируется в корпусе холодной сваркой. В резьбовом отверстии 14 корпуса 6 и на резьбовой вставке 15 шаг резьбы, для плавности регулировки, выполнен мелким. При максимальном боковом смещении диска 12, его края не выходят за выступы осевой ориентации 13 диска.
Автономный регулятор притока 1 работает следующим образом. Перед установкой в скважину 2 выполняется регулировка положения диска 12 относительно отверстия 11 в крышке 10 регулятора, для чего резьбовая вставка 15 выворачивается ключом из корпуса 6, ее резьба и резьба в резьбовом отверстии 14 днища 8 корпуса 6 смазываются уплотнителем резьбовых соединений. Резьбовую вставку 15 снова устанавливают в корпус 6, выдерживая зазор «S» который при известной толщине крышки 10 контролируют глубиномером через отверстие в крышке 11. Регулятор 1 устанавливается на боковую поверхность трубы 3 и с колонной обсадных труб спускается в скважину 2. Добываемый продукт из затрубного пространства 5 поступает через отверстие 11 в крышке 10 внутрь регулятора 1, далее огибает диск 12 и через отверстия 7 в днище корпуса 8 проходит в трубное пространство 4. Диск 12 имеет возможность осевого перемещения между выступами осевой ориентации 13 диска 12 и крышкой 10. Положение диска 12 зависит от вязкости добываемого продукта и скорости его прохождения через регулятор 1. В соответствии с законом Бернулли сумма статического давления, динамического давления и потерь давления на трение по линии потока, является постоянной. При прохождении вязкого продукта, например нефти, диск 12 прижимается к выступам осевой ориентации 13 диска и обеспечивает максимальное проходное сечение. В случае прохождения через регулятор 1 с высокой скоростью менее вязких флюидов, например воды и газа, внутри устройства возникает разница давления, под воздействием которой, диск 12 перемещается в сторону отверстия 11 в крышке 10 и перекрывает его. За счет чего ограничивается поступление воды и газа в трубное пространство 4, в случае их прорыва. Дебит нефти и обводнение добываемого продукта зависит от величины зазора «S». При чрезмерном уменьшении зазора «S» снижается дебит скважины и повышается скорость движения добываемого продукта через гидравлическое сопротивление, что приводит к раннему перекрытию отверстия 11 в крышке 10 диском 12 и снижает продуктивность скважины. При чрезмерном увеличени зазора «S» дебит скважины увеличивается, при этом увеличивается и обводненность добываемого продукта, так как перепада давления на гидравлическом сопротивлении недостаточно для своевременного закрытия диска 12.
Применение изобретения позволило:
1. Обеспечить регулировку гидравлического сопротивления, образованного зазором между крышкой и диском для оптимального соотношения дебита и обводненности добываемого продукта.
2. Обеспечить перекрытие клапана при снижении вязкости и увеличении скорости прохождения через него добываемого продукта.
3. Предотвратить образование водяного и газового конусов.
4. Снизить обводненность добываемого продукта.