ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ГАРИПОВА

Полезная модель относится к области добычи углеводородов, а именно, нефти, газа, конденсата и т.д. и может быть использована при эксплуатации скважинных установок с пакерами, а именно, при закачке рабочего агента или добычи пластового флюида, в нефтяных, газоконденсатных и газовых скважинах в том числе, с низким скважинным давлением, в скважинах с малыми диаметрами и при одновременно-раздельной эксплуатации нескольких пластов.
Известен Регулятор, содержащий гидравлический канал, один или несколько подвижных элементов, герметизирующие элементы, корпус, выполненный с одной или несколькими камерами, по меньшей мере, с одним перепускным отверстием и с впускным отверстием, при этом одно или несколько перепускных отверстий выполнены с возможностью гидравлического сообщения внутритрубного пространства с затрубным, подвижный элемент выполнен с возможностью перекрытия одного или нескольких перепускных отверстий и взаимодействующий с камерой, гидравлический канал гидравлически связан со впускным отверстием (Патент РФ №2415255, E21B 43/14, 34/06, оп. 27.03.2011 г.).
Недостатком вышеуказанного регулятора является ограничение в применении в скважинах с пониженным давлением, вследствие невозможности регулирования давления рабочего агента в гидравлическом канале ниже гидростатического, в том числе при давлении столба рабочего агента во впускном отверстии больше давления скважинной жидкости.
Известен Гидравлический регулятор, содержащий гидравлический канал, подвижный элемент, герметизирующие элементы, корпус, выполненный с камерой, по меньшей мере, с одним перепускным отверстием и с впускным отверстием, при этом герметизирующие элементы расположены внутри корпуса, подвижный элемент расположен внутри корпуса с возможностью перекрытия перепускных отверстий и с возможностью взаимодействия с камерой, перепускные отверстия выполнены с возможностью гидравлического сообщения внутритрубного пространства с затрубным, гидравлический канал герметично закреплен во впускном отверстии, выполненным с возможностью гидравлического сообщения с камерой (Патент РФ №2474673, E21B 34/10, оп. 10.02.2013 г., прототип)
Недостатком вышеуказанного гидравлического регулятора является ограничение применения в скважинах с малыми диаметрами, обусловленное большими габаритными размерами гидравлического регулятора с двухтрубным корпусом, в особенности это касается эксплуатационных колонн с диметрами 139, 114 и 100 мм и другие. Кроме того, перемещение подвижного элемента внутри корпуса сопряжено повышенным износом герметизирующих элементов вследствие большой площади взаимодействия трущихся поверхностей. Преждевременная потеря герметичности в наклонных и горизонтальных скважинах при расположении гидравлического регулятора на одном боку, что способствует максимальному износу герметизирующих элементов снизу и нарушению центровки подвижного элемента.
Предлагаемое техническое решение устраняют вышеперечисленные недостатки, повышает надежность работы устройства в скважинах с малыми диаметрами, с переменным или низким давлением скважинного флюида, в том числе и за счет изменения давления в буферной и внешней камерах, гидравлически изолированных друг от друга и от перепускных отверстий, при этом Гидравлическое устройство содержит гидравлический канал высокого давления, подвижный элемент, герметизирующие элементы и корпус, выполненный с камерой, с впускным отверстием, выполненным с возможностью гидравлического сообщения с камерой, и, по меньшей мере, с одним перепускным отверстием, выполненным с возможностью гидравлического сообщения внутритрубного пространства с затрубным пространством, герметизирующие элементы расположены внутри корпуса, подвижный элемент расположен внутри корпуса с возможностью перекрытия перепускных отверстий и с возможностью взаимодействия с камерой, гидравлический канал высокого давления герметично закреплен во впускном отверстии, камера представляет собой, по меньшей мере, одну буферную камеру, устройство дополнительно снабжено, по меньшей мере, одной внешней камерой с функцией пружины, расположенной в корпусе с возможностью зарядки ее рабочим агентом и с возможностью ее сжатия или разжатия, при этом буферная камера расположена в корпусе с возможностью гидравлической изоляции от перепускного отверстия или отверстий и от внешней камеры или камер, герметизирующие элементы расположены между буферной и внешней камерами и между буферной камерой и перепускным отверстием или отверстиями, подвижный элемент, по меньшей мере, один, и расположен с возможностью герметичного возвратно-поступательного перемещения и выполнен с разными размерами поперечных сечений, при этом размер поперечного сечения подвижного элемента со стороны перепускных отверстий или отверстия меньше, чем размер поперечного сечения подвижного элемента со стороны внешней камеры, корпус выполнен монолитным или сборным, оно снабжено дополнительным пружинным элементом, закрепленным во внешней камере с возможностью взаимодействия с подвижным элементом, герметизирующий элемент представляет собой герметизирующую поверхность, герметизирующий уплотнитель в виде кольца или втулки, перепускные отверстия выполнены с разными размерами пропускных сечений, подвижный элемент выполнен сборным или монолитным, в виде штока переменного сечения или стержня переменного сечения, в виде цилиндра переменного сечения или поршня переменного сечения, оно дополнительно снабжено перепускной камерой, гидравлически связанной с перепускными отверстиями или отверстием, по меньшей мере, одним соединительным элементом, перекрывающим элементом, закрепленным на подвижном элементе в зоне перепускных отверстий и выполненным в виде шара или сферы, конуса или цилиндра, в виде резино-металлической насадки, одним или несколькими дополнительными гидравлическими каналами, герметично соединенными с внешней камерой или камерами, штуцером, расположенным в перепускном отверстии, одним или несколькими контрольно-измерительными скважинными приборами.
На фиг. 1 изображено гидравлическое устройство, включающее гидравлический канал высокого давления, корпус с внешней камерой и буферной камерой, подвижный элемент, выполненный составным и снабженный дополнительным перекрывающим элементом в виде шара, корпус и внешняя камера выполнены в виде составной муфты; на фиг. 2 изображено гидравлическое устройство, включающее корпус с перепускной камерой, с буферной камерой, с двумя внешними камерами, снабженные заглушками, подвижный элемент, снабженный дополнительным перекрывающим элементом в виде шара, корпус и внешние камеры выполнены раздельно; на фиг. 3 изображено гидравлическое устройство, включающее корпус с двумя буферными камерами и с двумя внешними камерами, при этом одна внешняя камера снабжена заглушкой и дополнительным пружинным элементом, вторая внешняя камера снабжена дополнительным гидравлическим каналом, корпус и внешние камеры выполнены в виде монолитной муфты с резьбой; на фиг. 4 изображено гидравлическое устройство, включающее корпус с перепускной камерой, с двумя буферными камерами и с двумя внешними камерами, снабженными заглушками, внешние камеры и корпус выполнены монолитно.
Гидравлическое устройство состоит из корпуса 1 с одной или несколькими внешними камерами 2 и с одной или несколькими буферными камерами 3, из одного или нескольких подвижных элементов 4, из гидравлического канала высокого давления 5 и герметизирующих элементов 6.
Корпус 1 выполнен с впускным отверстием 7 и с одним или несколькими перепускными отверстиями 8.
Одна или несколько внешних камер 2 расположены в корпусе 1 с возможностью зарядки заданным давлением на устье или в скважине и с возможностью обеспечения функции пружины.
Корпус 1 с одной или несколькими внешними камерами 2 с функциями пружины выполнены монолитно или составными, в случае составного выполнения части: корпус 1 и внешняя камера 2 или корпус 1 и внешние камеры 2 герметично соединены между собой посредством разъемного или неразъемного соединения. Разъемное соединение представляет собой, например, резьбовое соединение, неразъемное соединение представляет собой, например, соединение посредством пайки или сварки.
Корпус 1 выполнен, например, в виде муфты составной или монолитной.
Впускное отверстие 7 выполнено в корпусе 1 с возможностью гидравлического сообщения с одной или несколькими буферными камерами 3.
Одно или несколько перепускных отверстий 8 выполнены в корпусе 1 с возможностью гидравлического сообщения затрубного пространства с внутритрубным пространством и выполненными с заданными разными или одинаковыми размерами пропускных сечений. Размер пропускного сечения перепускного отверстия 8 задают от условий регулирования объемом перетока жидкости или газа.
Внешняя камера 2 с функцией пружины представляет собой закрытое пространство, предварительно заряженное рабочим агентом с заданным давлением на устье или в скважине, с возможностью сжатия или разжатия пространства внешней камеры, изменяя при этом объем.
Буферная камера или камеры 3 расположены в корпусе 1 между герметизирующими элементами 6. Буферные камеры 3 расположены в корпусе 1 с возможностью гидравлического сообщения между собой и со впускным отверстием 7, при этом буферная камера 3 представляет собой пространство между герметизирующими элементами 6.
Герметизирующие элементы 6 и подвижный элемент или элементы 4 расположены в корпусе 1 с возможностью гидравлического разобщения изоляции буферной камеры 3 от перепускного отверстия или отверстий 8 и от внешней камеры или камер 2.
Например, герметизирующие элементы 6 установлены на подвижном элементе 4 в зоне внешней камеры 2 между буферной 3 и внешней 2 камерами и в зоне перепускного отверстия 8 между буферной камерой 3 и перепускным отверстием 8, гидравлически изолируя буферную камеру 3 от перепускного отверстия 8 и от внешней камеры 2.
Одна или несколько буферных камер 3 посредством впускного отверстия 7 гидравлически сообщены с гидравлическим каналом высокого давления 5 с возможностью изменения давления в одной или нескольких буферных камер 3.
Один или несколько подвижных элементов 4 расположены в корпусе 1 с возможностью герметичного возвратно-поступательного перемещения в корпусе 1, закрывая или открывая или частично закрывая или частично открывая перепускные отверстия или отверстие 8.
Подвижный элемент 4 выполнен составным или монолитным и с разными размерами поперечного сечения, например, в виде штока переменного сечения, стержня переменного сечения, цилиндра переменного сечения, поршня переменного сечения, при этом размер поперечного сечения подвижного элемента 4 со стороны перепускных отверстий или отверстия 8 меньше, чем размер поперечного сечения подвижного элемента 4 со стороны внешней камеры 2, что обеспечивает возвратно-поступательное перемещение подвижного элемента 4 в сторону его большего или меньшего размера поперечного сечения при изменении давления в буферной камере 3, то есть перемещение подвижного элемента 4 в сторону внешней камеры 2 или в сторону перепускных отверстий или отверстия 8.
Например, в зоне перепускного отверстия 8 размер поперечного сечения подвижного элемента 4 меньше, чем размер поперечного сечения подвижного элемента 4 в зоне внешней камеры.
Гидравлический канал высокого давления 5 герметично закреплен во впускном отверстии 7, например, посредством резьбового соединения, и гидравлически сообщен с ним.
Герметизирующий элемент 6 представляет собой, например, по меньшей мере, одну герметизирующую втулку, по меньшей мере, один герметизирующий уплотнитель в виде кольца, по меньшей мере, одну герметизирующую поверхность.
Например, герметизирующий уплотнитель 6 в виде кольца расположен на подвижном элементе 4 в зоне перепускных отверстий 8 и в зоне внешней камеры 2; герметизирующая поверхность 6 закреплена на подвижном элементе 4 в зоне перепускных отверстий 8 и в зоне внешней камеры 2; герметизирующая поверхность 6 закреплена на внутренней поверхности корпуса 1 в зоне перепускных отверстий 8 и в зоне внешней камеры 2.
Гидравлическое устройство дополнительно снабжено, по меньшей мере, одним пружинным элементом 9, по меньшей мере, одной перепускной камерой 10, одним или несколькими дополнительными гидравлическими каналами 11, по меньшей мере, одной заглушкой 12, по меньшей мере, одним соединительным элементом 13, одним или несколькими штуцерами и одним или несколькими перекрывающими элементами 14, одним или несколькими контрольно-измерительными скважинными приборами.
Пружинный элемент 9 обеспечивает дополнительную пружинную функцию внешней камеры 2, расположен во внешней камере 2 и герметично закреплен на подвижном элементе 4 и во внешней камере 2 посредством разъемного или неразъемного соединения. Пружинный элемент 9 представляет собой, например, сильфонную камеру, пружину.
Перепускная камера 10 гидравлически связана с перепускными отверстиями или отверстием 8.
Дополнительный гидравлический канал 11 герметично соединен с внешней камерой 2 с возможностью зарядки ее на заданное давление в скважине.
Заглушка 12 герметично расположена во внешней камере 2.
Соединительный элемент 13 герметично соединяет между собой, например, гидравлический канал высокого давления 5 и впускные отверстия 7, гидравлический канал 11 и внешнюю камеру 2.
Соединительный элемент 13 представляет собой, например, втулку с герметизирующим элементом, муфту с герметизирующим элементом.
Штуцер расположен в перепускном отверстии 8.
Перекрывающий элемент 14 закреплен на подвижном элементе 4 в зоне перепускных отверстий - со стороны перепускного отверстия 8 и выполнен, например, в виде шара или сферы, или конуса, или цилиндра, или в виде резино-металлической насадки.
Контрольно-измерительный скважинный прибор служит для замера давлений зарядки во внешней камере 2, давлений в буферной 3 и перепускной 10 камер и давлений в скважине.
Способ осуществляет работу устройства следующим образом.
В скважину спускают колонну труб НКТ с гидравлическим устройством, состоящим из одного или нескольких подвижных элементов 4, гидравлического канала высокого давления 5, герметизирующих элементов 6, из корпуса 1 с одной или несколькими буферными камерами 3, с одной или несколькими внешними камерами 2 с функциями пружины, с впускным отверстием 7 и с одним или несколькими перепускными отверстиями 8.
Внешнюю камеру или камеры 2 с функциями пружины на момент начала работы гидравлического устройства заряжают рабочим агентом с заданным давлением один раз перед монтажем и спуском в скважину на устье или в скважине, при этом давление зарядки в статичном состоянии во внешней камере или камерах 2 всегда больше статичного давления в гидравлическом канале высокого давления 5 и, соответственно, в буферной камере 3.
Рабочий агент представляет собой жидкость или газ, например, азот, скважинный флюид.
Буферную камеру или камеры 3 гидравлически изолируют от одного или нескольких перепускных отверстий 8 и от внешней камеры или камер 2 посредством герметизирующих элементов 6 и подвижного элемента или элементов 4. При этом подвижный элемент или элементы 4 располагают в буферной камере или камерах 3 и во внешней камере или камерах 2 с возможностью герметичного возвратно-поступательного перемещения в в корпусе 1 в герметизирующих элементах 6 и/или с герметизирующими элементами 6, обеспечивая гидравлическую изоляцию разобщение буферной камеры или камер 3 от перепускного отверстия или отверстий 8 и от внешней камеры или камер 2.
Например, при наличии перепускной камеры 10 подвижный элемент 4 располагают в перепускной камере 10, в буферной камере 3, во внешней камере 2 и в герметизирующих элементах 6 с возможностью герметичного его перемещения и обеспечения гидравлической изоляции буферной камеры 3 от перепускного отверстия или отверстий 8 и от внешней камеры 2.
С устья скважины в гидравлический канал высокого давления5 подают рабочий агент с давлением, превышающим давление рабочего агента во внешней камере или камерах 2, который поступает во впускное отверстие 7, а затем в буферную камеру или камеры 3, заряжая их этим рабочим агентом. После чего осуществляют перемещение подвижного элемента или элементов 4 путем изменения давления в гидравлическом канале высокого давления 5 и, соответственно, изменения давления в буферной камере или камерах 3, повышая или понижая его относительно давления зарядки рабочего во внешней камере или камер 2.
Изменение, например, повышение давления в буферной камере или камерах 3 влечет за собой перемещение подвижного элемента или элементов 4 в сторону внешней камеры или камер 2, изменяя давление во внешней камере или камер 2 путем сжатия их пространства, или в сторону перепускных отверстиях или отверстия 8, или частично закрывая или частично открывая перепускные отверстия или отверстие 8.
За счет подачи в буферную камеру или камеры 3 рабочего агента с давлением выше давления зарядки рабочего агента во внешней камере или камерах 2 и при передавливании рабочего агента внутри внешней камере или камерах 2 осуществляют перемещение подвижного элемента или элементов 4, а при стравливании давления в буферной камере осуществляют возвратное перемещение подвижного элемента 4 в исходное состояние.
Перемещение подвижного элемента или элементов 4 осуществляют возвратно-поступательно и герметично.
Герметичное перемещение подвижного элемента 4 осуществляют в герметизирующем элементе 6 и с герметизирующим элементом 6, в герметизирующих элементах 6 или с герметизирующими элементами 6.
В процессе герметичного возвратно-поступательного перемещения подвижного элемента 4 открывают или закрывают одно или несколько перепускных отверстий 8.
В процессе герметичного возвратно-поступательного перемещения подвижных элементов 4 открывают и/или закрывают одно или несколько перепускных отверстий 8.
После открытия или закрытия одного или нескольких перепускных отверстий 8, подвижный элемент или элементы 4 удерживают в заданном положении заданный период времени, например, удерживая заданное давление в гидравлическом канале высокого давления 5 и, соответственно, в буферной камере 3.
При открытых перепускных отверстиях или отверстия 8 осуществляют перепуск скважинной жидкости из затрубного пространства скважины во внутритрубное пространство и обратно, регулируя, тем самым переток скважинного флюида.
Регулирование давление зарядки рабочего агента во внешней камере 2 позволяет подбирать давление необходимое для определения заданного исходного транспортного положения подвижного элемента 4 соответствующего, например, состоянию гидравлического регулятора в положении «открыто» или «закрыто», в том числе при спуске его в скважину или при нахождении его в скважине.
Регулирование давления в буферной камере 3 путем изменения давления относительно давления во внешней камере 2, позволяет перемещать подвижный элемент 4 из исходного состояния в заданное положение и удерживать его в этом состоянии.
В зависимости от поставленной задачи гидравлическое устройство настраивают на определенный заданный режим работы в скважине, например, режим выравнивания давления затрубного пространства скважины с давлением внутритрубным.
При наличии нескольких подвижных элементов 4 их перемещение осуществляют одновременно или поочередно.
Например, при установке в гидравлическом устройстве двух подвижных элементов 4 в противофазе, первый подвижный элемент 4 открывает перепускные отверстия 8 с размером пропускного сечения соответствующего первому подвижному элементу 4, а второй подвижный элемент 4 закрывает перепускные отверстия 8 с размером пропускного сечения соответствующего второму подвижному элементу 4, при этом оба подвижных элемента 4, перемещаясь одновременно, открывают и закрывают каждый свои перепускные отверстия 8, осуществляя перепуск и закрытие перепуска скважинной жидкости из затрубного пространства скважины во внутритрубное пространство, в зависимости от заданного давления рабочего агента, соответствующего давлению зарядки внешней камеры 2, размеру поперечного сечения подвижного элемента 4 и размеру пропускного сечения перепускных отверстий 8.
Таким образом, одновременное или поочередное перекрывание заданных перепускных отверстий 8 обеспечивают разным давлением зарядки внешних камер 2 и/или разным размером пропускного сечения перепускных отверстий 8, и/или выполнением подвижных элементов 4 с разным размером поперечных сечений в зоне перепускных отверстий 8 и в зоне внешних камер 2.
В исходном транспортном состоянии режим «закрыто» или «открыто» давление зарядки рабочего агента во внешней камере 2 с функциями пружины превышает давление столба рабочего агента, заполняющего гидравлический канал высокого давления 5, определяющего статическое давление, т.е. всегда выше, чем статическое минимальное давление в буферной камере 3.
Давление рабочего агента в буферной камере 3 в зависимости от поставленной задачи периодически изменяют, а именно, создают выше или ниже, чем давление рабочего агента во внешней камере или камерах 2, обеспечивая тем самым возвратно-поступательное перемещение подвижного элемента или элементов 4. Чем выше давление во внешней камере 2, тем выше давление создают в буферной камере 3.
Предлагаемое гидравлическое устройство также используют при одновременной или раздельной добычи или закачки для чего в скважине устанавливают дополнительное оборудование, которое герметично отсекает пласт или пласты, например, пакер или пакера, и затем осуществляют работу гидравлического устройства, перепуская скважинный флюида через перепускные отверстия или отверстие 8. Для чего изменяют давление в гидравлическом канале высокого давления 5 и, соответственно, в буферной камере или камерах 3 посредством нагнетания рабочего агента с заданным давлением из гидравлического канала высокого давления 5 через впускное отверстие 7, перемещая при этом подвижный элемент или элементы 4. При превышении давления в буферной камере 3 над давлением во внешней камере 2 происходит поступательное перемещение подвижного элемента 4 в сторону внешней камеры 2 и сжатие ее, а при снижении давления в буферной камере 3 происходит разжатие внешней камеры 2 и возвратное перемещение подвижного элемента 4 в исходное положение, то есть в сторону перепускных отверстий или отверстия 8.
Пример 1. На устье перед монтажем и спуском в скважину в корпусе 1 располагают буферную камеру 3, гидравлически изолируют от внешней камеры 2 и гидравлически изолируют от перепускных отверстий 8. Внешнюю камеру 2 заряжают азотом с заданным давлением, обеспечивающим функцию пружины.
Давление в буферной камере 3 задают исходя из планируемого открытия или закрытия перепускных отверстий 8 и объема перетока скважинной жидкости через перепускные отверстия 8. Внешняя камера 2 и корпус 1 выполнены составными и герметично соединены между собой для удобства обслуживания и их устанавливают на внешней стороне НКТ. (Фиг. 1).
Спускают в скважину НКТ с двумя пакерами и гидравлическим устройством, состоящим из гидравлического канала высокого давления 5, из подвижного элемента 4, выполненного составным с расширенной частью в виде поршня и с дополнительным перекрывающим элементом 14 в виде шара, герметизирующих элементов 6, из корпуса 1 с внешней камерой 2, с впускным 7 и перепускными отверстиями 8 и с буферной камерой 3.
Гидравлическое устройство находится в состоянии «открыто» и внутритрубное пространство с затрубным пространством сообщаются через перепускные отверстия 8.
По гидравлическому каналу высокого давления 5 во впускное отверстие 7 и в буферную камеру 3 подают гидравлическую жидкость с давлением, превышающим давление рабочего агента во внешней камере 2
Поскольку подвижный элемент 4 со стороны внешней камеры 2 имеет поперечное сечение больше, чем со стороны перепускных отверстий 8, то повышенное давление в буферной камере 3 воздействует на расширенный участок подвижного элемента 4, поступательно перемещая его в сторону внешней камеры 2. При этом перекрывающий элемент 14 подвижного элемента 4 закрывает перепускное отверстие 8 и гидравлическое устройство переходит в состояние «закрыто» и внутритрубное пространство с затрубным пространством не сообщаются.
После закрытия перепускных отверстий 8, подвижный элемент 4 удерживают в заданном положении расчетный период времени, например, удерживая заданное давление в гидравлический канал высокого давления 5 и, соответственно, в буферной камере 3.
Затем осуществляют процесс открытия перепускных отверстий 8, для чего подвижный элемент 4 в возвратно-поступательном режиме работы перемещают в сторону перепускных отверстий 8, понижая давление гидравлической жидкости в гидравлическом канале высокого давления 5 и, соответственно, в буферной камере 3.
Открыв перепускные отверстия 8, подвижный элемент 4 удерживают в этом положении заданный период времени, осуществляя перепуск скважинной жидкости из затрубного пространства скважины во внутритрубное пространство через перепускные отверстия 8.
Пример 2. На устье скважины перед монтажем и спуском в скважину в корпусе 1 располагают две внешние камеры 2, две перепускные камеры 10 и одну общую буферную камеру 3, два подвижных элемента 4, герметизирующие элементы 6 и гидравлически изолируют буферную камеру 3 от перепускных отверстий 8 и от внешних камер 2.
Каждую внешнюю камеру 2 заряжают азотом с давлением, превышающим статичное давление в гидравлическом канале высокого давления 5 и, соответственно, в буферной камере 3, при этом внешние камеры 2 заряжены разным заданным давлением.
Давление гидравлической жидкости в буферной камере 3 задают исходя из выбранного положения «открыто» или «закрыто» соответствующего подвижного элемента 4. В одной внешней камере 2 располагают дополнительный элемент в виде болта, зафиксированного к стенке внешней камеры 2, который обеспечивает дополнительное ограничение хода подвижного элемента 4 (Фиг. 2).
Внешние камеры 2 для удобства обслуживания выполнены составными с корпусом 1 и герметично соединены с ним и прикручены к НКТ.
Спускают в скважину НКТ с двумя пакерами и гидравлическим устройством, состоящим из гидравлического канала высокого давления 5, двух подвижных элементов 4, выполненных с разными поперечными сечениями, герметизирующих элементов 6, корпуса 1 с впускным 7 и с перепускными отверстиями 8, одной общей буферной камерой 3 и двух внешних камер 2.
Гидравлическое устройство осуществляет работу при отсеченных пакерами пластах для чего из транспортного положения «закрыто» переводят в положение «открыто» путем создания давления гидравлической жидкости в гидравлическом канале высокого давления 5 выше, чем давление азота во внешних камерах 2, гидравлическая жидкость с заданным давлением из гидравлического канала высокого давления 5 поступает во впускное отверстие 7 и затем в буферную камеру 3.
Изменяя давление гидравлической жидкости в буферной камере 3, поочередно перемещают два подвижных элемента 4 и открывают и закрывают соответствующие им перепускные отверстия 8.
За счет периодического повышения давления гидравлической жидкости в буферной камере 3, превышающее давление зарядки газа во внешних камерах 2, происходит перемещение двух подвижных элементов 4 поочередно в сторону соответствующих им внешних камер 2. При снижении давления гидравлической жидкости в буферной камере 3 подвижные элементы 4 возвращают в исходное положение в состояние «закрыто». Зарядка внешних камер 2 газом на заданное давление обеспечивает возврат подвижных элементов 4 в транспортное исходное состояние под действием пружинной функции газа внешних камерах 2.
Поскольку каждый подвижный элемент 4 во внешней камере 2 имеет размер поперечного сечения больше, чем со стороны перепускных отверстий 8, то повышенное давление гидравлической жидкости в буферной камере 3 воздействует на расширенный участок каждого подвижного элемента 4, поступательно перемещая его, например, в сторону внешней камеры 2 со сжиманием азота в ней и с открытием перепускных отверстий 8. После чего, подвижные элементы 4 удерживают в этом положении заданный период времени и осуществляют заданный объем перепуска скважинной жидкости из затрубного пространства скважины во внутритрубное пространство.
Сжатый азот в каждой внешней камере 2 выполняет функцию пружины в сжатом состоянии для возврата каждого подвижного элемента 4 в исходное транспортное положение «закрыто» и при снижении давления гидравлической жидкости в гидравлическом канале высокого давления 5, соответственно, при снижении давления в буферных камерах 3 перепускные отверстия 8 закрывают.
При снижении давления гидравлической жидкости в буферной камере 3 ниже давления, чем давление азота во внешних камерах 3, один подвижный элемент 4 перекрывает соответствующие ему перепускное отверстие 8 запирающим элементом 14 в виде шара, а другой подвижный элемент 4 перекрывает соответствующие этому подвижному элементу 4 перепускное отверстие 8.
Подвижные элементы 4 удерживают в этом положении заданный период времени, закрыв перепуск скважинной жидкости из затрубного пространства скважины во внутритрубное пространство.
При периодическом превышении давления в буферной камере 3 над давлением во внешних камерах 2 происходит перемещение каждого подвижного элемента 4 в сторону внешней камеры 2 и открытие соответствующих перепускных отверстий 8, при этом за счет герметизирующих элементов 6 возвратно-поступательное перемещение подвижного элемента 4 осуществляют герметично.
Подвижные элементы 4 удерживают в этом положении заданный период времени, открыв перепуск скважинной жидкости из затрубного пространства скважины во внутритрубное пространство.
Пример 3. На устье перед монтажем и спуском в скважину в корпусе располагают две внешние камеры 3, две буферных камеры 3, два подвижных элемента 4, герметизирующие элементы 6 и гидравлически изолируют буферные камеры 3 от перепускных отверстий 8 и от внешних камер 3 (Фиг. 3).
В одной внешней камере 2 располагают дополнительный пружинный элемент 9 в виде пружины, зафиксированный к расширенной части подвижного элемента 4 и к стенкам внешней камеры 2. Внешние камеры 2 заряжают азотом с заданным давлением на устье и в скважине посредством дополнительного гидравлического канала 11. Давление газа в буферной камере 3 создают исходя из положения подвижных элементов «открыто» или «закрыто».
По дополнительному гидравлическому каналу 11 подают рабочий агент под заданным давлением.
Внешние камеры 2 заряжены одинаковым заданным давлением, исходя из этого, изменяя давление газа в буферных камерах 3, одновременно перемещают два подвижных элемента 4 открывая или закрывая перепускные отверстия 8 в зависимости от параметров давления газа в гидравлическом канале высокого давления 5 и, соответственно, в буферных камерах 3.
Корпус 1 и внешние камеры 2 выполнены в виде монолитной муфты с резьбой, которая прикручивается к НКТ.
Спускают в скважину НКТ с одним или несколькими пакерами в зависимости технических условий скважины, с гидравлическим устройством, состоящим из гидравлического канала высокого давления 5, двух подвижных элементов 4, герметизирующих элементов 6, корпуса 1 с впускным 7, перепускными отверстиями 8, с двумя внешними камерами 2, с двумя буферными камерами 3, гидравлически соединенными между собой и с впускным отверстием 8. Корпус 1 и внешние камеры 2 выполнены в виде монолитной муфты с резьбой, которая прикручивается к НКТ.
Буферные камеры 3 соединены с гидравлическим каналом высокого давления 5 посредством впускного отверстия 7, обеспечивая за счет созданного давления в них одновременно воздействовать на несколько подвижных элементов 4, увеличивая универсальность гидравлического устройства.
Гидравлическое устройство осуществляет работу путем перевода из транспортного положения «закрыто» в положение «открыто» за счет создания давления газа в гидравлическом канале высокого давления 5 выше, чем давление жидкости во внешней камере 2 с пружиной 9 и во внешней камере 2 с дополнительным гидравлическим каналом 11. Газ с повышенным давлением из гидравлического канала высокого давления 5 поступает во впускное отверстие 7 и затем в буферные камеры 3.
За счет созданного давления газа в буферных камерах 3 выше давления зарядки жидкости во внешних камерах 2 осуществляют одновременное поступательное перемещение двух подвижных элементов 4 в сторону внешних камер 2. Поскольку подвижный элемент 4 во внешней камере 2 имеет размер поперечного сечения больше, чем со стороны перепускных отверстий 8, то повышенное давление в буферной камере 3 воздействует на расширенный участок подвижного элемента 4, поступательно перемещая его в сторону внешних камер 2, сжимая газ и пружину 9 в ней с открытием соответствующих ему перепускных отверстий 8.
Подвижные элементы 4 удерживают в положении «открыто» заданный период времени, осуществляя перепуск скважинной жидкости из затрубного пространства скважины во внутритрубное пространство.
За счет снижения давления газа в буферных камерах 3 относительно давление зарядки газом или газированным флюидом во внешних камерах 2 и дополнительной силы действия пружины 9 в одной из внешних камер 2 осуществляют возвратно-поступательное перемещение двух подвижных элементов 4 в сторону перепускных отверстий 8, закрывая их.
Подвижные элементы 4 удерживают в положении «закрыто» заданный период времени, закрыв перепуск скважинной жидкости из затрубного пространства скважины во внутритрубное пространство.
Пример 4. В глубокую скважину спускают на НКТ два пакера и гидравлическое устройство, состоящее из гидравлического канала высокого давления 5, двух подвижных элементов 4, герметизирующих элементов 6, корпуса 1 с отверстиями впускным 7 и перепускными отверстиями 8, с двумя внешними камерами 2, с двумя перепускными камерами 10 и с двумя буферными камерами 3.
Буферные камеры 3 изолируют от перепускных отверстий 8 и внешних камер 2 посредством подвижных элементов 4 и герметизирующих элементов 6 (Фиг. 4).
Перед монтажом и спуском в скважину каждую внешнюю камеру 2 заряжают азотом на одинаковое постоянное заданное давление, превышающим расчетного значения давления столба гидравлической жидкости в статике в гидравлическом канале высокого давления 5 для заданной глубины спуска регулирующего устройства. Подвижные элементы 4 выполнены с различными размерами поперечных сечений со стороны внешних камер 2. Каждый подвижный элемент 4 расположен во внешней камере 2, в буферной камере 3 и в перепускной камере 10 с возможностью герметичного перемещения его внутри камер 2, 3 и 10. Границы камер 2, 3, 10 маркируют и герметично разделяют герметизирующими элементами 6 и подвижными элементами 4.
Корпус 1 и внешние камеры 2 выполнены в виде монолитной муфты с резьбой, которая прикручивается к НКТ.
Регулирование гидравлическим устройством осуществляют посредством изменения давления в буферных камерах 3, повышая его до заданного значения или снижая его до исходного значения за счет подачи или стравливания газа или гидравлической жидкости из гидравлического канала высокого давления 5.
За счет разности размеров поперечных сечений двух подвижных элементов 4 при одинаковых давлениях зарядки азота во внешних камерах 2, определяют очередность их перемещений. Вначале перемещают подвижный элемент 4 с большим поперечным сечением со стороны внешней камеры 2 относительно другого подвижного элемента 4 и меньшим поперечным сечением со стороны перепускных отверстий 8.
Разность размеров поперечных сечений подвижных элементов 4 внутри буферной камеры 3 обеспечивает определение исходного транспортного положения подвижных элементов 4, соответствующих состоянию положения «открыто» и/или «закрыто», при спуске гидравлического устройства в скважину или при нахождении его в скважине.
Определение давлений газа внутри буферной камеры 3 осуществляют в том числе и по технологическим данным.
Например, для периодического изменения давления газа в буферной камере 3, снижая или повышая его относительно давления азота во внешних камерах 2 и давления в зоне перепускных отверстий 8 выполняют следующие условия:
при Sперепуск*Pперепуск+Pбуф*(Sвнеш-Sперепуск)>Pвнеш*Sвнеш подвижный элемент 4 переместится в сторону внешней камеры 2,
при Sперепуск*Pперепуск+Pбуф*(Sвнеш-Sперепуск)<Pвнеш*Sвнеш подвижный элемент 4 переместится в сторону перепускных отверстий 8.
Sперепуск - площадь сечения штока подвижного элемента 4 в зоне герметизирующих элементов 6 со стороны перепускных отверстий 8;
Sвнеш - площадь сечения штока подвижного элемента 4 в зоне герметизирующих элементов 6 со стороны внешней камеры 2;
Pперепуск - давление в зоне перепускных отверстий 8;
Рбуф - давление в буферной камере 3;
Pвнеш - давление в внешней камере 2.
Возвратно-поступательно перемещение подвижных элементов 4 осуществляют из исходного состояния в заданное положение или удержание их в этом состоянии при статичном удержании давления газа внутри буферных камерах 3. Давление газа в буферных камерах превышает давление азота во внешних камерах 2.
Размеры поперечных сечений подвижного элемента 4 в каждой буферной камере разные 3 и, при этом, меньший размер поперечного сечения каждого подвижного элемента 4 расположен со стороны перепускных отверстий 8, а больший размер поперечного сечения каждого подвижного элемента 4 расположен во внешней камере 2.
Посредством подачи или стравливания газа через гидравлический канал высокого давления 5 регулируют давление газа в каждой буферной камере 3, изменяя давление в ней до заданных значений и перемещая соответствующий ей подвижный элемент 4.
Давление газа в каждой буферной камере 3 изменяют периодически ниже или выше давления азота газа во внешней камере 2, увеличивая его или уменьшая, обеспечивая тем самым возвратно-поступательное перемещение соответствующего ей подвижного элемента и открытие или закрытие соответствующих этому подвижному элементу 4 перепускных отверстий 8 или всех перепускных отверстий 8, в зависимости из планируемого объема перетока скважинной жидкости через перепускные отверстия 8.
После открытия или закрытия перепускных отверстий 8 подвижные элементы 4 удерживают в положении открыто или закрыто расчетный период времени, осуществляя перепуск или закрытие перепуска из затрубного пространства скважины во внутритрубное пространство.
Предлагаемое техническое решение позволяет повысить надежность работы и, соответственно, эффективность эксплуатации, в т.ч. скважин с переменными давлениями, меняющимися во время их эксплуатации, и низким скважинным давлением, и расширяют возможности применения их в скважинах с малыми диаметрами, а конструкция заявленного гидравлического устройства обеспечивает с помощью одного гидравлического канала высокого давления, то есть позволяет минимизировать количество каналов высокого давления, дистанционно регулировать перепуск жидкости или газа из затрубного пространства скважины во внутритрубное пространство или наоборот в зависимости от назначения скважины.
Кроме того, предлагаемые технические решения позволяют обеспечить при наличии нескольких подвижных элементов одновременное или поочередное открытие перепускных отверстий, последовательно и позиционно открывая их, в том числе дистанционно, изменяя давление в гидравлическом канале высокого давления и, соответственно, изменяя давление буферной камере, а также обеспечить экономическую эффективность и при добыче углеводородного флюида и при поддержании пластового давления.