КЛАПАН КОНТРОЛЯ ПРИТОКА

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, а именно к оборудованию для эксплуатации нефтяных скважин, и может быть использована для регулирования потока текучей среды, например, пластового флюида, вдоль ствола скважины, а также обеспечения переменной сопротивляемости потоку различных желательных и нежелательных текучих сред в составе текучей композиции.
Наиболее близким по технической сути является «КЛАПАН КОНТРОЛЯ ПРИТОКА» по патенту на полезную модель RU №208553, опубл. 23.12.2021, МПК E21B 34/08, E21B 43/12,  содержащий корпус, на который установлена крышка, снабженная входным отверстием в основной канал и входным отверстием в обводной канал, выполненный в форме трубки, завитой по спирали вокруг добывающей колонны, подвижный диск, установленный в направляющую втулку с возможностью осевого перемещения и перекрытия входного отверстия в основной канал, мембрану, а также штуцер, снабженный отверстием, при этом вход в трубку обводного канала и выход из трубки обводного канала расположены последовательно вдоль оси добывающей колонны.
Принцип работы известного устройства основан на законе Бернулли, в частности на том факте, что менее вязкая жидкость, проходящая через канал, встречает меньшее гидравлическое сопротивление, чем жидкость более вязкая. Расчетные значения перепада давления, при которых инициируется смещение подвижного диска, вычисляются для ламинарного потока, проходящего через канал с постоянным сечением. Эксплуатацию известного устройства осуществляют, в том числе, в агрессивной среде при высоких температурах и давлениях, например, при термокислотной обработке скважин. Эксплуатация устройства в кислотной среде значительно увеличивает скорость коррозионного разрушения его элементов, в частности трубки обводного канала. Агрессивная среда контактирует с трубкой обводного канала как с ее наружной, так и с внутренней стороны. Возможность увеличения толщины трубки обводного канала, в целях повышения ее надежности, существенно ограничена, вследствие расположения трубки в узком зазоре между добывающей колонной и поверхностью скважины. Добываемая среда проходит через обводной канал на больших скоростях и может обладать высокой температурой, что способствует быстрому износу внутренней поверхности трубки. В результате износа геометрические характеристики сечения обводного канала отклоняются от расчетных, что снижает ламинарность проходящего через него потока. Отклонение фактических параметров от расчетных приводит к снижению эффективности работы устройства. В процессе эксплуатации клапана уровень износа внутренней поверхности трубки обводного канала может достичь критического уровня, при котором режим работы устройства не будет соответствовать установленному регламенту. Так как контроль состояния клапана контроля притока во время его эксплуатации невозможен, поскольку устройство находится в скважине, возникает необходимость повышения надежности устройства для обеспечения его штатной работы на протяжении всего эксплуатационного периода.
Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности клапана контроля притока.
Поставленная задача решена за счет клапана контроля притока, содержащего входное отверстие в основной канал и входное отверстие в обводной канал, выполненный в форме трубки, завитой по спирали вокруг добывающей колонны, подвижный диск, установленный в направляющую втулку с возможностью осевого перемещения и перекрытия входного отверстия в основной канал, мембрану, а также штуцер, снабженный отверстием, при этом трубка обводного канала выполнена из хромоникелевой аустенитной нержавеющей стали с содержанием хрома от 12% до 25% и содержанием никеля от 8% до 40%.
Суть технического решения иллюстрирована чертежом, где на фиг. 1 – клапан контроля притока (вид сверху), на фиг. 2 – разрез клапана контроля притока.
На фиг. 1 и фиг. 2 изображены: клапан 1 контроля притока, корпус 2, крышка 3, основной канал 4, входное отверстие 5 в основной канал, обводной канал 6, входное отверстие 7 в обводной канал, подвижный диск 8, направляющая втулка 9, мембрана 10, штуцер 11, подставка 12.
Клапан контроля притока выполнен следующим образом.
Клапан 1 контроля притока содержит корпус 2, внутри которого расположены: направляющая втулка 9, мембрана 10, подвижный диск 8, подставка 12 под мембрану 10 и штуцер 11. Штуцер 11 снабжен сливным отверстием, которое сообщает обводной канал 6 с внутренней полостью добывающей колонны. В нижней части корпуса 2 установлена подставка 12. На верхней, контактирующей с мембраной 10, поверхности подставки 12 выполнена система каналов. Система каналов выполнена сообщающейся с обводным каналом 6 клапана 1 контроля притока. Выше подставки 12 в корпус 2 установлена мембрана. Мембрана 10 установлена таким образом, что ее нижняя поверхность контактирует с верхней поверхностью подставки 12. Мембрана 10 выполнена из эластичного материала, например, из резины. Мембрана 10 выполнена формой, позволяющей, при расчетном перепаде давления между разделяемыми ей потоками, выгибаясь в направлении от оси колонны, осуществлять осевое перемещение подвижного диска 8. Мембрана 10 закреплена в корпусе 2 клапана 1 контроля притока путем ее прижатия к верхней поверхности внутреннего выступа в корпусе 2. Прижатие осуществляется посредством направляющей втулки 9. Направляющая втулка 9 выполнена с возможностью размещения в ней подвижного диска 8 за счет выполнения внутренней полости втулки 9 большего размера, чем внешний размер диска 8. Подвижный диск 8 размещен в направляющей втулке 9 с возможностью своего осевого перемещения. На корпус 2 клапана 1 установлена крышка 3. Крышка 3 снабжена входным отверстием 5 в основной канал 4 и входным отверстием 7 в обводной канал 6. Подвижный диск 8 в своем крайнем верхнем положении перекрывает входное отверстие 5 в основной канал 4. Опционально входное отверстие 5 и подвижный диск 8 выполнены соосными. Клапан 1 контроля притока содержит обводной канал 6 выполненный в форме трубки, завитой по спирали вокруг добывающей колонны. Трубка обводного канала 6 выполнена из хромоникелевой аустенитной нержавеющей стали. Сталь с аустенитной структурой обладает высокой прочностью, не склонна к росту зерна и обладает высокой коррозионностойкостью. Высокая коррозионная стойкость материала продлевает срок службы трубки обводного канала 6 при его эксплуатации в агрессивной среде, например, при осуществлении кислотной обработки скважины. Высокая прочность хромоникелевой стали позволяет существенно снизить эрозионный износ внутренней поверхности обводного канала 6, и предотвратить, таким образом, снижение эффективности работы устройства. Экспериментальным путем были установлены объемы содержания хрома и никеля в конструкционной стали для изготовления трубки обводного канала 6. Стендовые испытания показали, что оптимальным сочетанием таких характеристик как коррозионная стойкость, кислотостойкость и прочность обладают конструкционные хромоникелевые стали с содержанием хрома от 12% до 25% и содержанием никеля от 8% до 40%. Трубка обводного канала 6 может быть изготовлена, например, из следующих марок стали: 12Х18Н10Т, ХН38ВТ, ХН40МДТЮ, AISI.
Клапан контроля притока используют следующим образом.
Клапан 1 контроля притока  работает, как правило, в составе массива скважинных клапанов установленных на внешней поверхности добывающей колонны. При создании перепада давления пластовый флюид начинает поступать через входные отверстия 5 и 7 в каналы 4 и 6 соответственно. Основной объем пластовой жидкости поступает в добывающую колонну через основной канал 4. Часть общего потока флюида перемещается по обводному каналу 6 и, после прохождения трубки, завитой по спирали вокруг добывающей колонны, попадает в систему каналов, выполненную на верхней, контактирующей с мембраной 10, поверхности подставки 12. В том случае, если преобладающим объемом в составе добываемой фракции обладает нефть – разница давлений между разделенными мембраной 10 потоками не превышает порогового значения и подвижный диск 8 не перекрывает входное отверстие 5. Если же в обводной канал начинает поступать фракция, обладающая значительно меньшей вязкостью, чем нефть, например, вода или газ, разница давления достигает порога, при котором мембрана 10 выгибается в направлении входного отверстия 5, перемещая к нему подвижный диск 8, который перекрывает основной канал 4. Таким образом, при заборе из скважины нежелательных текучих сред, основной канал 4 оказывается перекрытым, что, как следствие, сокращает содержание нежелательных примесей в общем объеме добытого флюида.
Выполнение трубки обводного канала 6 из хромоникелевой нержавеющей стали с аустенитной структурой с содержанием хрома от 12% до 25% и содержанием никеля от 8% до 40% повышает коррозионную стойкость, кислотостойкость и прочность трубки, что продлевает срок ее службы и обеспечивает сохранение изначальных геометрических характеристик обводного канала 6 на протяжении всего эксплуатационного периода. Уменьшение вероятности преждевременного выхода из строя трубки обводного канала 6 и сохранение его расчетных характеристик на протяжении всего эксплуатационного периода повышают надежность клапана 1 контроля притока.
Техническим результатом заявленного технического решения является повышение надежности клапана контроля притока за счет клапана контроля притока, содержащего входное отверстие в основной канал и входное отверстие в обводной канал, выполненный в форме трубки, завитой по спирали вокруг добывающей колонны, подвижный диск, установленный в направляющую втулку с возможностью осевого перемещения и перекрытия входного отверстия в основной канал, мембрану, а также штуцер, снабженный отверстием, при этом трубка обводного канала выполнена из хромоникелевой аустенитной нержавеющей стали с содержанием хрома от 12% до 25% и содержанием никеля от 8% до 40%.