КЛАПАН КОНТРОЛЯ ПРИТОКА

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, в частности к оборудованию для эксплуатации нефтяных скважин, и может быть использована для регулирования потока текучей среды, в частности пластового флюида, вдоль ствола скважины, а также обеспечения переменной сопротивляемости потоку различных желательных и нежелательных текучих сред в составе текучей композиции.
Известна СИСТЕМА ПЕРЕМЕННОЙ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ ПОТОКУ, СОДЕРЖАЩАЯ КОНСТРУКЦИЮ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЦИРКУЛЯЦИИ ПОТОКА В ПОДЗЕМНОЙ СКВАЖИНЕ, по патенту на изобретение RU 2562637, опубл. 10.09.2015, МПК E21B 43/12, E21B 34/06. Система переменной сопротивляемости потоку включает проточную камеру для прохождения по ней текучей смеси. Эта камера имеет, по существу, цилиндрическую стенку. Имеется, по меньшей мере, один вход, обеспечивающий возможность поступления текучей смеси в упомянутую камеру. Этот вход пересекает указанную цилиндрическую стенку. Имеется выход, обеспечивающий возможность выхода текучей смеси из камеры. Этот выход расположен возле центра указанной камеры. Кроме того, имеется, по меньшей мере, одна конструкция, препятствующая круговому движению текучей смеси у выхода.
Наиболее близким по технической сути является клапан контроля притока, описанный в патенте на изобретение EA202091981A1 «РЕГУЛЯТОР ПОТОКА И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ СПОСОБ», опубл. 25.02.2021, МПК E21B 34/08, E21B 43/12, E21B 7/01. Описанное в вышеуказанном патенте устройство содержит корпус, на который установлена крышка, снабженная входным отверстием в основной канал и входным отверстием в обводной канал, сам обводной канал, выполненный в форме трубки, завитой по спирали вокруг несущей трубы, подвижный клапанный элемент, выполненный с возможностью запирания основного канала, упругий элемент, а также ограничитель потока в виде штуцера, снабженного отверстием для слития пластового флюида в добывающую колонну.
В известном устройстве упругий элемент, выполненный в виде мембраны из эластичного материала, обеспечивает преобладающее упругое усилие, действующее на подвижный клапанный элемент. Мембрана зафиксирована в корпусе регулятора посредством прижатия к его поверхности кольцеобразным диском (поз. 18 описания патентного документа EA202091981A1). Поверхность контакта кольцеобразного диска с мембраной выполнена плоской и обладает относительно небольшой площадью, что может привести к неконтролируемому смещению мембраны и, как следствие, потери герметичности, а также к потере способности подвижного клапанного элемента перемещаться. Смещение мембраны может привести к тому, что клапанный элемент останется в своей верхней точке, перекрыв, таким образом, основной канал. В известном устройстве мембрана имеет возможность изгиба в направлении оси добывающей колонны. Усилие, прогибающее мембрану в направлении оси добывающей колонны, возникает в случае, когда давление среды в основном канале преобладает над давлением в обводном канале. Подобные деформации, не имеющие полезной нагрузки, способствуют ускоренному износу мембраны. Ускоренный износ мембраны приводит к преждевременной потере работоспособности регулятора потока и снижению его надежности.
Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности клапана контроля притока.
Поставленная задача решена за счет клапана контроля притока, содержащего корпус, на который установлена крышка, снабженная входным отверстием в основной канал и входным отверстием в обводной канал, подвижный диск, установленный в направляющую втулку с возможностью осевого перемещения и перекрытия входного отверстия в основной канал, мембрану, а также штуцер, снабженный отверстием, при этом под мембраной расположена подставка, на контактирующей с мембраной поверхности которой, выполнены каналы, сообщающиеся между собой и с обводным каналом, при этом направляющий диск снабжен кольцеобразным выступом, контактирующим с поверхностью мембраны.
Суть технического решения иллюстрирована чертежом, где на фиг. 1 – клапан контроля притока (вид сверху), на фиг. 2 – разрез клапана контроля притока.
На фиг. 1 и фиг. 2 изображены: клапан 1 контроля притока, корпус 2, крышка 3, основной канал 4, входное отверстие 5 в основной канал, обводной канал 6, входное отверстие 7 в обводной канал, подвижный диск 8, направляющая втулка 9, мембрана 10, штуцер 11, подставка 12, уплотнительный кольцеобразный выступ 13, внутренний выступ 14, внешний кольцеобразный выступ 15.
Клапан контроля притока выполнен следующим образом.
Клапан 1 контроля притока содержит корпус 2, внутри которого расположены: направляющая втулка 9, мембрана 10, подвижный диск 8, подставка 12 под мембрану 10 и штуцер 11. Штуцер 11 установлен в нижнюю стенку корпуса и снабжен сливным отверстием, которое сообщает обводной канал 6 с внутренней полостью добывающей колонны. В нижней части корпуса 2 над штуцером 11 установлена подставка 12. На верхней, контактирующей с мембраной 10, поверхности подставки 12 выполнена система каналов. Система каналов выполнена сообщающейся с обводным каналом 6 клапана 1 контроля притока. Выше подставки 12 в корпус 2 установлена мембрана. Мембрана 10 установлена таким образом, что ее нижняя поверхность контактирует с верхней поверхностью подставки 12. Мембрана 10 выполнена из эластичного материала, например, из резины. Мембрана 10 выполнена толщиной, позволяющей, при расчетном перепаде давления между разделяемыми потоками, выгибаясь в направлении от оси колонны, осуществлять осевое перемещение подвижного диска 8. Подставка 12 предотвращает деформацию мембраны 10 в направлении оси добывающей колонны, что способствует снижению скорости накопления усталости эластичного материала, снижению скорости его износа, и, как следствие, увеличению надежности устройства в целом. Мембрана 10 закреплена в корпусе 2 клапана 1 контроля притока путем ее прижатия к верхней поверхности внутреннего выступа 14 в корпусе 2 посредством направляющей втулки 9. Поверхность направляющей втулки 9, сопряженная с верхней поверхностью мембраны 10, снабжена ориентированным в направлении мембраны 10 кольцеобразным выступом 13. Кольцеобразный выступ 13 повышает надежность фиксации мембраны 10 в корпусе 2, в том числе, за счет увеличения площади контакта между верхней поверхностью мембраны 10 и сопряженной с ней поверхностью направляющей втулки 9. Втулка 9 снабжена внешним кольцеобразным выступом 15, высота которого выполнена большей, чем высота внутреннего кольцеобразного выступа 13.  Втулка 9 установлена в корпус путем фиксации внешнего выступа 15 на верхней поверхности внутреннего выступа 14 вокруг мембраны 10. Направляющая втулка 9 выполнена с возможностью размещения в ней подвижного диска 8 за счет выполнения внутренней полости втулки 9 большего размера, чем внешний размер диска 8. Подвижный диск 8 размещен в направляющей втулке 9 с возможностью своего осевого перемещения. На корпус 2 клапана 1 установлена крышка 3. Крышка 3 снабжена входным отверстием 5 в основной канал 4 и входным отверстием 7 в обводной канал 6. Подвижный диск 8 в своем крайнем верхнем положении перекрывает входное отверстие 5 в основной канал 4. Опционально входное отверстие 5 и подвижный диск 8 выполнены соосными. Пропускная способность обводного канала 6 выполнена существенно меньшей, по сравнению с пропускной способностью основного канала 4.
Клапан контроля притока используют следующим образом.
Клапан 1 контроля притока работает, как правило, в составе массива скважинных клапанов, установленных на внешней поверхности добывающей колонны. При создании перепада давления пластовый флюид начинает поступать через входные отверстия 5 и 7 в каналы 4 и 6 соответственно. Основной объем пластовой жидкости поступает в добывающую колонну через основной канал 4. Часть общего потока флюида перемещается по обводному каналу 6 и, после прохождения трубки, завитой по спирали вокруг несущей трубы, попадает в систему каналов, выполненную на верхней, контактирующей с мембраной 10, поверхности подставки 12. В том случае, если преобладающим объемом в составе добываемой фракции обладает нефть – разница давлений между разделенными мембраной 10 потоками не превышает порогового значения и подвижный диск 8 не перекрывает входное отверстие 5. Если же в обводной канал начинает поступать фракция, обладающая значительно меньшей вязкостью, чем нефть, например, вода или газ, разница давления достигает порога, при котором мембрана 10 выгибается в направлении входного отверстия 5, перемещая к нему подвижный диск 8, который перекрывает основной канал 4. Таким образом, при заборе из скважины нежелательных текучих сред, основной канал 4 оказывается перекрытым, что, как следствие, сокращает содержание нежелательных примесей в общем объеме добытого флюида.
Наличие в корпусе 2 клапана 1 контроля притока подставки 12 позволяет избежать нерабочих деформаций мембраны 10, что, в свою очередь, снижает износ мембраны 10, и, таким образом, снижает вероятность ее преждевременного непрогнозируемого выхода из строя. Выполнение на поверхности направляющей втулки 9, сопрягаемой с верхней поверхностью мембраны 10, кольцеобразного выступа 13 значительно снижает вероятность неконтролируемого выхода из рабочего положения мембраны 10. Снижение вероятности потери работоспособности мембраны повышает надежность клапана 1 контроля притока.
Техническим результатом заявленного технического решения является повышение надежности клапана контроля притока за счет клапана контроля притока, содержащего корпус, на который установлена крышка, снабженная входным отверстием в основной канал и входным отверстием в обводной канал, подвижный диск, установленный в направляющую втулку с возможностью осевого перемещения и перекрытия входного отверстия в основной канал, мембрану, а также штуцер, снабженный отверстием, при этом под мембраной расположена подставка, на контактирующей с мембраной поверхности которой, выполнены каналы,  сообщающиеся между собой и с обводным каналом, при этом направляющий диск снабжен кольцеобразным выступом, контактирующим с поверхностью мембраны.