УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОТОКА СРЕД С ОТВОДНЫМ КАНАЛОМ

Область техники
Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к области добычи углеводородов, и может быть использована при эксплуатации нефтяных скважин автономно для контроля притока флюидов и отделения скважинного флюида с меньшей вязкостью.
Уровень техники
Анализ уровня техники в данной области показал следующее. Во время эксплуатации скважин приток нежелательных флюидов (газа и воды) происходит активнее за счет большей мобильности и увеличивающейся фазовой проницаемости. Для контроля притока флюидов в скважину устанавливаются устройства регулирования потока сред увеличивающих долю нефтяного потока в продукции скважины. Данные устройства устанавливаются на базовую трубу фильтра скважинного проволочно-щелевого с целью ограничения притока (воды или газа) на конкретном участке.
Из уровня техники известно устройство контроля притока, устанавливаемое в скважине на боковой поверхности трубы между трубным и затрубным пространством. Устройство 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 между расположенными на днище выступами осевой ориентации диска и крышкой. В центре днища корпуса выполнено резьбовое отверстие, в котором установлен винт, выполненный со стороны нижнего торца со шлицом или с несквозным многогранным отверстием под ключ, а со стороны верхнего торца выполнена цилиндрическая полость, в которой установлена пружина, упирающаяся в цилиндрическое углубление, выполненное на диске, диаметр которого не менее наружного диаметра пружины. Недостатком данного устройства является то, что данное техническое решение не позволяет обеспечить высокую эффективность отделения скважинного флюида с меньшей вязкостью.
Наиболее близким к заявленной полезной модели, по техническому результату и решаемой задаче, является устройство, которое устанавливается на базовую трубу фильтра скважинного проволочно-щелевого с целью ограничения притока на конкретном участке. Устройство основано на эффекте Бернулли и содержит подвижный элемент (диск), который при уменьшении вязкости проходящей жидкости притягивается за счет перераспределения давления и сил трения (заявка на изобретение US 2015/0040990 A1, кл. Е21В 43/08, 12.02.2015). Недостатком данного устройства является абразивный износ и разрушение фильтрующей сетки в связи с ее закупоркой и медленной очисткой от механических примесей, а также низкий коэффициент сепарации механических примесей. Недостатком данного устройства является также невозможность обеспечения высокой эффективности отделения скважинного флюида с меньшей вязкостью. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническим результатом, на решение которого направлено техническое решение, заявляемое в качестве полезной модели, является повышение эффективности отделения скважинного флюида с меньшей вязкостью за счет уменьшения доли воды и газа в добываемом флюиде, что достигается путем создания дополнительного сопротивления потоку, а также дополнительного давление на диск снизу, тем самым плотно закрывая основное входное отверстие устройства, через которое флюид попадает в клапан, что в свою очередь приводит к увеличению добычи нефти и, соответственно к увеличению дебита скважины.
Применение устройства позволяет добиться ограничения притока водной фазы даже при фильтрации скважинного флюида, где контраст вязкостей флюидов не высок. Это принципиальное улучшение по сравнению с предыдущим, известным устройством.
Устройство регулирования потока сред устанавливается в скважине на боковой поверхности трубы между трубным и затрубным пространством. Устройство регулирования потока сред включает корпус, крышку, подвижный диск, расположенный во внутренней полости корпуса и дополнительный канал. Устройство регулирования потока сред содержит воронку, в которую поступает флюид и расположенную между крышкой и диском. Крышка выполнена в виде гайки с отверстиями, образующими вход главного прохода для флюида, а выход главного прохода расположен в днище корпуса. Также устройство регулирования потока сред содержит фиксирующий элемент, расположенный во внутренней полости корпуса и ограничивающий перемещение диска, во внутренней полости корпуса. Между диском и днищем корпуса расположена мембрана, образующая полость, в которую поступает флюид из дополнительного канала, для создания дополнительного давления на диск снизу. Дополнительный канал выполнен в виде элемента ламинарного течения флюида, в виде витой трубки содержащей витки круглой формы. Сечение витой трубки соответствует выходному и входному сечению каналов корпуса, по которым флюид попадает в витую трубку. В днище корпуса, в полости, в которую поступает флюид из дополнительного канала расположен жиклер, выполненный в виде устройства турбулентного потока в виде отверстия с тонкой пластиной.
Устройство, предлагаемое к рассмотрению, является модернизированный и улучшенной модификацией запатентованного ранее устройства основанного на эффекте Бернулли. В дополнение к подвижному элементу - диску, который при уменьшении вязкости проходящей жидкости притягивается за счет перераспределения давления и сил трения, устройство содержит элемент ламинарного течения флюида в виде витой трубки тонкого сечения и жиклер, выполненный в виде устройства турбулентного потока в виде отверстия с тонкой пластиной. При этом, отверстие служит для создания дополнительного давления на нижнюю поверхность левитирующего диска при прохождении через клапан скважинного флюида, и чем меньше вязкость, тем большее давление будет оказываться на нижнюю поверхность диска для дополнительного давления на диск с целью полного его закрытия.
За счет эффекта Бернулли проходное сечение между диском и крышкой устройства становится меньше сечения витой трубки, поток флюида идет по трубке, которая имеет выходное отверстие под диском, где ламинарный поток, сменяясь турбулентным создает дополнительное сопротивление потоку, а также дополнительное давление на диск снизу, тем самым плотно закрывая основное входное отверстие (главный проход для флюида) устройства, через которое флюид попадает в полость устройства.
Описание чертежей
На фиг. 1 представлена общая схема заявляемого устройства регулирования потока сред.
1 - корпус;
2 - крышка, выполненная в виде гайки;
3 - воронка;
4 - диск;
5 - фиксирующий элемент;
6 - мембрана;
7 - жиклер, выполненный в виде отверстия с тонкой пластиной;
8 - дополнительный канал, выполненный в виде витой трубки (элемент ламинарного течения флюида).
На фиг. 2 представлен вид сверху устройства регулирования потока сред.
Осуществление полезной модели.
Устройство регулирования потока сред автономно контролируют приток флюидов в скважину увеличивая приток скважинного флюида в ствол скважины за счет штуцирования нежелательных флюидов (воды и газа). Устройство регулирования потока сред работает автономно, изменяя параметры работы в зависимости от свойств притока скважинного флюида. Устройство регулирования потока сред устанавливается в скважине на боковой поверхности трубы между трубным и затрубным пространством.
Устройство регулирования потока сред устанавливаются на базовую трубу фильтра скважинного проволочно-щелевого с целью ограничения притока (воды или газа) на конкретном участке.
Устройство регулирования потока сред, предлагаемое к рассмотрению, является модернизированный и улучшенной модификацией устройства основанного на эффекте Бернулли. В дополнение к подвижному элементу, выполненному в виде диска 4, который при уменьшении вязкости проходящей жидкости притягивается за счет перераспределения давления и сил трения, устройство содержит элемент ламинарного течения флюида в виде витой трубки 8 тонкого сечения и жиклер 7, выполненный в виде устройства турбулентного потока в виде отверстия с тонкой пластиной. При этом, отверстие служит для создания дополнительного давления на нижнюю поверхность левитирующего диска при прохождении через клапан скважинного флюида, и чем меньше вязкость, тем большее давление будет оказываться на нижнюю поверхность диска для дополнительного давления на диск с целью полного его закрытия.
Примером выполнения устройства регулирования потока сред, является устройство, в котором за счет эффекта Бернулли проходное сечение между диском 4 и крышкой 2 устройства становится меньше сечения трубки 8, поток флюида идет по трубке, которая имеет выходное отверстие под диском, где ламинарный поток, сменяясь турбулентным создает дополнительное сопротивление потоку, а также дополнительное давление на диск снизу, тем самым плотно закрывая основное входное отверстие устройства, через которое флюид попадает в корпус 1 устройства. Подвижный диск 4 расположен во внутренней полости корпуса 1 и дополнительный канал 8. Устройство регулирования потока сред содержит воронку 3, в которую поступает флюид и расположенную между крышкой 2 и диском 4. Крышка 2 выполнена в виде гайки с отверстиями, образующими вход главного прохода для флюида, а выход главного прохода расположен в днище корпуса. Также устройство регулирования потока сред содержит фиксирующий элемент 5, расположенный во внутренней полости корпуса 1 и ограничивающий перемещение диска 4, во внутренней полости корпуса 1. Между диском 4 и днищем корпуса 1 расположена мембрана 6, образующая полость, в которую поступает флюид из дополнительного канала, для создания дополнительного давления на диск снизу. Дополнительный канал 8 выполнен в виде элемента ламинарного течения флюида, в виде витой трубки содержащей витки круглой формы. Сечение витой трубки соответствует выходному и входному сечению каналов корпуса, по которым флюид попадает в витую трубку. В днище корпуса 1, в полости, в которую поступает флюид из дополнительного канала 8 расположен жиклер 7, выполненный в виде устройства турбулентного потока в виде отверстия с тонкой пластиной, и предназначенный для дозированной подачи жидкости или газа. Кроме того жиклер дозирует подачу флюида из полости, в которую поступает флюид из дополнительного канала в полость трубы. При этом, поток флюида идет по витой трубке 8 (дополнительному каналу), которая имеет выходное отверстие под диском 4, где ламинарный поток, сменяясь турбулентным, создает дополнительное сопротивление потоку, а также дополнительное давление на диск 4 снизу, тем самым плотно закрывая основное входное отверстие (главный проход для флюида) устройства, через которое флюид попадает в полость устройства.
Внешняя витая трубка для ламинарного течения позволяет создавать совершенно отличные от работы клапана "системы Бернулли" характеристики работы устройства, т.е. при течении, при котором жидкость или газ перемещаются слоями без перемешивания и пульсаций (то есть без беспорядочных быстрых изменений скорости и давления). При этом, ламинарное течение возможно только до некоторого критического значения числа Роквела, после которого оно переходит в турбулентное, а критическое значение числа Роквела зависит от конкретного вида течения (течение в круглой трубе, обтекание шара и т.п.).
Характеристика работы предложенного технического решения (Устройства регулирования потока сред) напрямую зависит от диаметра канала внешней трубки, ее длины и внутренней шероховатости, так как при движении флюида по данному каналу, при достаточной ее длине, будет происходить выравнивание турбулентного потока жидкости в ламинарный режим течения, что в свою очередь будет влиять на работу внутренней диафрагмы оборудования. Дополнительный канал, при достаточной длине, в предложенной полезной модели предназначен для обеспечения достаточного ламинарного потока жидкости на диафрагму. Кроме того, дополнительный внешний канал обеспечивает создание дополнительного давления под диском, помогает диску и диафрагме перекрываться в случае фильтрации жидкостей с меньшей вязкостью и газами. Равнодиаметральный внешний канал более одного метра позволяет избежать перепадов давления и скорости флюида под диском. Длинный канал витой трубки (элемента ламинарного течения флюида) позволяет создать устойчивый ламинарный режим течения флюида, что приводит к устойчивой работе устройства. Скорость прохождения флюида по главному проходу в несколько раз превышает скорость прохождения флюида по дополнительному проходу, когда главный проход для флюида открыт.
Главный проход для флюида был показан и описан, как имеющий конкретную конфигурацию, специалистам в данной области понятно, что главный проход для флюида согласно настоящей полезной модели может иметь множество конструкций с любым количеством проходов, ответвлений и/или выпусков как больше, так и меньше, при условии, что главный проход для флюида обеспечивает путь для флюида между входной и выходной сторонами устройства регулирования потока сред.
Корпус 1 устройства регулирования потока сред, крышка 2, фиксирующий элемент 5 и жиклер 7 выполнены из коррозионностойкой и жаропрочной стали марки 08Х18Н10 (ГОСТ 5632). Диск 4 выполнен из спеченного сплава карбида вольфрама (ГОСТ 3882), а мембрана производится из резиновых смесей 7В-14 и 7В-14-1, предназначенных для производства формовых и профилированных резиновых деталей, работающих в средах бензинов, технических масел, этанола в диапазоне температур от -60 до +100°С (ТУ 22.19.20-111-75233153-2018).
Заявленная полезная модель может быть использована в нефтегазовой, горной промышленности и других отраслях промышленности при откачке из скважин различного рода жидких сред с механическими примесями. Таким образом, предложенное техническое решение, благодаря своим конструктивным особенностям можно использовать с тонкостенными (5-7,4 мм.) обсадными и НКТ трубами, а также производить легкую и быструю замену устройств (под конкретные пластовые условия скважины) на теле трубы в полевых условиях без применения клеев, или иных средств, тем самым уменьшая затраты на замену и логистику.