Устройство управления клапаном и способ регулирования потока в скважине

Изобретение относится к добыче скважинных углеводородов, а конкретно к процессам управления в одновременно-раздельной добыче и одновременно-раздельной закачке. Устройство управления клапаном содержит корпус, установленный на муфту или переводник или внутри наружного корпуса, с входными и выходными отверстиями. Клапан включает камеру с разделительным поршнем, соединенную с балластной камерой через запорное устройство. Запорное устройство состоит из регулятора давления и гидрореле. Устройство содержит первый разделительный поршень, выполненный с возможностью перемещения только в одну сторону – в сторону балластной камеры, за счет избыточного давления скважинной жидкости, проходящей через входные отверстия, и за счет нулевого давления балластной камеры. Устройство управления клапаном, или дросселем, или задвижкой, размещёнными в наружном корпусе или муфте и закреплёнными на втором разделительном поршне, включает первую камеру, образованную корпусом и вторым разделительным поршнем, внутрь которого установлен первый разделительный поршень со штоком, и соединённую с балластной камерой посредством первого запорного устройства. Дополнительно первое запорное устройство содержит дозировочную камеру и второе гидрореле. Шток сообщается со второй камерой, образованной корпусом и штоком и соединённой посредством второго запорного устройства с балластной камерой. Балластная камера содержит блок питания, управления и связи, выполненный с возможностью автономного питания устройства управления клапаном. Заявлен способ регулирования потока в скважине, включающий устройство управления клапаном. Достигается технический результат – использование энергии пластового давления для управления клапаном и регулирования потока в скважине. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

 

Известен патент РФ №2620700, описывающий скважинный управляемый электромеханический клапан, содержащий микроэдектродвигатель, редуктор, винтопару с гайкой, шарикоподшипники, кабель для управления, полый шток, на который установлен подвижный дифференциальный поршень, выравнивающий скважинное и пластовое давления. Известен патент РФ №2645311, описывающий скважинный управляемый электромеханический клапан, содержащий микроэлектродвигатель, редуктор, винтопару с гайкой, шарикоподшипники, кабель для управления, полый шток на который установлена штуцерная трубка. Известен патент РФ №2706083, описывающий скважинный управляемый электромеханический клапан, содержащий микроэлектродвигатель, редуктор, винтопару с гайкой, шарикоподшипники, кабель для управления, клапан в виде поршня внутри наружного корпуса, перекрывающий поток жидкости через отверстия, выполненные в нем. Известен патент РФ №2761913, описывающий скважинный клапан с управляемым электроприводом, содержащий микроэлектродвигатель, редуктор, винтопару с гайкой, шарикоподшипники, кабель для управления, установленный снаружи корпуса датчик состава флюида. Известен патент РФ №2569390, описывающий скважинную установку с системой контроля и управления эксплуатации месторождений, содержащее регулирующее устройство, выполненное в виде клапана, приводимого в движение электродвигателем.

Указанные выше патенты предусматривают питание от нулевой точки электродвигателя скважинного насоса или геофизического кабеля и представляют собой массивные конструкции около 50 кг. Применение геофизических кабелей в процессе добычи(закачки) имеет ограничение. К примеру при использовании струйного насоса диаметром 108 мм в обсадной колонне с внутренним диаметром 122 мм и естественным изгибом ствола скважины в доли градусов оставляет мало шансов на нормальную работу геофизического кабеля. Дополнительно к этому влияние коррозии до 1 метра в год вообще сводит к нулю возможность применения геофизических кабелей при добыче(закачке).

Известен патент РФ №2475643, описывающий «Способ и устройство для контроля управления процессом одновременно-раздельной эксплуатации многопластовых обсаженных скважин(варианты) и исполнительный модуль в составе устройства(варианты)», содержащий клапан регулирования подачи (отбора) текучей среды, управляемый шаговым микродвигателем, блок автономного питания, при этом управление осуществляется по сигналам с поверхности земли. Идея автономности, предложенная в данном патенте очень привлекательна, но реализация с применение электродвигателя или микродвигателем или микроэлектродвигателем выливается в серьезный опорный подшипниковый узел, который должен выдерживать осевую нагрузку в несколько тонн в зависимости от диаметра оси, выходящей за пределы корпуса устройства. Указанное усилие распространяется на винтопару с гайкой. Есть варианты изготовления таких винтопар, включая применения дополнительных шаров. Это сложные и затратные устройства. Кроме того регулярно необходимо менять смазку. Стоимость обслуживания подобных электроприводов судя по всему должна быть высокой.

Известен патент РФ №2633598, описывающий автономное устройство для регулирования потока в скважине, содержащий средства входа, выхода среды и гидравлического сопротивления, установленного между ними, способного менять своих характеристики под действием окружающей среды либо с помощью сигнала.

Цель изобретения состоит в использовании энергии пластового давления экономически выгодными методами, не требующего серьезного обслуживания, простого в эксплуатации.

Наиболее близкими к рассмотрению как прототип являются патенты, использующие автономную эксплуатацию и как следствие применение энергосберегающих технологий. В качестве прототипа был взят патент РФ №2344290, включающий пробоприемную, балластную камеру и расположенным между ними запорным устройством, состоящим из регулятора давления и гидрореле.

Цель достигается гидравлическим управлением в данном случае устройства регулирования потоками в скважине, представляющего собой корпус, установленный в наружный корпус в верхней точке продуктивного пласта или установленный на муфту (переводник) снаружи насосно-компрессорной трубы, имеющий входные и выходные отверстия для потока скважинной жидкости. Из корпуса выступает второй разделительный поршень, на котором закреплен клапан или дроссель или задвижка. Эти элементы могут регулировать поток или потоки, в зависимости от их количества, путем осевого перемещения. Для этого производится стравливания части гидравлической жидкости из одной или двух камер, отсеченных от пластовой жидкости разделительными поршнями, либо по одному гидравлическому каналу, либо по двум гидравлическим каналам в балластную камеру. При этом клапан либо закрывает проходное отверстие, либо открывает, либо частично закрывает. На рисунках 1-6 изображены: 1 - запорное устройство, 2 - корпус, 3 - второй разделительный поршень, 4 - клапан, 5 - разделительный поршень, 6 - шток, 7 - камера, 8 - герметичные уплотнения, 9 - вторая камера, 10 - второе запорное устройство, 11 - балластная камера, 12 - блок питания, управления и связи, 13 - муфта, 14 - входные отверстия, 15 - наружный корпус, 16 - выходные отверстия.

Предлагаемый способ использует перемещение разделительного поршня 5 только в одну возможную сторону, то есть в сторону балластной камеры 11 благодаря избыточному давлению скважинной жидкости, проходящей через входные отверстия 14 и нулевое давление балластной камеры 11. Для регулирования потоков в многопластовой скважине используется клапан 4, размещенный в наружном корпусе 15 или муфте 13, закрепленный на втором разделительном поршне 3. Во второй разделительный поршень 3 установлен разделительный поршень 5, соединенный со штоком 6 и помещен в корпус 2, образуя таким образом камеру 7, которая посредством запорного устройства 1 соединена с балластной камерой 11. Шток 6 сообщается со второй камерой 9, которая посредством второго запорного устройства 10 соединена с балластной камерой 11.

На рис. 2-4 показаны стадии работы устройства по предлагаемому способу. На рис. 2 показано некоторое начальное состояние клапана 4, частично перекрывающее поток скважинной жидкости проходящей через входные отверстия 14 и выходящий через выходные отверстия 16, выполненный в данном случае в муфте 13. На рис. 3 открывая запорное устройство 1 и второе запорное устройство 10 под действием давления скважинной жидкости второй разделительный поршень 3 и разделительный поршень 5 двигаются в сторону балластной камеры 11, гидравлическая жидкость из камеры 7 и второй камеры 9 истекает в балластную камеру 11. При этом полностью открываются входные отверстия 14. На рис. 4 открывая второе запорное устройство 10 гидравлическая жидкость из второй камеры 9 истекает в сторону балластной камеры 11 и второй разделительный поршень 5 под действием давления пластовой жидкости движется в сторону балластной камеры 11, вытесняя из камеры 7 второй разделительный поршень 3 в противоположную балластной камере 11 сторону. При этом клапан 4, установленный на втором разделительном поршне 3 перекрывает входные отверстия 14.

На рис. 7 изображено запорное устройство для реализации предложенного способа: 17 - входной гидравлический канал, 18 - регулятор давления, 19 - гидрореле, 20 - дозировочная камера, 21 - второе гидрореле, 22 - выходной гидравлический канал. Гидравлическая жидкость из камеры 7 или второй камеры 9 поступает по входному гидравлическому каналу 17 на регулятор давления 18, который снижает его до величины, при котором гидрореле 19 и второе гидрореле 21 можно открывать и закрывать малыми электрическими токами. В описания под термином «открывая запорное устройство» следует понимать следующий процесс. Сначала открывается гидрореле 19 на время выравнивания давления в дозировочной камере 20, затем закрывается гидрореле 19, открывается гидрореле 21, давление дозировочной камеры стравливается, часть ее уходит в балластную камеру 11 по выходному гидравлическому каналу 22 и закрывается гидрореле 21. Следует понимать, что между указанными этапами существуют некоторые временные задержки. Применение дозировочной камеры 20 и второго гидрореле 21 позволило сделать процесс дискретным или ступенчатым, что позволяет точнее устанавливать регулировочный элемент клапан 4.

Блок питания, управления и связи 12 служит помимо прямых обязанностей, отраженных в названии, служит также для поддержания автономности устройства. Рассмотренные выше патенты не могут обойтись без кабеля в силу своей энергозатратности, а предложенное устройство может. Автономное питание можно рассматривать как резервный источник питания для выполнения задач регулирования потоков в скважине.

На рис. 5, 6 показаны варианты установки устройства по предлагаемому способу внутри наружного корпуса и снаружи насосно-компрессорной трубы на муфте.

1. Устройство управления клапаном, содержащее корпус, установленный на муфту или переводник или внутри наружного корпуса, с входными и выходными отверстиями, клапан, включающий камеру с разделительным поршнем, соединенную с балластной камерой через запорное устройство, запорное устройство, состоящее из регулятора давления и гидрореле, отличающееся тем, что устройство содержит первый разделительный поршень, выполненный с возможностью перемещения только в одну сторону – в сторону балластной камеры, за счет избыточного давления скважинной жидкости, проходящей через входные отверстия, и за счет нулевого давления балластной камеры, при этом устройство управления клапаном, или дросселем, или задвижкой, размещёнными в наружном корпусе или муфте и закреплёнными на втором разделительном поршне, включает первую камеру, образованную корпусом и вторым разделительным поршнем, внутрь которого установлен первый разделительный поршень со штоком, и соединённую с балластной камерой посредством первого запорного устройства, дополнительно содержащего дозировочную камеру и второе гидрореле, при этом шток сообщается со второй камерой, образованной корпусом и штоком и соединённой посредством второго запорного устройства с балластной камерой, при этом балластная камера содержит блок питания, управления и связи, выполненный с возможностью автономного питания устройства управления клапаном.

2. Способ регулирования потока в скважине, включающий устройство управления клапаном по п.1, согласно которому открывают первое и второе запорные устройства, перемещают первый и второй разделительные поршни в сторону балластной камеры под действием избыточного давления скважинной жидкости с истечением гидравлической жидкости из первой и второй камер в балластную камеру, после полного открытия входного канала закрывают оба запорных устройства, открывают второе запорное устройство и перемещают первый разделительный поршень в сторону балластной камеры, вытесняя из первой камеры второй разделительный поршень в противоположную балластной камере сторону, при этом клапан, установленный на втором разделительном поршне, перекрывает входные отверстия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области разработки углеводородных месторождений, в частности к регулированию потока добываемых углеводородов. Система управления скважиной для добычи углеводородов содержит установленные внутри скважины, по меньшей мере, два полнопроходных устройства контроля притока (УКП), контрольную линию для управления УКП, контроллер для управления электродвигателями и обеспечения связи устройств контроля притока с установленным на поверхности оборудованием.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для эксплуатации неоднородных по проницаемости пластов с подошвенной водой. Способ включает заканчивание горизонтального «окончания» скважины в интервале продуктивного пласта комбинированной конструкцией, включающей ближнюю к кровле часть, представленную цементируемой с применением центраторов колонной, и дальнюю, расположенную ближе к подошве часть, оборудованную фильтром.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для эксплуатации неоднородных по проницаемости пластов с подошвенной водой. Способ включает заканчивание горизонтального «окончания» скважины в интервале продуктивного пласта комбинированной конструкцией, включающей ближнюю к кровле часть, представленную цементируемой с применением центраторов колонной, и дальнюю, расположенную ближе к подошве часть, оборудованную фильтром.

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к скважинным электроклапанам для проведения работ по глушению, освоению, промывке, гидроразрыву продуктивного пласта, последующего контроля и регулирования притока. Электроклапан для установки в скважину в составе скважинных труб выполнен с возможностью управления потоком флюида между пространством внутри труб и пространством за трубами в месте расположения клапана.

Изобретение относится к способу определения компенсации отбора продукции на участке разработки нефтяного месторождения. Способ определения оптимальной компенсации отбора продукции на участке разработки нефтяного месторождения включает выделение участка залежи с гидродинамически связанными скважинами, закачку вытесняющего агента через нагнетательную скважину и отбор продукции через добывающие скважины, изменение объемов закачки вытесняющего агента в процессе разработки.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для регулирования процесса разработки нефтяных месторождений с применением заводнения, для повышения нефтеотдачи нефтяных коллекторов циклической закачкой диоксида углерода и воды. Способ разработки нефтяного пласта включает чередующуюся закачку диоксида углерода и воды через нагнетательные скважины в пласт, контроль содержания диоксида углерода в составе попутного газа на добывающих скважинах, определение предельного значения концентрации диоксида углерода в составе попутного газа из добывающих скважин.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть применено для стравливания попутно-добываемого газа в линию насосно-компрессорных труб добывающей скважины, эксплуатируемой механизированным способом. Установка для отбора газа из затрубного пространства нефтяной скважины включает рабочую емкость с поплавком, выполненным с возможностью взаимодействия с датчиками максимального и минимального уровня, подводящей газовой линией, сообщенной с затрубным пространством скважины, и отводящей газовой линией, соединенной с выкидным коллектором скважины.

Изобретение относится к оборудованию для добычи нефти и природного газа с беспроводным управлением. Скважинное дроссельное устройство на основе беспроводного управления содержит впускной патрубок, дроссельный узел, содержащий верхнюю, среднюю и нижнюю переходные втулки.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и может быть использовано при эксплуатации скважин, оборудованных установками скважинных штанговых насосов (УСШН). Техническим результатом является снижение пульсации давления штанговых установок и повышение надежности выкидной линии и увеличение ее суммарного рабочего ресурса.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и может быть использовано при эксплуатации скважин, оборудованных установками скважинных штанговых насосов (УСШН). Техническим результатом является снижение пульсации давления штанговых установок и повышение надежности выкидной линии и увеличение ее суммарного рабочего ресурса.

Предлагаемое изобретение относится к нефтегазовой отрасли. Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение повышения безопасности в случае экстренного отсоединения оборудования при возникновении чрезвычайных ситуаций.
Наверх