УСТРОЙСТВО ПЕРЕМЕННОЙ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ ПОТОКУ

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, в частности к оборудованию для эксплуатации нефтяной или газовой скважины, и может быть использована для выравнивания притока пластового флюида вдоль ствола скважины, а также обеспечения переменной сопротивляемости потоку различных желательных и нежелательных текучих сред в составе текучей композиции.
Известно устройство переменной сопротивляемости потоку, описанное в патенте РФ на изобретение РФ №2552275 «СИСТЕМА ПЕРЕМЕННОЙ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ ПОТОКУ (ВАРИАНТЫ), ПРЕДНАЗНАЧЕННАЯ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ПОДЗЕМНОЙ СКВАЖИНЕ, И СИСТЕМА СКВАЖИННОЙ ДОБЫЧИ» от 2011.05.30, опубл. 2015.06.10, МПК E21B 43/12. Описанное в вышеуказанном патенте устройство содержит проточную камеру, по которой проходит текучая композиция, имеющую вход и выход и,по меньшей мере, одну конструкцию, воздействующую таким образом на любую часть текучей композиции, проходящую искривленным путем между входом и выходом, чтобы поддерживать такой искривленный поток, причем указанная конструкция имеет, по меньшей мере, одно отверстие, позволяющее текучей композиции проходить прямым путем от входа к выходу.
Известно устройство переменной сопротивляемости потоку, описанное в патенте РФ на изобретение РФ №2562637 СИСТЕМА ПЕРЕМЕННОЙ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ ПОТОКУ (ВАРИАНТЫ), СОДЕРЖАЩАЯ КОНСТРУКЦИЮ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЦИРКУЛЯЦИИ ПОТОКА В ПОДЗЕМНОЙ СКВАЖИНЕ» от 2011.05.30, опубл. 2015.09.10, МПК E21B 43/12, E21B 34/06. Описанное в вышеуказанном патенте устройство содержит проточную камеру, по которой проходит текучая смесь. Камера имеет, по меньшей мере один вход, через который текучая смесь поступает в указанную камеру, выход, через который эта текучая смесь выходит из камеры, и по меньшей мере одну конструкцию, препятствующую изменению кругового движения текучей смеси у выхода на радиальное движение к выходу.
Наиболее близким по технической сути является устройство переменной сопротивляемости потоку, информация о котором опубликована в сети Интернет по адресу: http://www.spe-uk.org/aberdeen/wp-content/uploads/2014/02/inwellFLOWpres_11-Zhao-Halliburton.pdf.  Известное устройство является сборным и содержит крышку и корпус с системой каналов, обеспечивающей разные траектории течения различных по вязкости жидкостей.
Наличие стыка между деталями известного устройства допускает отсутствие герметичности соединения, что, в свою очередь, может нарушить регламентированный режим работы устройства. Эксплуатацию устройства осуществляют, в том числе, в агрессивной среде при высоких температурах и давлениях, что не позволяет применять для повышения герметичности уплотнительные прокладки, вследствие их быстрого разрушения. Добываемая среда проходит по системе каналов на больших скоростях и может обладать высокой температурой, что способствует быстрому износу устройства. Так как контроль состояния устройства переменной сопротивляемости потоку во время его эксплуатации невозможен, поскольку устройство находится в скважине, возникает необходимость точного прогнозирования скорости и характера износа устройства для гарантирования его штатной работы на протяжении всего эксплуатационного периода. Наличие стыка и, как следствие, увеличение площади контакта поверхности устройства с агрессивной средой, дополнительно увеличивает скорость эрозионного износа устройства, и значительно усложняет задачу прогнозирования скорости и характера износа. Наличие неровностей и зазоров в стыке между соединенными элементами устройства может влиять на траекторию потока текучей смеси, существенно отклонив ее от расчетной, что, в свою очередь, приводит к снижению эффективности работы устройства.
Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности устройства переменной сопротивляемости потоку.
Поставленная задача решена за счет устройства переменной сопротивляемости потоку, выполненного в виде цельной монолитной детали из металла, содержащего сформированные селективным лазерным плавлением: входные камеры, соединённые с проточной камерой каналом с тангенциальным направлением потока, перегородки, поддерживающие круговое движение поступающей смеси, отверстия в перегородках с возможностью разделения общего потока на потоки с разной протяженностью и траекторией разных по вязкости жидкостей, и выходное отверстие.
Суть технического решения иллюстрирована чертежами, где на фиг.1 – разрез устройства переменной сопротивляемости потоку, на фиг.2 - устройство переменной сопротивляемости потоку.
На фиг. 1, фиг. 2 изображены: устройство 1 переменной сопротивляемости потоку, система 2 внутренних каналов, входная камера 3, сливное отверстие 4, проточная камера 5, канал 6, перегородки 7, отверстия 8.
Устройство переменной сопротивляемости потоку выполнено следующим образом.
Устройство 1 переменной сопротивляемости потоку выполнено из металла, например из жаропрочного никелевого сплава, используемого в порошковой металлургии, и соответствующего ГОСТу Р 52802-2007. В частности, устройство 1 может быть выполнено из сплава ВВ751П или из ХН56КВМТЮБ. Устройство 1 выполнено в форме цельной монолитной детали. Устройство 1 содержит входные камеры 3 и выходное отверстие 4. Устройство 1 содержит проточную камеру 5. Проточная камера 5 выполнена преимущественно цилиндрической формы. Канал 6, соединяющий входную камеру 3 и проточную камеру 5 выполнен таким образом, что поток текучей смеси направляется в камеру 5 преимущественно тангенциально. Проточная камера 5 содержит перегородки 7, выполненные формой, поддерживающей круговое движение поступающей смеси. В перегородках 7 выполнены отверстия 8. Отверстия 8 предназначены для разделения общего входящего потока на несколько потоков с траекториями, обладающими различной протяженностью. Устройство 1 переменной сопротивляемости потоку изготовлено из жаропрочного металлического сплава методом селективного лазерного плавления. Устройство 1 изготавливается послойно, путем сплавления гранул мелкодисперсного металлического порошка под воздействием энергии луча лазера, перемещающегося в соответствии с разработанной программой. Данный метод позволяет изготавливать монолитные детали с произвольной формой их внутренних пустот. Использование метода селективного лазерного плавления позволяет формировать систему 2 внутренних каналов с точностью, достаточной для достижения соответствия фактической и расчетной траекторий движения потока текучей смеси. Энергия лазерного луча нагревает металлические частицы до критической температуры, обеспечивающей фазовый переход. В результате фазовых переходов из твердого в жидкое состояние и обратно, соседние гранулы металлического порошка сплавляются друг с другом и с предыдущим слоем. При этом происходит упрочнение сплавляемого металла вследствие его термической обработки. Таким образом, весь металл, из которого изготавливают устройство 1, является термически обработанным в массе, что повышает износостойкость устройства 1. Изготовление устройства 1 из жаропрочного металлического сплава позволяет эксплуатировать его в условиях высоких температур, например в нагнетательных скважинах, при обработке их паром.
Устройство переменной сопротивляемости потоку используют следующим образом.
Устройство 1 переменной сопротивляемости потоку работает, как правило, в составе массива устройств, установленных на внешней поверхности добывающей колонны. При создании перепада давления пластовый флюид начинает поступать во входные камеры 3 устройства 1. Затем через канал 6 текучая смесь поступает в проточную камеру 5. Основной поток смеси поступает в камеру 5 по касательной к ее стенке траектории, создавая, таким образом, круговое движение жидкости вокруг сливного отверстия 4. В результате текучая смесь будет двигаться в камере 5 по спирали, пока в итоге не выйдет через сливное отверстие 4. Таким образом, поток будет испытывать меньшее сопротивление в том случае, когда текучая смесь проходит к сливному отверстию 4 более коротким путем, и наоборот, поток будет испытывать большее сопротивление в том случае, когда текучая смесь проходит к сливному отверстию 4 менее коротким путем. Конструкции 7 вынуждают любую часть потока текучей смеси, проходящую в проточной камере 5 по кругу продолжать такое круговое движение по камере 5, но, по меньшей мере, одно из отверстий 8 дает возможность более короткого прохождения текучей смеси от выхода из канала 6 в сливное отверстие 4. В соответствии с законом Бернулли, менее вязкая жидкость, например вода, проделает значительно более длинный путь, по сравнению с более вязкой жидкостью, например нефтью. Следовательно, менее вязкая жидкость потратит большее количество энергии на преодоление сопротивления и, как следствие, в меньшем объеме поступит в добывающую колонну. Таким образом, устройство 1 осуществляет переменную сопротивляемость потоку, в зависимости от степени вязкости забираемого пластового флюида.
Выполнение устройства 1 в форме цельной монолитной детали, за счет отсутствия стыков, обеспечивает его высокую герметичность и позволяет избежать ошибок, возможных при проведении сборочных операций. Высокая точность изготовления, обусловленная использованием метода селективного лазерного плавления, в совокупности с отсутствием стыка, позволяет выполнить устройство 1 с геометрическими характеристиками, обеспечивающими соответствие фактической и расчетной траекторий движения потока текучей смеси. Изготовление устройства 1 методом селективного лазерного плавления позволяет получить изделие, полностью выполненное из термически обработанного металла, что значительно увеличивает его износостойкость. Отсутствие стыка уменьшает площадь воздействия агрессивной окружающей среды на поверхность устройства, что уменьшает его эрозионный износ и, как следствие, повышает его надежность.
Техническим результатом заявленного технического решения является повышение надежности устройства переменной сопротивляемости потоку путём обеспечения соответствия фактической и расчетной траектории потоков, за счет точности выполнения системы внутренних каналов, повышения герметичности и износостойкости устройства, выполненного селективным лазерным плавлением в виде цельной монолитной детали из металла.