РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к технике добычи углеводородов и может быть использовано при эксплуатации нескольких разобщенных пластов нагнетательными и добывающими скважинами, а также для перепуска газа в газлифтных скважинах. Изобретение расширяет возможности использования регуляторов, имеющих естественные сужения под манжетами и/или цангой, и/или фиксаторами.
Известен съемный регулятор двухштуцерный, содержащий корпус с наружной проточкой, боковыми пропускными и осевым проходным каналами, нижний и верхний манжетодержатели с наружными уплотнительными элементами, ловильную головку с боковыми пропускными каналами и/или со сквозным осевым проходным каналом и хвостовик с фиксатором /RU 2256778, Е21В 34/06, опубл. 20.07.2005/. В корпусе регулятора дополнительно расположены противоположно с одинаковыми или разными проходными диаметрами съемные сужающие элементы.
Известный регулятор не позволяет эффективно длительно эксплуатировать скважину, поскольку из-за высоких скоростей фильтрации и турбулентности потока в корпусе регулятора в зоне естественных сужений под уплотнительными элементами, цангой или фиксатором происходит быстрый размыв и износ внутренних поверхностей корпуса, что приводит к разрегулированию и преждевременному выходу из строя регулятора. Кроме того, естественные сужения ограничивают внутреннее сечение проходных каналов и соответственно снижают максимальную пропускную способность регулятора.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка такой конструкции регулирующего устройства, которая позволила бы значительно увеличить его пропускную способность, а также длительность наработки на отказ.
При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в расширении функциональной возможности регулирующего устройства, связанной с увеличением его пропускной способности, а также с эффективностью и надежностью его при эксплуатации в добывающих и нагнетательных скважинах, в повышении длительности использования за счет резкого снижения гидравлических потерь и, следовательно, уменьшения процесса эрозии внутренней поверхности.
Указанный технический результат достигается тем, что регулирующее устройство содержит корпус с осевым каналом и боковыми пропускными отверстиями для прохода среды, имеющий суженную часть под уплотнительными или фиксирующими элементами, и соединенный с головкой и/или хвостовиком, которые имеют пропускные гидравлические каналы, при этом в осевом канале для прохода среды на входе и/или выходе из указанной суженной части установлена конусообразная насадка в виде воронки.
Вход и/или выход в суженной части корпуса и/или головки, и/или хвостовика под уплотнительными и/или фиксирующими элементами могут быть выполнены в виде воронки. В суженной части корпуса и/или головки, и/или хвостовика может быть установлен элемент с профилем в виде трубки Вентури. Суженная часть осевого канала корпуса и/или хвостовика, и/или головки под уплотнительными и/или фиксирующими элементами может быть выполнена в виде трубки Вентури. Угол конуса осевого канала для воронки или трубки Вентури в направлении движения потока, входящего в суженную часть корпуса и/или головки, и/или хвостовика, может быть выполнен в интервале 20-22 град. Угол конуса осевого канала для воронки или трубки Вентури в направлении движения потока, выходящего из сужения корпуса и/или головки, и/или хвостовика, может быть выполнен в интервале 7-15 град. В корпусе регулирующего устройства внутри осевого канала может быть установлен обратный конус для разделения потока и плавного направления его на выход в боковые пропускные отверстия, при этом угол входа потока в обратный конус выполнен в интервале 30-45 град.
Регулирующее устройство обеспечивает, благодаря изменению конфигурации внутренней поверхности осевого канала, резкое снижение гидравлических потерь, а, следовательно, устойчивое к эрозии внутреннюю поверхность гидравлических каналов, более высокую пропускную способность, надежное и более длительное во времени использование.
На фиг.1 - представлено регулирующее устройство, общий вид, на фиг.2 - то же, с установленной в корпусе перегородкой. Стрелками на фиг. показано направление движения среды. На фиг.3, 4 представлены различные исполнения регулирующего устройства.
Регулирующее устройство содержит (см. фиг.1, 2) корпус 1, который соединен с захватной головкой 2 и хвостовиком 3, снабженным цангой 4, и уплотнительные элементы или фиксирующие элементы 5. В хвостовике 3, захватной головке 2 и корпусе 1 выполнены пропускные гидравлические осевые 6, 7 и 8 и боковые каналы 9, 10, 11 для сообщения со средой, под которой понимается рабочая, технологическая, скважинная жидкость, пластовый флюид, вода.
Под уплотнительными или фиксирующими элементами 5 и цангой 4 осевой канал по естественным объективным причинам имеет суженную часть соответственно 12 и 13. Это связано с тем, что на корпусе 1 необходимо иметь место-паз с некоторой глубиной для установки и фиксации уплотнительных или фиксирующих элементов 5 и упорного кольца цанги 4.
Для уменьшения сопротивления от суженной части 12, 13 и увеличения его пропускной способности на входе к суженной части и/или выходе из суженной части устанавливают конусообразные насадки в виде воронки соответственно 14-17. В связи с чем, удается минимизировать внутренние гидравлические сопротивления, что способствует увеличению пропускной способности, снижению штуцирующего эффекта, а также длительности работы, и уменьшению значительного размыва в зоне сужения. Кроме того, вход и/или выход в суженной части 12 и 13 корпуса 1 и/или головки 2, и/или хвостовика 3 под уплотнительными и/или фиксирующими элементами 5 выполнены в виде воронки. В суженной части корпуса 1 и/или головки 2, и/или хвостовика 3 можно установить элемент с профилем в виде трубки Вентури 19 (фиг.4), а суженную часть осевых каналов 8, 6, 7 соответственно корпуса 1 и/или хвостовика 3, и/или головки 2 под уплотнительными и/или фиксирующими элементами 5 выполнить в виде трубки Вентури. Конусообразные элементы 14-17 могут быть выполнены из различных полимерных материалов, устойчивых к агрессивным средам, отвечающих необходимым требованиям эксплуатации (фиг.3, 4).
В корпусе 1 внутри осевого канала 8 установлен обратный конус 18 для разделения потока и плавного направления его на выход в боковые пропускные отверстия 10 (фиг.2).
Регулирующее устройство работает следующим образом.
Скорость и объем входящего потока среды ограничивается диаметром сечения осевого канала. Скорость выходящего потока среды снижается в конусообразной насадке 14-17, что приводит к созданию вакуума в середине или резкому разряжению в середине суженной части 12, 13, что приводит к резкому увеличению скорости движения среды и соответственно к увеличению пропускной способности суженной части осевого канала под уплотнительными или фиксирующими элементами 5.
Плавный постепенный переход угла конуса осевого канала от одного большего внутреннего диаметра сечения на меньший для воронки 14-17 или трубки Вентури под уплотнительными или фиксирующими элементами 5 с профилем набора кривизны на входе по движению жидкости 20-22 град, и на выходе из суженной части с углами 7-15 град., в отличие от резкого под углом в 90 град, ступенчатого перехода в виде диафрагмы, создающего препятствие на пути движения среды, приводит к 30-50% увеличению пропускной способности осевого канала 8. В связи с тем, что конусные заужения конусообразной насадки 14-17 значительно снижают гидравлические сопротивления на входе и выходе из суженной части основного проходного осевого канала 8.
Сравнительный анализ расчетов выполненных для регулирующих устройств с внутренним профилем проходного канала в виде трубки Вентури и диафрагмы показал, что для канала с профилем в виде трубки Вентури скорость потока и объем проходящей через него воды на 36-39% выше, чем при прохождении потока через суженную часть в виде диафрагмы.
При дополнительной установке обратного конуса 18 с углом входа потока среды в 30-45 град для отклонения потока среды из осевого канала 8 в боковые пропускные отверстия 10 регулирующего устройства позволяет снизить потери давления в сравнении с резким изменением направления движения потока под 90 град, в 2-3 раза (для скважинных условий от 62 атм до 20 атм.).