УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРИТОКА В ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ОБСАДНОЙ ТРУБЕ
DEVICE FOR ADJUSTMENT OF INFLOW IN PRODUCTION CASING PIPE

Область техники
Изобретение относится к системе регулирования притока в скважину, предназначенной для регулирования притока жидкости в обсадную трубу, поступающей снаружи обсадной трубы, например из продуктивного пласта или промежуточной обсадной трубы. Система регулирования притока в скважину содержит обсадную трубу с осевым направлением, стенку определенной толщины, клапан-регулятор притока, имеющий корпус с длиной, заданной продольной осью корпуса, и пружинный элемент, подвижный относительно корпуса и тем самым регулирующий приток жидкости, проходящей через клапан от входного отверстия корпуса к выходному отверстию корпуса.
Уровень техники
В нефтяной или газовой эксплуатационной скважине жидкость из продуктивного пласта к обсадной трубе обычно протекает в обсадную трубу непосредственно из породы, в частности, при закачнивании скважины открытым забоем, либо через перфорационные отверстия в стенке обсадной трубы. В последнее время предложены щелевые фильтры, скользящие муфты или сетчатые фильтры, обеспечивающие простой путь потока жидкости в обсадную трубу.
Эти решения обычно основаны на потоке, возникающем при создании рабочего перепада давления между продуктивным пластом и буровой скважиной.
В последнее время внутри буровой скважины устанавливают устройства, обеспечивающие возможность регулирования перепада давления посредством клапана диафрагменного типа с фиксированной диафрагмой. При возрастании давления, приложенного к фиксированной диафрагме, увеличивается скорость потока через клапан. Такие системы обычно называют пассивными устройствами регулирования притока (ICD).
В последнее время предложены клапаны, посредством которых перепад давления изменяют за счет поверхностного регулирования, с использованием гидравлических трубопроводных или электрических линий, причем посредством указанного регулирования за счет регулировки диафрагмы обеспечивают изменение перепада давления, приложенного к клапану, с изменением скорости потока через клапан.
Ввиду сложной природы пути потока жидкости от продуктивного пласта к поверхности скважины и неоднократной смены режимов потока жидкости предварительный расчет величины перепада давления между пластом и буровой скважиной представляет значительные трудности для эксплуатационных скважин. Следовательно, затруднены и предварительное вычисление размера диафрагмы клапана, подлежащей установке, и предварительный расчет оптимального управления клапанами с поверхности, что затрудняет эффективную эксплуатацию месторождения. Кроме того, с ходом эксплуатации скважины, неоднородности в продуктивном пласте и изменяющиеся условия в скважине вызывают колебания давления между пластом и буровой скважиной.
Описание изобретения
Целью изобретения является полное или частичное преодоление упомянутых выше недостатков и изъянов, присущих уровню техники. В частности, целью является создание альтернативного варианта клапана-регулятора притока, облегчающего регулирование притока жидкости из продуктивного пласта в обсадную трубу.
Решение упомянутых выше задач, вместе с рядом других задач, а также преимущества и признаки, которые подробнее изложены в приведенном ниже описании, обеспечены согласно изобретению посредством системы регулирования притока в скважину, предназначенной для регулирования притока жидкости в обсадную трубу снаружи обсадной трубы, например, из продуктивного пласта или из промежуточной обсадной трубы, содержащей:
- обсадную трубу с осевым направлением и стенку, имеющую определенную толщину,
- клапан-регулятор притока, имеющий корпус с длиной, заданной продольной осью корпуса, и пружинный элемент, подвижный относительно корпуса и тем самым регулирующий приток жидкости, проходящей через клапан от входного отверстия корпуса к выходному отверстию корпуса,
в которой клапан расположен таким образом, что осевое направление клапана перпендикулярно осевому направлению обсадной трубы.
Клапан-регулятор притока, имеющий осевое направление, перпендикулярное осевому направлению обсадной трубы, обеспечивает возможность ввода клапана изнутри обсадной трубы, после того, как скважина закончена. Во время добычи углеводородов или нефти происходит перемещение продуктивного пласта с подъемом нефти, после чего требуется ввести клапаны регулирования притока, обеспечивающие необходимое перемещение канала притока. Клапаны согласно уровню техники обычно вводят в процессе заканчивания скважины, а если происходит перемещение нефтяного пласта, то расположение клапанов больше не является правильным, поэтому только нефть, а не вода, имеет возможность войти в обсадную трубу. Клапан согласно изобретению возможно ввести на последующем этапе, когда происходит перемещение нефтяного продуктивного пласта.
В одном варианте реализации длина корпуса клапана по существу равна или меньше толщины стенки обсадной трубы.
Дополнительно, пружинный элемент проявляет свои упругие свойства в осевом направлении клапана, перпендикулярно осевому направлению обсадной трубы, с созданием упругой силы.
Кроме того, предусмотрена возможность того, что входное отверстие корпуса проходит от внешней поверхности корпуса до внутренней поверхности корпуса в радиальном направлении обсадной трубы, обеспечивая возможность придания жидкости радиального направления.
В другом варианте реализации, система регулирования притока в скважину дополнительно содержит муфту, расположенную напротив клапана и выполненную с возможностью скольжения из открытого положения в закрытое положение.
Расположение выполненной с возможностью скольжения муфты напротив клапана в качестве части стенки обсадной трубы обеспечивает возможность закрывания скользящей муфты, когда обсадная труба находится под давлением изнутри, для того, чтобы выполнить определенную операцию, требующую использования находящейся под высоким давлением жидкости, например, при расширении кольцевых перемычек. По окончании указанной работы, требующей использования высокого давления, предусмотрено открывание скользящей муфты с возможностью протекания жидкости из кольцевого пространства в обсадную трубу через клапан.
Дополнительно, муфта установлена с возможностью скольжения назад и вперед в углублении в стенке обсадной трубы и образует часть толщины стенки.
Благодаря этому исключено уменьшение внутреннего диаметра обсадной трубы, что могло бы ограничивать проведение последующих работ в скважине.
Система регулирования притока в скважину, как вариант, содержит устройство для размещения клапана в обсадной трубе, причем указанное устройство содержит:
- фрезерную головку, выполненную с возможностью удлинения в радиальном направлении указанного устройства, предназначенную для выполнения отверстия в стенке обсадной трубы,
- приспособление, например фрезу, метчик, режущее приспособление или резьбонарезное приспособление, предназначенное для выполнения крепежного углубления или резьбы в отверстии,
- и приспособление для ввода, например направляющий толкатель, предназначенный для ввода клапана в отверстие.
Дополнительно система регулирования притока в скважину, как вариант, содержит устройство для извлечения клапана в стенку обсадной трубы, причем устройство указанное содержит:
- ключ, предназначенный для ввода в углубление в клапане,
- и вращающее приспособление, соединенное с ключом, предназначенное для вращения клапана с целью вывинчивания клапана или для расцепления крепежного приспособления клапана для того, чтобы извлечь клапан.
Изобретение также относится к скважинному клапану-регулятору притока, выполненному с возможностью ввода в стенку обсадной трубы заканчивания скважины, причем указанный клапан, как вариант, содержит:
- корпус с заданной продольной осью,
- и пружинный элемент, проявляющий свои упругие свойства вдоль аксиального направления клапана и перпендикулярно осевому направлению обсадной трубы, с созданием упругой силы, обеспечивающей возможность регулирования потока жидкости через клапан от входного отверстия к выходному отверстию корпуса.
Скважинный клапан-регулятор притока, как вариант, дополнительно содержит:
- поршневой элемент, установленный с возможностью скольжения внутри корпуса и содержащий торцевую поверхность и по меньшей мере одну боковую поверхность, примыкающую к корпусу и проходящую от торцевой поверхности в направлении выходного отверстия корпуса, причем торцевая поверхность обращена к входному отверстию и имеет поршневое отверстие, обеспечивающее протекание жидкости от входного отверстия через поршневое отверстие и наружу через выходное отверстие,
- и пружинный элемент, расположенный между корпусом и поршнем,
в котором боковая поверхность поршневого элемента выполнена с возможностью по меньшей мере частично закрывать выходное отверстие с обеспечением снижения притока жидкости в обсадную трубу.
За счет наличия клапана-регулятора притока согласно изобретению обеспечена очень простая конструкция, а следовательно, и легкость изготовления клапана. Кроме того, этим обеспечена возможность того, что произойдет отказ меньшего количества элементов при использовании клапана в скважине. В конструкции клапана отсутствуют длинные и узкие пути потока жидкости, которые могут стать причиной застревания частиц и блокировки пути потока жидкости.
В одном варианте реализации корпус имеет первую, вторую и третью стенку, причем вторая стенка расположена между первой и третьей стенкой, и входное отверстие расположено в первой стенке, а выходное отверстие расположено во второй стенке.
В другом варианте реализации поршневой элемент является подпружиненным элементом, например подпружиненной диафрагмой, закрепленной в корпусе и пружинящей вверх и вниз в своем центре для перемещения боковой поверхности поршневого элемента с целью сокращения выходного отверстия. В этом варианте реализации пружинный элемент не требуется.
Кроме того, как вариант, корпус имеет форму, подобную пустотелому цилиндру, поршень имеет форму, подобную пустотелому цилиндру без нижнего основания, а торцевая поверхность поршня - круглая. В другом варианте реализации боковая поверхность поршня имеет отверстие, расположенное напротив выходного отверстия корпуса и обеспечивающее возможность протекания жидкости наружу корпуса и в обсадную трубу, а в случае падения давления в продуктивном пласте или блокировки входного отверстия посторонними частицами пружинный элемент обеспечивает перемещение поршня в направлении входного отверстия с закрытием выходного отверстия.
Дополнительно, боковая поверхность поршня со своей внешней стороны между отверстием и концом, наиболее удаленным от поверхности поршня, как вариант, снабжена шипом или выступом, входящим в выходное отверстие, в результате чего исключено повторное перемещение поршня вниз.
В еще одном варианте реализации жидкость в продуктивном пласте находится под первым давлением, жидкость после прохождения входного отверстии находится под вторым давлением, жидкость после прохождения поршневого отверстия находится под третьим давлением, а жидкость после прохождения выходного отверстия находится под четвертым давлением и, когда второе давление выше, чем третье давление и давление упругой силы пружинного элемента, обеспечена возможность выталкивания поршня вторым давлением, с тем чтобы по меньшей мере частично закрыть выходное отверстие.
Корпус, как вариант, содержит полость, в которой установлен поршень с возможностью скольжения, и указанный поршень разделяет корпус на первую полостную часть и вторую полостную часть.
Кроме того, клапан, как вариант, содержит группу выходных отверстий, которые, в частности, расположены в одной и той же стенке корпуса. Дополнительно, корпус, как вариант, имеет квадратную форму и несколько вторых стенок.
Пружинный элемент, как вариант, содержит спиральную пружину, дисковую пружину, листовую пружину или резиновый элемент.
Поршневой элемент, как вариант, имеет нижнюю поверхность, и пружинный элемент, как вариант, расположен между нижней поверхностью и корпусом.
Скважинный клапан-регулятор притока, как вариант, дополнительно содержит по меньшей мере одно уплотняющее приспособление между поршнем и корпусом, причем уплотняющее приспособление прикреплено с внешней стороны поршня или с внутренней стороны стенки корпуса.
Кроме того, предусмотрена возможность того, что корпус имеет упор и пружинный элемент, работающий как диафрагма в направлении указанного упора с обеспечением закрывания отверстия.
Дополнительно диафрагма, как вариант, содержит по меньшей мере одно клапанное отверстие.
Скважинный клапан-регулятор притока, как вариант, дополнительно содержит мембрану, расположенную между упором и пружинным элементом.
Скважинный клапан-регулятор притока, как вариант, дополнительно содержит сильфон, имеющий сильфонный отверстие, при этом в корпусе имеется выступ, сужающийся внутрь корпуса, и указанный сильфонный отверстие расположен вокруг выступа таким образом, что когда сильфон расширен, жидкость не имеет возможности войти через сильфонный отверстие, а когда не расширен, жидкости обеспечена возможность прохода сквозь сильфонный отверстие и наружу через выходное отверстие клапана.
Скважинный клапан-регулятор притока, как вариант, дополнительно содержит крепежное приспособление для прикрепления клапана к отверстию в обсадной трубе.
Крепежное приспособление, как вариант, содержит резьбу или крепежное приспособление, как вариант, содержит группу выступов, выступающих наружу в желобок в отверстии в стенке обсадной трубы и образующих, например, байонетный замок.
Дополнительно скважинный клапан-регулятор притока, как вариант, содержит уникальный идентификатор, например химическую или радиоактивную метку.
Кроме того, клапан, как вариант, содержит датчик газа, датчик воды или датчик плотности, выполненный с возможностью закрывания клапана, когда значение плотности ниже или выше, чем заданное значение плотности. В одном варианте реализации датчик газа или воды или датчик плотности содержит закрывающее приспособление, предназначенное для закрывания выходного отверстия или входного отверстия.
Каждый клапан, как вариант, содержит уникальный идентификатор, например химический идентификатор.
Закрывающее приспособление датчика, как вариант, содержит способный к разбуханию материал, закрывающий при разбухании входное отверстие, выходное отверстие или отверстие в поверхности поршня, когда жидкость содержит избыточное количество воды или газа.
Кроме того, как вариант, датчик содержит способный к растворению материал, который, как вариант, содержит уникальный идентификатор, высвобождающийся при растворении указанного материала.
Дополнительно клапан, как вариант, содержит фильтр или сетчатый фильтр. Этот фильтр, как вариант, содержит уникальный идентификатор или покрыт уникальным идентификатором, например химической или радиоактивной меткой.
Кроме того, клапан, как вариант, содержит камеру, заполненную уникальным идентификатором.
Этот уникальный идентификатор, как вариант, является гидрофильным идентификатором, высвобождение которого происходит, когда жидкость содержит воду.
Кроме того, предусмотрена возможность открывания камеры, заполненной уникальным идентификатором, посредством датчика газа или воды.
В дополнительном варианте обсадная труба является эксплуатационной обсадной трубой, окруженной промежуточной обсадной трубой, и в которой жидкость представляет собой газ, откаченный в промежуточную обсадную трубу и в клапаны эксплуатационной обсадной трубы.
Изобретение также относится к способу установки скважинного клапана-регулятора притока в существующую обсадную трубу скважины, при этом обсадная труба имеет стенку обсадной трубы, причем указанный способ включает этапы:
- ввод устройства в обсадную трубу и опускание устройства в заданное положение,
- обеспечение наличия отверстия в стенке обсадной трубы,
- ввод скважинного клапана-регулятора притока в отверстие,
- и прикрепление скважинного клапана-регулятора притока к стенке обсадной трубы.
Отверстие, как вариант, снабжают крепежным приспособлением, например резьбой, обеспечивающей возможность прикрепления клапана к стенке обсадной трубы посредством завинчивания клапана в стенку обсадной трубы, или механическим замком, выполненным с возможностью взаимодействия с замком, расположенным на клапане.
Кроме того, изобретение относится к способу замены скважинного клапана-регулятора притока в обсадной трубе скважины, при этом обсадная труба имеет стенку обсадной трубы, причем указанный способ включает этапы:
- ввод устройства в обсадную трубу и опускание устройства к клапану, подлежащему замене,
- открепление клапана от стенки обсадной трубы,
- извлечение клапана из обсадной трубы и тем самым раскрытие отверстия в стенке обсадной трубы,
- ввод нового клапана в отверстие,
- и прикрепление нового клапана к стенке обсадной трубы.
Дополнительно, изобретение относится к способу определения положения определенного скважинного клапана-регулятора притока во время эксплуатации в группе клапанов-регуляторов притока, разнесенных друг от друга в стенке обсадной трубы скважины, в котором каждый клапан содержит уникальный идентификатор, причем указанный способ включает этапы:
- анализ жидкости на наличие уникальных идентификаторов,
- сравнение результата анализа жидкости с уникальным идентификатором каждого клапана,
- и определение конкретного клапана на основании результатов сравнения. Наконец, изобретение относится к устройству, в котором это устройство для извлечения клапана в стенку обсадной трубы содержит:
- фрезерную головку для выполнения отверстия в стенке обсадной трубы,
- приспособление для выполнения крепежного углубления или резьбы в отверстии,
- и приспособление для ввода, предназначенное для ввода клапана в отверстие,
- или ключ, предназначенный для ввода в углубление в клапане и для вывинчивания клапана, или для расцепления крепежного приспособления клапана с целью извлечения клапана.
Обсадная труба системы, как вариант, содержит сетчатый фильтр, обеспечивающий возможность втекания жидкости через сетчатый фильтр до входа в клапан-регулятор притока.
В дополнительном варианте муфта системы расположена внутри или в соединении с обсадной трубой напротив выходного отверстия клапана, обеспечивая возможность закрывания муфтой выходного отверстия клапана.
Кроме того, система, как вариант, содержит регулирующее приспособление, предназначенное для регулирования закрывания каждого клапана с поверхности.
Дополнительно, система, как вариант, содержит приспособление для анализа жидкости на наличие уникальных идентификаторов.
Дополнительно, изобретение относится к способу установки скважинного клапана-регулятора притока в обсадной трубе.
Благодаря замыслу изобретения обеспечена возможность усовершенствования, которым является ввод скважинных клапанов-регуляторов притока в существующие скважины.
Отверстие предпочтительно выполнено посредством фрезерования или сверления.
Кроме того, предусмотрена возможность закрывания выходного отверстия клапана после прикрепления клапана к стенке обсадной трубы. Закрывание выходного отверстия клапана возможно выполнить посредством толкания или нажимания поршневого элемента или пружинного элемента клапана с обеспечением закрывания выходного отверстия.
Кроме того, предусмотрена возможность закрывания выходного отверстия клапана после прикрепления нового клапана к стенке обсадной трубы. Закрывание выходного отверстия клапана возможно выполнить посредством толкания или нажимания поршневого элемента клапана с обеспечением закрывания выходного отверстия.
Краткое описание чертежей
Изобретение и ряд его преимуществ подробнее описаны ниже со ссылками
на приложенные чертежи, на которых условно, с иллюстративной целью,
представлен ряд неограничивающих вариантов реализации.
Фиг.1 - система регулирования притока в скважину,
Фиг.2 - предложенный клапан-регулятор притока, вид в разрезе,
Фиг.3 - другой вариант реализации клапана-регулятора притока,
Фиг.4 - еще один вариант реализации клапана-регулятора притока,
Фиг.5 - еще один вариант реализации клапана-регулятора притока,
Фиг.6 - еще один вариант реализации клапана-регулятора притока,
Фиг.7 - еще один вариант реализации клапана-регулятора притока,
Фиг.8 - предложенная система регулирования притока в скважину,
Фиг.9 - другой вариант реализации системы контроля притока,
Фиг.10 - еще один вариант реализации системы контроля притока.
Все приведенные изображения условны и выполнены без строгого соблюдения масштаба, и отображают только те участки, которые необходимы для того, чтобы пояснить изобретение, при этом другие участки опущены и только подразумеваются.
Подробное раскрытие изобретения
Фиг.1 иллюстрирует систему 100 регулирования притока в скважину 100, содержащую обсадную трубу 4 в буровой скважине и группу клапанов-регуляторов притока для регулирования притока жидкости 2 из продуктивного пласта в обсадную трубу 4. Обсадная труба 4 имеет осевое направление 28 и стенку, имеющую толщину t. Каждый клапан-регулятор 1 притока имеет длину 30, заданную продольной осью 29 корпуса клапана, и каждый клапан размещен таким образом, что осевое направление клапана перпендикулярно осевому направлению обсадной трубы. Когда осевое направление клапана-регулятора притока перпендикулярно осевому направлению обсадной трубы, возможно осуществить ввод клапана изнутри обсадной трубы после выполнения заканчивания скважины. Клапаны согласно уровню техники обычно вводят в процессе заканчивания скважины, а если происходит перемещение нефтяного пласта, то расположение клапанов больше не является правильным и клапаны должны быть закрыты таким образом, что в частности воде перекрыт доступ в обсадную трубу.
Клапан согласно изобретению возможно с легкостью ввести на последующем этапе, когда происходит перемещение нефтяного пласта.
Обсадная труба 4 наиболее часто является эксплуатационной обсадной трубой, которая на участке, наиболее близком к поверхности, окружена второй промежуточной обсадной трубой 18 и, которая на участке, наиболее близком к глубине, расположена непосредственно в продуктивном пласте 3. Клапан-регулятор 1 притока расположен в обсадной трубе 4 для регулирования потока жидкости 2 из промежуточной обсадной трубы 18 или продуктивного пласта 3, при ее поступлении в обсадную трубу 4.
Скважинный клапан-регулятор 1 притока содержит корпус 5, имеющий входное отверстие 6 и выходное отверстие 7. Как показано на Фиг.2, корпус 5 размещен в стенке обсадной трубы посредством резьбового соединения 13. Длина корпуса 30 клапана по существу равна или меньше толщины стенки обсадной трубы.
Внутри корпуса 5 расположен поршневой элемент 8, установленный с возможностью скольжения назад и вперед для сужения выходного отверстия корпуса 5. Поршневой элемент 8 содержит торцевую поверхность 9, обращенную к входному отверстию 6 корпуса 5. Поршневой элемент 8 дополнительно содержит боковую поверхность 10, примыкающую к внутренней поверхности корпуса 5 и проходящую от поверхности 9 в направлении выходного отверстия 7 корпуса 5. Торцевая поверхность 9 имеет поршневое отверстие 11, обеспечивающее протекание жидкости 2 от входного отверстия 6 через поршневое отверстие 11 и наружу через выходное отверстие 7 корпуса 5. Клапан 1 дополнительно содержит пружинный элемент 12, расположенный между корпусом 5 и поршнем 8, в котором боковая поверхность 10 поршневого элемента 8 выполнена с возможностью по меньшей мере частично закрывать выходное отверстие 7 с обеспечением снижения притока жидкости 2 в обсадную трубу 4 и, следовательно, снижения скорости потока жидкости.
За счет наличия поршневого элемента 8, подвижного внутри корпуса 5 клапана, обеспечен самостоятельно действующий клапан 1 очень простой конструкции, способный регулировать приток жидкости. Эта простая конструкция облегчает изготовление клапана, и кроме того, обеспечивает возможность того, что произойдет отказ меньшего количества элементов, после ввода клапана 1 в скважину. Для ввода клапана-регулятора 1 притока в скважину клапан должен быть легким в установке, что в частности не обеспечено, если отверстия клапана необходимо выравнивать с существующими отверстиями. Предусмотрена возможность легкой установки клапана-регулятора 1 притока в существующую обсадную трубу 4 посредством фрезерования в обсадной трубе отверстия с резьбовым соединением 13, в результате чего клапан возможно установить без дополнительного выравнивания.
Корпус 5 имеет первую 14, вторую 15 и третью 16 стенку, и вторая стенка 15 расположена между первой 14 и третьей стенкой 16, обеспечивая отсутствие примыкания первой 14 и второй стенки 15 друг к другу. Входное отверстие 6 расположено в первой стенке 14 корпуса 5, и выходное отверстие 7 расположено в примыкающей второй стенке 15. Пружинный элемент 12 расположен внутри поршня 8 и давит на торцевую поверхность 9 поршня 8 в направлении входного отверстия 6 от выходного отверстия 7.
На Фиг.2 корпус имеет форму, подобную пустотелому цилиндру, и поршень 8 имеет форму, подобную пустотелому цилиндру без нижнего основания. Торцевая поверхность 9 поршня 8, следовательно, является круглой, и боковая поверхность 10 поршня 8 является цилиндрической боковой поверхностью, проходящей от поверхности 9 в направлении третьей стенки 16 корпуса 5 и выходного отверстия 7. В другом варианте реализации, корпус 5 имеет квадратное сечение, что означает, что корпус 5 имеет четыре вторые стенки 15 между первой 14 и третьей стенкой 16.
На Фиг.5 боковая поверхность 10 поршня 8 также представляет собой цилиндрическую боковую поверхность, имеющую два отверстия, расположенные снаружи и выровненные с выходным отверстием 7 корпуса 5, обеспечивающие возможность протекания жидкости 2 наружу корпуса бив обсадную трубу 4. Если выходное отверстие 7 необходимо сузить, боковую поверхность 10 поршня 8 смещают от входного отверстия 6 в корпусе 5. Этот вариант реализации имеет то преимущество, что если давление в продуктивном пласте 3 снижено по причине блокировки входного отверстия 6 посторонними частицами, или если фильтр или сетчатый фильтр блокирован, пружинный элемент 12 обеспечивает перемещение поршня 8 в направлении входного отверстия 6, посредством чего осуществляется закрывание выходного отверстия 7.
С внешней стороны боковой поверхности 10 поршня 8, между отверстием и концом, наиболее удаленным от поверхности поршня 9, боковая поверхность 10 поршня 8 снабжена шипом или выступом, входящим в выходное отверстие 7, в результате чего исключено повторное перемещение поршня 8 вниз. Шип или выступ удерживается внутри стенки боковой поверхности 10 поршня и, при возможности, происходит его поворот наружу в направлении выхода из отверстия. Таким образом, клапан-регулятор 1 притока постоянно закрыт, что обеспечивает возможность размещения нового клапана в другом месте в стенке обсадной трубы или замены клапана. Если клапан не закрыт, и элемент, блокирующий прохождение потока со временем был удален, то клапан начинает пропускать поток жидкости 2 в обсадную трубу 4 снова. Это является нежелательной ситуацией, поскольку исключает возможность оптимального управления эксплуатацией.
Жидкость 2 в продуктивном пласте 3 или в промежуточной обсадной трубе 18 имеет первое давление, жидкость 2 после прохождения входного отверстия 6 имеет второе давление, жидкость 2 после прохождения поршневого отверстия имеет третье давление, а жидкость 2 после прохождения выходного отверстия 7 имеет четвертое давление. Когда второе давление выше, чем третье давление и давление упругой силы пружинного элемента 12, обеспечена возможность выталкивания поршня 8 вторым давлением, с тем чтобы по меньшей мере частично закрыть выходное отверстие 7. Таким образом, клапан способен регулировать приток жидкости в обсадную трубу.
Как показано на Фиг.2-5, корпус 5 содержит полость, в которой установлен поршень 8 с возможностью скольжения. Поршень 8 разделяет корпус 5 на две части, первую полостную часть и вторую полостную часть, которые все еще остаются одной полостью.
2
3
4
Жидкость 2 в продуктивном пласте 3 или промежуточной обсадной трубе 18 имеет первое давление P1f жидкость 2 в первой полостной части после прохождения входного отверстия 6 имеет второе давление Р, жидкость 2 после прохождения поршневого отверстия во второй полостной части имеет третье давление Р, а жидкость 2 после прохождения выходного отверстия 7 имеет четвертое давление Р. Когда второе давление выше, чем третье давление и давление упругой силы F пружинного элемента, обеспечена возможность выталкивания поршня 8 вторым давлением с обеспечением по меньшей мере частичного закрывания выходного отверстия 7.
На Фиг.2 клапан-регулятор 1 притока содержит два выходных отверстия 7. В другом варианте реализации он, как вариант, содержит больше выходных отверстий 7.
На Фиг.2-4 пружинный элемент 12 изображен в виде спиральной пружины. На Фиг.5 пружинный элемент 12 является дисковой пружиной, состоящей из послойно размещенных дисков. Пружинный элемент 12 выполнен в виде пружинного приспособления любого пригодного типа, например листовой пружины или резины.
На Фиг.2 клапан-регулятор 1 притока прикреплен к обсадной трубе посредством резьбы, но также возможны другие крепежные приспособления 13, например группа выступов, входящих в желобок в стенке обсадной трубы. Как вариант, крепежное приспособление 13 является байонетным замком. На Фиг.3 клапан имеет крепежное приспособление 13 в форме выступов, действующих как шипы, когда они входят в желобок в стенке обсадной трубы. Клапан-регулятор 1 притока, как вариант, имеет форму сужающегося конуса, установленного в конусообразное отверстие в стенке обсадной трубы. Для закрепления клапана при его введении в обсадную трубу 4, клапан обеспечен крепежным приспособлением 13 в форме подпружиненных рычагов 13, с высвобождением их при вхождении кончика клапана во внешнюю часть обсадной трубы 4, как изображено на Фиг.5. Таким образом, изнутри скважины легко осуществить ввод клапана-регулятора притока в существующие скважины.
Поршневой элемент 8 установлен с возможностью скольжения внутри корпуса 5, и для того, чтобы заставить жидкость проходить только через поршневое отверстие 11, между поршневой боковой поверхностью 10 и второй стенкой 15 корпуса 5 предусмотрена возможность размещения уплотняющего приспособления 22. Предусмотрена возможность того, что уплотняющее приспособление 22 прикреплено в цилиндрическом желобке в поршне 8, как изображено на Фиг.2, или в цилиндрическом желобке стенки корпуса, как изображено на Фиг.3. Уплотняющее приспособление 22, как вариант, выполнено в виде уплотнительного кольца или любого другого пригодного уплотняющего приспособления 22.
Клапан-регулятор 1 притока содержит фильтр 17, предотвращающий проникновение в клапан через входное отверстие 6 твердых элементов из жидкости 2. Фильтр 17, следовательно, расположен в отверстии в корпусе 5, где он соединен с корпусом 5 посредством резьбового соединения 13. Как изображено на Фиг.3, сетчатый фильтр 20, как вариант, расположен с внешней стороны обсадной трубы 4, вынуждая жидкость 2 проходить через сетчатый фильтр 20 перед тем, как поступить во входное отверстие 6. На Фиг.3 поршневой элемент 8 содержит нижнюю поверхность, прикрепленную к поверхности 1 посредством пластин, штырей или аналогичных удлиненных элементов, и пружинный элемент 12 расположен между нижней поверхностью и корпусом 5. Предусмотрена возможность выполнения поршневого элемента 8 в виде пустотелого цилиндра или другого пустотелого элемента, имеющего, например, квадратное сечение, как изображено на Фиг.5. Пружинный элемент 12 возможно расположить между третьей стенкой 16 корпуса 5 и нижней поверхностью поршневого элемента 21. С внешней стороны поршня 8 боковая поверхность 10, как вариант, также имеет шипы или выступ, сдерживающие упругую силу, что приводит к тому, что выступ входит в выходное отверстие 7 и тем самым закрывает его.
Клапан-регулятор 1 притока содержит датчик воды, закрывающий клапан, когда жидкость 2, вытекающая из продуктивного пласта 3, содержит избыточное количество воды. Аналогичным образом клапан-регулятор 1 притока содержит датчик газа, закрывающий клапан, когда жидкость, вытекающая из продуктивного пласта 3, содержит избыточное количество газа. Предусмотрена возможность того, что клапан содержит датчик плотности, детектирующий изменения плотности жидкости 2 и обеспечивающий возможность закрывания клапана в случае, если плотность имеет значение ниже или выше, чем заданное значение плотности.
Клапан содержит закрывающее приспособление, обеспечивающие возможность его закрывания, когда в жидкости 2 слишком высокое содержание воды или газа или при чрезмерном изменении плотности.
Предусмотрена возможность закрывания клапана также посредством центрального управления с поверхности или посредством устройства 101, введенного в обсадную трубу 4. Благодаря возможности контролировать содержание воды и/или газа и закрывать клапан при достижении предельных значений намного легче сохранять высокое качество эксплуатации.
Если поршневой элемент 8 является полым элементом, как изображено на Фиг.5, и имеет шипы или выступы с внешней стороны, процедуру закрывания возможно выполнить посредством сверления отверстия в нижней поверхности клапана-регулятора 1 притока с последующим выталкиванием поршня 8 до тех пор, пока выступы не развернутся в выходные отверстия 7 и тем самым не закроют клапан.
Фиг.6 иллюстрирует другой вариант реализации клапана-регулятора притока, в котором длина 30 корпуса клапана меньше, чем толщина стенки обсадной трубы благодаря тому, что в углублении 27 расположена скользящая муфта 26. Скользящая муфта 26 изображена в своем закрытом положении, предотвращающем проникновение потока жидкости из клапана в обсадную трубу, но также и предотвращающем вытекание жидкости в обсадной трубе через клапан-регулятор притока. Скользящие муфты 26 расположены напротив клапанов и выполнены с возможностью скольжения из открытого положения в закрытое таким образом, что обеспечено скольжение муфт назад и вперед в углублениях 27 в стенке обсадной трубы и указанные муфты образуют часть толщины стенки.
При наличии выполненной с возможностью скольжения муфты 26 напротив клапана в качестве части стенки обсадной трубы возможно производить закрывание скользящей муфты 26 в случае, когда обсадная труба 4 находится под давлением изнутри, с тем чтобы выполнить определенную операцию, требующую использования находящейся под высоким давлением жидкости, например, когда выполняется расширение кольцевых перемычек.
По окончании операции, требующей использования высокого давления, предусмотрено открывание скользящей муфты 26 с возможностью перетекания жидкости из кольцевого пространства в обсадную трубу через клапан.
Благодаря наличию муфты, скользящей в углублении в обсадной трубе, внутренний диаметр обсадной трубы не уменьшается, что является предпочтительным, поскольку снижение диаметра обсадной трубы может ограничивать производство последующих операций в скважине.
Кроме того, в этом варианте реализации пружинный элемент проявляет свои упругие свойства в осевом направлении клапана перпендикулярно осевому направлению обсадной трубы, с созданием упругой силы. Корпус имеет упор 35, мембрану 31 и пружинный элемент, работающий как диафрагма в направлении указанного упора с обеспечением закрывания клапанных отверстий 36 в клапане. Пружинный элемент содержит две звездчатые пружинные пластины, расположенные одна сверху другой со смещением друг относительно друг друга таким образом, что между кончиками этих звездчатых пластин образованы отверстия. Когда находящаяся под давлением жидкость из продуктивного пласта втекает через сетчатый фильтр 20 во входное отверстие, эта жидкость заставляет двигаться звездчатые пластины 12А, 12 В вниз в направлении указанного упора и мембраны 31, сводя к минимуму проход через указанные отверстия. Мембрана 31 в своем центре имеет отверстие, через которое жидкость проходит до поступления в выходное отверстие 7 и после прохождения указанных отверстий.
Другой вариант реализации клапана-регулятора 1 притока изображен на Фиг.7. Клапан содержит сетчатый фильтр 20, расположенный во входном отверстии 6 корпуса 5, и пружинный элемент 12 в форме сильфона. Корпус 5 имеет выступ 37, сужающийся от конца корпуса 5, содержащего выходное отверстие 7, в направлении входного отверстия 6. Сильфон имеет клапанное отверстие 36, в которое выступ входит таким образом, что когда жидкость втекает через входное отверстие 6 клапана из продуктивного пласта, давление жидкости вызывает расширение сильфона, в результате чего происходит перемещение клапанного отверстия 36 в направлении выходных отверстий 7, и клапанное отверстие 36 уменьшается с движением сильфона в связи с тем, что выступ сводит на конус и заполняет часть клапанного отверстия 36. Таким образом, высокое давление, вызванное давлением жидкости в продуктивном пласте, уменьшает клапанное отверстие, и таким образом регулирует приток жидкости. Когда давление в продуктивном пласте снижено, снова происходит сжатие сильфона и клапанное отверстие 36 пропускает больше жидкости.
Таким образом, входное отверстие корпуса клапанов проходит от внешней поверхности 32 корпуса 5 до внутренней поверхности 33 корпуса 5 в радиальном направлении 34 обсадной трубы 4, обеспечивая возможность придания жидкости радиального направления. При этом длина 30 корпуса клапанов по существу равна или меньше толщины стенки обсадной трубы 102.
Закрывающее приспособление датчика, как вариант, содержит способный к разбуханию материал, расположенный во входном отверстии 6 или в другом отверстии, через которое протекает жидкость 2, в результате чего происходит разбухание указанного способного к разбуханию материала, если жидкость 2 содержит избыточное количество воды или газа. Датчик, как вариант, содержит способный к растворению материал, содержащий уникальный идентификатор, высвобождающийся при растворении указанного материала. Предусмотрена возможность того, что способный к растворению материал является пластиковым материалом, содержащим идентификатор.
Датчик газа или воды или датчик плотности, как вариант, содержит уникальный идентификатор, например химическую или радиоактивную метку, высвобождающийся по достижении заданного предельного значения. В другом варианте реализации фильтр 17 содержит уникальный идентификатор и/или покрыт уникальным идентификатором. В еще одном варианте реализации клапан содержит камеру, заполненную уникальным идентификатором. Таким образом, предусмотрена возможность высвобождения каждым клапаном уникального идентификатора, идентифицирующего этот конкретный клапан для того, чтобы определить, какой из клапанов должен быть закрыт, исходя из задач регулирования и оптимальной эксплуатации.
Уникальный идентификатор, в частности, является гидрофильным идентификатором, высвобождение которого происходит, когда жидкость 2 содержит воду. Камеру, заполненную уникальным идентификатором, возможно открыть, используя датчик газа или воды.
Фиг.8 иллюстрирует систему 100 регулирования притока в скважину для регулирования притока жидкости 2 в обсадную трубу 4 снаружи обсадной трубы 4, например, из продуктивного пласта 37 или из промежуточной обсадной трубы 38. Система 100 скважины содержит обсадную трубу 4, имеющую стенку обсадной трубы и группу клапанов-регуляторов 1 притока, разнесенных друг от друга в стенке обсадной трубы, как изображено на Фиг.8. Как проиллюстрировано далее на Фиг.8, имеется группа клапанов 1а, 1b, 1с, 1d, 1е и 1f. Эти клапаны отличаются между собой тем, что каждый из них имеет уникальный идентификатор.
Клапан-регулятор 1 притока системы 100, в частности, является клапаном, упомянутым выше.
Система регулирования притока в скважину 100, как вариант, содержит сетчатый фильтр 20, благодаря которому жидкость 2 проходит через сетчатый фильтр 20 прежде чем поступить в клапан-регулятор 1 притока. Таким образом, происходит замедление жидкости 1, и предотвращено проникновение крупных твердых элементов в клапан. С внутренней стороны обсадной трубы 4 снаружи выходных отверстий 7 система, как вариант, имеет муфту, выполненную с возможностью закрывания выходного отверстия 7 клапана.
Как изображено на системе Фиг.9, обсадная труба 4 является эксплуатационной обсадной трубой, которая окружена промежуточной обсадной трубой 18, и в которой жидкость 2 представляет собой газ, откаченный в промежуточную обсадную трубу 18 и в клапаны эксплуатационной обсадной трубы. Между эксплуатационной обсадной трубой и промежуточной обсадной трубой 18 расположены пакеры 19. Вместо использования искусственного поднимающего устройства, осуществляют нагнетание газа, который в результате поступает в пространство между промежуточной обсадной трубой 18 и эксплуатационной обсадной трубой, а также в эксплуатационную обсадную трубу через клапаны-регуляторы 1 притока. Таким образом, производится накачка газа в жидкость 2 в форме пузырьков, поднимающих жидкость 2.
Клапан-регулятор 1 притока системы 100, как вариант, содержит камеру, заполненную уникальным химическим идентификатором.
Кроме того, система 100, как вариант, содержит контролирующее приспособление, предназначенное для управления закрыванием каждого клапана с поверхности. Система 100 может также содержать устройство 101, введенное в обсадную трубу 4 для того, чтобы закрыть выходные отверстия 7 клапанов.
Предусмотрена возможность того, что клапаны-регуляторы 1 притока системы 100 введены в существующие скважины с возможностью замены клапанов, если они работают неудовлетворительным образом. Для ввода клапана система 100 содержит устройство 101, имеющее фрезерную головку для выполнения отверстия в стенке 102 обсадной трубы, приспособление для выполнения крепежного углубления или резьбы в отверстии 103 и приспособление 104 для ввода, предназначенное для ввода клапана в указанное отверстие.
Когда систему 100 используют для замены клапана, она содержит устройство 101, предназначенное для извлечения клапана из стенки обсадной трубы и содержащее ключ 105 для ввода в углубление в клапане и для вывинчивания клапана, или для расцепления крепежного приспособления 13 клапана с целью извлечения клапана. Кроме того, система содержит приспособление104 для ввода, предназначенное для ввода клапана в отверстие.
Аналогичным образом, при замене скважинного клапана-регулятора притока в обсадной трубе скважины, причем обсадная труба имеет стенку обсадной трубы, устройство вводят в обсадную трубу и опускают к клапану, подлежащему замене. Клапан после этого открепляют от стенки обсадной трубы и извлекают из обсадной трубы, в результате чего открывается отверстие в стенке обсадной трубы. После этого новый клапан вводят в отверстие и прикрепляют к стенке обсадной трубы.
Для того чтобы определить любой из идентификаторов, выделенных одним или несколькими клапанами, система содержит приспособление для анализа жидкости на наличие уникальных идентификаторов.
Следовательно, если необходимо во время эксплуатации определить положение определенного клапана-регулятора 1 притока среди несколько клапанов-регуляторов 1 притока, разнесенных друг от друга в стенке обсадной трубы скважины, причем каждый клапан имеет камеру, заполненную уникальным идентификатором, то выполняют анализ жидкости на наличие уникальных идентификаторов. После этого результат анализа жидкости сравнивают с уникальным идентификатором каждого клапана, и результат этого сравнения служит основанием для определения конкретного клапана.
Кроме того, существующие скважины согласно изобретению возможно оборудовать скважинными клапанами-регуляторами 1 притока посредством их модификации. Это возможно за счет выполнения следующих этапов: ввод устройства 101 в обсадную трубу 4 и опускание устройства 101 в заданное положение, обеспечение наличия отверстия в стенке обсадной трубы, ввод скважинного клапана-регулятора 1 притока в отверстие и прикрепление скважинного клапана-регулятора 1 притока к стенке обсадной трубы.
Под жидкостью 2 или жидкостью скважины понимают любой тип жидкости, которой может присутствовать в нефтяных или газовых скважинах, например природный газ, нефть, буровой раствор, неочищенная нефть, вода и аналогичные жидкости. Под газом понимают любой тип газовой смеси, присутствующей в скважине, законченной или открытой, а под нефтью понимают любой тип нефтяной смеси, например неочищенную нефть, нефтесодержащую жидкость и аналогичные жидкости. Следовательно, все газовые, нефтяные и водные жидкости содержат другие элементы или вещества, отличные от газа, нефти и/или воды, соответственно. Предусмотрена возможность того, что жидкость также представляет собой сочетание газа, нефти, воды и малых твердых частиц в жидкости.
Под обсадной трубой 4 понимают все типы труб, турбин, трубных изделий и аналогичного оборудования, используемого в скважинах при добыче нефти или природного газа.
В том случае, если устройства невозможно погрузить на всю глубину в обсадную трубу 4, предусмотрено использование скважинного трактора, предназначенного для проталкивания устройств на всю глубину до необходимого положения в скважине. Скважинный трактор представляет собой приводное устройство любого типа, выполненное с возможностью проталкивания или протягивания устройств в скважине, такое как Well Tractor.
Хотя изобретение описано применительно к предпочтительным вариантам реализации изобретения, специалистам в данной области техники очевидна возможность ряда модификаций, принадлежащих области патентной защиты изобретения, ограниченной пунктами приведенной ниже формулы изобретения.